BIT bit düzeltmesine ve veri süperpozisyonuna * dayalı hızlı yakalama algoritması
Hu Hui 1, Lu Chun 1, Huang Xiamei 2
(1. Bilgi Mühendisliği Okulu, Doğu Çin Jiaotong Üniversitesi, Nanchang, Jiangxi 330013; 2. Fen Fakültesi, Hubei Teknoloji Üniversitesi, Wuhan, Hubei 434007)
: BIT bit düzeltme teknolojisi ve veri üst üste binme ön işleme teknolojisine dayalı olarak, yakalama hesaplamalarının miktarını azaltırken, uzun entegrasyon süresi koşulu altında gezinme verisi atlamalarının etkisini etkili bir şekilde bastırabilen bir algoritma önerilmiştir. Algoritmanın teorik analiz sonucu, -29 dB giriş sinyali-gürültü oranı koşulunda, ön kontrol entegrasyon süresi 20 ms ve yanlış alarm olasılığı Pfa = 0.001 seçildiğinde, algılama olasılığı Pd'nin 0.99'a ulaşabileceğini göstermektedir.Bu sırada algoritmanın hesaplama miktarı sırasıyla Gecikme çarpma algoritması, sinyal sıkıştırma algoritması, uyumlu olmayan edinme algoritması ve FFT paralel kod arama algoritmasının hesaplama miktarının% 26.1,% 21.4,% 10.5,% 8.07'dir, bu nedenle bu algoritmanın büyük avantajları vardır.
: BIT bit düzeltme; veri bindirme; hızlı yakalama algoritması
TP92 Belge Tanımlama Kodu: A Makale Numarası: 0258-7998 (2014) 04-0109-04
Son yıllarda, zayıf sinyal ortamlarında (şehirlerde veya binalarda) doğru konumlandırma talebi giderek arttı ve küresel uydu navigasyon sistemlerinin geliştirilmesi de giderek daha fazla ilgi gördü.Aynı zamanda, ABD Federal İletişim Komisyonu (FCC) tarafından önerilen E-911 Plana ve Avrupa E-112 acil durum çağrı konumlandırma gereksinimlerine göre, doğru konumlandırma teknolojisi kentsel kanyonlarda ve binalarda kullanılabilmelidir. Yüksek hassasiyetli alıcıların temel sorunu sinyal edinme aşamasında yatmaktadır, bu nedenle zayıf ortamlarda sinyalleri doğru bir şekilde alabilen algoritmaları incelemek, alıcı konumlandırmasını gerçekleştirmek için bir ön koşuldur. Sinyal edinim hassasiyetini iyileştirmek için, normal şartlar altında, işlem kazancını arttırmak için ön kontrol entegrasyon süresini arttırmak gerekir, ancak entegrasyon süresi, verici uydu ile alıcı, kullanıcı alıcı arasındaki Doppler gibi diğer faktörler tarafından kısıtlanacaktır. Dinamik, bit veri bit süresi ve alıcı saat kararlılığı vb. Gezinme bit atlama, entegrasyon süresini sınırlar ve bu sınır, yakalanabilen sinyal seviyesini etkiler. Bu nedenle, veri bit geçişlerinin etkisini analiz ederek, veri bit geçişlerinin etkisini bastıran algoritmaları incelemenin anahtarı haline gelir.
2010 yılında, SUN K iki aşamalı bir diferansiyel tutarlı yakalama stratejisi önerdi.Süreç daha zahmetlidir ve hesaplama miktarı artar. 2011 yılında JEON S, GNSS sinyal veri bit geçişi problemini çözmek için uygun bir yöntem önerdi.Bu yöntem, birbirini tamamlamak için iki edinim dalı kullanarak edinimi gerçekleştirir, ancak hesaplama miktarı, geleneksel işleme algoritmalarının iki katıdır. 2013 yılında, bu makalenin yazarı sadece L2CM hızlı algoritmasını analiz etmiş, hesaplama miktarı belli bir oranda kaydedilmiş olsa da yine de iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu açıdan veri biti, ön kontrol entegrasyon süresinin uzunluğunu sınırlar.Yakalama hassasiyetini iyileştirmek için, ön kontrol entegrasyon süresinin uzatılması kaçınılmazdır.Güncel karmaşık hesaplamalar altında, veri biti sıçramasını çözmek için hesaplamayı artırma yöntemini kullanmaya devam ederseniz Sorun şüphesiz daha kötü. Bu durumda, bu makale, veri biti atlamasını çözmek için yerel bit düzeltme işlevini kullanarak veri bitini düzeltmek için bir yöntem önerirken, duyarlılığı sağlamak için yakalama işlemi miktarını azaltmak için veri üst üste binme ön işleme yöntemi kullanılır. Yakalama işlemlerinin miktarını azaltan algoritmalar.
Bu algoritmada, ilk olarak giriş sinyali önceden işlenir, burada yerel düzeltme sembolü sgn fonksiyonudur ve daha sonra veri modülü Doppler telafi ünitesinden sonra üst üste bindirilir ve son olarak sinyal sıyrılır. Spesifik ilke Şekil 1'de gösterilmiştir.
1.1 Algoritma prensibi
K'inci uydunun giriş sinyalinin örneklendiği varsayıldığında, sinyal ifadesi aşağıdaki gibidir:
Formülde Ak sinyal genliğidir, Dk veri bitidir, Ck sözde rasgele koddur, ts örnekleme periyodudur, fk gerçek taşıyıcı frekansıdır ve nk (nts) Gauss beyaz gürültüsüdür. Veri bit hızı 50 b / s ve periyot 20 ms olduğundan, giriş sinyalinin 20 ms içinde bit sıçramalarına maruz kaldığı konum isteğe bağlıdır.Di (t) 'nin bu zamanda T'de atladığını varsayarsak, TD girişi temsil eder Sinyal uzunluğu ve T, yani Di (tT) = - Di (TtTD) ve sözde kod biti Ck, 1 ms'lik periyotlu bir fonksiyondur, bu nedenle:
Ck (nts) = Ck, n = 0,1,, (L-1) N-1 (2)
Sözde rastgele kodun periyodikliğinden, her bir veri bloğunun karşılık gelen pozisyonundaki sözde kod bitinin değerinin değişmediğini ve bu sırada N veri uzunluğunun sinyaline karşılık gelen pozisyonların toplandığını görebiliriz Di (tT) = -Di (TtTD) = 1, algoritma işleme süreci aşağıdaki gibidir:
Taşıyıcı terim bir tamsayı değeri elde edebiliyorsa, yani fk fkNT'leri bir tam sayı olarak karşıladığında, çünkü NTs = 1 ms olduğu için, fk'nin 1 kHz'in tam katı olması gerekir, yani yerel olarak bir Doppler kompanzasyon birimi ekleyerek, hesaplama şöyle olabilir: | A1 (L, fk) | = | 2T-L |, veri bit geçişi olmadığında maksimum L değerini alın, bu anda | A1 (L, fk) | = L, giriş verilerinin ortasında bir geçiş olursa, Şu anda | A1 (L, fk) | = 0, algoritma sinyalleri biriktirme ve zayıf sinyal yakalama elde etmek için sinyal-gürültü oranını iyileştirme amacına ulaşamaz ve hatta geleneksel düzeyde yakalamayı tamamlayamaz. Bu soruna yanıt olarak, algoritmaya Şekil 1'de gösterildiği gibi bir düzeltme işlevi eklenir, yerel düzeltme işlevi ifadesi şöyledir:
Atlama meydana geldiğinde kazanç fonksiyonunun zayıflamasını bastırmak için yerel giriş sinyaline düzeltme ekleyerek, üst üste binmeyi düzeltme işlemi aşağıdaki gibidir:
Aynı şekilde kazanç fonksiyonu A2 (L, fk) tamsayı maksimum değeri elde ederken, düzeltilmiş kazanç fonksiyonu | A2 (L, fk) | = | 2T | tamsayı değerini elde eder, düzeltilmiş ve düzeltilmemiş iki kanalı üst üste getirir, Değiştirilmiş kazanç fonksiyonu | A (L, fk) | | A1 (L, fk) |
+ | A2 (L, fk) | = L, dolayısıyla modifiye edilmiş kazanç fonksiyonunun veri bit atlamaları olup olmadığına bakılmaksızın, maksimum kazanç ön işleme ve üst üste binme sonrasında elde edilebilir ve önceden işlenmiş sinyal aşağıdaki gibidir:
Fk'nin, fkNts'nin bir tamsayı ve 1 kHz'lik bir tam sayı katı olduğunu tatmin etmesini sağlamak için, koşulu karşılamak için yerel olarak Doppler telafi birimi fk (n) = e eklenir. Bu nedenle, (0 ~ 1 kHz) aralığında, sürekli olarak yerel taşıyıcıyı ayarlayarak, sürekli olarak kazanç fonksiyonunun maksimum değerine yaklaşmaktadır.Bu zamanda, düzeltilmiş kazanç fonksiyonu Şekil 2'de gösterildiği gibi düzeltilmemiş kazanç fonksiyonu ile karşılaştırılır.
Şekil 2, veri biti farklı konumlarda atladığında düzeltilmemiş kazanç fonksiyonunun sonucunu gösterir Satır 1 atlama olmadığını gösterir, satır 2 atlama konumunun Td / 2 olduğunu ve satır 3 atlama konumunun Td / 4 olduğunu belirtir. Şekilden, farklı atlama pozisyonları ile kazanç fonksiyonunun fisyon ve çift tepe fenomenine maruz kalacağı görülebilir.Veri yarım döngüde atladığında, fisyon fenomeni şu anda en ciddi olanıdır, bu nedenle veri biti atlar Doğru Doppler sonucunun yakalanmamasına neden olur. Şekil 3, değiştirilmiş kazanç fonksiyonunu göstermektedir Satır 1, atlama olmadan kazanç fonksiyonunu gösterir veya atlama konumu Td / 2'dir ve satır 2, Td / 4'teki atlama konumunu gösterir. Şekilden, değiştirilmiş kazanç fonksiyonunu görebilirsiniz. İyi tek modluluğunu koruyabilir ve kazanç fonksiyonunun maksimum değeri tepe maksimum noktada elde edilebilir Bu nedenle teorik analiz, düzeltilmiş kazanç fonksiyonunun veri bit atlamaları ve tam sinyal yakalama olgusunun etkin bir şekilde üstesinden gelebileceğini kanıtlar.
1.2 Algoritma performans analizi
Denklemden (8), ön işlemden sonraki sinyalin S olduğu ve S üzerinde taşıyıcı sıyırma ve kod sıyırma yapıldıktan sonra elde edilen saptama miktarının Sout olduğu varsayıldığı ve saptama miktarı formülü aşağıdaki gibidir:
Orijinal giriş sinyalinin uzunluğunun L ms olduğu varsayıldığında, giriş sinyali gürültüsü Gauss beyaz gürültü nk (nts) · N (0,2) olarak tanımlanır.Bu sırada, sinyal 1 ms olacak şekilde bit veri bit düzeltmesine, Doppler telafisine ve süperpozisyon işlemine tabi tutulur. Veriler toplandıktan sonra, bu süreç örnekleme teoreminden öğrenilebilir.Tüm L rastgele değişkenleri aynı örnekleme fonksiyonuna aittir ve farklı anlardaki rastgele değişkenler bağımsızdır ve aynı şekilde dağıtılır, bu nedenle orijinal sinyal L kez yükseltilir ve gürültü w'den sonra toplanır. (t) · N, bu zamanda sinyalin sinyal-gürültü oranı 10logL artırılır. P (Sout | H0) 'ın merkezi ki-kare dağılımına uyduğu Neiman Pearson kriterine göre, olasılık yoğunluk fonksiyonu aşağıdaki gibidir:
Algoritmanın performansını farklı entegrasyon süresi koşullarında karşılaştırmak için 10 ms, 15 ms ve 20 ms seçin. Yanlış alarm olasılığı Pfa = 10-3 ve algılama olasılığı standart olarak% 99 olması koşuluyla elde edilebilecek hassasiyetler sırasıyla -26 dB, -27 dB ve -29 dB'dir, dolayısıyla entegrasyon süresi ile hassasiyet artar. Ve geliştirmek.
1.3 Algoritma hesaplamasının analizi
Algoritmanın avantajlarını yansıtmak için, deneysel koşullar Tablo 1'de gösterildiği gibi çeşitli yöntemler kullanır. Deneysel koşullar aşağıdaki gibi ayarlanır. Örnekleme hızı 8.192 MHz'dir ve yakalanan alınan sinyal M uyumlu yakalama süresidir (M = 20); alınan sinyal örneklemeden sonra 8192 M noktadır, yerel kod periyodu 8192 nokta olan 1 ms'dir ve sinyal sıkıştırma algoritması N11'dir. 024. Nsat 32 uydu sayısı, Doppler aralığı ± 5 kHz, arama adımı 500 Hz, Nf frekans noktası numarası 21, Nf yeni algoritma faz telafisinin frekans noktası numarası 40, Nf ince Doppler arama frekansı noktası 11.
Gerçek sayı çarpma ve gerçek sayı toplamanın hesaplama zamanının t olduğu varsayılırsa, yeni algoritmanın hesaplama miktarı 739794183 t ve gecikmeli çarpma algoritmasının hesaplama miktarı
2830029686 t, sinyal sıkıştırma algoritmasının hesaplama miktarı 3451271532 t, tutarsız edinme algoritmasının hesaplama miktarı 7013494068 t ve FFT paralel kod arama algoritmasının hesaplama miktarı 9162154473 t'dir. Bu algoritmanın hesaplama miktarı, yukarıda belirtilen hızlı yakalama işleminin sırasıyla% 26.1,% 21.4,% 10.5,% 8.07 olması büyük avantajlara sahiptir.
2 Algoritma simülasyon sonuçları
Deneyde, veri kaynağını sağlamak için çok takımyıldızlı navigasyon sinyali simülatörü GNS800 kullanılır Alıcı statik bir durumda olduğunda, 12 kanallı bir GPS radyo frekansı sinyali simüle edilir ve taşıyıcı / gürültü oranı (S / N) -19 dB ila -35 dB arasında değişir. , -1 dB azalma. SAS6812C çok modlu uydu navigasyon sistemi ara frekans sinyali örnekleyicisini kullanarak saat olarak rubidyum saat FE-5680A kullanılır ve örnekleme frekansı 5,714 MHz'dir. Doppler frekans aralığı ± 5 kHz, ön kontrol entegrasyon süresi 20 ms, frekans dengeleme adımı 25 Hz, aralık 0 ~ 1 kHz, yakalama arama adımı 1 kHz ve 11 frekans noktası vardır. Nihai yakalama sonucu Şekil 4'te gösterilmektedir.
Şekil 4, yukarıdaki deneysel koşullar altında simülasyon sonuçlarını göstermektedir Beşinci uydu yakalandı, kod fazı 3630. örnekleme noktası, Doppler 1.850 Hz, maksimum korelasyon zirvesi 1.763 × 107 ve tepe-tepe oranı 3.67 idi. Yakalama sonucunda bariz zirveler vardır, bu nedenle giriş sinyali başarıyla yakalanabilir Bu sonuç teorik performans analizi sonucu ile tutarlıdır.
Uydu sinyali edinimi zayıf çevresel koşullar altında elde edildiğinden, bunu başarmak için genellikle ön kontrol entegrasyon süresinin uzatılması gerekir.Ancak, ön kontrol entegrasyon süresinin seçimi, navigasyon veri bit atlamasından etkilenecek ve gerekli hesaplama miktarı çok büyük. Bu sorun çözüldü. Bu makale araştırma yürütmüştür ve önerilen yeni algoritma, navigasyon veri bit sıçramalarının etkisini etkin bir şekilde ortadan kaldırabilir.Algoritmanın performans analizi sonuçları, algoritmanın algılama olasılığının artan entegrasyon süresinin artması ve gerekli hesaplama miktarının diğer algoritmalardan daha yüksek olduğunu göstermektedir. Dil en küçüğüdür. Aynı zamanda, nihai deneysel sonuçlar, algoritmanın uydu sinyallerini başarıyla yakalayabildiğini gösteriyor. Bu algoritmanın, sinyal yakalama algoritmasında belirli bir önemi ve kullanım değeri vardır.
Referanslar
MEZENTSEV O, LU Y, LACHAPELLE G, ve diğerleri Düşük maliyetli gyro.ION GPS ile güçlendirilmiş yüksek hassasiyetli bir GPS alıcısı kullanarak kentsel kanyonlarda araç navigasyonu.
2002, 2002: 24-26.
SUN K, LETIZIA L P. İki aşamalı GNSS sinyal edinme algoritması için bir diferansiyel sonrası algılama tekniği. IEEE Planları 2010, Indian Welles, Catifornia USA, 2010: 757-764.
JESON S, SO H, KIM G, et al. Modernleştirilmiş GPS ve galileosignal için bit geçiş iptal sinyali edinme yöntemi Navigasyon Enstitüsü Uydu Bölümü 24. Uluslararası Teknik Toplantı Tutanakları (ION GNSS 2011). 2001: 1028.
Hu Hui, Lu Chun, Wu Chao ve diğerleri.XFAST teknolojisine dayalı L2CM sinyal hızlı edinim algoritması üzerine araştırma.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2013, 11 (39): 118-121.
