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Galileo信号仿真与捕获跟踪算法的验证

2020-12-08阅读(369)

Galileo信号仿真与捕获跟踪算法的验证

论文摘要

Galileo系统是由欧盟自主研发,独立运行管理,面向民用领域的多模式全球导航卫星系统,它将能全天候地向全球提供高精度、高可靠性的定位服务。Galileo系统在研发阶段借鉴了目前国际上最新的导航技术,并且与美国、俄罗斯等各国开展了多方面的合作,与目前现有的美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统都具有良好的兼容性。Galileo卫星信号采用了基于二进制偏移载波(Binary Offset Carrier,BOC)的调制技术,在理论上将比采用BPSK调制的GPS民用信号具有更好的捕获跟踪性能和抗干扰能力,因此对于BOC调制信号以及相应的接收技术的研究逐渐成为人们研究的热点。本文首先从“系统”的角度出发对Galileo系统进行了概括的介绍,这部分内容包括Galileo系统的组成、服务、在轨测试卫星的情况,以及Galileo卫星系统中所涉及的基本原理。随后又从“信号”的角度出发对Galileo信号的频谱分配、信号参数、调制技术等相关特性进行了介绍,其中着重分析了BOC调制信号,选取BOC(1,1)信号作为研究Galileo信号接收技术的典型信号,并对其进行了仿真,且通过功率谱与自相关函数验证了仿真信号的正确性。信号接收是一个对卫星信号的多普勒频率和伪随机码延时这两个参数进行精确估计的过程,本文从软件接收机的角度出发,明确了本文所关注的信号接收技术的研究范围是信号捕获与信号跟踪这两个环节。信号捕获可被视为是对参数的粗略估计,而信号跟踪则可被视为是对参数的精确估计。在信号捕获的研究中,本文首先分析了信号捕获的基本原理,明确了信号捕获本质上是一个以接收信号与本地参考信号的相关值为依据,在多普勒频率和伪随机码延时空间内进行二维搜索的过程;随后讨论了四种常见的信号捕获的实现方式:串行捕获、时域并行捕获、多普勒并行捕获和码延时并行捕获;最后,利用码延时并行捕获方式对BOC(1,1)仿真信号进行了捕获仿真,针对其相关搜索平面内存在多个峰值的问题给出了一种类BPSK的解决方案,并再次通过仿真验证了方案的可行性。对信号跟踪的研究主要分为两部分,即载波跟踪环与码跟踪环。载波跟踪环用于对接收信号的载波频率进行精确跟踪,而码跟踪环是用于实现伪随机码延时的精确对准。在对载波跟踪环的讨论中,重点分析了其中所使用的锁相环结构的基本原理,并对四种常见的鉴别器的鉴别曲线进行了仿真比较;在对码跟踪环的讨论中,重点分析了其中所使用的经典早迟门结构,对经典早迟门结构鉴别曲线中所存在的多个过零点问题,给出了一种使用扩展早迟门结构构造单调鉴别曲线的解决方案,并通过对鉴别曲线的理论分析和仿真实验,验证了该方案的可行性。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题背景与意义
  • 1.2 本文的主要内容与章节安排
  • 第二章 Galileo 系统架构与原理
  • 2.1 Galileo 系统概述
  • 2.1.1 Galileo 系统的组成
  • 2.1.2 Galileo 系统的服务
  • 2.1.3 Galileo 在轨测试卫星
  • 2.2 Galileo 系统的基本原理
  • 2.2.1 扩频通信
  • 2.2.2 伪距定位
  • 2.2.3 信号区分
  • 2.3 本章小结
  • 第三章 Galileo 信号特性及仿真
  • 3.1 Galileo 信号参数
  • 3.2 Galileo 信号新型调制技术概述
  • 3.3 BOC 调制
  • 3.3.1 BOC 调制信号的时域特性
  • 3.3.2 BOC 调制信号的频谱特性
  • 3.3.3 BOC 调制信号的自相关特性
  • 3.3.4 BOC 调制信号的子载波相位选取
  • 3.4 衍生型BOC 调制
  • 3.5 卫星信号模型
  • 3.5.1 多普勒频移
  • 3.5.2 噪声
  • 3.5.3 多径
  • 3.6 BOC（1,1）信号仿真及验证
  • 3.7 卫星信号接收流程
  • 3.8 本章小节
  • 第四章 Galileo 信号捕获及仿真
  • 4.1 Galileo 信号捕获原理
  • 4.2 Galileo 信号捕获的实现方式
  • 4.2.1 串行捕获
  • 4.2.2 时域并行捕获
  • 4.2.3 多普勒频率并行捕获
  • 4.2.4 码延时并行捕获
  • 4.2.5 信号捕获的仿真实现
  • 4.3 Galileo 信号捕获中存在的问题及改进验证
  • 4.4 本章小节
  • 第五章 Galileo 信号跟踪分析
  • 5.1 Galileo 信号跟踪原理
  • 5.2 Galileo 信号的载波跟踪环
  • 5.2.1 锁相环结构分析
  • 5.2.2 载波跟踪环的实现方式
  • 5.3 Galileo 信号的码跟踪环
  • 5.3.1 经典早迟门结构分析
  • 5.3.2 扩展早迟门结构的构造与验证
  • 5.4 本章小节
  • 第六章 总结与展望
  • 6.1 全文总结
  • 6.2 研究展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

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