新的微弱GPS信号快速捕获算法

5 性能仿真与实测结果

在Matlab环境下进行仿真分析，可以准确地控制仿真数据的信噪比，从而准确地评估算法的性能。GPS数字中频的产生，噪声带宽Bn按C／A码信号频谱主峰带宽2．046 MHz选取，从而在信号中加入功率为-140 dBW的高斯白噪声，通过控制信号幅值产生任意信噪比的仿真信号。仿真信号的中频频率为1．25 MHz，采样频率为5MHz，捕获程序从仿真数据任意位置开始读取数据。当信噪比SNR=-42dB时，本方案对6s的仿真数据进行捕获。可看出，当捕获运算中没有进行数据分析和结果处理时，无法找到明显的峰值，如图6所示；通过数据比特翻转位置估计和数据分析，捕获结果可以获得明显的相关峰值，如图7所示。

信噪比为-43 dB时，当仿真中正确估计了数据比特翻转和帧同步信息位置时，捕获峰值达到设定的捕获门限，结果如图8所示。

采用NewStar210 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，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9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10所示，而采用本文捕获方案的捕获结果如图11所示。

通过对比可以看出，在信号中加了仿真噪声后，在信噪比很低的情况下，使用普通捕获算法的接收机无法正常工作。而本文提出的弱信号捕获算法，可以稳定地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卫星信号，可显著提高GPS接收机灵敏度，同时也可有效提高定位精度。

6 结语

通过理论分析、仿真验证和实际测试，证明本捕获方案优于同类方法，具有速度快和灵敏度高的特点，可稳定地捕获信噪比为-43 dB的微弱GPS信号。在低信噪比下，方案中的数据分析方法可估计出数据比特翻转和帧同步信息出现的位置，从而通过对数据读取位置的调整来提高信号处理增益。仿真结果显示，该捕获方案的捕获灵敏度在经数据分析和读取控制处理后，比未进行这些处理时提高2～3dB。