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计算机技术与发展COM PU 1 _、 TE( FR OI』 Y A )TⅥ ) M ENT ) P

Vo . 0 No. 12 6

J n 2【 u . 0l )

G S中频信号源及精频捕获仿真 P康嵩山，黄勇，张望全， 丽罗(西华大学电气信息学院，四川成都 6 0 3 ) 10 9摘要： P天线接收的真实的信号不理想， GS为方便算法研究 .使用理想的仿真信号。为了使跟踪环路正常工作，;要 ( j信号需要进行精频捕获。文中使用 S lk建 G S中频信号源，号源可以直接设置参数产生不同的中频信号详 i i搭 mun P该信 细分析了两种精频捕获算法：相位关系算法和 F r补零算法，对精频捕获算法儆仿真实现，比两种算法的仿真结果， F并对 分析了算法的优劣。由搭建的 S lk型可以产生理想的信号， db法的仿真结果表明。 i i模 mnn Maa算使用相位关系的精频捕获算法适合实际的应用。关键词： I信号生成；频捕获；位关系 G;精相中圈分类号： N 6 9 F文献标识码： A文章编号： 7— 2 X 2 1 )6 o 3 4 1 3 6 9 ( 0 0 0—0 4一O 6

GPS Si na o r e o nt r e i t e e y a n g lS u c fI e m d a e Fr qu nc nd Fi e Fr qu nc qu s to m ul to e e y Ac i ii n Si a inKANG o g s a, UANG n Z S n -h n H Yo g, HANG a g q a L W n - u n, UO Li (c l f l tcl If ai, h aUn e i,C eg u6 0 3, hn ) S} e r a& no t n Xiu i r t u)o E c i ml o v s y hn d 10 9 C iaAb ta t Th in l e ev db S ntn s t￣tsa tr .F rtec n e e c fag rtm e in.{ ie l in l h udb s . sr c: esg a c ie yGP a e nain’ r ifco y o h o vnin eo lo i h d sg m d a g a o l eu s sFn rq e c c urn si lme tdf rtewo kn

h rc o iefe u n yaq iig i mpe n e o h r igof etak l http:// iml kt ul rxueo t o esn i b i ar￣ tl fGPS itm￣daesg a e - n O d ne e it in l n g

ea in.Th ia l'U C al edrcl e a a tr og n rt id i a .Ex ait wome x t. l s eain hpag rtm lt o es gn K r ecr b ie t s t rmeest e e ae kn sof gn 1 L￣ y p s p t et d xs pe erlt s i lo ih a a oa d F r r n Fr 0一p d e lo il,oaq ietef efe u n y a d ag rtmlt c ur h i rq e c .U s h in l n rtdb h d l。h iefe u n ysm uaini d n i tes a eae yt emo ue t ef r e c i lt ng g ge n q o s c rido t a re u .TwomelMso h iefe u n ya q iiin i i lme td a< p rd.丁hesrn t sa d we.n se fteag rtm t￣ ftefn r e c c ust s mpe n e ndcm￣ae q o te g h n 0 es so h lo ih k ia a￣ e .Th i l k n sn l d esmui ￣dueCl g n rt e l in 1 n l al e e aei a sg a.Tl i uain rs l h W h tp r eains i l rt m ss i be fr d 1 s lt e ut s o t a h s rlt e m o s a e o hpag ih i ut l o o ap a t a p l . in. rci l pk t c a ao Ke r s: y wo d GPS;s a e e a in;f e fe e c c usto;p a ea in i l n rt n g g o i rqu n y a q ii n h s r lt n i e o

O引言GS P接收机的工作顺序是信号捕获、号跟踪继信而导航解算…, 1信号捕获是接收机进行信号跟踪及导航解算的前提。为了加快信号搜索速度，始捕获阶初段只做粗频捕获 J捕获频率的分辨率一般在，一百赫兹以上

,而要使接收机跟踪环能正常工作，捕获所得频率应该在几十赫兹之内‘, 1因此在初始捕获后需进行 J精频捕获。 文中首先在 Smun i l k环境下搭建模块产生中频信 i号，分析 _ (】 J ' I S初始捕获的算法以及精频捕获的两种收稿日期：0) 0一；回日期：0 0~O一2 21 9一1 -修 2:l l 5基金项目：华火西金项¨ (0 2 9 5 Z700 )

算法：F F T补零算法、相位关系算法。捕获算法的硬件实现主要考虑实时性以及所需的硬件资源，通过对

由搭建 Smun模块产生的信号进行精频捕获仿真， i lk i实现并对比了精频捕获的两种算法，分析算法的优劣， 为硬件的设计提供参考。 .

1 G S中频信号源 P1 1 GP . S中频信号

实际的 G S中频信号， P一般是信号由天线接收卫

星的射频信号后进行下变频、波、滤放大等一系列操作，再进行 AX; I所得引，而在 (P - S信号仿真方面。;一般情况下是用 P N码调制中频载波， R从而产生中频模

作者简介：揣… ( 9 4 ),南濮 I人， l,究 _阳为 GP 康 18一，河 j n硕：研， j S

拟信号，然后直接进行 AD C所得，间省略了 _变频中 F等操作，。在文中的中频信号源设计中，号源同 5] 6信

丛带

处理；煎

,‘后，‘蟹坤师， {预j::剐教授，究方向为观研

代 '处州及 j技术 I的， 1、什无线 f ! ! j}￣ t软 l, J 7乜技术、佑系统 A通SI计 C设

样采用直接生成中频模拟信号然后进行来搭建

的方法

4 4

计算机技术与发展

第2 O卷

CA码周期计数器/

导航数据计数豁

导航数据查找表

在信号源设计时，考虑到信号源操作的效率和重 2信号的精频捕获 用性，做的设计很容易改变仿真参数，所将数据送到 I db V a的工作空间内， h同时具有可扩展性，为以后的研究作了铺垫。G S信号是由 P N码、 P R导航数据对载波信号进行调制所得，而在 S l k中 P N码及导航数 i i mu n R据的生成，一般是通过使用查找表的方法，查找表中的数据是由(,)一1 1组成的H J。 图 1是 G S中频信号源的 Sm l k

模块框图， P iui n

G S信号捕获阶段是为了找出中频信号中可见卫 P星，以及可见卫星信号与本地信号码偏 r及频偏， 并将它们送人信号的跟踪环路，从而进行信号跟踪。为加快搜索卫星的信号速度， P G S信号捕获先进行粗频捕获来快速捕获信号。典型的粗频捕获的算法主要可以分为三类：串行搜索捕获算法、时域并行搜索捕获算法以及多普勒频域 F搜索捕获算法[7 l I 4 。 8相关模糊

s ui模块名不支持中文，中的中文只是用于说 t lk m n图该模块主要由载波生成、/ c A码生成、导航数据生成以及 A C四部分组成， D最后由“ 1 0 pc’出 ae输 ’

函数是信号捕获的基础[7,时域形式为： 1I,其 y(, ) r f) a n}

[1c一r ep—j rf+,[]]x l 2￣ o (

到 M 1的工作空间，中 P N码及导航数据的生 tb 其 R成是由图中“ .2 MH时钟”驱动的。为方便后续 103 z来

式中 r表示本地估计的码偏，表示本地估计的多普 勒频率。理想情况下， r当和厶与中频信号延迟r和载

工作，可以对该模块进行封装，封装后可以直接设置各种参数。 文中设计的 S d 1块可以选择卫星信号， i【 n模直接设置中频频率、采样频率、/ C A码码偏移、多普勒频

波频率厂相匹配时，关模糊函数会产生一个尖锐相的最大峰值，根据相关模糊函数值即可进行信号捕获。 根据粗频捕获各算法运算所需时间[在文中仿 ,真中选用时域并行搜索捕获算法进行粗频捕获。此算

移及多普勒变化率。在搭建该模块的基础上，用多使个模块可以产生多个卫星信号。该模块可以进行扩展，添加各种干扰。由于文中后面的仿真主要是为了验证和对比两种精频捕获方法，以并没有添加各种所卜扰悟号。

法是由输入信号[] n先与 ep一j￣f+ )相 x{ 2 (o }乘，获得与多普勒频率为对应的序列： []= z n e p一j= f+厂 )}[]x{ 2 ( o d n由此可得相关模糊函数为：y rf= 1 ( a ∑]—r ) c[] 由圆周互相的算法，相关模糊函数可通过,

由该模块产生的单卫星的中频信号可以表示刃,1.

, , , , .

.

( f

(+ )—r) ] ,

嚣… 12 1…

计算

川Y NFF[Df (,TT删V[} r II[ I枷， DDy" [(, ) r , zJ J【【 f J J f

第 6期图【, 1。

康嵩山等： S中频信号源及精频捕获仿真 GP

4 5

变化不大，设”时刻后不久假 z

的”时刻，[]是 1数 k也 ms据的最大频率分量，初始相其- -

压 )出为粗细频率为 k)和 0(k) 位 ( )由 (: k。 可得到0( ) ( ) k一 k

,一一丁 c

二

由该算法所得频率可能会

具有模糊性，了保持频率不为模糊，相位差应该小于 2。“

3仿真结果与分析3 1信号数据生成 .

图 2多普勒频域 F T搜索捕获算法 F

采用图 1中的￣ lk模块产生数据，据长度 i i mu n数可以由 s l k运行时间设定， i i mun卫星号、采样频率、中

GS P信号跟踪环的带宽一般为几赫兹[, 3所需频 J率分辨率应当在几十赫兹之内，而不论用什么搜索捕获算法，所得频率分辨率都比所需频率分辨率要高。

频频率、码偏及频偏等可以直接在封装后的模块参数中设置。在文中仿真中，共产生两个卫星信号( 1号星和 8号星 )中频频率为 9 5 8, . 4 MHz采样频率为 3 ., 8 12 z码偏移设定分别为超前 9 8个码片 ( 9 MH, 9 1号星 )

因此，在粗频捕获的基础上，为使信号跟踪环路正常工作需要进行精频捕获。根据粗频捕获所得的码偏设定本地产生的 P N R

和超前 2个码片( 0 8号星 )多普勒频移分别为 3 0 z, 2H f号星) 12 H ( 1和 3 0 z 8号星 )仿真运行时间为 5 m, 0s 共生成 10 60个采样点的数据。 9903 2精频捕获 .

码，将输入信号去除 P a R N码调制，使其变成连续信号。 然后对该连续信号进行运算，基本算法主要有两种：

F '补零算法、 F’ I相位关系算法，即可求出精细频率。F T补零算法是以 nv算法为基础， F F r F r算法所

得的频率分辨率与所用数据长度有关，其频率分辨率是数据长度的倒数。在数据长度一定的情况

下，以可通过补零的方法提高频率分辨率，这样会增加运算点数，从而导致运算时间增长。根据 D T算法 J F:N -I .

首先，从生成的中频信与中取 2个连续 l的数 ms据，索带宽设定为 1 k z频率间隔设定为 5 0 z搜 4H, 0H,

进行时域并行搜索捕获算法操作。采用 2个 l s m数据取计算结果中最大值较大那个 .以消除数据调制的可影响【 1。对 1星捕获得到图 3所示的捕获结果， 60,]号 对 2号星搞获所得结果如图 4示。所

x[]∑[].意：,e z=0

对剥离码之后的连续信号进行计算，出最大频率分求量，此频率即为所需的精细频率。 相位关系算法是根据不同时刻的最大频率分量的初始相位差来计算载波频率 l。 2由多 ]

当捕获所得的结果超过设置的门限值时，卫星信号存在。文中的门限是捕获结果的最大峰值与该峰值

相邻一个码片外的最大峰值比值，门限值设定为 5。

普勒频域丌搜索捕获算法得到码偏，过设定本地码的起始点就可从通

输入信号中剥离 P N码， R而输入信号就变成一个连续信号。取较长的一段输入信号，剥离 P N码，后由先 R然 D T求出该段数据每 1内的最大频 F ms率(即粗频捕获的频率 )分量的初始相

位。如果时刻 1 s据的最大频率 m数分量为 X[]则其初始相位为： k,a

由于输入信号的频率在短时问内

图 3 1号星捕获结果

4 6

计算机技术与发展

第2 0卷

算出两个相邻 1 s据中的最大 m数频率分量的初始相位差，后进行然求均值并算出精频频率。表 1为

两种精频捕获算法的捕获结果。相关幅值覃

表 1中是两种精频捕获算法的运算的各种参数，所列频率为近似值，差在 0 0偏 . l赫兹之内。由 表 1可以看出，两种算法都可以提高捕获频率的频率分辨率。叮

方值

补零算法所得频率偏差为几十赫

兹，而相位关系算法所得频率偏差在几赫兹之内。F T补零算法需 F

要计算补零后的序列全部的 D T F,从而找出载波频率，相位关系算法图 4 2号星捕获结果 、

只需计算 5个频率分量的 D T即 F可求出载波频率，

而相位关系算法在硬件实现中所从需的资源很少，同时表中的时间也说明了 F T补零算 F法要比相位关系算法更缺乏实时陛，因此，在捕获算法的硬件实现上要选择相位关系算法。

由于生成信号中只含有 1星和 8号星的信号，输号对人信号数据进行粗频捕获， 1号星的粗频捕获的频率为 9 58 MH, .4 5 z采样点偏差为 9 5该偏差为本地 P N 3, R

码相比信号中的 P N码延迟的采样点数， R相当于延迟 2个码片， C A码是 l (0 3个码片) 5而/ ms 12重复的，码偏则超前 98 8号星的粗频捕获的频率为 9。 9 5 9 MH, .4 5 z采样点偏差为 3 9 1码偏为超前 2。该 66, 0处所得码偏不用于精频捕获，频捕获采用的是采样精点偏差。

4结束语软件接机是 G S接收机的发展趋势，以用 F— P可 PG A技术来实现软件接收机的算法，而加快产品推从向市场的速度。文中实现了 G S中频信号生成以及 P精频捕获算法的仿真。在文中，用 s l k搭建的使 i i mun信号产生模块可以很好理解信号产生的原理，计和设实现精频捕获算法仿真为进行硬件中的算法设计提供的思路和参考，相位关系算法比较适合实际应用。

根据所得捕获频率及采样点偏差， 5数据运取 ms

用 2 2中的精频捕获算法进行精频捕获。在 F T补 . F零算法中，进行 7倍于信号采样点数补零，后进行然 H运算，找出最大频率分量。而在相位关系算法中，

表 1两种精频捕获算法的捕获结果 精频捕

获算法

设定频率 ( H

z )

捕获频率 (i卜) z9 4 2 4.5 5 8 5 9 (号星) 1 9 4 2 8.3 5 93 7 (号星) 8

偏差 ( z H)

时问 () s

F Fr补零算法

94 30 9 430 5 82 592

一6 . 5 5 0一8 .3 1 1 6 (号星) (号星) 1 8 2 12 2 7.

相位关 (号星 ) ( 1 8号星 ) 系算法

9435 2 5 8 2 .0 (号星) 1

9 43 76 5 9 1 .9 (号星) 8

52 .0一 .l 2 3 (号星) ( I 8号星 ) 0 0 7 8 .75

v、w . e nmt￣ . c l r c , v go i u agay.a.

参考文献：[] K p nED, ea

t . P原理与应用[ . 2 . 1 al a H gr yE G S M]第版寇艳红， .译北京：电子工业出版社，0 7 20.

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[] A oi 2 kp n a D,V l aoH,T rnn . i rlec￣ ln i uue Fn Fcuny sv g S e x R oi

【]沈超，正定 .于 Maa/i l k的 G S系统仿真 6裘基 t bS i l mun P

A qit IMe cso P ed e[] O P 0 . cu io t x r SR c vr C∥I NG S 0 2 s.l h tf G s 2 [.][..,02 s1:sn]20 . .[] B 0一Y N T UI . P 3 A E S G S软件接收机基础[ . 2版 . J M]第陈军，高峰 .潘等译 .北京：电子工业出版社， 0 . 2 7 0

[]系统仿真学报， 0,8 7:87—16 . J. 2 6 t( )1 5 0 80 [] B r . t ii l ho.f G S i a A q itn 7 oi D A SasC er ( N S S nl cu i o tt T y a" g si o[ . oi:oici i oi,0 8 D]T r oP l n od T r o2 0 . n t c n e

[]汪 8

伟，郭际明. N S软件接收机的结构和信号捕获跟踪 G S(转第 5下 0页 )

【] L i ag I P i a Sm lo ee p et n ci 4 eD n . FG SS nl iu t D vl m n dV ri g ar o a f—ct n E/ L .0 3 T E U l E S T FC L A Y ao[B O]20 .H N V R lY O" A G R, i

算法[ B O]20 .国科技论文在线， ww ppr E/ L .06中 w .ae.

5 0

计算机技术与发展

第2 O卷

次类推。 表 1实验结果对比

该参数取值范围内的任意值，就没有充分利用该参这数取值的价值，就这一点还有很多方面值得研究和挖掘的，例如从该参数每个参数值的重要度即权重来研究，或从边界值来研究。另一个研究方向是因为很多

塞lab,b l (,) ( )(,

) (,) ab,cd} (,,) ( ) ab c,d} (, ) (,) ab,cd l (,,,d} ab e ( ) )

情况产生的测试用例集合中的一个测试用例中有多个参数的取值用“代替，于这些参数，以从其他而一”对可

非输入输出关系来研究原来不在同一组合关系的参数之间的关系-或则用两两组合覆盖扩张到部分三元 1¨,组合或者多元组合覆盖，些方面将是下一步的研究这和改进的方向。总之，改进后的算法有一定的优势，也还有很多扩展空间，这方面的研究还有广阔的前景。参考文献： []牛为华，建良，素文 .对测试中测试生成策略研究 1孟张成[]计算机仿真，0 32 ()11 1 . j. 20,07:1—15[] L i,T i u—C u g n a m t—odr A T s 2 e Yu a K o h n .I—p r e r r e: a e e t

上面的实验结果已经表明了，改进后的算法，有效地降低了测试用例集的大小，下面，理论证明改进算用法能够降低测试用例集合的大小。3 2理论证明 .

证明：假设一个待测系统 S UT的输入参数集合为{,, }根据定义 2和定义 3出的组合关 x,x2…,,得系集合中最大的集合大小为 M(≤ M≤ ) 1。根据 Io策略， P假设加入第 i个参数时，前~1个参数的测试用例集合 S上进行水平增长和垂直增长， 则有 l i≥ I H, S l S I则有在改进前 IO策略中， P当输入参数数目为 N时，产生的测试用例集为 S, 当输入参数数目为 M时，产生的测试用例集为 s, 2当有 N>M时，有 l 1≥ I 2l则 { 。 S S

G nrtnSrt yf Pi i" tg R]US D p.o eeao t e o a ws r i[ . A: et f i ag r r e e n sC mp tr c n e No t a o m tt iest, 0 1 o ue i c, rh C rl S aeUnv r i 2 0 . S e i y

【] Whtk A, hma nM A Ma o h nMoe f 3 iae J T o s G. r v i dlo tr o k C r Saiil ota e i[] E E T ascos nSf t sc f r T sn J .IE r a i o— tta S w e t g n tn o

tw r E g er g 9 4 2 1 ) 8 2 2 . a n i e n,19, ( 0: 1—8 4 e n i

[]王子元，宝文，长海 . 4徐聂组合测试用例生成技术[]计算 J.机科学与探索，O 826:7— 8 . 2 o,()5 1 58 []潘祖烈， 5孙乐昌，蔡铭， .于遗传算法的黑箱测试用等基例自动生成模型[]计算机工程，08 3 ()25 1 . J. 20,49:0—2 0

在改进后的待测系统 S T中， U由题设知道产生测试用例集合大小和输人参数个数为 M时产生的测试用例集合 S M相同。由于 M≤扎，根据上面结论则有 I M I l,l ≤ ,。 S S

[] R t r e G, t 6 oh m l Unc e hRH, h C egu, t IPi iz g C u hnyn e a r rin . o tiT s c s f R ge i e i[] A M T ascoso et ae o erso s r s nT sn J . C t g r at n n n i o t r n. e n t o￣,2 0, 7 1 ) 9 9— S f aeE g e— gMehdl y 0 1 2 (O: 2 w m o c9 8. 4

由此，可以知道改进后的算法通过实验和理论证明有效地降低了测试中测试用例集的大小。

[]荚 7

伟，高仲仪 .于遗传算法的软件结构测试数据生成基

技术研究[]北京航空航天大学学报，97 2 ( )3 J. 19,3 1:6—

4结束语文中主要研究在软件测试中测试用例集的生成， 主要是根据待测系统的输入输出关系，并将其应用于lo策略中用于测试用例集的生成。通过实验以及理 P

4 O.

[]向 8

渝，张

骏，汪文勇 .对测试中的一种用例生成算法成

[]电子科技大学学报，053 ()8 1 2 . J. 20,46:2—84

[]徐宝文， 9聂长海，史[0 1]朱

亮， .种基于组合测试的软件故等一

论证明文中在不降低测试用例集的检错能力情况下， 改进后的算法，能够有效地降低测试用例集合的大小。 由于文中改进的算法产生的测试用例集中，有很

障调试方法[]计算机学报，062 ()12 3 . j. 20,9 1:3—18 吉，建华 . )高】优先级参数配对组合测试集生成策略[] J.计算机工程， 0。4 1)3~3 . 2 8

3 (3:4 9 0 [1 1]张海藩 .件工程导论[ .软 M]北京：华大学出版社，03清 20 .

多参数的取值是“代替的，一”即表示该位置的取值为-

+ -+ .

一+

一+一+一+—+一卜-—+ -+ +

-+一 -一 -—一+卜+”卜斗

一+— —一 一一卜 -。—卜-。—卜—卜 ‘—卜

(接第 4上 6页 )e om .c . n

GP . fwaerc ie n mpe e t t n fisa q iiin a— S s t r e ev ra d i lm n a o o t c usto l o i

[]程佩青字信号处理[ . 2版 .京： 9数 Mj第北清华大学出版社，0 1 20.

grh wt n eunyet t nJ .ora o Suh oi m i f efqec i i[]Junl f ot— t hi r s mao es U ie i E g s dt n,0 8 2 ( )3 4 . a nvr t n lhE io )2 0,4 1:8— 1 t s y( i i

[0 Z uX ee, hnXy a, i i n . r ic r ds no 1] h uf C e i n L Zgg A c t t e ei f n u a he u g