全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和科技實(shí)力的體現(xiàn),是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展、保障國(guó)家安全必不可少的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。歐美俄日等經(jīng)濟(jì)大國(guó)和軍事強(qiáng)國(guó)都在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)上進(jìn)行了大量的研發(fā)投入,我國(guó)也已正式啟動(dòng)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。最能直觀反映衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值的是導(dǎo)航接收機(jī),接收機(jī)中基帶信號(hào)處理模塊的重點(diǎn)是擴(kuò)頻碼的同步與跟蹤,因此研究北斗衛(wèi)星信號(hào)的捕獲對(duì)于提升接收機(jī)工作性能和我國(guó)未來(lái)衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)的發(fā)展有著迫切而現(xiàn)實(shí)的意義。面對(duì)世界各國(guó)日趨激烈的競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)和國(guó)際范圍越來(lái)越復(fù)雜的無(wú)線電環(huán)境,如何實(shí)現(xiàn)對(duì)北斗衛(wèi)星信號(hào)快速精準(zhǔn)的捕獲是首要解決的問(wèn)題。目前發(fā)展較為成熟、常用的算法有時(shí)域串行捕獲算法、匹配濾波器捕獲算法和基于FFT的偽碼并行捕獲算法。本文通過(guò)比較分析上述三種算法的優(yōu)缺點(diǎn),選擇以基于FFT的偽碼并行捕獲算法作為研究對(duì)象,并對(duì)其提出改進(jìn)意見(jiàn),以達(dá)到在確保捕獲精度的前提下進(jìn)一步提高捕獲速度的目的,最終在FPGA上實(shí)現(xiàn)改進(jìn)算法。主要工作表現(xiàn)為以下方面:首先研究了北斗二號(hào)衛(wèi)星信號(hào)的結(jié)構(gòu)和特性,重點(diǎn)理解了載波、測(cè)距碼和導(dǎo)航電文的結(jié)構(gòu)和生成。其次研究了三種常用捕獲算法的原理及特點(diǎn),針對(duì)基于FFT的偽碼并行捕獲算法提出混頻前端抽取和積分累加相結(jié)合的改進(jìn)意見(jiàn):先對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取,將FFT計(jì)算點(diǎn)數(shù)下降為原來(lái)的1/5,以減少FFT運(yùn)算量,再在平方檢波前,將做完IFFT的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行周期積分累加,降低系統(tǒng)復(fù)雜度。然后在MATLAB軟件平臺(tái)上對(duì)傳統(tǒng)的FFT偽碼并行算法和改進(jìn)算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。最后采用Altera公司的EP4CE30F23C8芯片,使用Quartus Ⅱ中的Qsys構(gòu)建基于Nios II的SOPC系統(tǒng),在硬件上實(shí)現(xiàn)北斗衛(wèi)星信號(hào)的并行捕獲,并將捕獲結(jié)果顯示在LCD1602上,驗(yàn)證改進(jìn)算法的正確性和可行性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN967.1;TN791
【部分圖文】：

獲算法法是一種經(jīng)典的捕獲算法，該算法原理簡(jiǎn)單、耗原理框圖如圖 3-5 所示。衛(wèi)星信號(hào)在經(jīng)過(guò)天線波器、AD 采樣后，得到的數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)入到地載波發(fā)生器在確定的一段頻率范圍內(nèi)，按照某從第一頻段開(kāi)始，滑動(dòng)本地偽碼，依次做對(duì)應(yīng)該積分，然后調(diào)整到下一頻段，搜索直至遍歷了所對(duì)所有相關(guān)積分結(jié)果做閾值判斷。如果相關(guān)峰值，并記錄下峰值所對(duì)應(yīng)的碼相位和頻率。否則，碼和本地假設(shè)的衛(wèi)星信號(hào)偽碼不匹配，控制邏輯 ( )2I 1L

0( ) ( ) ( ) ( )= = +nx n y n x n y m n ( ) = ( ) ( )xyr m x n y n[0, 1, 2, …, N-1]， 表示循環(huán)卷積運(yùn)算符。的卷積等效于頻域的乘積，故對(duì)式(3-31)兩邊同時(shí)做 FFT 變換( ) ( ) ( ) ( ) ( ) R k = X k Y k =X k Y k 上述結(jié)果進(jìn)行傅里葉逆變換（IFFT）：r ( m ) = IFFT ( FFT ( y ( n )) CONJ ( FFT ( x ( n ))))所得結(jié)果逐個(gè)求模，即得到接收信號(hào)與本地參考信號(hào)的相關(guān)判斷，該算法的實(shí)現(xiàn)原理如圖 3-7 所示。星 B1 頻段 I 支路測(cè)距碼碼速率是 2.046Mcps，顯然，這種算個(gè)頻率點(diǎn)需尋找 2046 次碼相位操作變?yōu)橹恍鑸?zhí)行兩次 FFT， IFFT 運(yùn)算，便可以得到相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)算步驟得到有效地減少程度上得到了提高。FFTI(t)⊕IFFT 輸2

而達(dá)到減輕硬件資源消耗過(guò)大的目的，也可以進(jìn)一步提高速度，使其適更多的場(chǎng)景。5.2 混頻前端抽取 FFT 偽碼并行捕獲算法基于上述原因，本文采用一種混頻前端抽取 FFT 偽碼并行捕獲的方法，影響頻率分辨率的前提下，通過(guò)減少采樣數(shù)據(jù)來(lái)?yè)Q取速度的提升。改進(jìn)算核心思想是在對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行混頻之前對(duì)其進(jìn)行抽取，通過(guò)降采樣的方式數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)，這樣能夠極大的減少后面 FFT 的運(yùn)算量。其原理框圖如圖 3示。輸入信號(hào) 11.999MHz采樣FFTI(t)⊕IFFT 抽取 輸出2
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2848665