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    改進的GPS信號捕獲算法

    作者:中州期刊www.007hgw.com來源:原創日期:2014-04-28人氣:1095

    搜索GPS信號在本質上就是搜索CA碼相關峰的過程,但是當噪聲較大的時候,相關峰的峰值相對于噪聲來講,就會變小,通過相關峰的疊加,來增強相關峰的信噪比。根據這個思想,本文將提出一種改進的GPS捕獲算法,綜合考慮信號捕獲速度、硬件資源、以及性能方面等問題。算法采用分段FFT的方法進行運算,算法基本結構如圖3所示。
    其中每條支路的算法與傳統的算法相同,唯一不同是將一個信號做多段的FFT變換處理。假設這里分段數目為K,那么每個相關器的相關時間為。每個相關器處理的C/A碼長度為,然后再對處理后的數據進行FFT變換。由于每個FFT對應的點數僅僅為原來的,故其硬件資源較直接的并行FFT算法要節約。
    在這種情況下,獲得的信號頻譜非常差,甚至難以搜索到其峰值。考慮相干累加對噪聲沒有放大作用,因此,這里通過相干累加來進行處理。得到分段后的FFT,。然后得到的相干累加后的的結果如下式所示:
    然后對得到的結果取模。當獲得超過門限的峰值,則說明此時信號已經捕獲,就得到對碼相位和多普勒頻移估計值,這樣做的優點是可以獲得峰值更為明顯的譜線。
    1.改進后的GPS信號捕獲算法的仿真分析
    這里采用相同的中頻信號進行測試,將信噪比加到-20db開始測試,其測試結果如圖所示。
    通過上面仿真,可以看到在低信噪比條件下,通過運算,系統還能夠捕獲GPS信號。相關峰的值與均值的比值較小,噪聲毛刺較大,相比較零噪聲時的虛部較小結果,強噪聲情況下相關結果虛部變大,這說明隨著噪聲的增強,捕獲的概率在逐漸減小,虛警概率在逐漸增加。這里的相關峰,即通過前面加窗的方法進行搜峰,即可得到相關峰的峰值幅度和位置。
    上面提出的低信噪比信號捕獲的方案,在MATLAB中對該方案進行了仿真分析,仿真證明該方案在低信噪比下系統的工性能良好,通過相干累加后的GPS信號捕獲算法具有更高的性能,傳統的算法只能在信噪比為-10db以內的情況下工作,而改進后的算法可以達到-20db。
    3、結語
    針對目前軟件GPS接收機運算能力有限,工作環境的局限性,本文提出了一種改進的GPS信號捕獲算法,使其能夠在低信噪比環境下正常工作。這種新的GPS信號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境下獲得明顯的算法相關峰,本文通過MATLAB對系統進行了仿真,仿真發現系統能夠在SNR=-20db的環境正常工作。本文的研究成果在微弱信號下GPS信號的捕獲方面具有較大的參考價值。

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