一种二级分段PMF-FFT卫星信号捕获算法

针对在小点数快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)中,经典分段匹配滤波(Partial Matched Filtering,PMF)与FFT相结合的PMF-FFT卫星信号捕获算法存在增益损失,导致捕获灵敏度低、频率覆盖范围小和搜索速度慢的问题,提出了一种改进的二级分段PMF-FFT卫星信号捕获算法。截取部分FFT频率分量,缩短算法有效频率覆盖范围,以改善分段求和带来的包络增益衰减;采用在FFT频率分量中间位置追加搜索的方法,以改善FFT带来的扇贝损失;使用从粗略搜索到高精度搜索的策略,以减少搜索次数,提高搜索速度。仿真结果表明,相比经典PMF-FFT算法,在FFT点数不大于64点的情况下,改进算法能有效提高搜索增益和搜索速度,在8点FFT、125 Hz频率精度条件下,平均增益提升了22.19%,搜索次数减少了7.69%。

一种用于快速捕获低轨物联网信号的PMF-FFT改进算法

为了在高动态、低信噪比的条件下实现对低轨物联网信号的快速捕获,提出了一种用于快速捕获低轨物联网信号的部分匹配滤波-快速傅里叶变换(PMF-FFT)改进算法。首先,利用星历信息预估多普勒频偏,缩小频域搜索范围;然后,通过补零、加窗方法克服PMF-FFT算法的扇贝损失;最后,采用频域差分非相干累积提高低信噪比下的输出增益。仿真分析表明,所提改进算法在信噪比为-25~-15 dB时能提高低轨物联网信号的检测概率,搜索范围由15~35 kHz缩小为24.8~25.2 kHz。

基于加窗PMF-FFT的扩频信号捕获算法研究

介绍了基于FFT的伪码捕获算法,分析了部分匹配滤波(partial matched filter,PMF)积分时间长度的选择依据。提出一种加窗PMF-FFT的伪码捕获改进算法,该算法在PMF过程中采用汉宁窗对数据加权后进行积分,然后做FFT谱分析。详细分析了改进算法的性能。理论分析和仿真结果表明,与原有的算法相比,改进算法在相同FFT峰值衰减时,能够有效增大PMF的积分时间长度,减少FFT运算量,而在相同PMF积分时间长度时,能够有效降低FFT输出的峰值衰减,减小频谱泄漏,从而提高捕获性能。

PMF-FFT的PN码捕获方法分析及仿真

为了解决PN码捕获时间长与资源消耗大的问题,分析了基于PMF-FFT的捕获方法.该方法是使用一组部分相关器结合快速傅立叶变换进行PN码捕获,可以将码相位和多普勒频移的二维搜索变为码相位的一维搜索,从而大大减少了捕获时间.推导了该算法的理论,并在MATLAB平台上实现了PN码捕获的仿真以及性能分析.理论分析和仿真结果表明该方法的平均运算量减少了20%,相关峰值增加7倍以上,可以实现对扩频信号的快速捕获.同时在信噪比低至-15 dB时能较好地完成捕获,该方法具有良好的抗干扰性能.

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。

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。

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。

低轨卫星高动态信号捕获算法研究

低轨卫星数量呈井喷式增长,未来低轨卫星天基测控将是提升海量卫星管控能力的有效手段。针对低轨卫星星载终端接收天基测控信号时面临卫星运动速度快、多普勒频率大、可视时间短等因素引起的信号快速捕获难题,论文研究了PMF-FFT(partial match filter-fast Fourier transform)高动态捕获算法对低轨卫星系统的适用性,分析了捕获多普勒范围的决定因素,捕获对信噪比的要求,以及平均捕获时间的相关因素,并通过Matlab仿真进行验证。结果表明,在信噪比-25 dB以上时,能够捕获到多普勒频移为95 kHz的信号,平均捕获时间在200 ms以内。针对不同信号体制和多普勒频率,需要调整匹配滤波器长度和FFT点数,该捕获算法适用于低轨卫星星载终端。

LEO卫星通信中的两阶段伪码捕获算法

针对低轨卫星通信中高动态和低信噪比引起的捕获概率低、频偏估计误差大的问题,提出两阶段伪码捕获算法.仿真分析结果表明:在低信噪比场景下,相对于PMF-FFT(partial matched filter-fast Fourier transform)伪码捕获算法,两阶段伪码捕获算法有更强的抗噪声性能、更高的捕获概率;相对于PMF-FFT和差分PMF-FFT伪码捕获算法,两阶段伪码捕获算法有最高的频偏估计精度.

扩频测控体制信号捕获方法分析

扩频综合基带设备集成了遥控、遥测、测距、测速等多种通用功能,在扩频测控体制的发展中占据重要的地位.针对综合基带设备的复杂需求,分析了传统信号捕获方法的局限性,在此基础上提出一种改进的扩频测控信号捕获方法.对载波多普勒范围进行子区间划分,采用二次频率调谐和分段积分累加来扩展频率捕获范围.引入非线性变换解决非相干测控体制下基带数据翻转造成的捕获性能恶化问题.通过仿真结果验证方法的有效性.最后分析了改进方法的捕获性能,可以为综合基带设备研制和测控体制参数设计提供参考.

高动态多普勒条件下伪码快速捕获技术

在扩频通信中,伪随机码的捕获是系统的核心和关键技术。在高动态多普勒存在的条件下,传统的伪码捕获方法捕获时间较长。本文详细介绍了一种基于部分匹配滤波(Partial matched filtering,PMF)与快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)相结合的伪码快速捕获方法,使其对多普勒频移的使用范围大大提高,缩短了伪码捕获时间。最后用Matlab进行了仿真,验证了该方法的正确性和有效性。

高动态环境下高阶双二进制偏移载波信号的精确捕获

针对高动态环境下双二进制偏移载波(DBOC)调制信号无法精确捕获的问题,该文提出一种基于部分匹配滤波结合快速傅里叶变换(PMF-FFT)的捕获方法。又针对捕获过程中相关损失和扇贝损失引起的检测性能降低问题,提出一种改进的捕获方法。该方法首先利用离散多项式相位变换(DPT)去除接收信号的高阶动态项,然后针对DBOC信号重新设计PMF-FFT算法;最后利用频谱校正法对FFT后的功率谱最大值进行校正。仿真结果表明,在同一条件下,该方法将检测概率提高了2 dB左右,并且有效缩短了捕获时间。

直扩/跳频测控信号捕获算法研究

指出了将直扩/跳频用于航天测控在信号捕获时的特殊性,针对这些特殊问题提出了混合扩频测控的捕获方案,并对其中的2个方面进行了改进。采用基于凯泽窗PMF-FFT方法来实现对频谱幅值的扇形衰减进行改进,采用抛物线插值法对多普勒估计时产生的栅栏效应进行改进。理论分析和仿真结果表明,与原有算法相比较,在相同积分时间内,凯泽窗PMF-FFT方法比直接PMF-FFT能够有效降低FFT输出的峰值衰减,减小频谱泄漏;抛物线插值测频能够有效减少频谱估计误差,从而利于后继跟踪的快速建立。

基于DPSCT和频谱校正的窄带干扰CBOC信号捕获算法

针对窄带干扰环境下组合二进制偏移载波(combined binary offset carrier,CBOC)信号难以被准确捕获的问题,提出了一种基于频域双相移组合陷波器(dual phase shift combination trap,DPSCT)结合批处理、频谱校正的捕获算法。该算法首先用陷波器对任意频点的窄带干扰进行抑制,再通过批处理提高处理速度,最后针对快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)过程中扇贝损失易导致捕获概率降低的问题,提出了基于部分匹配滤波器(partially matched filter,PMF)结合相位差+单点傅里叶变换频谱校正的捕获方法。仿真结果表明,该算法对在窄带干扰抑制后波形恢复和捕获概率等方面均有良好的性能,当信干比(signal to interference ratio,SIR)为-37 dB时,该算法较未校正之前捕获概率有4 dB的提高,并有效缩短了捕获时间。

基于分段串行匹配滤波结合FFT的快速捕获方法研究与FPGA实现

随着GPS现代化的进行和我国北斗2卫星导航系统的发展完善,特别是GPS L5和北斗B3等长码的应用,传统的捕获方法消耗资源过大或者捕获时间过长,已经很难适应需要。在保证快速捕获的前提下,提出了一种分段串行匹配滤波结合FFT快速捕获的方法,有效的减少了资源的消耗和缩短了捕获时间。首先分析了这种捕获算法的原理和理论推导,并说明了其关键技术的实现。然后和其他两种捕获算法对比分析了SPMF-FFT捕获算法的优劣。最后通过研究该算法的性质,来说明该算法关键参数的设置。

基于FRFT的双二进制偏移载波信号捕获算法

为了解决传统算法无法实现高动态下双二进制偏移载波(Dual binary offset carrier modulation,DBOC)信号同步的问题,提出了一种离散多项式相位变换(Discrete Polynomial phase Transformation,DPT)与部分匹配滤波器(Partial Matched Filter,PMF)结合分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)的算法。该算法首先通过DPT-FFT方法得到的动态阶数判断接收信号是否需要降阶处理,如果信号带有二阶多普勒变化率,先对信号进行降一阶处理,然后用PMF-FRFT的方法进行捕获。如果信号没有二阶多普勒变化率,只带有一阶多普勒变化率,直接使用PMF-FRFT的方法进行捕获。由MATLAB仿真结果可知,该算法相比DPT-PMF-FFT算法捕获概率有近9.5 dB的提升,并且该算法有效缩短了捕获时间。所以该算法可以较好完成高动态下信号的捕获。

基于全相位频谱校正的TMBOC信号的捕获

针对使用传统部分匹配滤波器(PMF)结合快速傅里叶变换(FFT)无法精确捕获时分复用二进制偏移载波(TMBOC)调制信号的问题,提出一种基于全相位频谱校正的捕获方法。首先通过PMF过程对接收信号进行部分相关运算,再使用全相位快速傅里叶变换(ap FFT)算法对多普勒效应进行补偿,最后结合全相位频谱校正技术对功率谱进行校正。仿真结果表明,在同一条件下,该算法比PMF-FFT加窗算法检测概率提高了3 d B左右,并有效缩短了捕获时间。该算法可比PMF-FFT加窗算法更精确捕获TMBOC信号。

基于级联随机共振的直接序列扩频信号的捕获方法

在直接序列扩频信号的捕获中,针对低信噪(SNR)比以及大频偏对信号捕获产生影响的问题,提出了一种基于级联随机共振的直接序列扩频信号的捕获方法。首先将输入信号通过部分匹配滤波器进行处理,当本地伪码和输入信号伪码相位对齐时,输出信号仅剩下了残余多普勒频偏;然后将该信号进行级联随机共振,从而提高信号的输入信噪比;最后通过快速傅里叶变换(FFT)谱分析,可以在频谱上得到清晰的谱峰,进而求出多普勒频偏值。通过理论分析和实验仿真可知,在输入信噪比为-26 dB的情况下,所提方法能够提高直接序列扩频信号的捕获灵敏度,并且通过两级级联随机共振系统后输出信噪比提高了15 dB左右;同时与传统捕获算法相比,该方法的正确检测概率提高了4 dB左右。所提方法不但能抑制噪声,而且能将部分噪声能量转换为信号能量,同时能够改善大多普勒频偏的影响,在捕获弱信号方面有着极大的优越性。

多径BOC信号捕获性能分析

针对多径情况下存在一阶多普勒变化率的高动态二进制偏移载波(Binary Offset Carrier,BOC)信号捕获困难的问题,本文提出了基于部分匹配滤波器(Partial Matched Filter,PMF)和分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)相结合的多径情况下高动态BOC信号的捕获算法。该算法首先利用PMF对信号进行分段积分处理,然后利用FRFT所具有的使不同的线性调频信号(Linear Frequency Modulated,LFM)在不同的FRFT域呈现能量聚集的特性确定直达信号,最后在直达信号所对应的最优FRFT域完成对BOC信号的捕获。该算法可以在确定直达信号的同时抑制除直达信号外的多径信号,通过仿真结果可知,该算法可以在信噪比为-7 dB的情况下实现对存在一阶多普勒变化率的多径BOC信号的捕获。

北斗接收机B1信号改进捕获算法研究

针对传统时域串行捕获和基于FFT的并行码相位捕获算法存在的捕获速度慢与复杂度高问题,提出了基于PMF-FFT的改进捕获算法。在捕获过程中,将相差一个码片的64段伪码之和作为本地伪码,对叠加后的信号进行PMF捕获,利用FFT来对部分匹配滤波的结果进行频偏纠正,通过取模得到相关值,并进行门限判定。通过卫星导航实验平台采集实际中频数据对PMFFFT算法进行验证,结果表明,该算法可以加快码步进,减少运算量,缩短捕获时间。