高轨环境下北斗弱信号的捕获技术研究
发布时间：2021-06-13 10:45
目前,高轨航天器自主导航技术是我国迫切需要发展的航天新技术之一,在高轨航天器上使用导航接收机已成为各类工程应用的热点。高轨航天器导航接收机与陆地接收机应用最大的不同在于,前者需要接收来自地球对面的导航卫星信号。由于信号传播路径的增加,导致了路径损耗过大和接收信号微弱问题。因此,开展高轨北斗弱信号捕获技术研究十分必要。本文对高轨接收北斗信号特性进行了仿真,从而确定了弱信号捕获算法的接收功率门限值。在信号搜索方面,分析了串行捕获算法、基于FFT的并行码相位捕获算法的优缺点;在处理增益累积方面,对相干累积、非相干累积和差分相干累积进行了对比分析;在消除数据码相位跳变方面,对半比特和全比特累积方法进行了分析。针对传统的差分相干算法不适合应用于全比特累积算法的情况,提出了基于全比特改进的差分相干算法,解决了信号无法长时间累积的问题,从而提高了北斗弱信号的处理增益。通过MATLAB对传统的非相干算法和改进后的算法分别进行了仿真,验证了改进后的算法在北斗弱信号捕获性能方面具有明显的优势,同时,对改进的算法所能捕获信号的最低信号功率进行了仿真,仿真结果表明,改进的算法除了能够实现-175dBW北斗弱信...
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高轨道卫星与导航星座几何位置关系示意图
的仿真都是建立在只考虑接收机接收到的北斗系统的主瓣信号的信号的发射角是 42.6°，只有当高轨卫星运行至一定的区域，即运的遮挡半角小于信号发射半角 21.3°，星载接收机才能接收到导航号，此时，判定接收机对这颗卫星可见。北斗星座模型建立全球导航星座由 3 颗 IGSO 轨道卫星、27 颗 MEO 轨道卫星、5 成[31]。3 颗 IGSO 卫星轨道倾角为 55 度、三个轨道面分布、升交颗卫星的星下点轨迹重合，相交于东经 180 度；MEO 卫星/3/1 星座，分布在相隔 120°的三个轨道面上，每个轨道上分别均匀轨道高度是 24126 千米，轨道倾角为 55°，7 天 13 圈是它的运行周分别位于东经 58.75 度、80 度、110.5 度、140 度和 160 度[32-33]。用 J2000.0ECT(地心惯性坐标系)作为坐标基准，UTC(协调世界时北斗全球星座，仿真一天时间内北斗全球星座的运行轨道和二维-2、图 2-3 分别是北斗全球系统的三维卫星轨道和二维星下点轨迹
图 2-3 全球系统二维星下点轨迹星间链路建立建北斗全球星座以及高轨卫星模型之后，需要在两者之间建立星间通星信号在通信链路的传播过程由导航信号发射、信号传播、信号接收由空间链路预算公式可得出接收机接收到的信号接收功率[34]，在自由中，接收机天线接收到的导航卫星信号的链路预算方程为：0420lg( )r t t rdP P G G L （2-1）中：导航卫星接收机接收到的导航卫星信号功率用rP 表示，导发射功率用tP 表示，卫星天线的发射增益用tG 表示，卫星天线的接收，20lg(4 d/ ）为自由空间传播损耗，接收机到导航卫星的距离用波波长用 表示， 由所设置的信号频率确定，波长为 0.192m；0L 为在高轨应用时可忽略不计。
【参考文献】：
期刊论文
[1]北斗软件接收机B1频点信号捕获算法研究[J]. 毛新凯,李世光,杨军. 现代电子技术. 2015(13)
[2]北斗二代系统B1频段中频信号的生成方法[J]. 刘天旻,茅旭初. 计算机仿真. 2013(09)
[3]窄带干扰下北斗卫星导航信号性能分析[J]. 郭淑霞,胡占涛. 计算机应用研究. 2014(02)
[4]高轨环境下BDS弱信号跟踪技术研究[J]. 闻长远,岳富占,仇跃华,柯颋. 飞行器测控学报. 2013(04)
[5]Vector tracking loops in GNSS receivers for dynamic weak signals[J]. Jing Liu,Xiaowei Cui,Mingquan Lu,Zhenming Feng. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2013(03)
[6]北斗MEO/IGSO卫星B1频点信号捕获方法研究[J]. 史向男,巴晓辉,陈杰. 国外电子测量技术. 2013(04)
[7]GPS信号差分相干累积捕获技术[J]. 胡辉,袁媛,路春. 哈尔滨理工大学学报. 2012(06)
[8]Research and progress of Beidou satellite navigation system[J]. SUN FuPing ,LIU Shuai,ZHU XinHui & MEN BaoHong College of Navigation and Aerospace Engineering,Information Engineering University,Zhengzhou 450052,China. Science China（Information Sciences）. 2012(12)
[9]北斗卫星导航系统及应用[J]. 贠敏,葛榜军. 卫星应用. 2012(05)
[10]GNSS全球卫星导航系统发展概况及最新进展[J]. 纪龙蛰,单庆晓. 全球定位系统. 2012(05)
博士论文
[1]弱信号环境下的GNSS信号捕获技术研究[D]. 李小捷.西安电子科技大学 2012
[2]高轨航天器中GPS弱信号处理及自主定轨技术[D]. 谢燕军.哈尔滨工程大学 2011
[3]弱信号条件下GPS接收机关键技术研究[D]. 丁继成.哈尔滨工程大学 2009
硕士论文
[1]北斗二代B1频点弱信号捕获技术研究[D]. 邬梦云.西安电子科技大学 2015
[2]高灵敏度北斗B1I信号捕获技术研究[D]. 解娅宁.西安电子科技大学 2015
[3]北斗二号导航弱信号捕获算法研究[D]. 刘远.重庆大学 2014
[4]基于高轨星载接收机的BDS/GPS弱信号捕获技术研究[D]. 王凤娇.武汉理工大学 2014
[5]“北斗二代”B1频段弱信号捕获技术研究与实现[D]. 璩莹莹.西安电子科技大学 2014
[6]北斗卫星导航系统B1频段信号分析研究[D]. 刘天旻.上海交通大学 2013
[7]高灵敏度GNSS接收机捕获算法研究及FPGA实现[D]. 吴军伟.北京邮电大学 2013
[8]微弱GPS信号捕获与跟踪算法的研究[D]. 刘然.河北科技大学 2012
[9]基于GNSS的高轨卫星定轨技术研究[D]. 詹鹏宇.南京航空航天大学 2012
[10]GPS弱信号捕获算法研究及其在软件接收机上的实现[D]. 马若飞.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3227337
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高轨道卫星与导航星座几何位置关系示意图
的仿真都是建立在只考虑接收机接收到的北斗系统的主瓣信号的信号的发射角是 42.6°，只有当高轨卫星运行至一定的区域，即运的遮挡半角小于信号发射半角 21.3°，星载接收机才能接收到导航号，此时，判定接收机对这颗卫星可见。北斗星座模型建立全球导航星座由 3 颗 IGSO 轨道卫星、27 颗 MEO 轨道卫星、5 成[31]。3 颗 IGSO 卫星轨道倾角为 55 度、三个轨道面分布、升交颗卫星的星下点轨迹重合，相交于东经 180 度；MEO 卫星/3/1 星座，分布在相隔 120°的三个轨道面上，每个轨道上分别均匀轨道高度是 24126 千米，轨道倾角为 55°，7 天 13 圈是它的运行周分别位于东经 58.75 度、80 度、110.5 度、140 度和 160 度[32-33]。用 J2000.0ECT(地心惯性坐标系)作为坐标基准，UTC(协调世界时北斗全球星座，仿真一天时间内北斗全球星座的运行轨道和二维-2、图 2-3 分别是北斗全球系统的三维卫星轨道和二维星下点轨迹
图 2-3 全球系统二维星下点轨迹星间链路建立建北斗全球星座以及高轨卫星模型之后，需要在两者之间建立星间通星信号在通信链路的传播过程由导航信号发射、信号传播、信号接收由空间链路预算公式可得出接收机接收到的信号接收功率[34]，在自由中，接收机天线接收到的导航卫星信号的链路预算方程为：0420lg( )r t t rdP P G G L （2-1）中：导航卫星接收机接收到的导航卫星信号功率用rP 表示，导发射功率用tP 表示，卫星天线的发射增益用tG 表示，卫星天线的接收，20lg(4 d/ ）为自由空间传播损耗，接收机到导航卫星的距离用波波长用 表示， 由所设置的信号频率确定，波长为 0.192m；0L 为在高轨应用时可忽略不计。
【参考文献】：
期刊论文
[1]北斗软件接收机B1频点信号捕获算法研究[J]. 毛新凯,李世光,杨军. 现代电子技术. 2015(13)
[2]北斗二代系统B1频段中频信号的生成方法[J]. 刘天旻,茅旭初. 计算机仿真. 2013(09)
[3]窄带干扰下北斗卫星导航信号性能分析[J]. 郭淑霞,胡占涛. 计算机应用研究. 2014(02)
[4]高轨环境下BDS弱信号跟踪技术研究[J]. 闻长远,岳富占,仇跃华,柯颋. 飞行器测控学报. 2013(04)
[5]Vector tracking loops in GNSS receivers for dynamic weak signals[J]. Jing Liu,Xiaowei Cui,Mingquan Lu,Zhenming Feng. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2013(03)
[6]北斗MEO/IGSO卫星B1频点信号捕获方法研究[J]. 史向男,巴晓辉,陈杰. 国外电子测量技术. 2013(04)
[7]GPS信号差分相干累积捕获技术[J]. 胡辉,袁媛,路春. 哈尔滨理工大学学报. 2012(06)
[8]Research and progress of Beidou satellite navigation system[J]. SUN FuPing ,LIU Shuai,ZHU XinHui & MEN BaoHong College of Navigation and Aerospace Engineering,Information Engineering University,Zhengzhou 450052,China. Science China（Information Sciences）. 2012(12)
[9]北斗卫星导航系统及应用[J]. 贠敏,葛榜军. 卫星应用. 2012(05)
[10]GNSS全球卫星导航系统发展概况及最新进展[J]. 纪龙蛰,单庆晓. 全球定位系统. 2012(05)
博士论文
[1]弱信号环境下的GNSS信号捕获技术研究[D]. 李小捷.西安电子科技大学 2012
[2]高轨航天器中GPS弱信号处理及自主定轨技术[D]. 谢燕军.哈尔滨工程大学 2011
[3]弱信号条件下GPS接收机关键技术研究[D]. 丁继成.哈尔滨工程大学 2009
硕士论文
[1]北斗二代B1频点弱信号捕获技术研究[D]. 邬梦云.西安电子科技大学 2015
[2]高灵敏度北斗B1I信号捕获技术研究[D]. 解娅宁.西安电子科技大学 2015
[3]北斗二号导航弱信号捕获算法研究[D]. 刘远.重庆大学 2014
[4]基于高轨星载接收机的BDS/GPS弱信号捕获技术研究[D]. 王凤娇.武汉理工大学 2014
[5]“北斗二代”B1频段弱信号捕获技术研究与实现[D]. 璩莹莹.西安电子科技大学 2014
[6]北斗卫星导航系统B1频段信号分析研究[D]. 刘天旻.上海交通大学 2013
[7]高灵敏度GNSS接收机捕获算法研究及FPGA实现[D]. 吴军伟.北京邮电大学 2013
[8]微弱GPS信号捕获与跟踪算法的研究[D]. 刘然.河北科技大学 2012
[9]基于GNSS的高轨卫星定轨技术研究[D]. 詹鹏宇.南京航空航天大学 2012
[10]GPS弱信号捕获算法研究及其在软件接收机上的实现[D]. 马若飞.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3227337
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/sousuoyinqinglunwen/3227337.html
