卫星接收机信号跟踪技术研究及其实现

论文摘要

卫星导航系统是空间无线电通信领域研究的热点,它在军事上为武器平台、部队乃至单兵提供高精度的时间信息和导航定位服务,在民用中是海洋救援、车辆导航的重要组成部分。对于某些特殊应用场合,卫星信号接收机会处于极高的动态和极低信噪比环境中,传统的信号获取方法将失效,这给卫星信号的准确接收带来了困难。因此,针对高动态低信噪比环境,研究卫星接收机的设计具有重要意义。卫星信号的同步是信号获取的前提,常分为两个部分:信号捕获和信号跟踪。本文以典型的GPS全球定位系统作为研究对象,拟在其高动态信号跟踪方面做一些工作。GPS卫星定位系统采用直接序列扩频通信方式,其信号跟踪包括载波跟踪和扩频码跟踪两部分。在高动态低信噪比环境中,接收机在承受很大动态应力的同时又要求保持足够的跟踪精度,本文针对此提出了一种锁频环辅助锁相环,载波跟踪环辅助码跟踪环的设计方案。考虑到无线通信中常存在的多径干扰问题,设计中对码跟踪采用了宽窄相关相结合的方案,有效的减弱了多径对信号跟踪的影响,进而提高了定位精度。本文对介绍的载波跟踪和码跟踪算法进行了FPGA实现,经上板测试,性能指标均能达到预期要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.2 卫星接收机跟踪技术研究现状
• 1.2.1 载波跟踪技术
• 1.2.2 码跟踪技术
• 1.3 论文内容及结构安排
• 第二章 系统基本理论与设计要求
• 2.1 引言
• 2.2 扩频系统的基本理论
• 2.2.1 扩频码性质
• 2.2.2 直接序列扩频的应用模型
• 2.3 系统性能要求
• 2.3.1 传播损失及干扰
• 2.3.2 性能要求
• 2.3.3 动态适应性和跟踪精度
• 2.3.4 多径干扰抑制
• 2.4 本章小结
• 第三章 载波跟踪环设计
• 3.1 引言
• 3.2 带通采样分析
• 3.3 数字下变频
• 3.4 载波跟踪技术
• 3.4.1 锁频环辅助锁相环
• 3.4.2 数控振荡器的设计
• 3.4.3 环路滤波器的设计
• 3.4.4 环路延迟的修正
• 3.4.5 假锁的处理
• 3.5 本章小结
• 第四章 扩频码跟踪环设计
• 4.1 引言
• 4.2 扩频码跟踪环技术
• 4.2.1 延迟锁定跟踪环
• 4.2.2 环路滤波器的设计
• 4.2.3 抗多径跟踪环路
• 4.2.4 载波环对码环的辅助
• 4.2.5 本地扩频码离散化处理
• 4.3 本章小结
• 第五章 卫星信号跟踪技术FPGA 实现
• 5.1 引言
• 5.2 Xilinx Virtex4 芯片介绍
• 5.3 资源估算及器件选型
• 5.4 FPGA 验证平台
• 5.5 载波跟踪算法的实现
• 5.5.1 信号流程与模块化分
• 5.5.2 顶层设计
• 5.5.3 子模块设计
• 5.5.4 编译综合报告
• 5.6 码跟踪算法的实现
• 5.6.1 信号流程与模块划分
• 5.6.2 顶层设计
• 5.6.3 子模块设计
• 5.6.4 编译综合报告
• 5.7 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 全文总结及主要贡献
• 6.2 下一步工作建议及未来研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果