衛(wèi)星導航經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,已經(jīng)成為目前全球應用最為廣泛的導航定位技術,對于國民經(jīng)濟發(fā)展、軍事戰(zhàn)略布局都具有重要意義。與此同時,我國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)也已經(jīng)進入了衛(wèi)星布局的第三階段,整體應用逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、國際化、規(guī)�；�、和大眾化的新階段,預計2020年實現(xiàn)全球衛(wèi)星定位服務。屆時,將會結合一帶一路對國家經(jīng)濟與政治實力發(fā)展產(chǎn)生不可或缺的影響。本文深入分析北斗衛(wèi)星跟蹤環(huán)路參數(shù)對跟蹤性能的影響。具體分析北斗B1I頻點衛(wèi)星信號調(diào)制方式和結構,研究導致信號強度衰減的因素。從傳統(tǒng)跟蹤環(huán)路算法入手,研究環(huán)路各個組成部分的結構,驗證分析環(huán)路參數(shù)對跟蹤性能造成的影響。建立環(huán)路參數(shù)與環(huán)路跟蹤穩(wěn)態(tài)誤差的關系模型,提出選取合適環(huán)路參數(shù)提升跟蹤環(huán)路跟蹤性能的可行性方案,驗證選取環(huán)路參數(shù)與接收機定位性能之間的動態(tài)關系。深入研究加長相干積分時間對環(huán)路跟蹤靈敏度的影響,并在硬件平臺進行了驗證。研究調(diào)制有NH碼的北斗D1導航電文,對幀同步/位同步和長相干積分算法進行設計與實現(xiàn),并探討維特比算法在幀同步中的應用實現(xiàn)。在FPGA和DSP硬件平臺上建立試驗系統(tǒng)對提出的長相干積分跟蹤方案,在靜態(tài)與動態(tài)航跡的條件下對其跟蹤性能進行分析。重點分析跟蹤環(huán)路動態(tài)應力與跟蹤精度的平衡關系,從濾波估計的角度著手設計基于卡爾曼濾波的跟蹤環(huán)路算法。分析熱噪聲對于卡爾曼濾波跟蹤環(huán)路性能影響,并且通過對濾波載波跟蹤環(huán)路進一步簡化,將相關值作為觀測量輸入以實現(xiàn)自適應卡爾曼、擴展卡爾曼載波跟蹤環(huán)路的模型,提升環(huán)路的跟蹤性能,有效減小環(huán)路跟蹤過程中的噪聲干擾。在硬件平臺上模擬弱信號與高動態(tài)的場景,測試驗證該方法下的環(huán)路跟蹤性能優(yōu)勢。搭建基于FPGA+DSP的仿真驗證平臺,對先前設計各跟蹤環(huán)路技術的導航定位性能進行驗證。首先設計和介紹方案驗證平臺的整體結構,同時解決GPS/BDS平臺移植中出現(xiàn)的偽距跳變問題,最后模擬靜態(tài)、動態(tài)以及弱信號場景,對設計的幾種不同的跟蹤環(huán)路技術的導航定位性能進行試驗驗證與對比分析。
【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】：2017
【分類號】：TN967.1
注釋表
第一章 緒論
1.1 論文研究背景及意義
1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.2.1 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)展概況
1.2.2 衛(wèi)星導航接收機跟蹤環(huán)路技術研究現(xiàn)狀及發(fā)展
1.3 論文研究內(nèi)容與安排
第二章 北斗B1I頻點衛(wèi)星信號跟蹤技術研究
2.1 北斗B1I頻點衛(wèi)星信號結構分析
2.1.1 北斗B1I頻點載波調(diào)制分析
2.1.2 北斗B1I頻點測距碼調(diào)制分析
2.1.3 北斗B1I頻點導航電文調(diào)制分析
2.2 北斗B1I頻點衛(wèi)星弱信號影響因素分析
2.2.1 信號功率衰減分析
2.2.2 陰影效應分析
2.2.3 多普勒效應分析
2.2.4 電離層閃爍效應分析
2.2.5 北斗B1I頻點衛(wèi)星弱信號仿真設計與實現(xiàn)
2.3 北斗衛(wèi)星信號的跟蹤算法研究及設計
2.3.1 碼跟蹤環(huán)路分析與設計
2.3.2 載波跟蹤環(huán)路分析與設計
2.3.3 鎖相環(huán)的環(huán)路濾波器分析與設計
2.4 環(huán)路帶寬對北斗導航接收機跟蹤性能的影響試驗及分析
2.4.1 環(huán)路參數(shù)分析與選取
2.4.2 環(huán)路帶寬對接收機性能影響試驗及分析
2.5 本章小結
第三章 基于相干積分的北斗導航接收機高靈敏度跟蹤算法研究
3.1 弱信號的跟蹤算法研究
3.1.1 相干積分基本原理分析
3.1.2 非相干積分基本原理分析
3.1.3 長相干積分時間的限制因素分析
3.2 北斗B1I頻點衛(wèi)星信號弱信號跟蹤算法設計
3.2.1 幀同步/位同步設計與實現(xiàn)
3.2.2 長時間相干積分設計與實現(xiàn)
3.2.3 基于維特比算法的譯碼方法設計分析
3.3 基于FPGA的相干積分算法環(huán)路跟蹤性能試驗與分析
3.3.1 靜態(tài)航跡下長相干積分算法試驗及分析
3.3.2 動態(tài)航跡下長相干積分算法試驗及分析
3.4 本章小結
第四章 基于Kalman/EKF濾波估計的高靈敏度跟蹤算法研究
4.1 噪聲對于環(huán)路跟蹤性能的影響研究和分析
4.1.1 噪聲對相位鎖定環(huán)路(PLL)跟蹤性能的影響研究與分析
4.1.2 噪聲對頻率鎖定環(huán)路(FLL)跟蹤性能的影響研究與分析
4.1.3 噪聲對碼跟蹤環(huán)路(DLL)跟蹤性能的影響研究與分析
4.2 基于卡爾曼濾波估計的載波跟蹤算法研究
4.2.1 卡爾曼濾波跟蹤環(huán)路結構分析
4.2.2 卡爾曼濾波跟蹤環(huán)路狀態(tài)模型與觀測模型設計
4.2.3 卡爾曼濾波跟蹤環(huán)路優(yōu)化設計
4.3 基于自適應擴展卡爾曼濾波估計的載波跟蹤算法研究
4.3.1 擴展卡爾曼濾波跟蹤環(huán)路結構分析
4.3.2 擴展卡爾曼濾波跟蹤環(huán)路狀態(tài)模型與觀測模型設計
4.3.3 擴展卡爾曼濾波跟蹤環(huán)路優(yōu)化設計
4.4 基于自適應卡爾曼、擴展卡爾曼濾波估計的載波跟蹤環(huán)路試驗驗證與分析
4.4.1 弱信號場景下EKF濾波跟蹤環(huán)路的性能試驗與分析
4.4.2 高動態(tài)場景下KF、EKF濾波跟蹤環(huán)路的性能試驗與分析
4.5 本章小結
第五章 北斗衛(wèi)星導航接收機基帶信號FPGA/DSP軟件處理平臺設計與性能試驗驗證
5.1 基于FPGA/DSP的信號處理平臺方案設計與實現(xiàn)
5.1.1 基帶數(shù)據(jù)處理平臺總體模塊設計
5.1.2 基于FPGA的基帶數(shù)據(jù)處理平臺功能描述與分析
5.1.3 基于FPGA的基帶數(shù)據(jù)處理平臺編程分析與實現(xiàn)
5.2 基于FPGA/DSP的信號處理與驗證平臺偽距測量改進設計
5.2.1 北斗導航衛(wèi)星偽距定位原理
5.2.2 基于FPGA/DSP的信號處理平臺接收機偽距測量改進設計
5.3 基于FPGA/DSP導航接收機開發(fā)平臺的信號跟蹤試驗與分析
5.3.1 靜態(tài)場景下接收機導航定位性能試驗驗證
5.3.2 動態(tài)場景下接收機導航定位性能試驗驗證
5.3.3 弱信號場景下接收機導航定位性能試驗驗證
5.4 本章小結
第六章 總結與展望
6.1 本文主要研究工作
6.2 后續(xù)工作展望
參考文獻
致謝
在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文
【參考文獻】
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本文編號：
2255607
