基于壓縮感知的GPS信號捕獲算法研究.pdf

1、近年來，衛(wèi)星導航技術(shù)被越來越廣泛地應用到現(xiàn)代生活的各個領(lǐng)域。全球定位導航系統(tǒng)GPS（Global Positioning System）的應用更是普遍。GPS主要是由空間星座、地面監(jiān)控和用戶設(shè)備三個部分組成。作為用戶設(shè)備端，GPS接收機的設(shè)計尤為關(guān)鍵，其中，基帶數(shù)字信號處理中信號捕獲的速度和質(zhì)量直接影響著后續(xù)模塊的進行，故信號捕獲的算法顯得更加重要。由于模數(shù)轉(zhuǎn)換的需要及奈奎斯特定理的限制，傳統(tǒng)的GPS接收機都是在射頻前端對信號進行高速采

2、樣，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換成中頻數(shù)字信號傳給基帶處理模塊進行捕獲，這就產(chǎn)生了采樣速率高、數(shù)據(jù)處理量大的問題，對射頻模塊及基帶處理模塊的硬件實現(xiàn)提出了很高的要求，也成為了GPS捕獲方法研究的一個瓶頸。
　　壓縮感知（Compressive Sensing）理論提出了一種新的信號處理思想，其利用信號的稀疏性，可大幅度地降低信號的采樣率，把采樣和壓縮的過程合二為一，大大地提高了信號處理的效率。因此，壓縮感知的理論思想在雷達探測、無線通信、生物傳感

3、等多個領(lǐng)域受到了高度關(guān)注。同時，它也解決了采樣速度高、存儲數(shù)據(jù)量大等問題，使GPS接收機的捕獲算法有了不同的處理過程。
　　基于以上兩方面的內(nèi)容，本文研究了GPS信號的特性、傳統(tǒng)的捕獲算法以及壓縮感知的理論知識，將壓縮感知應用到GPS的信號捕獲中。這種理念基于GPS信號的稀疏性，不再根據(jù)信號的波形進行捕獲，可突破奈奎斯特定理的限定，進行低速采樣壓縮，再進行捕獲。在對GPS信號進行觀測和重構(gòu)時，研究了兩種不同的算法，一種是利用隨機高

4、斯矩陣作為觀測矩陣，通過正交匹配追蹤算法將信號重構(gòu)出來進行捕獲；另一種則是利用確定性矩陣作為觀測矩陣，進行兩個階段的檢測，其中都需用到 Walsh-Hadamard矩陣，對其進行 Walsh-Hadamard變換，最終實現(xiàn) GPS信號捕獲。通過 MATLAB仿真出這兩種捕獲，可以看出確定性壓縮感知捕獲算法更加地穩(wěn)定。針對確定性壓縮感知捕獲算法和傳統(tǒng)捕獲方法，從相關(guān)器的使用數(shù)量、檢測概率以及計算復雜度三個方面進行對比。分析可得：基于確定性