針對微弱信號條件下GPS軟件接收機的C/A碼捕獲問題,提出一種新的并行快速捕獲算法。采用平均相關(guān)技術(shù)降低C/A碼的自相關(guān)損耗,基于載頻誤差補償技術(shù)減小C/A碼累積誤差;利用疊加相關(guān)方法降低相干累積運算的復(fù)雜度,通過循環(huán)移位減小頻率步進搜索的時間消耗。實驗結(jié)果表明該算法能夠有效實現(xiàn)GPS信號捕獲。對比仿真實驗表明,該算法能夠完成弱GPS信號捕獲,且運算量適中,適合高靈敏度軟件接收機使用。 

【文章來源】：火力與指揮控制. 2019,44(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

平均分組示意圖

生成仿真的GPS信號作為測試信號。仿真生成8號GPS衛(wèi)星信號，數(shù)據(jù)長度為200ms，導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)隨機取值，信號頻率為4.092MHz，采樣頻率為16.368MHz，信號初始相位為0。信號中混入加性零均值高斯白噪聲，噪聲方差，則信號幅度可以表示為（19）SNR為信噪比，單位為dB。GPS信號捕獲要求能夠捕獲到信號強度在-174dBW~-188dBW之間的弱信號，換算為信噪比約為-47dB~-33dB之間。采用本文方法和傳統(tǒng)并行捕獲算法對不同強度的信號進行捕獲測試，考慮到傳統(tǒng)并行捕獲算法的時間消耗，設(shè)定碼相位搜索步長為Tc/2，測試結(jié)果如圖4所示�？梢钥闯�，隨著信噪比的增加，兩種算法正確捕獲的概率均逐漸增加，但本文算法在各個信噪比下的捕獲性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的并行捕獲算法。頻率搜索步進1kHz0.5kHz傳統(tǒng)算法10.435s19.793s本文算法0.276s0.598s圖3實際信號捕獲結(jié)果圖4與傳統(tǒng)并行捕獲算法的性能比較·70·0998

對接收信號進行頻率補償?shù)葍r于信號FFT的循環(huán)移位。因此，只需在計算出接收信號的FFT后，對FFT結(jié)果進行循環(huán)移位就能實現(xiàn)頻率步進補償搜索，可以頻率搜索過程的時間消耗。4算法實現(xiàn)與實驗驗證分析為了進一步提高捕獲靈敏度，還需對相關(guān)后的結(jié)果進行再次疊加，通�？梢圆捎孟喔衫鄯e、非相干累積和差分相干累積方法對多個相關(guān)結(jié)果進行累積，提高捕獲靈敏度。綜合考慮3種累積方式的性能，本文采用相干非相干累積方法［9］，該方法首先進行一段相干累積，然后對相干累積結(jié)果進行非相干累積，捕獲算法的總體原理圖如圖2所示。圖2算法總體原理圖首先采用實際GPS信號進行算法測試。利用SiGe半導(dǎo)體公司的SE4120L射頻前端，混頻后輸出的頻率為4.092MHz，采樣頻率為16.368MHz信號。捕獲過程中，碼相位搜索步長Tc/64，相干累積12次，基于Matlab2016a進行算法的捕獲測試。圖3為本文算法對2017年8月18日15時左右10號GPS衛(wèi)星的捕獲結(jié)果。結(jié)果表明，本文算法能夠?qū)崿F(xiàn)GPS信號的有效捕獲。在同一臺計算中，對本文算法和傳統(tǒng)并行捕獲算法的時間消耗進行對比測試，傳統(tǒng)算法碼相位搜索步長同樣設(shè)為Tc/64，且采用相同的相干非相干累加方法，測試結(jié)果如表1所示。表1時間消耗比較時間消耗的測試結(jié)果表明，本文算法的時間消耗遠遠小于傳統(tǒng)并行捕獲算法。由于時間消耗，傳統(tǒng)并行算法無法應(yīng)用于碼相位精細搜索。而文中算法的疊加相關(guān)作用于相干累積階段，能夠有效降低相干累積的時間消耗，而循環(huán)移位能夠有效降低頻率步進搜索過程中的時間消耗，從而滿足碼相位精細搜索的時間要求。為了驗證捕獲算法的靈敏度，需要對不同信噪比下的信號進行捕獲測試，而實際采集數(shù)據(jù)不能實現(xiàn)信噪比的靈活控制，因此，采用Matlab生成仿真的GPS信號?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于區(qū)域定位重要度指標的GPS失效性分析[J]. 裴東,秦大國.  火力與指揮控制. 2016(08)
[2]對GPS接收機的欺騙式干擾試驗研究[J]. 王海洋,姚志成,范志良,鄭堂.  火力與指揮控制. 2016(07)
[3]基于平均相關(guān)和差分相干累積的微弱GPSC/A碼信號精密捕獲算法[J]. 李新山,郭偉.  通信學(xué)報. 2015(05)
[4]基于FFT的GPS快速并行捕獲算法[J]. 陳希,張銳,帥濤.  宇航學(xué)報. 2011(01)
[5]基于簡易差分相干積累的高靈敏度GPS軟件接收機捕獲算法[J]. 唐斌,董緒榮.  信號處理. 2009(05)
[6]軟件GPS接收機信號搜索捕獲的仿真實驗研究[J]. 張勇,林寶軍,徐志瀚.  系統(tǒng)仿真學(xué)報. 2006(09)



本文編號：3096230