北斗卫星信号捕获算法研究

发布时间：2020-05-13 13:57

【摘要】：北斗卫星导航系统的信号处理一般经过捕获,跟踪和解算三个阶段。其中捕获既是北斗卫星信号处理的第一阶段,也是至为关键的一个环节。北斗卫星信号的捕获面临两个问题:1.在复杂的环境下,信号的信噪比很低,不利于将卫星信号从噪声中分离,难以捕获。2.卫星捕获算法中含有大量的FFT运算,在没有单独的硬件加速的情况下,软件接收机冷启动需要较长时间。本文主要对北斗卫星软件接收机的捕获算法进行深入研究,并给出上述两个问题的解决方案,主要的研究工作与创新点包括以下几个方面:1.针对NH码每隔1ms就有可能发生跳变,影响北斗卫星接收机捕获灵敏度的问题,提出一种改进的相干累积算法。通过遍历连续信号的数据块的组成,找出大于门限的相关值,减弱NH码跳变对信号累加的影响[1]。仿真结果表明,改进的相干累积算法可以有效提高对弱信号的捕获成功率。与传统的相干累积算法相比,延长了累积时间;与非相干累积算法相比,捕获灵敏度提高了2dB左右。同时采用先累加后相关的方法,有效的降低了算法复杂度。2.提出一种剥离NH码的方法。利用首次捕获结果,通过抽样值进行完全匹配,剥离NH码后使用相干累积算法。通过验证,该算法可以完整剥离NH码,在20ms的累积长度下,比非相干累积算法有4dB左右的增益,提高了北斗卫星软件接收机的灵敏度。3.针对捕获算法包含大量FFT运算,耗时和计算效率低的问题,提出一种基于CUDA平台的卫星捕获算法。利用CUDA平台强大的并行性和浮点计算能力为捕获算法加速,降低捕获算法的运行时间。经过验证,基于CUDA平台的捕获算法,相比仅依赖CPU,运算速度有较大的提升。4.搭建基于C语言的北斗卫星软件接收机仿真平台。对传统的卫星信号捕获算法和本文所提的捕获算法进行仿真分析和对比验证。
【图文】：

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介绍了伪随机码的生成原理及其强自相关性，，最后介绍了载波，导航电文的内容和构成。逡逑２．１北斗卫星信号模型逡逑北斗卫星信号产生过程如图２－１所示。首先根据卫星的编号，生成对应Ｉ路和Ｑ路逡逑的测距码。将测距码与ＮＨ码以及导航电文相乘生成基带扩频信号数据。通过单／双极逡逑性变换之后，分别与正弦载波和余弦载波相乘，调制成ＢＰＳＫ信号。两路数据相结合逡逑后形成ＱＰＳＫ信号。逡逑逦逦￣￣￣ｍ逦、＇、逡逑Ｂ１Ｉ测距码——单／双极性变换｜￣Ｋｇ）逦逡逑Ｔ邋Ｔ、、0邋—？邋－１逦ｊ逦ｙ逡逑ＮＨ码｜导航数＿逦｜载＾产生载波ＮＣ0｜逡逑￣１逦邋逦逦邋”逦Ｂ１逡逑ｆ逦信号逡逑ｂｉｑ邋测距码逦￣￣单邋／邋双极性——［ｐｓＫ邋调‘￣￣＇逡逑Ｔ逦0、、，逦路逦逦逦逡逑ＮＨ码｜导航数据（Ｑ）逡逑图２－１北斗卫星信号产生框图逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｂｅｉｄｏｕ邋ｓａｔｅｌｌｉｔｅ邋ｓｉｇｎａｌ逡逑北斗卫星信号的数字模型可以用式２－１来表示［２７］。逡逑ｆ邋（0邋＝劣Ｃ／（／）Ｄ／邋⑶…疋介邋＋邋＜）邋＋逦⑴ｓｉｎ（２；ｒ／ｅ／邋＋邋＜）逦（２－１）逡逑各符号的意义如表２－１所示。逡逑７逡逑

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２．３．１伪随机码的生成逡逑伪随机码生成器的原理就是对两个长度为１１位的Ｇ１序列和Ｇ２序列做模二加运算。逡逑伪随机码的生成过程如图２－２所示。通过两个１１位的存储器，移动抽头的指向，选择不逡逑同Ｇ２相位可以得到不同的ＰＲＮ码。逡逑逦＾邋１２３４５６７８９逦１０邋１１邋逦逡逑复酬时钟瞎列＾测距码逡逑移位控制时钟１逦＾逦—逡逑Ｉ逦Ｉ逡逑Ｉ逦Ｉ逡逑逦２邋｜邋３邋｜邋４逦５邋｜邋６邋｜邋７逦８邋｜邋９邋｜邋１０邋｜邋１１逡逑图２－２北斗卫星信号ＰＲＮ码生成器逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋ＰＲＮ邋Ｃｏｄｅ邋Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ邋ｆｏｒ邋Ｂｅｉｄｏｕ邋Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ邋Ｓｉｇｎａｌ逡逑Ｇ１和Ｇ２序列的生成多项式如式２－２和式２－３所示。逡逑Ｇ＼｛Ｘ）邋＝邋＼邋＋邋Ｘ邋＋邋Ｘ１邋＋逦＋邋Ｘ９邋＋逦（２－２）逡逑Ｇ２｛Ｘ）邋＝邋＼邋＋邋Ｘ邋＋邋Ｘ１邋＋逦＋邋Ｘ４邋＋邋Ｘ５邋＋逦＋邋Ｘ９邋＋邋Ｘｎ逦（２－３）逡逑Ｇ２序列相位分配如表２－２所示。逡逑表２－２邋Ｇ２序列相位分配表逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｐｈａｓｅ邋ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ邋ｏｆ邋Ｇ２邋ｓｅｑｕｅｎｃｅ逡逑编号逦卫星类型逦测距码编号邋Ｇ２序列相位分配逡逑１逦ＧＥＯ卫星逦１逦１十３逡逑２逦ＧＥＯ卫星逦２逦１十４逡逑３逦ＧＥＯ卫星逦３逦１十５逡逑４逦ＧＥＯ卫星逦４
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN967.1;TP301.6

【参考文献】