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北斗卫星导航仿真系统中快速捕获算法的实现

吴征  
【摘要】:北斗导航系统是我国自建国以来,规模最大、涉及技术最复杂、建设时间最长、应用范围最广、战略定位最高的国家级航天工程。随着信息科技的发展,智慧城市建设、物联网、一带一路等国家新一代战略政策的实施,对导航系统的发展提出了更高的要求。在详细介绍北斗系统的构成及运行原理后,对北斗信号进行了仿真分析,同时仿真研究了多种接收机的捕获算法及其改进算法,完善了北斗卫星导航仿真平台,实现接收机模块的完整流程,具体如下:本文首先介绍了北斗系统的构成和定位原理。从地面控制中心、空间卫星组网和用户终端三部分讲解了北斗系统的功能和信号传输流程;对北斗卫星导航系统接收机原理进行研究,从软硬件角度分析仿真系统的优缺点,简单介绍了接收机中捕获跟踪算法的原理。其次详细介绍了北斗导航信号的组成和扩频调制方式。从载波、伪随机码和数据码几个方面介绍了信号的组成,对目前北斗民用接收机最常用的B1I和B1C信号进行研究,以BPSK(Binary Phase Shift Keying)和QMBOC(Quadrature Multiplexed BOC)两种扩频方式对北斗信号进行调制仿真分析。然后针对传统捕获算法硬件要求高或者捕获速度慢的缺点,本文对PMF-FFT捕获的改进算法进行了研究。先对传统的串行搜索捕获、并行频率搜索捕获和并行码相位搜索捕获算法进行研究与仿真,分析其捕获速度与精度;再仿真分析PMF-FFT与并行码相位相结合的改进算法,该算法可以通过匹配滤波器对多个码相位并行搜索,相对传统PMF-FFT算法具有较高捕获概率,且捕获效率明显提升。最后完善了北斗卫星导航仿真系统,实现了接收机模块的快速捕获算法。在深入研究北斗卫星导航系统的整体架构和运行过程后,利用C++语言编写北斗导航仿真系统,将其划分为多个模块,包括主监控台,地面注入站,上下行信道、四颗卫星和接收机等。本系统可以实现信号层面的仿真,主要是信号的生成、捕获和跟踪,详细讲解了接收机模块使用Cuda编程实现的并行码相位快速捕获算法,可以获取下行通道发送的导航信号,解析出导航电文并解算出接收机坐标。


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