北斗卫星信号模拟器及其闭环测试系统的设计与实现

摘要

为了更好的实现北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)的第三步发展战略,在北斗完成全球组网之前,需要使用北斗模拟器与接收机组合的闭环测试系统平台展开对信号体制、星座分布等内容的研究和高性能接收机的研制。针对北斗星历不能自主更新和当前测试方法无法对接收机伪距测量精度作出评估的问题,本文设计了新型的模拟器和接收机的闭环测试系统,对高性能接收机研制具有指导意义。
　　本文以北斗模拟器的研究与实现为中心展开。从北斗的信号结构及测距码结构等基本信息出发,对模拟器星历拟合技术和测量误差仿真技术关键技术进行了深入研究;研究了接收机的定位原理,编程实现了伪距提取和定位解算算法。创新性的提出并设计了集模拟器和接收机一体的闭环测试系统。给出了系统的总体设计过程,阐述了系统设计中相关算法的基本原理:包括用户轨迹生成、可见星判断、RTC中断设计和多径信号生成等。为了进一步提高中频信号的平稳度,在数字信号输出端设计了反SINC滤波器。最后,设计了模拟器与接收机的数据传输方法。该系统不仅能够分析电离层误差、多径效应对接收机定位的影响,而且可以对接收机伪距测量值的精度进行评估。
　　本文在FPGA+双DSP的硬件平台上实现了该闭环测试系统,采用控制变量法在不同环境下进行测试,具体包括:多径干扰、不同星座分布和电离层对流层。测试结果如下:(1)在多径信号环境下,定位误差超过10米,该部分误差可以使用窄相关方法进行抑制,抑制后误差小于4米。(2)在模拟器无电离层对流层误差修正时,定位误差超过了7米,误差修正后定位结果小于3米。(3)不同星座分布对定位结果影响较大,在较差星座分布情况下的定位误差超过百米,在较好的星座分布条件下,定位误差小于10米,该结论对北斗发射组网有一定的参考意义。

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第一章 绪论

§1.1 课题研究背景及意义

§1.2 国内外研究现状

§1.3 论文的主要工作

第二章 北斗卫星信号模拟器原理及关键技术

§2.1 北斗卫星导航系统组成

§2.2 空间坐标系统及时间系统

§2.3 北斗广播星历及卫星位置计算

§2.4 基于最小二乘的星历拟合技术

§2.5 北斗测量误差仿真技术

§2.6 本章小结

第三章 北斗接收机定位原理

§3.1 北斗卫星伪距定位原理

§3.2 北斗接收机整体结构

§3.3 定位解算

§3.4 本章小结

第四章 北斗闭环测试系统设计

§4.1 系统整体设计方案

§4.2 北斗模拟器软件算法设计

§4.3 北斗模拟器数字基带生成

§4.4 闭环测试伪距实时传送及接收

§4.5 本章小结

第五章 软硬件开发平台及闭环测试结果分析

§5.1系统硬件及软件开发平台介绍

§5.2 闭环测试定位结果分析

§5.3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果