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基于循环谱的微弱GPS信号检测方法研究,马申杨,,为了提升GPS接收机在弱信号环境里的性能,本文首次提出了一种实用的基于循环谱的GPS信号捕获方法。该捕获方法利用了GPS信号在高阶循��
山国利技论文在线 http://www.paper.edu.cn 根据文献屮的定义,可以从接收信号和本地信号屮计算出循环平稳统计量R、(T) Ras (T)=(a(t)s"(t-r)emat) △t (t-)e7 s(t (x(-6o+2)+(+2)+4+2)c0(+3((c 丌a(t 其中,()△=△;△等于用于计算的数据的长度 因为在高阶的循环频率上,噪声与信号的循环统计量约等于0,Fs(σ)=0。同样地,干扰 与信号的循环统计量也约等于0,(T)=0。其中, P()=((+2-m(+(=2xm3)) (5) "E(7)=(5(t+n)e (L+) s(t 那么,Ps(T)可以写成如下的形式, (7)=(65(n-to+ 丌Q(t-t+) j7Q(t-2) 在检测GPS信号的阶段,可以先消除掉时延t造成的相位增加e-Jao。为此,将a(r)与 自己的共轭相乘,如下所示 R2xs(r)2=P(T)(R2,(7) e-m(-+32(8(t-)ea(=5 那么接下来可以通过对xs()2做能量检测,实现对微弱GPS信号的检测。下一节将给出 实现该检测方法的细节。 棖据前面的理论分析,基于循环统计量的GPS信号检测需要通过以卜儿个步骤实坝 第一步,将接收信号x(t)与相位移动因式c-at得到x2,x2(t)=x(t)e-iat;将接收信号s(t)与 相位移动因式eπo得到s2,S2(t)=s(t)emat。其中,a=1×1kI1z,而k是非零整数。 第二步,分别对x2和s2做傅里叶变换,分别得到X2和S2,X2=F{x2},S2=F{s2}。 第三步,将陘与S2的共轭相乘,得到循环统计量的谱Sα。然后计算Sα的逆傅里叶变换 得到R 第四步,将F与其共轭相乘得到检测统计量,|F2 第扛步,通过在不同τ点上计算Rs()2。然后进行峰值检测。峰值出现的位置对应的就 是GPS信号时延。 第六步,通过在本地产生一组多普勒频移均匀分开的信号,并且计算相应的Ra(T)2,并 选择所有结果的最大值。最大值所对应的信号的多普勒频移既是接收信号的多普勒频移估计 值 为了更为直观的说明基于循环统计特性的GPS信号检测方法,图1给出了算法结构框图 中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 共轭 IF 共牺}FT卜共 共郭 S2(t)』e IFFTF f,t0) 共轭 共轭 最大 S IFFT 总共}弋 FAI 共轭 图1基于循环统计量的微弱GPS信号检测框图 Fig 1 Block diagram of weak gPs detection scheme based on cyclostatistics 3仿真实验 为了验证本文所提岀方法的有效性,仿真并验证了基于循环统计量的微弱GPS信号捕获算 法。用于处理的信号长度是10毫秒。当只有高斯噪声的情况下,进行107次实验出现一次虚警 所对应的门限作为检测门限。仿真实验所使用的循环频率是2kHz,α=2kHz。第三号GPS卫 星的伪随机码作为检测的目标。相应地载噪比设置为28dBHz。第八号GPS卫星对应的伪随机码 作为对信号的干扰。信号与干扰的比值为20dBHz。 邮 图2GPS信号的循环谱(未平滑) Fig 2 Cyclic-spectrum of GPS signal before frequency smoothing 图2和图3分别给出了在频率平滑前后在循环频率α=2kHz处的循环谱。从图中可以看到, 国利技论文在线 http://www.paper.edu.cn 由信号产生的峰值能够明显的观察到。 图3GPS信号的循环谱(平滑) Fig 3 Cyclic-spectrum of GPS signal after frequency smoothin 日一循环谱相关G=s信号检测 卡一非相干累积G3s信号检测 载噪 图4基于循环平稳统计量的GPS信号检测概率曲线 Fig 4 GPS detection probability curves based on cyclostatistics 在仿真实验中,在不同的载噪比点上分别进行4000次实验。图4给出了GPS信号检测的检测 概率随载噪比变化的曲线。从图中可以看到,当30dBHz的时候,通过本文提出方法实现的检测 概率能够达到0.95。而传统方法要实现这一检测概率需要36dBHz的载噪比。这是因为循环平稳 统计量对噪声和干扰具有免疫力。 4总结 为了提升GrS接收机在弜信号环境里的性能,本文提岀了一种基于循环谱的GPS信号捕获 方法。该捕获方式是传统的基于相关运算的捕获方法的归一化形式。相对于传统方法而言,基 山国利技论文在线 http://www.paper.edu.cn 于循环谱的GrS信号捕获方法利用了噪声不循环平稳这一特性。因此,在髙阶循环谱上GPS信 号对噪声免疫。本文通过对棊于循环谱的信号检测方法的理论分析,提出了一种实用的检测结 构。为了说明所提岀该结构的有效性,本文进行了仿真,并且显示了基于循环谱的GPS信号检 测结构与传统结构的相比在性能上的优势。 参考文献( References) [1] G. 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