北斗卫星信号捕获关键技术研究

发布时间：2017-03-25 13:08

  本文关键词：北斗卫星信号捕获关键技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：北斗卫星定位导航系统是目前世界上四大定位导航系统之一,它能够实现全天全时段所有地区的覆盖。与北斗一代系统相比北斗二代无源定位导航系统是国家战略发展的重要一步。北斗系统以亚太地区为中心逐渐发展为全球覆盖的全时段定位导航系统,为我国军事、工业、农业、渔业、交通等行业发展提供良好的定位导航以及授时服务。作为全球卫星定位导航系统之一,与美国的GPS系统、欧洲的伽利略系统、俄罗斯的格洛纳斯系统并驾齐驱。根据设计规划计划,到2020年将建成并覆盖全球,为全世界用户提供全天候的定位、导航、授时等服务。卫星定位导航系统的优点显而易见,主要有:定位导航不受地域位置的限制,只要能接收到卫星信号即可完成定位;由于采用无源方式,定位导航用户数量不受限制,可同时提供成千上万的用户同时完成定位导航服务;但是恶劣的信号环境对信号接收提出新的要求,能否在恶劣环境中成功的接收信号并顺利完成信号的后续处理至关重要,因此有必要深入研究完善信号的接收与处理过程。目前研究热点主要集中于中频信号的基带处理过程中,其中主要包括信号的快速捕获、信号的稳定跟踪、位置信息的精确解算。其中信号的捕获作为基带信号处理的首要阶段,其捕获结果将直接影响接收机的信号接收性能,因此开展信号捕获的深入研究,增强信号捕获模块的性能显得尤为重要。本文基于北斗导航接收机研制项目,主要研究接收机的信号捕获过程。首先对我国北斗卫星导航定位系统做了介绍。其次,介绍了卫星导航的理论基础、扩频通信的基本原理以及导航定位原理。再次,详细描述北斗信号中的二次编码,对其性能进行分析,着重阐述二次编码导致的相关损失。针对二次编码存在的问题,提出两种不同的捕获算法:串并结合捕获和基于二次编码的二次捕获。串并结合算法通过在PRN码周期范围内串行搜索得到PRN码相位和多普勒频偏,而后在整个NH码周期上进行并行捕获从而延长相干积分时间提高微弱信号的捕获能力,在复杂度合理上升的情况下提高捕获增益。基于北斗分层编码结构的二次捕获算法充分利用二次编码的特性搜索PRN码和NH码的码相位和多普勒频偏。积分时间不再局限在一个PRN码周期内而是扩展到几个周期,在提高了捕获灵敏度的同时算法复杂度降低。而且为了在信号足够强的情况下减少捕获时间,算法可采用大频偏搜索步长先捕获PRN码相位而后进行二次编码的精细搜索。文章首先推导了以上算法理论上的优越性,而后经过一系列的实验仿真证明算法的性能,并通过实地采集中频信号,在基于Matlab的软件接收机上成功进行信号的捕获,验证了算法的可行性。
【关键词】：北斗 接收机 二次编码 捕获
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN967.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-16
• 第一章 绪论16-20
• 1.1 课题背景与意义16
• 1.2 捕获算法发展趋势16-18
• 1.3 研究工作的主要内容和安排18-20
• 第二章 北斗导航系统概述20-26
• 2.1 扩频通信基础理论20-21
• 2.1.1 扩频通信的基本概念20
• 2.1.2 扩频通信系统的主要特点20-21
• 2.1.3 直接序列扩频系统21
• 2.2 北斗导航信号21-23
• 2.2.1 北斗信号表达21-22
• 2.2.2 北斗导航信号的扩频序列22-23
• 2.3 北斗导航系统的定位原理23-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第三章 北斗信号捕获模型26-40
• 3.1 北斗导航信号捕获原理26-27
• 3.2 北斗信号二次编码和位翻转27-33
• 3.2.1 北斗二次编码结构28-29
• 3.2.2 二次编码性能分析29-33
• 3.3 二次编码导致相关损失33-35
• 3.4 现有解决方法35-38
• 3.4.1 补零法35-36
• 3.4.2 树形算法36-37
• 3.4.3 类相干积分37-38
• 3.5 相关准则38-39
• 3.5.1 二次编码设计准则38
• 3.5.2 接收算法设计准则38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第四章 北斗信号捕获算法40-56
• 4.1 串并结合捕获40-45
• 4.1.1 算法原理与实现41-43
• 4.1.2 性能分析与仿真43-45
• 4.1.3 算法的不足45
• 4.2 基于二次编码的二次捕获45-54
• 4.2.1 算法描述46-47
• 4.2.2 性能分析47-49
• 4.2.3 算法仿真49-54
• 4.2.4 算法的不足及改进方向54
• 4.3 本章小结54-56
• 第五章 北斗导航系统捕获的实验仿真56-72
• 5.1 中频信号的获取56-61
• 5.1.1 中频信号采样器56-58
• 5.1.2 采集中频信号58-61
• 5.1.3 格式变换与存储61
• 5.2 软件接收机捕获61-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 全文总结72-73
• 6.2 工作展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 攻读硕士期间参与项目、发表文章及专利80

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