北斗二代导航接收机基带处理的算法与实现

发布时间：2017-05-16 21:05

  本文关键词：北斗二代导航接收机基带处理的算法与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：伴随着信息技术的高速发展,卫星定位导航技术在导航、测绘、天文、军事、通讯等不同领域得到推广,许多地区和国家都在进行卫星导航接收机的开发。随着北斗系统空间信号接口控制(ICD)文件的公布,我国自主研发的“北斗二代”导航系统也逐步完善。基带信号处理部分的研究对发展我国未来卫星导航产业有非常重要的意义,是北斗二代导航接收机性能好坏的关键。为此,本文重点研究基带信号处理中的信号捕获和跟踪算法,然后用硬件描述语言设计各个模块并进行仿真验证。主要工作表现在以下方面:首先,本文介绍了北斗二代信号的特点、调制方式和构成,分析了导航电文、载波、伪随机码的结构与生成;然后阐述了接收机结构、定位原理、原始观测量的捕捉以及下变频理论基础;最后根据理论分析在Simulink平台中搭建了北斗二代导航系统的发送端模型和接收端模型。其次,本文研究了北斗二代信号基带数据处理中的捕获原理和算法。分析和比较时域串行相关捕获算法、基于匹配滤波器的捕获算法、基于快速傅立叶变换的并行捕获算法以及基于PMF/FFT的并行捕获算法。重点对基于PMF/FFT的算法进行建模仿真。然后研究了北斗二代信号跟踪原理和算法,分析了载波跟踪环和码跟踪环的结构以及特点,设计了跟踪算法的整体框架,并根据理论分析在Simulink平台中搭建了跟踪算法模型。最后,本文给出了硬件设计方案,利用Verilog HDL语言在FPGA硬件平台对算法进行逻辑实现。然后对设计的数字基带处理实现方案中的重要模块进行详细分析,给出设计思路、模块结构、实际接口列表,并对实现过程进行阐述,再用Modelsim对代码进行功能仿真。最后给出了硬件仿真结果、综合报表、资源使用情况,验证了算法的性能。
【关键词】：北斗二代 接收机 基带信号处理 信号捕获 信号跟踪 FPGA
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN965.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 全球导航卫星系统的国内外发展现状15-17
• 1.2 导航接收机的发展现状17-18
• 1.2.1 导航接收机国外发展现状18
• 1.2.2 导航接收机国内发展现状18
• 1.3 本论文研究目的及意义18-19
• 1.4 本论文的主要内容19
• 1.5 本论文的结构安排19-21
• 第二章 接收机原理及北斗二代导航系统仿真平台21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 北斗二代信号结构21-25
• 2.2.1 导航电文22-23
• 2.2.2 载波23-24
• 2.2.3 伪随机码24-25
• 2.3 接收机原理25-29
• 2.3.1 北斗二代导航接收机结构25-26
• 2.3.2 定位原理26-27
• 2.3.3 原始观测量获取27-28
• 2.3.4 下变频理论基础28-29
• 2.4 北斗二代导航系统模型29-31
• 2.4.1 北斗二代信源/信道模型29-30
• 2.4.2 北斗二代导航接收机模型30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 接收机基带处理中捕获算法研究32-53
• 3.1 引言32
• 3.2 北斗二代卫星信号的捕获原理32-33
• 3.3 捕获参数分析33-35
• 3.3.1 搜索步长34
• 3.3.2 捕获门限34
• 3.3.3 多普勒搜索空间34-35
• 3.4 捕获算法分析35-48
• 3.4.1 时域串行相关捕获算法35-38
• 3.4.2 基于匹配滤波器的捕获算法38-40
• 3.4.3 基于快速傅里叶变换的并行捕获算法40-42
• 3.4.4 基于PMF/FFT的并行捕获算法42-43
• 3.4.5 性能比较分析43-48
• 3.5 基于PMF/FFT的并行捕获算法仿真48-52
• 3.5.1 匹配滤波器长度及FFT点数对捕获结果的影响49-50
• 3.5.2 不同信噪比对捕获结果的影响50-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 接收机基带处理中跟踪算法研究53-62
• 4.1 引言53
• 4.2 北斗二代卫星信号的跟踪原理53-54
• 4.3 载波跟踪环54-56
• 4.4 码跟踪环56-57
• 4.5 北斗二代信号跟踪算法仿真57-61
• 4.5.1 跟踪模块仿真模型57
• 4.5.2 跟踪模块仿真流程57-58
• 4.5.3 码环跟踪模型及仿真结果58-60
• 4.5.4 载波环跟踪模型及仿真结果60-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第五章 算法的FPGA实现62-78
• 5.1 引言62
• 5.2 FPGA设计概述62-63
• 5.3 整体逻辑实现方案63-64
• 5.4 数字基带处理具体模块实现方案64-75
• 5.4.1 捕获及跟踪模块65-66
• 5.4.2 载波NCO模块66-68
• 5.4.2.1 模块功能66-67
• 5.4.2.2 模块接67
• 5.4.2.3 模块实现67-68
• 5.4.3 码NCO模块68-69
• 5.4.3.1 模块功能68
• 5.4.3.2 模块接68-69
• 5.4.3.3 模块实现69
• 5.4.4 伪码产生模块69-70
• 5.4.4.1 模块功能69-70
• 5.4.4.2 模块接70
• 5.4.4.3 模块实现70
• 5.4.5 捕获过程中相关器模块70-72
• 5.4.5.1 模块功能70-71
• 5.4.5.2 模块接71-72
• 5.4.5.3 模块实现72
• 5.4.6 FFT模块72-73
• 5.4.7 跟踪过程中相关器模块73-75
• 5.4.7.1 模块功能73-74
• 5.4.7.2 模块接74
• 5.4.7.3 模块实现74-75
• 5.5 测试结果75-77
• 5.5.1 捕获模块仿真75-76
• 5.5.2 跟踪模块仿真76-77
• 5.6 本章小结77-78
• 第六章 总结与展望78-79
• 6.1 论文总结78
• 6.2 后续工作展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-82
• 个人简历、攻读硕士学位期间取得的成果82-83
• 1.个人简历82
• 2.参加的科研项目82
• 3.获得奖励82-83

【参考文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 吴晓东;;GNSS二次编码分析[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 徐晓;GNSS软件接收机的研究与实现[D];中国矿业大学(北京);2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王勇松;高灵敏度GNSS关键接收技术研究[D];浙江大学;2010年

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本文编号：371910