gps信号和其干扰的matlab仿真

a竹技2011年第24卷第5期 Electronic Sci．＆Tech．／May．15．201 1 GPS信号和其干扰的Matlab仿真 马 茹 ，胡建伟 ，杨立成 (1．西安电子科技大学电子工程学院，陕西西安710071；2．解放军总装备指挥技术学院光电装备系，北京 101416) 摘要 文中主要以Matlab为平台，对GPS信号的信号结构(数据信号，C／A码)、GPS的多种干扰方式进行仿 真，并分析了不同干扰的干信比与误码率关系。 关键词GPS；干扰方式；Matlab仿真 中图分类号TN911．4；P228．4 文献标识码A 文章编号1007—7820(2011)05—017—06 The Matlab Simulation of the GPS Signal and the Interference Ma Ru ，Hu Jianwei 。Yang Licheng (1．School of Electronic Engineering，Xidian University，Xi’an 7 1 007 1，China； 2．Department of Photoelectronic Equipment，The Academy of Equipment Command&Technology，Beijing 101416，China) Abstract This paper simulates the parameter of the GPS signal(data signal，C／A code)and the different in- terference s of GPS with Matlab as emulation mode．The relation between JNR and the BNR in different inter． ference s is analyzed． Keywords GPS；the interference s；Matlab simulation GPS接收系统最大的弱点是易受干扰性，目前，我 国的GPS在军用、民用领域应用范围日益扩大，在这方 面的研究工作也应加速进行。本文详细说明了利用 Matlab产生GPS信号，并对多种干扰进行仿真分析的过 程。为了对各种信号的干扰效果进行准确有效的分析， 搭建仿真平台进行仿真是必要的。将产生GPS并加不同 干扰分析其眭能的系统模块设计，如图1所示。 图1 GPS系统干扰误码率仿真模型 由于接收机同时收到多路信号，本文简单讨论单 路信号。设接收机所处理的信号的序号为1，则对 C／A码接收机，收到GPS信号可表示为l11 R(t)=2．／2riDl(t)CAl(t)COS(∞lt+ )+J(t)+N(t) (1) 式中，P为接收功率；D。(t)为数据信号；CA。( )为信号 收稿日期：2010一l1—25 作者简介：马茹(1986一)，女，硕士研究生。研究方向： 频通信干扰。 ——WWW． C／A码；J(t)和Ⅳ(f)分别是多址干扰信号和高斯噪声。 1 GPS卫星信号 假设每个导航数据包含30位 J，每位导航数据包 含20组C／A码(1 023位)，每组C／A码的周期为 1 ms，载频取L．=154 F=157 542 MHz，每位包含 1 540个载波。当每个载波按8个采样点计算时，每个 导航数据的仿真数据为30 x 20×1 023 x 1 540 x 8，由 于数据量太大，导致仿真速度太慢，从而无法仿真。 假设每个导航数据包含30位，而每个导航数据 只包含2个C／A码组，每个C／A码仅包含5个载波， 当每个载波按8个采样点计算时，每个导航数据的仿 真数据为30×2 x 1 023×5×8=2．455 2 MB。 1．1数据码信号 数据码是数值为的数据流。本文在编程实现数据 码时，以每个导航数据为基本发送单位，用Randn函 数产生长度为30 bit的数据源码d，如图2所示。 1．O O-8 O．6 0．4 一疆 一O．4 -0．6 -0馏 一1．O O 5 l0 l5 20 25 3O 扩 导航数 图2每个导航数据的源数据 dia1]ziR叫i。0rg—— 马茹，等-GPS信号和其干扰的MaⅡab仿真 数据信号信息码速率R =30，数据信号的功率谱 如图3所示。可以看出，频谱宽度约等于2R 60，基 本符合发送数据源码d( )的功率谱图的理论值。 图3数据信号的功率谱图 1．2 C／A码 (1)C／A码的产生。 C／A码是由m序列优选对组合形成的Gold码， 由两个10级反馈移位寄存器组合产生。图4为C／A 码产生原理图，其中的历元就是时刻，即接受卫星信 号的时刻。 G．发生器 图4 C／A码产生原理图 在1．023 MHz钟脉冲的驱动下，两个移位寄存器 分别产生码长为J7、r=2m一1=1 023，周期为Nt = 1 Ills的m序列G 和G 。它们的多项式分别为 』G-=l+ + 加 f，)、 l G，=1+ 。+ + 6+ + + 、- 必须指出，这时第二个移位寄存器的输出，不是 在该移位寄存器的最后一个存储单元，而是选择该移 位寄存器中某两个存储单元的输出进行模二相加后再 输出，由此可以得到一个与G (t)平移等价的m序列 G2 ；再将其与G (￡)进行模二相加，便可产生结构不 同的C／A码，亦称Gold码。由于G (t)的码元共有 1 023位，故G：( )可能有1 023种平移等价序列，这 些不同结构的伪随机码，称为一族或一组C／A码。 用pn=Golda(10)调用Golda函数，产生阶数为 l0的Gold序列pn，序列值一1，1分别对应了“0”码 元和“1”码元。取前100个码片，如图5所示。 馨 0 1O 2O 3O 40 5O 6O 70 80 90 100 pn 图5 C／A码pn (2)C／A码的性质验证。 1)相关函数特性验证。 本程序生成的Gold序列的自相关图如图6所示。 l 200 1 000 800 600 瞽40o 200 O 一2OO l · L 图6 C／A码的自相关特性 图6验证了关于Gold码的自相关特性的结论。 C／A码中的Gold码的n：10，取偶数，除了．r=0时 有尖锐的自相关峰值，其他时刻，相关函数值为 n+2 n‘2 —1—2丁=一65，一1和一1+2丁=63。只在图上标 了3个点的坐标，可以很明显地看出生成的C／A码 符合自相关特性。 2)平衡Gold码特性验证。 平衡的Gold序列中的一个周期内“l”码元数比“0” 码元数仅多一个，即要求这里，序列中值为“1”的码应 该要比值为“一1”的码多一个，才符合平衡码的要求。 对C／A码求和，得出sum(pn)=1，可以验证生成的 C／A码符合平衡特性。具体操作如图7所示。 18———————一WWW．dianzike_ji．ory 图7 C／A码的平衡特性 ●O O o O 加 马茹，等：GPS信号和其干扰的Matlab仿真 1．3 GPS信号的频谱分析 导航数据用daohang—d=kron(d，ones(1，2 1 023))产生每字对应2组C／A码，用p