无源定位接收机的研究与开发 ——DSP及定位测速解算软件

论文摘要

双星有源定位系统是我国第一代卫星导航系统,它有GPS所没有的通信功能,但它也存在着用户少,容易暴露的缺点。我国第二代卫星导航定位系统是无源系统,是对双星有源系统一个极大的改变,具有极大的军事价值。本文对无源接收机的设计进行了研究。首先,本文阐述了世界卫星导航的发展和我国卫星导航的现状。对我国的双星定位系统作了较详细地阐述,指出其不足,从而得出无源定位接收机研究的必要性。接着介绍了卫星的信号体制,电文格式,伪距的不同测量方法和测速的不同方法。然后从各个方面对接收机的误差进行了分析。这些基础性工作对后面的接收机设计打下基础。其次,介绍了接收机的总体硬件设计框架。着重介绍了DSP部分的硬件电路,对外部存储器扩展、串口模块、时钟和硬件调试进行了详细地说明。接着给出了系统的软件功能图和流程图。着重设计了DSP处理器的各部分初始化、中断实现和程序加载。最后对定位和测速算法作了具体的研究,对卫星的瞬时位置和速度计算、误差修正、伪距绝对定位、坐标转换和单点测速设计了算法。给出了伪距定位的修正模型:卫星钟差修正、相对论效应修正、地球自转修正、电离层延迟修正和对流层延迟修正。提出一个不通过组成正规方程,用正交分解求解伪距观测方程的方案。然后对定位和测速算法进行了仿真分析和实测,取得较好的结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 我国第一代卫星导航定位系统—“北斗一号”有源卫星导航系统
• 1.3 我国第二代卫星导航定位系统
• 1.4 本文的主要研究内容和结构安排
• 第二章 接收机定位原理与定位误差分析
• 2.1 无源定位原理
• 2.2 卫星信号和导航电文
• 2.3 伪距的测量
• 2.3.1 伪随机码测距定位
• 2.3.2 载波相位测距定位
• 2.4 接收机载体速度求解
• 2.4.1 平均速度法
• 2.4.2 多普勒频移法
• 2.5 接收机的定位误差和影响
• 2.5.1 与卫星有关的误差
• 2.5.2 与信号传播有关的误差
• 2.5.3 与接收机有关的误差
• 第三章 接收机硬件系统
• 3.1 硬件总体架构
• 3.2 DSP 子系统
• 3.2.1 C6713 存储器
• 3.2.2 串口模块
• 3.2.3 DSP 时钟
• 3.2.4 硬件调试
• 第四章 接收机软件设计和实现
• 4.1 DSP 软件功能
• 4.1.1 各子模块和中断描述
• 4.1.2 接收机的定位测速流程
• 4.2 系统初始化程序
• 4.2.1 锁相环初始化
• 4.2.2 EMIF 初始化
• 4.3 中断服务程序
• 4.3.1 中断向量表
• 4.3.2 中断服务程序的C 语言编程
• 4.4 DSP 程序引导加载
• 4.4.1 引导方式选择
• 4.4.2 C6713 ROM 引导模式实现
• 第五章 接收机定位和测速
• 5.1 导航卫星瞬时位置和瞬时速度的计算
• 5.1.1 卫星瞬时位置的计算
• 5.1.2 卫星瞬时速度的计算
• 5.2 定位误差修正
• 5.2.1 卫星钟差修正
• 5.2.2 相对论效应修正
• 5.2.3 地球自转效应修正
• 5.2.4 电离层延迟修正
• 5.2.5 对流层延迟修正
• 5.3 接收机伪距绝对定位
• 5.3.1 用QDR 分解求解伪距观测方程
• 5.4 绝对定位接收机的定位精度分析
• 5.4.1 基于QDR 法的DOP 快速计算方法
• 5.5 坐标转换
• 5.5.1 地心空间直角坐标系与地心大地坐标系的关系
• 5.5.2 站星坐标
• 5.6 接收机的单点测速
• 5.7 接收机的单点测速精度分析
• 第六章 定位和测速的测试
• 6.1 接收机绝对定位的测试
• 6.1.1 定位精度与接收机初始估计坐标的关系
• 6.1.2 定位精度与误差修正
• 6.2 接收机单点测速的测试
• 6.3 基于SUPSTARⅡ的实时测试
• 6.3.1 实时测试系统的设计
• 6.3.2 实时测试系统的分析
• 6.4 定位和测速在DSP 上的的测试
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻硕期间取得的研究成果