北斗导航接收机码捕获技术的研究及其FPGA实现

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。而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,码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。码捕获是码同步的重要组成部分之一。因此,研究和实现北斗卫星导航系统中的扩频码捕获技术有着重要的意义。
　　本文首先介绍了扩频通信理论,然后描述了可编程逻辑器件开发流程及其配置。在此基础上,对常用的几种伪码捕获方法进行了分析,并重点研究了采用数字匹配滤波法捕获北斗卫星信号的技术,匹配滤波器的设计采用加法树结构实现,避免了在计算相关值时过多地耗用乘法器。并对匹配滤波器进行了改进,采用分段匹配的捕获方法。在捕获验证阶段采用N中取M的峰值检测捕获搜索方法,有效降低了虚警概率。
　　文章在将整个系统进行了Matlab仿真的基础上重点研究了该捕获法的FPGA实现。文章采用VHDL硬件描述语言,完成了数字下变频器(包括DDS、混频器和FIR低通滤波器)、匹配滤波器、判决验证模块等关键模块设计、及其仿真。最后在Altera公司的CycloneⅡEP2C70F672I8专用开发板上进行系统的初步调试与测试,验证了系统的可行性。

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第一章绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2卫星导航定位系统的组成

1.3卫星信号捕获技术发展状况

1.4本论文研究内容与结构安排

第二章扩频通信理论

2.1扩频通信理论基础

2.2 Gold序列扩频码

2.3 Kasami序列扩频码

2.4本章小结

第三章可编程逻辑器件的使用

3.1 FPGA简介

3.2 FPGA的开发

3.3 FPGA芯片的配置

3.4本章小结

第四章北斗用户机基带处理

4.1北斗用户机基带系统

4.2北斗中频接收信号的数学模型

4.3数字下变频

4.4本章小结

第五章北斗接收机伪码捕获方法

5.1滑动相关伪码捕获方法

5.2基于快速傅里叶变换(FFT)的频域C/A码捕获法

5.3匹配滤波伪码捕获法

5.4匹配滤波法捕获性能分析

5.5本章小结

第六章匹配滤波法伪码捕获的FPGA实现

6.1北斗一代实验板简介

6.2北斗一代短码捕获的FPGA实现

6.3匹配滤波法捕获系统验证

6.4本章小结

第七章总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文