北斗三號多頻點衛(wèi)星信號模擬器可以實時提供任意時間和位置的模擬衛(wèi)星信號,可以生成各種復(fù)雜環(huán)境下高精度和高動態(tài)的北斗衛(wèi)星信號。為了驗證北斗三號接收機的性能,需要衛(wèi)星信號模擬器實時復(fù)現(xiàn)出不同條件下的北斗衛(wèi)星信號。北斗三號多頻點衛(wèi)星信號模擬器對高性能、高穩(wěn)態(tài)接收機的研制具有指導(dǎo)意義。本文以北斗三號多頻點衛(wèi)星信號模擬器的設(shè)計與實現(xiàn)為主題,通過對北斗三號B1C和B1I頻點信號體制的分析,深入研究了北斗三號衛(wèi)星信號模擬器所涉及的BOC調(diào)制、空間坐標同步、信號傳播誤差、衛(wèi)星位置和偽距實時計算以及頻率合成等關(guān)鍵技術(shù)。分析對比得出BOC調(diào)制性能的優(yōu)點,提出一種利用中斷間隔時間內(nèi)載波變化率計算頻率控制字的方法,建立了北斗三號多頻點衛(wèi)星信號模擬器的仿真模型。設(shè)計了北斗三號衛(wèi)星信號模擬器的總體方案,首先分析了DSP+FPGA的軟硬件開發(fā)平臺結(jié)構(gòu),之后對各個子模塊的電路做了詳細闡述,最后分別對DSP模塊中的載體和衛(wèi)星位置計算、星歷更新、電文編寫等算法和FPGA模塊中的載波生成、偽碼生成和信號調(diào)制等做了詳細闡述。重點對用戶運動軌跡狀態(tài)、初始相位和頻率控制字計算等方面做了深入研究。最后,通過頻譜儀對北斗三號衛(wèi)星信號模擬器產(chǎn)生的B1C和B1I的中頻信號進行了測試分析。為了驗證模擬信號的精確度和穩(wěn)定性,使用商業(yè)接收機對分別載體靜止和運動狀態(tài)下的定位精度進行了長時間測試。測試結(jié)果如下:(1)載體靜止狀態(tài)下,使用ublox-m8n接收機進行定位分析,定位精度總體誤差在±6m;(2)載體設(shè)置勻速運動場景,模擬器生成信號與預(yù)設(shè)軌跡一致。北斗三號多頻點模擬器的各項性能符合設(shè)計標準。
【學(xué)位單位】：桂林電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN967.1
【部分圖文】：

( )0 | |ccR k TT ， ＞(3-8)其中， =[2k | | / ]c T，cT 表示副載波周期。傳統(tǒng) BPSK 信號調(diào)制和不同類型的 BOC 調(diào)制信號的自相關(guān)對比如圖 3-5 所示。從圖中可以看出，BPSK 調(diào)制信號的自相關(guān)函數(shù)的主峰相對較寬，與之相比，BOC 調(diào)制信號的自相關(guān)函數(shù)的主峰都相對比較陡峭。從圖中的橫坐標軸可以看出，主峰越陡峭，碼片偏移值越小，即接收機在做跟蹤時精度越高。對比圖中不同方式峰值數(shù)目，( ,1)sB O C N 信號有 2N-1 個峰值，其兩峰值之間的距離sT 滿足 1 /( 2 )s scT f ，其中scf 為副載波頻率，主峰附近過零點的位置為 N /(2N 1)sT r 。由圖可知 ( ,1)cB O C N 信號的自相關(guān)曲線并不是線性存在，在邊緣處有個較小的自相關(guān)峰，所以其共有2N + 1個峰值。若不包含此邊緣副峰，兩兩峰值之間相距sT ，峰值的零點處于 N /(2 N 1)s T+處。通過以上兩者的對比可知，正弦 BOC 信號的主峰略寬于余弦 BOC 信號。由圖中亦可知， (1,1)sB O C 信號的自相關(guān)函數(shù)與 MBOC（6,1,1/11）的自相關(guān)函數(shù)十分類似，但是，MBOC（6,1,1/11）信號的自相關(guān)主峰更加陡峭，即 MBOC（6,1,1/11）信號具有更高的碼跟蹤精度和更好的抗多徑效應(yīng)。

222s in s in2,c o s2( )2 s in s in4c o s2s c ccs cs c ccs cf ff fffffG ff ff fffff 正 弦 調(diào) 制， 余 弦 調(diào) 制(3-9)其中，scf 為副載波頻率。BPSK調(diào)制信號和不同調(diào)制參數(shù)的BOC調(diào)制信號功率譜密度對比如圖3-6所示，由圖可知，BPSK 信號的功率譜密度只有一個主瓣，而 BOC 信號的功率譜包含 N 個峰值，，其中分為兩個主瓣和 N-2 個旁瓣。并且，BOC 信號的頻譜還包括以下特性BOC 信號上下邊帶之間存在相互干擾，導(dǎo)致副載波頻率略大于兩個主瓣峰值所處的頻點。其次，擴頻碼速率等于主瓣之間的旁瓣寬度，且是主瓣寬度的一半。

正/余弦查詢表可以準確的反映出累加器累加值和相位幅度的對應(yīng)情況，在北斗三號多頻點衛(wèi)星信號模擬器中，F(xiàn)PGA 模塊中的載波生成模塊調(diào)用了一個內(nèi)部的 IP核，將累加值和正余弦幅度的對應(yīng)表存放在只讀內(nèi)存中。累加值經(jīng)過查詢表后得到的是離散載波中頻信號，經(jīng)過 D/A 模塊完成載波中頻模擬信號的生成，最后通過低通濾波器得到所需的頻率信號。載波信號生成模塊如圖 4-11 所示：相位累加器相位幅度查詢表D/A模塊 低通濾波器初始相位頻率控制字中頻信號時鐘sf圖 4-11 載波信號生成模塊圖在北斗三號多頻點衛(wèi)星信號模擬器中，B1C 和 B1I 信號的中頻頻率分別為20.42MHz 和 6.098MHz，DDS 把 NCO 值傳給載波生成模塊，之后載波生成模塊截取值的高 8 位來進行相位查詢。圖 4-12 是采用 DDS 方法生成的中頻載波信號示意圖。

【參考文獻】

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本文編號：2809254