利用差分累积的微弱GPS信号快速捕获算法

  　　当捕获程序对信号进行粗捕获，人为某一搜索单元可能存在卫星信号时，则使用tang搜索捕获算法，在同一搜索单元多次搜索对信号进行捕获判决。算初始时设定一初值K，对设定的一组数据进行多次捕获判决记录分析，当捕获幅值V超过捕获门限Vt时K值加1，否则K值减1，当K=A(A为一设定值)时，则人为该信号存在，并成功捕获；当K=0时，则人为该信号不存在，捕获失败。

　　3．3 差分码的快速构建

　　在使用差分相关算法进行捕获运算时，由于要构建新的差分码是捕获中新增的运算量，因而这里采用文献中的思想，基于块处理方法，利用常规数字匹配滤波器捕获结构进行新差分码的生成。在n和，n-1时刻CDMF输出表达式为：
   
    其中，xi为接收到的数字信号，ai为本地伪码序列。由于本算法采用的是GPS基带数据保持不动、本地伪码序列作循环移位结构，故式(5)应改写为
   
    由于C／A码的周期性可得a0=aN，两式相减，得到一个新序列为
   
    显而易见，差分码di的取值范围只有+2、-2和0 3种，当差分码为0时，是不需要乘法运算的。在这里将差分码di中非零各项的位置和数值分别用pj和ej表示，其中j=1～k，K为差分码di(i=1～N)中非零项的个数。由文献的推导，差分码中数值为0的个数为2r-1-1(r为PN码生成多项式的阶数)，所以本算法中所需乘法运算的次数K=2r-1，约为CDMF所需数量的1／2。特别是当每个码片采样为M点时，相乘累加运算量降低为常规方法的I／2M，大大降低了系统所需乘法器的数量。经过对GPS卫星32个C／A码序列的分别计算，K取值范围为480～544，与GPS中频信号采样频率和C／A码初始相位无关。

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　　4 算法性能验证

　　通过GPS中频信号采样器，将普通环境下接收到的GPS卫星信号进行中频采样后，对同一组数据分别用普通捕获算法和本算法进行捕获。采用普通捕获算法对采集到的GPS信号进行捕获的结果如图3所示。当在采集信号中加入22 dBW的高斯噪声后，普通捕获算法的捕获结果如图4所示，而采用本文捕获方案的捕获结果如图5所示。

　　通过上面的对比可以看出，在接收的采样信号中加了仿真噪声后，信噪比降低的情况下，使用普通捕获算法只能捕获到一颗较强的卫星信号。而本文提出的弱信号捕获算法，可以稳定的捕获到低信噪比下的卫星信号，使接收机在弱信号下的定位解算成为可能。采用本算法后多捕获到的较弱的卫星信号，可显着提高GPS接收机灵敏度的同时有效提高定位精度。

　　5 结束语

　　通过理论分析算法效果验证，证明本捕获方案具有速度快和灵敏度高的特点，可稳定的捕获信噪比为-42 dB的微弱GPS信号。在低信噪比下，方案中利用GPS数据中帧同步相关的已知信息，有效克服导航数据翻转对相关累积的影响，大大提高了信号处理增益。仿真结果显示，该捕获方案的捕获灵敏度在使用tang搜索捕获判决之后，更加准确的捕获信号。由于采用了快速累积及快速的差分码构建方法，是的本方案在同等条件下的捕获速度明显优于同类算法。

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