北斗三號(hào)多頻點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)模擬器可以實(shí)時(shí)提供任意時(shí)間和位置的模擬衛(wèi)星信號(hào),可以生成各種復(fù)雜環(huán)境下高精度和高動(dòng)態(tài)的北斗衛(wèi)星信號(hào)。為了驗(yàn)證北斗三號(hào)接收機(jī)的性能,需要衛(wèi)星信號(hào)模擬器實(shí)時(shí)復(fù)現(xiàn)出不同條件下的北斗衛(wèi)星信號(hào)。北斗三號(hào)多頻點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)模擬器對(duì)高性能、高穩(wěn)態(tài)接收機(jī)的研制具有指導(dǎo)意義。本文以北斗三號(hào)多頻點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)模擬器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為主題,通過(guò)對(duì)北斗三號(hào)B1C和B1I頻點(diǎn)信號(hào)體制的分析,深入研究了北斗三號(hào)衛(wèi)星信號(hào)模擬器所涉及的BOC調(diào)制、空間坐標(biāo)同步、信號(hào)傳播誤差、衛(wèi)星位置和偽距實(shí)時(shí)計(jì)算以及頻率合成等關(guān)鍵技術(shù)。分析對(duì)比得出BOC調(diào)制性能的優(yōu)點(diǎn),提出一種利用中斷間隔時(shí)間內(nèi)載波變化率計(jì)算頻率控制字的方法,建立了北斗三號(hào)多頻點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)模擬器的仿真模型。設(shè)計(jì)了北斗三號(hào)衛(wèi)星信號(hào)模擬器的總體方案,首先分析了DSP+FPGA的軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)結(jié)構(gòu),之后對(duì)各個(gè)子模塊的電路做了詳細(xì)闡述,最后分別對(duì)DSP模塊中的載體和衛(wèi)星位置計(jì)算、星歷更新、電文編寫(xiě)等算法和FPGA模塊中的載波生成、偽碼生成和信號(hào)調(diào)制等做了詳細(xì)闡述。重點(diǎn)對(duì)用戶運(yùn)動(dòng)軌跡狀態(tài)、初始相位和頻率控制字計(jì)算等方面做了深入研究。最后,通過(guò)頻譜儀對(duì)北斗三號(hào)衛(wèi)星信號(hào)模擬器產(chǎn)生的B1C和B1I的中頻信號(hào)進(jìn)行了測(cè)試分析。為了驗(yàn)證模擬信號(hào)的精確度和穩(wěn)定性,使用商業(yè)接收機(jī)對(duì)分別載體靜止和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的定位精度進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如下:(1)載體靜止?fàn)顟B(tài)下,使用ublox-m8n接收機(jī)進(jìn)行定位分析,定位精度總體誤差在±6m;(2)載體設(shè)置勻速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景,模擬器生成信號(hào)與預(yù)設(shè)軌跡一致。北斗三號(hào)多頻點(diǎn)模擬器的各項(xiàng)性能符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
【學(xué)位單位】：桂林電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)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(hào)調(diào)制和不同類型的 BOC 調(diào)制信號(hào)的自相關(guān)對(duì)比如圖 3-5 所示。從圖中可以看出，BPSK 調(diào)制信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)的主峰相對(duì)較寬，與之相比，BOC 調(diào)制信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)的主峰都相對(duì)比較陡峭。從圖中的橫坐標(biāo)軸可以看出，主峰越陡峭，碼片偏移值越小，即接收機(jī)在做跟蹤時(shí)精度越高。對(duì)比圖中不同方式峰值數(shù)目，( ,1)sB O C N 信號(hào)有 2N-1 個(gè)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(guò)零點(diǎn)的位置為 N /(2N 1)sT r 。由圖可知 ( ,1)cB O C N 信號(hào)的自相關(guān)曲線并不是線性存在，在邊緣處有個(gè)較小的自相關(guān)峰，所以其共有2N + 1個(gè)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(diǎn)處于 N /(2 N 1)s T+處。通過(guò)以上兩者的對(duì)比可知，正弦 BOC 信號(hào)的主峰略寬于余弦 BOC 信號(hào)。由圖中亦可知， (1,1)sB O C 信號(hào)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(hào)的自相關(guān)主峰更加陡峭，即 MBOC（6,1,1/11）信號(hào)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(hào)和不同調(diào)制參數(shù)的BOC調(diào)制信號(hào)功率譜密度對(duì)比如圖3-6所示，由圖可知，BPSK 信號(hào)的功率譜密度只有一個(gè)主瓣，而 BOC 信號(hào)的功率譜包含 N 個(gè)峰值，，其中分為兩個(gè)主瓣和 N-2 個(gè)旁瓣。并且，BOC 信號(hào)的頻譜還包括以下特性BOC 信號(hào)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(gè)主瓣峰值所處的頻點(diǎn)。其次，擴(kuò)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(zhǔn)確的反映出累加器累加值和相位幅度的對(duì)應(yīng)情況，在北斗三號(hào)多頻點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)模擬器中，F(xiàn)PGA 模塊中的載波生成模塊調(diào)用了一個(gè)內(nèi)部的 IP核，將累加值和正余弦幅度的對(duì)應(yīng)表存放在只讀內(nèi)存中。累加值經(jīng)過(guò)查詢表后得到的是離散載波中頻信號(hào)，經(jīng)過(guò) D/A 模塊完成載波中頻模擬信號(hào)的生成，最后通過(guò)低通濾波器得到所需的頻率信號(hào)。載波信號(hào)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(hào)時(shí)鐘sf圖 4-11 載波信號(hào)生成模塊圖在北斗三號(hào)多頻點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)模擬器中，B1C 和 B1I 信號(hào)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(lái)進(jìn)行相位查詢。圖 4-12 是采用 DDS 方法生成的中頻載波信號(hào)示意圖。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2809254