目錄:HYPERLINK摘要 )ADDIN在一個頻率上進(jìn)行這樣一次運(yùn)算就可以完成對所有碼相位的搜索，因此，只要41次就可以完成一顆衛(wèi)星的搜索檢測。并行碼相位搜索捕獲算法的搜索速度比在時域中進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算的串行搜索捕獲算法更加快。在搜索每一個頻率點(diǎn)時，它需要完成兩次傅里葉變換和一次傅里葉逆變換計(jì)算，運(yùn)算量很大，因此如何利用軟硬件來有效實(shí)現(xiàn)這些計(jì)算是應(yīng)用并行碼搜索捕獲算法的關(guān)鍵。N點(diǎn)離散傅里葉變換需要次乘法和次加法，這一運(yùn)算量和時域相關(guān)算法所需運(yùn)算量相當(dāng)。當(dāng)N是一個以2為底的冪，此時離散傅里葉變化用FFT來實(shí)現(xiàn)，運(yùn)算量可以降至次加法和次乘法，使運(yùn)算效率大大提高。通過觀察圖3.5，可以發(fā)現(xiàn)在搜索同一顆衛(wèi)星的時候C/A的傅里葉變換是不變的，因此可以把它的傅里葉變換保存起來，這樣進(jìn)行同一衛(wèi)星不同頻率搜索的時候只需要進(jìn)行一次C/A碼的傅里葉變換。另外所有的衛(wèi)星信號都包含在同一段中頻數(shù)據(jù)里，在搜索不同衛(wèi)星的同一頻率點(diǎn)時，進(jìn)行的傅里葉變換結(jié)果是相同的，因此可以選擇同時對多顆衛(wèi)星的相同頻率點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算或者保存起來在搜索另一顆衛(wèi)星的時候直接使用這些數(shù)據(jù)。這樣可以進(jìn)一步提高捕獲的速度。在下一章中會用這一小節(jié)提到的并行碼搜索捕獲算法實(shí)現(xiàn)實(shí)際GPS中頻信號的捕獲仿真。4并行碼搜索捕獲算法仿真4.1概述Matlab是矩陣實(shí)驗(yàn)室（MatrixLaboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，主要包括Matlab和Simulink兩大部分。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言的編輯模式。在本文中對衛(wèi)星信號的捕獲仿真就是在Matlab環(huán)境下進(jìn)行的，在這里將要實(shí)現(xiàn)的是并行碼搜索捕獲算法的仿真。在這類仿真的中，信號源是一個很重要的。為了驗(yàn)證并行碼搜索捕獲算法采用的是實(shí)際的中頻數(shù)字信號。該數(shù)字中頻信號從北京東方聯(lián)星科技有限公司官方網(wǎng)站（/list.php?catid=38）下載獲得。該中頻數(shù)據(jù)是由該公司生產(chǎn)的NewStar210A采集獲得。通過查詢該產(chǎn)品的資料可以知道，該設(shè)備接收GPS的L1信號，對該信號進(jìn)行下變頻到中頻頻率為4.123968MHz，在對模擬中頻進(jìn)行采樣時使用的采樣頻率是16.367667MHz，對采樣點(diǎn)進(jìn)行2bit量化。了解了這些之后就可以使用該數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲仿真了。4.2捕獲過程在利用Matlab進(jìn)行捕獲仿真的過程中，對需要實(shí)現(xiàn)的不同功能編寫數(shù)個m文件，這樣利于進(jìn)行代碼修改和優(yōu)化。這里包括4個函數(shù)文件CAcode.m，sampleCAcode.m，readdata.m，acquisition.m，1個腳本文件：acquisition_test.m。CAcode()函數(shù)接收要搜索的衛(wèi)星編號，產(chǎn)生相應(yīng)的C/A碼。sampleCAcode()函數(shù)接收衛(wèi)星編號、數(shù)據(jù)采樣頻率、采樣時長參數(shù)產(chǎn)生對應(yīng)于要搜索的衛(wèi)星的本地CA碼序列。readdata()函數(shù)讀取選定時長的GPS二進(jìn)制中頻數(shù)據(jù)，并按照數(shù)據(jù)格式對其進(jìn)行復(fù)原供捕獲計(jì)算使用。acquisition()是并行碼相位搜索捕獲的核心，對本地產(chǎn)生的C/A碼、載波以及讀取的實(shí)際中頻數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，判斷是否捕獲。開始與一對特定正交載波分別相乘開始與一對特定正交載波分別相乘合為路復(fù)信號后DFT讀取1ms中頻數(shù)據(jù)與CA碼頻域相乘是否搜索完所有頻點(diǎn)？找出峰值是否捕獲？保存相應(yīng)頻率和碼相位所有C/A碼搜索完？返回YYNN圖4.1并行碼搜索捕獲流程圖因?yàn)椴恢涝诒敬畏抡嬷杏玫降闹蓄l數(shù)據(jù)是在怎樣一個環(huán)境下采集到的，所以進(jìn)行多普勒頻率搜索時是以4.123968MHz為中心頻率向10kHz范圍內(nèi)搜索，搜索步長在這里設(shè)定為500Hz，因此對每顆衛(wèi)星進(jìn)行41個頻率點(diǎn)的搜索。在判決是否捕獲到一個衛(wèi)星時，這里采用的是：取結(jié)果的最大值與結(jié)果中除去該最大值所在行和列的數(shù)值后剩下的平均值的比值作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，這里設(shè)定當(dāng)比值大于20的時候就判定捕獲到衛(wèi)星，就以這個最大值所在的頻率點(diǎn)和碼相位作為捕獲值，當(dāng)小于20的時候就判定沒有捕獲到，進(jìn)入下一顆衛(wèi)星的搜索。4.3捕獲結(jié)果在這里首先給出對32顆衛(wèi)星搜索后得到的可見衛(wèi)星情況，如圖4.2所示，橫軸表示衛(wèi)星編號，縱軸代表捕獲的結(jié)果，其中淺色（紅色）柱狀條的高度值超過20，表示捕獲到該衛(wèi)星，深色（藍(lán)色）柱狀條的高度未超過20，表示該衛(wèi)星未被捕獲到。因此從該圖中可以知道，使用該捕獲算法對數(shù)據(jù)采集器采集的中頻信號進(jìn)行捕獲運(yùn)算成功捕獲到以下衛(wèi)星：3、6、16、18、21、22、26、29號衛(wèi)星。圖4.2衛(wèi)星捕獲情況圖4.3衛(wèi)星的多普勒偏移根據(jù)具體的算法，在搜索完每一顆衛(wèi)星后，就可以獲得計(jì)算結(jié)果中最大值處所對應(yīng)的多普勒頻偏和碼相位。如圖4.3和圖4.4所示，分別展示了多普勒頻偏和碼相位捕獲情況。其中淺色（紅色）星號（*）表示已捕獲到的衛(wèi)星的多普勒頻偏和碼相位，深色（藍(lán)色）星號（*）表示未捕獲到的衛(wèi)星多普勒頻偏和碼相位，當(dāng)然在未捕獲到時這些值是沒有意義的。圖4.4衛(wèi)星的碼相位表4.1是捕獲仿真結(jié)果的表格形式，它清晰的展現(xiàn)了已捕獲到的衛(wèi)星編號以及對應(yīng)的多普勒頻率和碼相位。表4.1捕獲結(jié)果衛(wèi)星編號多普頻率碼相位34126468789.7464119968263.45164121968498.78184123468961.18214122968415.28224125468171.45264121968416.53294120968729.42圖4.522號衛(wèi)星二位搜索結(jié)果圖4.615號衛(wèi)星二位搜索結(jié)果從表4.1可知22號衛(wèi)星是已捕獲到的衛(wèi)星，15號衛(wèi)星未捕獲到。圖4.5和圖4.6則展示了對這兩顆衛(wèi)星進(jìn)行二位搜索的結(jié)果。在圖4.5中，由于該衛(wèi)星信號的存在，在進(jìn)行22號衛(wèi)星搜索中，當(dāng)復(fù)現(xiàn)載波頻率和碼相位與輸入信號中的相應(yīng)衛(wèi)星信號對其后出現(xiàn)了如圖所示的峰值，而在其它情況下則非常??；而在圖4.6中，由于輸入信號中不含有該號衛(wèi)星信號，因此搜索完所有可能的多普勒頻率和碼相位也沒有出現(xiàn)很高的峰值，整個捕獲結(jié)果值都很小。通過4.2小節(jié)中提出的判定方法判定出22號衛(wèi)星被捕獲到，而15號衛(wèi)星未被捕獲。圖4.722號衛(wèi)星捕獲點(diǎn)的頻域圖圖4.815號衛(wèi)星偽捕獲點(diǎn)的頻域圖圖4.7為捕獲到的22號衛(wèi)星在對齊的碼相位處不同的搜索頻率下的搜索結(jié)果，在頻率對齊的地方出現(xiàn)了一個高峰，在其它頻率點(diǎn)的搜索結(jié)果非常小。圖4.8為對15號衛(wèi)星進(jìn)行搜索時取得的最高值所確定的碼相位下的頻域搜索結(jié)果，可以看出，它和其它頻率點(diǎn)的結(jié)果相差不大，通過判決門限判定出未能捕獲到15號衛(wèi)星。和圖4.7和4.8相對應(yīng)，接下來是兩張圖頻率確定，不同碼相位搜索的結(jié)果，其中圖4.9為已捕獲情況下的結(jié)果，圖4.10為未捕獲到情況下的結(jié)果。圖4.922號衛(wèi)星碼域內(nèi)的捕獲結(jié)果圖4.1015號衛(wèi)星碼域內(nèi)的捕獲結(jié)果可以看到，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)中存在搜索的信號并且頻率對齊時，在碼相位也對齊的位置將出現(xiàn)峰值，相比其它相位點(diǎn)的搜索結(jié)果高出很多，當(dāng)沒有搜索的信號時，在所有的碼相位搜索范圍內(nèi)都沒有出現(xiàn)一個極大的峰值，在各相位的搜索結(jié)果都比較均勻。本章簡要介紹了捕獲的中頻數(shù)據(jù)的來