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微弱GPS信号捕获算法研究

作者:杨耀、冯泉来源:原创日期:2014-04-28人气:679

1、引言 全球定位系统(GPS)能够为用户提供精确的位置,速度,时间等信息,已经得到了广泛的应用。这种不断增长的个人导航和定位服务的要求,对于一些低信噪比信号的GPS接收机工作提出了迫切的要求。如在隧道的情况下,由于卫星信号非常微弱,很难有效捕捉卫星信号,导致无法正常的定位。因此,在信噪比下GPS信号的捕获有着广阔的发展和应用前景[1]。
2、GPS信号捕获算法分析与改进
2.1传统的GPS信号捕获算法介绍这里主要介绍基于FFT的并行捕获算法[1,2],通常情况下,由于输入信号的C/A码的起始位置是未知的,所以在进行捕获之前,波形实现产生一个伪随机码,这里假设将接收到的模拟信号数字化为5000个点,然后与输入的信号在数字域进行相乘,将相乘得到的结果进行快速傅里叶变换,从而得到其频率。
当接收到的为10ms的电文,由于在进行卷积运算的时候,我们需要的电文长度为1ms,即只需要卷积1ms,此外,由于将每个信号数字化为5000点,故需要5000次操作。因此,对于10ms的电文,每次操作需要进行50000个乘积操作和50000次的FFT变换。在20Khz的范围内,只需要201个频率分量,那么需要从计算得到的1.005*10^6个计算结果中进行挑选。所以,当电文长度从1ms变为10ms的时候,计算量的增长是非常明显的。寻找其C/A码的起点位置的时间分辨率为200ns,其基本结构如图1所示。
2.2传统的GPS信号捕获算法的仿真分析
由于C/A码长lms,所以至少要用lms的电文来捕获,但在实际中,1ms的电文仍有可能发生导航点相位偏移。因此,使用两组连续的10ms电文来捕获,就保证了在某一组电文中未含有相位偏移。
我们将一个信号分为10段,每段则对应与一个CA码片[3]。C/A码是由两个10级反馈移位寄存器构成的Gold码产生。其特征多项式分别为:将产生的GPS信号送入本地接收机,根据图3提供的接收方法进行接收。此外,考虑在实际中,接收到信号的多普勒频率偏移一般在,所以,在本仿真中,我们设置频率搜索的范围上下限为,搜索的步进为。下面的仿真结果为C/A码相位捕获结果,其中峰值的坐标代表捕获得到的C/A码相位抽样码片值。其峰值的坐标分别代表载波频率捕获的值。图2是10db时候的捕获情况。
从上面的仿真结果可以看到,对于一般的捕获算法,当SNR=-10db的时候,系统基本无法工作。

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