北斗二代B1频点GEO卫星捕获基带的设计

摘要

北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统。地球轨道静止卫星(Geostationary Orbit，GEO)作为BDS空间星座的重要组成部分，承担着无线电测定和无线电导航的双重功能。然而GEO卫星因播发速率达到500bps的导航电文导致对这类卫星的捕获灵敏度偏低，限制了BDS接收机的使用范围。为此，必须采取措施提高这项指标，从而最大限度地利用BDS GEO卫星的功能。
　　本课题首先分别列出了目前市面上已有北斗产品GEO卫星的捕获性能。并研究了与BDS GEO卫星信号结构相似的其他导航系统的高灵敏度捕获算法。然后针对BDS GEO卫星特殊的信号结构，设计了能够实现6ms相干积分的多比特相关捕获算法，在MALTAB平台上用m语言实现该算法模型。考虑到实际应用中侧重点的不同，又将本课题的捕获算法模型进行了分档处理。最后在捕获性能和硬件资源消耗的双重约束下，基于verilog编程语言，设计实现了相应的电路结构，并给出了各个核心模块的设计思路和主要参数。
　　本文在CycloneⅣ E系列型号为EP4CE145 F23 I7的FPGA中实现了BDS GEO卫星捕获基带电路，验证了多比特相关捕获算法。为了对比捕获性能，基于同一北斗信号源建立了本课题捕获基带和市面上同类产品的对比测试平台，分别测试了各自的捕获灵敏度和不同功率下的捕获时间。测试结果表明:无论是捕获灵敏度还是捕获时间，本课题设计的BDS GEO卫星捕获基带的捕获指标均优于其他同类产品。基于SMIC40纳米低功耗工艺设计的4.4V BDS GEO卫星捕获基带电路在系统时钟为46.368MHz的情况下，面积约为0.8mm2，功耗为7.944mW。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的研究内容目标及组织结构

第二章 北斗二代B1频点GEO卫星信号

2．1 北斗系统概述

2．2 北斗二代GEO卫星信号特性

2．2．1 信号结构

2．2．2 测距码特性

2．2．3 D2导航电文特性

2．3 BDS接收机基本架构

2．4 本章小结

第三章 捕获基带算法设计

3．1 卫星信号捕获原理

3．2 提高卫星接收信号信噪比的方法

3．2．1 相干积分

3．2．2 非相干积分

3．2．3 差分相关积累

3．3 损耗分析

3．3．1 导航数据不相关损耗

3．3．2 载波多普勒损耗

3．3．3 平方损耗

3．4 多比特相关捕获算法

3．4．1 比特同步

3．4．2 比特估计

3．5 算法仿真及预期性能

3．6 本章小结

第四章 捕获基带电路设计

4．1 捕获基带电路整体概况

4．2 时钟和复位设计

4．3 核心模块分析与设计

4．3．1 数据量化

4．3．2 数字下变频

4．3．3 C／A码发生器

4．3．4 数字匹配滤波器

4．3．5 复数乘法器

4．3．6 幅值提取与数据比特估计

4．3．7 最大值检测

4．4 本章小结

第五章 北斗二代B1频点GEO卫星捕获基带的验证与分析

5．1 开发平台介绍

5．1．1 北斗信号源

5．1．2 中频信号采集器

5．1．3 FPGA实验平台

5．2 功能验证与分析

5．2．1 RTL和MATLAB算法模型联合验证

5．2．2 基于FPGA的实际测试及对比

5．3 物理设计

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

作者简介