弱信号捕获技术在北斗民用信号接收中的应用研究

作     者：李棘阳 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈伟

授予年度：2015年

学科分类：081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：北斗 弱信号捕获 码相位 相干积分 

摘      要：随着卫星导航定位技术的不断发展,卫星信号接收机的使用场景也变得越来越复杂,普通的接收机根本无法满足室内、森林、地铁等信号遮蔽严重的环境中人们的定位需求,为了促进北斗导航定位技术的发展,提高弱卫星信号环境下接收机的捕获性能,本文开展弱信号捕获技术在北斗民用信号接收中的应用研究。主要研究内容如下:第一,选取调制有NH(Neumann-Hoffman)码的BDII-B1I支路导航信号为目标信号,介绍了该支路导航信号结构以及测距码(CB1I码)的生成原理,并通过对CB1I码、NH码以及CB1I-NH叠加码的自相关和互相关特性仿真分析,确定了本文捕获技术中本地码为CB1I码,与接收信号进行1ms互相关运算,再进行20ms相干积分;第二,通过分析计算确定了载波频移范围为?10KHz,CB1I码速率偏移范围为?12.66Hz,接收弱信号功率为-176dBW(信噪比为-38dB)等具体指标;第三,使用MATLAB针对8号卫星仿真得到采样频率为16.368MHz,中频频率为4.092MHz,载波频移为5KHz,信噪比为-38dB的数字中频信号,为捕获技术的研究提供数据源;第四,详细分析比较了串行时域搜索捕获、并行频率搜索捕获和并行码相位搜索捕获等常用捕获技术,对并行码相位搜索技术的实现步骤进行了微改进,选取改进后的并行码相位搜索捕获方法作为本文使用捕获技术的基本结构;第五,对相干积分、非相干积分以及差分相干积分这3种经典的弱信号捕获技术进行了分析比较,并针对他们的缺点进行改进,得到了“比特翻转相干积分捕获方法。最后,分别使用非相干积分、差分相干积分以及“比特翻转相干积分这3种弱信号捕获方法对上述仿真数据源进行捕获仿真,结果表明当信号强度低于-178dBW时,经典的弱信号捕获算法很难稳定捕获到BDII-B1I支路信号,而改进算法在积分次数达到60次时,仍然可以实现-180dBW的弱信号捕获;验证成功之后,使用Xilinx公司提供的System Generator 2014.4开发工具对改进后的弱信号捕获方法进行硬件建模,并将建模结果转化成IP(Intellectual Property)核,导入到Vivado开发工具中依次综合、实现、仿真,仿真结果表明该改进算法不论是捕获效果,还是硬件资源消耗,都能满足应用的要求。