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软件卫星接收机技术及实验研究

作　者: 奚芳华
导　师: 何云峰
学　校: 南京理工大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 软件接收机捕获跟踪算法优化滤波
分类号: TN965.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着硬件卫星接收机技术的日益成熟,目前导航定位接收机的研究热点逐渐转移到了软件卫星接收机,而随着我国北斗二号卫星的成功建设,掌握拥有自主知识产权的接收机核心技术也势在必行。软件卫星接收机除了能实现硬件卫星接收机的常用功能,还能为商业硬件接收机的开发和性能优化作研发依据,因此,对软件接收机的关键技术进行优化设计作为一项基础知识的研究,有着一定的应用前景。本论文在简要介绍了卫星导航定位的原理后,对软件卫星接收机的关键技术进行了详细的分析,比较了经典热门算法,并在此基础上进行了优化。主要分析和优化了捕获环节和跟踪环节的算法：总结了串行搜索法、并行搜索法等的优缺点,并且将比特分割算法与差分相关算法进行了更好的组合,能针对微弱信号进行良好的捕获；总结了码跟踪和载波跟踪的原理,针对载波跟踪的环路滤波器进行了分析设计,并且通过仿真分析,验证了加入惯性辅助和卡尔曼滤波技术的载波环具有良好的动态跟踪效果。最后,使用了通用的高性能的接收机芯片MAX2769和带有微处理器的USB芯片CY7C68013,对接收机中的硬件部分——中频前端进行了合理设计。分别进行了静态和动态实验,采集了中频数据,使用优化的算法对中频数据进行处理,并与高精度的硬件接收机输出数据进行对比,验证了算法的可行性；在对定位数据进行滤波处理后,可得出符合用户精度需求的位置信息。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 软件卫星接收机的研究背景及意义  7-9
  1.2 发展现状  9-12
  1.3 研究内容及论文组织结构  12-13
2 GNSS原理及其信号结构特征  13-24
  2.1 GPS概述及定位原理  13-14
  2.2 坐标转换  14-17
    2.2.1 球面坐标至直角坐标的转换  16
    2.2.2 直角坐标至球面坐标的转换  16-17
  2.3 信号特征  17-23
    2.3.1 GPS信号特点  17-21
    2.3.2 GLONASS、Galileo与GPS  21-22
    2.3.3 Compass  22-23
  2.4 本章小节  23-24
3 软件卫星接收机结构分析  24-31
  3.1 软件卫星接收机总体框架及方案设计  24-25
  3.2 接收机前端指标设计  25-30
    3.2.1 天线  26-28
    3.2.2 滤波器  28
    3.2.3 前置放大器  28
    3.2.4 下变频器  28-29
    3.2.5 A/D转换  29-30
  3.3 本章小结  30-31
4 软件卫星接收机关键算法研究及优化  31-66
  4.1 非理想环境捕获技术研究  31-40
    4.1.1 捕获原理  31-32
    4.1.2 常用方法  32-34
    4.1.3 高灵敏度捕获算法研究及实验验证  34-38
    4.1.4 捕获阈值设置  38-40
  4.2 跟踪辅助技术研究  40-55
    4.2.1 跟踪环路原理概述  41-43
    4.2.2 锁相环原理概述  43-44
    4.2.3 二阶载波跟踪环路滤波器  44-45
    4.2.4 三阶载波跟踪环路滤波器  45-46
    4.2.5 科斯塔斯载波跟踪环路  46-48
    4.2.6 IMU辅助载波跟踪环路性能分析  48-49
    4.2.7 卡尔曼辅助载波跟踪环路性能分析  49-51
    4.2.8 各环路性能比较  51-52
    4.2.9 跟踪环路跟踪结果  52-55
  4.3 位置解算  55-65
    4.3.1 数据同步  56-57
    4.3.2 星历提取  57-59
    4.3.3 伪距计算  59-60
    4.3.4 卫星位置计算  60-61
    4.3.5 接收机位置计算  61-63
    4.3.6 坐标转换  63
    4.3.7 定位数据处理  63-65
  4.4 本章小结  65-66
5 接收机硬件设计及实验研究  66-78
  5.1 接收机前端硬件设计  66-74
    5.1.1 接收机前端硬件设计  66-73
    5.1.2 真实GPS信号定位解算  73-74
  5.2 真实卫星信号采集及数据处理  74-77
    5.2.1 静态实验  74-75
    5.2.2 动态实验  75-77
  5.3 本章小结  77-78
6 结论与展望  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-84
附录  84

软件卫星接收机技术及实验研究

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