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Galileo信号仿真及软件接收机关键算法研究

作　者: 朱璇
导　师: 何海波
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: Galileo BOC调制数字中频信号仿真软件接收机补零法捕获错误锁定无模糊跟踪解调
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 165次
引　用: 3次
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内容摘要

Galileo发播的多种信号都采用了BOC调制。BOC调制既避免了同一频点的信号的相互干扰,改善了跟踪性能,又增加了信号的灵活性,但是它所带来的捕获和跟踪的模糊性已成为研究和应用BOC信号的热点和难点。本文选择具有代表性L1频点BOC(1,1)调制的Galileo E1信号进行重点研究,主要包括E1数字中频信号的仿真和软件接收机关键算法两个方面内容。具体开展的工作和结论如下:1.介绍了Galileo E1信号的结构和特点,深入分析了BOC、AltBOC及MBOC三种调制方式的原理和特性。根据Galileo E1信号的结构和数字中频信号产生的原理建立了仿真模型,该模型准确地包含了各种误差,易于软件实现,便于用户通过调整参数来改变信号状态。给出了导航卫星信号仿真的具体实现方法,在计算卫星信号状态时,采用迭代算法,准确求解卫星发信时刻;采用插值外推,求得各个采样时刻的伪距和载波多普勒。2.E1-B信号的捕获类似于GPS C/A信号,但由于伪码长度和导航电文的数据位长度相同,若直接进行相关,会因为数据位的翻转而得不到相关峰。本文采用“补零法”很好地解决了这一问题。捕获结果会出现1个或2个峰值,若出现两个峰值,取第一个峰值所对应的码片即为伪码初始相位。3.深入分析了两种常用的DLL鉴相器的输出、归一化及跟踪精度,证实了BOC信号较BPSK信号在跟踪的鲁棒性和精度等方面的优越性。一般的DLL环路跟踪区域较短,且当码相位误差达到一定值时会发生错误锁定。本文研究了无模糊度的ASPeCT跟踪算法,并将它应用到软件接收机的设计当中。分析了ASPeCT鉴相器的输出特性以及热噪声对跟踪精度的影响,结果表明ASPeCT法能在不影响跟踪精度的前提下,彻底地消除副相关峰,同时增大稳定跟踪区域,大大提高了跟踪的可靠性和鲁棒性。4.给出Galileo E1-B信号软件接收机的具体设计方案和整体实现,采用了一组真实数据,验证了软件接收机的功能和可用性。利用仿真的GPS信号和softGNSS软件接收机间接验证仿真信号的正确性。基于以上的理论和方法,编写了Galileo信号仿真和捕获跟踪算法的程序代码。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-9
第一章绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 本文研究的重要意义  10-11
  1.3 软件接收机及信号仿真研究概况  11-13
  1.4 本文的主要工作  13-15
第二章 Galileo 信号结构  15-22
  2.1 Galileo 信号计划  15
  2.2 Galileo E1 信号  15-20
    2.2.1 Galileo E1 信号结构  16
    2.2.2 BOC 调制  16-19
    2.2.3 Galileo E1 信号的特点  19
    2.2.4 Galileo E1 信号的发展  19-20
  2.3 AltBOC 及MBOC 调制  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章数字中频信号仿真  22-46
  3.1 数字中频信号模型  22-23
  3.2 误差模型的建立  23-27
    3.2.1 卫星钟误差模型  23-24
    3.2.2 电离层误差模型  24-26
    3.2.3 对流层误差模型  26-27
  3.3 数字中频信号仿真的实现  27-45
    3.3.1 星座仿真及可见卫星  28
    3.3.2 卫星位置、速度、加速度计算  28-32
    3.3.3 信号发射时刻码相位  32-33
    3.3.4 伪距及载波多普勒的计算  33-34
    3.3.5 导航电文的产生  34-42
    3.3.6 测距码的产生  42
    3.3.7 载噪比及信号幅值的计算  42-43
    3.3.8 滤波及量化  43-45
  3.4 仿真结果  45
  3.5 本章小结  45-46
第四章 BOC(1,1)信号的捕获和跟踪  46-66
  4.1 E1-B 信号的捕获  46-50
    4.1.1 串行捕获法  46-47
    4.1.2 并行码相位搜索捕获法  47-48
    4.1.3 改进的并行码相位搜索捕获法  48-49
    4.1.4 精频率(fine frequency)  49-50
  4.2 载波跟踪环  50-51
    4.2.1 PLL 的一般结构  50-51
    4.2.2 PLL 鉴相器  51
  4.3 延迟锁定环  51-59
    4.3.1 DLL 的一般结构  52-53
    4.3.2 码鉴相器特性  53-55
    4.3.3 鉴相器归一化  55-57
    4.3.4 热噪声对跟踪精度的影响  57-59
  4.4 无模糊度跟踪算法(ASPeCT)  59-64
    4.4.1 合成的相关函数  59-61
    4.4.2 无模糊度鉴相器  61-62
    4.4.3 热噪声对ASPeCT 跟踪精度的影响  62-64
  4.5 ASPeCT 法的仿真结果  64
  4.6 本章小结  64-66
第五章软件接收机实现及验证  66-75
  5.1 软件接收机的整体实现  66-67
    5.1.1 位同步和帧同步  66-67
    5.1.2 伪距观测值的获取  67
  5.2 软件接收机的验证  67-70
  5.3 仿真信号的验证  70-74
  5.4 本章小结  74-75
第六章总结与展望  75-78
  6.1 总结  75-76
  6.2 可以进一步展开的工作  76-78
参考文献  78-82
附录 DLL 鉴相器鉴相函数推导  82-84
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  84-85
致谢  85

Galileo信号仿真及软件接收机关键算法研究

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