超长PN码的延迟-等待直接捕获方法

提出了一种新的直序扩频体制卫星导航定位系统中超长PN码序列的快速直接捕获方法,即通过估计本地与卫星时间偏差来确定延迟时间,从而预置本地伪码的“延迟—等待”捕获法。文章深入分析了该方案实现的主要技术细节和捕获性能。

长PN码并行捕获技术研究

长PN码的捕获是TDRSS的关键技术之一。特别是码长达到261888的超长码,要求在低信噪比、较短时间内的捕获,一直是一个难题。本文在对PN码的跟踪、PN码捕获的原理进行简述的基础上,给出了一种长PN码并行捕获的设计与实现方案。该方案捕获时间短,抗噪声性能好,便于工程实现。

非周期长码直扩信号PN码盲估计

针对低信噪比下非周期长码直扩信号PN(pseudo-noise)码盲估计问题,在已知码片速率和PN码周期前提下,提出一种基于特征值分解和梅西算法的非周期长码直扩信号PN码盲估计方法。在PN码周期内根据扩频调制比对信号,进行非重叠分段;利用分段矩阵特征值分解的方法估计各段PN码并进行拼接;通过滑动搜索窗,利用梅西算法得到PN码生成多项式,消除在拼接时产生的相位模糊。仿真结果表明,该方法适用性广,能够在较低信噪比下正确估计出m序列、Gold序列。

带残余载波的周期长码直扩信号PN码盲估计

针对下变频后含有残余载波的周期长码直扩信号PN(Pseudo-Noise)码盲估计难题,在已知码片速率和PN码周期前提下,该文提出一种结合矩阵特征值分解和数字锁相环(Digital Phase Locked Loop,DPLL)的PN码盲估计方法。该方法首先将带有残余载波的周期长码直扩信号等效建模为虚拟多用户短码直扩信号模型,利用矩阵特征值分解和模糊酉矩阵的方法估计出含有残余载波的PN码,然后利用DPLL对残余载波的频率和相位进行跟踪和估计并最终消除残余载波,最后根据特定约束条件(如m序列、Gold序列)去除分段相位模糊,最终估计出PN码序列。理论分析和仿真结果表明,提出的方法能够有效地工作在较低信噪比下,且表现出良好的性能。

基于虚拟多用户模型的长码直扩信号伪码估计

针对长码直接序列扩频(DSSS)信号的伪随机码(PN)盲估计问题,提出了一种新的周期长码直接序列扩频信号(PLC DSSS)模型。该模型等同于虚拟多用户短码扩频DS-CDMA系统,采用DS-CDMA的谱范数来估计同步偏移,该算法不需要更多假定限制,利用相关函数二阶矩、特征值分解和模糊酉矩阵方法就可以完成伪码序列的估计。实验结果表明,在较低信噪比下就可以完成对PN码序列的精确估计,表现出良好的性能。

基于矩阵填充和三阶相关的长短码DS-CDMA信号多伪码盲估计

由于长短码直扩码分多址(LSC-DS-CDMA)信号包含了多个用户的长码和短码,已有的直扩码分多址信号的盲伪码估计方法不再适用。为此该文提出一种基于矩阵填充和三阶相关的伪码估计方法。首先从理论上将结构复杂的LSC-DS-CDMA信号构建为多用户短码扩频的缺失矩阵模型,将复合码矩阵估计建模为盲源信号分离问题;然后将矩阵填充理论应用于复合码矩阵估计,提出基于奇异值阈值算法和快速独立成分分析算法的各用户复合码序列估计方法;最后利用m序列的移位相加性特性,提出延迟三阶相关算法,从各用户复合码序列中估计其包含的长短伪码序列。仿真表明,当信噪比高于-2 d B时,该文算法的长短伪码估计平均误码率低于0.1%。

低信噪比长伪码直扩信号的盲估计方法

为了解决低信噪比长伪码直扩信号的盲估计难题,提出了一种长伪码直扩信号的相关矩阵累加平均结合特征分析的新方法。本方法是在已知长伪码直扩信号的扩频码周期、码速率等参数,并且信息序列不相关的前提下,将接收到的长伪码直扩信号以一随机确定值为起点进行周期分段形成连续多个观察向量,求其相关矩阵并累加平均,并实施特征分析以得到相关矩阵的特征值和信号所含主成分,由相关矩阵的特征值可以估计出信号所含的噪声方差、信号信噪比和信号分段时随机确定的起点,由主成分特征向量还可以进一步估计出观察信号的扩频码序列。本文所提出的方法充分分析和推导了长伪码直扩信号的特征结构,提出了对长伪码直扩信号盲估计的核心基础算法,该算法可以有进一步应用于长伪码直扩信号盲解扩的潜力。本文提出的方法并不象已经提出的其他算法,其对长伪码扩频信号的盲估计性能可以随着观察向量个数的增加逐步得到改善,而且该方法可以应用于任意类型的扩频码、信息码,在理论上能工作在任意强度的加性高斯白噪声环境下,并且不需要事先提取任何定时同步信息。理论分析和数值结果表明了本方法较为鲁棒不易受到噪声影响。

一种基于K-means算法的长码直扩信号伪码序列盲恢复方法

针对长码直接序列扩频(DSSS)信号伪码(PN)序列盲恢复的难题,借鉴无监督聚类分析的思想,提出了一种基于K均值(K-means)聚类算法的长码直扩信号PN码序列盲恢复方法。该方法首先通过最小平均相异度完成PN码序列的盲同步;然后利用K均值算法完成PN码序列的盲估计;最后利用游程检验算法筛选出原PN码序列,从而完成PN码序列的盲恢复。理论分析和计算机仿真表明,该方法可以在较低信噪比下准确恢复长码直扩信号PN码序列,表现出很好的性能。

短码、周期长码直扩信号伪码序列盲估计

针对短码、周期长码直扩信号在不同的时延下伪码序列估计问题,提出了一种基于奇异值分解的盲解扩算法。在已知信息码元速率和伪码周期条件的前提下,算法首先把接收到的直扩信号按照一定长度进行分段构成相关矩阵并对此矩阵进行奇异值分解得出信号子空间,然后根据信号子空间和伪码序列的模糊关系,利用求解的模糊酉矩阵和特定约束条件(如m序列)去其模糊性,最终估计出伪码序列。仿真结果表明,该算法不仅解决了在不同的时延下估计伪码序列带来的问题,而且具有稳定性高、在低信噪比条件下有良好的估计性能等优点。

自适应检测窗伪码捕获算法

针对长伪码序列捕获中滑动串行捕获算法计算复杂度过高的问题,提出了一种自适应检测窗伪码捕获算法。该方法通过在不同信噪比条件下自适应构建检测窗,快速确定其在接收伪码序列中的位置信息,直接生成与接收伪码序列粗同步的本地伪码序列,完成捕获。仿真结果表明该方法大大降低计算复杂度并能在低信噪比条件下稳定工作。较之滑动串行捕获算法,该方法有更低的硬件实现复杂度,易于工程实现。

一种高动态长伪码信号的捕获方法

高动态长伪码信号的捕获一直是卫星通信研究的难点,近来广泛应用的部分匹配滤波-快速傅立叶变换(Partial Match Filter-Fast Fourier Transform,PMF-FFT)算法能够解决其中部分问题,但其对FPGA的资源要求较多。提出一种优化的PMF-FFT实现方法,将部分匹配滤波器组进行适度折叠,在资源受限的条件下实现了长伪码信号的快速捕获。简单分析了算法原理,重点阐述资源优化的实现方法。经工程实测,该方法性能良好,工作稳定可靠。

基于前向搜索的GNSS长距多径信号判别技术

卫星导航接收机中的多径信号,尤其是长距多径信号会造成伪码的错误捕获与跟踪,带来很大的伪距测量误差,甚至定位失效。针对这一问题,利用卫星导航系统中独有的直达信号相对于多径信号具有最超前码相位的特性,在导航信号捕获跟踪之后,继续通过相关峰前向搜索的方法来判别直达信号与多径信号,在剔除多径分量之后获得准确的伪距测量值。在此基础上讨论了长距多径信号的搜索区间,给出了新的接收机处理架构,从而为卫星导航中长距多径信号的去除与精确定位的实施提供了重要参考。

基于码多普勒补偿的微弱GNSS长码快速直接捕获算法

为提高全球导航卫星系统(GNSS)的抗干扰能力,要求在不借助于短码辅助的情况下对长码进行直接捕获.传统长码直接捕获算法针对的是正常接收信号.当信号被遮挡或干扰以后将变得十分微弱,此时已有算法将面临严峻挑战.为此,本文提出了一种基于码多普勒补偿的长码捕获算法.该算法根据所搜索的载波频率格进行码多普勒补偿,可以大大延长预检测积分时间从而改善捕获性能.仿真结果表明,新算法能有效减小码多普勒影响,在相干积分时间为1ms非相干累加次数为300情况下,捕获灵敏度可达-183dBW.

基于GPU的长码直接捕获方法

针对长周期伪码扩频信号的捕获问题,分析了局部相关的码相位空间捕获模型和FFT实现方法.为了能够对数据处理任务进行分割处理,充分利用GPU加速FFT运算,本文研究了部分重叠局部相关长码直接捕获算法,提出了基于GPU的全局直接搜索和分段重叠搜索长码直接捕获方法.该方法利用FFT并行搜索伪码相位,在GPU中批处理加速FFT运算.实验结果表明,相比CPU实现的方法,基于GPU的长码直接捕获方法显著提高了捕获速度.

低复杂度伪码迭代捕获方法

针对迭代消息传递的伪码捕获算法复杂度过高的问题,提出一种低复杂度伪码迭代捕获方法.将伪码迭代捕获方法分成迭代译码算法和向量选择算法2个步骤来讨论:首先,采用归一化简化方法对迭代译码算法进行改进,降低了算法的空间复杂度;其次,提出一种新的伪码向量选择算法,大大降低了算法的时间和空间复杂度.仿真结果显示:提出的伪码迭代捕获算法以低的复杂度,实现了较低信噪比下长伪码的快速捕获,且其捕获性能优于现有的伪码迭代捕获方法.

一种低信噪比下长伪码序列快速捕获方法

为解决低信噪比下长伪码序列快速捕获问题,提出一种基于迭代消息传递算法的快速捕获方法.通过证明m序列是一种特殊的线性分组码,将m序列用Tanner型因子图表示,然后在得到的图模型上迭代运行消息传递算法来估计m序列的初始相位.在低信噪比下的分析和仿真结果均表明:该算法能稳定工作.相比混合捕获算法,其检测性能下降了大约5 dB,但其平均捕获时间约为同条件下混合捕获方法的1/10,其计算复杂度仅为传统捕获算法的几十分之一.