星基增强系统中的信号同步技术研究与FPGA设计

摘要

全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）已经在社会许多领域得到广泛应用。然而其服务质量并不能满足一些特殊场合的精度需求，因此开展星基增强系统（Satellite-Based Augmentation System，SBAS）研究非常必要。SBAS系统中同步是直接影响系统优劣的关键问题。本文对星基增强系统中的信号同步技术进行了研究，主要工作及所取得的研究成果如下：
　　1.对低信噪比环境下的信号快速捕获技术进行了研究。重点分析了线性搜索捕获与基于FFT的并行码相位搜索捕获方法的捕获概率与捕获时间，并提出了一种改进的并行捕获算法，该算法通过引入三点二次插值法来提高频率估计精度。仿真结果表明，当信噪比为-25dB时，该算法的捕获概率可以达到95％。
　　2.针对高动态环境下的信号跟踪，设计了两种载波跟踪方案并进行了对比：其一，采用二阶锁频环级联三阶锁相环载波跟踪环路，给出了详细的参数确定过程，并且分析了不同相干积分时间对环路跟踪性能的影响；其二，采用基于卡尔曼滤波的载波跟踪环路，利用卡尔曼滤波器对频率及其变化率的估计结果来辅助锁相环进行载波跟踪。理论分析及仿真结果表明在信噪比为-25dB、频偏变化率为400Hz/s的环境下，这两种方案都可以获得良好的载波跟踪性能，能够满足星基增强系统的载波同步需求。
　　3.研究了基于延迟锁定环（DLL）的低信噪比下伪码同步技术。仿真结果表明，在信噪比为-25dB的情况下实现了伪码的可靠跟踪。
　　4.对星基增强系统中的主要同步模块进行了FPGA设计，包括基于FFT的并行码相位搜索捕获模块、Costas环模块和延迟锁定环模块。另外，通过引入平均下采样法对捕获算法做出了改进，减小了FFT的点数，节约了硬件资源。仿真验证了各模块的正确性。

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第一章 绪论

1.1研究工作的背景和意义

1.2信号同步技术研究现状

1.3论文的主要研究内容和结构安排

第二章 信号同步技术理论基础

2.1信号捕获

2.2载波跟踪环路

2.3码跟踪环路

2.4位同步与帧同步

2.5本章小结

第三章 星基增强系统中同步技术仿真及分析

3.1系统方案的构成

3.2信号捕获算法仿真与分析

3.3载波跟踪算法仿真与分析

3.4延迟锁定环性能仿真

3.5本章小结

第四章 星基增强系统中信号同步技术的FPGA设计

4.1发送信号的产生

4.2基于FFT的信号捕获模块FPGA设计

4.3载波跟踪环路的FPGA设计

4.4码跟踪环的FPGA设计

4.5本章小结

结束语

参考文献

致谢

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