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GNSS双频兼容互操作接收机信号捕获算法研究

袁进  
【摘要】:用户接收机是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的一个重要组成部分,是实现卫星定位导航的关键枢纽,设计一款双频兼容互操作接收机可使接收机功能更完善、性能更优越。信号捕获的作用是粗略估计出接收信号的载波多普勒频移及码相位偏移值,由于双频兼容互操作接收机能够接收多种类型信号,这对捕获算法的设计提出了一定的要求。课题来源于“GNSS双频兼容互操作接收机研发”项目,项目研发的接收机具有三种工作模式:单频兼容互操作模式、双频兼容互操作模式及单信号工作模式,共可接收8种信号:B1I信号、B1C信号、B2a信号、L1C/A信号、L1C信号、L5信号、E1OS信号、E5a信号,8种信号在结构特性、调制方式等方面都有所不同。本文侧重于对该项目中接收机的捕获算法进行研究与设计,针对多类型信号在捕获过程中遇到的捕获方法不统一、性能不达标、处理过程繁琐、实现成本高等问题,研究设计了一种适用于多类型信号的捕获算法。该算法以基于FFT的并行码相位捕获算法为基础,首先,算法以两倍于码速率的采样速率对经预处理后的信号进行下抽采样。接着,从第一个采样样点开始进行两两合并,生成0相位支路数据;从第二个采样样点开始进行两两合并,生成1相位支路数据。两路数据分别与本地伪码进行相关运算。随后,根据信号特点将两路相关结果分别进行若干次相干累加与非相干累加运算,得到各自的多个非相干累加峰值,若其中的峰值超过捕获门限,说明信号存在。最后,分析最大峰值所在的位置信息,即可得到信号的多普勒频移及码相位偏移值。对于包含导频分量和数据分量的信号捕获来说,接收机只需提供两路接收通道,采用上述算法分别对两个分量进行处理,不同之处仅在于:两分量完成各自的非相干累加运算后,需再次进行一次非相干累加运算,实现两分量非相干累加结果的合并。本文使用verilog语言在Vivado 2016.2开发环境下对算法进行了设计实现与仿真,对各信号捕获过程及结果进行了多方位的分析与性能验证。经分析论证及工程实现可得,本课题所提算法能够实现对8种信号的捕获,捕获性能满足接收机设计要求。


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