hiện ở miền thời gian (thông thường) hay miền tần số
(nhận biết nhanh – rapid acquisition).
Nhận biết tín hiệu GPS là quá trình tìm kiếm.
Giống như bám tín hiệu, quá trình nhận biết cũng cần bản sao của cả mã và sóng mang, nghĩa là cần có sự phù hợp theo 2 chiều.
Chiều khoảng cách: gắn với bản sao mã
Chiều Doppler: gắn với bản sao sóng mang
Quá trình tìm kiếm luôn bắt đầu với mã C/A cho dù là bộ thu C/A hay bộ thu P(Y).
Nhận biết tín hiệu
Khởi đầu của tìm kiếm mã C/A luôn liên quan đến 1023 trạng thái mã của bản sao mã trong chiều khoảng cách.
Tính không chắc chắn của giá trị khởi tạo (pha mã và Doppler) làm cho không gian tìm kiếm tăng và làm tăng thời gian tìm kiếm. => cần phải có tiêu chí để xác định điểm dừng quá trình tìm kiếm đối với 1 vệ tinh nào đó để chuyển sang tìm kiếm với 1 vệ tinh khác.
Mẫu tìm kiếm mã C/A gồm 2 chiều gọi là code bin (pha mã) và Doppler bin (Doppler)
Nhận biết tín hiệu
Ví dụ: Quá trình tìm kiếm mã C/A được thực hiện với toàn bộ 1023 pha mã.
Cell là kết hợp của 1 code bin và 1 Doppler bin.
Pha mã được tìm kiếm sẽ tăng với code bin là ½ chip;
Mỗi Doppler bin cỡ khoảng 2/(3T) Hz, với T là thời gian tích phân tín hiệu (dwell time) trong mỗi cell. T có thể thay đổi trong khoảng thời gian 1ms (Doppler bin ~667Hz) với tín hiệu khỏe, tới 10ms (Doppler bin ~67Hz) với tín hiệu yếu.
Tín hiệu khoẻ hay yếu biểu hiện bằng tỷ số C/N0, mà tỷ số C/N0 chỉ đo được sau khi tín hiệu đã được nhận biết.
Giá trị khởi tạo của Doppler thường là 0 do không thể ước lượng trước giá trị Doppler từ thông tin về vị trí của máy thu hay quỹ đạo vệ tinh.
Nhận biết tín hiệu
Thời gian tích phân T sẽ càng tăng khi tỷ số C/N0 thấp.
Trong thời gian tích phân T (dwell time), các tín hiệu I và Q được tích phân và hạ tần, đường bao tín hiệu = sqrt(I2 + Q2) được tính toán và ước lượng, rồi so sánh với mức ngưỡng để xác định tín hiệu đến từ vệ tinh
nào.
Xác định tín hiệu là quá trình thống kê bởi vì mỗi cell chứa nhiễu mà không có tín hiệu hay có nhiễu và có cả tín hiệu. Mỗi trường hợp như vậy đều có hàm mật độ xác suất riêng.
Nhận biết tín hiệu
Các hàm pdf dùng cho quyết định nhị phân, Vt là mức ngưỡng Đường bao cell bằng hay lớn hơn mức ngưỡng thì coi như có
Hai loại thống kê được quan tâm nhất là xác suất phát hiện Pd (probability of detection) và xác suất phát hiện nhầm Pfa (probability of false alarm).
Nhận biết tín hiệu
Tính toán các hàm phân bố xác xuất với giả thiết I và Q có phân bố Gausian, đường bao sqrt(I2 + Q2), như vậy
ps(z) có phân bố Ricean. Nhận biết tín hiệu
Với z ≥ 0, đường bao có thể biểu diễn dưới dạng predetection SNR, ký hiệu C/N:
Nhận biết tín hiệu
Trường hợp không có tín hiệu, A = 0, pn(z) có phân bố Rayleigh và được định nghĩa như sau:
Thực hiện tích phân thu được:
Nhận biết tín hiệu
Vậy mức ngưỡng tính theo xác suất phát hiện nhầm Pfa (probability of false alarm) và 1-sigma công suất nhiễu đo được là:
Ví dụ:
Nếu muốn có Pfa = 16% thì
Vậy xác suất phát hiện Pd được tính theo tỷ số C/N0, thời gian tích phân T và công suất nhiễu chuẩn hóa σn = 1
Nhận biết tín hiệu
Vậy xác suất phát hiện Pd được tính theo tỷ số C/N0, thời gian tích phân T và công suất nhiễu chuẩn hóa σn = 1, kết quả ở bảng dưới đây:
Nhận biết tín hiệu
Thuật toán tìm kiếm: tìm kiếm tuần tự thời gian tích phân thay đổi (Tong search detector)
Các thuật toán tìm kiếm được thực hiện bởi khối xử lý băng gốc.
Đặc điểm của Tong detector:
Khá đơn giản, thực hiện bằng bộ tương quan và phần cứng tiền xử lý với các tham số được lập trình bởi khối xử lý băng gốc.
Tính toán không quá phức tạp, phát hiện tín hiệu tốt với C/N0 = 25dB-Hz trở lên
Khá tối ưu so với các thuật toán tìm kiếm khác như maximum- likehood.
Nhận biết tín hiệu
Thuật toán tìm kiếm mã tuần tự TONG
Nhận biết tín hiệu
Trình tự khởi tạo hoạt động của bộ thu phụ thuộc vào thiết kế bộ thu.
Thông thường, hoạt động đầu tiên của bộ thu là chọn các vệ tinh và bắt đầu quá trình tìm kiếm với các vệ tinh đã chọn; Vấn đề là làm sao để nhanh chóng nhận biết được vệ tinh đã chọn.
3 yếu tố để chọn vệ tinh phù hợp trong tầm nhìn là:
Almanac mới nhất;
Ước lượng thô về vị trí và vận tốc của bộ thu;
Ước lượng thời gian GPS ở bộ thu;
Nếu không biết một trong 3 yếu tố trên thì bộ thu phải thực hiện sky search;