基于CPM的高动态微弱GNSS基带信号捕获算法的研究

发布时间：2017-10-31 17:18

  本文关键词：基于CPM的高动态微弱GNSS基带信号捕获算法的研究

  更多相关文章： FFT 连续相位调制 高动态微弱信号 信噪比 GPS信号捕获

【摘要】：CPM(连续相位调制)信号具有包络恒定、高功率、强抗干扰能力和频谱紧凑等的优良特点,所以本文研究的高动态弱GNSS信号捕获是在CPM传输体制的基础上。GNSS接收机的相关技术中,基带信号的捕获与跟踪是其核心技术,正确的捕获是系统进行后续工作的前提,信号捕获的灵敏度和速度能够直接决定GNSS接收机的性能。目前,GNSS系统已经得到了广泛的应用,但大多数是在信号条件比较理想的环境中。实际环境下接收机载体处于高速运动中以及信号会受到各种阻挡,而这正是人们活动的生活场所,所以要求GNSS接收机在这样的环境中灵敏度越高越好。但信号微弱、高动态的复杂环境是GNSS信号捕获的难点。本文就高动态和信号弱的条件分析影响捕获性能的因素,首先针对基本信号捕获的方案分析对比得出高动态的快速相干技术,然后针对影响高动态弱GPS信号捕获的因素对四种积累算法进行实验仿真,通过实验分析给出适用的场合,经过对比可知选择相干积累—简易差分相干积累相结合的算法作为高动态弱GPS信号的捕获方案,此方案能够实现极低信噪比、载体具有较大速度、加速度下的信号捕获。一般来说,高动态条件要求的捕获速度是越快越好,从而积分的时间是越短越好,而弱信号条件要求积分时间越长越好。因此高动态和弱信号对GPS信号的捕获来说是一对矛盾,针对此问题分析得出最佳的捕获方案是相干积累1ms、简易差分相干积累10ms,此方案下的捕获时间最短,而且能够保证8dB的处理增益,满足微弱信号捕获所需的条件。在算法研究的实现过程中,为了能够降低系统的运算复杂度,本文对FFT之前的数据预处理技术和FFT并行技术进行了具体的细节研究,仿真验证了改进的算法,能够有效的提高算法的性能。
【关键词】：FFT 连续相位调制 高动态微弱信号 信噪比 GPS信号捕获
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN967.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-16
• 第一章 绪论16-20
• 1.1 研究背景和意义16-17
• 1.1.1 导航系统的发展16-17
• 1.1.2 高动态和弱信号场景17
• 1.1.3 新的信号调制体制17
• 1.2 国内外发展的现状17-19
• 1.3 论文的主要内容及结构19-20
• 1.3.1 论文组织架构19-20
• 第二章 GNSS系统的信号特性20-30
• 2.1 北斗系统信号特性20
• 2.2 GPS信号结构20-28
• 2.2.1 载波信号20-21
• 2.2.2 GPS信号中的PRN码21-23
• 2.2.3 导航电文23
• 2.2.4 GPS信号调制方式23-28
• 2.3 本章小结28-30
• 第三章 基本信号捕获算法的研究30-40
• 3.1 GPS软件接收机30-31
• 3.2 GPS信号捕获原理及所考虑的因素31-33
• 3.2.1 多普勒频移31-32
• 3.2.2 相关捕获中对数据长度的分析32-33
• 3.2.3 频率搜索步长33
• 3.3 几种搜索策略33-36
• 3.3.1 串行搜索33-35
• 3.3.2 并行频域搜索35
• 3.3.3 并行码相位搜索35-36
• 3.4 三种搜索策略的对比36-40
• 3.4.1 搜索次数的比较37-38
• 3.4.2 载波频率分辨率38
• 3.4.3 码相位分辨率38-40
• 第四章 高动态微弱GPS信号捕获算法的研究40-66
• 4.1 捕获算法的性能评价标准40-42
• 4.1.1 信噪比S/N40-41
• 4.1.2 检测概率和虚警概率41-42
• 4.1.3 预检测时间的长度42
• 4.1.4 平均捕获时间42
• 4.2 GPS信号捕获的基本模型42-47
• 4.2.1 基于FFT/IFFT捕获的模型43-47
• 4.3 相干积累47-55
• 4.3.1 捕获门限的设置48-49
• 4.3.2 相干积累的理论性能分析49-51
• 4.3.3 相干积累的仿真分析51-55
• 4.4 非相干积累55-59
• 4.4.1 非相干积累的理论性能分析56-57
• 4.4.2 非相干积累的仿真分析57-59
• 4.5 差分相干积累59-62
• 4.6 简易差分相干积累62-64
• 4.6.1 简易差分相干积累的性能分析63-64
• 4.7 本章小结64-66
• 第五章 高动态微弱GPS信号捕获技术的优化66-74
• 5.1 捕获方案选择66-68
• 5.2 FFT之前的数据预处理68-71
• 5.2.1 改进的平均循环相关算法68-71
• 5.3 改进的多路并行捕获技术71-74
• 第六章 总结和展望74-76
• 6.1 论文工作总结74
• 6.2 未来工作的展望74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 作者简介82-83

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