本文關(guān)鍵詞：光載GPS一機多天線系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：基于GPS的姿態(tài)測量和變形監(jiān)測系統(tǒng)具有速度快、精度高、可連續(xù)工作等特點,已受到人們的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)GPS測量系統(tǒng)需用多根天線和多個接收機實現(xiàn)載波相位數(shù)據(jù)的采集和基線向量的解算,并且天線和接收機間采用電纜連接,因此損耗大、易受電磁干擾且費用高昂,嚴重限制了系統(tǒng)的測量范圍和測量精度。針對傳統(tǒng)測量結(jié)構(gòu)存在的這些問題,本文采用光纖代替電纜實現(xiàn)天線與接收機之間低損耗、抗電磁干擾的連接,構(gòu)建了一種光載GPS一機多天線系統(tǒng)。圍繞該系統(tǒng),本文對基線向量的解算原理、一機多天線接收機的設(shè)計、光載GPS系統(tǒng)的實現(xiàn)和相對硬件延時的監(jiān)測等關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。首先,對基線向量解算的基本原理進行了理論分析,重點分析了觀測方程的線性化、矩陣化,整周模糊度的固定算法等;然后借助于通用軟件無線電平臺,通過引入多個同步解算模塊,設(shè)計了一個一機多天線的接收機,避免了傳統(tǒng)“一機多天線系統(tǒng)”中信號切換引入的周跳,為基線向量的解算提供了直接的數(shù)據(jù)來源。其次,本文構(gòu)建了一個基于馬赫增德爾調(diào)制器的光載GPS系統(tǒng),并測量了在150m和2km長光纖下,2.25m、40m和110m左右長基線的長度變化情況;同時測量了零基線的三維坐標變化情況。對實驗結(jié)果進行分析表明:本文設(shè)計的光載GPS一機多天線系統(tǒng)能夠有效的解算出基線向量,并且基線向量水平方向、垂直方向和基線長度測量精度均達到毫米量級。最后,本文還構(gòu)建測試系統(tǒng)對光下變頻的光載GPS系統(tǒng)進行了研究,成功輸出了9.42MHz的GPS中頻信號,對2.25m長基線進行測量,測量誤差小至毫米級。另外本文利用本振信號在光纖中的雙向傳輸,實現(xiàn)了相對硬件延時的監(jiān)測模型,光纖長度變化精度控制在毫米級,為垂直方向測量精度的提高提供了理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：GPS 基線向量 光纖 一機多天線接收機 相對硬件延時監(jiān)測
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P228.4
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• abstract5-10
• 注釋表10-12
• 第一章 緒論12-17
• 1.1 課題研究背景與意義12-13
• 1.2 光載GPS的優(yōu)勢和關(guān)鍵問題13-15
• 1.3 本文的研究內(nèi)容和特色15-16
• 1.4 論文的組織結(jié)構(gòu)16-17
• 第二章 基線向量解算原理17-28
• 2.1 GPS信號與導航電文組成17-18
• 2.2 單點定位基本原理18-19
• 2.3 載波相位測量原理19-21
• 2.4 載波相位觀測方程線性化21-22
• 2.5 載波相位差分方程22-24
• 2.5.1 單差觀測方程22-23
• 2.5.2 雙差觀測方程23-24
• 2.5.3 三差觀測方程24
• 2.6 雙差觀測方程解算流程24-26
• 2.7 整周模糊度解算26-27
• 2.8 本章小結(jié)27-28
• 第三章 一機多天線接收機的設(shè)計28-40
• 3.1 軟件無線電平臺資源配置28-29
• 3.2 射頻前端模塊29-30
• 3.3 基帶信號處理模塊30-33
• 3.3.1 載波NCO模塊31
• 3.3.2 碼NCO模塊和偽距測量模塊31
• 3.3.3 復相位旋轉(zhuǎn)下變頻模塊31-32
• 3.3.4 衛(wèi)星CA碼產(chǎn)生模塊32
• 3.3.5 碼相關(guān)模塊32-33
• 3.3.6 幀同步解調(diào)模塊33
• 3.4 環(huán)路捕獲跟蹤和定位解算模塊33-37
• 3.5 一機多天線接收機結(jié)構(gòu)配置37-39
• 3.6 本章小結(jié)39-40
• 第四章 光載GPS系統(tǒng)原理與實驗分析40-53
• 4.1 直調(diào)激光器用于單點定位的分析40-42
• 4.1.1 激光器驅(qū)動電流與輸出光功率關(guān)系40-41
• 4.1.2 直調(diào)激光器響應(yīng)曲線41
• 4.1.3 直調(diào)激光器驅(qū)動電流與觀測衛(wèi)星數(shù)關(guān)系41-42
• 4.2 光載GPS系統(tǒng)的構(gòu)建42-46
• 4.2.1 MZM的調(diào)制原理分析42-44
• 4.2.2 光載GPS系統(tǒng)的原理44-45
• 4.2.3 放大器增益動態(tài)范圍分析45-46
• 4.3 實驗結(jié)果與分析46-52
• 4.3.1 短基線測量結(jié)果分析46-48
• 4.3.2 零基線測量結(jié)果分析48-50
• 4.3.3 基線向量水平和垂直方向測量精度分析50-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第五章 基于光下變頻的光載GPS系統(tǒng)和硬件延時監(jiān)測技術(shù)研究53-64
• 5.1 硬件延時監(jiān)測對測量精度的理論分析53-54
• 5.2 基于光下頻的光載GPS系統(tǒng)54-57
• 5.2.1 光下變頻和硬件延時監(jiān)測實驗原理54-55
• 5.2.2 GPS中頻信號產(chǎn)生原理分析55-57
• 5.3 系統(tǒng)鏈路性能分析57-60
• 5.3.1 系統(tǒng)鏈路性能仿真分析57-58
• 5.3.2 系統(tǒng)鏈路性能實驗分析58-60
• 5.3.3 光下變頻系統(tǒng)用于基線測量60
• 5.4 硬件延時監(jiān)測系統(tǒng)60-63
• 5.4.1 本振信號的輸出結(jié)果分析60-61
• 5.4.2 相對硬件延時監(jiān)測結(jié)果61-63
• 5.5 本章小結(jié)63-64
• 第六章 總結(jié)與展望64-66
• 參考文獻66-72
• 致謝72-73
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文73

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  本文關(guān)鍵詞：光載GPS一機多天線系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：452134