伽利略卫星信号处理及其仿真研究

论文摘要

卫星定位系统在军事和生活中的应用已日益广泛,继美国的GPS等卫星定位系统之后,由欧盟发起、世界十多个国家参与的伽利略计划正在验证和开发,我国也和欧盟签署了中国参与GALILEO计划的技术合作协议。在这种国际卫星导航系统发展背景下,研究GALILEO卫星信号将具有十分重要的意义。论文从GALIELO系统的总体结构和组成出发,介绍GALILEO系统的信号结构及其服务方式,讨论系统的通信基础-扩频通信理论及系统的定位原理,并对采用的BOC调制方式所带来的影响作了分析与仿真。在扩频通信中,信号处理的关键是实现扩频信号的快速捕获与可靠跟踪。在参考国内外大量关于卫星导航和扩频接收机资料的基础上,本文提出一种基于延迟与累积结构的快速捕获方案,从理论和数学推导上给予阐述,仿真证明了该方案的可行性。在未知载波频率和伪码相位的情况下,采用非相干超前-滞后数字锁相环（DDLL）和数字科斯塔斯环（DPLL）实现对伪码和载波的可靠跟踪。详细研究了DDLL环的数学模型,对其线性特性进行了深入分析。基于伽利略BOC调制方式带来的自相关函数多峰性的问题,本文提出了一种构造新的相关函数的方法来解决该问题。接着本文研究了伽利略卫星信号在接收过程中的多径效应,提出了两种探测和消除多径误差的方法。在前几章的基础上,设计与开发了GALILEO接收机的软件仿真器,产生卫星信号,对卫星信号实现捕获、跟踪与导航信息解调,为GALILEO接收机的研制提供必要的仿真数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 卫星导航国内外发展概况及发展趋势
• 1.2.1 GPS 系统
• 1.2.2 GLONASS 系统
• 1.2.3 GALILEO 系统
• 1.2.4 中国双星定位系统
• 1.2.5 卫星导航的发展趋势
• 1.3 本文研究内容与篇章结构
• 第二章 GALILEO 系统原理分析
• 2.1 GALILEO 系统的卫星信号
• 2.1.1 GALILEO 系统卫星信号的产生
• 2.1.2 GALILEO 系统的服务
• 2.2 GALILEO 系统通信基础
• 2.2.1 扩频通信的理论基础
• 2.2.2 扩频通信的基本特点
• 2.3 GALILEO 系统BOC 调制分析
• 2.3.1 BOC 调制原理
• 2.3.2 BOC 调制信号的复合相关特性
• 2.3.3 BOC 调制信号的频谱特性
• 2.4 GALILEO 系统定位原理
• 2.4.1 伪距观测方程与定位解算
• 2.4.2 定位精度的影响因素
• 2.5 本章小结
• 第三章 GALILEO 信号的捕获
• 3.1 捕获的概念
• 3.2 串行捕获
• 3.2.1 载波估计
• 3.2.2 BOC 码捕获
• 3.2.3 多用户接收
• 3.3 快速捕获方法
• 3.3.1 基于FFT 的并行捕获
• 3.3.2 基于延迟与累积结构的快速捕获
• 3.4 捕获性能分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 GALILEO 信号的跟踪
• 4.1 自动跟踪环路的基本原理
• 4.1.1 锁相环路PLL
• 4.1.2 锁频环路FLL
• 4.1.3 最优化环路滤波器的设计
• 4.2 伪码跟踪
• 4.2.1 非相干DDLL 数学模型
• 4.2.2 DDLL 线性化模型分析
• 4.2.3 BOC 扩频码的考虑
• 4.3 载波跟踪
• 4.4 本章小结
• 第五章 GALILEO 接收机中的多径效应
• 5.1 多径效应的基本概念
• 5.2 多径效应的特点与误差模型
• 5.3 多径效应引起的环路跟踪误差
• 5.3.1 引起的伪码相位跟踪误差
• 5.3.2 引起的载波相位跟踪误差
• 5.4 减小多径误差的方法
• 5.4.1 天线设计与安装的考虑
• 5.4.2 接收机设计的考虑
• 5.5 本章小结
• 第六章 GALILEO 接收机软件仿真器的设计
• 6.1 仿真器设计的关键技术
• 6.1.1 图形用户界面（GUI）
• 6.1.2 GUIDE 组件类型
• 6.2 仿真器的设计流程
• 6.3 仿真器的实现与功能描述
• 6.4 仿真器捕获与解调仿真
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 论文主要工作总结
• 7.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文