关键词：
北斗卫星导航系统
FFT并行算法
压缩感知捕获算法
摘要：
随着我国自主研制的北斗卫星导航系统的运营,用户端接收机的性能不断提高,但是目前,导航接收机仍然存在诸多技术难点,还没有取得突破性进展,这给北斗导航系统的应用产生巨大的影响。因此,提高接收机性能的研究迫在眉睫。接收机按其功能划分,主要分为三个部分:前端的射频处理、基带数字信号的处理和最后的定位解算,目前的研究热点为基带信号处理部分,分为信号的捕获和跟踪,其中,信号的捕获是基带信号处理的首要步骤,其性能直接影响后续跟踪的精度和速度,因此,开展信号捕获的深入研究,提高捕获过程的性能显得尤为重要。本文主要研究北斗接收机基带信号处理中的捕获算法,改进现有的捕获算法,缩短捕获时间,提高捕获效率,为加快整个接收机的工作进程做贡献。在北斗信号设计之初,为了提高卫星信号间的相关性,提高窄带抗干扰能力,采用主码加二次编码的方式调制信号,但是由于二次编码可能会出现位翻转使得捕获峰值降低,导致不能有效的捕获信号,同时,在信号采样过程中遵循传统的奈奎斯特采样定理,采样率高,数据量大,严重影响接收机的性能,因此针对二次编码带来相关峰值损失和计算复杂度高的问题,分别提出两种改进的捕获算法:(1)新型的FFT并行捕获算法。算法首先假设无位翻转的情况,采用并行码相位搜索的方法,对接收信号和本地信号进行相关运算,得到相关结果;而后针对存在位翻转的情况对接收信号和本地信号进行改进,再进行相关运算;最后将两次相关运算得到的结果相干合成,得到最大的相关峰值,以此来解决由于位翻转带来的相干累积峰值被削弱的问题;此外改进算法还将快速傅里叶变换进行分段运算进一步降低整体计算量。(2)基于压缩感知的捕获算法。卫星信号的捕获过程需要一定的硬件资源,且消耗时间,为了节约硬件资源,减少成本,同时为了去除量测噪声,得到更为准确地估计值,本文提出一种基于卡尔曼滤波的压缩感知卫星信号捕获算法。首先,分析北斗卫星信号的稀疏性,构造稀疏变换矩阵,选择观测矩阵进行观测;其次,在信号重构阶段引入Kalman滤波,每次迭代都获得最佳信号估计,同时采用弱匹配的方式筛选有效信息,剔除冗余信息。最后得到码相位和频率的准确估计值。对上述算法进行实验分析,从计算复杂度、积分时间和捕获性能等方面进行对比,分析可得:本文提出的两种算法对比传统的捕获算法都有所改进,能有效地运用到捕获过程中。
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