微弱GPS信號(hào)捕獲算法研究

1、引言 全球定位系統(tǒng)(GPS)能夠?yàn)橛脩籼峁┚_的位置，速度，時(shí)間等信息，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。這種不斷增長(zhǎng)的個(gè)人導(dǎo)航和定位服務(wù)的要求，對(duì)于一些低信噪比信號(hào)的GPS接收機(jī)工作提出了迫切的要求。如在隧道的情況下，由于衛(wèi)星信號(hào)非常微弱，很難有效捕捉衛(wèi)星信號(hào)，導(dǎo)致無(wú)法正常的定位。因此，在信噪比下GPS信號(hào)的捕獲有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景[1]。
2、GPS信號(hào)捕獲算法分析與改進(jìn)
2.1傳統(tǒng)的GPS信號(hào)捕獲算法介紹這里主要介紹基于FFT的并行捕獲算法[1,2]，通常情況下，由于輸入信號(hào)的C/A碼的起始位置是未知的，所以在進(jìn)行捕獲之前，波形實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生一個(gè)偽隨機(jī)碼，這里假設(shè)將接收到的模擬信號(hào)數(shù)字化為5000個(gè)點(diǎn)，然后與輸入的信號(hào)在數(shù)字域進(jìn)行相乘，將相乘得到的結(jié)果進(jìn)行快速傅里葉變換，從而得到其頻率。
當(dāng)接收到的為10ms的電文，由于在進(jìn)行卷積運(yùn)算的時(shí)候，我們需要的電文長(zhǎng)度為1ms，即只需要卷積1ms，此外，由于將每個(gè)信號(hào)數(shù)字化為5000點(diǎn)，故需要5000次操作。因此，對(duì)于10ms的電文，每次操作需要進(jìn)行50000個(gè)乘積操作和50000次的FFT變換。在20Khz的范圍內(nèi)，只需要201個(gè)頻率分量，那么需要從計(jì)算得到的1.005*10^6個(gè)計(jì)算結(jié)果中進(jìn)行挑選。所以，當(dāng)電文長(zhǎng)度從1ms變?yōu)?0ms的時(shí)候，計(jì)算量的增長(zhǎng)是非常明顯的。尋找其C/A碼的起點(diǎn)位置的時(shí)間分辨率為200ns，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.2傳統(tǒng)的GPS信號(hào)捕獲算法的仿真分析
由于C/A碼長(zhǎng)lms，所以至少要用lms的電文來(lái)捕獲，但在實(shí)際中，1ms的電文仍有可能發(fā)生導(dǎo)航點(diǎn)相位偏移。因此，使用兩組連續(xù)的10ms電文來(lái)捕獲，就保證了在某一組電文中未含有相位偏移。
我們將一個(gè)信號(hào)分為10段，每段則對(duì)應(yīng)與一個(gè)CA碼片[3]。C/A碼是由兩個(gè)10級(jí)反饋移位寄存器構(gòu)成的Gold碼產(chǎn)生。其特征多項(xiàng)式分別為：將產(chǎn)生的GPS信號(hào)送入本地接收機(jī)，根據(jù)圖3提供的接收方法進(jìn)行接收。此外，考慮在實(shí)際中，接收到信號(hào)的多普勒頻率偏移一般在，所以，在本仿真中，我們?cè)O(shè)置頻率搜索的范圍上下限為，搜索的步進(jìn)為。下面的仿真結(jié)果為C/A碼相位捕獲結(jié)果，其中峰值的坐標(biāo)代表捕獲得到的C/A碼相位抽樣碼片值。其峰值的坐標(biāo)分別代表載波頻率捕獲的值。圖2是10db時(shí)候的捕獲情況。
從上面的仿真結(jié)果可以看到，對(duì)于一般的捕獲算法，當(dāng)SNR=-10db的時(shí)候，系統(tǒng)基本無(wú)法工作。