卫星导航中XFAST捕获的降计算量去模糊处理算法

卫星导航系统中,采用扩展复制重叠法（Extended Replica Folding Acquisition Search Technique,XFAST）对长PN码进行直接捕获时,粗捕后得到的对齐码相位存在重叠模糊度。为减少去模糊处理的计算量,提高捕获速度,提出了一种新的去模糊处理算法。新算法在得到粗捕对齐码相位结果后,先对本地码序列重新按照对齐相位进行排列、分段、段内循环移位等操作,然后进行段间叠加,再与接收码序列通过FFT-IFFT运算实现循环相关运算,从而确定对齐码相位所在的子码段,得到无模糊度的捕获结果。理论分析与仿真结果证明,该算法可以在分段叠加段数和子段长满足一定关系的条件下,在检测性能满足系统要求下,大大降低去模糊处理的计算量和操作时间,从而提高捕获速度。     

FFT辅助的部分相关码捕获技术的实现

FFT辅助的部分相关伪码快捕方法将沿码相位-多普勒频率的二维搜索简化为沿码相位的一维搜索,克服了多普勒频率的影响,大大缩短了PN码捕获时间,适用于中低轨卫星.文中介绍了该方法的基本原理、性能分析和实现方案.实验结果表明,在大多普勒频偏下FFT辅助的部分相关码捕获方法是一种性能优良的伪码捕获方法.     

一种快速伪码捕获算法

在扩频通信系统中,伪码捕获跟踪是通信的基础,捕获时间的长短直接影响系统性能。为缩短捕获时间,可以采用并行、FFT频域捕获等方法。介绍了一种采用Walsh变换进行伪码捕获的方法,整个过程只需一次Walsh运算,可以进一步缩短捕获时间,并且只涉及加法而没有FFT运算所需的复数和乘法运算,具有运算速度快、占用资源少、实现简单等特点。     

一种改进的PMF—FFT短码捕获方法

提出了一种改进的PMF-FFT短码快速捕获方法.该方法将大规模并行相关器与PMF-FFT捕获结构结合起来,利用大规模并行相关器实现接收信号与本地码的分段匹配相关,将部分相关结果进行FFT运算实现对信号载波频偏的搜索,大大提高了PMF-FFT的捕获速度.Matlab仿真结果表明,该方法可以在低的信噪比之下实现对GPS短码的快速捕获.捕获电路的设计基于流水线,资源复用等硬件设计思想,利用较少FPGA资源,在一片FPGA内实现了对短扩频码的实时的快速捕获.     

一种应用于测控模拟验证设备的伪码捕获方案

依据设备指标基于FFT循环相关算法提出了一种扩频伪码捕获方案。采用相干累加和 恒虚警门限设置对方案进行了改进并完成了检测模型的特性分析及周期累加次数的确定,同 时基于FPGA设计了循环相关模块和峰值检波模块的实现框架。仿真分析表明,此方案满足现 实需求,具有很强的实用价值。     

微弱扩频信号捕获的积分时间延拓技术

相对于普通扩频接收机,微弱扩频信号捕获需要更长的积分时间以获得处理增益。然而,伪码多普勒频偏导致能量不能在一个码相位上持续积累,限制了积分时间的进一步增加。为此,提出了一种扩频信号捕获时间延拓技术,增加了扩展积分单元,通过对扩展积分结果进行路径搜索,从而有效地减少了码多普勒引起的相位滑动对相关运算积分时间的限制。仿真和实测结果表明所提技术突破了传统全球导航卫星系统（GNSS）捕获算法的积分时间上限,提高了系统灵敏度。针对带内信噪比低于-50 dB的GPS L1 P码捕获,给定硬件资源约束和5 kHz多普勒范围,算法的捕获概率优于传统算法约3 dB。     

超长可变点数FFT处理器设计与实现

介绍了超长可变点数序列FFT处理器的实现方法。采取将一维大点数FFT转换为二维小点数子FFT处理的措施,减小了存储器规模。使用乒乓RAM将基本运算模块级联,形成流水线结构,可连续高速计算N点复数序列FFT/IFFT。用现场可编程门阵列(FPGA)实现了可计算1k~1M点序列长度可变的FFT/IFFT处理器。     

深空通信中基于FFT的高动态扩频信号的捕获

在深空通信中，航天器的高动态性使扩频信号引入了高Doppler频移，给捕获造成了巨大困难。针对如此之大的Doppler频移，提出了一种新的捕获方案，即基于FFT算法实现对Doppler频移进行一定程度的补偿，将沿码相位一Doppler频率的二维搜索简化为沿码相位的一维搜索；重点分析了深空通信环境中高速长PN码的捕获性能。理论分析和仿真结果表明，该方法大大缩短了捕获时间，是一种性能优良的伪码捕获方法。     

低信噪比高动态条件下基于FFT的二维平移累加PN码捕获算法

针对低信噪比高动态条件下直接序列扩频（DSSS）系统中PN码捕获的问题,提出了基于FFT 二维平移累 加的PN码捕获算法。首先对现有的PN码捕获技术进行了分析,然后研究了时变的载波频偏与 码频频偏对PN码捕获的影响,在此基础上,提出了基于FFT二维平移累加的PN码捕获算法。 算法的基本思想是对相关器输出的相关值在载波频偏不确定度与码相位不确定度同时进行平 移,从而消除相关峰“漂移”现象,增大非相干累加的有效性。给出了采用此算法的捕获系 统结构图,并对关键参数进行了分析。最后,通过仿真表明了该算法对捕获系统有6 dB的改 善。     

基于PMF-FFT的时频域双并行捕获

为了解决传统的PMF-FFT(Partial Match Filter-Fast Fourier Transform)捕获算法在信号捕获方面的不足,提出了一种新的基于PMF-FFT的时频域双并行捕获方案。对PMF加改进的汉宁窗,通过调整窗系数,选择最优化的参数,减小了捕获系统输出增益的衰减。利用FFT频谱分析的特点,对FFT的输入进行合理补零,输出加改进的汉宁窗,调整窗系数,基本上消除了扇贝损失。理论分析和MATLAB仿真结果证明,该方案在尽量不增加系统复杂度的情况下提高了捕获速度和频率估计精度,能够适应多普勒频偏较大的扩频伪码快速捕获。     

大频偏条件下PN码捕获改进算法

针对大频偏条件下PN码捕获的问题,提出了一种改进的PN码捕获算法,即基于谱线插值的 联合码捕获算法。首先对现有的码捕获技术进行了分析,然后在部分相关值作FFT的码捕获 算法的基础上,提出了基于谱线插值的联合码捕获算法。算法的核心思想是对部分相关值作 FF T处理,并利用插值公式计算出载波频偏的精确估计值,使得后续的载波跟踪环更有利于载 波跟踪。介绍了新的码捕获系统的工作原理,推导了载波频偏估计的插值公式,并将非相干 累加技术应用于码捕获系统,从而提高了低信噪比条件下载波频偏估计的精度。最后,通过 仿真证明了此算法对现有GPS接收机性能有5 dB的改善。     

基于LFM模型的高动态弱GPS信号载波捕获

根据极大似然估计理论,通过载波频率和频率变化率分段对消、快速傅里叶变换(FFT)结果选大估计载波频率和频率变化率,实现载波信号捕获,建立了高动态全球定位系统(GPS)载波的线性调频(LFM)信号模型,并给出了算法的具体实现。详细分析了该算法中检测统计量的分布特性,推导了恒虚警准则下的检测门限,并讨论了其中关键参数的设计。仿真结果表明,该算法可以实现对18 dBHz的GPS高动态信号的载波捕获。     

低信噪比环境下短扩频码捕获性能的改善

介绍了低信噪比环境下基于FFT的扩频码捕获技术,提出了在相同累加段数情况下提高性能的方案。作为提高相干增益的两种方式,相干累加和非相干累加各有优缺点,在一定的数据长度内合理地设计累加方式对提高捕获性能大有帮助。基于两种累加方式的性能介绍了一种两路非相干积分的累加方式。对于GPS信号,在低信噪比的环境下的仿真证明,在一定长度下优化后的累加方式相比非相干累加和普通混合累加方式能够得到更好的捕获效果(更高的检测概率)。     

一种高灵敏度GPS信号快速捕获算法

为了提高GPS软件接收机捕获算法的灵敏度和快速性,提出了一种高灵敏度GPS卫星 信号快捕方案。首先对GPS信号进行频率补偿,然后进行相干滤波提高卫星信号的信噪比, 从而提高捕获算法的灵敏度。再采用延迟、累积捕获结构寻找输入信号中各颗卫星的C/A码 起始点,引入延迟累加器实现各卫星多普勒频移成分的分离、估计,将传统的二维捕获过程 简化为两个一维搜索过程,捕获时间仅为传统FFT快捕算法的几十分之一,提高了捕获算法 的速度。分别通过实测和GPS数字中频信号发生器仿真生成的GPS数字中频数据对所设计的捕 获算法进行了验证,实验结果表明该捕获算法行之有效。     

高动态弱直扩信号的分级捕获算法

针对低信噪比高动态环境下直扩信号经典捕获算法中多普勒频偏估计精度和快速傅里叶变换（FFT）运算量的矛盾,提出了一种基于频偏补偿的两级非相干累加捕获算法。该算法以部分匹配滤波器结合快速傅里叶变换（PMF-FFT）算法为单元,首先利用第一级频偏粗估值对多普勒频偏进行补偿,然后通过调整第二级PMF-FFT中部分匹配滤波器长度并利用滑动平均窗对残余频偏进行精估。理论分析和仿真结果表明,与经典捕获算法相比,该算法在FFT运算点数相同的条件下,可以有效地提高多普勒频偏估计精度,并且在高动态环境下具有更好的检测性能。     

高动态直扩信号快捕设计与FPGA实现

为了解决高动态直扩信号捕获速度与资源消耗的矛盾,分析了部分匹配滤波结合快速傅里叶变换（PMF-FFT）的捕获性能。针对PMF-FFT捕获范围有限且占用硬件资源过多的问题,采用递归折叠匹配滤波器代替常规匹配滤波器的方法大大节省了硬件资源,并行FFT保证了其捕获速度,同时采用扫频方法成倍增加了频偏捕获范围。给出了该方法的FPGA设计结构与实现结果,验证了该方法的有效性。与FFT循环卷积方法相比,在频偏捕获范围一定的前提下,所提方法捕获速度快,占用资源较少,非常适合高动态直扩信号的快速捕获。     

一种面向深空测距的大多普勒频偏信号捕获算法

在深空测距任务中,高精度的伪码捕获是后续执行伪码跟踪的关键前提。传统基于时频二维搜索的频偏估计算法对于深空测距中频率偏移范围较大的情况难以满足伪码捕获实时性要求。为此,提出了改进的时频二维搜索算法,通过在传统时频二维搜索算法的前端引入快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT)算法对多普勒频偏进行预估,避免在大多普勒范围的频点遍历,能够有效降低频偏估计的时间开销。实验表明,该方法能够在大多普勒频偏环境下利用有限的硬件资源快速地实现伪码捕获,满足伪码捕获的实时性要求。