北斗三号多频点卫星信号模拟器设计与实现
发布时间：2020-08-31 19:59
北斗三号多频点卫星信号模拟器可以实时提供任意时间和位置的模拟卫星信号,可以生成各种复杂环境下高精度和高动态的北斗卫星信号。为了验证北斗三号接收机的性能,需要卫星信号模拟器实时复现出不同条件下的北斗卫星信号。北斗三号多频点卫星信号模拟器对高性能、高稳态接收机的研制具有指导意义。本文以北斗三号多频点卫星信号模拟器的设计与实现为主题,通过对北斗三号B1C和B1I频点信号体制的分析,深入研究了北斗三号卫星信号模拟器所涉及的BOC调制、空间坐标同步、信号传播误差、卫星位置和伪距实时计算以及频率合成等关键技术。分析对比得出BOC调制性能的优点,提出一种利用中断间隔时间内载波变化率计算频率控制字的方法,建立了北斗三号多频点卫星信号模拟器的仿真模型。设计了北斗三号卫星信号模拟器的总体方案,首先分析了DSP+FPGA的软硬件开发平台结构,之后对各个子模块的电路做了详细阐述,最后分别对DSP模块中的载体和卫星位置计算、星历更新、电文编写等算法和FPGA模块中的载波生成、伪码生成和信号调制等做了详细阐述。重点对用户运动轨迹状态、初始相位和频率控制字计算等方面做了深入研究。最后,通过频谱仪对北斗三号卫星信号模拟器产生的B1C和B1I的中频信号进行了测试分析。为了验证模拟信号的精确度和稳定性,使用商业接收机对分别载体静止和运动状态下的定位精度进行了长时间测试。测试结果如下:(1)载体静止状态下,使用ublox-m8n接收机进行定位分析,定位精度总体误差在±6m;(2)载体设置匀速运动场景,模拟器生成信号与预设轨迹一致。北斗三号多频点模拟器的各项性能符合设计标准。
【学位单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN967.1
【部分图文】：
( )0 | |ccR k TT ， ＞(3-8)其中， =[2k | | / ]c T，cT 表示副载波周期。传统 BPSK 信号调制和不同类型的 BOC 调制信号的自相关对比如图 3-5 所示。从图中可以看出，BPSK 调制信号的自相关函数的主峰相对较宽，与之相比，BOC 调制信号的自相关函数的主峰都相对比较陡峭。从图中的横坐标轴可以看出，主峰越陡峭，码片偏移值越小，即接收机在做跟踪时精度越高。对比图中不同方式峰值数目，( ,1)sB O C N 信号有 2N-1 个峰值，其两峰值之间的距离sT 满足 1 /( 2 )s scT f ，其中scf 为副载波频率，主峰附近过零点的位置为 N /(2N 1)sT r 。由图可知 ( ,1)cB O C N 信号的自相关曲线并不是线性存在，在边缘处有个较小的自相关峰，所以其共有2N + 1个峰值。若不包含此边缘副峰，两两峰值之间相距sT ，峰值的零点处于 N /(2 N 1)s T+处。通过以上两者的对比可知，正弦 BOC 信号的主峰略宽于余弦 BOC 信号。由图中亦可知， (1,1)sB O C 信号的自相关函数与 MBOC（6,1,1/11）的自相关函数十分类似，但是，MBOC（6,1,1/11）信号的自相关主峰更加陡峭，即 MBOC（6,1,1/11）信号具有更高的码跟踪精度和更好的抗多径效应。
222s in s in2,c o s2( )2 s in s in4c o s2s c ccs cs c ccs cf ff fffffG ff ff fffff 正 弦 调 制， 余 弦 调 制(3-9)其中，scf 为副载波频率。BPSK调制信号和不同调制参数的BOC调制信号功率谱密度对比如图3-6所示，由图可知，BPSK 信号的功率谱密度只有一个主瓣，而 BOC 信号的功率谱包含 N 个峰值，，其中分为两个主瓣和 N-2 个旁瓣。并且，BOC 信号的频谱还包括以下特性BOC 信号上下边带之间存在相互干扰，导致副载波频率略大于两个主瓣峰值所处的频点。其次，扩频码速率等于主瓣之间的旁瓣宽度，且是主瓣宽度的一半。
正/余弦查询表可以准确的反映出累加器累加值和相位幅度的对应情况，在北斗三号多频点卫星信号模拟器中，FPGA 模块中的载波生成模块调用了一个内部的 IP核，将累加值和正余弦幅度的对应表存放在只读内存中。累加值经过查询表后得到的是离散载波中频信号，经过 D/A 模块完成载波中频模拟信号的生成，最后通过低通滤波器得到所需的频率信号。载波信号生成模块如图 4-11 所示：相位累加器相位幅度查询表D/A模块 低通滤波器初始相位频率控制字中频信号时钟sf图 4-11 载波信号生成模块图在北斗三号多频点卫星信号模拟器中，B1C 和 B1I 信号的中频频率分别为20.42MHz 和 6.098MHz，DDS 把 NCO 值传给载波生成模块，之后载波生成模块截取值的高 8 位来进行相位查询。图 4-12 是采用 DDS 方法生成的中频载波信号示意图。
本文编号：2809254
【学位单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN967.1
【部分图文】：
( )0 | |ccR k TT ， ＞(3-8)其中， =[2k | | / ]c T，cT 表示副载波周期。传统 BPSK 信号调制和不同类型的 BOC 调制信号的自相关对比如图 3-5 所示。从图中可以看出，BPSK 调制信号的自相关函数的主峰相对较宽，与之相比，BOC 调制信号的自相关函数的主峰都相对比较陡峭。从图中的横坐标轴可以看出，主峰越陡峭，码片偏移值越小，即接收机在做跟踪时精度越高。对比图中不同方式峰值数目，( ,1)sB O C N 信号有 2N-1 个峰值，其两峰值之间的距离sT 满足 1 /( 2 )s scT f ，其中scf 为副载波频率，主峰附近过零点的位置为 N /(2N 1)sT r 。由图可知 ( ,1)cB O C N 信号的自相关曲线并不是线性存在，在边缘处有个较小的自相关峰，所以其共有2N + 1个峰值。若不包含此边缘副峰，两两峰值之间相距sT ，峰值的零点处于 N /(2 N 1)s T+处。通过以上两者的对比可知，正弦 BOC 信号的主峰略宽于余弦 BOC 信号。由图中亦可知， (1,1)sB O C 信号的自相关函数与 MBOC（6,1,1/11）的自相关函数十分类似，但是，MBOC（6,1,1/11）信号的自相关主峰更加陡峭，即 MBOC（6,1,1/11）信号具有更高的码跟踪精度和更好的抗多径效应。
222s in s in2,c o s2( )2 s in s in4c o s2s c ccs cs c ccs cf ff fffffG ff ff fffff 正 弦 调 制， 余 弦 调 制(3-9)其中，scf 为副载波频率。BPSK调制信号和不同调制参数的BOC调制信号功率谱密度对比如图3-6所示，由图可知，BPSK 信号的功率谱密度只有一个主瓣，而 BOC 信号的功率谱包含 N 个峰值，，其中分为两个主瓣和 N-2 个旁瓣。并且，BOC 信号的频谱还包括以下特性BOC 信号上下边带之间存在相互干扰，导致副载波频率略大于两个主瓣峰值所处的频点。其次，扩频码速率等于主瓣之间的旁瓣宽度，且是主瓣宽度的一半。
正/余弦查询表可以准确的反映出累加器累加值和相位幅度的对应情况，在北斗三号多频点卫星信号模拟器中，FPGA 模块中的载波生成模块调用了一个内部的 IP核，将累加值和正余弦幅度的对应表存放在只读内存中。累加值经过查询表后得到的是离散载波中频信号，经过 D/A 模块完成载波中频模拟信号的生成，最后通过低通滤波器得到所需的频率信号。载波信号生成模块如图 4-11 所示：相位累加器相位幅度查询表D/A模块 低通滤波器初始相位频率控制字中频信号时钟sf图 4-11 载波信号生成模块图在北斗三号多频点卫星信号模拟器中，B1C 和 B1I 信号的中频频率分别为20.42MHz 和 6.098MHz，DDS 把 NCO 值传给载波生成模块，之后载波生成模块截取值的高 8 位来进行相位查询。图 4-12 是采用 DDS 方法生成的中频载波信号示意图。
【参考文献】
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本文编号：2809254
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