基于批处理的改进FFT微弱信号捕获算法及其实现研究

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1、基于批处理的改进FFT微弱信号捕获算法及其实现研究纪元法1，王靖1，孙希延1，施浒立2（1.桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林541004；2.中国科学院国家天文台，北京100012）摘要:为了解决GPS微弱信号的快速捕获问题，在基于FFT捕获方法的基础上，改进过去的相干积分或非相干积分，提出了一种新的改进微弱信号捕获算法，采用批处理方式提高捕获增益，并运用多普勒补偿，提高信号累加时间容限，进一步提高信号捕获灵敏度。大量仿真测试表明，该方法较传统的FFT算法，捕获概率大为提高，最后在FPGA上对该方案进行了具体实现。关键词

2、:FFT；GPS；SINC内插；捕获中图分类号：TN967.1文献标识码：A文章编号：StudyandimplementationofanimprovedFFTweaksignalacquisitionalgorithmbasedonbatchmethodJIYuanfa1,WangJing1,SunXiyan1,ShiHuli2（1.SchoolofInformationandCommunication,GuilinUniversityofElectronicTechnology,Guilin541004,China;2.Na

3、tionalAstronomicalObservatory,ChineseAcademyofSciences,Beijing100012,China）Abstract:InordertosolvetheproblemofrapidlyacquisitionforweaksignalintheGlobalPositionSystem(GPS),anewimprovedweaksignalacquisitionalgorithmisproposedwhichimprovesthepastcoherentandincoherentin

4、tegralgainbasedonFastFourierTransform(FFT).Theproposedmethodusesbatchmodetoimprovecapturegainadoptingdopplercompensationandimprovessignalaccumulatetimetolerance,andthemethodcanfurtherimprovethesignalcapturesensitivity.Comparingwithtraditionalalgorithmthecaptureprobab

5、ilityrisesgreatlyandithasbeenprovedfullybylotsofsimulationtests.FinallythemethodisimplementedonFPGA.Keywords:FFT;GPS;SINCinterpolation;signalacquisition.引言基金项目：国家自然科学基金（60802018，61062003，61162007）、广西高校优秀人才资助项目等资助课题。收稿日期：yyyy-mm-dd；修回日期：yyyy-mm-dd近来随着导航技术的广泛应用，用户对导航定位

6、的需求也越来越高，无论是户外开阔地带，还是在高楼林立的城市森林中，甚至在室内、隧道中，能够快速捕获微弱信号并定位的高灵敏度接收机有着广阔的市场应用前景。特别是在我国的北斗导航系统快速发展的今天，国内高灵敏度接收机还处于起步阶段的现实情况下，研制出高灵敏度接收机对我国卫星导航事业有着重要的现实意义[1,2]。基于FFT的捕获方法可以快速捕获GPS信号，成为一种经典GPS捕获算法[3]。在FFT算法基础上，对IFFT以后的相关结果进行相干或者非相干累加可以获得更高信号增益，能实现更微弱信号的捕获[4]，批处理方法，不是对相关结果进行

7、累加，而是对进来的信号以数据位为单位进行叠加，也可以获得较高信号增益[5,6]。但是这些方法都存在一个共同问题，即累加次数不能太长，因为要受限于GPS信号数据位的跳变，以及多普勒效应[7,8]。本文提出一种基于批处理的改进的FFT算法，能够快速的捕获到GPS微弱信号。在累加信号之前进行载波多普勒的辅助以及在后续环节进行码多普勒的辅助，这样能够提高GPS信号捕获概率，适用于微弱GPS信号的捕获。通过MATLAB对采集的GPS信号进行了捕获对比验证，最后在FPGA上进行了实时实现，验证了算法的正确性[9]。1.传统的FFT捕获方案接

8、收机数字信号处理部分接收的是经过射频模块下变频的中频数字信号，我们只关注载波L1上的C/A码信号，那么信号模型可以简化为：(1)式中为信号的幅度，为调制的信息码，为一定延时的C码，为数字中频，为载波多普勒频移，是均值为0，方差为的带限高斯白噪声。传统的捕获方法是