北斗导航接收机B1信号跟踪环路设计及其FPGA验证

发布时间：2018-05-03 23:06

  本文选题：北斗二代 + 导航接收机　； 参考：《东南大学》2017年硕士论文

【摘要】：随着卫星导航系统的快速发展以及对实时高精度的不断追求,特别是近年来,我国大力自主研发"北斗二代"卫星导航系统,使得基带信号处理中的跟踪部分在接收机系统中起到越来越重要的作用。本文针对"北斗二代" B1频点信号D2导航电文,对载波跟踪环和码跟踪环进行分析与设计。本文首先对直接扩频通信系统进行了介绍,分析了北斗B1信号的结构与特性,并进一步分析了北斗导航接收机中各模块的工作原理;在设计载波跟踪环路时,研究了锁相环与锁频环各自的特点,并将锁相环与锁频环结合得到完整的载波跟踪环路;根据北斗B1信号的特性,采用二阶锁频环辅助三阶锁相环转纯锁相环的形式,其中锁频环采用叉积鉴频法,锁相环采用Q路信号乘以Ⅰ路信号符号的鉴相算法。对于码跟踪环的设计,分析了伪码相位确定伪距的原理,并研究了延迟锁定环的结构与特性,在码跟踪环路中采用双通道的非相干超前减滞后幅值鉴相算法,并用载波环辅助码环以消除码环的动态应力;最后将码跟踪环与载波跟踪环结合,得到了完整的卫星接收机跟踪环路,并用Matlab对跟踪环路进行了仿真分析。基于模块化的思想,对本文设计的跟踪环路进行了 FPGA实现。评估了实现跟踪算法所需逻辑资源并选择合适的芯片,采用Verilog HDL设计了环路各个模块,在验证了各个模块功能的正确性后,对整个跟踪环路进行了仿真并在FPGA开发板上完成了测试,测试结果表明,跟踪环路可以成功锁定信号,证明了设计的正确性和可行性。
[Abstract]:With the rapid development of satellite navigation system and the continuous pursuit of real-time and high-precision, especially in recent years, China has vigorously independently developed the "Beidou second generation" satellite navigation system. The tracking part of baseband signal processing plays a more and more important role in receiver system. In this paper, the carrier tracking loop and the code tracking loop are analyzed and designed for the "Beidou second generation" B1 frequency signal D2 navigation message. This paper first introduces the direct spread spectrum communication system, analyzes the structure and characteristics of Beidou B1 signal, and further analyzes the working principle of each module in the Beidou navigation receiver. The characteristics of phase-locked loop and frequency-locked loop are studied, and a complete carrier tracking loop is obtained by combining phase-locked loop with frequency-locked loop. According to the characteristics of Beidou B1 signal, the second-order frequency locked loop is used to assist the transformation of third-order phase-locked loop to pure phase-locked loop. The frequency locking loop adopts the cross product frequency discrimination method, and the phase locked loop adopts the phase discrimination algorithm of Q channel signal multiplied by I channel signal symbol. For the design of code tracking loop, the principle of pseudo-code phase determining pseudo-range is analyzed, and the structure and characteristics of delay-locked loop are studied. Finally, a complete satellite receiver tracking loop is obtained by combining the code tracking loop with the carrier tracking loop, and the tracking loop is simulated by Matlab. Based on the idea of modularization, the tracking loop designed in this paper is implemented by FPGA. The logic resources needed to realize the tracking algorithm are evaluated and the appropriate chip is selected. Each module of the loop is designed by using Verilog HDL, and the correctness of the function of each module is verified. The whole tracking loop is simulated and tested on the FPGA development board. The test results show that the tracking loop can lock the signal successfully, which proves the correctness and feasibility of the design.
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN967.1

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本文编号：1840475