高灵敏度北斗卫星导航接收机环路跟踪技术研究

发布时间：2017-06-19 10:05

  本文关键词：高灵敏度北斗卫星导航接收机环路跟踪技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：北斗卫星导航系统是我国自主创新研发的全球卫星导航系统,继美国GPS和俄罗斯GLONASS导航系统后的全球第三大卫星导航系统。随着北斗卫星导航系统组网推进,北斗产业快速发展,北斗产业链对我国国民经济建设、国防安全建设等具有重要战略意义。接收机环路跟踪性能直接决定着接收机性能,研究高灵敏度、高性能的环路跟踪技术对高性能导航接收机研究具有重要意义。深入分析北斗B1I信号调制方式与GPS信号体制的异同,建立了传统锁相环跟踪环路。从时域和频率研究了环路结构的稳定性、稳态响应和稳态响应误差,对于不同的输入激励信号可以采用不同阶数的跟踪环路。建立环路误差源模型,仿真分析了误差源与环路结构参数之间的关系,在嵌入式平台设计完成了锁相环路跟踪技术,验证了传统锁相环路的跟踪性能。深入研究积分时间T_(coh)对环路跟踪性能的影响。针对调制有NH码的北斗D1导航电文,提出了一种改进直方图的位同步方法,该方法利用直方图的思想和调制周期性的NH码电文,可以快速实现比特同步。研究设计了兼容GPS和BD的相干积分方法,该法根据比特边沿和比特计数可以灵活调节环路积分周期。完成了基于FPGA的相干积分,在硬件平台验证了积分时间T_(coh)对弱信号跟踪能力的提升。加长积分周期T_(coh)可以提高弱信号的跟踪能力,但是积分时间不能无限加长,随着信号强度降低环路跟踪精度较差。为了更进一步精确环路信息、抑制环路噪声、提高环路跟踪精度,研究建立了基于滤波估计的闭环反馈控制环路,从环路的组成结构入手,建立了基于鉴相器输出和环路滤波器输出的滤波估计模型。在嵌入式平台设计完成了系统模型,验证基于滤波估计的环路跟踪性能优势。设计了基于FPGA和DSP的系统开发验证平台,为环路跟踪技术的试验验证提供平台。FPGA主要完成基带数据处理,可同时并行处理多个通道,DSP主要完成导航解算等复杂运算。该框架的接收机也是目前主流的开发平台,为进一步的深入研究高性能的接收机提供基础。
【关键词】：北斗跟踪环路 锁相环 环路误差 相干积分 滤波估计 FPGA/DSP
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN967.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 论文研究背景及意义12-13
• 1.2 研究现状及发展趋势13-15
• 1.2.1 北斗卫星导航系统发展概况13-14
• 1.2.2 卫星导航接收机跟踪环路技术研究现状及发展14-15
• 1.3 论文研究内容与安排15-17
• 第二章 北斗B1I频点卫星信号跟踪技术研究17-44
• 2.1 北斗B1I频点卫星信号研究分析17-20
• 2.1.1 北斗B1频点调制信号分析17-18
• 2.1.2 北斗B1I频点导航电文调制分析18-20
• 2.2 北斗卫星信号跟踪算法研究与设计20-25
• 2.2.2 载波跟踪环路研究与设计21-22
• 2.2.3 码跟踪环路研究与设计22-23
• 2.2.4 环路滤波器设计23-25
• 2.3 北斗导航接收机环路跟踪性能及误差源研究25-37
• 2.3.1 环路跟踪性能研究研究25-28
• 2.3.2 锁相环跟踪误差分析28-34
• 2.3.3 锁频环跟踪误差分析34-36
• 2.3.4 码跟踪环路误差分析36-37
• 2.4 北斗卫星导航接收机环路跟踪误差试验及分析37-43
• 2.4.1 静态环境下环路跟踪性能试验及误差分析37-39
• 2.4.2 动态和高动态环境下环路跟踪性能试验及误差分析39-41
• 2.4.3 弱信号环境下试验及误差分析41-43
• 2.5 本章小结43-44
• 第三章 基于相干积分的高灵敏度北斗卫星跟踪算法及FPGA设计实现研究44-61
• 3.1 基于相干积分的高灵敏度跟踪算法研究44-50
• 3.1.1 相干积分基本原理44-47
• 3.1.2 窄带—宽带功率比值法测定载噪比47
• 3.1.3 基于相干积分的跟踪环路性能研究47-50
• 3.2 基于FPGA的相干积分算法设计实现50-57
• 3.2.1 一种改进直方图的位同步/帧同步方法50-53
• 3.2.2 基于FPGA的相干积分设计实现及仿真53-57
• 3.3 基于FPGA的相干积分算法性能试验及分析57-60
• 3.3.1 静态环境下试验误差及分析57-59
• 3.3.2 动态环境下试验及误差分析59-60
• 3.4 本章小结60-61
• 第四章 基于卡尔曼滤波估计的跟踪环路性能研究61-76
• 4.1 环路参数对环路跟踪性能的影响研究和分析61-65
• 4.1.1 环路参数对跟踪性能的影响分析61-63
• 4.1.2 环路参数自适应调节对跟踪性能的影响试验及分析63-65
• 4.2 基于卡尔曼滤波估计的跟踪算法研究65-69
• 4.2.1 基于鉴相器输出的滤波模型研究65-66
• 4.2.2 基于环路滤波器输出的滤波模型研究66-69
• 4.3 基于卡尔曼滤波估计的跟踪环路性能试验及分析69-74
• 4.3.1 静态场景下基于滤波估计的跟踪环路性能验证及分析69-70
• 4.3.2 动态和高动态场景下基于滤波估计的跟踪环路性能验证及分析70-74
• 4.4 本章小结74-76
• 第五章 北斗卫星导航接收机信号处理算法验证平台设计与性能试验验证76-92
• 5.1 北斗接收机信号处理与验证平台总体设计方案76-78
• 5.1.1 接收机硬件平台方案设计76-78
• 5.2 基于FPGA/DSP验证平台的方案设计和实现78-81
• 5.2.1 基于FPGA的基带数据处理设计78-80
• 5.2.2 DSP与FPGA及外围接口设计80-81
• 5.3 基于FPGA/DSP的验证平台及导航定位性能试验验证81-91
• 5.3.1 基于FPGA/DSP的验证平台和验证场景81-84
• 5.3.2 基于FPGA/DSP的接收机导航定位性能试验验证84-91
• 5.4 本章小结91-92
• 第六章 总结与展望92-94
• 6.1 本文主要研究工作92-93
• 6.2 后续工作展望93-94
• 参考文献94-98
• 致谢98-99
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文99

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：462155