GNSS信号与信息处理的实验设计与分析
发布时间：2022-01-13 17:38
近年,全球卫星导航事业蓬勃发展,经历着从GPS时代向GNSS时代的转变。GNSS接收机的研制成为导航技术发展的大趋势。本文对GNSS接收机中的信号与信息处理技术展开探讨,重点研究其中的基带单元,设计了基于FPGA的多模式GNSS信号捕获系统和跟踪系统,并在此基础上设计并完成实验,测试系统的功能和性能,主要工作如下:1、对比GNSS信号在导航结构、测距码特性以及调制方式等方面具有的共性和差异性,进而分析由此带来的实现GNSS信号与信息处理的痛点与难点。2、深入分析GNSS基带系统涉及的关键问题,对比现有的成熟算法,选定搭建GNSS捕获系统、跟踪系统的算法载体,并对其中的一些关键参数进行计算。3、提出了一种多模式GNSS信号捕获系统的设计方案以及一种GNSS信号通用跟踪环路的设计方案,并基于FPGA平台设计与实现。本文设计的系统极具灵活性,通过参数配置、模式切换等方式能够兼容不同系统的GNSS信号,且适用于不同输入格式的中频信号。系统的具体特点包括:1)支持不同码长、不同码速率、不同码周期的短码信号;2)支持GPS、Galileo、北斗、GLONASS不同的星座环境;3)支持BPSK调制方...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GPS卫星的捕获结果
表 2-7 常见的码相位鉴别器[56]别器算法 特性L-E I I最简单的鉴别器，不需要 Q 支路的相波跟踪环的性能有严格要求。2 2 22 2 2) ( )) ( )E L LE L LQ I QQ I Q 非相干归一化超前减滞后功率鉴别算法对于码元差大于±0.5 码元或噪声大保持良好的跟踪效果。2 2 2) ( )E L L Q I Q超前滞后能量差鉴别器，在码元差为±出效果同- - L P E LI Q Q Q需利用 6 路相关输出，运算量大。鉴相算法波环鉴相算法[39]包括：I(t)×Q(t)，actan(Q(t)/I(t))，Q(较结果如图 2-16 所示。
不同的阻尼系数对载波环的跟踪过程进行仿真，仿真结果如图2-17 所示。由图 2-17 可以观察到：阻尼系数ξ=0.7 时环路收敛的速度较ξ=1.4 时快，但是前者的振荡幅度却比后者大，仿真结果与理论相符合。(a) (b)图 2-17 不同阻尼系数的载波环跟踪比较。(a)ξ=0.7；(b)ξ=1.4此外，环路带宽 BL反映着进入环路的噪声量。BL越小，进入环路中的噪声量越少，滤波的效果就越好。但如果将 BL设置的过小，有可能会导致信号中的有效高频成分被环路滤掉，因此 BL也不能任意的小。本文选定的载波环和码环的具体参数[53,38]如表 2-8 所示。表 2-8 环路参数设计跟踪环路 BLξ K ωn载波环 20Hz 0.707 0.25 37.7Hz码环 3Hz 0.707 1 5.66Hz
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年国外导航卫星发展综述[J]. 刘春保. 国际太空. 2018(02)
[2]基于单元相关的GPS L1C/A与L1C联合捕获算法[J]. 纪元法,刘媛,孙希延,蔚保国,甄卫民. 系统工程与电子技术. 2018(02)
[3]美国GPS现代化战略研究[J]. 王小妮,赵子峥,韩超. 全球定位系统. 2017(01)
[4]一种高精度复数求模近似算法的设计及实现[J]. 李世平. 电子技术与软件工程. 2016(03)
[5]平均采样定理[J]. 霍海叶,孙文昌. 中国科学:数学. 2015(09)
[6]基于平均相关算法的北斗B2信号快速捕获[J]. 徐亮,曾庆喜,唐琳琳,曾庆化. 南京航空航天大学学报. 2015(04)
[7]美国GPS系统及其国际合作进展[J]. 李培升. 国际太空. 2015(04)
[8]BOC信号改进码相位捕获算法研究[J]. 朱银兵,李豹,刘睿. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(03)
[9]一种GNSS双频信号跟踪的新方法[J]. 袁洪,刘文学,袁超,魏东岩,唐阳阳. 宇航学报. 2015(01)
[10]北斗B1频点中频信号仿真系统设计[J]. 徐昭,李荣冰,谢非,刘建业. 系统仿真技术. 2013(03)
博士论文
[1]高灵敏度卫星导航接收机同步技术的研究[D]. 朱灿.东南大学 2017
[2]基于差分相干的微弱GPS信号捕获与比特同步研究[D]. 李新山.电子科技大学 2014
[3]兼容GPS的BD2基带信号处理算法研究[D]. 邹德君.北京邮电大学 2010
[4]高灵敏度GPS/Galileo双模导航接收机的研究与开发[D]. 刘海涛.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]新体制导航信号的高动态捕获和跟踪算法设计[D]. 王熙.电子科技大学 2017
[2]可配置多模式GNSS信号同步技术研究[D]. 周骥.电子科技大学 2015
[3]BOC信号无模糊捕获技术的研究与实现[D]. 汪伟.北京理工大学 2015
[4]基于FPGA的可重构多模导航基带处理技术研究[D]. 梁淏翔.电子科技大学 2014
[5]导航信号生成及捕获方法研究[D]. 张馥臣.中国科学院研究生院（国家授时中心） 2013
[6]GNSS接收机快速捕获算法研究[D]. 曾超.电子科技大学 2013
[7]GPS/北斗导航接收机捕获器的可配置硬件设计[D]. 费威.上海交通大学 2013
[8]GPS双频接收机捕获技术研究[D]. 丁仁天.浙江大学 2013
[9]GPS模拟信号源基带算法设计与软件实现[D]. 高鹏.电子科技大学 2012
[10]GNSS接收机捕获算法的研究及FPGA实现[D]. 吴志强.北京邮电大学 2011
本文编号：3586863
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GPS卫星的捕获结果
表 2-7 常见的码相位鉴别器[56]别器算法 特性L-E I I最简单的鉴别器，不需要 Q 支路的相波跟踪环的性能有严格要求。2 2 22 2 2) ( )) ( )E L LE L LQ I QQ I Q 非相干归一化超前减滞后功率鉴别算法对于码元差大于±0.5 码元或噪声大保持良好的跟踪效果。2 2 2) ( )E L L Q I Q超前滞后能量差鉴别器，在码元差为±出效果同- - L P E LI Q Q Q需利用 6 路相关输出，运算量大。鉴相算法波环鉴相算法[39]包括：I(t)×Q(t)，actan(Q(t)/I(t))，Q(较结果如图 2-16 所示。
不同的阻尼系数对载波环的跟踪过程进行仿真，仿真结果如图2-17 所示。由图 2-17 可以观察到：阻尼系数ξ=0.7 时环路收敛的速度较ξ=1.4 时快，但是前者的振荡幅度却比后者大，仿真结果与理论相符合。(a) (b)图 2-17 不同阻尼系数的载波环跟踪比较。(a)ξ=0.7；(b)ξ=1.4此外，环路带宽 BL反映着进入环路的噪声量。BL越小，进入环路中的噪声量越少，滤波的效果就越好。但如果将 BL设置的过小，有可能会导致信号中的有效高频成分被环路滤掉，因此 BL也不能任意的小。本文选定的载波环和码环的具体参数[53,38]如表 2-8 所示。表 2-8 环路参数设计跟踪环路 BLξ K ωn载波环 20Hz 0.707 0.25 37.7Hz码环 3Hz 0.707 1 5.66Hz
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年国外导航卫星发展综述[J]. 刘春保. 国际太空. 2018(02)
[2]基于单元相关的GPS L1C/A与L1C联合捕获算法[J]. 纪元法,刘媛,孙希延,蔚保国,甄卫民. 系统工程与电子技术. 2018(02)
[3]美国GPS现代化战略研究[J]. 王小妮,赵子峥,韩超. 全球定位系统. 2017(01)
[4]一种高精度复数求模近似算法的设计及实现[J]. 李世平. 电子技术与软件工程. 2016(03)
[5]平均采样定理[J]. 霍海叶,孙文昌. 中国科学:数学. 2015(09)
[6]基于平均相关算法的北斗B2信号快速捕获[J]. 徐亮,曾庆喜,唐琳琳,曾庆化. 南京航空航天大学学报. 2015(04)
[7]美国GPS系统及其国际合作进展[J]. 李培升. 国际太空. 2015(04)
[8]BOC信号改进码相位捕获算法研究[J]. 朱银兵,李豹,刘睿. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(03)
[9]一种GNSS双频信号跟踪的新方法[J]. 袁洪,刘文学,袁超,魏东岩,唐阳阳. 宇航学报. 2015(01)
[10]北斗B1频点中频信号仿真系统设计[J]. 徐昭,李荣冰,谢非,刘建业. 系统仿真技术. 2013(03)
博士论文
[1]高灵敏度卫星导航接收机同步技术的研究[D]. 朱灿.东南大学 2017
[2]基于差分相干的微弱GPS信号捕获与比特同步研究[D]. 李新山.电子科技大学 2014
[3]兼容GPS的BD2基带信号处理算法研究[D]. 邹德君.北京邮电大学 2010
[4]高灵敏度GPS/Galileo双模导航接收机的研究与开发[D]. 刘海涛.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]新体制导航信号的高动态捕获和跟踪算法设计[D]. 王熙.电子科技大学 2017
[2]可配置多模式GNSS信号同步技术研究[D]. 周骥.电子科技大学 2015
[3]BOC信号无模糊捕获技术的研究与实现[D]. 汪伟.北京理工大学 2015
[4]基于FPGA的可重构多模导航基带处理技术研究[D]. 梁淏翔.电子科技大学 2014
[5]导航信号生成及捕获方法研究[D]. 张馥臣.中国科学院研究生院（国家授时中心） 2013
[6]GNSS接收机快速捕获算法研究[D]. 曾超.电子科技大学 2013
[7]GPS/北斗导航接收机捕获器的可配置硬件设计[D]. 费威.上海交通大学 2013
[8]GPS双频接收机捕获技术研究[D]. 丁仁天.浙江大学 2013
[9]GPS模拟信号源基带算法设计与软件实现[D]. 高鹏.电子科技大学 2012
[10]GNSS接收机捕获算法的研究及FPGA实现[D]. 吴志强.北京邮电大学 2011
本文编号：3586863
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