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GNSS接收机多通道载波剥离电路设计与实现

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GNSS接收机多通道载波剥离电路设计与实现

作者：张戚鹏西安邮电大学

学位级别：硕士

载波剥离电路可作为独立IP（Intellectual Property）集成在芯片内部,用于硬件接收机的定位功能,以提高工作效率。针对全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）硬件接收机中单通道载波剥离电路处理耗时较长的问题... 详细信息

载波剥离电路可作为独立IP（Intellectual Property）集成在芯片内部,用于硬件接收机的定位功能,以提高工作效率。针对全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）硬件接收机中单通道载波剥离电路处理耗时较长的问题,本文设计了四通道载波剥离电路,四条通道并行工作,可同时进行多频点载波剥离,进一步提升硬件接收机的工作效率,大幅度减少时间维度上的消耗。四通道载波剥离电路主要包括中频信号预处理电路、数字下变频电路以及自相关峰值计算电路,具体工作主要包括以下几点:（1）中频信号预处理电路主要完成将输入频率为3.996 MHz±f（多普勒频率）,采样率为16.369 MHz的一路中频数字卫星信号下变频至96250 Hz±f,采样率降为2.046 MHz。首先,对数字中频卫星信号采用直接将输入符号位做“正正负负”和“正负负正”的变换方法,使其在硬件电路的实现上省去了sin和cos函数的查找表资源消耗;其次,通过简单的8点求和方式将高频载波滤除,避免了低通滤波器的复杂计算;最后,根据卫星信号具有小信号占比大的特性,采用2位非均匀量化方式进行量化,在降低硬件计算复杂度的基础上,保留了卫星信号的主要信息。（2）复相位旋转电路主要完成对中频信号预处理电路中剩余频率为96250 Hz±f的载波的剥离,利用两个复信号混频后在频谱上只存在和频的特点,在数字下变频电路的设计中省去了低通滤波器。同时,利用复信号在复平面中的对称性,通过对第一象限结果进行旋转来产生剩余三个象限的复相位旋转结果,由此将复相位旋转结果的查找表面积减少至原始的1/4。（3）载波数控振荡器电路具有输出载波相位和输出载波频率可控的特点,用于产生整个多普勒频率搜索范围的本地载波相位,载波相位分辨率为π/32。与传统载波数控振荡器的不同之处在于本文所设计的载波数控振荡器在工作时只输出用于复相位旋转的载波相位,而不通过查找表产生正余弦载波,从而在硬件电路的设计上省去了正余弦查找表资源的消耗。（4）自相关峰值计算电路是基于载波对C/A码（Coarse/Acquisition Code）自相关结果的影响,利用C/A码强自相关性的特点来进行设计。通过将数字下变频结果与本地产生的C/A码序列进行自相关后的值送入快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）电路,以完成对应频点的幅值计算,从而判断该频点对应的载波信号是否剥离完成。（5）电路综合时通过电子设计自动化（Electronic Design Automation,EDA）软件中的逻辑综合（Design Compiler,DC）工具,基于SMIC 0.18μm分别在tt、ss以及ff工艺下对四通道载波剥离电路的面积、功耗以及静态时序进行分析,结果显示电路在tt工艺下的总设计单元面积为343390.743506μm,总设计功耗为9.0017 m W。接着对不同工艺下的四通道载波剥离电路时序进行分析检查,结果表明,当电路工作在49.107 MHz频率下时,建立时间和保持时间裕度均大于0,不存在时序路径违例,除此之外,对所设计电路使用形式化验证（Formality,FM）工具验证电路逻辑的正确性;最后对四通道载波剥离电路在现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）上进行测试,通过与软件接收机FFT计算结果对比,验证本次设计电路的正确性。

关键词： GNSS 载波剥离多普勒频率正交分离数字下变频复相位旋转

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石油样品全二维气相色谱分析的分离特性

分析化学 2002年第5期30卷 548-551页

作者：阮春海叶芬孔宏伟路鑫许国旺中国科学院大连化学物理研究所国家色谱研究分析中心中国科学院大连化学物理研究所国家色谱研究分析中心大连116011

汽油、柴油等石油产品是典型的复杂混合物体系。一维气相色谱 (1DGC)分离能力不够 ,重叠十分普遍 ,定性不准确 ,族之间也不能分离干净。研究了全二维气相色谱 (GC×GC)用于石油样品分析的分离特性。对一特定的石脑油进行研究 ,一次进样... 详细信息

汽油、柴油等石油产品是典型的复杂混合物体系。一维气相色谱 (1DGC)分离能力不够 ,重叠十分普遍 ,定性不准确 ,族之间也不能分离干净。研究了全二维气相色谱 (GC×GC)用于石油样品分析的分离特性。对一特定的石脑油进行研究 ,一次进样实现了烷、环烷和芳烃 (PNA)的族分离。与 1DGC比较 ,GC×GC的正交分离、族分离、瓦片效应等特性使其峰容量大、灵敏度高、定性更简单准确 ,适合复杂混合物体系的分析 ,也是一种检测痕量杂质的有效手段。

关键词：全二维气相色谱气相色谱正交分离族分离

生物碱的高效液相色谱分离分析与纯化制备研究进展

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分析测试学报 2019年第5期38卷 586-594页

作者：王荣刘艳芳王超然郭志谋梁鑫淼中国科学院大连化学物理研究所分离分析重点实验室辽宁大连116023 中国科学院大学北京100049

生物碱是天然产物中药用活性较好的一类化合物,在分离科学与技术领域,生物碱的分离一直是一个研究热点和难点问题。近年来,随着高效液相色谱填料和分离方法的发展,生物碱的分离分析和纯化制备有了长足的进步。该文主要针对碱性化合物的... 详细信息

生物碱是天然产物中药用活性较好的一类化合物,在分离科学与技术领域,生物碱的分离一直是一个研究热点和难点问题。近年来,随着高效液相色谱填料和分离方法的发展,生物碱的分离分析和纯化制备有了长足的进步。该文主要针对碱性化合物的峰形拖尾问题,综述了高效液相色谱理论的发展和色谱分离技术的进步,以及近年来新型色谱填料和分离方法在生物碱分离分析和纯化制备中的应用,并对其前景进行了展望。

关键词：生物碱拖尾制备色谱正交分离

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全二维气相色谱的原理、方法及应用概述

分析科学学报 2005年第3期21卷 332-336页

作者：朱书奎邢钧吴采樱武汉大学化学与分子科学学院武汉430072

全二维气相色谱(GC×GC)是近几年来发展起来的一个新技术,与传统的多维色谱不同,它提供了一种真正的正交分离系统,其峰容量约等于两根柱各自峰容量的乘积,非常适合于复杂样品的分析。本文主要对GC×GC的原理、仪器、分析方法及其应用进... 详细信息

全二维气相色谱(GC×GC)是近几年来发展起来的一个新技术,与传统的多维色谱不同,它提供了一种真正的正交分离系统,其峰容量约等于两根柱各自峰容量的乘积,非常适合于复杂样品的分析。本文主要对GC×GC的原理、仪器、分析方法及其应用进行了评述,并展望了其未来发展趋势。

关键词：全二维气相色谱正交分离评述

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全二维气相色谱技术及其进展

色谱 2001年第2期19卷 132-136页

作者：许国旺叶芬孔宏伟路鑫赵欣捷中国科学院大连化学物理研究所国家色谱研究分析中心辽宁大连116011

许多分析问题的解决需要得到比一维色谱技术能提供的更高的分辨率。分离能力可通过使用多种分离技术或机理的组合来增强。此时 ,样品被分散在不同的时间维 ,最终的分辨率强烈地依赖于这些维间分离特性的差异。当它们之间没有关联 ,也即... 详细信息

许多分析问题的解决需要得到比一维色谱技术能提供的更高的分辨率。分离能力可通过使用多种分离技术或机理的组合来增强。此时 ,样品被分散在不同的时间维 ,最终的分辨率强烈地依赖于这些维间分离特性的差异。当它们之间没有关联 ,也即相互间正交时 ,系统可获得最高的分辨率。全二维气相色谱 (GC×GC)提供了一个真正的正交分离系统。它把分离机理不同而又互相独立的两支色谱柱以串联方式结合组成二维气相色谱。在这两支色谱柱之间装有的一个调制器起捕集再传送的作用。全二维色谱的峰容量为组成它的两支色谱柱各自峰容量的乘积。介绍了GC×GC的技术和仪器 ,比较了现阶段GC×GC系统的 3种设计。列举了在石化和环保领域GC×GC的许多应用实例。简单地讨论了GC×GC将来的发展前景。

关键词：全二维气相色谱正交分离调制器油品分析应用环境样品分析色谱柱检测器