高灵敏度北斗b1i信号捕获技术研究

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1、摘要摘要随着人类活动范围的扩大，全球导航卫星系统越来越多的应用于室内定位、野外勘测、地震火灾救援、地理地形测绘等。在这些环境复杂的场景中，导航卫星的信号会受到诸如多径反射、障碍物遮挡、宽带干扰等多方面因素的影响而削弱，致使普通的接收机无法捕获到上述功率过低的卫星信号进行导航定位，限制了导航卫星系统的应用。高灵敏度导航卫星信号捕获是研究在弱信号环境下对导航卫星信号进行捕获的技术。北斗二号导航卫星系统是我国自主研制、独立运行的全球导航卫星系统。2012年，北斗正式进入商用阶段，目前在轨卫星19颗，已实现了亚太地区的导航定位服务。随着北斗系统的不

2、断完善，北斗导航定位终端拥有极为广阔的市场前景。因此，高灵敏度北斗卫星信号捕获技术是一项非常具有挑战性和前瞻性的研究课题。本文首先对北斗二号卫星信号的结构和特性进行了分析，包括信号的组成结构、测距码的产生和性质、卫星信号的多普勒效应以及中频信号模型等，并设计实现了北斗中频信号仿真程序，详细介绍了仿真中频信号的产生流程。然后介绍了导航卫星信号的捕获原理和分别在时域和频域进行的两种基本的捕获方法。其次，实现高灵敏度导航卫星信号捕获主要是对本地复现信号和接收卫星信号的相关结果进行积分，根据累积方式的不同，分为相干积分法、非相干积分法和差分相干积分

3、法，本文详细介绍了三种算法的原理，并对其进行了仿真分析，仿真实验表明由于北斗信号比特反转速率高，使得相干积分的时间不能超过1ms，差分相干积分法也并不适用。本文分析了非相干积分法和全比特法两种北斗弱信号捕获方法，对其捕获性能进行了仿真分析。针对高灵敏度捕获算法运算量大，运行时间长的问题，提出了一种优化方法，使一个测距码周期的相关运算可以减少一半的傅里叶逆变换和一半的相乘运算。最后，本文设计了一种适用于北斗卫星B1I弱信号的捕获方法，即改进半比特-特征序列法。通过实验验证了改进半比特算法的可行性，并详细分析了不同长度的NH20码特征序列的抗干

4、扰能力。使用仿真北斗中频信号对该方法进行了捕获实验，并与非相干积分法和全比特法做了捕获性能对比，实验表明本文设计的方法的捕获性能优于非相干积分法和全比特法。然后，用本文设计的方法对卫星中频信号采集系统采集到的真实的北斗卫星信号进行了捕获实验，成功捕获到了真实的北斗卫星弱信号。关键词：信号捕获，高灵敏度，北斗二号，B1I信号I万方数据西安电子科技大学硕士学位论文II万方数据ABSTRACTABSTRACTWiththeexpansionofhumanactivities,theGlobalNavigationSatelliteSystemis

5、moreandmoreappliedtoindoorpositioning,fieldsurvey,earthquakeandfirerescue,geographicaltopographicsurveyetc..Inthesecomplexenvironments,thesatellitesignalisweakenedbecauseofmanyfactorssuchasmultipathreflection,obstaclesheltering,broad-bandinterferenceandsoon,whichmaketheord

6、inaryreceivercan’tcapturetheweaksignalsfornavigationandpositioning.SotheapplicationofGNSSislimited.Highsensitivitynavigationsatellitesignalacquisitionisthetechnologywhichstudiesthenavigationsatellitesignalcaptureinweaksignalenvironment.BDS-2isaglobalnavigationsatellitesyst

7、emwhichisconstructedandrunbyourcountryindependently.By2012,BDShasenteredintocommercialstageformally.Nowthereare19satellitesonorbit.IthasprovidednavigationserviceinAsia-PacificRegion.WiththecontinuousdevelopmentoftheBDS,theBeidounavigationandpositioningterminalhasaverybroad

8、marketprospects.Therefore,theresearchonhighsensitivityBeidousatellitesignalacquisitiontec