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GNSS软件接收机信号仿真及捕获

作　者: 宋其聪
导　师: 罗志清
学　校: 昆明理工大学
专　业: 测绘工程
关键词: 卫星导航系统 北斗卫星信号 中频信号 信号捕获 仿真软件
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


开发现代的GNSS接收机中,应用软件定义的无线电技术代表了演变过程中的一个阶段。与用专用的集成电路的传统接收机相反,软件无线电通过可编程微处理器或数字信号处理器实现所有的数字信号处理。它将硬件中的模拟信号环境条件与软件中的数字信号处理分离独立开来,导致了很明显的优点,如：多模化、多系统、多传感器、测试和质量控制及软件开发的持续进行。这种信号处理方法在GNSS情况下显得特别重要。软件接收机是一种变得越来越重要的设计理念。实际的软件接收机,处理有限的带宽的信号,选择连续频带的子带,用现有的技术以软件接收机加以实现。GNSS软件接收机的关键技术包括对卫星信号的捕获和跟踪技术,为了能够跟踪卫星信号并进行信息解码,就必须先用捕获程序来监测信号的存在。一旦检测到,就必须取得一些必要参数,传送给跟踪程序,再由跟踪程序得到如导航电文这样的有用信息。由此可见信号捕获在研究GNSS软件接收机过程中至关重要。本文首先介绍了三种常用的卫星导航系统的概况和主要特点,并重点分析了各卫星导航系统的信号结构和调制方式。从基础的二进制随机序列入手,介绍了M码和GOLD码的生成机理,引出了GPS卫星的C/A码分配规定。这项工作完成之后又介绍了卫星信号的调制原理,从简单的BPSK,到后来的BOC从原理入手,介绍了各自的特点,及应用范围,并在Simulink环境下做了仿真。其次介绍信号处理方法的基础上说明了对卫星高频信号的主要处理手段,包括采样和量化等。最后,基于上述信号处理完成,本文开始讨论导航卫星软件接收机三种比较常用的捕获方法：串行捕获、并行频域捕获和并行码相位捕获。通过M语言实现了上述三种方法,并以实际采集的GPS中频信号为例,对较优的并行码相位方法进行验证。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-11
  1.1 选题背景  8
  1.2 国内外研究现状  8-10
  1.3 本课题的研究内容与章节安排  10-11
第二章 卫星导航系统简介  11-28
  2.1 GPS卫星导航系统  11-15
    2.1.1 系统发展简介  11
    2.1.2 GPS卫星播发的信号  11-14
    2.1.3 GPS播发的信号  14-15
  2.2 俄罗斯GLONASS系统  15-17
    2.2.1 系统介绍  15-16
    2.2.2 卫星信号组成  16-17
  2.3 中国北斗卫星导航系统  17-23
    2.3.1 系统概述  17-19
    2.3.2 B1信号规范  19-20
    2.3.3 B1频点测距码  20-23
  2.4 欧洲Galileo卫星导航系统  23-28
    2.4.1 系统概述  23-24
    2.4.2 Galileo卫星导航系统信号  24-28
第三章 载波调制的数字传输  28-34
  3.1 数字载波调制原理  28
  3.2 相移键控  28-31
    3.2.1 PSK调制原理介绍  28-29
    3.2.2 BPSK调制举例  29
    3.2.3 BPSK的Simulink仿真  29-31
  3.3 BOC调制  31-33
    3.3.1 BOC调制机理  31-32
    3.3.2 BOC调制仿真  32-33
  3.4 本章小结  33-34
第四章 软件接收机前端及采样  34-46
  4.1 GNSS接收机概况  34-35
  4.2 软件GNSS接收机前端  35-40
    4.2.1 GNSS天线  36-37
    4.2.2 滤波器  37-38
    4.2.3 放大器  38
    4.2.4 混频器/本地振荡器  38-39
    4.2.5 模数转换器  39-40
  4.3 采样频率  40-45
    4.3.1 实数数据的采样频率和频带折叠  40-42
    4.3.2 BPSK信号的采样  42-43
    4.3.3 中频采样文件格式  43-45
  4.4 本章小结  45-46
第五章 中频GPS信号捕获算法研究  46-56
  5.1 信号捕获的基本概念及原理  46-48
    5.1.1 信号捕获的基本概念  46-47
    5.1.2 GPS信号捕获的原理  47-48
  5.2 捕获方法概述  48-54
    5.2.1 串行捕获  48-50
    5.2.2 并行频率捕获  50-52
    5.2.3 并行码相位捕获  52-54
  5.3 捕获若干问题讨论  54-55
  5.4 本章小结  55-56
第六章 中频GPS信号捕获算法的仿真实现  56-66
  6.1 数据的读取  56-57
    6.1.1 打开文件  56
    6.1.2 读二进制数据  56-57
    6.1.3 具体命令及plotxz命令绘图结果  57
  6.2 中频数字信号采集器简介  57-58
  6.3 本地C/A码的产生原理及仿真  58-62
  6.4 中频GPS信号的捕获  62-65
  6.5 本章小结  65-66
第七章 总结与展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
附录A：攻读硕士学位期间发表的学术论文  72-74

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 大地测量学 > 卫星大地测量与空间大地测量 > 全球定位系统（GPS）
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