导航接收机时间频率同步技术研究及性能仿真

论文摘要

卫星导航系统是国民经济信息化建设的重要组成部分和推进力量,是国家信息体系的重要基础建设设施,是直接关系到经济发展和国家安全,以及国防现代化的关键性支持系统。近年来,随着科学技术的不断进步,卫星导航和定位技术已经向高精度、高动态和高抗扰性的方向发展。导航接收机属于卫星导航定位系统中的用户设备,其中,准确的时间同步和精确的频率同步是导航接收机正常工作的前提。本文研究了现代导航接收机的时间频率同步技术及其性能,主要内容如下:以GPS接收机为例,介绍了导航信号的构成、调制格式,结合导航接收机信号同步的工作过程分析了导航接收机的基本原理和组成结构,根据战场复杂电磁环境对导航接收机在功能指标、技术指标上的新要求,指出了导航接收机时间频率同步问题中的重点、难点和关键技术。精密测距码的直接捕获问题是近年来导航接收机设计的一项关键技术。文中分析了精密测距码直接捕获技术中的重点、难点及主要影响因素,建立精密测距码的捕获模型,利用FFT运算对相关处理时由于多普勒频移造成的峰值损失进行补偿的特性,设计基于FFT的相关支路结构并进行了运算复杂度及捕获时间的分析。进一步,运用码同步之后的连续信号相位关系对FFT在系统设计的频率分辨率下多普勒频率估计的误差进行修正,实现频率的精确估计。在低动态情形下应用二阶锁相环对导航信号载波相位及多普勒频率进行估计,分析其跟踪性能。在研究高动态环境中多普勒频率对伪码延时测量精度的影响的基础上,使用扩展卡尔曼滤波方法进行载波相位和频率的估计,并利用载波辅助技术由载波相位的变化来校正伪码延时环,降低多普勒频移对伪码延时环的直接影响,从而得到准确的伪码延时估计,提高了伪码延时环的动态性能。针对目前卫星导航接收机的同步技术均考虑在无干扰的环境中进行时频同步的现状,仿真分析了本文中所用到的卫星导航接收机时间频率同步技术在三种不同的强干扰环境下的工作性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的和主要任务
• 1.3 论文总体安排
• 第二章 导航接收机的原理和结构
• 2.1 引言
• 2.2 导航信号的构成及调制格式
• 2.3 导航接收机的结构
• 2.3.1 数字接收机通道
• 2.3.2 数字频率合成
• 2.3.3 载波跟踪
• 2.3.4 码跟踪环
• 2.3.5 码的捕获
• 2.4 导航接收信号的特点及指标分析
• 2.4.1 功能指标分析
• 2.4.2 技术指标分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 精密测距码的直接捕获
• 3.1 引言
• 3.2 精密测距码捕获模型
• 3.3 基于FFT 的相关处理
• 3.3.1 基于FFT 的相关处理原理
• 3.3.2 基于FFT 的相关支路结构
• 3.3.3 性能分析
• 3.4 频率的精确估计
• 3.5 仿真与分析
• 3.5.1 MATLAB 软件介绍
• 3.5.2 精密测距码的生成
• 3.5.3 基于FFT 的并行相关捕获
• 3.5.4 精频估计
• 3.6 本章小结
• 第四章 载波相位及多普勒频率的精确估计
• 4.1 引言
• 4.2 低动态情形下对导航信号的跟踪
• 4.2.1 锁相环的基本理论
• 4.2.2 使用锁相环跟踪导航信号
• 4.3 高动态情形下对导航信号的跟踪
• 4.3.1 高动态情形下导航信号模型及分析
• 4.3.2 卡尔曼滤波简介
• 4.3.3 高动态情形下载波相位及多普勒频率估计
• 4.3.4 载波辅助技术
• 4.4 本章小结
• 第五章 干扰条件下同步的仿真与分析
• 5.1 引言
• 5.2 导航信号的检测性能
• 5.2.1 包络检测器
• 5.2.2 包络检测器的检测性能
• 5.3 不同干扰条件下的同步性能仿真
• 5.3.1 LFM 干扰下的同步性能仿真
• 5.3.2 CW 干扰下的同步性能仿真
• 5.3.3 MCW 干扰下的同步性能仿真
• 5.4 强干扰下的非相干累加检测法
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果