基于FPGA的高动态GPS信号实时捕获设计

提出了一种高动态环境下GPS接收机实时捕获的FPGA硬件实现方案。此方案针对高动态环境下GPS接收机对信号捕获速度的要求和当前硬件平台,在平均采样预处理后,选取5组数据中的2组进行捕获,以捕获精度的较小降低为代价实现单颗GPS卫星信号的实时捕获。通过对高动态环境下模拟信号捕获过程的仿真和硬件实现,验证了此种捕获方法的正确性和可行性。     

GPS/SINS超紧组合导航的性能分析

GPS接收机在高动态环境下很容易失锁,特别是载体的高动态造成的应力对接收机载波跟踪环影响很大。为了解决高动态环境下的组合导航,分析了GPS接收机载波跟踪环的测量误差和跟踪门限,采用惯导速度辅助GPS接收机跟踪环路的超紧组合结构。超紧组合需要涉及到GPS接收机跟踪环内部编排及高动态环境下的实验数据,难度较大。针对超紧组合仿真专门开发了GPS实时软件接收机、高动态GPS中频信号仿真器和惯导模拟器并构建了一个完整的GPS/SINS超紧组合仿真系统。仿真结果表明,该超紧组合导航系统可以跟踪50g的加速度和10倍音速。     

GPS软件接收机的捕获与跟踪算法

研究了GPS软件接收机的捕获与跟踪算法。分析了时域串行滑动相关捕获算法和频域基于FFT的并行相关捕获算法,设计了适合GPS软件接收机的并行算法,实现了对空中可见卫星的捕获。针对GPS信号的特点,设计了基于DLL与PLL相结合方法的GPS跟踪算法。利用实测中频信号对上述捕获与跟踪算法进行了验证分析,测试结果表明,基于FFT的并行相关捕获算法能够有效增强软件接收机的捕获能力,采用DLL与PLL相结合的方法能够实现对GPS信号的有效跟踪。     

弹道辅助的弹载接收机伪卫星信号快速捕获方案

 为实现导航式弹道修正弹在高动态环境下对导航信号的快速捕获且摆脱全球定位系统(GPS)的限制,提出了一个完整的基于伪卫星区域定位系统的弹载接收机信号快速捕获方案。首先利用期望弹道辅助获得多普勒频移初始值以缩小多普勒频移搜索范围,然后采用改进的搜索策略进一步减小多普勒频移搜索时间,最后利用三次样条插值法处理相关谱谱峰及邻近采样点的数据以提高低频采样下粗捕获(C/A)码相位的测量精度。算法分析及仿真结果表明,所提方案能有效缩短多普勒频移搜索时间,提高PN码相位测量精度。     

量化对GPS接收机捕获性能影响的研究

由于接收机输入端的信噪比对接收机的捕获性能具有很重要的意义,所以要尽量减少接收机输入端信噪比的损失。本文首先给出了含高斯白噪声的GPS信号经过不同量化位数和量化电平的量化器后的输出信噪比计算公式;然后,在此基础上分析其对接收机捕获性能的影响;最后,仿真实验表明,接收机可以在不影响捕获性能的情况下,尽量选择合适的量化位数和量化门限。实验结果也为量化器的设计提供了重要的技术参考。     

微弱GPS信号避开比特跳变的捕获算法

为了提高全球定位系统(Global Positioning System,GPS)接收机的灵敏度,信号捕获过程需要加长积分时间。分析了比特跳变对加长相干积分时间的限制,从而提出一种能够完全避免比特符号跳变的捕获算法。该算法通过对多组数据采用相干积分和非相干积分相结合的方法,比较各组积分结果并选取积分最大值,用来判决是否捕获。算法中相干积分时间为19ms,目的是使积分最大值组完全避开数据位跳变,避免导航数据符号跳变对相干积分值的影响。该算法在避开比特跳变的基础上最大程度地提高相干积分时间,提高GPS接收机的捕获灵敏度。仿真结果表明,该算法能有效地捕获到载噪比(Carrier to Noise Rate,CNR)低至26dB·Hz的信号,可有效提高GPS接收机的捕获灵敏度。     

基于LEO辅助的北斗B1C高灵敏快速捕获算法

随着低轨(LEO)卫星数量的不断增加,利用LEO星座辅助增强GNSS导航性能已经成为一种新的趋势.针对低信噪比环境下B1C信号难以捕获的问题,提出了一种基于LEO辅助的B1C信号高灵敏快速捕获算法.首先对提升接收机捕获灵敏度进行了分析,对比了相干积分与非相干积分对于信号处理增益的影响,得出在低轨导航增强信号的辅助下采用增加相干积分时间的捕获算法对低信噪比条件下B1C信号的捕获更有效.然后提出了一种基于LEO辅助的B1C高灵敏快速捕获算法,从理论分析和实验仿真两方面,对比验证了在LEO辅助下可以显著提高B1C信号的捕获灵敏度,缩短捕获时间,提高捕获效率.     

影响GPS信号C／A码捕获的因素分析及改善方法

通过特定设计的软件测试平台,对自主研制的软件GPS接收机进行了捕获性能的测试分析,得到了捕获性能与信噪比、虚警概率等因素的关系。最后给出了实验数据和分析、改进方法,为软件GPS接收机的开发和研制提供了重要的技术参考。     

一种高动态低信噪比卫星导航信号捕获方法

为提升高动态低信噪比环境下卫星导航信号的捕获性能,提出了一种基于分数阶傅里叶变换(FrFT)及部分匹配滤波(PMF)的捕获方法。在该方法中,接收机首先利用PMF对接收信号做分段相干积分,随后借助快速傅里叶变换(FFT)对分段积分结果做离散快速FrFT,最后通过检测FrFT输出的峰值完成信号的捕获。由于具有多普勒频率变化率的卫星导航信号在FrFT后呈现能量聚焦特性,所提方法能够显著提高信号的长时间相干积分增益。同时对所提算法的捕获概率、平均捕获时间以及算法复杂度等性能指标进行了理论分析及计算机仿真验证。仿真表明,与传统的PMF-FFT方法相比,所提方法能够通过延长相干积分时间的方式有效提升高动态低信噪比卫星导航信号的捕获概率、降低捕获时间。     

IEC六年来的全数字化GPS接收机

本文介绍了州际电子公司(IEC)六年来在GPS信号全数字化基带相关处理方面取得的进展。最初,这种技术随着离散型数字式中规模集成电路而发展起来的。此后,在半定制门阵技术和最近的专用集成电路(ASIC)方面取得了进展,小型、低功耗全数字式GPS接收机得到高度发展。本文介绍了几代全数字化GPS接收机的设计方案。回顾了全数字GPS接收机技术,包括该技术出现以来所取得的进展。本文还介绍了12抽头并行数字式相关器的实施方案,最新研制的接收机中就用这种相关器完成快速捕获和跟踪。还介绍了数控振荡器和伪码产生器门阵。还设计了一种能在1ms以内快速初始化的P码产生器门阵,这样不需要旋动编码装置即可方便快速地多路复用。     

扩频系统中伪码防错锁技术研究

针对扩频系统中出现的伪码错锁问题,分析了产生伪码错锁的原因,根据伪码自相关性和互相关性特点,从伪码捕获策略、错锁自动判决策略等角度研究了伪码防错锁措施：选择自相关性和互相关性尽可能好的码;合理设置捕获门限;减小多普勒捕获范围;采用并行伪码捕获方法,并在捕获过程中防止载波错捕现象发生;单独建立验证通道,进行相关值比较判决等。实践表明,采用文中方法可提高正确捕获概率,缩短捕获时间,从硬件设计上有效解决了伪码错锁问题。     

扩频应答机码跟踪环的一种实现方法

讨论了一种伪随机码跟踪环的特性，分析了码相关间隔、预检积分时间、环路带宽及信噪比等参数对码跟踪性能的影响。该方案不仅能够对PN码相位的变化作出调整，同时对PN码多普勒进行跟踪，较适合于测控应答机中PN码跟踪环的应用。     

深空测控再生伪码测距技术研究

针对深空测控任务中低信噪比情况下的航天器高精度测距问题,对再生伪码测距技术进行论述。介绍再生伪码测距技术原理,再生伪码测距通过再生方式消除信号上行链路噪声,提高了信噪比,但需要复杂的相关器;分析再生伪码测距采用的陶思沃斯码结构,详细论述再生伪码测距信号的地面上行、星上再生、地面下行处理过程,重点介绍各处理过程中的指标条件,并对再生伪码测距进行误差分析;重点对比分析再生伪码测距与传统透明转发测距,指出前者适合于深空低信噪比条件下的高精度测距,后者适用于近地高信噪比条件下的测距。     

Acquisition of Pseudonoise Codes in FH Systems

Acquisition schemes for acquiring pseudonoise (PN) signals in a frequency hopping (FH), spread spectrum (SS) system are presented. For the purpose of acquiring the PN code the received signal is modeled by an autoregressive (AR) process. The parameters of the AR process are determined by identifying a related set of parameters called the partial correlation coefficients. The power spectrum of the received signal and hence the PN code is estimated from the identified AR parameters. The high accuracy of the estimated PN codes permits the use of a simple error correcting logic to accelerate the acquisition process.     

基于DSP的高动态数字解扩接收机的研究

讨论了高动态、低信噪比、长伪码序列扩频信号的伪码捕获、跟踪、载波跟踪与数据解调方法。提出了一种基于高速数字信号处理技术和现场可编程逻辑器件 ( FPGA)的全数字高动态解扩接收机方案。     

干扰环境下直扩系统中DMF捕获性能研究

基于数字匹配滤波器(DMF)的捕获电路具有较快的捕获速度,因此它在直扩系统(DSSS)中得到了广泛的应用。为了在干扰环境下进一步提高其捕获性能,本文对影响捕获性能的检测概率和虚警概率进行了分析;并对直扩系统中基于DMF的平均捕获时间进行了计算机仿真,从而找到了在平均捕获时间较小时应该满足的信干比、干噪比和判决门限,为改善直扩系统的捕获性能提供了理论依据。     

A new algorithm to optimize Barker code sidelobe suppressionfilters

The authors suggest a new algorithm for binary coding waveform sidelobe reduction after matched filtering and present a general method by which optimized sidelobe suppression filters for Barker codes can be obtained with a peak output sidelobe 2.62 dB lower than the results found in the literature (for 13-b Barker code). This optimization algorithm is also promising for other binary coding waveforms, such as truncated pseudonoise (PN) sequences and concatenated codes. This new approach can readily be applied to sidelobe-reduction filter design for other binary coding waveforms, such as truncated PN sequences, concatenated codes, etc., which often find their applications in radar systems and spread spectrum communication systems     

一种基于数据跳变检测的高动态环境GPS信号参数估计方法

鉴于高动态环境中 Ｇ Ｐ Ｓ信号参数估计和调制数据跳变检测所遇到的问题,采用扩展卡尔曼滤波方法（ Ｅ Ｋ Ｆ）对信号参数进行了估计,分析了通过载波辅助技术实现伪码延时估计的原理,重点研究了一种简单的数据跳变检测和估计参数修正方法。模拟结果表明这种方法在信号参数估计精度和动态跟踪性能等方面都能够满足高动态环境的要求。     

基于HSP50110、HSP50210和FPGA的机载超短波电台接收通道设计

介绍了基于软件无线电原理利用Intersil公司下变频芯片HSP50110、科斯塔斯环芯片HSP50210和FPGA芯片EP1C12实现的某机载超短波电台数字扩频接收机通道,它可以完成AM、FM、FSK、PSK等常用调制方式的下变频、同步、解调及伪码的快速并行捕获与跟踪。系统带宽8．1218MHz,用FPGA实现了一种新的全并行捕获延迟锁定环算法,捕获时间不大于一个伪码周期,抗干扰容限大于80dB。