北斗二代导航接收机的捕获跟踪技术研究

发布时间：2017-08-03 11:06

  本文关键词：北斗二代导航接收机的捕获跟踪技术研究

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【摘要】：北斗卫星导航系统是我国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统,其目标是提供高质量的定位、导航和授时服务。由于卫星与导航接收机之间的相对运动会产生扩频码的相位偏移和多普勒频率偏移,对导航定位和授时精度等产生影响。为了减小相对运动带来的影响,导航接收机可采用捕获、跟踪技术。所以对北斗二代卫星导航系统的捕获、跟踪技术的研究有重要的现实意义。针对上述问题,本文根据北斗卫星导航系统的ICD文件,基于Simulink建立了收发机仿真模型,在提高性能和降低硬件实现复杂度的前提下对北斗二代基带信号的捕获、跟踪算法进行了研究和改进,最后在综合考虑性能和可实现性的基础上,对相关算法进行了FPGA实现。本文的主要工作和创新点如下:1.基于Simulink平台对北斗二代导航系统的收发机进行建模。本文根据北斗卫星导航系统的ICD文件介绍了北斗二代导航信号结构,对北斗二代导航系统的收发机及信道进行分析并搭建对应的软件平台。最后,对该模型进行信噪比校准,为后续算法的研究奠定了基础。2.分析比较了北斗二代导航系统的基带捕获、跟踪算法,并进行了改进。北斗二代导航系统的捕获算法的研究主要包括:基于时域的串行搜索捕获算法、两种基于FFT频域并行搜索捕获算法,以及基于PMF-FFT的并行搜索捕获算法。在考虑算法实现复杂度的基础上,对PMF-FFT的并行搜索捕获算法进行了改进,并基于软件平台对上述算法进行了仿真对比。北斗二代导航系统的跟踪算法主要研究了码相位跟踪算法和载波跟踪算法。首先分析原始算法,在原始算法的基础之上对载波频率跟踪算法进行如下改进:1)消除毛刺,2)扩展频率的跟踪极限;对二象限反正切的相位跟踪算法进行如下改进:1)将环路内置结构转化为环路外置结构,2)在相位跟踪的基础上提出了一种新的跟踪算法——矢量跟踪。最后,基于软件平台对上述跟踪算法进行了仿真,验证了改进型算法的正确性及优势。3.选择一种捕获、跟踪算法设计硬件实现方案,并进行FPGA实现。根据仿真结果,捕获算法选择PMF-FFT,码相位跟踪算法选择DLL,载波跟踪算法选择改进型的FLL+PLL,并设计对应的硬件实现方案。基于Xilinx公司的FPGA芯片XC7K70T进行了硬件实现,将硬件仿真结果与软件平台仿真结果进行对比,验证了实现的可行性及正确性。
【关键词】：导航接收机 信号捕获 信号跟踪 矢量跟踪
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN967.1;TN965.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-15
• 缩略词表15-16
• 第一章 绪论16-21
• 1.1 全球卫星导航系统国内外发展概况16-18
• 1.2 导航接收机的捕获跟踪技术的研究意义与现状18-19
• 1.2.1 导航接收机的捕获跟踪技术的研究意义18
• 1.2.2 导航接收机的捕获跟踪技术的研究现状18-19
• 1.3 本论文的主要内容和结构安排19-21
• 第二章 北斗二代卫星导航系统21-29
• 2.1 北斗二代卫星导航信号结构21-23
• 2.1.1 导航电文21-22
• 2.1.2 伪随机码22-23
• 2.1.3 载波23
• 2.2 北斗二代导航系统框图23-27
• 2.2.1 发送端/传输信道24-25
• 2.2.2 接收端25-27
• 2.2.2.1 A/D采样25-27
• 2.2.2.2 基带信号处理单元27
• 2.3 北斗二代导航系统校准27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 北斗二代导航接收机的捕获算法研究29-50
• 3.1 捕获参数的设置分析29-31
• 3.1.1 多普勒频率搜索范围29-30
• 3.1.2 搜索步长30-31
• 3.1.3 捕获门限31
• 3.2 基本捕获算法研究31-46
• 3.2.1 时域串行搜索捕获算法32-36
• 3.2.2 基于快速傅里叶变换的并行搜索捕获算法36-38
• 3.2.2.1 基于FFT的多普勒频率并行搜索捕获算法36
• 3.2.2.2 基于FFT的码相位并行搜索捕获算法36-38
• 3.2.3 基于PMF-FFT的并行搜索捕获算法38-40
• 3.2.4 基于PMF-FFT的改进型算法40-46
• 3.2.4.1 改进型算法原理40-43
• 3.2.4.2 改进型算法仿真分析43-46
• 3.3 捕获算法性能比较分析46-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 北斗二代导航接收机的跟踪算法研究50-67
• 4.1 环路设计50-51
• 4.1.1 标准数字控制环路模型50
• 4.1.2 环路锁定过程50-51
• 4.1.2.1 一阶环路锁定过程50-51
• 4.1.2.2 二阶环路锁定过程51
• 4.2 跟踪模型设计51-52
• 4.3 码相位跟踪环52-54
• 4.3.1 码相位跟踪原理52-54
• 4.3.2 码相位跟踪仿真结果54
• 4.4 载波跟踪54-65
• 4.4.1 频率跟踪54-60
• 4.4.1.1 频率跟踪算法55-56
• 4.4.1.2 改进型的频率跟踪56-58
• 4.4.1.3 频率跟踪范围扩展58-60
• 4.4.2 相位跟踪60-65
• 4.4.2.1 相位跟踪算法60-61
• 4.4.2.2 改进型的二象限鉴相环61-63
• 4.4.2.3 一种新的相位跟踪算法——矢量跟踪63-65
• 4.5 信号跟踪的总体设计65-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 算法的FPGA实现67-86
• 5.1 北斗二代导航接收机的捕获跟踪算法的整体实现方案67
• 5.2 捕获模块的设计与实现67-71
• 5.2.1 各子模块的设计68-70
• 5.2.1.1 伪码发生器模块68-69
• 5.2.1.2 分段相关积分模块69
• 5.2.1.3 FFT模块69
• 5.2.1.4 判决模块69-70
• 5.2.1.5 码NCO模块70
• 5.2.2 捕获模块的设计仿真70-71
• 5.3 跟踪模块的设计与实现71-85
• 5.3.1 码相位跟踪模块72-75
• 5.3.1.1 各子模块的设计72-74
• 5.3.1.2 码相位跟踪模块的设计仿真74-75
• 5.3.2 载波频率跟踪模块75-81
• 5.3.2.1 正余弦信号发生器模块75-78
• 5.3.2.2 各子模块的设计78-79
• 5.3.2.3 载波频率跟踪模块的设计仿真79-81
• 5.3.3 载波相位跟踪模块81-85
• 5.3.3.1 各子模块的设计81-84
• 5.3.3.2 载波相位跟踪模块的设计仿真84-85
• 5.4 本章小结85-86
• 第六章 总结与展望86-87
• 6.1 论文总结86
• 6.2 后续工作展望86-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-90
• 个人简历、攻读硕士学位期间取得的成果90-91

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 门兰宁;北斗接收机关键技术研究[D];西安电子科技大学;2012年

2 张伟;GNSS高动态接收机关键技术研究[D];北京邮电大学;2011年

3 唐学术;高动态GPS接收机的捕获与跟踪算法研究[D];北京理工大学;2008年

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本文编号：614023