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北斗导航接收机捕获技术研究与设计

作　者: 林嵩
导　师: 欧钢; 石江宏
学　校: 厦门大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 北斗二代卫星导航系统 定长相干积分遍历/非遍历 并行码相位搜索 精频捕获 频域插值 汉宁窗
分类号: TN965.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


随着北斗二代卫星导航系统的成功组网并投入使用,对能够支持北斗二代卫星导航系统的用户端导航定位设备的研发需求也日益迫切。由于北斗二代卫星导航系统的B1信号中引入了二次编码调制技术,在提高互相关性能的同时也给卫星信号的捕获方法带来了挑战,NH码的调制使得每间隔1ms就有可能产生符号位跳变,这就限制了B1信号的相干积分时长,严重影响了北斗二代卫星B1信号的捕获性能,因此本文应用了定长相干积分遍历/非遍历的并行码相位搜索的粗捕获算法,实现了对北斗二代卫星B1信号的长时间相干积分捕获,提高了B1信号的捕获性能。粗捕获得到的载波频率估计精度通常无法满足跟踪环路的要求,需进行精细频率捕获,本文针对B1信号的特点,提出基于频域插值的载波频率估计算法,在粗捕获之后,对B1信号进行精频捕获,改善载波频率估计精度。本文首先对北斗二代卫星B1信号的结构进行分析,针对NH码的自身特点设计了定长相干积分遍历的并行码相位搜索算法,然后对该算法进行了仿真,仿真结果验证了该算法的正确性,在相干积分长度为4ms的情况下,可以捕获载噪比为37dB·Hz的B1信号。接着针对该算法计算量较大的缺点进行了改进,提出了定长相干积分非遍历的并行码相位搜索算法,以牺牲一定的捕获性能为代价减小计算量,并仿真了不同搜索次数算法在最差情况下的捕获性能。其次,粗捕获得到的载波多普勒频率精度较低,需要进行精频捕获,针对B1信号的精频捕获问题,本文提出基于频域插值的载波频率估计算法,并对该算法进行仿真,仿真结果显示该算法成功改善了低信噪比环境下载波多普勒频率的估计精度。本文还使用模拟器产生的B1信号对基于频域插值的载波频率估计算法进行测试,验证该算法对于改善低信噪比环境下载波频率估计精度的有效性。最后本文对于定长相干积分20次搜索遍历/10次搜索非遍历的并行码相位搜索的粗捕获算法在FPGA平台上进行了硬件实现,并使用了三个不同场景的真实北斗二代卫星B1信号进行测试,验证了硬件实现的正确性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
Contents  10-13
第一章 绪论  13-21
  1.1 北斗卫星导航系统简介  13-16
    1.1.1 北斗一代卫星定位系统  13-14
    1.1.2 北斗二代卫星导航系统  14
    1.1.3 北斗二代卫星导航系统系统组成  14-15
    1.1.4 导航接收机组成  15-16
  1.2 课题产生背景及国内外研究现状  16-19
    1.2.1 课题的产生背景  16-17
    1.2.2 国内外研究现状  17-19
  1.3 本文研究的主要内容  19-20
  1.4 本文的基本结构  20-21
第二章 北斗二代卫星B1信号粗捕获算法  21-50
  2.1 北斗二代卫星B1信号结构  21-24
  2.2 卫星信号捕获原理与算法  24-36
    2.2.1 卫星信号的捕获原理  24-27
    2.2.2 并行码相位搜索算法  27-29
    2.2.3 其他捕获算法  29-32
    2.2.4 提高信噪比的方法  32-36
  2.3 基于DFT的数据累加方法  36-38
  2.4 遍历/非遍历搜索算法  38-41
  2.5 性能仿真  41-49
  2.6 本章小结  49-50
第三章 北斗二代卫星B1信号载波频率估计算法  50-74
  3.1 精频捕获的基本算法  50-54
    3.1.1 基于FFT的频率搜索算法  50
    3.1.2 缩小步长二分搜索算法  50-52
    3.1.3 相位检测算法  52
    3.1.4 数值逼近算法  52-53
    3.1.5 频偏比特边界联合估计算法  53-54
  3.2 基于频域插值的载波频率估计算法  54-66
    3.2.1 符号位跳变消除  55-56
    3.2.2 MRife频域插值算法  56-60
    3.2.3 最小旁瓣窗  60-63
    3.2.4 频域加窗插值算法  63-66
  3.3 改进的北斗卫星信号的载波频率估计算法的性能仿真  66-71
  3.4 实际信号测试  71-73
  3.5 本章小结  73-74
第四章 北斗二代导航接收机捕获模块的设计与实现  74-90
  4.1 北斗二代卫星导航接收机FPGA验证平台介绍  74-77
    4.1.1 FPGA简介与设计流程介绍  74-76
    4.1.2 双模导航基带信号处理的FPGA验证平台介绍  76-77
  4.2 北斗二代卫星B1信号捕获模块硬件设计  77-83
  4.3 硬件验证平台  83-84
  4.4 实验与分析  84-89
  4.5 本章小结  89-90
第五章 结论  90-92
  5.1 全文总结及主要贡献  90-91
  5.2 未来的研究方向  91-92
参考文献  92-95
致谢  95-96
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目  96

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电导航 > 导航设备、导航台 > 接收设备
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