北斗卫星信号多普勒频移电路设计.doc

《北斗卫星信号多普勒频移电路设计.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、北斗卫星信号多普勒频移的电路设计　　摘要：接收机在接收卫星信号时，由于接收机与卫星的相对运动，导致卫星信号在传播过程中出现多普勒频移。为了实现卫星信号中载波多普勒的剥离，设计了一种基于北斗卫星信号的载波多普勒剥离电路。描述了载波多普勒产生的原因以及剥离的方法，并详细论述了该电路的设计方法。最后对该电路进行MATLAB和Modelsim仿真，验证了设计的载波多普勒剥离模块性能满足北斗卫星接收机的要求。　　关键词：北斗；抽取滤波器；多普勒频移；载波NCO0引言　　我国独立自主研发的北斗卫星导航系统自2012年12月27日提供测试运行

2、服务以来，为全球在全天候、不同天气状况下提供了高精度、高可靠的定位、导航和授时功能，此外还包括我国北斗导航系统特有的短报文功能。2013年12月27日，在北斗卫星导航系统正式提供区域服务一周年后，在之前发布的北斗B1频点信号内容的基础上新增发布了北斗B2频点的信号内容。双频点信号内容的公布为用户提供高精度双频服务，使定位精度从单频时的10m跃升至米级、甚至分米级。　　北斗卫星在椭圆近地轨道上绕地球运行,由于卫星相对于地面的北斗接收机存在着相对运动,导致用户接收机接收到的北斗卫星所发射的信号产生了频率变化,即多普勒频移。北斗卫星导

3、航接收机的基带数字处理部分需要通过混频彻底剥离掉数字中频中包含多普勒频移的载波，并且通过伪码相关运算彻底剥离信号中的伪码，从而得到所需要的导航电文数据码。除此之外，还可以根据测得的多普勒频移来精确地计算卫星接收机的速度和加速。由此看来，对载波多普勒频移的测量有一定的必要性，更有其重要的现实意义。　　本文根据北斗接收机的需要，设计了载波多普勒频移模块，实现了包含多普勒频移的载波剥离。1.载波多普勒设计背景　　卫星导航信号包含载波、C/A码和导航电文。在传播过程中，多普勒频移的产生对卫星信号接收机来说是不可避免的，而C/A的频率很低

4、，所以在C/A码上产生的多普勒频移相当的小，对载波来说则不然。当地面上加载有接收机的交通工具以朝向卫星引起最大多普勒效应的方向运动时，对于被C/A码调制的L1频率fr=1561.092MHz，所产生的多普勒频移为[1]：　　　　其中，vdm是根据轨道速率，沿地平线方向；c是光速；fdr为算出的最大多普勒速率，约为929m/s，与高速军用飞机的速度相当。　　由上分析可知，当接收机在低速载体上时，可认为多普勒频移为±5kHz；如果接收机装在高速载体上，假设多普勒频移的最大值为±10kHz是比较合理的。因此，在捕获过程中，一般将载波多

5、普勒频率的搜索范围定为±10kHz。2.载波多普勒剥离具体设计　　卫星信号的捕获作为整个接收机基带信号处理的前提，其捕获信号的准确与速度对后续的基带信号处理有至关重要的作用。接收机中信号的捕获可以认为是一个二维的搜索过程，包括从伪码相位方向的搜索和从多普勒频移方向的搜索[2]。其中从多普勒方向的搜索，由上述分析可知，多普勒频移的最大搜索范围是±10kHz，它通过本地产生载波，并调节本地载波的值与输入信号相乘，从而去除输入信号中的高频载波分量。MATLAB仿真结果。　　图1为算法的验证示意图，横轴代表800个数据点，纵轴代表数据的

6、值。图中基带数据信号为C/A码，调制信号为载波和C/A码调制后的信号，按照本设计算法，在本地产生的载波和信号中的载波频率相位均一致的情况下，解调结果，为了减少基带信号处理的功耗问题，将从RF采样得到的中频信号经过抽取滤波器对数据进行降频处理，将数据采样率从18.67fo降为2fo(因为C/A码频谱带宽为约为2MHz，将数据速率降为2fo可以保证得到的信号包含C/A码频谱主瓣），这样即保证了采样后信号的完整性，又使基带信号处理部分功耗降为最低。经过抽取滤波器后出来的I/Q两路信号中，高频载波信号已被剥离，剩下的只是携带有多普勒频率

7、分量的载波、C/A码和导航电文的中频信号。该中频信号被继而送往所设计的多普勒模块，从而找出载波的多普勒分量。　　多普勒模块主要分为载波NCO模块和载波多普勒剥离模块两个子模块。下面对其相关内容做详细的分析介绍。　　2.1载波NCO的原理及其设计　　载波数控振荡器（NCO）的作用是生成时间、幅度都离散的正余弦信号[3]，通常用在通信系统中，在载波跟踪环中用来生成I-Q路混频需要的同相与正交载波。载波NCO的实现方法有实时计算法与查找表法。通过实时计算产生正余弦信号的数据样本，只适用于信号采样频率相对较低的情况。本文所设计的接收机采

8、样频率为18.67fo(其中fo为北斗卫星的基准频率2.046MHz)，用实时计算的方法实现起来较为困难，因此查找表是最有效、最简单的方法。　　，载波NCO是由加法器和寄存器组成的相位累加器，它就是一个累加溢出再累加的过程。其中控制位有两个，一个是相位控制字Ph