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《太原理工大学》 2016年
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北斗接收机基带信号处理算法关键技术研究

李帅  
【摘要】:目前,全球卫星导航系统(GNSS,Global Navigation Satellite System)的发展日新月异,已成为发达国家和部分发展中国家空间领土、科技水平和军事博弈的重要战场,美国的GPS(Global Positioning System)、俄罗斯的GLONASS、欧洲的GALILEO、中国的北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System)等在GNSS中占有重要地位。北斗系统经过长足的发展,目前已经发展到实现亚太地区的定位、导航和短报文通信全覆盖,提供给授权用户和开放用户多种用户体验,支持大批量的用户实现较为精密的定位和导航服务,并计划到2020年实现全球覆盖。但是随着服务领域的日益增多,用户对定位导航精度和速度要求的不断提升,接收机所处恶劣环境的不断增多,都给各系统的发展提供了重要机遇,也带来了巨大挑战,因此研究定位导航接收机基带信号处理算法,提高接收机定位导航性能具有重要的现实意义和巨大发展空间。北斗接收机是北斗系统在用户端的重要平台,用户接收卫星信号,到最终完成定位导航解算,生成定位导航数据或完成其他辅助功能都是在接收机这一层面实现。各系统在不断优化发展中提高导航定位性能,常用的改进信号体制方法涉及全局规划,较难实现;优化天线选址受地形影响较大;创新天线设计带来较大的硬件损耗。本文主要研究北斗接收机基带信号处理中捕获和跟踪两个重要信号处理过程的优化和改进,先后详细分析了北斗系统定位原理、信号构成、系统组成和接收机工作原理,北斗接收机的捕获原理,以及捕获领域国内外研究现状。针对城市环境中干扰信号多,对北斗系统捕获卫星信号带来的影响,本文提出了基于小波变换的北斗系统抗干扰捕获算法,首先对接收信号进行相关积分和差分累加,使用Meyer小波进行分解,而后比较分解后各频段的能量,通过比较结果确定窄带噪声所在频带,将噪声所在频带的系数进行衰减,最后重构信号从而实现窄带干扰的剔除。实验仿真证明该方法能够实现单天线情况下抵抗窄带连续波干扰,接收机捕获增益平均提高5dB。同时,针对城市高楼林立的狭窄街道环境,北斗接收机接收卫星信号常常被遮挡,导致跟踪环路失锁而不能正常解算导航数据的问题,本文提出了基于改进的扩展卡尔曼滤波器的矢量跟踪算法,通过耦合各通道的信号特征,实现强信号辅助弱信号跟踪,从而在卫星信号被遮挡的情况下依然保持较为精准的定位。实验验证,在城市街道环境中,北斗接收机接收可见星数量不足4颗时,本文算法依然能实现较为精准的定位。本文在改进接收机基带信号处理层面,区分捕获和跟踪两个过程,有针对性地给出了每个过程算法的优化和改进,在不增加硬件损耗和算法复杂度的前提下提高了接收机定位解算的速度和精度,为北斗接收机软件优化提供了一定的借鉴和参考。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN967.1

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