论文摘要
中国区域定位系统（CAPS）以现役在轨通信卫星的转发器作为中继,将地面生成的测距码和导航信息数据转发出去。用户接收后测量出信号的伪距,通过虚拟钟模型对其进行修正,实现导航和定位。本文分析了虚拟钟的主要原理和误差来源。考虑CAPS虚拟钟误差目前由精码计算得到,而精码与粗码之间存在系统差,为了进一步对系统差进行校正,以粗码信号为基础,搭建了虚拟星载原子钟误差实时校正系统。利用虚拟钟伪距差分的特性,在CAPS地面导航主控站对信号进行监测,通过实时测量的大环时延、下行几何路径时延和虚拟钟时间改正量,求出系统的误差,对其进行修正后得到虚拟钟误差。按照信号处理的流程,本系统分为三个模块:射频模块、基带处理模块和误差修正模块。本文以基带处理模块为主,从捕获、跟踪、同步、伪距提取等方面介绍了基带部分的主要算法。基于FPGA+DSP组合的平台上,首先对基带部分的硬件电路进行了说明,介绍了芯片的功能及相关通信方式;其次完成了相关算法的仿真与实现,通过软件编译将其下载到硬件电路中实现功能;最后采集并保存测量的数据结果,在Matlab中分析了误差。通过对基带部分的调试,由试验结果得出:本文实现了对CAPS粗码信号的精确同步,并完成了对导航信息数据的提取。从测量的大环时延可以看出:一天内试验数据呈正弦波曲线变化,其规律与卫星运动轨迹相一致;数据残差在10ns左右变化,2小时内残差变化量优于5ns。鉴于CAPS粗码测距精度为10ns,这说明本试验是切实可行且数据结果满足系统的技术要求,为下一步误差修正从而计算虚拟钟误差奠定了基础。