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高动态卫星定位接收机扩频信号同步技术研究

张博

  作为GPS接收机中频信号处理的重要组成部分,卫星信号捕获是进行卫星导航解算的前提和基础,其捕获算法将直接影响接收机的硬件规模和整体性能。在高速环境中,GPS信号产生很大的多普勒频移,在没有星历信息、速度信息辅助的情况下,进行C/A码捕获是一大挑战。传统的滑动相关法已不能满足要求,因此,有必要对快捕技术进行研究。 在工作过程中,将理论研究、计算机仿真和软硬件实现相结合,对扩频信号捕获算法及捕获过程中的关键技术进行了比较深入的研究,所作的创造性工作和取得的主要成果如下: (1)在论述GPS信号捕获原理的基础上,完整分析了伪码时延、载波多普勒频移和伪码速率多普勒效应对信号相关输出的联合影响,为制定伪码相位、多普勒频移二维搜索策略和相应步进单元数值的选取提供了重要依据。 (2)利用快速傅里叶变换在频域实现循环相关是一种GPS C/A码快速捕获方法,但在FPGA实现时资源消耗大,且要求计算点数为2的整数幂次。为此,提出采用平均分组,以更小的FFT计算模块实现循环相关,完成C/A码捕获,即平均相关法,解决了资源消耗大和计算点数问题。 (3)对循环相关、平均相关、折叠匹配滤波器和PMF-FFT并行捕获算法进行研究,分析其在不同结构、不同参数下,在FPGA实现时对硬件资源的消耗情况,并对捕获时间进行了比较。 (4)在对循环相关捕获算法研究的基础上,提出频域多普勒搜索算法,和传统的时域多普勒搜索方法相比,捕获速度提高一倍,甚至更多。针对两个圆移频率分量之间损耗较大问题,提出频率补偿和不同下变频两种解决方案,有效解决了损耗问题,具有很强的实用性,使该算法成为一种快速、实用的捕获方案,这也是论文的创新点。 (5)对平均相关法进行FPGA设计,和ModelSim、MATLAB仿真结果及GPS硬件接收机结果进行比较,验证了平均相关捕获算法的正确性。……   
[关键词]:卫星导航;快速捕获;快速傅里叶变换;平均相关;FPGA
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中国工程物理研究院2009年