【摘要】：北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)已經(jīng)發(fā)展到了全球組網(wǎng)階段。為了提升導航定位性能,北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)新增了 B1C信號作為全球公開服務(wù)信號。隨著全球組網(wǎng)速度的加快,北斗B1C信號將成為北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)中重要的廣播信號,B1C信號捕獲是衛(wèi)星導航接收機信號同步的關(guān)鍵,其捕獲算法直接影響接收機的導航性能。因此,北斗衛(wèi)星導航B1C信號捕獲算法的設(shè)計與實現(xiàn)具有重要的實用價值。本文在綜述國內(nèi)外導航信號捕獲算法研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,根據(jù)北斗B1C信號的信號特性,設(shè)計并實現(xiàn)了北斗B1C信號捕獲算法,主要工作如下:1.闡述了導航信號捕獲的基本理論,分析了導航信號捕獲算法的性能指標,研究了 GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))導航信號捕獲算法,給出了針對傳統(tǒng)BPSK調(diào)制信號的捕獲算法和針對現(xiàn)代化BOC調(diào)制信號的捕獲算法,分析了各個捕獲算法的性能;2.研究了北斗B1C信號的信號特性,根據(jù)北斗B1C信號的特點,提出了一種基于PCF(偽相關(guān)函數(shù))的北斗B1C信號捕獲算法,該算法設(shè)計了 QMBOC(正交復(fù)用二進制偏移載波)信號的偽相關(guān)函數(shù),采用了數(shù)據(jù)分量和導頻分量聯(lián)合捕獲策略,給出了自適應(yīng)門限判決方法,所提出的算法有效消除了 B1C信號的自相關(guān)邊峰,實現(xiàn)了 B1C信號的無模糊捕獲,提高了捕獲靈敏度;3.針對北斗B1C信號帶寬較大的特點,設(shè)計了基于ZYNQ架構(gòu)的衛(wèi)星導航接收機,并對北斗B1C信號捕獲算法進行了模塊化設(shè)計,給出了各功能模塊的實現(xiàn)流程,利用VHDL語言和C語言,在ZYNQ平臺上對各功能模塊進行了電路設(shè)計與軟件開發(fā),驗證了本文提出的捕獲算法各模塊的功能;4.在衛(wèi)星導航接收機上,對北斗B1C信號捕獲算法進行了測試,測試了導航中頻信號帶寬、B1C信號捕獲情況、捕獲時間以及捕獲算法運行功耗等性能,測試結(jié)果表明,所提出的捕獲算法能夠準確地捕獲北斗B1C信號。
【圖文】：

２．１．１導航接收機內(nèi)部結(jié)構(gòu)逡逑導航接收機屬于導航系統(tǒng)用戶設(shè)備部分，用于獲取定位導航信息，導航接收逡逑機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖２－１所示。逡逑全頻點天線逡逑一？低噪放一？邋ＲＦ芯片——？邋ＡＤＣ邋邐？邋ＦＰＧＡ芯片邋邐？邋ＤＳＰ處理器邋一一？用戶界面逡逑射頻前端處理部分邐基帶數(shù)字信號處理部分邐定位解算部分逡逑圖２－１導航接收機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－１邋ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ邋ｒｅｃｅｉｖｅｒ邋ｉｎｔｅｒｎａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑導航接收機分為射頻前端處理、基帶數(shù)字信號處理以及定位解算三個功能模逡逑塊。射頻前端的全頻點天線接收可見衛(wèi)星播發(fā)的信號，接收到衛(wèi)星信號后，經(jīng)過逡逑功率放大輸入到射頻芯片，射頻芯片對射頻信號進行混頻濾波處理，得到模擬中逡逑頻信號，再經(jīng)ＡＤＣ采樣得到數(shù)字中頻信號；接收機的基帶處理包括捕獲、跟蹤、逡逑位同步、報文同步、電文譯碼五個部分，在現(xiàn)場可編程門陣列（ＦＰＧＡ）中完成數(shù)逡逑字中頻信號基帶處理之后，得到導航電文數(shù)據(jù)，然后ＦＰＧＡ將數(shù)據(jù)重新封裝為適逡逑合ＳＰＩ接口傳輸?shù)膱笪膸�，通過串口傳輸給處理器；ＤＳＰ處理器從導航報文中解逡逑算得到衛(wèi)星時間、衛(wèi)星位置、偽距、多普勒頻移等數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行定位解逡逑算

編號進行相應(yīng)本地碼的生成，并利用本地碼來進行相關(guān)運算。因此，，對于單個衛(wèi)逡逑星信號的捕獲實質(zhì)上是在載波頻率、偽碼相位所組成的二維空間內(nèi)的信號搜索，逡逑單個衛(wèi)星信號的二維搜索如圖２－２所示。逡逑一個搜索單元邐１逡逑ｒｌ邐邋邋ｐｐ逡逑邐邐邋邋頻逡逑起始搜索單元一？邐邋邋邋｜逡逑邐邐％逡逑邐區(qū)逡逑邐邋邋間逡逑邐邐邐逡逑＜邐碼相位搜索區(qū)間邐？逡逑圖２－２單個衛(wèi)星信號的二維搜索逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋ｓｅａｒｃｈ邋ｏｆ邋ａ邋ｓｉｎｇｌｅ邋ｓａｔｅｌｌｉｔｅ邋ｓｉｇｎａｌ逡逑衛(wèi)星運動相對于地面接收機的多普勒頻移范圍可通過計算求得，若衛(wèi)星信號逡逑的載波中心頻率為NB，產(chǎn)生的最大多普勒頻移為５０００Ｈｚ，則頻率搜索區(qū)間是逡逑（NB－５0００，邋NB＋５0００）。碼相位搜索區(qū)間由測距碼周期決定，若測距碼周期為ｃ個逡逑碼片，則碼相位搜索區(qū)間為（０，邋ｅ－ｌ）。捕獲算法和接收機的啟動方式共同決定了逡逑起始搜索單元的選擇，每個搜索單元對應(yīng)的估計值誤差為半個頻率步進寬度和半逡逑個碼片長度［５＜＞］。逡逑導航信號的捕獲涉及到本地信號的復(fù)制、相關(guān)運算、積分運算以及信號檢測，逡逑信號捕獲的原理如圖２－３所示。逡逑８逡逑
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN967.1

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 陸明泉;姚錚;張嘉怡;郭甫;魏禎怡;;北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號設(shè)計的進展及發(fā)展趨勢[J];衛(wèi)星應(yīng)用;2015年12期

2 薛濤;趙偉;李榮冰;劉建業(yè);尚斌斌;;北斗導航接收機的硬件設(shè)計與實現(xiàn)[J];航天控制;2015年01期

3 李健;陳杰;;一種改進的北斗衛(wèi)星信號并行捕獲方法[J];宇航學報;2014年11期

4 安毅;蔡伯根;寧濱;王劍;上官偉;;基于簡化差分相干積累的北斗B1頻點信號精捕獲算法[J];北京交通大學學報;2014年02期

5 唐衛(wèi)濤;唐斌;劉舒蒔;董緒榮;;一種新的微弱GPS信號捕獲算法研究[J];遙測遙控;2007年03期

6 樸虎哲,馮永新,潘成勝;GPS信號中P碼直接捕獲技術(shù)的研究[J];沈陽理工大學學報;2005年03期

7 孫禮,張其善;GPS 數(shù)字接收機中 C/A 碼搜索算法與實現(xiàn)[J];北京航空航天大學學報;1998年05期

相關(guān)會議論文 前2條

1 姚錚;陸明泉;馮振明;;正交復(fù)用BOC調(diào)制及其多路復(fù)合技術(shù)[A];第一屆中國衛(wèi)星導航學術(shù)年會論文集（上）[C];2010年

2 孫亮;崔曉偉;沈軍;陸明泉;;GPS L2C CL碼捕獲算法研究[A];第一屆中國衛(wèi)星導航學術(shù)年會論文集（上）[C];2010年

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 齊家敏;BOC信號同步算法研究與實現(xiàn)[D];上海交通大學;2014年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 徐冰艷;GNSS信號與信息處理的實驗設(shè)計與分析[D];電子科技大學;2018年

2 王松華;基于BOC調(diào)制的GNSS基帶信號同步技術(shù)研究[D];山東大學;2018年

3 藺鴻;多頻多星座多功能衛(wèi)星信號模擬算法的研究與實現(xiàn)[D];北京交通大學;2018年

4 陶夢;BDS-1I衛(wèi)星信號捕獲跟蹤算法研究與硬件設(shè)計[D];北京交通大學;2018年

5 武國強;DS/FH混合擴頻信號捕獲技術(shù)的研究[D];北京交通大學;2018年

6 王松瑞;北斗二代接收機捕獲跟蹤算法研究與實現(xiàn)[D];西安電子科技大學;2017年

7 郝蓓;GPS信號的抗干擾捕獲算法研究[D];西安電子科技大學;2017年

8 宋金坤;北斗B3C信號快速捕獲算法的研究與實現(xiàn)[D];北京交通大學;2017年

9 肖然;Galileo衛(wèi)星導航軟件接收機關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];電子科技大學;2015年

10 唐琳琳;L1/L2C雙頻車載GPS軟件接收機快速捕獲算法研究[D];南京航空航天大學;2015年

本文編號：2614961