基于PMFFFT的高动态扩频信号快速捕获算法研究与实现

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1、圆密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文二O一三年五月By—NiYuanyuanADissertation／ThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringinMeasuringTechnologyandInstrumentNationa

2、lTimeServiceCenter,ChineseAcademyofSciencesMay,2013致谢时间如白驹过隙，三年的硕士研究生学习生涯转瞬即逝，在即将毕业之际，在此谨向关心、支持和帮助我的老师、同学、朋友和家人表示最诚挚的谢意!首先忠心地感谢我的导师胡永辉研究员，在我攻读硕士学位这三年来，胡老师在学习、工作以及生活等各方面都给予了我极大的关心和帮助。胡老师严谨的工作作风、渊博的知识、敏锐的思维、乐观豁达的处世态度深深地影响着我，勉励着我，使我受益终生。春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干，正是胡

3、老师对我们呕心沥血、谆谆教诲，无私奉献的真实写照。同时，感谢师母王明霞对我生活和学习上的关心和帮助。感谢国家授时中心领导郭际主任、王玉林书记、张首刚副主任、吴海涛副主任、卢晓春副主任以及人教处的李平处长、李文成处长、张正副处长，感谢他们对我学习和生活的帮助和关怀!感谢华宇研究员、高玉平研究员对我学习和生活的关心。感谢时间用户系统研究室的张志武老师、樊战友老师、给予我科研工作上的指导，感谢桑润玲老师在学习和生活上给予关心和帮助。感谢师兄师姐们：侯雷、吴华兵、何在民、徐锐、张涛、刘军良、马红皎、武建锋、王

4、康、赵当丽、刑燕、赵爱萍、韩涛、饶永南、宋会杰、贺卫东、闰辉、郑奎、侯娟、王凡，在三年来的科研工作中给予的关心和帮助。感谢我的同窗好友张帆、郭美军、石慧慧、陈金凤、芦旭、谢亮、刘永鑫、白杉杉、张彪、杨帆、孟凡芹、任洁、朱琳、方琳、段茂成、李晓瑞、林思佳、陈颉、杨传玺等，非常开心有你们陪伴我度过美好的一段时光。感谢我的好友姜凤鸣、李佳、方霞珍、陈娜娜、严飞、魏元珍、李雪、陈金凤、芦旭和石慧慧在我学习和生活中中遇到困惑时给予的鼓励和帮助，和你们在一起的日子让我心情愉悦。感谢我的家人对我学习和生活所倾注的心

5、血和付出的劳动，你们是我坚强的后盾和永不枯竭的动力源泉!再次感谢关心、支持和帮助我的所有人。感谢所有参加论文评审和指导答辩的领导和专家!作者倪媛媛2013年5月II摘要实现高动态时的快速捕获是保证接收机高精度和实时性的一个关键性问题，GNSS接收机对扩频信号的捕获过程，是伪码相位和多普勒频偏的二维捕获过程。高动态扩频信号的载波多普勒频偏变化率较大，这为接收机实现在大多普勒频偏下的快速捕获增加了难度。并且接收机捕获过程得到的多普勒分辨率直接关系到后面跟踪环的跟踪速度，甚至于能否成功跟踪到信号。因此，本文

6、旨在研究提高高动态下接收机捕获性能的算法及其FPGA实现。文中采用的基于PMF．FFT结构的捕获算法，能同时估算出伪码相位和载波多普勒频偏，减少了捕获时间。通过对FFT的输入数据进行加窗和补零，改善了扇贝损失并提高了多普勒频偏分辨率；对PMF的输入数据进行加窗，提高了多普勒频偏的识别范围。本文首先介绍了基于PMF．FFT结构的捕获算法，对通过补零和加窗减小扇贝损失的两种方法进行了分析，改进了窗结构，并对改进后的捕获算法进行了仿真验证，接着对算法改进前后的捕获性能进行了比较。此外，对基于PMF．FFT结

7、构的可变步进量搜索方式进行了介绍，分析了PMF的参数对捕获性能的影响，并且采用自适应门限技术，提高了捕获性能!最后，基于算法的理论分析，对GNSS接收机的捕获模块进行FPGA实现，详细介绍了接收机各模块的设计方法。最后，对顶层模块进行了仿真验证。关键词：PMF，FFT，加窗，补零，检测概率，平均捕获时间IIIIVABSTRACTn1sacriticalISSUeonensuringthereceiver’shighaccuracyandrealtimeinhighdynamicsituation．Th

8、eacquisitionprocessofthespreadspectrumsignalneedgetboththepseudocodephaseandcarrierfrequency．It’sisatwo-dimensionalacquisitionprocess．CapturedifficultyisincreasedbecausethathighdynamicspectrumspreadsignalshavelargecarrierDoppler．