基于SOC的高灵敏度卫星导航接收机技术研究
发布时间：2021-01-12 20:25
随着全球导航卫星系统在许多领域的广泛应用,用户对于卫星导航接收机的性能有了更高的需求。在航海、勘探和林业等偏远的工作场景中,由于电离层折射、多径干扰或者建筑物遮挡等影响,卫星信号将会极大的衰减,使得一般的卫星导航接收机出现捕获卫星信号难、同步错误率高、易失锁等问题。因此,研究能捕获微弱卫星信号的高灵敏度卫星导航接收机是社会所需。并且SOC平台相比于其它可编程平台,具有集成度高、体积小、功耗低等优势。这能够拓宽卫星导航接收机的应用领域,并能增强我国在卫星导航领域的实力。本文对基于SOC的高灵敏度卫星导航接收机技术进行研究。首先分别对GPS、GLONASS、BDS三个卫星系统的信号结构以及导航电文帧格式进行分析;紧接着对接收机的芯片选型以及硬件架构进行了介绍;然后在对卫星信号的捕获跟踪原理以及弱卫星信号的影响因素进行分析的前提下,对比研究了几种提升信号信噪比的积分方法和克服导航电文跳变的弱信号捕获算法,针对不同卫星系统导航电文的特点,分别制定不同的捕获算法,结合先粗略捕获再精细捕获的捕获策略,实现了对三系统卫星弱信号的多普勒频移以及伪码相位的捕获。在完成对载波环与码环的分析之后,决定弱信号...
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
u-bloxNEO-M8P芯片图
3华力创通、合众思壮、梦芯科技、北京航空航天大学等开展对卫星导航接收机技术和卫星导航接收机芯片的研究。在板卡上，司南导航公司的K708高精度GNSS板卡支持北斗系统而且算法针对恶劣环境下进行了优化。在芯片上，和芯星通公司研制的蜂鸟-UC220型号的低功耗全球导航卫星系统SOC芯片能接收包括北斗、GPS、GLONASS、Galileo四个系统多频点信号，而且捕获灵敏度能达到-144dBm，跟踪灵敏度能达到-160dBm。该公司的UB4B0全系统全频高精度接收机能提供毫米级的载波相位测量值，适用于气象，形变监测等高精度测量定位领域，如图1-2所示。杭州中科微电子公司的ATGM336H高灵敏度接收机模块，能直接替换u-blox公司的Max系列多款GPS模块。图1-2和芯星通UB4B0全系统全频高精度板卡国内外对于在弱信号条件下的高灵敏度卫星导航接收机的研究，主要从以下几个方面进行：提升信号的信噪比；互相关抑制；辅助定位。提升信号信噪比方法的主要思想是通过加长累积信号时间从而提升信号的处理增益值，可以通过相干积分与非相干积分手段来实现，但存在的问题是由于各个卫星系统的导航电文数据特性，积分时间会因为导航电文比特跳变而衰减。因此，由DavidLin提出的半比特相干积分算法可实现以GPS系统为例10ms的相干积分时间消除比特跳变影响[3]。在有强信号存在的情况下，高灵敏度卫星导航接收机检测弱信号时会错误的将强信号与弱信号之间的互相关峰值误判为弱信号之间的自相关峰值，从而影响弱信号的捕获。一种抑制互相关的方法是通过跟踪得到强信号的信息用于滤除掉对弱信号产生的干扰。辅助定位方法是当接收机位于室内等弱信号条件下时，利用移动网络，蓝牙等来获取手机基地站的资讯，向接收机提供所捕获与定位所必须的接收机位置、时间、可见卫星的序号以及卫?
第二章 原理和总体方案 振频率和滤波器带宽等参数进行设置。该芯片内部集成了完善的接收链路，有低噪声放大器、混频器、可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier, PGA）、压控振荡器（VCO）、频率合成器和模数转换器等，而且该芯片由于高度集成，降低外界干扰的影响，其功耗低至 1.4dB，能够满足射频前端的结构需求和功耗低的需求。如图 2-17 为 MAX2769 的典型应用电路图。从天线接收的卫星信号，经由射频前端 MAX2769 芯片及其他器件的处理之后，进入基带信号处理模块。
【参考文献】：
期刊论文
[1]弱信号环境下北斗导航接收机位同步算法研究[J]. 孙一雄,蔚保国,伍蔡伦. 无线电工程. 2015(04)
[2]高灵敏度GPS接收机载波跟踪环路的设计优化与实现[J]. 武玲娟,崔莹莹,路卫军,于敦山. 北京大学学报(自然科学版). 2011(05)
[3]自适应非相干累加次数和门限的捕获策略研究[J]. 安勇,牟荣增,阎跃鹏. 系统仿真学报. 2011(04)
[4]高灵敏度卫星导航接收机的差分相干积分算法[J]. 王展,刘海涛. 信号处理. 2009(07)
博士论文
[1]高灵敏度北斗卫星导航接收机基带信号处理关键技术研究[D]. 韩志凤.南京航空航天大学 2018
硕士论文
[1]北斗高灵敏度卫星导航接收机设计与实现[D]. 翟红英.北方工业大学 2018
[2]高灵敏度卫星导航接收机捕获跟踪技术研究[D]. 王义强.北方工业大学 2017
[3]面向弱信号的GPS软件接收机技术研究[D]. 蔡磊.武汉大学 2017
[4]北斗卫星信号捕获关键技术研究[D]. 牛文慧.太原理工大学 2016
[5]高灵敏度北斗卫星导航接收机环路跟踪技术研究[D]. 朱龙泉.南京航空航天大学 2016
[6]基于ARM的三模导航接收机基带技术研究与实现[D]. 张北南.北方工业大学 2014
[7]卫星导航信号捕获算法的研究和实现[D]. 曹硕.中北大学 2014
[8]导航卫星弱信号相干—差分相干捕获算法研究[D]. 程川军.大连理工大学 2014
[9]BD-2/GPS室内定位的跟踪环路技术研究与实现[D]. 陆新颖.华东师范大学 2013
本文编号：2973489
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
u-bloxNEO-M8P芯片图
3华力创通、合众思壮、梦芯科技、北京航空航天大学等开展对卫星导航接收机技术和卫星导航接收机芯片的研究。在板卡上，司南导航公司的K708高精度GNSS板卡支持北斗系统而且算法针对恶劣环境下进行了优化。在芯片上，和芯星通公司研制的蜂鸟-UC220型号的低功耗全球导航卫星系统SOC芯片能接收包括北斗、GPS、GLONASS、Galileo四个系统多频点信号，而且捕获灵敏度能达到-144dBm，跟踪灵敏度能达到-160dBm。该公司的UB4B0全系统全频高精度接收机能提供毫米级的载波相位测量值，适用于气象，形变监测等高精度测量定位领域，如图1-2所示。杭州中科微电子公司的ATGM336H高灵敏度接收机模块，能直接替换u-blox公司的Max系列多款GPS模块。图1-2和芯星通UB4B0全系统全频高精度板卡国内外对于在弱信号条件下的高灵敏度卫星导航接收机的研究，主要从以下几个方面进行：提升信号的信噪比；互相关抑制；辅助定位。提升信号信噪比方法的主要思想是通过加长累积信号时间从而提升信号的处理增益值，可以通过相干积分与非相干积分手段来实现，但存在的问题是由于各个卫星系统的导航电文数据特性，积分时间会因为导航电文比特跳变而衰减。因此，由DavidLin提出的半比特相干积分算法可实现以GPS系统为例10ms的相干积分时间消除比特跳变影响[3]。在有强信号存在的情况下，高灵敏度卫星导航接收机检测弱信号时会错误的将强信号与弱信号之间的互相关峰值误判为弱信号之间的自相关峰值，从而影响弱信号的捕获。一种抑制互相关的方法是通过跟踪得到强信号的信息用于滤除掉对弱信号产生的干扰。辅助定位方法是当接收机位于室内等弱信号条件下时，利用移动网络，蓝牙等来获取手机基地站的资讯，向接收机提供所捕获与定位所必须的接收机位置、时间、可见卫星的序号以及卫?
第二章 原理和总体方案 振频率和滤波器带宽等参数进行设置。该芯片内部集成了完善的接收链路，有低噪声放大器、混频器、可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier, PGA）、压控振荡器（VCO）、频率合成器和模数转换器等，而且该芯片由于高度集成，降低外界干扰的影响，其功耗低至 1.4dB，能够满足射频前端的结构需求和功耗低的需求。如图 2-17 为 MAX2769 的典型应用电路图。从天线接收的卫星信号，经由射频前端 MAX2769 芯片及其他器件的处理之后，进入基带信号处理模块。
【参考文献】：
期刊论文
[1]弱信号环境下北斗导航接收机位同步算法研究[J]. 孙一雄,蔚保国,伍蔡伦. 无线电工程. 2015(04)
[2]高灵敏度GPS接收机载波跟踪环路的设计优化与实现[J]. 武玲娟,崔莹莹,路卫军,于敦山. 北京大学学报(自然科学版). 2011(05)
[3]自适应非相干累加次数和门限的捕获策略研究[J]. 安勇,牟荣增,阎跃鹏. 系统仿真学报. 2011(04)
[4]高灵敏度卫星导航接收机的差分相干积分算法[J]. 王展,刘海涛. 信号处理. 2009(07)
博士论文
[1]高灵敏度北斗卫星导航接收机基带信号处理关键技术研究[D]. 韩志凤.南京航空航天大学 2018
硕士论文
[1]北斗高灵敏度卫星导航接收机设计与实现[D]. 翟红英.北方工业大学 2018
[2]高灵敏度卫星导航接收机捕获跟踪技术研究[D]. 王义强.北方工业大学 2017
[3]面向弱信号的GPS软件接收机技术研究[D]. 蔡磊.武汉大学 2017
[4]北斗卫星信号捕获关键技术研究[D]. 牛文慧.太原理工大学 2016
[5]高灵敏度北斗卫星导航接收机环路跟踪技术研究[D]. 朱龙泉.南京航空航天大学 2016
[6]基于ARM的三模导航接收机基带技术研究与实现[D]. 张北南.北方工业大学 2014
[7]卫星导航信号捕获算法的研究和实现[D]. 曹硕.中北大学 2014
[8]导航卫星弱信号相干—差分相干捕获算法研究[D]. 程川军.大连理工大学 2014
[9]BD-2/GPS室内定位的跟踪环路技术研究与实现[D]. 陆新颖.华东师范大学 2013
本文编号：2973489
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