文档介绍：中图分类号: 论文编号:1028703 13-S201
学科分类号:081102
硕士学位论文
北斗 B1 QPSK 中频信号优化捕获与跟
踪技术研究
研究生姓名黄隽祎
学科、专业检测技术与自动化装置
研究方向卫星导航与组合导航
指导教师李荣冰副教授
南京航空航天大学
研究生院自动化学院
二О一三年三月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Automation Engineering
Research on Optimized Acquisition and Tracking for
BeiDou QPSK Signal
A Thesis in
Detection Technology and Automatic Equipment
by
Huang Junyi
Advised by
Associate Prof. Li Rongbing
Submitted in Partial Fulfillment
of the Requirements
for the Degree of
Master of Engineering
March, 2013
承诺书
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作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
卫星导航系统自诞生以来已经在国民经济、国防军事等众多方面得到长足的运用与发展。
我国的北斗卫星导航系统经过多年的稳步建设和发展,已经开始投入应用,不过作为星基无线
电导航系统,其较易受到信号质量、载体所处环境等因素的影响。捕获和跟踪作为卫星导航系
统的基础,对整体工作性能的提高起到至关重要的作用。本文以提高北斗卫星系统接收机性能
为目的,在分析北斗信号体制基础上研究优化的信号捕获、跟踪算法,并搭建仿真平台用于算
法正确性、有效性的全面验证。
为进行北斗 B1 频点 QPSK 调制信号的捕获跟踪研究,论文首先分析了 QPSK 调制技术的
原理和实现方法,根据卫星信号结构,结合信号传输过程中的误差建模,建立了北斗卫星中频
信号模型,基于该模型得到的中频仿真信号,提出了针对信号结构特点的双通道并行捕获算法,
该方法能够成功且有效的进行北斗卫星信号的捕获。
以提高捕获性能为目的,针对捕获快速性,论文研究了基于惯性信息辅助的快速捕获算法,
解决了载体高动态情况下信号丢失后的快速重捕问题、高速运动造成的信号漏捕问题;针对捕
获灵敏度,论文提出便于在软件接收机平台实现的融合了相干、非相干累加思想的优化高灵敏
度捕获算法,解决了复杂环境中信号功率衰减后难以成功检测的问题。
随后,论文针对信号跟踪问题进行深入研究。从分析跟踪环路参数与环路工作性能的关系
入手,提出能够自主进行环路阶数、带宽调整使得环路跟踪误差最小的环路自调节方法,并设
计多种载体动态验证了方法性能。
为了准确估计跟踪过程中的状态量,在跟踪环路中添加卡尔曼滤波器用于噪声的滤除,提
出利用滤波状态量进行反馈控制的环路模型,简化了环路结构,并实现环路零误差条件下的良
好锁定跟踪;为进一步简化环路结构,提出了直接以相关值为观测量的基于 EKF、UKF 实现的
非线性卡尔曼环路滤波模型,实现对高动态信号跟踪性能的提升,为新型的环路结构设计提供
了理论和实现基础。
最后论文设计了一种集合了卫星信号生成、捕获跟踪处理的仿真系统,能够结合接收机具
体所处环境进行信号的模拟和算法的验证,为论文提出的技术方法研究提供了良好的实验平台,
同时面向基于 FPGA 的平台工程化实现,综合考虑系统结构、可扩展性,进行模块、接口设计。
关键词:北斗,捕获,高灵敏度,跟踪,非线性滤波,仿真
I
北斗 B1 QPSK 中频