北斗导航接收机B1信号跟踪环路设计及其FPGA验证

摘要

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统.随着北斗导航系统的不断完善和进步,北斗导航系统涉及到的领域逐渐增多、且应用场景不断变化.北斗接收机的算法研究是加速北斗导航系统发展的重要环节.北斗导航接收机的基带信号处理中捕获和跟踪是重要的两个部分,对卫星信号的精确跟踪是解算出导航信息的前提.本文针对的是北斗二代导航系统B1频点D2信号导航电文,设计了卫星信号的跟踪环路. 本文首先介绍和分析了北斗B1信号结构,对该信号的产生进行了仿真;然后介绍和分析了高动态对于信号跟踪环路的影响;对于环路的中的三种鉴别器:PLL鉴别器、FLL鉴别器、DLL鉴别器,分别介绍了常用的几种鉴别算法,并对这些算法进行了Matlab仿真以比较各种鉴别算法的优缺点.然后本文详细介绍了载波跟踪环路和码跟踪环路的环路滤波器以及数控振荡器的工作原理;并且分析了跟踪环路门限的设置;分析和介绍了环路带宽的选取方法. 在以上分析的基础上,本文确定了载波跟踪环路辅助码跟踪环路的结构,对码跟踪环路引入载波跟踪环的辅助有助于去除动态应力对环路的影响;在载波跟踪环路设计时,综合考虑PLL具有更窄的噪声带宽以及FLL具有更好的动态容忍性,本文确定了二阶FLL辅助三阶PLL的载波跟踪环路结构;对于码跟踪环路本文采用常用的延迟锁定环路实现. 在确定了环路的总体结构之后,本文对环路的各个模块采用硬件描述语言Verilog进行编码实现,分别验证了各个模块设计的合理性之后,对跟踪环路整体进行了ISE和modelsim联合仿真,并对设计的算法进行FPGA板级验证,验证了跟踪环路设计的合理性以及性能,测试结果表明,环路能够实现载波同步和伪码同步.

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