基于分裂基FFT的L1輔助L2C雙頻GPS信號(hào)快速捕獲

曾慶喜, 唐琳琳, 裴　凌, 黃玉劃, 徐　亮

(1. 南京航空航天大學(xué)車輛電子實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 南京 210016;

2. 上海交通大學(xué)北斗導(dǎo)航與位置服務(wù)上海市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 200240;

3. 南京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 江蘇 南京 210016)

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基于分裂基FFT的L1輔助L2C雙頻GPS信號(hào)快速捕獲

曾慶喜1, 唐琳琳1, 裴凌2, 黃玉劃3, 徐亮1

(1. 南京航空航天大學(xué)車輛電子實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 南京 210016;

2. 上海交通大學(xué)北斗導(dǎo)航與位置服務(wù)上海市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 200240;

3. 南京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 江蘇 南京 210016)

摘要：室外無(wú)人搬運(yùn)車(automatic guided vehicle, AGV)運(yùn)輸和未來(lái)的無(wú)人駕駛智能汽車等對(duì)全球定位系統(tǒng)(global positioning system, GPS)高精度定位精度要求較高,GPS L1/L2C雙頻信號(hào)可以校正電離層誤差從而提高GPS單機(jī)的定位精度。但L2C 民用中碼/民用長(zhǎng)碼(civil moderate/civil long code, CM/CL)的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于L1 粗捕獲碼(coarse/acquisition code, C/A),傳統(tǒng)的捕獲算法直接用于L2C信號(hào)會(huì)使捕獲時(shí)間延長(zhǎng)甚至導(dǎo)致捕獲失效。對(duì)此,提出了利用捕獲到的L1信號(hào)的多普勒頻移和C/A碼相位對(duì)L2 CM碼進(jìn)行輔助捕獲,然后利用CM碼碼相位對(duì)CL碼進(jìn)行輔助捕獲的方法,減小了L2C信號(hào)捕獲的二維搜索范圍;同時(shí)在相關(guān)運(yùn)算中利用分裂基快速傅里葉變換(split-radix fast Fourier transform, SFFT)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的基2 FFT進(jìn)一步降低了計(jì)算量。仿真結(jié)果表明，所提算法在運(yùn)算量明顯降低的情況下可以實(shí)現(xiàn)對(duì)L1/L2C雙頻信號(hào)的精確捕獲。

關(guān)鍵詞：L1/L2C雙頻GPS信號(hào); 快速捕獲; 分裂基快速傅里葉變換; 輔助捕獲

0引言

目前,車輛導(dǎo)航普遍使用全球定位系統(tǒng)(global positioning system, GPS)進(jìn)行定位導(dǎo)航,然而隨著特種車輛技術(shù)的不斷發(fā)展,用戶開始要求高精度無(wú)盲區(qū)的GPS定位技術(shù),尤其對(duì)于室外作業(yè)的自動(dòng)導(dǎo)引車(automatic guide vehicle, AGV)和未來(lái)的無(wú)人駕駛智能汽車等對(duì)定位精度的要求更高。目前,廣泛采用差分GPS技術(shù)來(lái)消除系統(tǒng)固有的衛(wèi)星、星歷、電離層和對(duì)流層誤差進(jìn)而提高定位精度。但是,差分GPS技術(shù)需要通過(guò)建立多個(gè)基準(zhǔn)站與接收機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信來(lái)實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高;而且差分GPS無(wú)法解決在隧道、城市峽谷等受遮擋環(huán)境下GPS信號(hào)強(qiáng)度急劇下降可能導(dǎo)致的定位失效問(wèn)題。GPS現(xiàn)代化計(jì)劃在L2波段增加了新的民用L2C信號(hào),和L1信號(hào)相比,L2C信號(hào)具有的較低的載波跟蹤門限和數(shù)據(jù)解調(diào)門限,使其更適合在信號(hào)較弱的復(fù)雜環(huán)境下使用[1],同時(shí),L1/L2C雙頻信號(hào)還可以有效校正電離層延遲誤差來(lái)提高GPS單機(jī)的定位精度[2]。因此,L1/L2C雙頻GPS接收機(jī)是實(shí)現(xiàn)車輛高精度導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)之一。

軟件接收機(jī)利用軟件方法和少量硬件對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行接收處理,和傳統(tǒng)的硬件接收機(jī)相比成本低,開發(fā)速度快,具有高度的可配置性和靈活性。GPS軟件接收機(jī)要實(shí)現(xiàn)對(duì)雙頻GPS信號(hào)的跟蹤,首先要實(shí)現(xiàn)對(duì)L1 粗捕獲(coarse/acquisition, C/A)碼和L2C民用中(civil moderate,CM)碼或民用長(zhǎng)(civil long, CL)碼的捕獲。然而CM碼和CL碼的長(zhǎng)度分別是C/A碼的10倍和750倍,如果采用傳統(tǒng)的的捕獲算法直接對(duì)CM碼和CL碼進(jìn)行捕獲,所需要的運(yùn)算量和存儲(chǔ)空間都非常大,無(wú)法在軟件接收機(jī)上實(shí)現(xiàn)[3-5]。因此需要研究針對(duì)L2C信號(hào)結(jié)構(gòu)的快速捕獲算法。文獻(xiàn)[1]證明了L1信號(hào)和L2C信號(hào)在多普勒頻移和碼相位上的相關(guān)和同步關(guān)系,為L(zhǎng)1輔助L2C捕獲算法的實(shí)現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[6]分析了分裂基快速傅里葉變換(split-radix fast Fourier transform, SFFT)相比基2 FFT在減少GPS捕獲計(jì)算量上的優(yōu)勢(shì)。本文將L1輔助L2C捕獲算法和SFFT算法相結(jié)合,在不損失捕獲性能的前提下,有效地減小L2C信號(hào)捕獲的計(jì)算量,有利于高性能L1/L2C雙頻軟件接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)。

1L1/L2C 雙頻信號(hào)特征

L2C 偽隨機(jī)噪聲(pseudo-random noise, PRN)碼包含兩種擴(kuò)頻碼——CM碼和CL碼,其中,CM碼的周期為20 ms,碼長(zhǎng)為10 230個(gè)碼片,且調(diào)制有50 Hz的導(dǎo)航電文;CL碼的周期為1.5 s,碼長(zhǎng)為767 250個(gè)碼片,無(wú)導(dǎo)航電文調(diào)制。L2C PRN碼是CM碼和CL碼通過(guò)逐片分時(shí)復(fù)用的方式形成的,如圖1所示[7-8]。

將上述調(diào)制導(dǎo)航電文后形成的L2C PRN碼調(diào)制在頻率為1 227.60 MHz的載波上就形成了L2C信號(hào)。L1信號(hào)和L2C信號(hào)的特征參數(shù)如表1所示[9]。

圖1　L2C　PRN碼的結(jié)構(gòu)

特征參數(shù)L1L2C(CM/CLTMD)碼類型Gold碼PN碼調(diào)制方式BPSKBPSK碼速率/MHz1.0231.023(0.5115/0.51115)碼長(zhǎng)10231534500(10230/767250)周期/ms11500(20/1500)載波頻率/MHz1575.421227.60數(shù)據(jù)速率/Hz5050

此外,由于發(fā)射自同一顆衛(wèi)星的L1 C/A碼和L2C信號(hào)的產(chǎn)生基于同一個(gè)原子鐘生成的時(shí)鐘,因此接收機(jī)捕獲到的L1 C/A碼信號(hào)和L2C信號(hào)的碼初始相位和多普勒頻率具有相關(guān)性。文獻(xiàn)[1]證明了:①在接收到的雙頻信號(hào)中L1 C/A碼延遲與L2 CM碼延遲相同;②Ll信號(hào)和L2C信號(hào)的多普勒頻移之比等于Ll信號(hào)和L2C信號(hào)的載波頻率之比[10],即

(1)

式中,fcarrier_L1和fcarrier_L2分別代表L1和L2信號(hào)的載波頻率;fdoppler_L1和fdoppler_L2分別代表L1和L2C信號(hào)的多普勒頻移。

2基于SFFT的L1輔助L2C雙頻信號(hào)快速捕獲

設(shè)天線接收到的GPS雙頻信號(hào)被混頻到中頻并進(jìn)行采樣之后的數(shù)字中頻信號(hào)表示為[11]

(2)

式中,A1和A2分別表示L1和L2C信號(hào)的載波幅值;tk表示采樣時(shí)刻;ts表示C/A碼、CM碼和CL碼的起始時(shí)刻;ωIF1和ωIF2分別表示L1和L2C信號(hào)的載波中頻頻率;ωd1和ωd2分別表示L1和L2C信號(hào)的載波多普勒頻移;φ1和φ2分別表示L1和L2C信號(hào)的載波初始相位;vk表示高斯白噪聲。

2.1傳統(tǒng)的捕獲算法

信號(hào)捕獲的目的就是通過(guò)計(jì)算接收信號(hào)和本地復(fù)現(xiàn)信號(hào)的相關(guān)值來(lái)估計(jì)碼相位tk和載波多普勒頻移ωd[12]。因此,對(duì)某種偽碼信號(hào)進(jìn)行捕獲時(shí)需要預(yù)先生成該偽碼的本地復(fù)現(xiàn)信號(hào),設(shè)本地的復(fù)制碼信號(hào)為

(3)

接收到的數(shù)字中頻信號(hào)和本地復(fù)制碼信號(hào)的相關(guān)輸出函數(shù)可以表示為

(4)

其中同相和正交支路的相關(guān)積分為

(5)

(6)

式中,N為一個(gè)積分周期內(nèi)的采樣點(diǎn)。

捕獲判決函數(shù)可以表示為

(7)

長(zhǎng)度為N的有限長(zhǎng)序列x(n)和y(n)傅里葉變換的結(jié)果為X(k)和Y(k)：

(8)

長(zhǎng)度為N的有限長(zhǎng)序列x(n)和y(n)的互相關(guān)結(jié)果為z(n):

(9)

對(duì)相關(guān)結(jié)果z(n)進(jìn)行傅里葉變換得:

(10)

式中，X*(k)表示X(k)的復(fù)共軛。

式(10)得到的是輸入信號(hào)和本地復(fù)現(xiàn)信號(hào)的頻域相關(guān)結(jié)果,對(duì)該結(jié)果求逆傅里葉變換就可以得到需要的時(shí)域相關(guān)結(jié)果。

2.2L1信號(hào)捕獲

傳統(tǒng)的基于FFT循環(huán)相關(guān)的信號(hào)捕獲算法原理如圖2所示。對(duì)于L1信號(hào)的捕獲采用如圖2所示的傳統(tǒng)的并行碼相位搜索捕獲算法。但為了減少計(jì)算量,采用SFFT代替?zhèn)鹘y(tǒng)的基-2FFT算法實(shí)現(xiàn)圖2中的FFT計(jì)算。

圖2　傳統(tǒng)的基于FFT循環(huán)相關(guān)的捕獲原理

2.3L1 C/A碼輔助L2 CM碼捕獲

根據(jù)文獻(xiàn)[1]所證明的L1 C/A碼和L2 CM碼之間碼相位的同步關(guān)系以及這兩個(gè)測(cè)距碼碼長(zhǎng)之間的關(guān)系,如果捕獲到的C/A碼的碼相位為nC/A,CM碼的碼相位nCM只有20種可能,如圖3所示,即nCM=nC/A+(i-1)×N,i=1,2,…,20,其中N表示1 ms內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)。

圖3　C/A碼與CM碼之間的相位關(guān)系

基于SFFT的L1 C/A碼輔助L2 CM碼捕獲的原理圖如圖4所示。

圖4　L1 C/A碼輔助CM碼捕獲原理圖

捕獲算法可描述為以下步驟:

步驟 1完成L1信號(hào)的捕獲后得到C/A的碼相位nC/A和L1載波多普勒頻移ωd1,根據(jù)公式(1)得到L2信號(hào)的多普勒頻率ωd2,根據(jù)ωd2產(chǎn)生本地L2C載波信號(hào)x=e[-j×(ωIF2+ωd2)tk]。

步驟 2輸入信號(hào)和本地產(chǎn)生的L2C載波信號(hào)相乘,相乘結(jié)果記為y。取y中分別以nC/A+(i-1)×N(i=1,2,…,20)為起點(diǎn)的20段數(shù)據(jù)，每段數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為1 ms,然后對(duì)每一段分別做SFFT,具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:

(11)

式中,N為1 ms內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)。

步驟 3產(chǎn)生一個(gè)周期(20 ms)的本地歸零CM碼,然后取第1 ms的CM碼片段,對(duì)這個(gè)1 ms長(zhǎng)的CM碼片段求SFFT,具體過(guò)程表示為:

(12)

步驟 4對(duì)步驟2產(chǎn)生的20個(gè)SFFT結(jié)果和步驟3產(chǎn)生的本地歸零CM碼的SFFT結(jié)果分別求SIFFT得到最終的相關(guān)結(jié)果,具體過(guò)程如下:

(13)

步驟 5計(jì)算得出L2C CM碼的碼相位。

理論上,在步驟4得到的20組相關(guān)結(jié)果中只有1組會(huì)出現(xiàn)明顯的相關(guān)峰值,這一組即為CM碼相位所在的位置。相關(guān)峰值位于第k組,那么CM碼的碼相位為nCM=nC/A+(k-1)×N,N為1 ms內(nèi)的采樣點(diǎn)。

2.4CM碼輔助CL碼捕獲

根據(jù)CM碼和CL碼碼片時(shí)分復(fù)用的特點(diǎn),CM碼捕獲成功后,CL碼的起始相位nCL共有75種可能,如圖5所示,即

CL碼的捕獲原理和CM碼相同,首先取輸入信號(hào)和L2C本地載波相乘的結(jié)果的前1.5 s,并將其平均分為75個(gè)長(zhǎng)度為20 ms的片段,每個(gè)片段的起始點(diǎn)分別為nCM+(i-1)×20N(i=1,2,…,75),然后分別和本地歸零CL碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算,根據(jù)相關(guān)結(jié)果得到CL碼的碼相位。

圖5　CM碼與CL碼的相位關(guān)系

3計(jì)算復(fù)雜度

計(jì)算復(fù)雜度是評(píng)價(jià)捕獲算法性能的一個(gè)重要指標(biāo)[15],如前所述,CL碼的輔助捕獲原理和過(guò)程與CM碼的輔助捕獲基本相同,所以接下來(lái)以CM的捕獲為例具體分析由L1 C/A碼的輔助和SFFT的運(yùn)用,本文所提出的CM碼的捕獲算法和傳統(tǒng)的直接進(jìn)行CM碼的捕獲相比所帶來(lái)的捕獲運(yùn)算量的變化。

傳統(tǒng)的CM碼直接捕獲算法就是如圖2所示的并行碼相位捕獲算法,需要說(shuō)明的是CM碼捕獲所需要的輸入信號(hào)和本地CM碼的長(zhǎng)度為20 ms。L1輔助L2C捕獲算法將L2C信號(hào)捕獲所需要的二維搜索轉(zhuǎn)化為對(duì)CM碼相位的一維搜索,如圖6所示。

圖6　優(yōu)化的CM碼捕獲搜索示意圖

根據(jù)文獻(xiàn)[12],假設(shè)L1載波多普勒頻移的搜索范圍為[-10 kHz,+10 kHz],根據(jù)式(1),L2C信號(hào)的載波多普勒頻率搜索范圍應(yīng)該為[-7.8 kHz,+7.8 kHz],且L2 CM的載波多普勒頻移的搜索步長(zhǎng)應(yīng)為50 Hz[12],所以CM碼的直捕需要在7.8×2 kHz/50 Hz=312個(gè)頻率分量上進(jìn)行搜索?；诨?2FFT的傳統(tǒng)的CM碼直接捕獲算法和C/A碼輔助的CM碼捕獲算法的計(jì)算量如表2所示和圖7(a)所示。

表2　CM碼直接捕獲算法和輔助捕獲算法的計(jì)算復(fù)雜度

由圖7(a)可以明顯看出,由于L1 C/A的輔助,L2 CM碼捕獲的運(yùn)算量明顯減少,計(jì)算復(fù)雜度明顯降低。

圖7(b)為SFFT和基2FFT乘法運(yùn)算量的對(duì)比(基2 FFT和SFFT的加法運(yùn)算量相同),如果使用 SFFT代替上述輔助算法中的基2FFT,可以進(jìn)一步減少了相關(guān)過(guò)程中傅里葉變換和傅里葉逆變換的計(jì)算量進(jìn)而減少總的計(jì)算量。

綜上所述,本文所提出的L2C CM碼捕獲算法通過(guò)將C/A碼輔助捕獲算法和SFFT算法結(jié)合,使其明顯降低了計(jì)算量,縮短了捕獲時(shí)間。由于CL碼的捕獲過(guò)程和CM碼類似,所以本文不再詳細(xì)論述。

圖7　CM碼直接捕獲算法和輔助捕獲算法的計(jì)算復(fù)雜度

4仿真分析

為了對(duì)本文所提出的算法進(jìn)行驗(yàn)證,本文仿真了一個(gè)1號(hào)衛(wèi)星的L1/L2C雙頻信號(hào)源。信號(hào)源的參數(shù)設(shè)置如下:L1頻段的中頻為1.5 MHz,多普勒頻移為2 kHz,采樣頻率為4.096 MHz,C/A碼的碼相位為1 500;L2頻段的中頻為2 MHz,多普勒頻移為1.56 kHz,采樣頻率為4.096 MHz,CM碼的碼相位為26 076,CL碼的碼相位為1 664 476。

圖8為L(zhǎng)1信號(hào)的捕獲結(jié)果,最大相關(guān)峰值對(duì)應(yīng)的多普勒頻率和C/A碼碼相位分別為2 kHz和1500,和信號(hào)源中的設(shè)置相符合,即捕獲成功。

圖8　L1 信號(hào)的捕獲結(jié)果

L1信號(hào)捕獲成功后,根據(jù)第2.2節(jié)所介紹的L1 C/A碼輔助CM碼捕獲算法對(duì)CM碼進(jìn)行捕獲,捕獲結(jié)果如圖9所示。

圖9　基于SFFT的C/A碼輔助CM碼捕獲結(jié)果

由圖9(a)可以看出,相關(guān)峰值位于CM碼的第7個(gè)分段上,可以得出CM碼的相位為nCM=1 500+6*4 096=26 076。因此,CM碼的捕獲結(jié)果符合信號(hào)源中對(duì)CM碼碼相位的設(shè)置。圖9(b)所示的是CM碼第7個(gè)分段的相關(guān)結(jié)果,相關(guān)峰值之所以位于第1個(gè)采樣點(diǎn)處,原因是第2.2節(jié)中本地CM碼的分段方式使得第7段的本地CM碼已經(jīng)和輸入信號(hào)對(duì)齊,因此相關(guān)峰值位于第1個(gè)采樣點(diǎn)。

和CM碼的捕獲類似,根據(jù)2.4節(jié)CM碼輔助CL碼捕獲的算法,CL碼捕獲結(jié)果如圖10所示,相關(guān)峰值位于第21段,可以得出CL碼的相位為:nCL=26 076+20*81 920=1 664 476,和信號(hào)源設(shè)置一致。綜上所述,本文所提出的基于 SFFT的L1輔助L2C信號(hào)捕獲算法達(dá)到了較好的捕獲效果。

圖10　基于SFFT的CM碼輔助CL碼輔助捕獲結(jié)果

5結(jié)論

L2C信號(hào)的出現(xiàn)使得GPS軟件接收機(jī)能在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高精度定位,但由于L2C CM/CL碼的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于C/A碼的長(zhǎng)度,所以如果將傳統(tǒng)的捕獲算法運(yùn)用于CM/CL碼的捕獲,所需要的運(yùn)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng),無(wú)法滿足定位的要求。針對(duì)上述問(wèn)題,本文根據(jù)L1和L2C信號(hào)的同步性提出了一種L1輔助L2C的捕獲算法,顯著減小了捕獲搜索范圍,同時(shí),通過(guò)使用 SFFT算法代替相關(guān)運(yùn)算中傳統(tǒng)的基2FFT進(jìn)一步減少了計(jì)算量。最后利用L1/L2C雙頻信號(hào)對(duì)本文提出的算法進(jìn)行了驗(yàn)證,仿真結(jié)果表明該算法在運(yùn)算量明顯降低的情況下實(shí)現(xiàn)了對(duì)L1/L2C雙頻信號(hào)的精確捕獲,對(duì)L1/L2C雙頻軟件接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)具有參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] Gernot C,Shanmugam S K,Keefe K O,et al. A Novel L1 and L2C combined detection scheme for enhanced GPS acquisition[C]∥Proc.oftheIONGNSS20thInternationalTechnicalMeetingoftheSatelliteDivision,2007:1-12.

[2] Li C J, Lu M Q, Feng Z M,et al. Study on GPS L2C acquisition algorithm and performance analysis[J].JournalofElectronics&InformationTechnology,2010,32(2):296-300.(李成軍,陸明泉,馮振明,等. GPS L2C捕獲算法研究及性能分析[J].電子與信息學(xué)報(bào),2010,32(2):296-300.)

[3] Zeng Q X,Tang L L,Wang Q,et al. Algorithm of GPS L1/L2C fast acquisition based on segmented FFT[J].JournalofChineseInertialTechnology,2013,21(5):640-645.(曾慶喜,唐琳琳,王慶,等.基于分段FFT的GPS L1/L2C信號(hào)快速捕獲算法[J].中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào),2013,21(5):640-645.)

[4] Kwon K C,Shim D S. Rapid acquisition of CM and CL code for GPS L2C software receivers[J].JournalofElectricalEngineering&Technology,2011,6(5):723-730.

[5] Moghaddam A A,Watson R,Lachapelle G,et al. Exploiting the orthogonality of L2C code delay for a fast acquisition[C]∥Proc.oftheIONGNSS19thInternationalTechnicalMeetingoftheSatelliteDivision,2006:1-9.

[6] Lin W H,Mao W L,Tsao H W. Acquisition of GPS software receiver using split-radix FFT[C]∥Proc.oftheIEEEInternationalConferenceonSystem,2006:4608-4613.

[7] Kwon K C,Shim D S. Fast acquisition method for GPS L1/L2C software receivers[C]∥Proc.ofthe11thInternationalConferenceonControl,AutomaticsandSystems,2011:1612-1615.

[8] Qaisar S U,Dempster A. Assessment of the GPS L2C code structure for efficient signal acquisition[J].IEEETrans.onAerospaceandElectronicSystems,2012,48(3):1889-1902.

[9] Wang Z, Liu G B. GPS acquisition of L1 C/A and L2C dual-frequency signals[J].CommunicationsTechnology, 2011,44(1): 27-29.(王忠,劉光斌.一種GPS L1 C/A與L2C雙頻信號(hào)的捕獲算法[J].通信技術(shù),2011,44(1):27-29.)

[10] Lim D W,Moon S W,Park C,et al. L1/L2CS GPS receiver implementation with fast acquisition scheme[C]∥Proc.ofthePosition,LocationandNavigationSymposium,2006:840-844.

[11] Psiaki M L,Winternitz L,Moreau M. FFT-based acquisition of GPS L2 civilian CM and CL signals[C]∥Proc.oftheION17thInternationalTechnicalMeetingoftheSatelliteDivision,2004: 457-473.

[12] Zhang Y,Qin H L, Jin T. Direct GPS L2C CL code acquisition based on block and folding[J].ElectronicMeasurementTechnology,2010,33(1):35-39.(張驊,秦紅磊,金天. 基于分塊折疊的GPS L2C CL碼直接捕獲算法研究[J].電子測(cè)量技術(shù),2010,33(1):35-39.)

[13] Tsui J B Y.Fundamentalsofglobalpositioningsystemreceivers:asoftwareapproach[M]. 2nd ed. Hoboken,USA:Wiley,2005:129-155.

[14] Zhao L,Gao S H,Ding J C. Improved acquisition for high dynamic GPS signals based on FFT[J].SystemsEngineeringandElectronics, 2011,33(1):151-156.(趙琳,高帥和,丁繼成. 基于FFT的高動(dòng)態(tài)GPS信號(hào)捕獲算法優(yōu)化[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2011,33(1):151-156.)

[15] Ledvina B M,Psiaki M L,Sheinfeld D J,et al. A real-time GPS civilian L1/L2C software receiver[C]∥Proc.oftheIONGNSS17thInternationalTechnicalMeetingoftheSatelliteDivision,2004:986-1005.

曾慶喜(1980-),男,講師,博士,主要研究方向?yàn)檐囕v高精度導(dǎo)航。

E-mail:jslyzqx@163.com

唐琳琳(1990-),女,碩士研究生,主要研究方向?yàn)檐囕v高精度導(dǎo)航。

E-mail:tangllin90@126.com

裴凌(1977-),男,研究員,博士,主要研究方向?yàn)闊o(wú)線定位、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航、室內(nèi)外無(wú)縫導(dǎo)航與定位。

E-mail:lione.sp@gmail.com

黃玉劃(1980-),男,副教授,博士,主要研究方向?yàn)閿?shù)字信號(hào)處理、信息安全。

E-mail:hyuhua2k@163.com

徐亮(1990-),男,碩士研究生,主要研究方向?yàn)閳D像導(dǎo)航。

E-mail:1260523490@qq.com

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20150120.1050.003.html

Fast acquisition of L1 aiding L2C dual-frequency GPS signal based on SFFT

ZENG Qing-xi1, TANG Lin-lin1, PEI Ling2, HUANG Yu-hua3, XU Liang1

(1.VehicleElectronicLaboratory,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China;

2.ShanghaiKeyLaboratoryofNavigationandLocationBasedService,ShanghaiJiaoTongUniversity,

Shanghai200240,China; 3.CollegeofComputerScienceandTechnology,Nanjing

UniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)

Abstract:Outdoor automatic guided vehicle (AGV) transportation and future intelligent unmanned vehicles require positioning accuracy high for the global positioning system (GPS), GPS L1/L2C dual-frequency signals can improve the location accuracy by correcting ionospheric delay.However, L2 civil moderate/civil long (CM/CL) codes are both much longer than L1 coarse/acquisition(C/A) codes. If the traditional acquisition algorithm is applied to L2C acquisition directly, it will lead to much longer acquisition time and even failed acquisition. Therefore, an algorithm is proposed, which accomplishes CM acquisition by using the acquired Doppler shift and C/A code phase of L1 signals, then similarly finishes CL acquisition by the CM aided code phase, which makes the two-dimension searching process for L2C acquisition narrow down to searching one dimension code phase with fewer discrete points. Meanwhile, the split-radix fast Fourier transform (SFFT) instead of traditional radix-2 FFT is introduced into correlation operation, which can reduce the calculated quantity further. Simulation results show that the suggested algorithm can achieve accurate acquisition of dual-frequency signals with much lower calculated amount.

Keywords:L1/L2C dual-frequency GPS signal; fast acquisition; split-radix fast Fourier transform(SFFT); aiding acquisition

作者簡(jiǎn)介：

中圖分類號(hào)：TN 927.23

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1001-506X.2015.07.26

基金項(xiàng)目：中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(NS2013016)資助課題

收稿日期：2014-06-19；修回日期：2014-10-22；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版日期：2015-01-20。