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高灵敏度GNSS关键接收技术研究

作　者: 王勇松
导　师: 陈文正；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 CNSS 频率精捕获比特同步弱信号跟踪 C/N0估计
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 368次
引　用: 5次
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内容摘要

近年来,卫星定位导航技术在民用领域的应用越来越受到人们的关注。民用领域的应用主要有:1)城市环境下导航定位需求;2)车载导航仪、手机等便携式移动终端的导航定位需求;3)峡谷森林环境下的应用等。这些应用环境的显著特征是信号比较微弱,信号强度比空旷地带要低10～20 dB,有时甚至会有30 dB的衰减,并且存在多径和干扰。在这些微弱信号环境下,接收机必须提高弱信号处理能力才能正常工作。因而高灵敏度GNSS接收技术成为导航技术研究的热点之一。高灵敏度GNSS接收技术主要解决弱信号的捕获、弱信号的跟踪、信号的实时监测以及其他相关问题,本文就部分问题作详细的论证阐述。针对恶劣条件下卫星信号的特征,结合应用场景,分析了高灵敏度GNSS相关接收技术,提出并实现了高灵敏度GNSS接收方案。本文主要的研究工作包括以下几个方面:（1）分析了BPSK调制的扩频码自相关特性、互相关特性以及理想情况下相关器的工作原理。分析了晶振误差统计量,并给出了模拟晶振频率误差序列的方法,介绍了接收机的一些其他误差源。（2）针对弱信号频率估计问题,分析了时域差分、频域FFT以及频偏分割&能量比较的频率估计方法,比较了它们的性能。介绍了三种比特同步的方法并比较了它们的性能,相位差分法适用于大频偏条件下的比特同步,似然估计法适用于弱信号环境,但是其对频偏比较敏感。分析了频偏、比特边界联合估计技术。（3）分析了导航电文的特点,提出了基于比特预测、载波辅助码环的高灵敏度跟踪方案。当电文可预测时,载波和扩频码同时跟踪;当电文不可预测时,载波保持,扩频码跟踪。分析比较了不同码鉴相器的特点和性能,介绍了码跟踪的热噪声误差。分析了传统载波跟踪环FLL和PLL的性能极限,证明它们无法获得很高的跟踪灵敏度,因而提出了基于频域的载波跟踪方案。（4）介绍了载噪比C/N₀的估计方法以及相位锁定判决方法,给出了接收机的设计结构及关键信号处理流程。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-23
  1.1 GNSS系统介绍  11-16
    1.1.1 无线电导航的基本原理  11-12
    1.1.2 GNSS系统的发展历史  12-14
    1.1.3 GNSS系统的发展趋势  14-16
  1.2 高灵敏度GNSS研究进展  16-21
    1.2.1 自主接收技术  17-20
    1.2.2 AGNSS接收技术  20-21
  1.3 课题研究背景和目标  21
  1.4 本文研究内容及组织结构  21-22
  1.5 本章小结  22-23
第二章信号模型及误差源  23-35
  2.1 GNSS信号模型  23-29
    2.1.1 信号模型  23-25
    2.1.2 自相关分析  25-27
    2.1.3 互相关分析  27-28
    2.1.4 动态误差  28-29
  2.2 误差源  29-34
    2.2.1 本地晶振模型  29-33
    2.2.2 采样量化  33
    2.2.3 其他误差  33-34
  2.3 本章小结  34-35
第三章频偏精估计及比特同步技术  35-63
  3.1 通道相关器数学模型  36-38
  3.2 频偏精估计技术  38-48
    3.2.1 时域相位差分  39-42
    3.2.2 频域DFT  42-45
    3.2.3 频偏分割&能量比较  45-48
  3.3 比特同步技术  48-54
    3.3.1 直方图法  49
    3.3.2 相位差分法  49-52
    3.3.3 似然估计法  52-54
  3.4 频偏比特边界联合估计技术  54-61
    3.4.1 精捕获  55-60
    3.4.2 频偏精细估计  60-61
  3.5 本章小结  61-63
第四章高灵敏度跟踪技术  63-95
  4.1 跟踪信号模型  64-66
  4.2 高灵敏度跟踪方案及策略  66-68
    4.2.1 导航电文特点分析  66-67
    4.2.2 跟踪策略  67-68
  4.3 扩频码跟踪  68-82
    4.3.1 鉴相器及其归一化  68-74
    4.3.2 热噪声颤动分析  74-79
    4.3.3 多径抑制  79-82
  4.4 载波跟踪  82-90
    4.4.1 传统跟踪技术  82-88
    4.4.2 频域跟踪  88-90
  4.5 仿真与验证  90-94
  4.6 本章小结  94-95
第五章辅助控制技术及接收机结构  95-107
  5.1 载噪比C/N_0估计  95-100
    5.1.1 窄带-宽带能量(NBP-WBP)法  95-98
    5.1.2 高阶统计法  98-100
  5.2 相位锁定判决  100
  5.3 接收机结构  100-106
    5.3.1 天线及射频前端  100-101
    5.3.2 基带信号处理模块  101-106
  5.4 本章小结  106-107
第六章结束语  107-109
  6.1 论文小结  107
  6.2 进一步的研究工作  107-109
附录A  109-111
参考文献  111-116
在学期间论文及专利  116

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