GPS软件接收机捕获算法

研究了GPS软件接收机捕获算法;针对常规时域串行搜索算法速度慢和并行码相位频域搜索算法 FFT计算量大等缺点,采用常规串行捕获算法和频域并行码空间捕获算法相结合的混合搜捕算法来实现对空中可见卫星的捕获;针对信号较弱情况下的卫星捕获,采用了非相关积分捕获算法;设计了中频信号仿真器,并使用其产生的仿真信号对捕获算法进行了验证.测试结果表明,混合搜捕算法能够为软件接收机提供较快的捕获能力,非相关积分捕获算法能够有效地实现微弱信号的捕获.     

基于差分相关积分的北斗弱信号快速捕获方法

为了提高北斗接收机弱信号捕获灵敏度,解决数据比特跳变和NH码相位变化限制相干积分时间延长的问题,提出了一种基于复数型差分相关积分的北斗弱信号捕获算法。首先,在分析了北斗信号特点的基础上,对常用弱信号捕获算法进行数学分析;然后,设计了按照采样点进行延迟差分的复数型差分相关积分算法,采用正交采样方法获得复数型中频数据,利用FFT变换实现对码相位和载波频率的并行搜索;最后,利用软件接收机开展仿真验证,实现了5 ms、10 ms和20 ms的差分相关积分,积分后信噪比提升约7 d B、10 d B、13 d B。该算法极大地削弱了北斗信号比特跳变和NH码相位变化的影响,有效提高接收机弱信号捕获能力;采用基于FFT算法进行并行搜索,相比传统捕获算法极大地缩减了捕获时间,并适用于全部北斗信号和GPS信号,无需考虑GEO和非GEO导航电文的差异。     

一种新颖的GPS多峰值捕获策略

为了加快全球定位系统(GPS)的捕获速度,提高系统的捕获灵敏度,对GPS系统捕获策略进行了深入地研究。在对其捕获的基本原理和传统的最大值捕获系统进行分析的基础上,提出了一种新颖的GPS多峰值捕获策略。该策略通过多峰值选择减少了系统搜索单元数目,通过增加进入唐检测器的峰值个数来提高捕获灵敏度。利用蒙特卡洛方法进行了仿真分析,仿真结果表明:该新颖策略的捕获时间更短,同时捕获灵敏度比传统的最大值捕获系统要高2.8 dB。总体来说,该新颖策略算法更适用于对GPS弱信号的捕获,也可应用于其他卫星导航系统。     

惯性辅助的多段重合P码快速直接捕获方法

为满足复杂环境下快速高精度定位的需求,针对传统P码捕获方法存在信号检测概率与捕获速率低的问题,设计了多段重合折叠的P码处理方法,对本地码序列进行折叠预处理,有效增加了相同长度本地码的信息利用率,提高相关运算处理效率。提出惯性辅助多段重合折叠的P码直接捕获方法,采用惯性辅助信息缩小多普勒频率搜索范围,同时自动调整相关控制参数,实现高动态及弱信号环境下P码的快速捕获。仿真分析表明,此方法能有效提高了P码捕获效率,尤其在高动态状态下能有效提高对卫星信号检测能力,在载噪比为30⁴0 dB·Hz的环境下,利用惯性辅助P码的方式能使捕获概率可提高10%,捕获时间可减少30%左右。     

基于半比特交替和FFT组合的GPS软件接收机弱信号捕获算法

研究了在弱信号条件下GPS软件接收机的捕获算法,对传统的捕获算法进行了介绍,分析了其在弱信号捕获中的不足之处,通过块叠加的方法对传统算法进行改进,使信号检测能力得到了提高,同时大大降低了捕获的运算量,缩短了长时间积分捕获算法的运行时间。分析了算法的积分增益和损耗,利用假设检验的思想,根据信号分量会扩散到附近频率的事实,最大峰值和其附近±13个频率点上的相关值作为信号分量,以此生成信号检测量,根据此检测量来判定信号的存在。最后利用仿真的GPS信号在Matlab平台上对算法进行了验证。结果表明,通过10 ms的相干积分和5次非相干累加,可以成功捕获信噪比为-35 dB左右的微弱信号,采用块叠加改进后,算法的运行时间缩短了1/3以上。     

基于分段分裂基FFT的GPS L1辅助L2C信号快速捕获算法（英文）

为了缩短GPS L2C CM/CL长码的搜索捕获范围进而提高捕获速度,提出了一种基于分段分裂基FFT的L1辅助L2C信号快速捕获算法,可以有效降低计算量和节省存储空间,因而适合在嵌入式系统中实现。首先根据捕获到的L1信号的多普勒频率将L2C信号的多普勒搜索范围缩至一个固定的值,然后综合利用S-SFFT、补零和重叠舍弃算法快速准确地确定L2C CM/CL码的码相位。利用本文设计的L2C信号产生器产生L2C信号对该算法进行了仿真验证。实验结果表明,当L2C信号强度较强时,该算法可以以显著降低的计算量完成对码相位的准确快速捕获。     

一种适用于微弱信号的新颖双峰值比率捕获策略

为了提高全球导航系统定位系统的捕获灵敏度,对全球定位系统的捕获策略进行了深入研究。基于对传统双峰值比率捕获系统的分析,提出了一种新颖的GPS双峰值捕获策略。该新颖的捕获策略通过结合相干积分和唐检测算法的思想,将多个毫秒的导航数据累加来提高检测概率,利用多个比值进行多次捕获确认来提高捕获灵敏度,并运用蒙特卡洛方法进行了仿真分析。仿真结果表明:该新颖策略的捕获灵敏度比传统的双峰值比率捕获系统要高6 d B。总体来说,该新颖策略算法更适用于对GPS的弱信号捕获,也可应用于其他卫星导航系统。     

一种新型的GPS弱信号精捕获方法

为提高GPS接收机在低信噪比环境中的捕获精度和灵敏度,提出了一种新的弱信号精捕获算法。该算法采用差分相干积分缓解平方损耗,并利用积分结果的相位信息修正载波频率,使其估计精度不再受到频移搜索步长的限制。此外,该算法根据载波多普勒和码多普勒的比例关系,直接对本地码相位进行校正,保证了信号积累时间较长时不同相关峰之间的重叠性,有助于提高捕获灵敏度并能够得到接收信号末端精确的码相位。仿真结果表明,载波频率和码相位的估计误差分别小于20 Hz和1个采样点,在给定的信号积累时间下,本地码相位校正对捕获灵敏度的提升可达3.2 d B。     

一种改进的功率比值法载噪比估算算法

针对GPS载噪比估算方法功率比值法中出现的导航电文翻转敏感问题,提出改进算法。改进算法根据对I路符号判决结果对导航数据位进行预测,基于预测结果消除载噪比估算中导航电文的影响,达到消除导航电文翻转影响的效果。理论计算分析证明该算法能够提高载噪比的估算精度,提升载噪比的更新率,从而提升系统的灵敏度与稳定性。分别对改进算法载噪比估算精度、抵抗导航电文翻转能力、M取值、载噪比更新率等几个方面进行了仿真验证,证明理论分析的正确性。     

GPS软件接收机宽载噪比载波频率精确捕获策略

为给GPS软件接收机的跟踪环提供精确的初始条件，捕获后得到的载波频率应在几十Hz范围内，所以必须寻找一种既能精确测量载波多普勒频移，又能有较快运算速度的方法。针对这一特点，提出了一种载噪比较高时采用相位测量和较低时采用长相干处理的载波频率精确估计策略。利用Matlab 仿真产生的卫星中频数据作为数据源对该策略进行验证，结果表明当输入信号的载噪比大于35.5 dB·Hz的时候，相位测量算法得到的多普勒频率值的误差保持在约10 Hz之内。对于微弱信号的捕获，如果将相干处理的时间从200 ms扩展到600 ms，捕获频率的误差从3 Hz减小到0.5 Hz。此外，与传统的FFT方法相比，该方法的加法和乘法运算量分别降低了96.2%和35%。测试结果体现了该算法的有效性和优越性。     

基于矢量跟踪的SINS/GPS深组合导航方法

为了满足高动态用户及强噪声干扰条件下的应用需求,提出了一种基于矢量跟踪的SINS/GPS深组合导航方案。深组合方案利用组合卡尔曼滤波器反馈回路取代了传统接收机中独立、并行的跟踪环路,能够同时完成所有可视卫星信号跟踪和组合导航信息处理的任务;利用相关器残差来更新导航参数状态,同时根据已有的导航参数和星历信息推测GPS伪码相位和多普勒频移等信号跟踪参数,用以控制接收机的本地伪码、载波数控振荡器（NCO）,使本地伪码相位和载波频率与输入信号保持一致。最后,通过仿真验证表明,基于矢量跟踪的深组合方法不仅在GPS信号发生短暂中断期间,能够保证组合系统的导航精度和可靠性,而且在载噪比较低的环境中能够维持较好的伪码相位和载波频率跟踪性能。     

无网格局部Petrov-Galerkin方法的并行计算研究

研究了无网格局部Petrov-Galerkin方法MLPG(Meshless Local Petrov-Galerkin Method)的并行算法与并行实现过程。将MLPG方法推广到弹性动力学问题,研究了MLPG方法中节点搜索、积分点搜索、数值积分及方程组求解等过程的并行算法,并给出了MLPG方法并行计算的具体实现过程。两个数值算例验证了MLPG并行算法的有效性;计算结果表明,MLPG方法的并行计算具有很好的并行性能和可扩展性。     

基于MEMS-IMU辅助的高动态GPS选星方法设计

一般的GPS选星方法通过搜索选取使几何精度衰减因子最小的4颗卫星,对于高动态应用特别是在水平姿态角较大的情况下,传统的选星方法存在许多局限性。针对低成本的MEMS-IMU/GPS组合导航系统,提出了基于MEMS-IMU辅助的GPS选星方法;针对高动态载体姿态变化较大的问题,采用MEMS-IMU输出的高速率姿态信息压缩卫星搜索范围,通过选取不超过6颗可见卫星来降低几何精度衰减因子,从而提高定位性能。使用半实物仿真数据,验证了所提出的方法。测试结果表明,与传统的选星方法相比,基于MEMS-IMU辅助的GPS选星方法在飞机高动态大机动条件下,优化了卫星星座,具有精度高、计算量低、可靠性高等优点。     

基于MATLAB的GPS软件接收机捕获与跟踪算法实现

研究了GPS软件接收机的捕获和跟踪算法,并基于Matlab软件平台和射频前端在PC上实现了GPS软件接收机样机。介绍了GPS软件接收机的结构和数据采集硬件,讨论了GPSC/A码的特性、产生原理以及捕获过程。针对传统的串行搜索算法慢的缺点以及高动态GPS软件接收机的特点,在该样机中实现了快速的基于循环卷积的并行捕获算法,并联合使用超前滞后环和对相位反转不敏感的科斯塔斯锁相环分别对码相位和多普勒频偏进行跟踪,解调得到导航电文。仿真和测试结果表明,使用GPS软件接收机进行信号处理的思想使用户在算法处理和软件升级等方面具有更大的灵活性,可应用于下一代任何全球导航卫星定位系统(GNSS)和空基增强系统(SBAS)接收机的设计。     

北斗软件接收机中GEO卫星定位策略

GEO卫星在导航系统中发挥着基本导航、增强和转发等三大功能。针对北斗系统GEO卫星的特殊性和兼容性,对北斗GEO卫星播发的D2导航电文的特点进行了分析,利用GEO的静地特性在基带信号处理中应用数学思想提出了基于二次函数逼近的快速牵引,推导了GEO卫星位置速度的计算公式,提出了基于模糊控制的GEO伪距测量算法,提高了信号处理通道的通用性和兼容性。对相关算法和策略在基于DSP+FPGA的软件接收机中利用实际信号进行了验证,在省略精捕获时间的情况下实现了50 Hz以下的多普勒频移精度,伪距测量方法的通用性节省了50%的资源和工作量,相关算法具有良好的实用价值。     

SINS/GPS组合导航系统选星算法

选星算法是SINS/GPS组合导航定位系统中一个重要的步骤。在最佳选星算法的基础上,提出了一种适用于基于伪距、伪距率的SINS/GPS紧耦合组合系统的选星算法。该算法通过ENU（东北天）坐标系中几何矩阵及几何精度因子的定义,利用星历给出的卫星在ENU坐标系中的高度角和方位角解算出最佳四颗导航定位卫星,即基于G矩阵的选星算法。通过与两种常规选星算法的对比,验证了本算法具有较强的工程实用性。此外又推导了基于G矩阵的伪距、伪距率的SINS/GPS组合系统量测方程。该算法避免了求解卫星的位置,从而有效减少了计算量。     

Least-squares-based iterative and gradient-based iterative estimation algorithms for bilinear systems

For bilinear systems with colored noise, this paper gives the input–output representation of the bilinear systems through eliminating the state variables in the model and derives a three-stage gradient-based iterative algorithm and a three-stage least-squares-based iterative algorithm for identifying the parameters of the input–output representation by means of the hierarchical identification principle. A gradient-based iterative (GI) algorithm is given for comparison. Compared with the GI algorithm, the proposed algorithms have lower computational burden and faster convergence speed. The simulation results indicate that the proposed algorithms are more effective for identifying bilinear systems.