基于Xilinx ISE和FPGA的BOC信号同步算法研究和仿真

论文摘要

二进制载波偏移(Binary Offset Carrier, BOC)调制是将来卫星导航系统中一种重要的调制方式,目前GPS现代化信号、Galileo卫星信号和北斗导航定位系统都决定采用BOC调制方式。而信号同步处理的好坏直接关系着卫星信号接收机的性能,因此对BOC信号的同步处理将不可避免地成为研究的重点。本文首先介绍了BOC调制原理,重点分析了BOC信号的时域特性、频率谱特性以及自相关函数的特性,利用MATLAB仿真了BOC(1,1)信号的生成并验证了其特性。随后,本文介绍了卫星信号的同步处理技术,主要包括了卫星信号的捕获和跟踪两个环节,目的是实现对卫星信号的多普勒频率和伪随机码延时两个参数的精确估计。其中,信号的捕获是对参数的粗略估计,而信号的跟踪则是实现参数精确估计的过程。在信号捕获的研究中,讨论了常见的信号捕获方式,并用MATLAB对BOC(1,1)信号进行了捕获的仿真。在卫星信号跟踪的研究中,本文对各种跟踪方法进行了分析和比较。由BOC信号自相关函数多峰性引起的模糊性是信号同步过程中影响同步性能的一个重要因素,针对BOC信号的多峰性,本文给出了一种解决BOC信号多峰性问题的方案。在前面理论分析和仿真的基础上,本文最后利用Xilinx ISE,在FPGA上设计实现了BOC信号同步处理过程中的几个重要模块,主要包括BOC信号生成及载波跟踪和码跟踪模块,并给出了相应仿真和设计实现的结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 国内外发展和现状
• 1.3 本文主要结构及内容
• 第二章 BOC 信号的原理、特性及仿真
• 2.1 BOC 调制原理及分类
• 2.2 BOC 调制信号的时域特性
• 2.3 BOC 调制信号的频域特性
• 2.4 BOC 调制信号的自相关特性
• 2.5 实际卫星信号模型
• 2.5.1 多普勒频移
• 2.5.2 噪声
• 2.5.3 多径
• 2.6 BOC 信号的仿真
• 2.7 本章小节
• 第三章 BOC 信号捕获及仿真
• 3.1 卫星信号接收流程
• 3.2 BOC 信号捕获原理
• 3.3 BOC 信号捕获的实现方式
• 3.3.1 串行捕获
• 3.3.2 时域并行捕获
• 3.3.3 多普勒频率并行捕获
• 3.3.4 码延时并行捕获
• 3.4 BOC 信号捕获的仿真实现
• 3.5 本章小节
• 第四章 BOC 信号跟踪分析
• 4.1 BOC 信号跟踪原理
• 4.2 BOC 信号的载波跟踪环
• 4.2.1 锁相环结构分析
• 4.2.2 科斯塔斯环
• 4.3 BOC 信号的码跟踪环
• 4.3.1 早迟门结构分析
• 4.3.2 码跟踪的模糊性和现有解决方法
• 4.3.3 一种新的解决码跟踪的模糊性的方法
• 4.4 本章小节
• 第五章 BOC 信号同步处理模块的FPGA 实现
• 5.1 BOC 调制信号生成的FPGA 实现
• 5.1.1 伪随机码生成模块
• 5.1.2 子载波生成模块
• 5.1.3 BOC 调制信号效果
• 5.2 载波跟踪模块的FPGA 实现
• 5.2.1 FIR 低通滤波模块
• 5.2.2 环路滤波模块
• 5.2.3 DDS 模块
• 5.2.4 Costas 环跟踪效果
• 5.3 码同步模块的FPGA 实现
• 5.3.1 PN 码捕获模块
• 5.3.2 PN 码跟踪模块
• 5.3.3 多普勒频移估计模块
• 5.3.4 仿真结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 第七章 参考文献
• 第八章 致谢
• 第九章 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文