發(fā)布時(shí)間：2021-03-23 18:30

　　針對(duì)微弱信號(hào)條件下GPS軟件接收機(jī)的C/A碼捕獲問(wèn)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(bǔ)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(yùn)算的復(fù)雜度,通過(guò)循環(huán)移位減小頻率步進(jìn)搜索的時(shí)間消耗。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法能夠有效實(shí)現(xiàn)GPS信號(hào)捕獲。對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)表明,該算法能夠完成弱GPS信號(hào)捕獲,且運(yùn)算量適中,適合高靈敏度軟件接收機(jī)使用。 

【文章來(lái)源】：火力與指揮控制. 2019,44(06)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

平均分組示意圖

生成仿真的GPS信號(hào)作為測(cè)試信號(hào)。仿真生成8號(hào)GPS衛(wèi)星信號(hào)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為200ms，導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)隨機(jī)取值，信號(hào)頻率為4.092MHz，采樣頻率為16.368MHz，信號(hào)初始相位為0。信號(hào)中混入加性零均值高斯白噪聲，噪聲方差，則信號(hào)幅度可以表示為（19）SNR為信噪比，單位為dB。GPS信號(hào)捕獲要求能夠捕獲到信號(hào)強(qiáng)度在-174dBW~-188dBW之間的弱信號(hào)，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(duì)不同強(qiáng)度的信號(hào)進(jìn)行捕獲測(cè)試，考慮到傳統(tǒng)并行捕獲算法的時(shí)間消耗，設(shè)定碼相位搜索步長(zhǎng)為T(mén)c/2，測(cè)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(gè)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(jìn)1kHz0.5kHz傳統(tǒng)算法10.435s19.793s本文算法0.276s0.598s圖3實(shí)際信號(hào)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(duì)接收信號(hào)進(jìn)行頻率補(bǔ)償?shù)葍r(jià)于信號(hào)FFT的循環(huán)移位。因此，只需在計(jì)算出接收信號(hào)的FFT后，對(duì)FFT結(jié)果進(jìn)行循環(huán)移位就能實(shí)現(xiàn)頻率步進(jìn)補(bǔ)償搜索，可以頻率搜索過(guò)程的時(shí)間消耗。4算法實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析為了進(jìn)一步提高捕獲靈敏度，還需對(duì)相關(guān)后的結(jié)果進(jìn)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(duì)多個(gè)相關(guān)結(jié)果進(jìn)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(jìn)行一段相干累積，然后對(duì)相干累積結(jié)果進(jìn)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(shí)際GPS信號(hào)進(jìn)行算法測(cè)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(hào)。捕獲過(guò)程中，碼相位搜索步長(zhǎng)Tc/64，相干累積12次，基于Matlab2016a進(jìn)行算法的捕獲測(cè)試。圖3為本文算法對(duì)2017年8月18日15時(shí)左右10號(hào)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(hào)的有效捕獲。在同一臺(tái)計(jì)算中，對(duì)本文算法和傳統(tǒng)并行捕獲算法的時(shí)間消耗進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，傳統(tǒng)算法碼相位搜索步長(zhǎng)同樣設(shè)為T(mén)c/64，且采用相同的相干非相干累加方法，測(cè)試結(jié)果如表1所示。表1時(shí)間消耗比較時(shí)間消耗的測(cè)試結(jié)果表明，本文算法的時(shí)間消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)并行捕獲算法。由于時(shí)間消耗，傳統(tǒng)并行算法無(wú)法應(yīng)用于碼相位精細(xì)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(shí)間消耗，而循環(huán)移位能夠有效降低頻率步進(jìn)搜索過(guò)程中的時(shí)間消耗，從而滿足碼相位精細(xì)搜索的時(shí)間要求。為了驗(yàn)證捕獲算法的靈敏度，需要對(duì)不同信噪比下的信號(hào)進(jìn)行捕獲測(cè)試，而實(shí)際采集數(shù)據(jù)不能實(shí)現(xiàn)信噪比的靈活控制，因此，采用Matlab生成仿真的GPS信號(hào)?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于區(qū)域定位重要度指標(biāo)的GPS失效性分析[J]. 裴東,秦大國(guó).  火力與指揮控制. 2016(08)
[2]對(duì)GPS接收機(jī)的欺騙式干擾試驗(yàn)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(hào)精密捕獲算法[J]. 李新山,郭偉.  通信學(xué)報(bào). 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(bào). 2011(01)
[5]基于簡(jiǎn)易差分相干積累的高靈敏度GPS軟件接收機(jī)捕獲算法[J]. 唐斌,董緒榮.  信號(hào)處理. 2009(05)
[6]軟件GPS接收機(jī)信號(hào)搜索捕獲的仿真實(shí)驗(yàn)研究[J]. 張勇,林寶軍,徐志瀚.  系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào). 2006(09)



本文編號(hào)：3096230