基于北斗系统的授时技术研究与实现

论文摘要

高精度授时是军事、电力、通信、交通等各行业系统运行的安全保障。发展具有我国自主知识产权的卫星系统是关系国家经济和国家安全的重大事业。而目前我国的各个行业普遍采用GPS导航系统,为了打破GPS的垄断,也是从国家经济和国防安全的角度考虑,我国在2003年建立了“北斗一号”卫星导航系统。这是我国自主研发和建立的,可以提供全天候、高精度服务的区域性卫星导航定位系统,具有定位、通信和授时三大基本功能。本论文以某导航研发部门的“北斗一号”授时型接收机项目为基础。作者有幸参与此项目,对北斗系统单向授时技术方面研究并撰写本篇论文。论文主要内容如下：首先对全球卫星导航系统的发展现状进行简要的概述,详细介绍我国北斗卫星系统的构成,北斗导航电文的结构,接收硬件电路结构,单向授时的原理。接下来,对天线射频模块之后的基带信号的处理,主要介绍数字匹配滤波捕获、Costas环跟踪方法以及Viterbi译码、CRC校验,最后得到卫星导航电文,这部分的技术不关是授时机也是卫星接收机共同的关键技术。最后,介绍信号发送时间的解算过程以及上下行时延,对流层、电离层的延迟修正,实现出小于100ns的授时结果。综合分帧计数PPS模型和本地计数器设计产生高精度、高稳定性的秒脉冲模型,采用切比雪夫多项式拟合的算法对星历卫星位置的修正提高了授时精度。项目成功研制出了符合技术指标的高精度、高稳定性的授时机,授时误差小于100ns.

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 授时的发展历史
• 1.3 全球导航卫星系统
• 1.4 本论文的研究内容及结构安排
• 第二章 卫星通信的原理
• 2.1 北斗卫星系统的概述
• 2.2 北斗卫星信号
• 2.2.1 卫星信号的结构
• 2.2.2 卫星信号的生成
• 2.3 卫星授时原理
• 2.3.1 单向授时原理
• 2.3.2 双向授时原理
• 2.3.3 单向授时和双向授时的比较
• 第三章 北斗接收机基带信号处理
• 3.1 捕获方法及实现
• 3.2 载波跟踪设计
• 3.2.1 载波数控振荡器（NCO）
• 3.2.2 数字相位误差检测器
• 3.2.3 环路滤波器的设计
• 3.2.4 自动增益控制（AGC）
• 3.3 码跟踪环设计
• 3.3.1 码环鉴别器
• 3.3.2 环路滤波器
• 3.3.3 码环路的数字压控振荡器（码NCO）
• 3.4 Viterbi译码
• 3.5 CRC检验
• 第四章 授时解算以及授时关键技术
• 4.1 影响授时精度的主要因素
• 4.2 本地时间的恢复
• 4.3 秒脉冲（PPS）模型
• 4.3.1 分帧PPS模型
• 4.3.2 对PPS模型的改进
• 4.4 卫星位置的估计算法
• 4.4.1 卫星位置的切比雪夫拟合算法
• 4.4.2 仿真结果
• 第五章 授时终端的设计与实现
• 5.1 授时接收机的结构设计
• 5.1.1 天线射频
• 5.1.2 基带单元构架
• 5.2 系统调试环境
• 5.3 授时性能测试
• 第六章 结束语
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文