弱信号环境下北斗导航接收机跟踪算法研究

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1、中图分类号：V249.32论文编号：102870318-SX208学科分类号：081105硕士学位论文弱信号环境下北斗导航接收机跟踪算法研究研究生姓名周颖学科、专业导航、制导与控制研究方向卫星导航与组合导航指导教师李荣冰副教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonTrackingAlgorithmofBei

2、DouNavigationReceiverundertheweaksignalAThesisinNavigationGuidenceandControlByZhouYingAdvisedbyAssociateProf.LiRongbingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和

3、致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要为了打破GPS的垄断地位，我国不断加快自主北斗卫星导航系统的研发步伐，目前已将其成功应用于交通运输、减灾救灾和公共安全等领域，大大促进了我国的国防建设和经济建设。北斗三号卫

4、星的成功发射，标志着北斗系统已正式进入第三阶段的建设，北斗产业进入高速发展阶段，与此同时对接收机的性能要求也越来越高。随着经济的快速发展，在城市、山川峡谷等旅游景点对导航定位的需求越来越多，而这些环境中能接收到的卫星信号较弱，只有高灵敏度接收机才能满足工作要求，因此高灵敏度跟踪算法研究具有非常重要的意义和相当广阔的前景。本文在深入分析北斗二号卫星信号结构的同时，介绍了北斗三号卫星的信号特点，从传统的跟踪环路入手，针对城市峡谷等弱信号应用环境，对导航接收机载波环和码环进行结构设计，并对相应的环路误差进行分析，探究环路带

5、宽等环路参数对接收机性能及弱信号跟踪能力的影响，并选取合适的验证方案对环路跟踪性能进行试验验证。加长相干积分时间是高灵敏度接收机工作的有效手段，而相干积分时间的加长有诸多限制因素，本文针对弱信号环境提出一种改进的基于最大似然估计的位同步方法，在进行北斗弱信号位同步的同时还可以完成NH码的剥离，减小位同步的错误率。在此基础上采用先猜后检的思想实现高增益相干积分算法，完成对弱信号的跟踪，并在软件接收机上对该算法的有效性进行验证，分析该算法对环路跟踪性能的影响。采用长相干积分可以提升接收机弱信号跟踪能力，但是随着相干积分时

6、间的不断加长，环路性能会有所下降，且跟踪精度也会相应变差。为了保证高增益相干积分的效果，采用频率稳定度传递策略，利用辅助信号补偿弱信号通道的频率偏差，以此消除由于频率偏差存在导致的相干积分能量损失，并通过软件接收机平台对其有效性进行试验验证。除了利用软件接收机平台对算法进行实时修改与验证外，还搭建了基于FPGA+DSP的接收机验证平台。首先对验证平台的总体方案进行设计，然后重点完成基于FPGA+DSP的基带信号处理平台功能模块设计，并针对弱信号场景完成本文跟踪算法的总体验证及分析。关键词：北斗；跟踪环路；相干积分；频

7、率稳定度传递；软件接收机；FPGA+DSPI弱信号环境下北斗导航接收机跟踪算法研究ABSTRACTInordertobreakthemonopolypositionofGPS,ourcountryhasbeenacceleratingthedevelopmentofBeidounavigationsystem.Ithasbeensuccessfullyappliedtotransportation,disasterreductionandpublicsafety.Soithasgreatlycontributedac

8、riticaleffecttothenationaldefenseconstructionandnationaleconomicdevelopmentofourcountry.ThesuccessfullaunchoftheBDS-3satelliteindicatesthattheBeidousystemhasofficiallyentere