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改进的GPS信号捕获算法

作者:中州期刊www.zzqklm.com来源:原创日期:2014-04-28人气:825

搜索GPS信号在本质上就是搜索CA码相关峰的过程,但是当噪声较大的时候,相关峰的峰值相对于噪声来讲,就会变小,通过相关峰的叠加,来增强相关峰的信噪比。根据这个思想,本文将提出一种改进的GPS捕获算法,综合考虑信号捕获速度、硬件资源、以及性能方面等问题。算法采用分段FFT的方法进行运算,算法基本结构如图3所示。
其中每条支路的算法与传统的算法相同,唯一不同是将一个信号做多段的FFT变换处理。假设这里分段数目为K,那么每个相关器的相关时间为。每个相关器处理的C/A码长度为,然后再对处理后的数据进行FFT变换。由于每个FFT对应的点数仅仅为原来的,故其硬件资源较直接的并行FFT算法要节约。
在这种情况下,获得的信号频谱非常差,甚至难以搜索到其峰值。考虑相干累加对噪声没有放大作用,因此,这里通过相干累加来进行处理。得到分段后的FFT,。然后得到的相干累加后的的结果如下式所示:
然后对得到的结果取模。当获得超过门限的峰值,则说明此时信号已经捕获,就得到对码相位和多普勒频移估计值,这样做的优点是可以获得峰值更为明显的谱线。
1.改进后的GPS信号捕获算法的仿真分析
这里采用相同的中频信号进行测试,将信噪比加到-20db开始测试,其测试结果如图所示。
通过上面仿真,可以看到在低信噪比条件下,通过运算,系统还能够捕获GPS信号。相关峰的值与均值的比值较小,噪声毛刺较大,相比较零噪声时的虚部较小结果,强噪声情况下相关结果虚部变大,这说明随着噪声的增强,捕获的概率在逐渐减小,虚警概率在逐渐增加。这里的相关峰,即通过前面加窗的方法进行搜峰,即可得到相关峰的峰值幅度和位置。
上面提出的低信噪比信号捕获的方案,在MATLAB中对该方案进行了仿真分析,仿真证明该方案在低信噪比下系统的工性能良好,通过相干累加后的GPS信号捕获算法具有更高的性能,传统的算法只能在信噪比为-10db以内的情况下工作,而改进后的算法可以达到-20db。
3、结语
针对目前软件GPS接收机运算能力有限,工作环境的局限性,本文提出了一种改进的GPS信号捕获算法,使其能够在低信噪比环境下正常工作。这种新的GPS信号捕获算法是基于分段处理和频谱叠加的思想,使其能够在恶劣的环境下获得明显的算法相关峰,本文通过MATLAB对系统进行了仿真,仿真发现系统能够在SNR=-20db的环境正常工作。本文的研究成果在微弱信号下GPS信号的捕获方面具有较大的参考价值。

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