星地时间同步基带处理关键技术研究

发布时间：2017-09-06 23:23

  本文关键词：星地时间同步基带处理关键技术研究

  更多相关文章： 星地时间同步 基带 捕获 跟踪 FPGA DSP

【摘要】：星地时间同步技术是指通过某种技术体制实现星上本地时间与地面站本地时间的时间偏差测量以及时间同步,这种星地时间同步既可以采用物理信号同步也可以采用模型信息同步。星地时间同步技术在卫星导航系统星座时间建立、空间站精密时间同步、卫星精密测控、导弹的精确控制、空间航天器精密定轨及空间飞行器定位等研究领域有着广泛的应用价值。本论文选题来自中国科学院西部之光项目“基于Ka链路的星地时间同步方法研究”。围绕该课题的研究任务,本论文主要研究星地时间同步系统基带信号处理方法及实现。论文首先介绍了星地时间同步的发展现状及开展星地时间同步研究的重要性;总结了目前最常用的几种实现星地时间同步方法的原理以及各自的优缺点;重点开展了星地时间同步基带信号处理中测距信号产生、捕获、跟踪方法的研究以及基于FPGA和DSP的设计实现工作。具体工作如下:1.设计了速率可变的伪码、频率可变的载波,定义了数据的帧格式。基于FPGA实现了伪码、载波、数据帧的产生以及测距信号的生成;2.实现了滑动相关与折叠匹配滤波器两种捕获方法,完成了对接收测距信号的捕获处理;3.研究了测距信号的跟踪方法,实现了DLL码跟踪环和二阶锁频环辅助三阶锁相环的载波跟踪环,完成了对接收信号的精确跟踪;4.实现伪距观测量的提取,并计算得到真实距离与钟差。本论文采用Altera EP2S180 FPGA和TI 6416 DSP搭建了硬件平台,基于该平台实现星地时间同步系统基带数字信号的处理。发射端测距信号产生部分、接收端信号捕获、跟踪、位同步、帧同步均在FPGA中实现,DSP中主要完成码环与载波环的环路滤波、伪距测量、真距与钟差的计算。实际测试结果表明,该基带闭环实现了0.8354ns的测距准确度和7.4579ps的测距分辨率。
【关键词】：星地时间同步 基带 捕获 跟踪 FPGA DSP
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(国家授时中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN967.1
【目录】：

• 致谢3-5
• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-17
• 1.1 研究背景与意义13-14
• 1.2 国内外星地时间同步技术的发展现状与趋势14-15
• 1.2.1 国外星地时间同步技术的研究现状14
• 1.2.2 国内星地时间同步技术的研究现状14-15
• 1.3 论文结构安排15-17
• 2 星地时间同步方法与基带处理17-25
• 2.1 星地时间同步的基本方法17-19
• 2.1.1 星地单向时间同步法17-18
• 2.1.2 星地激光双向时间同步法18-19
• 2.1.3 轨道反演法19
• 2.1.4 三种方法对比19
• 2.2 基于Ka星间链路技术体制的星地时间同步方法19-22
• 2.2.1 星地双向时间同步法20-22
• 2.2.2 基带信号处理22
• 2.3 小结22-25
• 3 星地时间同步中测距信号的设计与实现25-33
• 3.1 码频可配置的伪码生成模块25-28
• 3.2 数据生成模块28-29
• 3.3 频率可配置的载波生成模块29-30
• 3.4 同步及调制模块30-32
• 3.4.1 同步模块30-31
• 3.4.2 BPSK调制31-32
• 3.5 小结32-33
• 4 捕获模块的设计与实现33-47
• 4.1 捕获原理33-35
• 4.2 数字下变频35-36
• 4.3 相位域搜索36-44
• 4.3.1 采样设计36-38
• 4.3.2 相关运算38-43
• 4.3.3 非相干运算43-44
• 4.4 频域搜索44-46
• 4.5 门限值确定46
• 4.6 小结46-47
• 5 跟踪模块的设计与实现47-59
• 5.1 信号跟踪原理47-48
• 5.2 环路组成48-55
• 5.2.1 码跟踪环路的研究49-51
• 5.2.2 载波跟踪环路的研究51-54
• 5.2.3 环路滤波器研究54-55
• 5.3 跟踪结果分析55-58
• 5.4 小结58-59
• 6 测试结果59-67
• 6.1 星地时间同步硬件平台59-60
• 6.2 测试方法60
• 6.3 自发自收通道时延标定60-63
• 6.3.1 短线时延标定61
• 6.3.2 终端A通道时延标定61-62
• 6.3.3 终端B通道时延标定62-63
• 6.4 测试结果63-67
• 6.4.1 计数器测试 100m电缆线时延结果63
• 6.4.2 双向测试结果63-67
• 7 总结与展望67-69
• 参考文献69-73
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果73

，

本文编号：806046