高灵敏度GNSS软件接收机关键技术研究

摘要

全球卫星导航系统能够提供实时全天候的高精度三维位置、速度及精密的时间信息，并已成为国防和民用生活中不可或缺的重要工具。在信息高速发展的今天，卫星导航系统接收机复杂的基带处理算法和繁琐的硬件电路设计严重制约了卫星导航系统的应用进程。本文针对北斗Ⅱ导航系统接收机高灵敏度捕获算法进行了研究，从最根本的接收机着手，为北斗卫星导航系统的推广应用提供了技术支撑。通过优化基带信号处理算法，在不依赖任何外加辅助加速部件的条件下，解决了软件卫星导航接收机基带信号处理中运算量巨大的信号捕获问题。本文的研究内容有:　　1、软件北斗Ⅱ接收机的体系结构和开发平台　　在实验室已有研究成果的基础上，搭建了C语言的北斗Ⅱ软件接收机开发平台，其功能主要是实现信号的捕获。利用此开发平台生成有噪声的模拟北斗Ⅱ卫星信号，通过不断对信号的信噪比进行调整，在不同信噪比下的接收数据进行了仿真;通过修改载波（中频）的频率模拟了多普勒频移效应;最后，通过对PRN码的相位进行调整模拟了信号的传输时延。以上工作为验证高灵敏度捕获算法奠定了基础。　　2、高灵敏度捕获算法研究和仿真　　利用已搭建的接收机平台研究了高灵敏捕获算法。用于提高捕获灵敏度的传统算法包括相干累积和非相干累积。利用自主搭建的仿真平台，仿真并产生信源，模拟了微弱的卫星接收信号，实现并对高灵敏度非相干累积捕获算法进行了验证。　　3、提出了弱信号下北斗接收机NH码快速处理算法　　北斗Ⅱ卫星信号需要调制二次编码(Neumann-Huffman，NH码)，NH码的码元在每一个毫秒都有可能发生跳变，然而，延长累积时间并不能很好的提高接收机的捕获灵敏度。为了解决这个问题，本文提出了一种针对NH码码元的遍历搜索算法，该算法通过遍历累积时间内NH码的所有组合，试图找到与接收信号中的NH码完全对齐的码序列，然后将此码序列与接收信号相乘便可剔除NH码，从而可消除NH码码元跳变的影响。仿真结果表明，与常规捕获算法相比，本文提出算法可以使接收机的增益提高至少2dB。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 北斗卫星导航系统的发展现状

1．2 卫星导航接收机的发展现状

1．3 高灵敏度卫星导航接收机的算法研究状况

1．4 北斗二代卫星导航系统构成

1．5 课题意义及研究方向

1．6 论文内容安排

第二章 北斗二代B1信号结构及其特点

2．1 B1信号模型

2．2 伪随机码

2．2．1 伪随机码的生成

2．2．2 伪随机码的相关特性

2．3 载波

2．4 导航电文

2．5 本章小结

第三章 高灵敏度软件北斗Ⅱ接收机开发平台的设计和实现

3．1 软件结构

3．2 B1信号的捕获

3．2．1 捕获原理

3．2．2 载波频率误差对信号捕获的影响

3．2．3 捕获空间

3．2．4 门限准则

3．2．5 搜索策略

3．3 高灵敏度捕获算法

3．4 精捕获算法

3．5 跟踪环路

3．5．1 载波跟踪环路

3．5．2 码相位跟踪环路

3．6 本章小结

第四章 弱信号下北斗接收机NH码快速处理算法

4．1 二次编码

4．1．1 NH码的概念

4．1．2 二次编码的意义

4．2 二次编码导航信号模型

4．3 NH码卫星信号时间累积的捕获算法

4．3．1 MEO／IGSO卫星信号的粗捕获算法

4．3．2 MEO／IGSO卫星信号精细捕获算法

4．4 仿真分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文的主要研究工作及创新

5．1．1 本文的主要工作和研究内容

5．1．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表、录用论文及参与科研项目情况