基于数字变频处理的GPS/BDS双模捕获
发布时间：2020-12-25 08:49
全球定位系统(Global Positioning System,GPS)与"北斗"定位导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)的双模导航能够提高定位稳定性与精确性,但通常在前端硬件设计中需要建立双通道对GPS和BDS射频信号分别进行处理,极大地增加了硬件设计复杂度以及功率的消耗。针对双通道硬件设计的复杂性问题,提出了在Matlab环境下对GPS/BDS双频信号进行数字变频处理的方法。该方法将硬件中的变频功能在软件中实现,从而降低了硬件设计的复杂度且保证了算法与不同全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)以及前端硬件的兼容性。实验结果表明,在不同的单通道硬件设计下,利用该方法能够成功在软件中消除与L1或B1的频偏得到捕获信号,并捕获到GPS/BDS可见卫星信息。
【文章来源】：电讯技术. 2020年01期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
GPS/BDS双通道射频前端设计
图1中的设计不仅需要大面积的前端设计，功分器也会对信号带来损耗同时会引进新的噪声。为了降低射频前端设计的复杂度并保证信号功率，本文提出利用单通道的射频前端设计来处理双频信号，在Matlab环境下先对其进行变频处理，根据射频信号的中心频率与L1和B1中心频率的差值，创建辅载波并与输入的中频信号进行下变频处理，从而去除频偏，得到GPS和BDS捕获信号后进行捕获运算。加入变频处理后的单通道射频前端设计如图2所示。相比于图1，图2在前端设计极为简单，只需要建立单个通道对双频信号进行处理得到中频数字信号，再在Matlab中进行变频处理即可得到GPS和BDS捕获信号。该设计极大地上减少了前端硬件设计的成本与复杂度，同时也避免了信号的损耗与新噪声的产生。
捕获是GPS和BDS软件接收机中对信号处理的第一步，通过计算信号的载波频率和码相位来判定卫星是否可见。因为频率和码相位是实时变化的，所以捕获结果对之后的跟踪环路初始化以及解调定位至关重要[7]。有两种捕获方法较为常见，分别为串行搜索捕获法和并行搜索捕获法。串行搜索捕获是最基本的捕获方法，此方法在时域上对码相位以及载波频率分别进行搜索，捕获效率比较低，但硬件设计较为简单。并行搜索捕获相比于串行搜索捕获减少了信号捕获的计算量，效率提高了几十倍甚至上千倍，此方法通过快速傅里叶变换(Fast Fourter Transformation,FFT)以及逆快速傅里叶变换(Inrerse FFT,IFFT)将信号变换到频域上，实现并行码相位搜索以及并行频率搜索[8]。虽然并行搜索捕获对硬件要求较高，但是现如今相关电路设计已经趋向于成熟，并行搜索捕获方法已经成为主流，本文采取并行码相位搜索捕获方法进行仿真，其原理如图3所示。如图3所示，捕获算法主要包括本地载波的生成和伪随机序列的生成两部分，本地载波是用来对捕获信号进行下变频处理，移除信号中的载波;本地伪随机码则是与信号做相关，找出时延和数据块起始时间[9]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种改进的“北斗”卫星信号捕获方法[J]. 覃新贤,齐月敏. 电讯技术. 2018(12)
[2]GNSS多频通用射频模块设计与实现[J]. 符强,黄仁义,纪元法,刘迎. 雷达科学与技术. 2018(06)
[3]GPS/北斗中频信号采集系统设计及其捕获算法研究[J]. 韩晓冰,高梦,汪金萍. 电子产品世界. 2018(12)
[4]北斗和GPS双模接收机干扰抑制算法的设计与实现[J]. 张建立,杨祖芳,潘伟,郑建生. 中国空间科学技术. 2017(01)
[5]北斗/GPS双模射频接收模组的设计与实现[J]. 朱常其,孙希延,纪元法,廖桂生,宁春林. 电子技术应用. 2014(05)
[6]GPS/BD组合导航定位试验和精度分析[J]. 刘季,张小红. 测绘信息与工程. 2012(04)
本文编号：2937326
【文章来源】：电讯技术. 2020年01期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
GPS/BDS双通道射频前端设计
图1中的设计不仅需要大面积的前端设计，功分器也会对信号带来损耗同时会引进新的噪声。为了降低射频前端设计的复杂度并保证信号功率，本文提出利用单通道的射频前端设计来处理双频信号，在Matlab环境下先对其进行变频处理，根据射频信号的中心频率与L1和B1中心频率的差值，创建辅载波并与输入的中频信号进行下变频处理，从而去除频偏，得到GPS和BDS捕获信号后进行捕获运算。加入变频处理后的单通道射频前端设计如图2所示。相比于图1，图2在前端设计极为简单，只需要建立单个通道对双频信号进行处理得到中频数字信号，再在Matlab中进行变频处理即可得到GPS和BDS捕获信号。该设计极大地上减少了前端硬件设计的成本与复杂度，同时也避免了信号的损耗与新噪声的产生。
捕获是GPS和BDS软件接收机中对信号处理的第一步，通过计算信号的载波频率和码相位来判定卫星是否可见。因为频率和码相位是实时变化的，所以捕获结果对之后的跟踪环路初始化以及解调定位至关重要[7]。有两种捕获方法较为常见，分别为串行搜索捕获法和并行搜索捕获法。串行搜索捕获是最基本的捕获方法，此方法在时域上对码相位以及载波频率分别进行搜索，捕获效率比较低，但硬件设计较为简单。并行搜索捕获相比于串行搜索捕获减少了信号捕获的计算量，效率提高了几十倍甚至上千倍，此方法通过快速傅里叶变换(Fast Fourter Transformation,FFT)以及逆快速傅里叶变换(Inrerse FFT,IFFT)将信号变换到频域上，实现并行码相位搜索以及并行频率搜索[8]。虽然并行搜索捕获对硬件要求较高，但是现如今相关电路设计已经趋向于成熟，并行搜索捕获方法已经成为主流，本文采取并行码相位搜索捕获方法进行仿真，其原理如图3所示。如图3所示，捕获算法主要包括本地载波的生成和伪随机序列的生成两部分，本地载波是用来对捕获信号进行下变频处理，移除信号中的载波;本地伪随机码则是与信号做相关，找出时延和数据块起始时间[9]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种改进的“北斗”卫星信号捕获方法[J]. 覃新贤,齐月敏. 电讯技术. 2018(12)
[2]GNSS多频通用射频模块设计与实现[J]. 符强,黄仁义,纪元法,刘迎. 雷达科学与技术. 2018(06)
[3]GPS/北斗中频信号采集系统设计及其捕获算法研究[J]. 韩晓冰,高梦,汪金萍. 电子产品世界. 2018(12)
[4]北斗和GPS双模接收机干扰抑制算法的设计与实现[J]. 张建立,杨祖芳,潘伟,郑建生. 中国空间科学技术. 2017(01)
[5]北斗/GPS双模射频接收模组的设计与实现[J]. 朱常其,孙希延,纪元法,廖桂生,宁春林. 电子技术应用. 2014(05)
[6]GPS/BD组合导航定位试验和精度分析[J]. 刘季,张小红. 测绘信息与工程. 2012(04)
本文编号：2937326
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