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卫星定时接收机的关键技术研究

蔡凡  
【摘要】: 时间传递在科学研究、军事和经济建设等很多领域使用广泛。随着科技的发展,各个领域对时间精度的要求越来越高,要求时间同步的范围越来越广,授时技术也随之得到快速发展。利用无线电信号进行时间传递和比对是一种广泛应用的授时技术,典型代表是罗兰—C系统。随着空间技术的发展,利用卫星进行时间传递和比对的方法已经得到普遍应用,由于卫星授时技术极大扩展了时间同步的工作范围并提高了授时精度,因此卫星授时系统在多个领域逐渐替代原有的授时系统。 在卫星授时过程中,卫星定时接收机的性能影响着定时精度。随着数字化技术的快速发展,卫星定时接收机借助数字化技术极大的提高了性能。但是由于数字化技术对接收机中晶体振荡器以及数字器件处理速度的高要求,使得接收机的成本居高不下。本文旨在通过对接收机涉及的数字信号处理算法的创新使得接收机在提高性能的同时不提高对接收机硬件要求,表现在降低了晶体振荡器的准确度要求以及数字信号的处理速度,提高卫星定时接收机的性价比。本文研究的主要内容如下: 1.扩频通信系统中信号处理算法的相关内容。分析导航卫星信号的特点,比较导航卫星信号与一般扩频信号的异同,结合通用的载波恢复算法和符号定时算法选择卫星定时接收机中相关算法,分析卫星定时接收机的硬件结构和系统中的定时应用单元; 2.详细分析数字信号处理算法涉及的理论基础,对捕获算法中的FFT相关法和匹配滤波器法、前向跟踪算法、反馈跟踪算法中的锁频环、锁相环、非相干延迟锁定环、多阶环路的性能及环路对应的算法公式等内容进行了理论分析和算法验证; 3.在现有算法基础上做扩展性和补充性研究,为通过对接收机自身的技术改进来提高定时性能提供了可行途径。研究包括利用码跟踪环路完成采样频率偏差的估计以提高载波相位值的准确度、环路滤波器数字转换过程中不同等效方式之间的差异、码跟踪环两种运行方式之间的差异、利用非整数倍采样原理在不提高采样率的前提下提高码相位跟踪的准确度等; 4.利用实际的卫星采样信号和DSP硬件平台对算法进行性能验证和硬件验证,分析在DSP硬件平台上进行算法移植时所应注意的相关内容。 上述方面的研究为提高卫星定时接收机的有关性能提供了丰富的理论依据和设计参考。


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