開(kāi)題報(bào)告-基于pmf-fft快速捕獲算法的研究與實(shí)現(xiàn)-文庫(kù)吧
2025-01-03 23:33 本頁(yè)面
【正文】 tix 系列高端 FPGA 具有許多系統(tǒng)級(jí)的功能模塊：用于時(shí)鐘產(chǎn)生和管理的鎖相環(huán)(PLL: PhaseLocked Loop)、用于片內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的 RAM 模塊、用于數(shù)字信號(hào)處理的DSP模塊。因而，高速的可編程的 FPGA 和 DSP 技術(shù)，以及軟件無(wú)線電的思想為實(shí)現(xiàn)快速捕獲注入了新的設(shè)計(jì)思路。本課題不僅僅局限于理論上對(duì)捕獲算法的研究，而且更為注重于算法的 FPGA的具體實(shí)現(xiàn)。用實(shí)踐的方法檢驗(yàn)算法理論的可行性，更具有意義。 本課題將對(duì)一種時(shí)頻二維同時(shí)搜索的方法進(jìn)行重點(diǎn)研究討論，并在 FPGA 仿真平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)該算法。 擴(kuò)頻技術(shù)具有抗干擾、抗多徑、保密性好、可實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)測(cè)距及碼分多址等優(yōu)點(diǎn)[4]，在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。擴(kuò)頻技術(shù)的優(yōu)越性是以精確同步為前提的，因此，擴(kuò)頻通信技術(shù)中的首要問(wèn)題是保證擴(kuò)頻信號(hào)的同步。擴(kuò)頻信號(hào)同步包括捕獲粗同步和跟蹤精同步，擴(kuò)頻信號(hào)在捕獲階段完成粗同步后緊接著進(jìn)入跟蹤環(huán)路，實(shí)現(xiàn)最終的精同步[5]。捕獲過(guò)程是偽碼相位和載波頻率的二維捕獲過(guò)程，捕獲過(guò)程得到的頻率精度直接關(guān)系著后續(xù)跟蹤環(huán)的跟蹤速度，甚至是能否成功跟蹤到信號(hào)。高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)載體運(yùn)動(dòng)速度較快，使擴(kuò)頻信號(hào)存在著較大的多普勒頻偏，這會(huì)使本地偽碼與接收偽碼同步時(shí)的輸出增益大幅衰減，從而加大 GNSS 接收機(jī)的捕獲難度，增大系統(tǒng)捕獲時(shí)間。因此，在多普勒頻偏較大的情況下，實(shí)現(xiàn)偽碼的快速捕獲，并得到較高的頻率分辨率，具有重要研究意義。：從 20 世紀(jì) 50 年代開(kāi)始至今，擴(kuò)頻技術(shù)不斷蓬勃發(fā)展，擴(kuò)頻信號(hào)的快速捕獲一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，目前較為成熟的捕獲算法主要有：滑動(dòng)相關(guān)器、匹配濾波器、數(shù)字差動(dòng)捕獲算法以及基于 FFT 的捕獲算法[810]。20 世紀(jì) 80 年代，匹配濾波器的理論研究與工程實(shí)現(xiàn)都有了一定的發(fā)展[7]。文獻(xiàn)[25]將其引入到偽碼捕獲中，并做了相關(guān)討論。20 世紀(jì) 90 年代開(kāi)始，基于 FFT 的捕獲算法成為研究熱點(diǎn)[7]?；?FFT 的捕獲算法主要有兩種，一種是利用 FFT 將時(shí)域內(nèi)的相關(guān)運(yùn)算轉(zhuǎn)換成頻域內(nèi)的相乘；另一種是在接收數(shù)據(jù)與本地偽碼相關(guān)運(yùn)算后進(jìn)行 FFT 運(yùn)算，確定載波多普勒頻率，從而使碼相位與載波多普勒的二維搜索轉(zhuǎn)變?yōu)榇a相位的一維搜索。 等人首先提出了匹配濾波器（MF：Matche Fileter）結(jié)合 FFT 的捕獲算法，為后來(lái)該算法的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)。文獻(xiàn)[7]描述了較大的多普勒頻偏下的一種非相干檢測(cè)的快速捕獲系統(tǒng)，首次給出了基于PMFFFT 結(jié)構(gòu)的捕獲算法[6,7]。該算法通過(guò) PMF（部分匹配濾波器）將接收信號(hào)與本地產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼進(jìn)行部分相關(guān)運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果送入 FFT 模塊進(jìn)行運(yùn)算，兩點(diǎn) FFT 間距代表的頻差值的一半就是頻率分辨率，此種算法在實(shí)現(xiàn)信號(hào)快速捕獲的同時(shí)，也擴(kuò)大了頻偏的搜索范圍[7]。 隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)以及FPGA、DSP等大規(guī)模集成器件的快速發(fā)展，基于FFT（Fast Fourier Transform）算法的偽碼捕獲技術(shù)得到廣泛的研究，為快速偽碼捕獲技術(shù)開(kāi)辟了新的道路。，其基本思想是在時(shí)域偽碼與接收信號(hào)的循環(huán)卷積可以表示為頻域的共軛相乘，這樣接收信號(hào)與本地偽碼分別通過(guò)FFT變換共軛相乘后，再通過(guò)IFFT變換即可在一個(gè)碼片時(shí)間內(nèi)完成碼相位的捕獲[3]。這種技術(shù)大大節(jié)約了偽碼捕獲的時(shí)間，可以說(shuō)是革命性的進(jìn)展。由于FFT算法難以克服符號(hào)反轉(zhuǎn)，XFAST算法，對(duì)本地偽碼進(jìn)行N倍的折疊，其搜索范圍也
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