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高动态GNSS接收机跟踪环路研究与实现

作　者: 赵欢
导　师: 陈萍
学　校: 北京邮电大学
专　业: 电路与系统
关键词: 全球导航卫星系统高动态跟踪兼容可配置通道
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)融合了传统的无线电导航和天文测绘技术,可以提供全球、全天候、连续、实时以及海、陆、空、天等多领域的导航服务。GNSS比单系统的GPS (Global Positioning System)或者GLONASS有更高的定位精度和更好的完整性状态。因此GNSS多模接收机已经成为卫星导航接收机的重要发展方向。而对于装配在高动态载体上的接收机,其接收到GNSS信号载波频率具有高多普勒频移和高多普勒频移变化率的特点,普通民用接收机无法正常工作。本文在深入研究GNSS系统组成、工作原理及信号格式的基础上,重点研究高动态多模跟踪环路的算法、设计与实现。论文的主要工作如下：首先,研究了GNSS接收机的载波跟踪环路算法和码跟踪环路算法,对各种算法进行了仿真比较,根据本课题的动态性能需求,设计了锁频环(FLL)辅助锁相环(PLL)、载波环辅助码环的环路结构；并提出了一种兼容可配置通道的通道设计方案,该方案可以根据系统需求灵活配置跟踪通道从而达到节约硬件资源的目的。其次,根据环路设计在VS2005中搭建了仿真平台对算法和通道进行仿真；根据环路的通道设计在Modelsim中搭建仿真平台对兼容可配置通道进行仿真；最后,根据环路的设计和仿真的结果,编写了C和VHDL代码,并在DSP+FPGA实现平台上进行了验证和指标测试,证实了本文所提出的环路设计满足课题的性能需求。本文研究课题来自北邮导航实验室自立项目,旨在完成多模GNSS卫星接收机的研发与实现工作。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-13
  1.1 课题研究的背景  9-10
  1.2 作者主要的研究工作  10-11
  1.3 论文内容及结构安排  11-13
第二章 GNSS系统构成及GNSS接收机  13-18
  2.1 GNSS系统的构成  13-14
    2.1.1 空间卫星星座  13-14
    2.1.2 地面监控系统  14
    2.1.3 用户设备部分  14
  2.2 GNSS接收机架构  14-17
    2.2.1 GNSS接收机总体架构  14-15
    2.2.2 射频前端模块  15-16
    2.2.3 信号处理模块  16
    2.2.4 应用处理模块  16-17
  2.3 本章小结  17-18
第三章高动态接收机跟踪算法研究  18-37
  3.1 基带信号处理流程  18-23
    3.1.1 GPS卫星信号结构  18-20
    3.1.2 接收机信号处理流程  20-23
  3.2 跟踪环路结构  23
  3.3 载波跟踪环路算法研究  23-28
    3.3.1 数字锁频环鉴别器  24-26
    3.3.2 数字锁相环鉴别器  26-28
  3.4 码跟踪环算法研究  28-31
  3.5 数字坏路滤波器  31-34
    3.5.1 环路滤波器原理  31-33
    3.5.2 环路参数的设置  33-34
  3.6 载波环辅助码环技术  34-35
  3.7 INS辅助  35-36
  3.8 本章小结  36-37
第四章跟踪环路设计  37-53
  4.1 高动态环境下GPS信号的特点  38
  4.2 载波环算法设计  38-45
    4.2.1 锁频环测量误差分析  39-40
    4.2.2 锁相环测量误差分析  40-42
    4.2.3 FLL辅助PLL  42-43
    4.2.4 载波环具体参数设置  43-45
  4.3 码环算法设计  45-47
    4.3.1 码环测量误差分析  45-46
    4.3.2 码环环路设计  46-47
  4.4 跟踪环路通道设计  47-51
    4.4.1 可配置载波NCO设计  48
    4.4.2 可配置码NCO设计  48-50
    4.4.3 可配置扩频码发生器设计  50-51
  4.5 INS辅助设计  51-52
  4.6 本章小结  52-53
第五章高动态跟踪环路仿真  53-63
  5.1 高动态跟踪算法仿真  53-59
    5.1.1 仿真环境设置  53-54
    5.1.2 载波环算法仿真  54-58
    5.1.3 码环算法仿真  58-59
  5.2 跟踪通道仿真  59-61
    5.2.1 载波NCO仿真  60
    5.2.2 码NCO仿真  60
    5.2.3 码发生器仿真  60-61
  5.3 本章小结  61-63
第六章高动态GNSS接收机跟踪环路实现  63-70
  6.1 开发平台介绍  63-64
  6.2 跟踪算法的DSP实现  64-66
  6.3 跟踪通道的FPGA实现  66-67
  6.4 系统调试验证  67-69
  6.5 本章小结  69-70
第七章结束语  70-71
  7.1 本文总结  70
  7.2 后续工作展望  70-71
缩略语  71-72
参考文献  72-75
致谢  75-76
作者攻读学位期间发表的学术论文目录  76

高动态GNSS接收机跟踪环路研究与实现

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