基于长时间差分相关/最大似然法的北斗信号位同步算法

北斗信号二次编码调制了速率为1 kbps的NH码,频繁的比特跳变将相干积分时间限制在1 ms,需要对信号实现位同步获得比特边缘信息和NH码相位信息。为了实现弱信号、大频偏条件下北斗信号的位同步,解决频繁比特跳变和大频偏对传统位同步算法的性能影响问题,提出了一种基于长时间差分相关的最大似然位同步算法。首先,采用差分相关运算去除剩余频率误差的影响,并将差分延迟时间设定为整数倍比特周期以去除NH码的影响;其次,基于最大似然函数进行差分相关后的相干和非相干检测,提高弱信号条件下的位同步检测概率。最后,采用蒙特卡洛仿真测试分析了载噪比为20~40 d B·Hz、不同频率误差的条件下,此算法与传统位同步算法的检测性能。结果表明在频率误差为50 Hz的条件下,传统位同步方法无法工作,本文提出的算法仍具备较好的检测性能。该算法能够有效地去除北斗NH码频繁相位变化对位同步的影响、减弱频率误差对位同步性能的衰减作用,以及通过相干/非相干累积获得弱信号能力,该算法适用于弱信号、大频率偏差条件下的北斗信号位同步。     

基于组合FFT的多核北斗软件接收机并行捕获算法

目前数字信号处理器已经由单核系统发展为多核并行系统,可通过并行执行任务加快信号处理速度。北斗C_(B2I)码是GPS C/A码码长的两倍,若使用传统捕获算法将会延长信号捕获时间。基于此问题,提出了一种基于组合FFT的并行捕获算法。该算法将信号奇偶点分开进行并行处理,可将单次FFT变换点数减半,并通过高效利用多核资源加快信号捕获速度。为了验证算法性能,对比了传统算法和改进后算法的PTP值。仿真结果表明,两算法PTP均值分别为2.961和2.938,改进后算法未降低捕获精度。最后,以多核嵌入式平台为基础分析了两算法的单核运算量,结果表明:当待处理的信号点数由1000增加到256 000时,改进后算法单核乘法运算量减少比例由33%增加到了40%,而加法计算量始终减少50%,改进后算法可达到快速捕获的效果。     

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。     

基于分段折叠算法的北斗C_(B2I)码快速捕获

以最新公布的北斗B2信号为研究对象,针对采样频率较高时,利用传统的并行码相位搜索捕获算法对北斗CB2I码进行捕获存在总运算量和单次FFT运算点数较大的问题,提出了一种基于分段折叠的基带信号快速捕获算法,即利用本地CB2I码前后两段折叠处理形成本地折叠CB2I码进行捕获运算。利用仿真的北斗B2信号源对本文提出的改进算法进行了验证,仿真结果表明,和传统的捕获算法相比,改进的快速捕获算法将捕获过程的总运算量以及单次FFT运算的点数降低了约一半,提高了北斗CB2I码的捕获速度。此外,可以根据信号强度的不同对捕获速度和捕获灵敏度进行权衡,保证北斗B2I信号捕获性能的最优。     

基于自相关侧峰消除的北斗B1C快速高精度捕获算法

北斗三号播发的B1C信号采用二进制偏移载波(BOC)调制方式和10 ms周期的伪随机码,可以与现存L1频段上的导航信号共有载波频率,同时提高导航信号的跟踪精度和伪距测量精度.然而,BOC调制会带来相关函数多峰性问题,10 ms周期的伪随机码会极大增加信号捕获的计算量,影响捕获速度,同时长码的跟踪需要更小带宽的跟踪环路,...     

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。     

提高北斗BOC信号捕获精度的伪码相位估计法

针对北斗二号将要采用的BOC信号粗捕获精度不足的问题,提出一种改进的伪码相位估计法。首先根据北斗将要采用的MBOC(6,1,1/11)调制方式,利用ASPeCT方法大幅削弱BOC信号旁瓣的影响;其次,利用频域FFT码相位循环相关法进行MBOC信号的粗捕获;最后,采用最小二乘拟合和三次样条插值的伪码相位估计法提高捕获精度。仿真结果表明,使用ASPeCT方法削弱旁瓣的影响后,最小二乘拟合和三次样条插值都能够使捕获误差均值减少到粗捕获误差的约1/10,三次样条插值误差均值最小,最小二乘拟合稳定性较好,具有更小的方差,适合干扰较大的场合。     

基于概率统计方法的微弱GPS信号捕获算法

微弱GPS信号的信噪比较低,需采用更长的相干和非相干积分时间增强信噪比,提出一种从概率统计角度分析相干和非相干积分运算过程的方法。首先给出了复数下变频信号输入的相关运算表达式;然后推导了相干积分的相关输出数学期望和方差,计算出单元捕获失败的概率密度和概率表达式;最后,用Matlab对GPS信号的相干和非相干积分进行仿真。仿真结果验证了捕获失败概率表达式的结论,即由于高斯近似和非相干平均产生的性能损失,非相干积分的捕获性能比相干积分弱3.5 dB。     

一种基于半毫秒积分的动态北斗信号载波频率牵引方法（英文）

针对动态下北斗信号频繁比特跳变引起锁频环鉴频错误进而导致环路失锁的问题,提出了一种基于半毫秒积分的载波频率牵引方法。在每毫秒的载波频率牵引过程中,首先提取两组位于同一数据比特时延下的半毫秒相关积分值,然后采用四象限反正切鉴频器对两组半毫秒相关积分值进行鉴频,再根据鉴频结果调整载波数控振荡器输出的本地载波频率,实现大范围载波频率牵引。以动态条件下北斗B3I信号为研究对象,进行了跑车试验和高动态环境模拟仿真试验,试验结果表明,所提出的方法不仅克服了比特跳变对锁频环的影响,同时将载波频率牵引范围扩大为传统方法的四倍左右(动态跑车实验验证了872.5 Hz下的有效性),适用于动态环境下的北斗信号处理,并且算法复杂度较低,易于工程实现。     

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。     

北斗二代导航信号抗多径性能分析与仿真

针对北斗二代导航信号抗多径性能的分析需求,推导了基于相干超前减滞后延迟锁定环的码跟踪多径误差评估方法,运用该方法分析了北斗二代导航信号的抗多径性能,仿真表明在多径直达信号幅度比为-6 dB,相关间距为24 ns,信号带宽为24 MHz时,北斗二代导航信号都能区分大于300 m的多径延迟。以MBOC信号为例对不同的多径直达信号幅度比、相关器间距、信号接收带宽、信号组成时导航信号的多径性能进行了仿真。结果表明:在多径直达信号幅度比一定时,提升信号的高频分量,在接收端采用窄相关技术和宽的接收带宽可将北斗二代导航信号的多径误差限制在4 m以内,且衰减速度更快,从而改善信号的抗多径性能。     

基于北斗信号辐射源的无源雷达定位技术

外辐射源无源跟踪对提高区域防御系统的生存能力和反击能力具有重要的军事意义和实用价值。近年来,基于星载辐射源的无源雷达探测系统受到广泛关注。在选取北斗卫星信号为研究对象的基础上,首先从模糊函数和雷达探测距离方面重点分析了北斗信号作为无源雷达辐射源的实用性。然后研究了一种基于时差测量的多发单收型无源雷达定位系统,并给出了解算目标位置的总体最小二乘算法。最后对该系统下的定位算法和定位精度进行分析,仿真结果表明在相同条件下,总体最小二乘算法能减小近50%的定位误差,且误差波动范围明显减小。     

基于伪距差分的三星无源北斗/SINS组合导航系统

由于北斗卫星所处轨道远离地球,无源北斗接收机输出伪距的误差较大,影响了与惯导进行伪距组合时的滤波定位效果。考虑到无源北斗伪距误差建模复杂,且Kalman滤波要求误差模型准确,作者研究了采用单机伪距差分的方法减少滤波量测值误差,通过理论分析建立了基于伪距差分的三星无源北斗/SINS组合模型。跑车试验表明,该组合导航算法可有效提高系统的定位精度,并具有滤波参数调整简单的优点。     

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。