卫星导航信号分析与参数估计

发布时间：2017-06-28 22:14

  本文关键词：卫星导航信号分析与参数估计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着卫星导航技术在当今社会的广泛应用,人们对导航精度的要求也越来越高。卫星导航系统定位、导航和授时的基础为导航信号到达时间的获取,而信号到达时间的观测精度主要由卫星导航接收机决定,而在接收相关技术中,导航信号的捕获与跟踪为其核心技术。导航信号捕获及跟踪技术的精度直接决定了卫星导航接收机的性能。目前,多种导航体制共存,导航体制并不透明,跨体制导航不可避免涉及到导航信号的破译,理论上导航信号破译是一个参数估计问题。因此,本文从码跟踪角度对卫星导航信号进行了分析并对其中的一些参数进行了估计,主要研究内容包括:首先,从码跟踪精度角度对接收机中的解扩码波形进行了深入的研究,设计出一种优化的解扩码形,它可降低码跟踪误差;本文从码跟踪误差的克拉美罗下限(Cramer-Rao Lower Bound,CRLB)的角度对卫星导航信号中的扩频码进行分析,并推导出低跟踪误差的扩频码波形特点,根据此特点将优化的解扩码这一研究成果运用到全球定位系统(Global Positioning System,GPS)中的M码。然后,对卫星导航信号的频率估计进行了研究,该研究假定已知导航信号中的信息码和扩频码,则导航信号可简化为单频率复正弦信号,提出了一种改进的频率估计算法使对于任意频率的信号其频率估计的均方根误差均可接近CRLB。最后,对卫星导航信号的破译进行了仿真研究,利用导航信号自相关的特点,将其与自身一小片段作相关,以降低噪声影响,并利用导航信号周期性的特点,将信号的多个周期进行叠加,以提高信号的信噪比。通过这两种处理,对卫星导航信号的多个参数进行估计,包括伪随机噪声(Pseudo Random Noise,PRN)码周期、多普勒频率、初始载波相位、PRN码初始位置等参数,最终成功破译出北斗导航卫星的PRN码序列结构。
【关键词】：卫星导航信号 码跟踪精度 频率估计 PRN码破译
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN967.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 缩略词注释表8-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题研究的背景和意义9-12
• 1.2 课题研究内容12-13
• 1.3 论文结构安排13-14
• 第二章 卫星导航信号基础14-26
• 2.1 调制类型14-16
• 2.1.1 二进制相移键控（BPSK）14-15
• 2.1.2 直接序列扩频（DSSS）15-16
• 2.2 复用技术16-17
• 2.3 信号模型与特性17-18
• 2.4 BOC调制技术18-22
• 2.4.1 BOC调制原理19
• 2.4.2 BOC调制信号的产生19-20
• 2.4.3 BOC调制信号的特性分析20-22
• 2.5 GPS信号22-25
• 2.5.1 GPS信号的构成23-24
• 2.5.2 直接序列PRN码的产生24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 导航信号解扩码波形分析与设计26-43
• 3.1 引言26-27
• 3.2 码跟踪环简介27-29
• 3.3 相关延时锁定跟踪环原理29-33
• 3.3.1 信号模型29-31
• 3.3.2 性能分析31-33
• 3.4 基于线性理论的解扩码波形设计33-35
• 3.4.1 扩频码为任意波形时解扩码波形设计33-34
• 3.4.2 克拉美罗限34
• 3.4.3 扩频码波形分析34-35
• 3.5 GPS中M码信号的解扩码波形设计35-36
• 3.6 仿真分析36-42
• 3.6.1 扩频码为平方根升余弦码36-40
• 3.6.2 扩频码为GPS中的M码40-42
• 3.7 本章小结42-43
• 第四章 信号频率估计算法研究43-57
• 4.1 引言43-44
• 4.2 基于DFT的频率估计算法44-49
• 4.2.1 Jacobsen频率估计算法45
• 4.2.2 Candan频率估计算法45-46
• 4.2.3 傅里叶系数插值迭代频率估计算法46-48
• 4.2.4 2N点DFT频率估计算法48-49
• 4.3 基于DFT的信号频率估计改进算法49-51
• 4.3.1 改进算法的主要思路49-50
• 4.3.2 改进算法的描述50-51
• 4.3.3 算法分析51
• 4.4 性能仿真与复杂度分析51-56
• 4.4.1 性能仿真52-55
• 4.4.2 复杂度分析55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 卫星导航信号破译的仿真研究57-76
• 5.1 引言57
• 5.2 信号模型和PRN码破译57-60
• 5.2.1 GNSS信号模型57-60
• 5.2.2 PRN码破译原理60
• 5.3 北斗-M1导航信号的破译60-75
• 5.3.1 去除载波61
• 5.3.2 整段数据和自身一小片段作相关卷积61-64
• 5.3.3 确定码周期64
• 5.3.4 去除多普勒频移使不确定度为码速率的一半64-66
• 5.3.5 去除二次编码66-67
• 5.3.6 多个周期的数据叠加以提高信噪比67-69
• 5.3.7 完全去除多普勒影响69-71
• 5.3.8 消除初始载波相位71-73
• 5.3.9 检测PRN码初始位置73
• 5.3.10 检测出一个周期PRN码73-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 总结与展望76-77
• 参考文献77-80
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文80-81
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利81-82
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目82-83
• 致谢83

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王智;高动态多普勒条件下的扩频接收技术研究[D];上海交通大学;2007年

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本文编号：495469