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改進(jìn)的GPS信號(hào)捕獲算法

作者:中州期刊k2057.cn來(lái)源:原創(chuàng)日期:2014-04-28人氣:1048

搜索GPS信號(hào)在本質(zhì)上就是搜索CA碼相關(guān)峰的過(guò)程,但是當(dāng)噪聲較大的時(shí)候,相關(guān)峰的峰值相對(duì)于噪聲來(lái)講,就會(huì)變小,通過(guò)相關(guān)峰的疊加,來(lái)增強(qiáng)相關(guān)峰的信噪比。根據(jù)這個(gè)思想,本文將提出一種改進(jìn)的GPS捕獲算法,綜合考慮信號(hào)捕獲速度、硬件資源、以及性能方面等問(wèn)題。算法采用分段FFT的方法進(jìn)行運(yùn)算,算法基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。
其中每條支路的算法與傳統(tǒng)的算法相同,唯一不同是將一個(gè)信號(hào)做多段的FFT變換處理。假設(shè)這里分段數(shù)目為K,那么每個(gè)相關(guān)器的相關(guān)時(shí)間為。每個(gè)相關(guān)器處理的C/A碼長(zhǎng)度為,然后再對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換。由于每個(gè)FFT對(duì)應(yīng)的點(diǎn)數(shù)僅僅為原來(lái)的,故其硬件資源較直接的并行FFT算法要節(jié)約。
在這種情況下,獲得的信號(hào)頻譜非常差,甚至難以搜索到其峰值??紤]相干累加對(duì)噪聲沒(méi)有放大作用,因此,這里通過(guò)相干累加來(lái)進(jìn)行處理。得到分段后的FFT,。然后得到的相干累加后的的結(jié)果如下式所示:
然后對(duì)得到的結(jié)果取模。當(dāng)獲得超過(guò)門限的峰值,則說(shuō)明此時(shí)信號(hào)已經(jīng)捕獲,就得到對(duì)碼相位和多普勒頻移估計(jì)值,這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以獲得峰值更為明顯的譜線。
1.改進(jìn)后的GPS信號(hào)捕獲算法的仿真分析
這里采用相同的中頻信號(hào)進(jìn)行測(cè)試,將信噪比加到-20db開(kāi)始測(cè)試,其測(cè)試結(jié)果如圖所示。
通過(guò)上面仿真,可以看到在低信噪比條件下,通過(guò)運(yùn)算,系統(tǒng)還能夠捕獲GPS信號(hào)。相關(guān)峰的值與均值的比值較小,噪聲毛刺較大,相比較零噪聲時(shí)的虛部較小結(jié)果,強(qiáng)噪聲情況下相關(guān)結(jié)果虛部變大,這說(shuō)明隨著噪聲的增強(qiáng),捕獲的概率在逐漸減小,虛警概率在逐漸增加。這里的相關(guān)峰,即通過(guò)前面加窗的方法進(jìn)行搜峰,即可得到相關(guān)峰的峰值幅度和位置。
上面提出的低信噪比信號(hào)捕獲的方案,在MATLAB中對(duì)該方案進(jìn)行了仿真分析,仿真證明該方案在低信噪比下系統(tǒng)的工性能良好,通過(guò)相干累加后的GPS信號(hào)捕獲算法具有更高的性能,傳統(tǒng)的算法只能在信噪比為-10db以內(nèi)的情況下工作,而改進(jìn)后的算法可以達(dá)到-20db。
3、結(jié)語(yǔ)
針對(duì)目前軟件GPS接收機(jī)運(yùn)算能力有限,工作環(huán)境的局限性,本文提出了一種改進(jìn)的GPS信號(hào)捕獲算法,使其能夠在低信噪比環(huán)境下正常工作。這種新的GPS信號(hào)捕獲算法是基于分段處理和頻譜疊加的思想,使其能夠在惡劣的環(huán)境下獲得明顯的算法相關(guān)峰,本文通過(guò)MATLAB對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真,仿真發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)能夠在SNR=-20db的環(huán)境正常工作。本文的研究成果在微弱信號(hào)下GPS信號(hào)的捕獲方面具有較大的參考價(jià)值。

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