论文研究-基于ModelSim的接收机捕获算法仿真 .pdf

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基于ModelSim的接收机捕获算法仿真,刘宇隆,吴晓非,本文探讨了GPS捕获算法原理,并对其算法的FPGA设计基于ModelSim仿真器进行仿真。仿真时利用已搭建好的一套基于C语言的接收机系统仿真��
山国武花论文在丝 伪随机相位。 从载波方向搜索,首先需要产生本地载波,假设正确码相位已经找出,对载波频率不断 做调整,只有本地载波与输入信号的载波对齐,这样输入信弓与载波相乘后徹码相关才能产 生一个相关峰值,从而确定正确的载波频率 般来说,在没有特别说明的情况下,我们都只考虐码相位和载波频率的二维搜索。接 收到来自且星的载波叫接收载波,接收机产生的载波叫本地载波或者本振。为接收某一刂星 的导航数据,利用夲地载波与接收信号相乘解调,并搜索到相应卫星所产生的多普勒频移 这个过程叫载波捕获。 接收到的来自卩星的码叫做接收码,接收机本地码发生器所复现的码的叫本地码。 不同相位的本地码与接收码做相关运算,直到两者在一定范围内几乎同步,这个过程叫码相 位捕获。所以,信号的捕获实际上是载波多普勒捕获和码相位捕获的总和,只有在多普勒成 功捕获与码相位成功匹配,捕荻才算真正意义上的成功。 捕获整体流程 天线信号经过射频模块得到的中频信号,经变换之后,交给软件处理:先进 行下变频处理,变成基带信号,然后将基带信号通过一个低通滤波器,滤掉信号频谱外的噪 声后再做数据与码的降采样、匹配滤波、 非相关累加、峰值搜索、判决。最后根据最 大值对应的位置得到对应的码相位与载波频率,交给跟踪模块,完成捕获。原璵框图如下 A数据 下变频-降采样 Memory 滤波 求平方 Buffa 累加 输出频率和相位 跟踪模块 捕获成功 返留验证 MAX>限搜索最大值 门限=平均噪 声*门限系数 图1-2捕获的整体流程 算法的 仿真实现 仿真方法介绍 在 设计中软件仿真非常重要,其一可以加快设计,其二也可以及时地发现设计中 存在的问题。在将设计下载到器件之前,对设计做充分的仿真是必不可少的,随着 设计系统越来越复杂,充分的时序仿真将是一个系统良好运行的前提。常用的 设计仿真软件,无论是 公司的 软件,还是 公司的 软 件,都只能够用手工的波形输入方式,或用行为级的硬件描述语言 方式 进行仿真数据的输入,仿真结果也只能够以波形的方式输出,这对设计结果的验证是极其不 方便的。当需要仿貞带有噪声的输入信号时这往往是仿貞现实信号环境所必须的,甚至是 不可能的。针对上述 设计中遇到的问题,本文给出种利用 仿貞器和已搭 山国武花论文在丝 建好的基于语言的模拟接收机的仿真平台朕合仿貞的方法。 首先,在平台中产生仿真所需要的输入信号信号加噪声,以及木地码,薮据以 以十进制的形式存放在数据文件中,码以正负的形式存放在码数据文件中;其次,在 中用 编写仿真测试文件( ),用的 库中的 和 函数将上述仿真数据文件中的测试向量读人,在 中做时序仿真, 并调用 和 函数将仿真结果写入力外一个数据文件中;最后,将 中的仿真结果与平台中做出的结果相比较来验证设计的正确性。 仿真参数设置 我们以 频点为例,设置的逗留验证次数是次,非相关累加的次数为次,相 关积分时间为,频率多普勒为,码多普勒为个码片,在满足定信号信噪比的 情况下,采集数据,进行 仿真。如图所示,是仿真平台的参数设置。 Accquisition Parameter: erge_pts= 768, cnt_freq_bin=15 unGor pts= 3- ac thresh= 85.60E ::Sinulation is runnin please waiting 图2-1捕获的参数 仿真结果及对比 仿真结果 图所示,是接收机粗捕的结果,通过观寮我们可以发现,捕获结果的能量值峰值明 显,捕获到码相位是,多普勒频率是 ,找到的多普勒频率区间为,粗 捕结果与预先设置好的相位,多普勒一致。而图所示,是 仿真的结果,通过 观察仿真结果,我们可以观察到,仿真的参数设置与仿真平台一致:图中 为表示非相关累加次数为 为表示三次逗留验证。通过与仿真平台的 结果对比,我们可以得出 仿真的结果: 为 与平台的结果一致 SNR =-22 dB tellier 461.213,1114.51,3.77,2,1,25,1B93 9.3.5.2.245 high levEl =4161000000 15.gg thresh i8罗.g case1: -Frequency Error:-3.03704Hz high leve1=4.61e+园2 ≌ing1eacq_a11cnt= sing le_acg_suc_cnt=1 code_phase is: 336 coarse_freq_hin is 5H2 图2-2粗捕的结果 山国武花论文在丝 出pr3∈out 图2-3FPGA粗捕结果 通过观察图还可以看到捕获成功的标志 为高,这就意味着捕获成功, 接着将会把捕获到的参数传递给跟踪 逗留验证结果对比 satellitefype 3861729,14,27.1,1,6,114,2,52,,3 2.3.2.b.4.4-5.1113.3.74.276.159 high level=38.因四g noise is15.囡四 thresh is9.园g sel=--Fre quency Error: 1-206588H high level=3. 80000De+002 single_acg_all_cnt=2 ingle acg suc cnt=2 33 bin coarse freo1s:pHz。 图2-4第一次逗留 SNR =-22 dB 447176,442,8495,1,1,6,92,B,3 high level=447.000000 noisc is 15.000000 thresh is9.g园g case1:--Frequency Error:-7.2775H high level=4.470000e+002 sin1eac吖_a11cnt=3 code phase 33 parse freq_bin is: E coarse_feeg is OH 图2-5第二次逗留 SNR =-22 dB tellier 51129734151849415,32:1,1,2 1,6,211.8.",8.5,8.16,18.51.2.21B high level =511000000 no立seis15.gg回g thresh is?,哂B四E case1:--Frequency Error 629693H己 high level =5.11G00Ge +002 Sing 1 cnt=4 ing le_ar:吖snc:cnt=4 1 33E coarse freq bin is:g e可吾 verify o No.1: ac_result 1, freq_error- 0.B00, code_phase_error-0: 山国武花论文在丝 图2-6第二次逗留 图27HGA次逗留验证结果 由于检测概率和虚警概率会影响到捕获结果的正确性与可靠性,因此单次捕获验证成功 即粗捕成功还不算最终的捕获成功,还需要多次逗留验证才能做出判决。逗留检测对接收系 统的捕获可靠性具有很重要的意义。常用的返留验证策略包括唐检测器以及N种取M的检 测策略。本设计的逗留验证采用了类似于唐检测器的检测方案,在捕获中做了三次逗留,如 果每次逗留中的能量值都是通过了门限,则每次逗留都会有相位值和多普勒值,这样就会有 三个相位值,三个多普勒值。也就是说必须连续三次的能量验证正确,相位验证正确,频率 验证正确才能认为最终的捕获验证正确,捕获才能成功。 图2-4、2-5、2-6分别是C仿真平台三次逗留验证的结果,通过观察我们可以得出逗留 验证的正确性。图2-7是FPGA仿真的结果,图中信号 result en表示单次捕获完成,因此 我们可以判断三次逗留检测已完成,从逗留的结果可看观察到,三次逗留检测的相位都是 330,FFT频率区间是0,因此我们可以判断返留验证成功,捕获成功。 结论与总结 通过话言仿真平台与仿真对比,证实了我们的 设计语法和功能的正确 性,当然在仿真的过程当中,我们发现了一些 设计的不合理性,这其中包括语法的错 误性,功能的偏差性,通过 仿真,检测语法的正确与否,观寮吋序是否合理,及 时更止了我们的设计,从而得到正确的结果。这过程不但为我们通过软件生成文 件下载到 上进行板级调试奠定了基础,也为我们今后 的设计提供了一种更快 捷、实用、可靠的设计思路。 参考文献 胡振化 与设计北京:中国铁道出版社 谢钢原理与接收机设计北京:电子工业出版社, 高亮亮基于软件无线电的数字接收机的设计与实现《科技咨询导 报》 年第期 王诚,萍小刚等 设计工具 仗用详解北京:人民邮电出版社,

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