本文關(guān)鍵詞：GNSS接收機P碼快速捕獲通道的設(shè)計與仿真，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：衛(wèi)星導航已在各行各業(yè)有著廣泛的應該.目前在軌運行的GNSS(Global Navigation Satellite System)主要有美國的GPS、中國的BDS II和俄羅斯的GLONASS,其中GPS、BDS II屬于碼分多址CDMA(Code Division Multiple Access)系統(tǒng),而GLONASS屬于頻分多址FDMA(Frequence Division Multiple Access)系統(tǒng)。碼分多址系統(tǒng)通過使用長周期偽隨機碼可以提高定位精度,增加噪聲容限,因此GPS與BDS II都設(shè)計有長周期碼P碼導航信號。盡管P碼有天然的優(yōu)勢,然而因為其周期過長導致捕獲難度大、捕獲時間長。另外由于P碼多用于航空、航天、軍事領(lǐng)域,而這些領(lǐng)域的應用都要求P碼接收機能在高動態(tài)下盡可能快速地捕獲信號,而高動態(tài)會進一步增加捕獲時間和難度。因此P碼接收機對快速捕獲算法的要求很高。本文主要研究P碼在高動態(tài)下的快速捕獲通道的設(shè)計。首先介紹信號的數(shù)學模型、P碼特性和結(jié)構(gòu)、多普勒效應以及相干積分和非相干積分捕獲信號的原理。其次提出基于FFT循環(huán)相關(guān)的算法和分段匹配濾波器結(jié)合FFT的算法,分別分析其原理和特性,通過對比選擇第二種算法。隨后介紹捕獲的相干時間和相干增益的關(guān)系,分析高動態(tài)對相干時間的影響以及對FFT鑒頻的影響,提出一種改善濾波器頻率響應范圍的策略即增加多路并行頻率補償通道,另外也提出一種改善通道頻率分辨率的方法即增加一路長時匹配濾波器,并完成該設(shè)計的仿真。最后編寫VHDL代碼實現(xiàn)P碼生成模塊和匹配濾波器模塊,其中匹配濾波器采用折疊方法實現(xiàn)以節(jié)省資源,使用Matlab和ModelSim進行聯(lián)合仿真以驗證結(jié)果。通過分析高動態(tài)對P碼捕獲的影響指導算法設(shè)計,數(shù)字仿真則能進行設(shè)計驗證,而VHDL代碼實現(xiàn)則可提高算法的實用價值。盡管本文沒有進行實際的硬件調(diào)試,然而理論分析、數(shù)字仿真和代碼驗證卻是硬件實現(xiàn)的基礎(chǔ),能夠起到推動P碼接收機發(fā)展的作用。
【關(guān)鍵詞】：P碼 高動態(tài) 捕獲算法 匹配濾波器 聯(lián)合仿真
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN965.5
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 英語縮略語表7-10
• 1 緒論10-14
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)12-14
• 2 GNSS原理及信號捕獲14-26
• 2.1 GNSS原理簡述14-15
• 2.2 GNSS信號模型15-16
• 2.3 偽隨機碼的性質(zhì)和生成原理16-19
• 2.3.1 偽隨機碼的相關(guān)特性16-17
• 2.3.2 偽隨機碼生成17-19
• 2.4 多普勒效應19-21
• 2.5 信號捕獲原理21-25
• 2.5.1 接收機結(jié)構(gòu)和功能劃分21-22
• 2.5.2 捕獲模塊結(jié)構(gòu)22
• 2.5.3 載波剝離22-23
• 2.5.4 偽碼剝離23-25
• 2.6 本章小結(jié)25-26
• 3 兩種快速捕獲算法26-37
• 3.1 FFT循環(huán)相關(guān)算法26-29
• 3.1.1 并行碼相位搜索27
• 3.1.2 循環(huán)移位搜索頻率27-28
• 3.1.3 FFT循環(huán)移位的仿真28-29
• 3.2 PMF-FFT算法29-35
• 3.2.1 數(shù)字匹配濾波器29-30
• 3.2.2 匹配濾波器結(jié)合FFT進行鑒頻30-32
• 3.2.3 PMF+FFT輸出的幅頻特性32-35
• 3.3 兩種算法比較35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 4 高動態(tài)信號的PMF-FFT捕獲通道設(shè)計37-54
• 4.1 PMF-FFT算法捕獲模塊的結(jié)構(gòu)37-38
• 4.2 匹配長度的選取38-39
• 4.2.1 DMF的相干增益38
• 4.2.2 SNR與PMF的長度設(shè)計38-39
• 4.3 高動態(tài)下信號模型的修正39-41
• 4.4 高動態(tài)對相干增益的影響41-45
• 4.4.1 1ms內(nèi)動態(tài)對相干增益的影響41-42
• 4.4.2 10ms內(nèi)動態(tài)對相干增益的影響42-44
• 4.4.3 分段情況下 10ms相干時間的相干增益損失44-45
• 4.5 高動態(tài)對FFT鑒頻的影響45-48
• 4.5.1 1ms內(nèi)動態(tài)對鑒頻的影響45-46
• 4.5.2 10ms內(nèi)動態(tài)對鑒頻的影響46-48
• 4.6 捕獲通道設(shè)計48-53
• 4.6.1 多通道頻率補償短時PMF48-49
• 4.6.2 多通道頻率補償PMF-FFT設(shè)計仿真49-51
• 4.6.3 單通道長時PMF51-52
• 4.6.4 單通道長時PMF的仿真52-53
• 4.6.5 捕獲通道性能估算53
• 4.7 本章小結(jié)53-54
• 5 匹配濾波器的FPGA代碼實現(xiàn)與仿真54-69
• 5.1 軟件簡介54-55
• 5.2 本地P碼生成模塊55-60
• 5.2.1 軟件拼接法56-57
• 5.2.2 硬件移位法57-58
• 5.2.3 P碼生成的聯(lián)合仿真58-60
• 5.3 DMF模塊60-68
• 5.3.1 DMF的實現(xiàn)方案60
• 5.3.2 折疊匹配濾波器的原理60-62
• 5.3.3 折疊匹配濾波器的設(shè)計實現(xiàn)62-66
• 5.3.4 折疊匹配濾波器底層元件的仿真66-68
• 5.4 小結(jié)68-69
• 6 總結(jié)與展望69-70
• 6.1 總結(jié)69
• 6.2 展望69-70
• 參考文獻70-72
• 致謝72-73
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文73-75

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5 張U

本文編號：493108