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《中国科学院大学(中国科学院国家授时中心)》 2019年
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北斗三号B1C信号模拟产生与性能分析

叶旅洋  
【摘要】:北斗系统是我国自主研发、具有自主知识产权的卫星导航定位系统,它对我国的军事、政治、经济等方面的发展具有重要的战略意义。当前,世界各大国都在大力推进自己卫星导航系统的现代化进程,我国北斗系统起步虽晚于美国GPS和俄罗斯GLONASS等系统,但也于2018年12月宣布进入全球时代。B1C信号作为一种民用全球信号,它采用不同于GPS系统及Galileo系统的一种全新时域调制方式。其与GPS系统的L1C信号及Galileo系统的E1OS信号有着相同的兼容互操作频点。同时,在全球各大导航系统倡导兼容与互操作性的需求下,赋予了B1C信号重要的研究价值。因此,对B1C信号的设计实现及相关性能分析将是未来几年的研究热点。为实现对北斗三号B1C数字中频信号硬件实时生成及其性能分析,本文结合现有的研究基础,对B1C信号模拟产生及其性能进行分析,取得如下成果:(1)对GNSS调制信号所需的扩频通信体制、伪随机序列及GNSS信号相关调制特性理论分析的基础上,完成了传统BPSK-R调制信号、全新的BOC调制信号及现代GNSS调制信号的功率谱、自相关特性的理论研究与仿真分析,并给出了相应的总结。(2)根据北斗办发布的B1C信号空间接口文件,基于Barker码的优良特性,采用100比特的虚拟数据对B1C信号导航数据进行模拟,并完成了相应的硬件模拟生成。针对B1C信号伪码的产生,给出了一种节约硬件资源、实时性强的双端口生成方式,并对其进行硬件生成设计与实现,同时还完成了载波及副载波生成的硬件实现。(3)针对B1C信号导频分量的固有特性,改进了一种易于工程实现、实时性强、节省存储资源的在线生成方案,很好地解决了信号处理中含有虚数运算一类信号在硬件上难以实现的问题。此外,通过采取精密相位控制和时钟控制,实现了B1C文件中所要求各分量间的相位关系和起始沿对齐关系,并完成了B1C信号的各分量及整个B1C信号的硬件实现。随后基于MATLAB软件平台及频谱仪、示波器等硬件架构,完成了调制过程的验证,并结合GNSS信号理论,对所设计的B1C信号的正确性进行双重验证,并对结果进行分析。(4)对等长的Weil码与gold码序列从生成方式、自相关和互相关特性进行了定性与定量分析,并给出了两者相关极值的Welch下界和Levenshtein下界;此外,从B1C、L1C及E1 OS信号所采用的调制方式的角度,定性与定量分析了B1C、L1C及E1 OS信号之间的码跟踪性能,并给出了NELP和DP环路模型的CT-SSC分析表达式,同时,还对环路模型的Cramer-Rao下界进行了分析。对北斗三号B1C信号的模拟产生,所改进的生成方案,不局限于导航信号处理领域,还可以推广到涉及虚数运算这一类信号处理当中去,所生成的B1C信号,不仅可为国内北斗系统接收终端提供硬件设计参考,同时也可为信号接收处理提供测试用信号。此外,对伪码序列性能的分析结果,可作为GNSS新体制信号伪码测距性能的评判参考,而对B1C、L1C和E1 OS采用的调制信号的码跟踪性能分析,可从本质上揭示这三类信号的跟踪性能,既能给现代GNSS系统间的兼容互操作提供评估参考,又能给GNSS现代化新体制接收机的终端设计提供指标设计参考。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院国家授时中心)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TN967.1

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