北斗三代B2a频点软件接收机的设计

摘要

北斗卫星导航系统(BeiDou Satellite Navigation System，BDS)作为“中国制造”的全球导航系统，成为近年来大家关注的焦点。BDS能够提供精确的坐标信息，其导航功能已经获得了联合国的认可。BSD-3具有精度高、寿命长、稳定性高的特点，于2018年底基本完成建设。其广泛应用于航海，救援，防火、勘测、交通通信等多个领域，为全球人民的生活带来了极大的便利。传统的硬件接收机定位速度快，但其移植性较差。为了弥补这一不足，采用软件对接收机进行设计，提升了接收机的扩展性以及通用性。　　本文以BDS-3为背景，对北、斗三代B2a频点软件接收机的基带数字信号处理算法进行实现。通过对模拟器采集的B2a频点信号进行处理，以MATLAB为平台实现了B2a频点软件接收机算法。主要内容包括卫星的捕获、跟踪、同步、LDPC译码、解算与定位。在捕获阶段，采取并行搜索算法实现可见信号的捕捉，通过精细频率的方法缩小捕获误差；在跟踪部分，通过锁频环与锁相环结合的方式实时对信号进行跟踪；在LDPC译码部分，提出了一种改进分区最小和算法(IEMS)，高效的实现了LDPC译码，将译码计算量缩小为经典EMS算法的40%，提高了译码效率；在解算阶段利用最小二乘法，最终接收机的水平误差稳定在5m以内，满足课题要求。

目录

1 绪论

1.1北斗卫星导航系统发展概况

1.2研究背景与意义

1.2.1 研究背景

1.2.2 研究意义

1.3国内外研究现状

1.3.1 软件接收机性能指标

1.3.2 国外研究现状

1.3.3 国内研究现状

1.4本论文主要工作

2 B2a信号结构与接收机工作原理

2.1北斗接收机系统

2.1.1 北斗导航系统基本组成

2.1.2 接收机定位原理

2.1.3 接收机基本组成

2.2北斗B2a频点信号结构

2.2.1 信号载波和调制

2.2.2 信号测距码结构

2.2.3 信号导航电文

2.3北斗B2a频点信号特性

2.3.1 测距码相关特性

2.3.2 多普勒频移特性

2.4原始中频信号及其采集

2.5本章小结

3 B2a信号捕获算法研究

3.1捕获的基本原理

3.2捕获的基本方法

3.2.1 时域串行搜索算法

3.2.2 频域并行搜索算法

3.2.3 并行码相位搜索算法

3.3卫星捕获算法的实现

3.3.1 捕获的实现及框图

3.3.2 捕获门限

3.3.3 精细频率

3.3.4 捕获结果

3.4本章小结

4 B2a信号跟踪算法研究

4.1跟踪的基本原理

4.2跟踪环路

4.2.1 相位锁定环路

4.2.2 频率锁定环路

4.2.3 码环

4.3跟踪环路实现算法的实现

4.3.1 二阶锁频环辅助三阶锁相环

4.3.2 跟踪结果

4.4本章小结

5 导航电文的同步与LDPC译码

5.1电文解调与同步

5.1.1 子码解调

5.1.2 位同步

5.1.3 帧同步

5.2多元LDPC码基本原理

5.2.1 多进制LDPC系统模型及概述

5.2.2 多进制LDPC基本结构及编码

5.3 LDPC译码算法及实现

5.3.1 扩展的EMS算法

5.3.2 检泡算法

5.3.3 基于分区的EMS算法

5.3.4 译码结果

5.4本章小结

6 卫星解算与定位

6.1卫星位置与速度计算

6.1.1 卫星星历参数

6.1.2 卫星位置计算

6.1.3 卫星运行速度计算

6.2信号发送时刻求解

6.3卫星伪距求解

6.4接收机定位解算

6.4.1 最小二乘法流程

6.4.2 定位结果

6.5本章小结

7 总结

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文