室内伪卫星实时定位技术及其实现

发布时间：2017-05-14 22:05

  本文关键词：室内伪卫星实时定位技术及其实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：GNSS定位系统有着全天候、高精度和连续定位等优点，但是在室内、地下等阻挡遮蔽环境下，GNSS信号因衰减严重使得可见卫星数目减少，定位精度差或者无法进行定位，这限制了卫星定位在室内等特殊区域内的应用。伪卫星技术可以满足室内或地下等特殊场景的定位，不仅可以单独组网进行定位，也能增强GNSS卫星实现室内外无缝定位。 本文研究的目的及意义为设计一款包含GNSS所有频带、且功率可调的通用型伪卫星发射机，并使用实时软件接收机对其信号进行分析处理，实现室内伪卫星的定位。首先是频段宽且可编程的特点，能方便快捷的将新信号体制运用到伪卫星发射机中，进行信号体制的试验研究和验证；其次是功率可调，使用软件方式调整伪卫星发射机的信号功率，可以在一定程度上减小远近效应和多路径效应对定位的误差；再次是修改与伪卫星发射机所相符的实时软件接收机，实现对伪卫星发射机信号结构的分析和处理，发现伪卫星硬件结构中存在的问题，并修改发射机的硬件及信号结构，最终完成室内伪卫星系统下的软件接收机实时定位系统，为伪卫星的相应硬件接收机设计、开发和伪卫星技术的实时应用进行理论和应用的探讨。 在伪卫星技术与GPS卫星导航技术在信号结构组成及其定位方法上具有较多相似性的基础上，研究了伪卫星射频信号的基本原理及其组成结构，并探究了伪卫星定位的方法：伪卫星异步时钟双差算法、同步时钟单差及双差三种算法、及算法实现的条件及流程，并分析了算法的差异和优缺点。 研究伪卫星定位过程的精度及误差，首先验证了伪卫星的引入对GNSS系统DOP的改善效果，然后研究了室内伪卫星的最优几何布局，针对于实际最优星座布局进行了DOP计算，最后对定位过程的误差源进行了相应的分析。 改进了伪卫星发射机硬件结构，重新论证了发射机各个组成部分的设计依据和功能实现，该发射机射频范围达到800MHz~2500MHz，包含所有导航频段，且射频输出信号功率实现软件可调，可在一定程度上减小远近效应和多路径误差。 设计与伪卫星发射系统相符的软件接收机，设计了在Linux系统中软件接收机的多线程方案、算法流程及软件接收机接收伪卫星信号的修改方案，最后在ubuntu12.10系统上用USRP1+DBSRX或GN3S作射频前端实现了软件接收机正常运行。 最后对设计完成后的伪卫星发射机硬件进行了测试，包括各个模块测试及整体测试，并测试了软件接收机跟踪GPS卫星信号和单个伪卫星发射机信号的通道性能，验证了伪卫星发射机硬件设计的合理性及软件接收机应用于伪卫星系统的可行性，最后测试了室内伪卫星系统下的软件接收机的接收效果及其定位效果。
【关键词】：伪卫星 室内定位 精度因子 软件接收机 双差定位
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-12
• 图目录12-14
• 表目录14-15
• 第1章 绪论15-23
• 1.1 伪卫星系统的研究现状16-19
• 1.1.1 国外伪卫星系统的研究现状17-19
• 1.1.2 国内伪卫星系统的研究现状19
• 1.2 软件接收机的研究现状19-21
• 1.3 伪卫星系统存在的关键问题及研究意义21-22
• 1.4 论文的研究内容22-23
• 第2章 伪卫星定位原理分析23-43
• 2.1 伪卫星信号组成23-28
• 2.1.1 伪随机码23-26
• 2.1.2 导航电文结构26-28
• 2.1.3 伪卫星信号结构28
• 2.2 伪卫星定位观测量28-31
• 2.2.1 伪距观测值29
• 2.2.2 载波相位观测值29-30
• 2.2.3 整周模糊度的求解方法30-31
• 2.3 伪卫星定位算法研究31-42
• 2.3.1 伪卫星异步时钟算法研究32-37
• 2.3.2 伪卫星同步时钟算法研究37-41
• 2.3.3 伪卫星时钟异步和同步算法的差异41-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第3章 伪卫星定位精度及其误差分析43-59
• 3.1 卫星定位精度分析43-48
• 3.1.1 卫星定位误差43-45
• 3.1.2 精度因子的提出45-48
• 3.2 伪卫星精因子的分析48-53
• 3.2.1 伪卫星增强技术对精度因子的改善48-50
• 3.2.2 伪卫星最优几何布局研究50-53
• 3.3 伪卫星定位误差53-58
• 3.3.1 远近效应55-57
• 3.3.2 多路径误差57-58
• 3.3.3 线性化误差58
• 3.4 本章小结58-59
• 第4章 伪卫星硬件及其软件接收机设计59-77
• 4.1 伪卫星发射机的硬件设计59-67
• 4.1.1 时钟管理61-62
• 4.1.2 基带结构62-64
• 4.1.3 RF PLL 结构64
• 4.1.4 上变频结构64-66
• 4.1.5 主控模块66-67
• 4.2 软件接收机结构67-71
• 4.2.1 软件接收机基本组成67-68
• 4.2.2 射频前端68-71
• 4.3 软件接收机实现71-76
• 4.3.1 软件接收机流程72-74
• 4.3.2 伪卫星相适应的软件接收机74
• 4.3.3 软件接收机使用74-76
• 4.4 本章小结76-77
• 第5章 室内伪卫星实时处理结果与分析77-97
• 5.1 伪卫星发射机测试77-86
• 5.1.1 时钟管理测试77-78
• 5.1.2 基带测试78-80
• 5.1.3 RF PLL 测试80-83
• 5.1.4 上变频测试83-85
• 5.1.5 总体测试结果85-86
• 5.2 软件接收机性能测试86-91
• 5.2.1 软件接收机对 GPS 卫星的测试结果86-88
• 5.2.2 软件接收机测试单个伪卫星发射机88-91
• 5.3 软件接收机测试室内伪卫星定位系统91-96
• 5.4 实验结论96
• 5.5 本章小结96-97
• 第6章 总结与展望97-99
• 6.1 论文工作总结97-98
• 6.2 后续研究展望98-99
• 附录 A 缩略语表99-101
• 参考文献101-105
• 攻读硕士期间发表或录用的论文105-107
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目107-109
• 致谢109

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 杨荣华;吴文英;牛瑞芳;孙小芳;;采用伪卫星增强GPS技术降低精度因子的研究[J];测绘通报;2008年05期

2 邹海宁;王海涛;;美国海军JPALS系统现状及发展路线图[J];飞机设计;2012年05期

3 苗剑峰;陈武;刘建业;孙永荣;胡丛伟;;基于软件无线电技术的GPS软件接收机的研究与实现[J];南京航空航天大学学报;2008年06期

4 贾小林;冯来平;毛悦;杨海彦;;GPS星载原子钟性能评估[J];时间频率学报;2010年02期

5 王文省,刘学鹏,姜佑梅;关于分解矩阵求逆法[J];聊城师院学报(自然科学版);1997年03期

6 秦健;一种基于PWM的电压输出DAC电路设计[J];现代电子技术;2004年14期

7 刘超;高井祥;于子晏;王坚;;GPS/伪卫星相对定位中伪卫星优化布设模型研究[J];中国矿业大学学报;2012年01期

8 胡锐;薛晓中;孙瑞胜;徐志伟;;基于FPGA+DSP的嵌入式GPS数字接收机系统设计[J];中国惯性技术学报;2009年02期

  本文关键词：室内伪卫星实时定位技术及其实现，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：366316