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高灵敏度GNSS捕获技术研究

作　者: 侯维玮
导　师: 仇佩亮；赵民建
学　校: 浙江大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 高灵敏度 GNSS 并行快速捕获互相关消除
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 269次
引　用: 5次
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内容摘要

随着科技的进步和经济的发展,卫星导航技术逐步深入到国民经济的各个领域,在复杂环境下的应用需求以及传统接收机的性能局限引发了高灵敏度接收机技术的研究热潮。高灵敏度捕获技术通过算法来提高接收机的处理增益,使其能够捕获传统接收机所不能捕获的微弱信号。本文将对高灵敏度捕获中的一些关键性问题进行分析研究。本文针对接收机所面对的复杂环境下的信号模型,分析了高灵敏度GNSS捕获系统关键技术,提出了基于并行模糊度函数计算与差分相干积分的的高灵敏度GNSS接收机捕获系统方案。本文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)从GNSS导航信号格式以及PRN码相关特性出发,介绍了典型的GNSS接收机模型,分析了核心模块相关器的输出特性,给出了在微弱信号环境下GNSS接收机捕获系统所面临的难点。(2)针对接收信号特点,给出了高灵敏度GNSS接收机的捕获系统处理流程,介绍了基于FFT的频域并行、基于匹配滤波器的时域并行以及基于FFT/IFFT的时域并行的模糊度函数搜索算法,并在性能与计算复杂度上对其进行了比较。分析了单点的检测性能,并在此基础上给出了最大值检测、顺序检测与混合检测三种不同检测策略下的系统检测性能。(3)针对微弱信号检测信噪比提升的问题,给出了积分时间的制约因素,并分析了其在相干积分、非相干积分以及差分相干积分三种方式下造成的信号衰减,之后进一步比较分析了三种积分方式在不同情况下的检测性能。(4)针对高灵敏度GNSS接收机接收信号功率变化范围超过互相关性能的问题,给出了一种改进的峰均比检测算法,可以在互相关信号超过自相关信号24dB的情况下将互相关卫星识别并消除其对自相关卫星捕获的影响。(5)基于前文对微弱信号环境下捕获系统中关键算法的研究与分析结果,提出并实现了一个基于FPGA的全数字高灵敏度GNSS接收机捕获系统方案。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
1 绪论  10-20
  1.1 GNSS简介  10-15
    1.1.1 GPS系统  10-11
    1.1.2 GLONASS系统  11-12
    1.1.3 GALILEO系统  12-13
    1.1.4 北斗系统  13-14
    1.1.5 GNSS系统组成  14-15
  1.2 课题产生背景及研究现状  15-17
    1.2.1 课题产生背景  15-16
    1.2.2 课题研究现状  16-17
  1.3 本文的主要内容与结构安排  17-18
  1.4 本章小结  18-20
2 GNSS信号与接收机  20-32
  2.1 GNSS信号格式  20-24
    2.1.1 GPS信号格式  20-21
    2.1.2 GLONASS信号格式  21-22
    2.1.3 GALILEO信号格式  22-24
  2.2 PRN码特性  24-27
    2.2.1 PRN码自相关特性  24-25
    2.2.2 PRN码互相关特性  25-27
  2.3 GNSS接收机  27-30
    2.3.1 接收机模型  27-28
    2.3.2 相关器输出特性分析  28-30
  2.4 本章小结  30-32
3 GNSS信号捕获  32-58
  3.1 信号捕获的流程  32-33
  3.2 模糊度函数计算  33-44
    3.2.1 串行搜索方式  35
    3.2.2 基于FFT频域并行搜索方式  35-38
    3.2.3 基于匹配滤波器的时域并行搜索方式  38-40
    3.2.4 基于FFT/IFFT的时域并行搜索方式  40-42
    3.2.5 几种搜索方案的比较  42-44
  3.3 噪声抑制与相位移除  44-45
  3.4 单点检测与判决  45-50
    3.4.1 单点检测概率与虚警概率分析  45-50
  3.5 系统检测与判决  50-57
    3.5.1 不同检测策略下的系统检测概率分析  51-54
    3.5.2 不同检测策略下的系统漏检概率分析  54-55
    3.5.3 不同检测策略下的系统虚警概率分析  55-57
    3.5.4 单元搜索量比较  57
  3.6 本章小结  57-58
4 GNSS捕获性能优化  58-96
  4.1 检测信噪比提升限制  58-60
    4.1.1 残余多普勒频偏  58-59
    4.1.2 导航电文  59
    4.1.3 码多普勒  59-60
  4.2 相干积分方式提升检测信噪比的分析  60-71
    4.2.1 残余多普勒频偏的影响  61-62
    4.2.2 导航电文的影响  62-68
    4.2.3 码多普勒的影响  68-71
  4.3 非相干积分方式提升检测信噪比的分析  71-78
    4.3.1 残余多普勒频偏的影响  72
    4.3.2 导航电文的影响  72-76
    4.3.3 码多普勒的影响  76-78
  4.4 差分相干积分方式提升检测信噪比的分析  78-84
    4.4.1 残余多普勒频偏的影响  79-80
    4.4.2 导航电文的影响  80-82
    4.4.3 码多普勒的影响  82-84
  4.5 三种积分方式的检测性能与比较分析  84-92
  4.6 基于峰均比检测的互相关干扰抑制  92-95
  4.7 本章小结  95-96
5 GNSS捕获系统的设计与实现  96-108
  5.1 硬件平台设计  96-97
  5.2 FPGA工程设计  97-102
    5.2.1 码产生器设计  98-99
    5.2.2 匹配滤波器设计  99-100
    5.2.3 检测判决器设计  100-102
  5.3 系统测试  102-106
    5.3.1 仿真测试  102
    5.3.2 板内测试  102-105
    5.3.3 无线测试  105-106
  5.4 本章小结  106-108
6 结束语  108-110
参考文献  110-112
作者简历  112

高灵敏度GNSS捕获技术研究

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