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GNSS-R海洋反射接收机信号跟踪模块设计

腾小霁  
【摘要】: GNSS-R技术是一种新兴的遥感探测技术,主要是依靠全球导航系统(GNSS)的卫星提供信号源,通过在机载或者星载平台上安装GNSS-R接收机来接收直接从卫星传播的信号和从海洋反射的卫星信号,然后对两路信号分别进行不同的处理,以实现对海洋环境中的各种地球物理参数的探测和反演。与传统的遥感手段相比,该技术具有时空分辨率高、无需单独的发射机、信号源丰富、接收机简单轻便、实时性强等优势。本文结合实际的研究项目,给出了基于DSP+FPGA架构的GNSS-R海洋反射接收机的信号跟踪模块的设计方案。 本文首先介绍GNSS-R技术的研究发展现状,并以GPS系统为例对GNSS中各个系统的信号特点进行分析。对本文实现的硬件和软件相结合的GNSS-R海洋反射接收机而言,整个系统包括直射通道和反射通道。直射通道通过右旋圆极化天线接收来自卫星的直射信号,完成捕获、跟踪、电文获取;反射通道通过左旋圆极化天线接收海洋表面的反射信号,作相关处理后得到不同码相位延迟的功率曲线。对于直射通道,本文在国内外已有研究成果的基础上,综合接收机高动态的应用环境和处理性能要求,提出了利用延时伪码锁定环结合载波辅助技术进行伪码跟踪的方案。之后,讨论了基于锁频环和锁相环相结合的载波跟踪方案,并在Matlab中对系统的跟踪方案完成了软件仿真,在仿真验证了方案的跟踪性能之后使用FPGA实现了接收机的跟踪模块。对于反射通道,本文提出了综合伪码相位延迟和载波频率移动的跟踪方案,并在解频解扩之后进行相应的累积和计算,根据计算的结果能够完成不同的功率曲线。设计的跟踪模块最终能够向上位机输出直射和反射两个通道的跟踪结果,同时,设计方案能够实现多系统多通道的并行运算,并提出了与接收机其他模块进行通信的具体实现方法。


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