基于BOC族新体制导航信号质量评估技术研究及实现

发布时间：2017-08-20 07:07

  本文关键词：基于BOC族新体制导航信号质量评估技术研究及实现

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【摘要】：随着卫星导航系统的现代化进程,以二进制偏移载波(Binary Offset Carrier,BOC)信号为代表的新体制导航信号不断被提出和应用,以解决导航频段越来越拥挤及导航各系统间信号相互干扰的问题,同时弥补传统调制方式定位精度、抗干扰性及抗多径性能的不足。另一方面,在导航系统中信号评估技术是卫星导航信号质量监测的重要手段,是确保卫星导航系统正常工作以及定位发现系统故障的重要保障。对于BOC族新体制信号,传统信号的监测与评估技术已不再适用。因此,本文面向BOC族新体制导航信号,开展导航信号的同步技术以及信号评估技术的研究和实现工作。本文主要针对GPS的L1C频点的BOC和TMBOC信号以及伽利略系统中E5频点的Alt BOC信号展开对信号捕获、跟踪及质量评估技术的研究,并且在FPGA上对上述技术进行实现,同时完成上位机的设计并将跟踪性能指标参数通过串口发送到上位机进行长时间连续监测。首先本文简单介绍了GPS和伽利略系统的发展以及导航监测技术的相关背景与研究现状,并给出了本次设计中各导航质量监测信息的指标要求。接着描述了BOC信号、TMBOC信号以及Alt BOC信号的组成结构、调制原理和相关特性。然后介绍了基于BOC族中各信号特征相对应的捕获和跟踪方法,以及BOC同步技术中最常用的ASPeCT算法和BPSK-like算法,同时描述了各个监测指标对应的监测方案与评估方法。在前面理论分析和仿真的基础上,接着分析了关于BOC族信号的监测接收机在FPGA上的实现,详细介绍了捕获和跟踪中各功能模块的实现。最后,介绍了上位机软件的实现,以及嵌入式评估平台与上位机软件之间基于串口通信的传输数据协议,通过对接收到的各监测信号处理后实时画出波形来实现进行长时间连续监测,并给出了在监测接收机调试中的测试结果。根据对测试结果的分析,本设计已基本满足了导航质量监测与评估技术指标的要求。本文对于BOC族导航信号监测技术的研究与评估平台的实现,对于我国新一代的北斗导航系统的发展与研究具有重要的意义。
【关键词】：导航 BOC信号 信号评估
【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
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 缩略词表13-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 研究概述14-16
• 1.2 研究状况16-17
• 1.3 本文的主要内容和结构17-19
• 第二章 BOC族导航信号19-27
• 2.1 BOC族调制的基本原理19-20
• 2.2 BOC(m, n)调制20-23
• 2.2.1 信号定义20-21
• 2.2.2 功率谱及自相关曲线21-23
• 2.3 TMBOC(6, 1, 4/33)调制23-24
• 2.3.1 信号定义23
• 2.3.2 功率谱及自相关曲线23-24
• 2.4 Alt BOC(15, 10)调制24-26
• 2.4.1 信号定义24-25
• 2.4.2 功率谱及自相关曲线25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 监测技术及基带算法研究27-55
• 3.1 中频信号模型27
• 3.2 BOC族导航信号捕获算法研究27-35
• 3.2.1 多普勒频移27-28
• 3.2.2 扩频码相位估计28-33
• 3.2.3 捕获流程33-35
• 3.3 BOC族导航信号跟踪算法研究35-45
• 3.3.1 跟踪环路35-36
• 3.3.2 码跟踪环36-43
• 3.3.3 载波跟踪环43-45
• 3.4 监测相关性能指标算法研究45-53
• 3.4.1 伪距监测方案及性能分析45-49
• 3.4.2 载波相位监测方案及性能分析49
• 3.4.3 功率监测方案及性能分析49-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第四章 基带算法的FPGA实现55-76
• 4.1 系统总体描述55-57
• 4.2 捕获模块的FPGA实现57-69
• 4.2.1 本地载波发生器57-58
• 4.2.2 本地码及BOC信号发生器58-60
• 4.2.3 并行码相位搜索60-65
• 4.2.4 板级调试65-69
• 4.3 跟踪模块的FPGA实现69-74
• 4.3.1 延迟扩频码及BOC信号发生器69
• 4.3.2 环路鉴相器69-72
• 4.3.3 环路滤波72
• 4.3.4 板级调试72-74
• 4.4 信号质量评估接口74-75
• 4.5 本章小结75-76
• 第五章 上位机的实现与系统测试76-86
• 5.1 上位机与嵌入式平台的接口逻辑76-78
• 5.1.1 数据接口76
• 5.1.2 传输数据格式76-77
• 5.1.3 串口通信77-78
• 5.2 上位机软件设计78-81
• 5.2.1 控制逻辑78-80
• 5.2.2 数据处理80
• 5.2.3 视图显示80-81
• 5.3 板级测试81-85
• 5.3.1 各指标功能测试81-82
• 5.3.2 长时间连续测试82-84
• 5.3.3 测试结果分析84-85
• 5.4 本章小结85-86
• 第六章 结束语86-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-91
• 在学期间取得的与学位论文相关的研究成果91-92

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