北斗接收机基带信号的捕获算法研究
北斗双频卫星导航接收机技术研究与实现
北斗双频卫星导航接收机技术研究与实现随着社会的发展，卫星导航系统在各个领域的应用越来越广泛，其中北斗卫星导航系统是我国自主研发的卫星导航系统，具有自主运行、全球覆盖、高精度等特点。
而北斗双频卫星导航接收机技术是北斗系统的关键组成部分，对于提高定位精度和抗干扰能力具有重要意义。
北斗双频卫星导航接收机技术的研究主要包括接收机硬件设计和信号处理算法两个方面。
在接收机硬件设计方面，需要考虑信号的接收、放大、混频、滤波、解调和解算等过程。
首先，接收机需要设计合适的天线来接收来自卫星的导航信号。
然后，信号经过放大、混频、滤波等处理后，进入解调环节，通过解调来提取导航信息。
最后，通过解算算法来计算出接收机的位置、速度等信息。
在信号处理算法方面，主要包括导航信号捕获、跟踪和解算等过程。
首先，接收机需要对导航信号进行捕获，即通过搜索算法来确定导航信号的存在和参数。
然后，通过跟踪算法来跟踪导航信号的变化，确保信号的稳定性和连续性。
最后，通过解算算法来计算出接收机的位置、速度等信息。
北斗双频卫星导航接收机技术的实现需要通过实验验证其性能和可行性。
在实验过程中，可以利用仿真软件进行建模和模拟，通过模拟实验来验证接收机的性能。
同时，还可以搭建实际的接收机硬件平台，通过实际接收卫星导航信号来进行实验验证。
总之，北斗双频卫星导航接收机技术的研究与实现对于提高北斗系统的定位精度和抗干扰能力具有重要意义。
通过接收机硬件设计和信号处理算法的研究，可以实现对导航信号的准确捕获、跟踪和解算，进而提高北斗系统的性能。
未来，随着技术的不断发展，北斗双频卫星导航接收机技术将会得到更好的应用和推广。
北斗B1I信号的捕获算法
北斗B1I信号的捕获算法王丽黎;杨阳【摘要】北斗B1I信号的捕获是北斗2代接收机的核心模块,它是基于码相位和多普勒频移二维搜索的过程.对于捕获模块,通常采用并行码相位搜索捕获算法来实现对空中可见卫星的捕获.针对信号较弱情况下的卫星捕获,采用了非相干累加与并行码相位搜索捕获相结合的方法.测试结果表明,该捕获算法能够有效快速地实现弱信号的捕获.%BeiDou B1I signal acquisition is a hard core in a BeiDou receiver and is the two-dimension process of the search about the code delay and Doppler frequency. For acquisition, parallel search algorithm of code in frequency domain are usually adopted. For the acquisition of weak signal, a method combining non-correlation integration with parallel search algorithm of code in frequency domain was introduced. The test results show that the acquisition algorithm can effectively and quickly acquire the weak signal.【期刊名称】《计算机系统应用》【年(卷),期】2016(025)003【总页数】5页(P194-198)【关键词】北斗B1I信号;接收机;捕获;弱信号;非相干累加【作者】王丽黎;杨阳【作者单位】西安理工大学自动化与信息工程学院,西安 710048;西安理工大学自动化与信息工程学院,西安 710048【正文语种】中文随着我国成功将第16颗北斗导航卫星送入预定轨道, 北斗导航工程区域组网顺利完成[1]. 第2代北斗导航系统主要功能为定位、测速、单双向授时和短报文通信[2,3]. 因此, 针对北斗导航系统相应的接收技术的研究逐渐成为研究热点. 传统的接收机由射频前端、用于信号处理的ASIC以及高速运算的CPU核组成, 设计灵活性受到限制. 相比之下, 软件接收机只需对软件修改便可对接收机进行优化升级, 则更具有方便性和灵活性[4,5].在接收机内, 完成信号捕获是信号处理的第一步, 信号捕获重在估计两个重要参数: 一个是C/A码周期的开始, 另一个是输入信号的载波频率, 获得导航卫星信号的载波频率(或称为载波多普勒频移)和码相位这两个参数的粗略值, 然后跟踪过程则利用这些粗略值进一步得到频率和码相位的精确值并进而解算出导航电文. 因此对接收机性能好坏影响较大的是捕获跟踪算法的好坏[6,7].本文在详细分析了并行码相位搜索捕获算法原理的基础上, 为了能更好的实现对弱信号的捕获, 将并行码相位搜索捕获算法与非相干累加相结合, 不但提高捕获效率, 降低了噪声干扰, 而且有效的提高了弱信号的捕获.目前北斗2代播发B1、B2、B3三个频段的信号, 其信号复用方式为码分多址, 其中B1(1561.098 MHz)信号由I、Q两条支路的测距码和导航电文正交调制在载波上构成. 调制在B1频率上的信号可表示为式(1):其中上角标j表示卫星序号; AB1分别表示B1信号幅度; 分别表示B1信号测距码; 分别表示调制在B1测距码上的导航电文数据码; 表示B1信号载波频率; 表示B1信号载波初相.CB1I码的码速率为2.046 Mcps, 码长为2046, 码宽为488.7 ns(1/2.046 MHz). CB1I码发生的结构如图1所示, 其是由两个线性序列G1和G2模2和产生均衡Gold码后截短1个码片后生成. G1和G2序列分别由两个11级的线性移位寄存器生成, 其生成多项式如式(2)、式(3)所示.(2)(3)G1序列初始相位为************;G2序列初始相位为************.通过对产生G2序列的移位寄存器不同抽头的模2和可以实现G2序列相位的不同偏移, 与G1序列模2和后可生成不同卫星的测距码. 而之所以用这种码传输信号, 就是因为其良好的自相关和互相关特性.图1 CB1I码发生器示意图2 北斗2代B1信号CB1I码的捕获由于CB1I码除了自身完全对齐的情况外, 其余情况几乎是不相关的, 这种特性使得很容易找出两个完全对齐的相同的CB1I码. 捕获过程正是利用其这一特点.2.1 CB1I码的捕获接收机的信号捕获过程一般通过对卫星信号的载波频率和码相位进行扫描式搜索来完成. 捕获的目的就是为了对输入信号和一个测距码序列做相关运算. 并行码相位搜索捕获算法实际上是利用傅里叶变换这种数字信号处理技术来替代数字相关器的相关运算, 而我们需要证明一下两者的等价性.两个长度同为N的有限长序列和的离散傅里叶变换和计算如式(4)、式(5)所示.(4)(5)两个长度同为N的有限长序列和的循环互相关计算如式(6)所示.(6)下面的分析中均省略了中的缩放因子1/N, 的N点离散傅里叶变换计算如式(7)所示.(7)其中是的复共轭. 由式(7)可知, 两个序列与在时域内做相关运算, 相当于它们的离散傅里叶变换与在频域内做乘积运算. 于是倒过来, 乘积的离散傅里叶反变换正好是接收机需要进行检测的在各个码相位处的相关值. 一旦接收机通过傅里叶反变换计算得到相关值, 那么接下来的信号检测就同线性搜索捕获法一样, 即找出在所有搜索单元中自相关幅值的峰值, 并将该峰值与捕获门限值相比较. 若峰值超过捕获门限值, 则接收机捕获到了信号.图2 并行码相位搜索捕获算法原理图如图2所示为并行码相位搜索捕获算法的原理图, 考虑到导航数据位存在跳变的可能, 用含导航数据位的数据进行相关运算所获得的相关峰值将会有较大衰减从而造成漏捕, 在算法实现过程中, 总是采用两段连续数据进行同步相关运算, 在得到的两组相关结果中选择最大功率能量相关峰值较大者(认为该段数据中不包含导航数据位跳变)的相关结果作为捕获判断依据[8].2.2基于非相干累加的CB1I码捕获采用1 ms时长的数据进行上述捕获的时候, 由于噪声的作用可能导致误捕, 当信号较弱时, 甚至会出现漏捕. 而且在北斗MEO/IGSO卫星B1频点信号中, 因为NH 码调制的影响, 相干累加时间不能超过1 ms. 为了提高灵敏度, 只能通过提高非相干累加次数来捕获弱信号[9], 即将相干积分结果进行平方处理后再累加, 从而获得信号增益. 其非相关累加值[10]可表示为式(8):(8)其中: 为M ms的数据信息与测距码的非相干捕获相关值. 可以看出导航电文数据位翻转对积分结果的影响被平方运算有效的降低了. 因此非相干积分可以进行积分时间超过1 ms的积分.非相干累加法消除了导航电文数据位翻转造成的影响, 同时平方运算消除了相位误差造成的副作用, 而前面提到的并行码相位搜索捕获算法通过傅里叶变换实现循环相关, 将相位域捕获过程并行化, 使得搜索量减少到了只需搜索不同的载波频率, 提高运算效率. 将非相干累加法与并行码相位搜索捕获算法相结合, 在大幅降低捕获时间的前提下, 实现了对弱信号的捕获. 其原理图如图3所示.图3 非相干累加捕获原理图通过图3可知, 非相干累加捕获的方法是将并行码相位搜索捕获算法每毫秒的捕获结果按照预先设定好的累加时间进行累加, 其累加原理如式(8)所示, 由于噪声累加的结果增大不如信号累加的结果增加的快, 使得经过一段时间累加后, 可找出明显的相关峰值.3 仿真验证在Matlab环境下对本文研究的信号捕获方案进行仿真验证. 利用卫星信号模拟器对北斗B1频点中频信号进行仿真, 仿真信号的中频频率为2.098MHz, 采样频率为8.8MHz, 仿真产生60s的数据中频信号, 信号中共调制了1号、2号、3号、4号、7号、8号、10号、12号和13号等9颗卫星信号. 信号中加入的是高斯白噪声,信噪比为-35dB. 利用生成的信号, 就可以进行捕获的仿真, 捕获程序流程图如图4所示.图4 CB1I码捕获程序流程图图5是用图1所示的CB1I码发生器产生的对应10号卫星的本地伪码, 其是由两个11级移位寄存器进行模2和生成的. 不同的卫星编号对应不同的抽头, 不同卫星对应的CB1I码则通过查表的方式就可以实现. 横坐标表示采样点数, 截取了2046个码片的前100位, 纵坐标表示CB1I码的相位幅度.图5 10号卫星本地伪码部分截图CB1I码具有良好的自相关和互相关特性, 如图6和图7所示. 除了延迟为零外, 几乎没有自相关性. 只有当本地伪码与接收到的信号的伪码序列能够对齐时才可得到最大相关值. 根据这一特性可轻易找出何时两个码是严格对齐的, 本文采用并行码相位搜索捕获也正是基于此特性. 横坐标表示码片数, 纵坐标分别表示自相关值和互相关值.图6 测距码的自相关性图7 测距码的互相关性当检测门限选用最大峰值与次大峰值的比值(大于2.5)时, 首先使用两段连续的单位数据段, 本文以1 ms数据位为单位数据段, 对其做同步相关运算即对这两段数据进行并行码相位搜索捕获, 在得到的两组相关结果中选择较大的相关峰值作为捕获判断依据进行弱信号捕获的验证结果如图8所示. 其次使用5 ms和10 ms数据进行非相干积分的弱信号捕获验证结果如图9和图10所示.图8 并行码相位搜索捕获算法捕获情况图9 进行5 ms非相干累加的捕获情况图10 进行10 ms非相干累加的捕获情况由图可以看出, 在信噪比为-35dB的情况下, 图8中仅使用并行码相位搜索捕获算法得到的最大峰值与次大峰值的比值并不是很大; 而在图9和图10中采用将并行码相位搜索捕获算法与非相干累加相结合的捕获算法, 在累加时间增大时, 该比值结果明显增加. 证明当进行非相干积分所用数据长度从1ms增加到10ms时, 信号中所有可见卫星的最大峰值与次大峰值的比值增加的都很明显, 能够实现低信噪比信号的捕获, 提高接收机的灵敏度. 当然, 也可以根据实际的需要选择合适的相干累加时间, 达到设计目的.接着再从单颗卫星角度进行研究, 以10号卫星为例, 即PRN=10, 分别进行3ms、6ms和10ms数据的相干累加, 其捕获结果如图11、图12和图13所示.图11 10号卫星进行3 ms非相干累加结果图12 10号卫星进行6 ms非相干累加结果图13 10号卫星进行10 ms非相干累加结果由图11、图12和图13可以看出, 随着捕获所用数据长度的增加, 即非相干累加数据长度增加, 噪声得到一定的抑制, 可见卫星正确相位所对应的归一化相关值也更加明显, 该部分也达到了有效地捕获弱信号的预期效果.4 结语本文研究了北斗软件接收机捕获算法, 分析了并行码相位搜索捕获算法并将其与非相干积分相结合, 并通过仿真数据对算法进行了验证. 可见非相干积分与并行码相位搜索捕获算法相结合不但捕获效率高, 而且较好地抑制了噪声信号, 有效地实现了弱信号的捕获. 对于软件接收机相关模块的研究具有一定的意义, 能够使用户在接收机算法处理和软件更新等方面具有很大的灵活性.参考文献1 何敏,葛榜军.北斗卫星导航系统及应用.卫星应用,2012, (5):19–23.2 中国卫星导航系统管理办公室.北斗导航系统发展报告.国际太空,2012,(4):6–11.3 Meng WX, Liu E, Han Sh. Resaerch and development on satellite positioning and navigation in China. IEICE Trans. Commun, 2012(E95-B): 3385–3392.4 杨东凯,张飞舟,张波译.软件定义的GPS和伽利略接收机.北京:国防工业出版社,2009.5 杨俊,武奇生.GPS基本原理及其Matlab仿真.西安:西安电子科技大学出版社,2006.6 王冰.GPS信号捕获算法的研究.电子科技,2014,27(8): 154–156.7 谢刚.GPS原理与接收机设计.北京:电子工业出版社,2009.8 黄隽祎,李荣冰,王翌等.北斗B1 QPSK调制信号的高灵敏度捕获算法.航空计算技术,2012,42(5):38–42.9 史向男,巴晓辉,陈杰.北斗MEO/IGSO卫星B1频点信号捕获方法研究.国外电子测量技术,2013,32(4):19–21.10 陈军,潘高峰,李飞,余金峰,黄静华译. GPS软件接收机基础(第2版).北京:电子工业出版社,2007.Acquisition Algorithm of BeiDou B1I SignalWANG Li-Li, YANG Yang(Faculty of Automation and Information Engineering, Xi′an University of Technology, Xi’an 710048, China)Abstract：BeiDou B1I signal acquisition is a hard core in a BeiDou receiver and is the two-dimension process of the search about the code delay and Doppler frequency. For acquisition, parallel search algorithm of code in frequency domain are usually adopted. For the acquisition of weak signal, a method combining non-correlation integration with parallel search algorithm of code in frequency domain was introduced. The test results show that the acquisition algorithm can effectively and quickly acquire the weak signal.Key words：BeiDou B1I signal; receiver; acquisition; weak signal; non-coherent integration① 收稿时间：2015-07-06;收到修改稿时间:2015-09-06CB1I码的码速率为2.046 Mcps, 码长为2046, 码宽为488.7 ns(1/2.046 MHz). CB1I码发生的结构如图1所示, 其是由两个线性序列G1和G2模2和产生均衡Gold码后截短1个码片后生成. G1和G2序列分别由两个11级的线性移位寄存器生成, 其生成多项式如式(2)、式(3)所示.G1序列初始相位为************;G2序列初始相位为************.通过对产生G2序列的移位寄存器不同抽头的模2和可以实现G2序列相位的不同偏移, 与G1序列模2和后可生成不同卫星的测距码. 而之所以用这种码传输信号, 就是因为其良好的自相关和互相关特性.由于CB1I码除了自身完全对齐的情况外, 其余情况几乎是不相关的, 这种特性使得很容易找出两个完全对齐的相同的CB1I码. 捕获过程正是利用其这一特点.2.1 CB1I码的捕获接收机的信号捕获过程一般通过对卫星信号的载波频率和码相位进行扫描式搜索来完成. 捕获的目的就是为了对输入信号和一个测距码序列做相关运算. 并行码相位搜索捕获算法实际上是利用傅里叶变换这种数字信号处理技术来替代数字相关器的相关运算, 而我们需要证明一下两者的等价性.两个长度同为N的有限长序列和的离散傅里叶变换和计算如式(4)、式(5)所示. 两个长度同为N的有限长序列和的循环互相关计算如式(6)所示.下面的分析中均省略了中的缩放因子1/N, 的N点离散傅里叶变换计算如式(7)所示.其中是的复共轭. 由式(7)可知, 两个序列与在时域内做相关运算, 相当于它们的离散傅里叶变换与在频域内做乘积运算. 于是倒过来, 乘积的离散傅里叶反变换正好是接收机需要进行检测的在各个码相位处的相关值. 一旦接收机通过傅里叶反变换计算得到相关值, 那么接下来的信号检测就同线性搜索捕获法一样, 即找出在所有搜索单元中自相关幅值的峰值, 并将该峰值与捕获门限值相比较. 若峰值超过捕获门限值, 则接收机捕获到了信号.如图2所示为并行码相位搜索捕获算法的原理图, 考虑到导航数据位存在跳变的可能, 用含导航数据位的数据进行相关运算所获得的相关峰值将会有较大衰减从而造成漏捕, 在算法实现过程中, 总是采用两段连续数据进行同步相关运算, 在得到的两组相关结果中选择最大功率能量相关峰值较大者(认为该段数据中不包含导航数据位跳变)的相关结果作为捕获判断依据[8].2.2基于非相干累加的CB1I码捕获采用1 ms时长的数据进行上述捕获的时候, 由于噪声的作用可能导致误捕, 当信号较弱时, 甚至会出现漏捕. 而且在北斗MEO/IGSO卫星B1频点信号中, 因为NH码调制的影响, 相干累加时间不能超过1 ms. 为了提高灵敏度, 只能通过提高非相干累加次数来捕获弱信号[9], 即将相干积分结果进行平方处理后再累加, 从而获得信号增益. 其非相关累加值[10]可表示为式(8):其中: 为M ms的数据信息与测距码的非相干捕获相关值. 可以看出导航电文数据位翻转对积分结果的影响被平方运算有效的降低了. 因此非相干积分可以进行积分时间超过1 ms的积分.非相干累加法消除了导航电文数据位翻转造成的影响, 同时平方运算消除了相位误差造成的副作用, 而前面提到的并行码相位搜索捕获算法通过傅里叶变换实现循环相关, 将相位域捕获过程并行化, 使得搜索量减少到了只需搜索不同的载波频率, 提高运算效率. 将非相干累加法与并行码相位搜索捕获算法相结合, 在大幅降低捕获时间的前提下, 实现了对弱信号的捕获. 其原理图如图3所示.通过图3可知, 非相干累加捕获的方法是将并行码相位搜索捕获算法每毫秒的捕获结果按照预先设定好的累加时间进行累加, 其累加原理如式(8)所示, 由于噪声累加的结果增大不如信号累加的结果增加的快, 使得经过一段时间累加后, 可找出明显的相关峰值.在Matlab环境下对本文研究的信号捕获方案进行仿真验证. 利用卫星信号模拟器对北斗B1频点中频信号进行仿真, 仿真信号的中频频率为2.098MHz, 采样频率为8.8MHz, 仿真产生60s的数据中频信号, 信号中共调制了1号、2号、3号、4号、7号、8号、10号、12号和13号等9颗卫星信号. 信号中加入的是高斯白噪声,信噪比为-35dB. 利用生成的信号, 就可以进行捕获的仿真, 捕获程序流程图如图4所示.图5是用图1所示的CB1I码发生器产生的对应10号卫星的本地伪码, 其是由两个11级移位寄存器进行模2和生成的. 不同的卫星编号对应不同的抽头, 不同卫星对应的CB1I码则通过查表的方式就可以实现. 横坐标表示采样点数, 截取了2046个码片的前100位, 纵坐标表示CB1I码的相位幅度.CB1I码具有良好的自相关和互相关特性, 如图6和图7所示. 除了延迟为零外, 几乎没有自相关性. 只有当本地伪码与接收到的信号的伪码序列能够对齐时才可得到最大相关值. 根据这一特性可轻易找出何时两个码是严格对齐的, 本文采用并行码相位搜索捕获也正是基于此特性. 横坐标表示码片数, 纵坐标分别表示自相关值和互相关值.当检测门限选用最大峰值与次大峰值的比值(大于2.5)时, 首先使用两段连续的单位数据段, 本文以1 ms数据位为单位数据段, 对其做同步相关运算即对这两段数据进行并行码相位搜索捕获, 在得到的两组相关结果中选择较大的相关峰值作为捕获判断依据进行弱信号捕获的验证结果如图8所示. 其次使用5 ms和10 ms数据进行非相干积分的弱信号捕获验证结果如图9和图10所示.由图可以看出, 在信噪比为-35dB的情况下, 图8中仅使用并行码相位搜索捕获算法得到的最大峰值与次大峰值的比值并不是很大; 而在图9和图10中采用将并行码相位搜索捕获算法与非相干累加相结合的捕获算法, 在累加时间增大时, 该比值结果明显增加. 证明当进行非相干积分所用数据长度从1ms增加到10ms时, 信号中所有可见卫星的最大峰值与次大峰值的比值增加的都很明显, 能够实现低信噪比信号的捕获, 提高接收机的灵敏度. 当然, 也可以根据实际的需要选择合适的相干累加时间, 达到设计目的.接着再从单颗卫星角度进行研究, 以10号卫星为例, 即PRN=10, 分别进行3ms、6ms和10ms数据的相干累加, 其捕获结果如图11、图12和图13所示.由图11、图12和图13可以看出, 随着捕获所用数据长度的增加, 即非相干累加数据长度增加, 噪声得到一定的抑制, 可见卫星正确相位所对应的归一化相关值也更加明显, 该部分也达到了有效地捕获弱信号的预期效果.本文研究了北斗软件接收机捕获算法, 分析了并行码相位搜索捕获算法并将其与非相干积分相结合, 并通过仿真数据对算法进行了验证. 可见非相干积分与并行码相位搜索捕获算法相结合不但捕获效率高, 而且较好地抑制了噪声信号, 有效地实现了弱信号的捕获. 对于软件接收机相关模块的研究具有一定的意义, 能够使用户在接收机算法处理和软件更新等方面具有很大的灵活性.1 何敏,葛榜军.北斗卫星导航系统及应用.卫星应用,2012, (5):19–23.2 中国卫星导航系统管理办公室.北斗导航系统发展报告.国际太空,2012,(4):6–11.3 Meng WX, Liu E, Han Sh. Resaerch and development on satellite positioning and navigation in China. IEICE Trans. Commun, 2012(E95-B): 3385–3392.4 杨东凯,张飞舟,张波译.软件定义的GPS和伽利略接收机.北京:国防工业出版社,2009.5 杨俊,武奇生.GPS基本原理及其Matlab仿真.西安:西安电子科技大学出版社,2006.6 王冰.GPS信号捕获算法的研究.电子科技,2014,27(8): 154–156.7 谢刚.GPS原理与接收机设计.北京:电子工业出版社,2009.8 黄隽祎,李荣冰,王翌等.北斗B1 QPSK调制信号的高灵敏度捕获算法.航空计算技术,2012,42(5):38–42.9 史向男,巴晓辉,陈杰.北斗MEO/IGSO卫星B1频点信号捕获方法研究.国外电子测量技术,2013,32(4):19–21.10 陈军,潘高峰,李飞,余金峰,黄静华译. GPS软件接收机基础(第2版).北京:电子工业出版社,2007.。
适用于北斗GNSS-R接收机的反射信号捕获算法
C om puter Technology and Its Applications适用于北斗GNSS-R接收机的反射信号捕获算法！杨锐黄海生李鑫曹新亮&(1.西安邮电大学电子工程学院，陕西西安710121;2.延安大学物理学与电子信息学院，陕西延安716000)摘要：针对北斗反射信号捕获难度大问题，提出一种适用于北斗'N S S-R接收机中反射信号的捕获算法。
该算法利用直射信号中的导航数据剥离掉反射信号中的导航数据，并通过周期累加运算和L L T相关，改进了传统的反射信号捕获算法。
算法可以降低长时间相干积分的运算量，提高算法捕获速率。
对新算法进行了M A T L A B仿真，并与 传统的捕获算法（相干非相干算法、差分相干算法）做了比较，仿真结果表明，该算法在捕获性能上明显优于传统的相干非相干与差分相干捕获算法。
关键词：反射信号；导航数据&相干积分&L L T&积分增益中图分类号：T N961 文献标识码：A D0I ：10.16157/j.issn.0258-7998.174212中文引用格式！杨锐，黄海生，李鑫，等.适用于北斗G1S S-R接收机的反射信号捕获算法[J].电子技术应用，201+，44 (8) :118-121，125.英文弓I用格式：Yang R u i，Huang Haisheng，Li X i n，et al.A reflected signal acquisition algorithm for Beidou G N S S-R receiver[J]. Application of Electronic Technique，2018，44(8) ：118-121，125.A reflected signal acquisition algorithm for Beidou GNSS-R receiverYang R u i1，Huang Haisheng1，Li X in1，Cao Xinliang2(1.School of Electronic Engineering，X i'an University of Posts and Telecommunications，X i!an 710121，China;2.School of Physics and Electronic Information，Y a n'an University，Y a n!an 716000，China)Abstract ：Aiming at the difficulty of Beidou reflected signal acquisition,this paper presents a capture algorithm for the reflected signal in the Beidou G N S S- R receiver.The algorithm uses the navigation data in the direct signal to peel off the navigation data in the reflected signal,and improves the traditional reflection signal acquisition algorithm through the cyclic accumulation operation and the F F T correlation.The algorithm can greatly reduce the computational complexity and shorten the capture time of long time integral of the reflected signal.In this paper,the M A T L A B simulation of the new algorithm i s carried out,and compared with the traditional coherent-uncoupling algorithm and the difference coherence algorithm.The simulation results show that the algorithm in this paper i s superior to the traditional coherent noncoherent and differential coherent acquisition algorithm in capturing performance. Key words ：reflected signals;navigation data;coherent noncoherent;F F T;integral gain〇引言全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite S y s t e m，G N S S)不仅可以为用户提供导航定位信息、授时等功能，其反射信号也可以被接收与处理。
卫星导航接收机基带信号处理技术研究
卫星导航接收机基带信号处理技术研究随着卫星导航系统的广泛应用，卫星导航接收机的基带信号处理技术也日益受到研究者们的关注。
基带信号处理是卫星导航接收机中的重要环节，涉及到信号的解调、导航定位算法以及信号质量检测等关键技术。
本文将对卫星导航接收机基带信号处理技术进行深入研究。
首先，基带信号处理技术中的信号解调是一个关键环节。
通过解调，可以将接收到的载波信号转化为基带信号，并提取出导航数据和导航电文。
常见的解调技术包括频率解调、相位解调和码元解调等。
频率解调可以通过提取载波频率来实现，相位解调则是根据载波相位变化来进行解调，而码元解调则是将数字信号还原为原始码元序列。
这些解调技术可以提高信号的灵敏度和抗干扰能力，从而提高导航定位的精度和稳定性。
其次，基带信号处理技术在导航定位算法中也发挥着重要的作用。
导航定位算法是卫星导航接收机中的核心算法，用于计算接收机的位置、速度和时间等信息。
常见的导航定位算法包括最小二乘法、卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波等。
这些算法可以通过对接收到的卫星信号进行解算，得到接收机的位置和速度等参数。
基带信号处理技术中的导航定位算法不仅可以提高定位精度，还可以提高接收机的动态性能和鲁棒性。
最后，基带信号处理技术还包括信号质量检测技术。
信号质量检测是对接收到的卫星信号进行评估和判别，以确定信号的可用性和可靠性。
常见的信号质量检测指标包括信噪比、多普勒频率和时延等。
通过对信号质量的检测，可以及时发现信号的异常情况，并采取相应的措施进行处理，以提高接收机的工作效率和可靠性。
综上所述，卫星导航接收机基带信号处理技术是卫星导航系统中的关键技术之一。
通过对基带信号的解调、导航定位算法和信号质量检测等环节的研究，可以提高卫星导航接收机的性能和可靠性，进一步推动卫星导航技术的发展和应用。
未来，基带信号处理技术还可以与其他相关领域的技术相结合，实现更多的应用和创新。
全球导航卫星系统中的信号捕获与跟踪技术研究
全球导航卫星系统中的信号捕获与跟踪技术研究全球导航卫星系统（GNSS）是一种基于卫星的定位和导航系统，可以提供全球性的定位、导航和时间同步服务。
全球最主要的GNSS系统包括美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯系统（GLONASS）、欧洲的伽利略系统（Galileo）以及中国的北斗导航系统（BeiDou）。
这些系统的核心技术是信号捕获与跟踪技术，它们确保接收设备能够有效捕获和跟踪卫星发射的信号，从而实现定位和导航功能。
信号捕获是指在卫星信号到达接收设备之前，通过接收天线将信号采集到接收机中。
GNSS卫星发射的信号是微弱的，同时还存在多路传播等环境干扰因素，因此信号捕获技术需要具备高灵敏度和抗干扰的能力。
常用的信号捕获技术有频率捕获和码捕获。
频率捕获通过多个频率，找到卫星信号的频率，并将接收设备的本地振荡器频率锁定到卫星信号的频率上。
这种方法在频率稳定性要求高的情况下非常有效，但需要较长时间来完整的频率范围。
码捕获是通过卫星信号的码片序列，找到与之匹配的码片序列，并确定在码片序列中的位置。
这种方法速度相对较快，但对接收设备的频率稳定性和初值的要求相对较高。
信号捕获之后，接收设备需要进行信号跟踪，以保持对卫星信号的稳定跟踪，实现定位和导航功能。
信号跟踪的关键是解调卫星信号，并提取出导航信息，如伪距和航空数据。
信号跟踪技术中常用的方法是延迟锁定环（DLL）和相位跟踪环（PLL）。
DLL用于解调伪距信息，它通过比较接收到的卫星信号与自身产生的码片序列的差异，并不断调整对码片序列的延迟，从而实现伪距测量。
PLL用于解调航空数据信息，它通过比较接收到的卫星信号与自身产生的航空数据序列的相位差异，并不断调整对相位的锁定，从而实现航空数据解调。
除了常规的信号捕获与跟踪技术，还有一些改进和创新的研究方向。
例如，自适应波束形成技术可以通过调整接收天线的辐射模式来提高信号捕获和跟踪的性能；盲解调技术可以在没有先验信息的情况下对卫星信号进行解调，从而简化信号捕获和跟踪过程；多普勒补偿技术可以有效抑制多普勒频移带来的性能降低；最优滤波技术可以通过优化滤波器参数来提高信号跟踪的性能。
基于卫星导航接收机基带信号处理技术研究
类似 ，在对卷积定 理进 行应用的过程中，频域 相乘对应时域卷积 ，因此在对积分进行计算 的 过程 中，首先应 当对 ＤＦＴ变换在 Ｓ。（ｔ）、Ｓ。（ｔ）
要 在对卫星帧数据进行接收 以后才能够确定 。 在 实际应用过程 中，ＧＬｏＮＡＳＳ系统仍 然存在 一 定 的缺 陷，如 较差 的卫 星覆 盖能 力等 ，在 二十四小时中，能够产 生较大变化的可见星数 量 ，具有 效统计 显示，该系统运行过程中 ，最 多一天中能够对九颗卫星进行捕获 ，而最少 只 能够对一颗卫星进行捕获，严重者甚至无法对 一 颗 卫星进 行捕 获。
对其进 行接 收，ｉｌｌｇ对卫星 导航信 号进 行跟踪， 可 以在 Ｍａｔｌａｂ仿真的基础上得 以体现 。
国 科 技 研 究 的 进 步 起 到 促 进 作 用 。
信 号传输 的时间 ｔ可 以被测 量，卫星导航 的具
ＦＦＴ算法在循环相关算法 中的应用 ，能够
体 实现 需要应用 光速 ｃ来乘 以ｔ。卫星导航 实 际运行 过程 总，测量出来 的用户位置通 常以三 维 的形 式表 现，通常情况 下，对其进 行表示的 过程 中需要利用 （ｘｕ，ｙｕ，ｚｕ），在对 一维和 二维位置进 行确定过程中应用 的方式 ，对三 维 方式 同样适用 。
例如 ，针对 ～号 卫星 在 ＧＰＳ中 的体 现 ，如 果
１卫星 导航基本原理
领域的投入 。在卫星导航系统 当中，基带信 号 对其数据跳变 以及 载波多普勒产生的影响进行
处理处于其 中间环节位置 ，能够对卫星 导进行 确定 的过 程 忽略 ，那么将噪 声在伪 码中进行输入 ，则可 以 能起到决定作用 ，在这种情况 下，本文从接 收
北斗卫星信号快速捕获方法研究本科毕业论文
北斗卫星信号快速捕获方法研究本科毕业论文毕业设计（论文）设计(论文)题目：北斗卫星信号快速捕获方法研究毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
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卫星导航系统中的捕获算法研究
卫星导航系统中的捕获算法研究第一章绪论卫星导航系统提供了全球定位、导航和时间信息，在民用和军事领域都有广泛应用。
它有多个设备组成，其中接收机是起到接收卫星信号并计算出位置的功能。
在接收卫星信号过程中，信号往往会受到影响，如信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）低，或者信号的相位信息被干扰等，这使得接收机很难解调和信号。
因此，如何快速去提取合格的卫星信号及计算出其位置是卫星导航系统的一个热点问题，而捕获算法就是解决这个问题的重点研究内容。
第二章定位与定位误差2.1 定位原理卫星导航系统的定位原理是根据测距，通过计算接收机与卫星之间信号传播时的时间延迟和信号在空气传输时的速度差，可以得到接收机与卫星的距离。
将接收机与至少四颗卫星的距离关系、卫星位置、时间等数据带入计算公式，就能推算出接收机的位置。
通常采用的是三维坐标系，其精度在5-15米。
2.2 定位误差定位误差是指在测量中由于多种因素导致的距离计算误差，主要包括以下因素：1）卫星位置误差和误差传递；2）大气传输误差；3）接收器时钟误差；4）接收机质量和性能差异等。
第三章卫星信号捕获问题3.1 捕获算法基本思路捕获算法是确定何时捕获卫星信号的一项算法工作，这是定位的第一步。
其基本思路是：提取出接收到的GPS信号中的本地码信号和载波信号，然后确定每个信号周期的相位和码相位，最后计算出接收器与卫星之间的距离。
3.2 捕获算法类型(I) 稍纵即逝捕获（Acquisition）稍纵即逝捕获是指在很短的时间内据观测到的信号参数，如电频、码量等进行搜索并捕获，以达到确定卫星编号、位置及其周期信息的目的。
这类算法的优点是简单高效，在单颗卫星捕获时有效，但多颗卫星存在干扰时效率会降低。
(II) 破译算法（Correlation）破译算法是指采用精度高的自相关累加算法，从信号的码间期和带过来的相位等信息中破解出信号并捕获。
这类算法的优点是能够识别干扰和多径等非完美信号，但是计算速度较慢，需要更高的计算复杂度和时间。
research on signal acquisition of bds receiver
research on signal acquisition of bdsreceiver近年来，随着北斗卫星系统的不断完善，越来越多的人开始关注北斗接收机信号采集的技术研究。
在这样的研究过程中，我们需要了解并掌握信号采集的原理和方法，以便更好地理解和应用。
一、北斗接收机信号采集基本原理在北斗接收机信号采集的过程中，我们最常用的方法是通过天线将北斗卫星发射的信号接收到接收机中，然后将信号进行初步处理后进行采样和数字化转换，最终得到数字信号。
北斗卫星信号是无线电波信号，信号由高于100MHz的射频（RF）信号开始，通过放大器和滤波器后进入IQ混频器，经过IQ混频器进行复杂运算后，得到与原信号带宽相同的I/Q基带信号。
采集到I/Q基带信号后即可进行后续处理，可以使得我们获得更高的精度和更好的信号质量。
二、北斗接收机信号采集的方法1. 直接数字化方法直接数字化方法需要将信号通过RF接收后直接进行AD数字化。
这种方法的优点是采集的数据准确性高，但是需要使用高功率功放，且具有较高的噪声和复杂度。
2. 低中频数字化方法这种方法需要通过IQ混频器进行初步处理，并将处理后的I/Q信号进行低中频数字化，并进行数字治理。
这种方法可以减小硬件成本和复杂度，提高系统可靠性，但输出信号存在量化误差。
3. 时域采样方法时域采样方法则是对信号进行时域采样，并对采样到的波形进行数字信号处理，以获取信号信息。
这种方法需要使用复杂的算法和硬件架构，对系统的实时性和延迟性要求高。
三、北斗接收机信号采集的应用北斗接收机信号采集技术在导航、通信和精密农业等多个领域具有重要的应用价值。
通过采集和处理北斗的信号，我们可以获得更精确和更可靠的位置信息、天气信息和环境参数等。
总结起来，北斗接收机信号采集技术的研究具有非常重要的意义，通过对信号采集的基本原理和方法的了解，我们将更好地理解北斗接收机的工作原理，并为应用提供更好的技术支持。
北斗并行频率捕获算法研究与分析
北斗并行频率捕获算法研究与分析作者：陈伟强苏凯雄来源：《现代电子技术》2014年第19期摘要：采用FFT并行频率搜索的北斗二代卫星信号捕获算法，分析了并行频率捕获原理，利用Matlab对设计的捕获模型进行仿真，通过对比分析得到不同的FFT点数、子相关器个数及抽头设置等参数设置对捕获速度、频率搜索范围及灵敏度等性能的影响。
在实际设计中考虑到资源消耗和性能的平衡，给出改进后的捕获系统的FPGA实现方案。
改进传统的相关器结构，采用同一相关器分段积分方式模拟多个子相关器，减少硬件资源开销，提高了相关器使用效率。
关键词：北斗；捕获系统； FFT；并行频率搜索中图分类号： TN967⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）19⁃0075⁃04 Study and analysis on parallel frequency acquisition algorithm of CompassCHEN Wei⁃qiang， SU Kai⁃xiong（Institute of Physics and Information Engineering， Fuzhou University， Fuzhou 350002，China）Abstract： The principle of parallel frequency acquisition is analyzed with Compass⁃2 satellite signal acquisition algorithm of FFT parallel frequency search. The designed acquisition model was simulated with Matlab. The influence of the different parameter settings of FFT spot number，sub⁃correlator number and tapping winning on acquisition speed， frequency search range and sensitivity performance were obtained by comparison and analysis. The balance of resource consumption and performance were considered in the actual design. The FPGA implementation scheme of the improved acquire system is given in this paper. Structure of the traditional correlator was improved， in which the multiple sub⁃correlators are simulated with the subsection integral mode of a same correlator to reduce the spending of hardware resource and improve the efficiency of the correlator.Keywords： Compass； acquisition system； FFT； parallel frequency searching0 引言由于卫星和接收机存在相对运动，接收机收到的卫星信号中会有一个多普勒频率偏移量。
BDS软件接收机捕获跟踪算法研究与软件实现的开题报告
BDS软件接收机捕获跟踪算法研究与软件实现的开题报告一、选题背景和研究意义随着全球卫星导航系统的不断发展和完善，BDS（北斗卫星导航系统）已经成为我国完全自主可控的卫星导航系统，广泛应用于各个领域。
在BDS应用领域中，BDS软件接收机成为了一种重要的接收方式，因其具有成本低、易于实现、灵活性高等优点而被广泛应用于BDS信号处理领域。
BDS软件接收机的核心是信号捕获跟踪算法，其准确度和速度对接收机性能和工作效率有极大影响。
因此，对BDS软件接收机信号捕获跟踪算法进行研究和优化，不仅能够提高BDS信号的捕获率和跟踪性能，而且能够提高BDS软件接收机的性能和工作效率，具有重要的研究意义和实际应用价值。
二、研究内容和技术路线本课题旨在研究BDS软件接收机信号捕获跟踪算法，并实现相应的软件系统。
具体研究内容包括：1. 综述BDS软件接收机的发展现状和应用领域，分析BDS信号的特点和信号处理流程。
2. 研究BDS信号的捕获跟踪算法，选择适合BDS软件接收机的算法模型，包括前端信号处理、中频处理、多路搜索等。
3. 针对BDS软件接收机的性能要求，优化算法参数，提高算法的准确性、稳定性和鲁棒性。
4. 实现BDS软件接收机信号捕获跟踪软件系统，并进行验证和测试。
5. 讨论算法的优化和改进方向，对其进行进一步的研究和展望。
技术路线：1. 收集相关文献资料，开展调研和分析，明确研究目标和内容；2. 计算机模拟BDS卫星信号的传播与接收过程，获取接收机输入信号；3. 设计信号捕获跟踪算法模型，根据接收信号的特点和要求进行优化；4. 基于MATLAB或C++等编程语言，实现信号捕获跟踪算法，并进行测试和验证；5. 建立BDS软件接收机信号捕获跟踪软件系统，集成优化后的算法模型；6. 对软件系统进行测试和性能评估，分析测试结果并进行讨论；7. 提出改进和优化方案，并展望算法的未来发展方向。
三、预期研究成果和意义通过本课题的研究和实验，预期能够获得以下研究成果：1. 对BDS软件接收机信号捕获跟踪算法进行系统的研究和分析。
北斗失锁重捕时间算法
北斗失锁重捕时间算法随着北斗导航系统的广泛应用，用户对其定位精度的要求也越来越高。
然而，由于各种因素的干扰，北斗接收机在使用过程中可能会发生失锁的情况，导致无法正常定位。
为了解决这个问题，工程师们提出了北斗失锁重捕时间算法，通过优化算法来减少失锁时间，提高定位的连续性和稳定性。
北斗失锁重捕时间算法的核心思想是通过改进接收机的搜索策略和参数设置，减少失锁后重新捕获信号所需的时间。
具体来说，该算法主要包括以下几个步骤：1. 失锁检测：接收机会定时监测信号的质量，当信号质量低于一定阈值时，判定为失锁状态。
失锁检测的阈值设置需要根据具体应用场景进行调整，以保证检测的准确性和实时性。
2. 搜索策略优化：接收机在失锁后需要重新搜索卫星信号。
传统的搜索策略是按照固定的顺序逐个搜索，这种方法效率较低。
而失锁重捕时间算法采用了改进的搜索策略，比如采用预测模型来估计卫星的位置和信号强度，然后有针对性地搜索可能的卫星信号，从而加快搜索速度。
3. 参数设置优化：接收机的参数设置对于失锁重捕时间有重要影响。
通过对接收机的参数进行优化调整，可以提高接收机对信号的检测和捕获能力，减少失锁重捕的时间。
参数设置的优化需要根据具体的硬件设备和应用场景进行调整，以获得最佳的性能。
4. 辅助信息利用：失锁重捕时间算法还可以利用相关的辅助信息来提高定位的速度和精度。
比如可以利用历史数据和预测模型来估计卫星信号的位置和强度，从而缩小搜索范围，减少失锁重捕的时间。
通过以上优化措施，北斗失锁重捕时间算法可以显著提高接收机的失锁重捕速度。
实际应用中，该算法已经取得了较好的效果。
在一些关键领域，如车载导航、航空航天等，失锁重捕时间的减少可以大大提高系统的鲁棒性和可靠性，保障了用户的定位需求。
需要注意的是，北斗失锁重捕时间算法的优化是一个复杂的工程问题，需要综合考虑硬件设备、软件算法和应用场景等多个因素。
不同的应用场景可能需要针对性地进行算法改进和参数调整，以适应不同的实际需求。
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1.李飞北斗接收机设计及定位算法的研究[学位论文]2010
2.葛飞“北斗”导航接收机基带处理系统的研究[学位论文]2008
3.陈友坚BD/GLONASS卫星接收机基带处理研究[学位论文]2008
4.祖秉法“北斗二号”民用软件接收机关键技术研究[学位论文]2010
5.彭丛林北斗导航系统定位算法仿真研究[学位论文]2009
合肥工业大学
硕士学位论文
北斗接收机基带信号的捕获算法研究
姓名:任江涛
申请学位级别:硕士
专业:信号与信息处理
指导教师:夏传浩
20100401
北斗接收机基带信号的捕获算法研究
作者:任江涛
6.杨文文伪卫星技术在北斗系统中的应用研究[学位论文]2009
7.郑伟平北斗接收机的部分算法与定位误差研究[学位论文]2006
8.赖礼楚北斗无源定位技术研究[学位论文]2009
9.王泉北斗卫星通信授时系统设计及应用[学位论文]2Y1700248.aspx