改進(jìn)的GPS信號捕獲算法

搜索GPS信號在本質(zhì)上就是搜索CA碼相關(guān)峰的過程，但是當(dāng)噪聲較大的時(shí)候，相關(guān)峰的峰值相對于噪聲來講，就會變小，通過相關(guān)峰的疊加，來增強(qiáng)相關(guān)峰的信噪比。根據(jù)這個思想，本文將提出一種改進(jìn)的GPS捕獲算法，綜合考慮信號捕獲速度、硬件資源、以及性能方面等問題。算法采用分段FFT的方法進(jìn)行運(yùn)算，算法基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。
其中每條支路的算法與傳統(tǒng)的算法相同，唯一不同是將一個信號做多段的FFT變換處理。假設(shè)這里分段數(shù)目為K，那么每個相關(guān)器的相關(guān)時(shí)間為。每個相關(guān)器處理的C/A碼長度為，然后再對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換。由于每個FFT對應(yīng)的點(diǎn)數(shù)僅僅為原來的，故其硬件資源較直接的并行FFT算法要節(jié)約。
在這種情況下，獲得的信號頻譜非常差，甚至難以搜索到其峰值。考慮相干累加對噪聲沒有放大作用，因此，這里通過相干累加來進(jìn)行處理。得到分段后的FFT，。然后得到的相干累加后的的結(jié)果如下式所示：
然后對得到的結(jié)果取模。當(dāng)獲得超過門限的峰值，則說明此時(shí)信號已經(jīng)捕獲，就得到對碼相位和多普勒頻移估計(jì)值，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以獲得峰值更為明顯的譜線。
1.改進(jìn)后的GPS信號捕獲算法的仿真分析
這里采用相同的中頻信號進(jìn)行測試，將信噪比加到-20db開始測試，其測試結(jié)果如圖所示。
通過上面仿真，可以看到在低信噪比條件下，通過運(yùn)算，系統(tǒng)還能夠捕獲GPS信號。相關(guān)峰的值與均值的比值較小，噪聲毛刺較大，相比較零噪聲時(shí)的虛部較小結(jié)果，強(qiáng)噪聲情況下相關(guān)結(jié)果虛部變大，這說明隨著噪聲的增強(qiáng)，捕獲的概率在逐漸減小，虛警概率在逐漸增加。這里的相關(guān)峰，即通過前面加窗的方法進(jìn)行搜峰，即可得到相關(guān)峰的峰值幅度和位置。
上面提出的低信噪比信號捕獲的方案，在MATLAB中對該方案進(jìn)行了仿真分析，仿真證明該方案在低信噪比下系統(tǒng)的工性能良好，通過相干累加后的GPS信號捕獲算法具有更高的性能，傳統(tǒng)的算法只能在信噪比為-10db以內(nèi)的情況下工作，而改進(jìn)后的算法可以達(dá)到-20db。
3、結(jié)語
針對目前軟件GPS接收機(jī)運(yùn)算能力有限，工作環(huán)境的局限性，本文提出了一種改進(jìn)的GPS信號捕獲算法，使其能夠在低信噪比環(huán)境下正常工作。這種新的GPS信號捕獲算法是基于分段處理和頻譜疊加的思想，使其能夠在惡劣的環(huán)境下獲得明顯的算法相關(guān)峰，本文通過MATLAB對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，仿真發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)能夠在SNR=-20db的環(huán)境正常工作。本文的研究成果在微弱信號下GPS信號的捕獲方面具有較大的參考價(jià)值。