本文主要是介绍短时相关+FFT捕获方法的MATLAB仿真,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
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短时相关+FFT捕获方法的MATLAB仿真
- 前言
- 短时相关+FFT捕获相关原理
- 1、频偏引起的相关损失
- 2、扇贝损失
- MATLAB程序
- 获取完整程序
前言
对于算法类的工程,FPGA设计,仿真先行,再没搞清楚整个信号处理原理和流程之前,切莫盲目开始FPGA RTL。对于导航接收机而言,接收机的第一步就在于能够捕获到信号,才能进行后面的跟踪、解算等等。笔者所做的《从零开始研发GPS接收机》的工作中,使用的方法就是这种短时相关+FFT的捕获方法。
《从零开始研发GPS接收机》记录了笔者实现一个硬件接收机的全过程,可通过公众号找到。
短时相关+FFT捕获相关原理
短时相关+FFT捕获(或叫做匹配滤波+FFT,PMF+FFT)是一种比较适合于硬件实现的方法。大致的实现方式如下:中频信号与本地载波相乘得到I、Q两路信号。I、Q两路信号分别进入N (,L为伪码长度)阶延迟线,与本地的N 位信号相关,可以得到N个相关值。各次相关输出存储在缓存中,M次运算后将形成一个维的矩阵,对该矩阵各列作M点FFT,当接收信号与本地信号相位差小于N 时即可完成对信号的捕获,当相位差大于N 时未能完成捕获,重新进入下一轮捕获。
1、频偏引起的相关损失
部分相关是一个低通滤波过程,随着多普勒频移的增大,对应的FFT输出值随之下降,叫做相关损失。随着多普勒频移的增大,相关损失引起FFT输出值下降,因而导致检测概率的下降。下图显示了不同相关器配置对短时相关+FFT结构的幅频响应的影响。X表示每段短时相关的点数,P为段数,N表示对P点数据做N点FFT运算
在总相关时间一定的情况下,分段相关器的相关时长越长,做FFT运算的点数越少,则相应的相关损失也越厉害。
2、扇贝损失
在短时相关-FFT结构中,FFT运算存在扇贝损失,即当多普勒频移值位于FFT输出两点之间时,该频率对应的FFT输出亦会下降。FFT输出幅度周期性的下降就是由于FFT运算中相位补偿不完全引起的,这种周期性的幅度下降同样也会导致检测概率的下降。扇贝损失可以用补零法来改善。
补零前的幅频响应:
补零后的幅频响应:
劣势:
1、如果频率落在两个分辨的频点中间,峰值会有所下降(扇贝损失)
2、如果频偏离中心频点较远,则峰值会下降(频偏损失)
优势:
1、对于电文跳变不敏感,不会因为电文翻转存在相关损失。
2、实现比较灵活,相关器个数可根据捕获速度要求配置
MATLAB程序
这里的matlab使用的是短时相关+FFT的方法。因为短时相关+FFT的原理比较简单,难点在于RTL设计和时序,读者在matlab中弄明白运算原理之后,可以试着参考下面链接中提到的一些设计思路进行设计。
从零开始研发GPS接收机连载——6、捕获模块设计与验证
这里使用下面文章中生成的信源来进行捕获和载噪比估计:
GPS的信号强度以及matlab信号模拟
matlab程序如下:
close all;
clear all;
clc;
format long g;%参数
SAMPLECLK = 16.369e6; %采样时钟
T = 0.001; %相关时长
SAMPLE1MS = SAMPLECLK*T;
L1CODEFERQ = 1.023e6;
L1CARRFERQ = 3.996e6; %中频
L1CODELEN = 1023; %一周期码片个数%y.mat来自于《GPS的信号强度以及matlab信号模拟》中的matlab
%此处doppler = 1000Hz
y = load('y.mat').y; %包含了PRNNUM = 1的卫星数据
y = y(CodePhase : end);%以下为付费内容
首先还是得到这张二维图:
自动算出码相位和多普勒以及CNR。
可以看到,由于频率分辨率的限制,只能输出1000Hz最接近的一个频点,即937.5Hz,那么载波频率的捕获误差就是62.5Hz。
获取完整程序
见公众号
这篇关于短时相关+FFT捕获方法的MATLAB仿真的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!