高动态下码元快速同步在北斗用户机中的应用研究

摘要

北斗卫星导航定位系统是我国自主研发的卫星导航定位系统。该系统提供快速定位、实时导航、简短通信和精确授时等功能，对于促进我国的国防与民用导航定位事业的发展具有重要的意义。该系统采用直接序列扩频技术。在直接序列扩频技术中，只有扩频码同步才有可能正确解算出传输的信息。因此，扩频码同步是影响导航系统系统性能的关键技术，同步不仅是正确接收信息的前提，同时也关系到系统能否在高动态条件下进行精确定位。研究和实现北斗卫星定位系统中的扩频码同步技术对于提高接收机的性能指标和系统的定位精度有着重要的意义。 本课题依托北斗导航定位接收机的研发项目开展工作。本文首先介绍了扩频通信技术，深入研究了直接序列扩频通信系统。然后，分析了北斗导航定位系统的组成、特点、功能、工作原理及其信号结构。重点讨论了高动态下扩频序列的同步，对扩频码元同步算法进行了比较和分析，根据北斗卫星的信号特征和调制方式以及导航电文协议要求，本项目中北斗定位系统的码捕获环采用滑动相关法(其中门限判决采用固定门限判决)、码跟踪环采用非相干超前一滞后数字锁相环。 论文提出北斗接收终端基带模块设计方案——采用大容量FPGA，利用OuartusII软件的巨大功能对扩频码元捕获跟踪模块进行了设计、编译、布局布线并适配到对应的FPGA中进行了调试与测试，测试结果符合北斗卫星定位接收机设计的相关指标要求，同时证明了方案的正确性和可行性，同时得出了整个基带模块设计所耗的硬件资源。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2国内外研究现状及动态

1.3本论文的主要工作

第2章卫星扩频通信理论与技术

2.1扩频通信的理论基础

2.2扩频通信技术

2.2.1扩频通信技术工作方式

2.2.2扩频通信系统的特点

2.2.3扩频通信系统的应用

2.3卫星通信扩频系统

2.3.1直接序列扩频系统

2.3.2直扩系统的信号分析

2.3.2直扩系统的技术参数

2.4伪随机序列

第3章北斗导航系统与用户终端

3.1北斗导航定位系统

3.1.1北斗导航定位系统的组成

3.1.2北斗导航系统特性与服务

3.1.3北斗导航系统的定位原理

3.2北斗导航系统的信号结构

3.2.1北斗导航系统的信号调制

3.2.2北斗导航系统的信号解调

3.3北斗用户终端的构成

3.3.1射频模块

3.3.2基带处理模块

第4章高动态下PN码捕获与跟踪

4.1北斗系统的码同步

4.2高动态环境下的导航系统

4.3 PN码元的捕获

4.3.1 PN码元捕获原理

4.3.2 PN码元捕获方式

4.4 PN码元的跟踪

4.4.1超前-滞后锁定环

4.4.2 τ摆动跟踪环

4.5本章小结

第5章基带PN码同步模块的设计

5.1系统基带处理模块

5.1.1北斗用户机基带模块的构成及功能

5.1.2基带模块的硬件设计方案

5.2扩频码捕获模块设计

5.2.1捕获模块处理流程

5.2.2捕获模块设计

5.3扩频码跟踪算法

5.4系统调试验证

5.5 FPGA资源占用情况分析

5.6本章小结

第6章总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文