基于重叠的P码频域直接捕获法研究

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

全球定位系统 GPS(Global Positioning System)采用码分多址(CDMA)技术进行分址和定位，因为伪随机码具有良好的相关性和保密。GPS主要使用的伪随机码有 C/A码、P码、Y码和 M码，Y码是 P码的加密码，其中，C/A码用于 GPS接收机标准定位服务，P码用于 GPS接收机精确定位服务。

C/A码 ，又叫粗码，周期长度为 1023，可以用基于F l2 的逐元相关处理实现快速捕获。而 P码为截距码，又叫精码，具有6.187×1012个码元，不能用逐元搜索的方法直接捕获。影响 P码直接捕获时间的因素包括 GPS接收机时间和频率精度、硬件的并行规模和速度、捕获算法以及接收机前端的信噪比等等。

本文根据 P码频域直接捕获扩展复制重叠法(XFAST)，提出-种改进的捕获算法来提高 P码频域捕获效率。

2 理论分析设输入信号为 sr(t)：S，S，(t)P(t) (t)，f0，1，....，m -1(1)本地产生伪码序列为 sl( )：S ( )P(t于).t0，1，...，m-1 (2)式中：亍为相对于输入序列的时间偏移， 为码片数，n(t)为服从均值为 0，方差为 or 的高斯正态分布噪声。

输入信号与本地伪码进行基于 FFT的循环相关，即将输入信号的 FFT变换的共轭与本地产生伪码信号的FFT变换进行点乘并进行 FFT反变换：- 6 。

C IFFT(c0 (FFT(s (t)))×FFT(sf(t)))(3)当输入信号包含在本地信号中，式(3)将服从均值为(mm。)，方差为(mm。)的高斯正态分布，否者服从均值为 0，方差为(mm。)or 的高斯正态分布(m。为补零码数)。

3 现有的P码直接捕获法P码为长周期的截距码，现有的 P码频域直接捕获法主要有XFAST法3 J、均值法 和以这丽种算法为基础的综合法 ：XFAST算法利用码的子序列的互相关特性，如果接收信号的伪码序列长度为 ，那么本地产生子码长度为L的扩展M段的伪码序列，将M个子码序列进行对应叠加处理，然后与接收信号进行循环相关处理，当出现高于判决门限的相关峰值时，分别将 个子码序列与接收信号进行循环相关处理，进而判断出接收信号中的码元所在的具体子码序列及其确切位置。

XFAST法利用 个子码序列，FFT计算量可以减小倍，而其时间不确定范围扩大了 倍。由于接收信号中的码元和那些从其它区段重叠过来的码元互相关性很小，产生很小的背景噪声，在轻微降低信噪比和产生峰值多值性的代价下，使用码重叠可以加快计算。

均值法是以循环相关的理论为基础而提出的另-种快速尸码直接捕获算法。它将接收信号伪码序列中的每 i个点依次进行均值处理构成新的序列，本地伪码序列进行同样的处理构成新的序列，这两个新的序收稿 日期 ：2012-12-10列再进行循环相关处理，当出现高于判决门限的相关峰值时，就可以判断出接收信号中的码元所在的具体均值码段进而确定其确切位置。因此，在同样的 FFT计算量下，可将时间不确定范围扩大到 i倍。但是，如果均值法的均值的点数越多，它所引入的噪声就会越大，峰值检索的性能越差。

综合法充分地利用了XFAST算法和均值法的优点，进行 P码直接捕获。它是将 XFAST法中的接收信号和本地扩展的伪码叠加序列以-定长度分别进行均值处理，形成新的序列，然后再对新序列进行循环相关处理，实现P码直接捕获。

上述几种 P码直接捕获法都是采用缩短接收信号或本地扩展伪码技术提高捕获效率，其中综合法性能最好，XFAST法次之，均值法第三。

4 改进的 P码直接捕获法图 1 再重叠的 P码频域直接捕 获法示意 图XFAST法仅通过将本地信号进行重叠，提高 P码频域捕获效率。为了进-步提高 P码频域捕获效率，在研究XFAST算法基础上，对输入信号和本地扩展分段信号以-定长度分别先重叠，后本地扩展分段信号再进行段重叠处理来完成码元搜索(如图 1所示)。本算法实现步骤如下：1>接收的 GPS中频信号经正交双通道后，以适当采样频率. 进行 A/D采集、缓存。

3>取长度为 的接收P码样本，以长度n复制重叠m段(mL/n)，重叠对应部分进行算术相加，新的接收码为 sr。

4>取长度为 × 的本地伪码序列，对长度为的每段先以长度n重叠m段，重叠对应部分进行算术相加，再对分别重叠的 段伪码进行重叠，重合部分进行算术相加，获得长度为m的新序列 Sz。

5>对 .s 铂 分别进行基于 FFT的多普勒补偿循环相关运算。

6>记录循环相关运算最大相关峰值、最大相关峰所在位置及最佳多普勒补偿。

7>若最大相关峰值小于门限，则重新选取本地伪码序列重复4>到6>的运算。

8>在获得相对峰值位置基础上，让输入信号与扩展分段信号分别相关，进-步获得峰值确定位置。

5 算法分析在 Windows下，使用 MATLAB语言进行算法仿真。.实验中P码遵照 GPS2ICD2200C实现，根据文献[4]设定实验条件为：采样频率. 为 10.23MHz，接收信号样本长度 三为 1024，扩展复制重叠段数 为2O，根据实验得图 2(不同重叠法 P码频域直接捕获结果)、图3(不同再重叠法P码频域直接捕获结果)和表1(不同重叠法时间分析)。

(/7，)重叠法 (b)再重叠法图 2 不 同重叠法 P码频域直接行捕获结果 示意 图图2为在接收信号相对本地码偏移 5920码元时，使用扩展重叠法和再重叠法(接收信号和本地扩展重叠每段分别再重叠2段)分别进行循环相关处理结果，由图可见，它们都有良好的相关峰，都能实现P码频域直接有效捕获。在上述码偏移情况下，接收信号的起始码元位于扩展重叠的第 6段，再扩展重叠的位于第 11段 内。

(0)每段再重叠4次 (b)每段再重叠 16次图3 不 同再重叠法 p码频域直接捕 获结果示意 图图3为在上述码偏移时，使用再重叠法(接收信号和本地扩展重叠每段分别再重叠4段和16段)时的循环相关处理结果，由图可见，它们的相关处理情况良好，能实现 P码频域直接有效捕获。

表 1为不同重叠法 P码捕获时间分析。由表可见，再重叠法的捕获时间都比重叠法的捕获时间少，效率高，可分别提高 29% 到90%。再重叠的段数越多捕获时间需要越少。

表 1 不同重叠法时间分析算法 重叠 再重叠2次 再重叠4次 再重叠 16次捕获 时间(s) 117 83 28.8 9.69· 7 · 本文分析了P码特点，研究了现有的 P码频域直接捕获算法，提出了基于扩展再重叠的 P码频域直接捕获算法，提高P码的捕获效率，改善了系统的工作效能。