改进的GPS信号捕获算法

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。