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GPU的GPS信号并行捕获

针对计算机中央处理器上串行实现GPS捕获算法耗时长的缺点,利用具有强并行处理能力的图形处理器设计实现了两种分别适用于不同载噪比信号的并行捕获算法以提高捕获速度。所提算法基于计算机统一设备架构的设计思想,采用了并行码相位搜索捕获策略,通过对GPS星座32颗卫星多通道、多频点的并行搜索实现了强信号捕获,而对弱信号则采用非相关积分法,通过对单颗卫星多时段、多频点的并行搜索再进行通道的串行处理来实现并行捕获。仿真结果表明:两种并行捕获算法比串行实现的捕获算法速度提高了10倍;采用非相干积分提高了弱信号捕获能力,对于载噪比为40 dB的10 ms中频数据,在保证捕获速度的同时,仍能够有效实现正确捕获。     

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。     

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。     

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。     

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。     

汽车微弱振动信号的混沌振子识别

混沌振子对微弱信号的检测在实际应用中具有重要价值。论文介绍了微弱信号检测的混沌振子理论，提出了混沌振子的幅频联调自适应方法，用以识别微弱信号，并给出了幅频联调自适应方法的具体步骤．对淹没在强噪声中微弱周期信号混沌检测进行了仿真分析。针对汽车在运行中飞轮壳出现裂纹的问题，用混沌振子进行了实际微弱振动信号识别。与相关的其它研究进行对比，确定所识别出的单周期微弱振动信号，说明了该裂纹的出现，该项研究可应用于汽车各个部件的隐蔽性故障分析。     

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。     

基于PS12台阵的微弱爆炸信号识别技术

对GSN台网的HIA地震台站与CTBTO/IMS的PS12地震台阵记录的2007年12月11日河北怀来“明灯1号”爆炸及2006年10月9日朝鲜爆炸事件进行对比分析。结果显示:PS12台阵子台监测的P波信噪比提高至普通台站监测的P波信噪比的4.6倍;利用聚束技术进一步压低噪声后,PS12台阵聚束信号的信噪比提高至单个钻井台站的3倍,比普通HIA台站记录的地震信号信噪比高10多倍。研究结果表明,钻井小孔径台阵可高效提高微弱信号的检测能力。     

基于模糊算法的GPS定位误差估计

几何精度衰减因子GDOP和卫星信噪比SNR等多方面因素的影响，增大了GPS单点定位误差。根据实测GPS数据，选取了对定位精度影响较大的两个因素GDOP和SNR，对它们与定位精度之间的关系分别进行研究；基于模糊算法建立了由GDOP和SNR估计定位精度的模糊规则数据库；通过试验数据验证了该模糊规则数据库的有效性和实用性。     

基于软件GPS接收机的高动态跟踪环路设计

介绍了三阶载波跟踪环路的设计方法,并在MATLAB软件上通过低动态实验和高动态仿真实验对设计的跟踪环路性能进行验证。低动态实验采用中频信号采样器采集的真实GPS信号,高动态实验采用GPS信号仿真器生成的高动态仿真信号。实验结果表明,基于软件GPS接收机设计的二阶载波跟踪环路可满足一般低动态要求,而三阶载波环路则可满足载体相对于卫星加速度为10个g的高动态要求。     

一种基于自适应波峰检测的MEMS计步算法

针对微机电测量系统(MEMS)波峰检测计步算法和自相关分析计步算法仅利用单轴加速度和固定阈值对传感器姿态和运动状态变化适应性较差的问题,提出了一种自适应波峰检测算法。该算法将行人运动状态分为正常状态与非正常状态,根据行人每一步的最大整体加速度与运动状态的内在相关性,获取不同运动状态的波峰检测经验阈值,实现不同运动状态下的自适应计步。通过实验对比分析,自适应波峰检测算法在传感器不同姿态和行人不同运动状态下的计步正确率均可达到99%以上,而常规波峰检测算法和自相关分析算法对正常态的计步精度虽然达到97%和99%以上,但对非正常状态下的计步精度仅有70%和50%,无法适应行人运动状态的变化。结果表明:自适应波峰检测算法对MEMS传感器姿态和运动状态的变化适应性较强,能够实现传感器不同姿态和不同运动状态下的可靠性计步。另外,自适应波峰检测、常规波峰检测、自相关分析算法的时间运算效率分别为0.036 s、0.046 s、0.131 s,自适应波峰检测算法时间效率明显优于其他两种算法。     

基于一种改进EMD算法的GPS多径效应抑制方法

为了抑制短基线双差分GPS测量中的多径误差,提出了一种改进的经验模态分解(EMD)滤波方法。首先分析了含噪信号EMD分解的噪声传播特性,提出应用噪声辅助数据分析方法对低阶模态分量进行处理,实现将信号的噪声压缩至低阶本征模态函数(IMF)中,进而提高含噪信号高阶模态分量的信噪比。然后基于上述改进的EMD算法实现了模态单元阈值降噪,随机采样第1阶IMF构造多个具有相同信噪比的序列,最后平均处理多个序列的降噪结果以消除EMD分解的位置敏感性误差,与小波降噪以及传统EMD阈值降噪的仿真对比表明,提出的降噪算法有显著优势。最后,将提出的算法用于GPS测量信号的多径误差提取,结果表明该方法可以用于抑制短基线GPS测量的多径误差。     

基于GPS观测量和模型预测滤波的机载SINS/GPS空中自对准

针对机载SINS/GPS组合导航系统地面静基座对准时间较长的问题,提出了一种基于GPS观测量和模型预测滤波(MPF)的机载SINS/GPS空中开机自对准方法。该方法首先在载机匀速直线飞行阶段进行SINS/GPS空中开机粗对准,利用GPS获得初始位置、速度和航向,利用加速度计的输出信息计算两个初始水平姿态角;然后在载机进入最优S机动飞行段进行SINS空中精对准,采用MPF和EKF相结合的滤波器估计SINS的误差并进行校正。计算机仿真结果表明,该方法实现了SINS的空中开机自对准,大大缩短飞机的地面准备时间,空中开机粗对准的方位角误差小于15°,俯仰角和横滚角误差小于2°,而空中精对准的方位角、俯仰角和横滚角的估计误差分别达到了67.36〞、47.31〞和-32.52〞。