基于低阶EKF联合的相干与非相干积分组合跟踪算法

针对弱信号环境B1C信号难以跟踪以及积分时间难以延长的问题,设计了一种基于低阶扩展卡尔曼滤波(EKF)联合的相干与非相干积分组合跟踪算法。首先,分析了B1C信号结构,建立了数据和导频通道相关器联合跟踪模型;其次,根据B1C在弱信号环境下的变化特点,设计了相干与非相干积分组合跟踪算法;最后,利用模拟信号发生器生成-144 dBm的B1C弱信号,进行了仿真实验验证。实验结果表明,低阶EKF联合跟踪算法采用20 ms长相干积分,载波与伪码跟踪误差分别为0.014 rad与0.027 chip。采用相干积分与非相干积分组合积分后,载波与伪码跟踪误差均提高14%以上,且对更长积分时间的适应性明显提高,能够改善B1C弱信号的跟踪能力。

基于接收机特性曲线的非相干积分平方损耗计算方法

通过对非相干积分下接收机工作特性曲线进行分析,提出一种平方损耗计算方法,该方法在信号检测有效范围内具有计算简洁和准确度高的优点,且可以大大降低运算复杂度,可用于雷达信号检测、电力线通信、卫星通信等领域弱信号检测中预检测积分时间计算。

基于非相干积分的新型频域抗干扰系统设计

本文就GNSS系统中常见的窄带干扰带来的定位精度差、性能弱等缺点,介绍了传统的频域窄带干扰抑制算法的实现过程,并且针对其灵敏度低的缺点,提出了基于非相干积分的频域窄带干扰抑制算法,能够有效的提高窄带抑制的灵敏度,最后实现在上海司南卫星导航技术股份有限公司的新产品,并且通过新产品和传统产品的干扰抑制性能对比实验,展示了本文提案算法的干扰抑制性能,为北斗全球卫星导航定位的干扰抑制技术提供了新的解决方案。

基于非相干积分的GNSS弱信号捕获

当接收机天线被建筑物遮挡或信号被强噪声淹没时,接收机为正常捕获信号,需进行长时间相干积分和多次非相干积分以提取全球卫星导航(GNSS)弱信号,但长时间相干积分会因为导航数据位跳变导致积分后信号能量衰减影响捕获,且多次非相干积分会带来平方损耗限制了对弱信号的捕获能力。针对这一问题,该文在非相干积分基础上提出以最大能量为准则估计最优导航数据位方法,消除导航数据跳变对积分时间长度限制,从而提高弱信号的捕获能力。捕获仿真结果表明:该方法能大幅提高增益,可捕获到20dBHz的弱信号。

不同相干积分方法对GPS弱信号捕获的影响

无外界辅助的GPS弱信号捕获,需要长的相干积分时间和多的非相干积分次数,还要考虑未知的导航数据位和数据位分界对相干积分的影响。本文针对无外界辅助的GPS弱信号捕获方法,从非相干积分入手,提出了一种新的非相干积分方法,并在此基础上分析了包含新方法在内的4种非相干积分方法在相同捕获条件下的捕获概率情况。这些方法在每步非相干积分操作上使用不同的计算方式来计算非相干积分,能达到节约计算量和存储空间的目的。在相同相干积分时间、非相干积分次数和导航数据位边界下,结合不同载噪比条件的弱信号捕获的蒙特卡罗仿真,给出了4种非相干积分方法的捕获概率的实验验证和对比分析。

高灵敏度卫星导航接收机的差分相干积分算法

积分算法的选择是高灵敏度卫星导航接收机的关键技术,它影响着接收机的灵敏度以及硬件相关器的设计方法。差分相干积分应用于高灵敏度接收机能够减小传统非相干积分的平方衰减。理论分析与数据实验的结果表明差分相干积分的检测性能平均优于非相干积分约0.75dB。

GPS信号差分相干累积捕获技术

针对传统GPS捕获算法不能实现微弱GPS信号捕获的问题,在实现长相干积分时间的前提下,采用差分相干累积法,在传统非相干处理的流程中引入了差分处理技术,使该算法融合了相干积分法和非相干积分法各自的优点,不仅解决了相干积分法对导航数据位翻转敏感的问题,而且减少了非相干积分法的平方损耗影响.此外,还对相干积分法和非相干积分法的弱信号捕获性能分别进行了比较分析.实验结果表明:在20 ms积分时间的条件下,差分相干累积法的灵敏度仅比灵敏度最高的相干积分法少1dB,而运算量仅为该算法的0.25%,最适于微弱GPS信号捕获.

微弱扩频信号捕获的积分时间延拓技术

相对于普通扩频接收机,微弱扩频信号捕获需要更长的积分时间以获得处理增益。然而,伪码多普勒频偏导致能量不能在一个码相位上持续积累,限制了积分时间的进一步增加。为此,提出了一种扩频信号捕获时间延拓技术,增加了扩展积分单元,通过对扩展积分结果进行路径搜索,从而有效地减少了码多普勒引起的相位滑动对相关运算积分时间的限制。仿真和实测结果表明所提技术突破了传统全球导航卫星系统(GNSS)捕获算法的积分时间上限,提高了系统灵敏度。针对带内信噪比低于-50 d B的GPS L1 P码捕获,给定硬件资源约束和5 k Hz多普勒范围,算法的捕获概率优于传统算法约3 d B。

基于GPS软件接收机平台的弱信号捕获算法研究

为了解决GPS弱信号的捕获问题,以GPS软件接收机为平台,首先建立了消除考虑多普勒频移对码片传输影响的精确GPS信号模型;在此基础上,采用了一种相干/非相干积分相结合的改进型块数据捕获算法实现了对弱信号的有效捕获。该算法综合考虑了非相干积分引起的噪声影响,并提出一种易于工程实现的非相关积分损耗补偿方法。最后,通过一组实测数据,验证了改进的相干/非相干相结合捕获算法,补偿了由于非相关积分带来的积分损耗,能够有效地实现对弱信号的捕获。

高灵敏度GPS捕获技术的分析与仿真

高灵敏度GPS定位技术是当今导航领域的一个研究热点,而高灵敏度GPS捕获技术是其中最重要的部分。常用的两种高灵敏度GPS信号捕获方法是相干积分和非相干积分。根据两种方法中的数学表达、概率密度函数得到了两种方法的处理增益及其变化趋势,从而为分析接收机信号检测和评估接收机工作效果提供了重要的依据;仿真实验得到了两种方法的实际效果,验证了理论分析。

微弱GNSS信号捕获中的能量累加方法

文章分析了弱信号条件下全球卫星导航系统(GNSS)信号的特点,较为详细地阐述了基于相干积分与非相干积分的能量累加原理,分析了两种方法的优点和缺点,给出了弱信号捕获中常用相干与非相干相结合的方法。最后介绍了差分相干算法,它可以看作是对非相干方法的一种改进方法。

微弱GPS信号避开比特跳变的捕获算法

为了提高全球定位系统(Global Positioning System,GPS)接收机的灵敏度,信号捕获过程需要加长积分时间。分析了比特跳变对加长相干积分时间的限制,从而提出一种能够完全避免比特符号跳变的捕获算法。该算法通过对多组数据采用相干积分和非相干积分相结合的方法,比较各组积分结果并选取积分最大值,用来判决是否捕获。算法中相干积分时间为19ms,目的是使积分最大值组完全避开数据位跳变,避免导航数据符号跳变对相干积分值的影响。该算法在避开比特跳变的基础上最大程度地提高相干积分时间,提高GPS接收机的捕获灵敏度。仿真结果表明,该算法能有效地捕获到载噪比(Carrier to Noise Rate,CNR)低至26dB·Hz的信号,可有效提高GPS接收机的捕获灵敏度。

岸基GPS海面反射信号提取方法及特性分析

岸基全球定位系统(global positioning system,GPS)海面反射信号特性对GPS反射信号遥感反演具有重要意义,可为系统设计提供重要参数支持。在实验数据的基础上对微弱GPS海面反射信号特征提取方法进行验证和分析,结果显示所采用的提取方法能够有效提取海面反射信号;分析不同积分时间相干积分和非相干积分的性能,结果显示,积分时间在100ms以上时,相干积分和非相干积分都能有效提取反射信号特征,且两者得到的信噪比基本一致;海面反射的GPS信号符合高斯分布特征,这与已发表文献的结论是不同的;两次连续测量反射信号的功率变化有90%的概率超过6dB。

捕获算法对比研究

弱信号捕获是信号同步的关键技术,随着卫星导航应用范围越来越广,低信噪比下的信号捕获算法已经逐渐成为了捕获技术研究的热点。文中对低信噪比下的弱信号捕获算法进行了模型描述和性能定量分析,主要对相干积分算法、非相干积分算法和差分相干积分算法的处理增益及其对应的检测性能进行了理论分析和仿真比对。仿真结果表明,差分相干积分算法具有良好的处理增益性能,且对数据位跳变不敏感,适用于低信噪比下的信号捕获。

基于小波变换的GPS微弱信号捕获组合算法

针对战场环境下GPS信号易受到敌方压制式干扰而产生严重衰减,提出了一种相干积分、非相干积分和小波降噪相结合的组合算法。该算法先通过相干积分和非相干积分结合的方法提高整体信号强度,避免导航数据位可能发生跳变的特性,然后采用小波降噪技术,克服信号与噪声的频带相互重叠时,滤波效果变差的问题,实现对弱信号的捕获。仿真结果表明,采用20 ms的相干积分时间、5次非相干积分和小波降噪,可以接收比传统方法低5 dB信噪比的微弱GPS信号。这种方法容易实现,预测可靠,具有实际应用价值。

弱导航信号捕获技术仿真分析

捕获是GNSS接收机信号处理的关键部分,在低信噪比条件下普通的捕获算法不能实现理想的捕获效果。介绍了导航信号的特点及低信噪比条件下的捕获思想和方法,分析了相干积分、非相干积分及二者相结合的原理以及各自的优缺点。仿真结果表明,采用相干积分与非相干积分结合的方法提高整体信号强度,避免多普勒现象产生的影响,实现对弱信号的捕获。采用20ms的相干积分时间和5次非相干积分,在没有互相关干扰的情况下,可以接收信噪比为-35dB的弱信号。

弱导航信号捕获技术仿真分析

本文介绍了导航信号的特点及低信噪比条件下的捕获思想和方法,分析了相干积分、非相干积分及二者相结合的原理。对于GNSS信号的搜索捕获采用长时间相干积分算法,会导致频率的搜索范围增加;采用非相干积分算法将增加平方损失;采用相干积分与非相干积分结合的方法提高整体信号强度,避免多普勒现象产生的影响,实现对弱信号的捕获。仿真结果表明,采用20ms的相干积分时间和5次非相干积分,在没有互相关干扰的情况下,可以接收信噪比为-35dB的弱信号。

一种改善GNSS弱信号动态跟踪性能的FFT鉴频方法

基于快速傅里叶变换(FFT)鉴频器的GNSS弱信号跟踪技术可以有效改善城市峡谷环境的行人导航,然而现有的复数平方FFT(SFFT)鉴频器在车载等较高动态应用中弱信号跟踪性能大幅度下降。本文提出了一种在保证弱信号跟踪灵敏度的前提下,能显著提高动态性能的FFT鉴频方法——非相干FFT鉴频器(NonCoh-FFT)。首先,介绍了SFFT鉴频器和NonCoh-FFT鉴频器的结构原理;然后,从理论上分析了两者的灵敏度和动态性能;最后,基于GNSS信号模拟器产生的静态和动态场景,对比测试验证了SFFT和NonCoh-FFT性能。结果表明,NonCoh-FFT可以明显提高GNSS弱信号动态性能,与理论分析吻合。