基于DSP的高动态接收机载波捕获跟踪技术

介绍了高动态GPS接收机的码捕获与载波跟踪的原理,设计了一种基于高速数字信号处理(DSP)技术的PLL FLL环混合全数字高动态载波跟踪技术方案,同时给出了一种在连续高动态下载波跟踪算法即基于交叠离散傅里叶变换的频率跟踪算法(ODAFC),并对此算法进行了仿真验证.仿真结果证明了该算法的正确性.     

高动态下GPS信号的捕获和跟踪技术研究

为检测高动态GPS信号,需要设计码环及载波环的捕获和跟踪数字系统。如何快速捕获信号,并进行精确跟踪,是问题的关键。针对高动态环境下GPS信号的捕获和跟踪问题,分析了高动态环境对GPS信号的影响,提出了FFT码快速捕获算法,以及二阶FLL与三阶PLL混合载波跟踪方案,并对码环和载波环的结构和参数的设计方法进行了说明。仿真结果和分析表明该方案能在高动态环境下实现信号的快速捕获,且能较好地满足接收机动态性能和跟踪精度的要求。     

分层Duffing振子检测高动态GPS信号的捕获算法

高动态下,即当加速度、加加速度很大时,GPS的信号捕获在相干累计时间内会存在较大偏差,使得定位很不准确。因此,必须考虑累积时间与多普勒补偿的均衡。针对这一因素,采用了多普勒估计与补偿技术对GPS信号进行捕获。但若没有INS信息,或者INS出现故障时,由于Duffing混沌振子对噪声有较大抑制作用,同时对周期微弱信号非常敏感的特点,提出一种新的采用Duffing混沌振子进行GPS高动态下的信号检测方案。最后对高动态下GPS信号的捕获进行了仿真,结果表明,该方法可以很好地实现高动态GPS信号的快速精确捕获。     

高动态弱信号环境下基于INS的GNSS捕获方法分析

为保证 GNSS 在挑战环境下的捕获性能，分析了高动态弱信号捕获存在的问题，提出了一种新的 INS 辅助并行码相位捕获方法，在频域利用 INS 辅助信息卫星星历/历书数据估计多普勒，缩小频率搜索范围，在码域利用码相位估计及并行码相位搜索的方法，减少码相位搜索时间，最后结合差分相干累积提高捕获灵敏度，实现高动态弱信号的快速捕获。仿真结果表明， 该算法能显著提升高动态、弱信号环境下 GNSS 接收机的捕获性能。     

软件GPS接收机弱信号捕获方法

为了提高软件GPS接收机弱信号捕获能力,研究了软件GPS接收机弱信号捕获的方法,分析了非相干积分的损耗和增益,通过非相干积分方法提高接收机灵敏度,对于存在多普勒频移的信号采用频率补偿方法改善非相干积分效果,采用实验方法确定检测门限,达到较好的检测效果。采用平方法测量精确频率,分析了不同条件下平方法的输出增益,仿真实验证明,合理选择数据长度和求和时间可以较大程度地改善频率分辨率。     

基于AF和UKF联合估计技术的高动态GPS信号捕获方法研究

分析了高动态环境给接收GPS信号带来的问题,研究了一种适应高动态环境GPS信号快速捕获方法.该方法基于模糊函数(AF)和Unscented卡尔曼滤波(UKF)的联合估计技术对GPS信号的伪码延时和多普勒频率进行估计.仿真比较了UKF和AF联合估计方法与MLE方法的估计性能,仿真结果表明该方法在保证跟踪精度的前提下提高了GPS信号的捕获速度.     

多频段高动态信号载波频偏捕获方法研究

研究了多频段高动态信号载波频偏问题,分析了多频段给频偏捕获带来的困难,针对低数据率、大载波频偏的情况,讨论了抽取倍数对捕获范围和精度的影响,并提出对于不同频段,通过改变相应的抽取倍数来满足不同的频偏和精度,再进行最大功率搜索法估计频偏的捕获方案。仿真结果表明,与传统方法进行比较,该方案在低信噪比下条件下估计性能更好,能够适应UHF和S频段,在数据率9.6 kb/s的条件下,估计精度在UHF频段下为300Hz,在S频段下为600Hz。     

高动态微弱信标信号载波捕获跟踪的设计与实现

为了研究高动态低信噪比下信标信号的载波捕获跟踪问题,采用两级二阶锁频环(FLL)和一级三阶锁相环(PLL)技术方案。FLL采用基于周期图的鉴频方法,实现极低信噪比下信号载波的捕获。PLL中的三阶锁相环通过对环路压控振荡器(VCO)的输入控制信号进行监测,自适应地调整环路滤波器的带宽,以满足高动态下信号载波频率动态范围大的要求。在基于FPGA构建的信号处理板上验证了上述实现方案,并给出实验结果。     

基于最大似然估计的高动态GPS载波跟踪环

 基于最大似然估计提出了一种全新设计的GPS载波跟踪环结构,并将该环路应用于高动态、低信噪比条件下的GPS载波频率跟踪. 文中给出了环路的设计细节,并详细讨论了环路中各模块的功能及模块之间的参数传递. 利用具有典型高动态参数的GPS载波信号对环路的跟踪性能进行了测试. 测试结果表明,与普通GPS接收机的载波跟踪环相比,该环路对高动态环境下的失锁门限和门限附近的频率跟踪精度均有显著改善.     

一种新的高灵敏度GPS信号捕获方法

针对全球定位系统(global position system,GPS)信号的高灵敏度捕获问题,提出了一种基于阵列双稳随机共振( stochastic resonance,SR)的GPS信号捕获方法.该方法首先用部分匹配滤波器对GPS信号进行分段相关预处理,并进行二次采样,得到符合阵列双稳SR系统输入要求的信号,然后应...     

微弱GPS信号差分快速捕获算法

微弱GPS信号的捕获算法,是高灵敏度GPS接收机实用化的关键技术,但通常有效提高GPS信号捕获灵敏度的信号累积技术会消耗大量时间。通过对当前主要弱信号累积技术和捕获算法的分析,在总结其利弊的基础上提出了利用差分累积的微弱GPS信号快速捕获算法,并通过仿真验证了算法性能,利用实际采样数据证实了算法的有效性。     

四相鉴频器辅助的高动态BOC信号载波跟踪

叉积鉴频器的输出频率范围比较窄,捕获信号以后的多普勒频偏可能不在其跟踪范围内。针对此问题,提出了使用四相鉴频器( FQFD )算法辅助已经成型的二阶锁频环加三阶锁相环模型。首先,利用四相鉴频器的非线性特性将接收信号频偏大步长牵引到较低范围,然后使用锁频环消除其大部分动态性,最后利用锁相环跟踪精度高的特点实现高动态二进制偏移载波( Binary Offset Car-rier,BOC)信号载波的快速准确跟踪。在分析各跟踪模块算法的基础上,讨论了其本身的热噪声误差、动态适应力以及最优带宽等相关问题,理论分析和仿真结果验证了该方法比原有跟踪算法提高了300 Hz左右的鉴频范围,并且跟踪效果良好。     

GPS信号快速捕获技术研究及仿真

为提高GPS信号的捕获速度,研究了基于快速傅里叶变换的并行码相位快速捕获技术,在原算法的基础上进行了二级处理,对频率细化从而减小了相关值衰减,使其更适用于工程应用。采用该技术在频域计算输入信号与本地信号的相关值,并得到相关峰值所对应的载波频率和码相位。Matlab仿真结果表明,该技术可以成功的捕获GPS卫星的C/A码信号并减少运算量,乘法和加法的运算次数是传统顺序搜索算法的0.112 3%和0.215 7%,有效的缩短了信号捕获时间。     

一种应用于深空通信的微弱信号捕获算法

针对低信噪比、高动态条件下深空测控通信信号捕获概率低以及复杂度较高的问题,首先分析了深空测控通信信号捕获的难点以及信号循环平稳特性,然后在此基础上提出了一种基于循环相关的新算法。计算机仿真结果证明新算法捕获门限达24 dBHz,适应频率动态达800 Hz/s;新算法较传统的捕获算法,在相同门限条件下的频率动态适应范围提升了约两个数量级。该方法已被应用于我国第一个深空测控站的建设,工作性能稳定可靠,有效地解决了低信噪比下深空站抑制载波信号的捕获问题。     

基于平均相关和差分相干累积的微弱GPS C/A码信号精密捕获算法

针对弱信号条件下GPS C/A码捕获问题,提出一种基于平均相关和差分相干累积的码捕获算法。首先,引入相干能量最大值与第二大值的比值作为判决变量,仿真了各种捕获算法的虚警概率得到最佳的判决门限;然后,通过设置的判决门限获得不同多普勒频率偏差及信噪比条件下的检测概率;最后,比较了所提差分相干累积算法、相干非相干累积算法以及非相干累积算法的捕获灵敏度。仿真实验表明,在相同接收数据长度的情况下,采用差分相干累积算法比其他2种算法提高捕获灵敏度约2 dB。     

一种全球定位系统弱信号捕获策略

信号捕获是目前广泛应用的数字全球定位系统(GPS)接收机的重要部分,弱信号条件下的信号捕获过程是目前GPS接收机算法研究的重点。本文分析和比较了2种经典捕获检测策略(TONG捕获策略及NM捕获策略)的性能,并针对弱信号条件下GPS信号捕获的特点,提出了一种适用于弱信号条件下的捕获检测策略—双门限搜索检测策略。理论分析和仿真说明该策略在弱信号条件下具有较好的性能。     

基于块累加和频率补偿的GPS快速捕获算法

本文采用了一种新的基于FFT的GPS弱信号快速捕获算法,研究了该算法的理论性能,利用实测GPS采集数据对算法的实际捕获性能进行了仿真验证,对比分析了新的算法相对传统循环相关算法的性能优势。     

基于压缩感知的线性调频信号参数估计

提出一种基于压缩感知(Compressed Sensing,CS)理论的线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)信号参数估计算法.考虑到LFM信号在最佳分数阶Fourier变换(Fractional Fourier Transform,FrFT)域中是稀疏信号,对变换阶次进行粗搜索与精搜索,利用CS恢复信号在各个阶次FrFT矩阵中的系数向量,通过二维搜索.得到最佳变换阶次,进而得到信号的调频斜率和起始频率.在窄带干扰条件下,将形态学成分分析应用于算法中,提高了算法的抗干扰性能.实验结果表明,在随机采样点数远低于奈奎斯特采样点数的情况下,该算法能够准确估计信号参数,并且对高斯白噪声和强窄带干扰不敏感.     

基于小波变换的GPS微弱信号捕获组合算法

针对战场环境下GPS信号易受到敌方压制式干扰而产生严重衰减,提出了一种相干积分、非相干积分和小波降噪相结合的组合算法。该算法先通过相干积分和非相干积分结合的方法提高整体信号强度,避免导航数据位可能发生跳变的特性,然后采用小波降噪技术,克服信号与噪声的频带相互重叠时,滤波效果变差的问题,实现对弱信号的捕获。仿真结果表明,采用20 ms的相干积分时间、5次非相干积分和小波降噪,可以接收比传统方法低5 dB信噪比的微弱GPS信号。这种方法容易实现,预测可靠,具有实际应用价值。