【摘要】：隨著我國(guó)自主研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng),用戶端接收機(jī)的性能不斷提高,但是目前,導(dǎo)航接收機(jī)仍然存在諸多技術(shù)難點(diǎn),還沒有取得突破性進(jìn)展,這給北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用產(chǎn)生巨大的影響。因此,提高接收機(jī)性能的研究迫在眉睫。接收機(jī)按其功能劃分,主要分為三個(gè)部分:前端的射頻處理、基帶數(shù)字信號(hào)的處理和最后的定位解算,目前的研究熱點(diǎn)為基帶信號(hào)處理部分,分為信號(hào)的捕獲和跟蹤,其中,信號(hào)的捕獲是基帶信號(hào)處理的首要步驟,其性能直接影響后續(xù)跟蹤的精度和速度,因此,開展信號(hào)捕獲的深入研究,提高捕獲過程的性能顯得尤為重要。本文主要研究北斗接收機(jī)基帶信號(hào)處理中的捕獲算法,改進(jìn)現(xiàn)有的捕獲算法,縮短捕獲時(shí)間,提高捕獲效率,為加快整個(gè)接收機(jī)的工作進(jìn)程做貢獻(xiàn)。在北斗信號(hào)設(shè)計(jì)之初,為了提高衛(wèi)星信號(hào)間的相關(guān)性,提高窄帶抗干擾能力,采用主碼加二次編碼的方式調(diào)制信號(hào),但是由于二次編碼可能會(huì)出現(xiàn)位翻轉(zhuǎn)使得捕獲峰值降低,導(dǎo)致不能有效的捕獲信號(hào),同時(shí),在信號(hào)采樣過程中遵循傳統(tǒng)的奈奎斯特采樣定理,采樣率高,數(shù)據(jù)量大,嚴(yán)重影響接收機(jī)的性能,因此針對(duì)二次編碼帶來相關(guān)峰值損失和計(jì)算復(fù)雜度高的問題,分別提出兩種改進(jìn)的捕獲算法:(1)新型的FFT并行捕獲算法。算法首先假設(shè)無位翻轉(zhuǎn)的情況,采用并行碼相位搜索的方法,對(duì)接收信號(hào)和本地信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算,得到相關(guān)結(jié)果;而后針對(duì)存在位翻轉(zhuǎn)的情況對(duì)接收信號(hào)和本地信號(hào)進(jìn)行改進(jìn),再進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算;最后將兩次相關(guān)運(yùn)算得到的結(jié)果相干合成,得到最大的相關(guān)峰值,以此來解決由于位翻轉(zhuǎn)帶來的相干累積峰值被削弱的問題;此外改進(jìn)算法還將快速傅里葉變換進(jìn)行分段運(yùn)算進(jìn)一步降低整體計(jì)算量。(2)基于壓縮感知的捕獲算法。衛(wèi)星信號(hào)的捕獲過程需要一定的硬件資源,且消耗時(shí)間,為了節(jié)約硬件資源,減少成本,同時(shí)為了去除量測(cè)噪聲,得到更為準(zhǔn)確地估計(jì)值,本文提出一種基于卡爾曼濾波的壓縮感知衛(wèi)星信號(hào)捕獲算法。首先,分析北斗衛(wèi)星信號(hào)的稀疏性,構(gòu)造稀疏變換矩陣,選擇觀測(cè)矩陣進(jìn)行觀測(cè);其次,在信號(hào)重構(gòu)階段引入Kalman濾波,每次迭代都獲得最佳信號(hào)估計(jì),同時(shí)采用弱匹配的方式篩選有效信息,剔除冗余信息。最后得到碼相位和頻率的準(zhǔn)確估計(jì)值。對(duì)上述算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,從計(jì)算復(fù)雜度、積分時(shí)間和捕獲性能等方面進(jìn)行對(duì)比,分析可得:本文提出的兩種算法對(duì)比傳統(tǒng)的捕獲算法都有所改進(jìn),能有效地運(yùn)用到捕獲過程中。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN967.1
【圖文】：

第二章 導(dǎo)航系統(tǒng)定位原理及接收機(jī)原理詳細(xì)介紹北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位原理，其次概述接收機(jī)的到的信號(hào)如何得到接收機(jī)位置的過程，最后介紹了北斗信號(hào)做鋪墊。航系統(tǒng)定位原理系統(tǒng)主要由圖 2-1 所示三個(gè)部分組成，系統(tǒng)間三個(gè)部分信號(hào)傳分的衛(wèi)星，首先向外發(fā)送信息，隨后地面監(jiān)控站負(fù)責(zé)接收發(fā)信息，得到該顆衛(wèi)星的運(yùn)行軌道信息，再把這些信息傳回給后，發(fā)射轉(zhuǎn)播有軌道信息的信號(hào)，這時(shí)用戶設(shè)備的接收機(jī)接電文信息解算出衛(wèi)星的運(yùn)行軌道信息，最后采用一定的方法信息[21]。

圖 2- 2 四星定位原理示意圖Fig. 2-2 Schematic diagram of four satellites positioning星的坐標(biāo)可以由導(dǎo)航電文得出，從式（2-4）到式（2-7）可以看出的精度影響著最終解算出的定位結(jié)果的精度，計(jì)算距離的方法有兩相位觀測(cè)，而一般提高定位精度，減小測(cè)量誤差的方法是差分定位作原理是處于同一地域的不同接收機(jī)，測(cè)量值中由于外界因素引起，或者這些誤差極大程度相關(guān)，因此可以在這些接收機(jī)中，選取其取的這個(gè)接收機(jī)的位置坐標(biāo)必須是已知的，用差分定位算法時(shí)，將距離測(cè)量值與真實(shí)的幾何距離作比較，得到的差值就是基準(zhǔn)接收機(jī)差，一定范圍內(nèi)的接收機(jī)根據(jù)這一測(cè)量誤差修正自身的值，從而消得到一個(gè)較為精確地位置信息。基本結(jié)構(gòu)和原理

圖 3- 6 多徑效應(yīng)示意圖Fig. 3-6 Schematic diagram of multipath effect過程中，由于發(fā)射端和接收端會(huì)發(fā)生位置的變化，會(huì)，這就是多普勒效應(yīng)。當(dāng)接收機(jī)遠(yuǎn)離衛(wèi)星時(shí)，接收到衛(wèi)星方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的信號(hào)頻率變高，多普勒效號(hào)頻率的一個(gè)因素，受到接收機(jī)相對(duì)于衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速勒頻移越大[31]。間傳播的過程中，要經(jīng)過大氣電離層，導(dǎo)致信號(hào)的幅離層是一個(gè)不確定的因素，它的結(jié)構(gòu)不均勻，且無變是不可預(yù)測(cè)的，因此在捕獲時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的誤差[星信號(hào)在傳播的過程中還受到陰影效應(yīng)的影響，以上

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 田文飚;康健;張洋;芮國(guó)勝;張海波;;基于卡爾曼濾波的壓縮感知弱匹配去噪重構(gòu)[J];電子學(xué)報(bào);2014年06期

2 ;Research and progress of Beidou satellite navigation system[J];Science China(Information Sciences);2012年12期

3 邵顯奎;劉黨輝;林建華;王秀同;;弱導(dǎo)航信號(hào)捕獲技術(shù)仿真分析[J];國(guó)外電子測(cè)量技術(shù);2012年07期

4 莫建文;歐陽繕;肖海林;孫希延;;基于DBZP差分相干的GPS信號(hào)捕獲算法[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2012年06期

5 李寅寅;徐曉蘇;劉錫祥;;基于半比特交替和FFT組合的GPS軟件接收機(jī)弱信號(hào)捕獲算法[J];中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2012年01期

6 覃新賢;姚相振;黃旭方;;提高GPS接收機(jī)多普勒頻移估計(jì)精度的精捕獲算法[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件;2011年10期

7 戴瓊海;付長(zhǎng)軍;季向陽;;壓縮感知研究[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2011年03期

8 林慶恩;茅旭初;;一種用于微弱GPS信號(hào)處理的快速捕獲方法[J];計(jì)算機(jī)仿真;2010年10期

9 巴曉輝;李金海;陳杰;;不需輔助信息的室內(nèi)GPS信號(hào)捕獲算法[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2006年09期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 趙晉;北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)關(guān)鍵共性技術(shù)研究[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 王春蘭;北斗接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

2 程川軍;導(dǎo)航衛(wèi)星弱信號(hào)相干—差分相干捕獲算法研究[D];大連理工大學(xué);2014年

3 丁偉;基于壓縮感知的水下圖像處理[D];中國(guó)海洋大學(xué);2013年

4 黃鑫磊;GNSS接收機(jī)基帶捕獲跟蹤技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2013年

5 曹廣利;衛(wèi)星導(dǎo)航弱信號(hào)接收算法研究與FPGA實(shí)現(xiàn)[D];南京航空航天大學(xué);2012年

6 曾曉飛;GPS軟件接收機(jī)微弱信號(hào)捕獲跟蹤算法研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2010年

7 侯維瑋;高靈敏度GNSS捕獲技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2010年

8 梁前浩;GPS中頻信號(hào)仿真與微弱信號(hào)捕獲、跟蹤方法研究[D];北京交通大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2790833