基于FPGA的GLONASS卫星信号捕获与抗干扰实现

摘要

现代科技的进步已经改变了人们的生活，而卫星通信系统无疑是其中之一。各国已把卫星通信系统作为一项重要的国防工程来做。而信号捕获是卫星系统中的重要一环。空中信号众多，如何在这么多信号中找出卫星信号，并得知是哪一颗卫星所发的卫星信号，从而正确的解析出卫星的运行轨道。利用卫星的轨道进行计算从而得到定位坐标。这些都是进行卫星导航定位的过程。而捕获就是要找出空中可见卫星的信号。本文就是在这样的目的下展开工作的。
　　 本文所做的主要工作:
　　 1.首先研究卫星的定位原理，在理解原理的基础上熟悉卫星的各种捕获方法，其中包括各种捕获的原理和相应的结构。之后比对各种卫星信号的捕获算法，了解各种捕获算法的优劣。在这种优劣的把握上，考虑硬件的实现和工程需要，从中找出最适合的一种，并进行适当的工程分析，尤其是数据流的处理先后，实现时各个模块的时序把握，最后进行实际的工程实现。
　　 2.研究卫星信号的干扰信号，针对干扰信号的特点考虑进行窄带干扰的滤波处理。熟悉自适应滤波器的原理。在此基础上结合各种因素，如尽可能的节省硬件资源，硬件实现的难易程度，时序是否流畅等等。最后对抗窄带滤波器进行工程实现。
　　 3.对卫星系统GLONASS的导航电文进行详细的学习，熟悉导航电文的组成结构，理解帧同步和位同步在解析导航电文中的作用。掌握卫星信号发射端和接收端对bit流的详细处理。找出帧同步和位同步的实现方法，对比这些实现方法，选择最适合工程的一种并用代码来实现。
　　 本文所做的工程实现，其中包括卫星信号捕获的实现，窄带抗干扰单元的实现，帧同步和位同步的实现。这些模块的实现都是卫星导航定位这个大的系统中的一部分。其中卫星信号的捕获部分可以用于各种卫星定位系统之中，或在此实现的基础上做改进以便更好的应用于卫星系统上。而本文中实现的抗窄带单元可以应用于任何需要对窄带信号进行滤除的系统中。本文中所实现的滤波器，从硬件来看是消耗资源最少的。最后，帧同步和位同步可以应用于很多的对数据进行解析的系统之中。本文中实现的帧同步和位同步是正确性和容错性的折中。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及来源

1．2 全球卫星定位系统的现状及发展

1．3 本文的主要工作以及组织结构

第2章 信号捕获的方法与对比

2．1 卫星信号的接收

2．2 信号捕获的方法

2．2．1 串行搜索

2．2．2 并行的频域捕获

2．2．3 码相位并行搜索

2．3 各种捕获方法的比较

2．4 捕获定位性能的分析

2．5 本章小结

第3章 窄带抗干扰单元的实现

3．1 总体的接口时序

3．2 总体方案

3．3 资源复用与权值更新延迟

3．3．1 移位寄存器模块

3．3．2 加减乘模块

3．3．3 加法树模块

3．3．4 权值更新模块

3．4 仿真验证方法

3．5 仿真结果

3．5．1 MATLAB仿真结果

3．5．2 Verilog代码仿真的结果

3．6 本章小结

第4章 捕获的具体实现

4．1 FPGA实现的优点

4．2 本地载波的产生

4．3 捕获初值设置模块

4．4 伪码的控制

4．5 FFT部分

4．6 下变频部分

4．7 伪码生成部分

4．8 本章小结

第5章 数据同步的实现

5．1 Glonass电文结构

5．2 发射端对数据流的处理

5．3 接收端对数据流的处理

5．4 具体实现的方法

5．5 FPGA各个模块及接口定义

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

附录

参考文献