功能描述:
使用CA码和P码两种码来区分双频道中的两种不同的频道。但是P码周期非常长,美国军用P码周期是140多天,而简化后的民用版本也要7天多,我们无法在仿真或者实际测试的时候花那么多时间去验证P码的捕获,所以这里,我们将P码部分做了下简化,使用伪随机序列周期为2048bit,来代替P码部分。
一般情况下,导航电文的频率为50hz,CA码的频率为1M,P码的频率为10M。这里,为了测试的需要,我们需要降低频率来进行测试。
举个简单的例子,假设直接采用P码的频率10M,加上后面的中频调制,假设载波是8倍采样,那么最后的频率是80M,然后对应的电文为50hz,也就是一个电文,将对应1.6M个采样时钟周期,这在仿真过程中显然没法进行,所以,这里我们将几个频率指标稍微修改下,方便仿真的验证,这样改也不影响实际的测试。

通过捕获模块获得初始的频偏值,然后进行载波同步。与此同时,通过码同步,完成相位的捕获。最后进入跟踪阶段。
本地码生成器以C/A码标称频率(Hz)产生C/A码与接收到的采样信号相关累加,一个积分周期(通常1个码周期)后,相关峰与检测门限比较,如果相关峰大于门限,则认为捕获成功,得到对应的码相位估计;如果相关峰小于门限,码发生器自动将本地码码相位向前或向后跳动1/2或1/4个码片,然后继续相关累加检测,最多在 或 个伪码周期后找到与本地伪码同步的输入伪码的相位状态( 即为一个码周期内码片的数目),以实现伪码的捕获。下面对步进相关法进行简单介绍,其原理图见图1。


在GPS硬件接收机里,信号捕获电路以1ms为周期调整本地信号发生器的码相位值和多普勒频移估计值,使产生的信号对准某一搜索单元。当本地信号与输入的卫星信号对准在允许的范围内得到的结果超过检测阈值,则信号捕获成功,搜索停止并启动码跟踪环路,否则搜索单元调整频率和码相位的步进量重复上述过程,直到信号被捕获为止。
这里,我们设计了两个单通道的时域滑动相关捕获算法,来对双频下的GPS信号进行捕获。时域滑动相关捕获方法是最常容易,最常见的一种捕获方法,当前大部分GPS接收机都采用用这种方法实现C/A码的捕获。它经过一个伪码周期后可获得一次相关值,优点是硬件实现比较简单,但该捕获算法完成整个二维搜索所需要的时间是很长的,这么长的捕获时间在高动态环境下是不能接受的。
时域滑动相关捕获方法是在时间域内通过C/A码的滑动进行的信号的捕获过程。它主要通过不断的调整本地码的码相位和本地载波频率来实现信号的捕获。首先在一定范围内任意选定载波频率,同时在本地复现所捕获到的本地卫星的C/A码,然后移动本地复现C/A码的码相位,依次与输入卫星信号的C/A码相关,最后检测相关峰值并记录该峰值所对应的C/A码移动的码相位。根据C/A码的强自相关性,当接收机所复现的C/A码与输入的卫星C/A码的码相位在任何一边的偏移超过一个基码时,有最小的相关值,其间是线性的变化。这样通过检测相关峰值就得到了初始的码相位。如果在该选定的载波频率下没有检测到相关峰值,则说明用来剥离载波的本地载波不准确,将本地的载波频率以一定的步长增加和减少,重复上述过程,知道捕获到相关峰值,记录下当前本地载波的频率,这样通过反复修正得到的本地载波的频率与输入GPS信号中频的差值就是多普勒频移。

实际硬件测试如下:

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