高动态B1信号实时捕获的算法研究与硬件实现

发布时间：2017-03-30 22:15

  本文关键词：高动态B1信号实时捕获的算法研究与硬件实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着卫星导航应用领域的扩展,北斗卫星导航系统在高动态环境下的导航定位精度和速度受到重视。面对高动态环境下多普勒频偏的剧烈变化,如何提高捕获速度,保证捕获结果准确性成为接收机的研究热点之一,也是本文研究的重点。本文设计并实现了一种一般高动态下北斗数字接收机实时捕获系统,并消除了电文翻转对频偏精度的影响。首先,分析了B1信号的结构特点和电文翻转对测距码相关特性的影响,确定了一般高动态定义下B1信号的捕获范围。然后,给出了常用二维搜索算法的优势与不足,理论分析了二维串行搜索和二维并行搜索算法不适用于B1信号实时捕获的原因。论证了并行搜索码相位算法提高捕获速度的原理,并利用非对称FFT消除电文翻转来优化算法,仿真分析了算法的性能。其次,对基于频偏并行搜索算法的理论依据进行分析,阐述了基于部分匹配滤波器的并行搜索频率捕获算法,该算法在实现频率并行搜索的同时又可以完成码相位的短时并行相关。针对电文翻转的影响,改进消除电文翻转的并行捕获算法,该方法能够提高频偏搜索的精度,MATLAB仿真验证了算法性能。最后,在FPGA上实现新的捕获方案,优化匹配滤波器组的设计,分模块进行设计细节和功能的阐述,通过高动态仿真数据和实时数据对捕获方案进行测试,验证了该方案的有效性和可行性。
【关键词】：B1信号 高动态 电文翻转 实时捕获 FPGA
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN967.1
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外高动态捕获技术的研究现状13-14
• 1.3 本文主要工作及论文结构14-15
• 第二章 北斗B1信号特性15-21
• 2.1 引言15
• 2.2 B1信号结构15-18
• 2.2.1 CB1I结构与特性15-17
• 2.2.2 电文的扩频调制17-18
• 2.3 高动态B1信号特性18-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 捕获算法研究21-34
• 3.1 引言21
• 3.2 扩频信号捕获概述21-24
• 3.2.1 QPSK调制分析21-22
• 3.2.2 B1信号生成及捕获方法22-24
• 3.3 二维串行捕获24-25
• 3.4 二维并行捕获25-27
• 3.5 并行捕获码相位27-29
• 3.6 并行捕获多普勒频偏29-32
• 3.6.1 一般实现思想29-30
• 3.6.2 基于匹配滤波器组的并行频率搜索算法30-32
• 3.7 本章小节32-34
• 第四章 消除电文翻转的并行捕获算法34-45
• 4.1 引言34
• 4.2 电文翻转对频偏搜索的影响34-35
• 4.3 PMF+BTC+FFT捕获算法35-40
• 4.4 算法复杂度比较40-41
• 4.5 频估精度的仿真测试41-44
• 4.6 本章小节44-45
• 第五章 捕获算法的实现45-59
• 5.1 引言45
• 5.2 系统实现方案45-46
• 5.3 参数设置46-47
• 5.4 系统关键模块的实现47-56
• 5.4.1 混频模块49-50
• 5.4.2 测距码发生器50-51
• 5.4.3 信号的缓存51-52
• 5.4.4 部分匹配滤波器组52-54
• 5.4.5 BTC和FFT模块54-55
• 5.4.6 相关结果的处理55-56
• 5.5 卫星参数的计算56
• 5.5.1 测距码相位的计算56
• 5.5.2 多普勒频偏的计算56
• 5.6 捕获架构的评估56-57
• 5.6.1 捕获资源占用56-57
• 5.6.2 捕获时间分析57
• 5.7 本章小节57-59
• 第六章 捕获系统的测试59-66
• 6.1 引言59
• 6.2 测试环境59-60
• 6.3 实时测试结果60-62
• 6.4 高动态环境的模拟测试62-64
• 6.5 本章小节64-66
• 结束语66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 硕士期间发表论文72

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本文编号：278213