基于PMF-FFT的北斗B2a信号捕获算法研究

为了对北斗三号B2a信号进行快速且准确地捕获,提出了一种基于PMF-FFT的捕获算法。首先,通过建立数学模型,分析了PMF-FFT算法的特性;然后,对PMF分段长度、FFT运算点数、相关积分时间、非相干积分次数和判决门限等参数的选取进行了详细地分析;最后,利用Matlab工具对PMF-FFT捕获算法性能进行了仿真与分析,验证了算法的有效性,为算法的实现解决了首要问题。

基于PMF-FFT的多普勒频偏估计与跟踪算法

为降低高动态环境下卫星通信系统中信号的捕获与跟踪时间,文章提出了一种多普勒快速捕获与跟踪方法。在信号捕获阶段通过高倍采样率下进行匹配FFT进行快速捕获,大大提高了捕获带宽且捕获时间控制在两个帧周期以内;在多普勒跟踪阶段,通过捕获算法计算频偏值并进行补偿,再采用锁频环(FLL)辅助锁相环(PLL)进行多普勒的跟踪,频偏值的补偿缩短了FLL的入锁时间,从而提高了多普勒的跟踪速度。仿真和工程实践结果表明,该算法实现了在频偏范围为4倍符号速率,频偏变化率在2倍导频速率下的多普勒快速捕获与跟踪。

Research on An Improved PMF-FFT Fast PN Code Acquisition Algorithm

To solve the problem of the large Doppler frequency offset in the LEO communication system, this paper studies a rapid PN code acquisition method based on the PMF-FFT architecture, which searches the phase and frequency offset and at the same time reduces the acquisition time. It presents an improved method equivalent to windowing function and uses windowing process to overcome the attenuation of related peak envelope caused by partial matched filters.

PMF-FFT并行捕获扇贝损失补偿方法分析

在长征四号运载火箭飞行过程中,全球导航卫星系统(GNSS)接收机与卫星的相对运动使得载波存在较大的多普勒频移,必须尽快完成信号捕获。采用PMF-FFT(部分匹配滤波和快速傅里叶变换)方法可以快速捕获GNSS扩频信号,采用频域并行捕获可进一步扩展单次载波多普勒频移的搜索范围,然而PMF-FFT在并行捕获中的扇贝损失降低了捕获性能,需要进行补偿。分析了PMF-FFT捕获中扇贝损失的产生机理,并讨论了单通道及通道间扇贝损失的补偿方法。结果表明:给出的补偿方法可改善扇贝损失,为GNSS接收机快速完成卫星信号捕获奠定了基础,适用于运载火箭等高动态环境下的导航接收机设计,对采用PMF-FFT捕获的扩频类接收机、应答机设计也有一定的工程实用价值。

基于窗函数补零拟合的插值补零FFT谐波分析算法

工程上谐波分析通常采用计算量相对较小的快速傅里叶变换(FFT),同时为减少栅栏效应和频谱泄露通常采用插值算法。FFT对数据窗长度有特定要求,例如2/3/4等整数次幂。针对数据窗长度为非整数次幂情况,提出一种改进插值补零FFT谐波测量算法,算法核心在于将补零FFT插值校正转变为基于补零窗函数的频谱响应的拟合校正。以基2为例,对非2整数次幂数据窗加5项最快旁瓣衰减速率窗修正,再补零使得数据窗长度满足2的整数次幂,最后进行改进插值FFT计算。所提算法适用于任意窗函数补零且无须推导修正公式。仿真与实验结果验证该算法在谐波分析方面的有效性。

PMF-FFT算法中码多普勒频率影响的分析及补偿

针对高动态长时间积累下,码多普勒频率会导致PMF-FFT算法出现码相位走动问题,不利于直扩信号的捕获的问题,推导了码相位走动与积累损失和参数估计偏差的定量关系.在PMF-FFT算法的基础上,提出利用Keystone变换校正码相位走动,从而补偿码多普勒频率.仿真结果表明,新算法能有效补偿码多普勒频率,在37dB/Hz载噪比、10ms相干积累时间和10-6虚警概率的条件下,单次检测概率达到98%.

基于PMF-FFT的高动态多进制扩频信号的捕获算法

针对微弱高动态多进制扩频信号的捕获问题展开研究,提出了将PMF-FFT和功率谱累积平均相结合的捕获算法。该算法通过部分相关,得到反映多普勒频偏的带有噪声的正弦信号,然后对其作FFT变换,将功率谱累积平均,从而达到检测微弱信号的目的。给出了基于该算法的多进制扩频信号模型、捕获方案及性能分析,并在此基础上分析了部分相关器长度、FFT点数及累积次数对捕获性能的影响。在理论分析的前提下,通过计算机仿真验证了该方法的可行性。

一种提高PMF-FFT捕获算法多普勒频偏估计精度的方法

针对PMF-FFT伪码捕获算法在硬件资源有限情况下提高多普勒频偏估计精度的问题,提出一种新的两轮搜索的方法-基于PMF-FFT-三频点线性拟合两轮并行搜索方法。文中从分析PMF-FFT捕获算法多普勒频偏估计精度问题入手,阐述了仅增加少量资源即可提高估计精度的两轮并行搜索新方法。最后仿真结果证明新方法能够在较低信噪比下提高多普勒频偏估计精度。

PMF-FFT算法的多普勒频偏估计精度研究

针对PMF-FFT伪码捕获算法在高动态环境下出现的扇贝损失和多普勒频偏估计精度不足的问题,通过对PMF-FFT捕获算法的分析,提出PMF-FFT和Sin C函数内插相结合的捕获算法。通过Sin C函数插值对FFT后的功率谱最大值进行校正,提高最大幅值,得到了更为精确的多普勒频偏。最后通过计算机仿真验证了该方法的可行性。理论分析和仿真结果表明,在PMF积分时间长度相同时,所提算法能够在较低信噪比下减小FFT输出后的峰值衰减,减小频谱泄漏,提高多普勒频率的估算精度,精度较原算法提高了20 d B左右。

基于PMF-FFT的高动态长伪码捕获实现

针对突发扩频通信系统中高动态条件下长码捕获实现困难的问题,提出了一种基于部分匹配滤波器结合快速傅里叶变换(PMF-FFT)的捕获方法。介绍了PMF-FFT捕获算法的原理和基于PMF-FFT的捕获过程,给出了包括FPGA芯片选型和板级设计在内的硬件平台设计。详细给出了算法的FPGA实现,重点对匹配滤波器和并行FFT模块的算法优化、工作原理、参数选择以及具体的程序设计进行了说明。Matlab仿真结果表明,基于PMF-FFT的捕获方法在高动态条件下能够实现长码的高概率捕获,最后在硬件平台上进行了FPGA程序捕获性能的测试验证,测试结果与仿真结果基本一致。

基于改进的PMF-FFT扩频信号快速捕获算法研究

低轨道卫星通信系统存在较大的多普勒频偏,这会使本地伪码与接收伪码同步时的相关峰值急剧下降,从而加大GNSS接收机对伪码的捕获难度,增大系统捕获时间。因此,为实现大多普勒频偏下伪码的快速捕获,研究了通过加窗和补零改进的PMF-FFT捕获算法,并对窗函数进行了改进,以进一步减小扇贝损失。通过对FFT的输入数据加改进窗并补零的方法大大改善了扇贝损失;通过对PMF的输入数据加汉宁窗的方法减小了输出增益的衰减。最后通过理论分析和MATLAB仿真对改进算法进行了性能分析,分析结果表明,在恒虚警概率下,信号检测概率显著增大并且平均捕获时间明显减小,捕获性能明显提高。

基于PMF与FFT的扩频伪码快速捕获方法

提出了基于部分匹配和FFT相结合的扩频伪码快速捕获方法,该方法利用部分匹配滤波器对输入的扩频数据进行分段处理,然后对输出结果进行FFT运算,推导了部分匹配滤波器和FFT相结合的快速捕获数学公式,并进行了MATLAB仿真。仿真结果表明:相比较传统的滑动相关捕获方法和FFT快速捕获方法,该捕获方法具有捕获时间短,捕获精度高的优点,能够适用于多普勒频移较大情况下的扩频伪码快速捕获设计。

扩频通信系统PMF-FFT捕获算法检测性能的分析与提高

针对扩频通信系统部分匹配滤波结合快速傅立叶变换（PMF-FFT）捕获算法由于FFTr对频偏补偿不完全而引起相关能量衰减从而导致检测概率降低的问题，研究了检测器的输出特性，利用剩余频偏存在时检测器输出相关能量扩展的特点，提出了将相邻检测单元输出值累加作为检测变量的相邻bin联合检测方案，理论推导了该方案的虚警概率、检测概率。仿真结果表明，与原检测方案相比，该方案不仅能够提高检测概率，而且在不同剩余频偏条件下的检测具有良好的鲁棒性，适用于高动态低信噪比条件下扩频信号的快速捕获。

基于PMF-FFT的北斗B1I弱信号捕获算法研究

北斗B1频点信号中,由于NH码调制的影响,使得相干积分时间限制在1 ms,因此,在弱信号条件下,使用传统的捕获方法将无法捕获到卫星信号。针对B1I信号特点,提出了弱信号的捕获算法,该算法以PMF-FFT为单元,采用改进的相干积分的算法并结合差分相干积分算法捕获北斗信号,改进的相干积分算法可以克服NH码调制的影响,而差分相干积分相对于非相干积分算法可以降低平方损耗。仿真实验结果表明,当取改进相干积分次数为10,差分相干积分次数为3时,该算法能够成功捕获信噪比为一37 dB左右的微弱信号。

高动态链路中折叠PMF-FFT快速捕获方法

在高动态链路中存在大多普勒频偏,直接序列扩频(direct-sequence spread spectrum,DSSS)接收机必须具有大捕获带宽。现今广泛使用的部分匹配滤波加快速傅里叶变换运算(partial matching filter-fast Fourier transform,PMF-FFT)方法的捕获带宽受限于其FFT运算点数,难以适应高动态场景。因此,提出一种低复杂度大带宽的折叠PMF-FFT捕获方法。该方法首先对接收信号和本地伪码分别作折叠,即分段求和,然后再按照PMF-FFT方法处理。理论分析和仿真结果表明,在更低计算复杂度下,折叠长度为F的折叠PMF-FFT方法的捕获带宽能够达到PMF-FFT方法的F倍。

PMF-FFT方法在P码捕获中的改进及参数设计

部分匹配滤波器与FFT相结合的捕获模型使用在高动态环境下导航信号的捕获中,由于它对多普勒频率误差有较高的容忍度,因此可以直接进行频域的并行搜索,大大降低了平均搜索时间,并使整个系统依然具有较高的检测概率.文中通过建立数学模型,对PMF-FFT捕获算法的原理及特性及其在捕获流程中的各部分损耗进行了详细的分析,并针对P码的非周期特性,使用重叠保留法对PMF-FFT算法进行了改进,使用基于FFT的并行码相位搜索的方法,在频域内实现了时域相关运算,进一步减少了捕获时间.最后依据"达到等效判决信噪比时总运算时间最少"原则,对算法中各项参数的设计提出了指导意见,具有一定的参考价值。

基于PMF-FFT的高精度伪码捕获算法

针对低信噪比、高动态环境下传统的伪码捕获算法捕获概率较低的问题,提出一种高精度的时频联合两轮频偏校正捕获算法。算法以两级PMF-FFT(Partial Match Filter-Fast Fourier Transform)捕获单元为模型,在不增加FFT点数的前提下对第一级增加差分相干累积模块提高信噪比,并运用时频联合频偏估计分别对信号进行两轮频偏校正,第二级输入经加窗处理,同时适当增加PMF长度,进一步提高捕获精度。理论分析和仿真结果表明,该算法与传统的PMF-FFT算法相比,有效地提高了多普勒频偏估计精度,且系统在低信噪比、高动态条件下捕获概率得到提升,具有良好的捕获性能。

一种利用压缩感知改进的PMF-FFT扩频捕获算法

为了实现直接序列扩频(DSSS)信号快速捕获的同时降低数据量和硬件资源消耗,引入了压缩感知理论改进部分匹配滤波-快速傅里叶变换(PMF-FFT)算法,提出了基于压缩感知改进的部分匹配滤波-快速傅里叶变换(CSPMF-FFT)算法。该算法将PMF-FFT算法与压缩感知理论相结合,先对信号进行稀疏性分析和压缩观测,然后从少量压缩观测值中重构信号,并利用输出的峰值信息估算信号的多普勒频移和码相位,从而实现捕获。理论分析和仿真实验表明,相较于PMF-FFT捕获算法,CSPMF-FFT算法能在成功完成捕获的同时有效地减少相关器的数目和FFT变换的运算量,从而降低系统数据量和硬件资源压力,为基于压缩感知的扩频信号处理技术研究奠定了基础。

北斗短时PMF-FFT捕获算法分析

卫星导航系统接收机的关键技术是对其捕获,本文对北斗信号的结构体制及NH码的影响,提出了短时PMFFFT并行的捕获算法。分析了算法的实现,对B1信号进行了仿真验证。仿真分析表明:在40d B-Hz的情况下,可以有效的捕获北斗信号。

PMF-FFT捕获算法部分匹配滤波器长度选取研究

高动态环境下具有较大的多普勒频移,不利于信号的快速捕获。基于PMF-FFT的快速捕获算法利用部分匹配滤波器结合FFT运算的方法可实现扩频信号的快速捕获,大大减少捕获时间,具有广泛的应用价值。本文通过建立数学模型,详细分析了PMF-FFT算法的特性,确定了部分匹配滤波器长度的影响因素和设计准则,为算法的实现解决了首要问题。