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新一代GPS机理及应用仿真研究
作 者: 周帆
导 师: 冯永新
学 校: 沈阳理工大学
专 业: 计算机技术
关键词: 卫星导航信号 同步 PVT解算 软件接收机
分类号: P228.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 21次
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内容摘要
全球定位系统GPS是美国的第三大航天工程,是一种先进的天基导航系统,具有全球、全天候、实时连续导航定位的能力,其在民用、军用领域的作用无可替代。考虑到传统GPS系统抗干扰能力相对较低、军民频段易相互干扰、可扩展性不高等缺点,美国启动了GPS现代化进程,新一代GPS卫星导航系统应运而生。该系统中的扩频伪码信号周期更长,提升了系统的抗干扰能力;新增设了时分数据调制(TDDM, Time Division Data Modulation)、二进制偏移载波调制(BOC, Binary Offset Carrier)实现了军民信号频段共享;新增设了L4、L5频段,进一步提高了导航定位精度。但与此同时,新一代GPS卫星导航系统中导航信号机理的变化,也给相应的接收技术提出了极大地挑战。为此,本文在分析新一代GPS卫星导航信号机理的基础上,进一步对新一代GPS接收机的关键技术进行了研究。研究中,完成了对C/A码、P(Y)码、M码、L5测距码、DS+BPSK调制信号、TDDM+BOC调制信号的特性分析;在分析了传统GPS卫星导航信号的捕获、跟踪算法的基础上,建立了适用于P码BOC调制信号、TDDM+BOC调制信号的捕获、跟踪算法模型;设计并仿真了基于卡尔曼滤波估计、最小二乘迭代估计的PVT解算算法,进而完成了分析与评估。进一步,为了验证对新一代GPS卫星导航信号机理特性分析的正确性,以及针对新一代GPS卫星导航信号所提出的同步算法的时效性、合理性,依据三种不同的GPS软件接收机模式,完成了从导航信号、预处理、捕获、跟踪、解调等环节的仿真与测试。最后,采用HLA/RTI对新一代GPS系统进行了通信集成设计与仿真,并以STK为仿真工具,对新一代GPS导航系统的星座、轨道、信道、接收机应用平台进行了建模与仿真。
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全文目录
摘要 6-7 Abstract 7-11 第1章 绪论 11-18 1.1 课题背景与意义 11-12 1.2 国内外研究现状分析 12-16 1.2.1 卫星导航系统 12-13 1.2.2 接收机关键技术 13-14 1.2.3 接收机应用平台 14-15 1.2.4 分布式仿真技术 15-16 1.3 论文结构 16-18 第2章 新一代GPS卫星导航信号机理 18-35 2.1 扩频伪码信号 19-26 2.1.1 C/A码 19-21 2.1.2 P(Y)码 21-24 2.1.3 M码 24-25 2.1.4 L5测距码 25-26 2.2 调制技术 26-32 2.2.1 DS+BPSK调制 26-27 2.2.2 TDDM+BOC调制 27-32 2.3 工作频段 32-34 2.4 本章小结 34-35 第3章 新一代GPS接收机关键技术研究 35-59 3.1 导航信号同步方法研究 35-49 3.1.1 导航信号捕获方法研究 35-41 3.1.2 导航信号跟踪方法研究 41-49 3.2 导航电文PVT解算方法研究 49-58 3.2.1 导航电文PVT解算基本原理 49-51 3.2.2 最小二乘迭代估计算法分析 51-54 3.2.3 卡尔曼滤波估计算法实现 54-58 3.3 本章小结 58-59 第4章 新一代GPS软件接收机设计与仿真 59-73 4.1 基于C/A码、BPSK调制的软件接收机仿真 59-65 4.1.1 软件接收机总体设计 59-62 4.1.2 软件接收机仿真实现 62-65 4.1.3 仿真结果分析 65 4.2 基于P码、BOC调制的软件接收机仿真 65-68 4.2.1 软件接收机总体设计 65-66 4.2.2 软件接收机仿真实现 66-67 4.2.3 仿真结果分析 67-68 4.3 基于BOC(10,5)、TDDM调制的软件接收机仿真 68-72 4.3.1 软件接收机总体设计 68-69 4.3.2 软件接收机仿真实现 69-71 4.3.3 仿真结果分析 71-72 4.4 本章小结 72-73 第5章 新一代GPS通信集成仿真系统设计与实现 73-78 5.1 基于类成员的分布式通信集成仿真系统总体设计 73-74 5.2 综合视景仿真 74-77 5.2.1 新一代GPS导航系统星座设计 74-75 5.2.2 卫星轨道视景 75 5.2.3 信道视景 75-76 5.2.4 接收机应用平台视景 76-77 5.3 本章小结 77-78 结论 78-79 参考文献 79-82 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 82-83 致谢 83
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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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