高级搜索

基于时频融合的长码直接捕获优化算法研究

曾芳玲 欧阳晓凤 徐浩 吕大千

引用本文: 曾芳玲, 欧阳晓凤, 徐浩, 吕大千. 基于时频融合的长码直接捕获优化算法研究[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(2): 309-316. doi: 10.11999/JEIT180119 shu
Citation:  Fangling ZENG, Xiaofeng OUYANG, Hao XU, Daqian LÜ. Improved Long-code Direct Acquisition Algorithm Based on Time-frequency Fusion[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2019, 41(2): 309-316. doi: 10.11999/JEIT180119 shu

基于时频融合的长码直接捕获优化算法研究

    作者简介: 曾芳玲: 女,1970年生,教授,主要从事导航与时频方面的研究;
    欧阳晓凤: 女,1989年生,博士生,研究方向为卫星导航与导航对抗;
    徐浩: 男,1992年生,硕士生,研究方向为导航与定位和卫星信号捕获;
    吕大千: 男,1990年生,博士生,研究方向为导航与时间频率技术
    通讯作者: 欧阳晓凤,xfouyang@sina.com
  • 基金项目: 安徽省自然科学基金(1408085MF129)

摘要: 长码因其码率高、周期长的特点,是现有导航系统广泛采用的军用信号体制。该文针对长码间接捕获方法的不足,以及扩展复制重叠捕获算法和均值捕获算法的局限性,提出一种以优化复杂度和搜索速度为目标的,基于扩展复制重叠捕获(XFAST)和均值算法相融合的时频捕获改进方法,给出了该算法的基本原理和捕获结果。对该算法的信噪比条件和复杂度进行了分析仿真,进一步论证了该算法应用于长码直接捕获的可行性和优良性。

English

    1. [1]

      KAPLAN D E and CHRISTOPHER J H. Understanding GPS: Principles and Applications[M]. London: Artech House Inc, 2006: 181–188.

    2. [2]

      GUO Xinpeng, SUN Hua, ZHAO Hongbo, et al. A modified LFF method for direct P-code acquisition in satellite navigation[C]. International Conference on Communicatins and Networking in China, Beijing, China, 2016: 499–508.

    3. [3]

      BINHEE Kim and SEUNGHYUN Kong. Design of FFT-Based TDCC for GNSS acquisition[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2014, 13(5): 2798–2808. doi: 10.1109/TWC.2014.040714.131884

    4. [4]

      CHAE K and YOON S. An improved direct acquisition scheme for rapid P code acquisition[C]. International Conference on Applied System Innovation, Osaka, Japan, 2017: 376–379.

    5. [5]

      刘基余. 北斗卫星导航系统的现况与发展[J]. 遥测遥控, 2013, 34(8): 1–8. doi: 10.3969/j.issn.2095-1000.2013.03.001
      LIU Jiyu. Status and development of the Beidou navigation satellite system[J]. Journal of Telemetry,Tracking and Command, 2013, 34(8): 1–8. doi: 10.3969/j.issn.2095-1000.2013.03.001

    6. [6]

      徐浩. GPS P码直接捕获技术研究[D]. [硕士论文], 国防科技大学, 2017.
      XU Hao. Research on GPS P-code direct acquisition technology[D]. [Master dissertation], National University of Defense Technology, 2017.

    7. [7]

      聂杨. 在GPS干扰试验中运用DOP算法评估干扰效能[J]. 电子信息对抗技术, 2017, 5(5): 58–62. doi: 10.3969/j.issn.1674-2230.2017.05.011
      NIE Yang. Using DOP algorithm to evaluate jamming efficiency in GPS jamming tests[J]. Electronic Information Warfare Technology, 2017, 5(5): 58–62. doi: 10.3969/j.issn.1674-2230.2017.05.011

    8. [8]

      HECKROTH K, SCHERRER K, and NIELSON J. Fast direct-Y GPS acquisitions with inaccurate time[C]. Proceedings of the 17th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation, Long Beach, USA, 2004: 573–578.

    9. [9]

      ALTAF M M and AHMAD E H. An ultra-high-speed FPGA based digital correlation processor[J]. IEICE Electron Express, 2015, 12(8): 1–7. doi: 10.1587/elex.12.20150214

    10. [10]

      YANG Chun. FFT Acquisition of periodic, aperiodic, puncture, and overlaid code sequences in GPS[C]. Proceeding of GPS institute of navigation, Salt Lake City, USA, 2011: 137–148.

    11. [11]

      赵盼盼, 姚彦鑫. 卫星导航中XFAST捕获的降计算量去模糊处理算法[J]. 电讯技术, 2017, 57(10): 1205–1212. doi: 10.3969/j.issn.1001-893x.2017.10.017
      ZHAO Panpan and YAO Yanxin. An ambiguity resolving algorithm for XFAST acquisition with less computational amount in satellite navigation[J]. Telecommunication Engineering, 2017, 57(10): 1205–1212. doi: 10.3969/j.issn.1001-893x.2017.10.017

    12. [12]

      唐小妹, 雍少为, 王飞雪. 存在伪码多普勒条件下的XFAST性能分析[J]. 通信学报, 2010, 31(18): 54–59. doi: 10.3969/j.issn.1000-436X.2010.08.008
      TANG Xiaomei, YONG Shaowei, and WANG Feixue. Performance of XFAST in the presence of code Doppler[J]. Journal on Communications, 2010, 31(18): 54–59. doi: 10.3969/j.issn.1000-436X.2010.08.008

    13. [13]

      KRASNR R and NORMAN F. GPS receiver and method for processing GPS signals[P]. United States Patent, 6725159, 2004.

    14. [14]

      MATHEWS M B and MACDORAN P F. GNSS long-code acquisition, ambiguity resolution, and signal validation[P]. United States Patent, 9658341, 2017.

    15. [15]

      唐小妹, 庞晶, 黄仰博, 等. XFAST长码直捕算法参数优化设计[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2014, 45(4): 1113–1118.
      TANG Xiaomei, PANG Jing, HUANG Yangbo, et al. Optimization of XFAST design[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2014, 45(4): 1113–1118.

    16. [16]

      MUSUMECI L, DOVIS F, SILVA P F, et al. Design of a very high sensitivity acquisition system for a space GNSS receiver[C]. IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium, California, USA, 2014: 556–568.

    17. [17]

      沈锋, 李伟东, 李强. 基于I/Q支路相干积分观测滤波的GPS接收机信号跟踪方法[J]. 电子与信息学报, 2015, 31(1): 37–42. doi: 10.11999/JEIT140314
      SHEN Feng, LI Weidong, and LI Qiang. GPS receiver signal tracking method based on I/Q branch coherent integration measurements filter[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2015, 31(1): 37–42. doi: 10.11999/JEIT140314

    18. [18]

      PASQUAL P M, ELOSEGUI P, LIND F, et al. An exploration of software-based GNSS signal processing at multiple frequencies[C]. American Astronomical Society Meeting, Washington., USA, 2017: 229–238.

    19. [19]

      LECLERE J, BOTTERON C, and FARINE P A. Feature article: High sensitivity acquisition of GNSS signals with secondary code on FPGAs[J]. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 2017, 32(8): 46–63. doi: 10.1109/MAES.2017.160176

    20. [20]

      陈松, 黄开枝, 吉江. 一种基于频域采样的序列快速捕获算法[J]. 电子与信息学报, 2012, 34(8): 1807–1813. doi: 10.3724/SP.J.1146.2011.01383
      CHEN Song, HUANG Kaizhi, and JI Jiang. A fast sequential acquisition method based on frequency sampling[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2012, 34(8): 1807–1813. doi: 10.3724/SP.J.1146.2011.01383

    21. [21]

      XIONG Zhulin, AN Jianping, and WANG Aihua. Improved double block zero padding algorithm for P code direct acquisition[J]. Transactions of Beijing Institute of Technology, 2017, 37(5): 515–520. doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2017.05.015

    22. [22]

      WANG Ningyuan, FENG Wenquan, ZHAO Hongbo, et al. A self-adaptive fast direct acquisition approach for long PN code in the high dynamic circumstance[C]. Proceedings of the 29th International Technical Meeting of The Satellite Division of the Institute of Navigation, Portland, USA, 2016: 509–520.

    1. [1]

      陈勇, 赵杭生. 大频差长地址码扩频系统快速捕获方案的设计与实现. 电子与信息学报, 2007, 29(9): 2187-2190.

    2. [2]

      张海川, 曾芳玲. 非完备空际间叠干扰下星基导航信号捕获性能分析. 电子与信息学报, 2019, 41(3): 594-601.

    3. [3]

      仝海波, 朱祥维, 张国柱, 欧钢. 多卫星导航信号联合捕获算法的检测性能分析. 电子与信息学报, 2014, 36(5): 1069-1074.

    4. [4]

      李明孜, 赵惠昌. 基于自适应窗长WD分析的伪码调相-载波调频复合引信信号的参数提取研究. 电子与信息学报, 2007, 29(9): 2086-2089.

    5. [5]

      赵知劲, 顾骁炜, 沈雷. 非周期长码直扩信号的长扰码识别. 电子与信息学报, 2014, 36(8): 1792-1797.

    6. [6]

      吴团锋, 朱爱民. 大Doppler频移条件下基于导频信号的扩频码捕获. 电子与信息学报, 2005, 27(6): 861-864.

    7. [7]

      林俊, 熊刚, 王智学. 基于时频分析的伪码与线性调频复合体制侦察信号参数估计研究. 电子与信息学报, 2006, 28(6): 1045-1048.

    8. [8]

      赵为春, 刘丹谱, 乐光新. 多用户跳时超宽带系统串行码捕获性能分析. 电子与信息学报, 2005, 27(8): 1269-1273.

    9. [9]

      董红飞, 张尔扬. 同源多码流直接序列扩频信号性能分析. 电子与信息学报, 2012, 34(5): 1168-1173.

    10. [10]

      牟青, 魏平. 未知频偏下长码直扩信号的盲解扩. 电子与信息学报, 2010, 32(8): 1797-1801.

    11. [11]

      刘晓明, 张鹤, 吴皓威, 欧静兰. 高动态环境下长码扩频信号快捕算法. 电子与信息学报, 2016, 38(6): 1398-1405.

    12. [12]

      雷俊, 吴乐南. OFDM时频捕获的联合算法. 电子与信息学报, 2006, 28(3): 400-403.

    13. [13]

      李实锋, 王玉林, 华宇, 袁江斌. 罗兰-C信号快速捕获方法及其性能分析. 电子与信息学报, 2013, 35(9): 2175-2179.

    14. [14]

      王国华, 俞能海. 基于快速折叠算法和时频分析的LPI跳频信号截获. 电子与信息学报, 2007, 29(7): 1569-1572.

    15. [15]

      秦勇, 张邦宁, 郭道省. 时移短时相关法在DSSS码捕获系统中的应用. 电子与信息学报, 2007, 29(8): 1942-1945.

    16. [16]

      刘会杰, 高新海, 郭汝江. 一种低副瓣无混叠的线性调频信号时频分析方法. 电子与信息学报, 2019, 41(11): 2614-2622.

    17. [17]

      王大鸣, 任衍青, 逯志宇, 巴斌, 崔维嘉. 融合多普勒频移信息的阵列数据域直接定位方法. 电子与信息学报, 2018, 40(5): 1219-1225.

    18. [18]

      姜坤, 王元钦, 马宏, 焦义文, 廉昕. 甚长基线干涉测量数字基带转换器子通道时延影响分析. 电子与信息学报, 2014, 36(6): 1509-1514.

    19. [19]

      李柏渝, 陈雷, 李彩华, 欧钢. 通道非理想特性对导航接收机伪码测距零值的影响分析. 电子与信息学报, 2011, 33(9): 2138-2143.

    20. [20]

      刘建平, 梁甸农. 主星带伴随分布式小卫星SAR系统效能分析. 电子与信息学报, 2005, 27(9): 1345-1348.

  • 图 1  扩展复制原理

    图 2  扩展复制重叠捕获过程

    图 3  扩展复制重叠捕获结果仿真

    图 4  均值算法原理

    图 5  均值捕获过程

    图 6  均值捕获方法的仿真结果

    图 7  改进算法的基本原理

    图 8  优化算法的粗捕获处理过程

    图 9  优化算法的精捕获过程

    图 10  改进算法的捕获仿真结果

    图 11  改进算法的工作信噪比分析

    图 12  改进算法与扩展复制重叠算法和均值算法时间复杂度对比图

    表 1  各算法在同等参数下的捕获结果对比

    算法参数G1T1(s)Doppler误差(Hz)
    G2T2(s)
    XFASTM=4150.6533.02526
    55.56508.35
    均值法i=8151.018.88526
    107.25234.65
    改进算法M=4165.3327.10210
    i=853.65687.56
    下载: 导出CSV

    表 2  各算法在各自最优参数下的比较结果

    算法参数G1T1(s)Doppler误差(Hz)
    G2T2(s)
    XFASTM=6165.2445.40526
    45.68360.075
    均值法i=12152.148.18626
    92.651178.68
    改进算法M=4165.3327.10210
    i=853.65687.56
    下载: 导出CSV
  • 加载中
图(12)表(2)
计量
  • PDF下载量:  26
  • 文章访问数:  400
  • HTML全文浏览量:  188
文章相关
  • 通讯作者:  欧阳晓凤, xfouyang@sina.com
  • 收稿日期:  2018-01-29
  • 录用日期:  2018-11-20
  • 网络出版日期:  2018-11-29
  • 刊出日期:  2019-02-01
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章