全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一個國家綜合國力和科技實力的體現(xiàn),是促進經(jīng)濟社會快速發(fā)展、保障國家安全必不可少的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。歐美俄日等經(jīng)濟大國和軍事強國都在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)上進行了大量的研發(fā)投入,我國也已正式啟動自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。最能直觀反映衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用價值的是導(dǎo)航接收機,接收機中基帶信號處理模塊的重點是擴頻碼的同步與跟蹤,因此研究北斗衛(wèi)星信號的捕獲對于提升接收機工作性能和我國未來衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)的發(fā)展有著迫切而現(xiàn)實的意義。面對世界各國日趨激烈的競爭形勢和國際范圍越來越復(fù)雜的無線電環(huán)境,如何實現(xiàn)對北斗衛(wèi)星信號快速精準的捕獲是首要解決的問題。目前發(fā)展較為成熟、常用的算法有時域串行捕獲算法、匹配濾波器捕獲算法和基于FFT的偽碼并行捕獲算法。本文通過比較分析上述三種算法的優(yōu)缺點,選擇以基于FFT的偽碼并行捕獲算法作為研究對象,并對其提出改進意見,以達到在確保捕獲精度的前提下進一步提高捕獲速度的目的,最終在FPGA上實現(xiàn)改進算法。主要工作表現(xiàn)為以下方面:首先研究了北斗二號衛(wèi)星信號的結(jié)構(gòu)和特性,重點理解了載波、測距碼和導(dǎo)航電文的結(jié)構(gòu)和生成。其次研究了三種常用捕獲算法的原理及特點,針對基于FFT的偽碼并行捕獲算法提出混頻前端抽取和積分累加相結(jié)合的改進意見:先對采樣數(shù)據(jù)進行抽取,將FFT計算點數(shù)下降為原來的1/5,以減少FFT運算量,再在平方檢波前,將做完IFFT的數(shù)據(jù)結(jié)果進行周期積分累加,降低系統(tǒng)復(fù)雜度。然后在MATLAB軟件平臺上對傳統(tǒng)的FFT偽碼并行算法和改進算法進行仿真驗證。最后采用Altera公司的EP4CE30F23C8芯片,使用Quartus Ⅱ中的Qsys構(gòu)建基于Nios II的SOPC系統(tǒng),在硬件上實現(xiàn)北斗衛(wèi)星信號的并行捕獲,并將捕獲結(jié)果顯示在LCD1602上,驗證改進算法的正確性和可行性。
【學位單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN967.1;TN791
【部分圖文】：

獲算法法是一種經(jīng)典的捕獲算法，該算法原理簡單、耗原理框圖如圖 3-5 所示。衛(wèi)星信號在經(jīng)過天線波器、AD 采樣后，得到的數(shù)字中頻信號進入到地載波發(fā)生器在確定的一段頻率范圍內(nèi)，按照某從第一頻段開始，滑動本地偽碼，依次做對應(yīng)該積分，然后調(diào)整到下一頻段，搜索直至遍歷了所對所有相關(guān)積分結(jié)果做閾值判斷。如果相關(guān)峰值，并記錄下峰值所對應(yīng)的碼相位和頻率。否則，碼和本地假設(shè)的衛(wèi)星信號偽碼不匹配，控制邏輯 ( )2I 1L

0( ) ( ) ( ) ( )= = +nx n y n x n y m n ( ) = ( ) ( )xyr m x n y n[0, 1, 2, …, N-1]， 表示循環(huán)卷積運算符。的卷積等效于頻域的乘積，故對式(3-31)兩邊同時做 FFT 變換( ) ( ) ( ) ( ) ( ) R k = X k Y k =X k Y k 上述結(jié)果進行傅里葉逆變換（IFFT）：r ( m ) = IFFT ( FFT ( y ( n )) CONJ ( FFT ( x ( n ))))所得結(jié)果逐個求模，即得到接收信號與本地參考信號的相關(guān)判斷，該算法的實現(xiàn)原理如圖 3-7 所示。星 B1 頻段 I 支路測距碼碼速率是 2.046Mcps，顯然，這種算個頻率點需尋找 2046 次碼相位操作變?yōu)橹恍鑸?zhí)行兩次 FFT， IFFT 運算，便可以得到相關(guān)數(shù)據(jù)，運算步驟得到有效地減少程度上得到了提高。FFTI(t)⊕IFFT 輸2

而達到減輕硬件資源消耗過大的目的，也可以進一步提高速度，使其適更多的場景。5.2 混頻前端抽取 FFT 偽碼并行捕獲算法基于上述原因，本文采用一種混頻前端抽取 FFT 偽碼并行捕獲的方法，影響頻率分辨率的前提下，通過減少采樣數(shù)據(jù)來換取速度的提升。改進算核心思想是在對采樣數(shù)據(jù)進行混頻之前對其進行抽取，通過降采樣的方式數(shù)據(jù)的點數(shù)，這樣能夠極大的減少后面 FFT 的運算量。其原理框圖如圖 3示。輸入信號 11.999MHz采樣FFTI(t)⊕IFFT 抽取 輸出2
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本文編號：2848665