卫星导航接收机信号处理技术研究

发布时间：2017-04-19 15:23

  本文关键词：卫星导航接收机信号处理技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)是一个能够全天候、实时的提供精确定位、测速和授时服务的系统。随着全球卫星导航系统在军用和民用领域的应用日益广泛,应用环境也日渐复杂,信号微弱和易受干扰等问题逐渐凸显。特别是在室内、深林、隧道等复杂环境中信号更加微弱,而且容易受到外界各种干扰,在这些环境下传统的卫星导航接收机可能无法正常工作。因此,对卫星导航接收机抗干扰和弱信号捕捉技术的研究越来越受到重视,具有重要的理论意义和实用价值。目前卫星导航技术存在的主要问题是干扰影响信号质量以及对接收机的捕获灵敏度要求不断提高。因此,本文在对GNSS系统及接收机原理进行分析的基础上,对接收机的干扰检测方法和弱信号捕获算法做了深入研究。主要工作及结论如下：针对卫星导航接收机在复杂环境下易受到干扰而严重影响信号质量的问题,本文在分析几种时频分析方法的基础上,建立了扫频干扰模型,运用了基于分数阶傅里叶变换的干扰检测方法。通过连续对信号做分数阶傅里叶变换,采用二维谱峰搜索算法,估计变换的阶数；然后对信号进行该阶分数阶傅里叶变换,检测出干扰。基于分数阶傅里叶变换的干扰检测方法不仅克服了其他时频方法的缺点,而且计算量小,能有效检测干扰。为了提高卫星导航接收机的捕获灵敏度,本文利用新一代复合卫星导航信号的数据分量和导频分量,提出了差分联合数据／导频信道组合方法,包括差分比较信道组合及差分相干信道组合。该捕获方法充分利用了数据与导频信道中可用卫星信号的传输功率,提供比传统的捕获方法更加优良的性能,显著提高了卫星导航接收机在弱信号环境下的捕获灵敏度。仿真实验表明,本文提出的基于分数阶傅里叶变换的干扰检测方法相比短时傅里叶变换和维格纳-威尔分布有更好的检测效果；差分比较信道组合和差分相干信道组合的捕获技术结合了差分和信道组合的优点,尤其是差分相干信道组合捕获方法,更加适用于弱信号环境下的高灵敏度卫星导航接收机的信号捕获。
【关键词】：全球卫星导航系统 时频分析 干扰检测 高灵敏度 信道组合
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 研究背景和意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-19
• 1.2.1 抗干扰研究现状16-17
• 1.2.2 弱信号捕获研究现状17-19
• 1.3 研究内容和主要结构19
• 1.4 本章小结19-20
• 第二章 GNSS系统及接收机原理20-34
• 2.1 GNSS系统简介20-25
• 2.1.1 GPS系统20-23
• 2.1.2 GALILEO系统23-24
• 2.1.3 GLONASS系统24-25
• 2.1.4 COMPASS系统25
• 2.2 GNSS信号结构25-29
• 2.2.1 伪码26-27
• 2.2.2 数据码27-29
• 2.2.3 多普勒频移29
• 2.3 GNSS接收机的结构29-33
• 2.3.1 天线30
• 2.3.2 射频信号调整30
• 2.3.3 下变频混频30-31
• 2.3.4 模数转换31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 卫星导航接收机信号干扰检测研究34-51
• 3.1 扫频干扰模型34-35
• 3.2 时频分析35-38
• 3.2.1 信号的不确定原理35-36
• 3.2.2 短时傅里叶变换36-37
• 3.2.3 维格纳-威尔分布37-38
• 3.3 基于分数阶傅里叶变换的干扰检测38-44
• 3.3.1 分数阶傅里叶变换38-41
• 3.3.2 基于分数阶傅里叶变换干扰检测41-44
• 3.4 算法仿真分析44-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 GNSS弱信号捕获方法研究51-69
• 4.1 信号捕获原理及影响因素51-52
• 4.1.1 捕获原理51
• 4.1.2 捕获时最大导航电文长度51-52
• 4.1.3 捕获时的频率搜索步长52
• 4.2 传统信号捕获方法52-54
• 4.2.1 线性捕获52-53
• 4.2.2 并行频率搜索53
• 4.2.3 并行码相位搜索53-54
• 4.3 弱信号捕获方法54-56
• 4.3.1 相干积分54-55
• 4.3.2 非相干积分55-56
• 4.4 差分比较信道组合捕获方法56-62
• 4.4.1 虚警概率58-60
• 4.4.2 检测概率60-62
• 4.5 差分相干信道组合捕获方法62-65
• 4.5.1 虚警概率63-64
• 4.5.2 检测概率64-65
• 4.6 算法仿真分析65-68
• 4.7 本章小结68-69
• 第五章 总结与展望69-70
• 5.1 全文总结69
• 5.2 展望69-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况74-75

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