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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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局域无线时间同步系统信号捕获的设计与实现

张梦琳  
【摘要】:局域无线双向时间同步系统具有精度高、设备简单以及布置灵活等优点,在许多重要领域都有迫切的应用需求和前景。例如,现代军事靶场,无线传感器网络中都需要点对点甚至分布式的无线时间同步技术。因此研究局域分布式系统间的时间同步具有非常重要的意义。捕获是无线时间同步系统接收端基带对信号处理的首要步骤,捕获性能的好坏直接影响跟踪的速度和伪距解算的精度,从而决定了系统时间同步的精度。论文在并行码相位捕获算法的基础上改进研究了导频/数据双通道捕获算法,采用FPGA设计并实现了接收信号的捕获的关键环节,为跟踪环路提供可靠的多普勒频率和码相位参数。论文主要完成的工作如下:1、介绍了局域无线双向时间同步系统的总体组成,研究了双向伪码测距与时间同步的方法。分析了接收机捕获性能对伪码测距精度的影响,描述了接收机信号捕获的基本原理。2、根据局域无线双向时间同步系统对信号快速、高效捕获的要求,在传统并行码相位捕获算法研究基础之上,改进得到导频/数据双通道捕获算法。将信号中伪距信息和导航电文分开,避开数据位比特翻转对相干积分时间的影响,从而提高捕获效率。并在MATLAB平台上对传统捕获算法和改进后的导航与数据双通道捕获算法进行仿真验证。通过对仿真数据分析比较,给出了改进的捕获算法的定性和定量的分析结果。3、基于导频/数据双通道捕获算法,对局域无线双向时间同步系统中的捕获模块进行硬件设计与实现。采用模块化设计方法,将捕获模块分为信号内插取、FFT/IFFT运算、信号累加、捕获检测判决四个子模块。基于FPGA实验平台,通过对各个子模块进行仿真测试,完成对接收信号载波多普勒频率和伪码相位的粗略估计。搭建无线双向时间同步系统测试环境,进行捕获与系统其它部分的联合测试,分析局域双向无线时间同步系统中两个测试终端同源下的单向伪距精度,验证捕获算法的正确性和可行性。测试结果表明:该算法可以捕获到信号强度为-140dBm,载噪比为33dBHz信号。捕获灵敏度高,达到预期目标。证实设计的正确性。为后续对信号的跟踪和伪距处理奠定了基础,并且单向伪距稳定度可以达到0.317ns左右,从而实现了局域无线双向时间同步系统,具有较好的工程应用价值。
【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】:TN911.7;TN925.93

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