【正文】 、使用環(huán)境以及優(yōu)缺點。北斗 2 代衛(wèi)星導航系統(tǒng)建成后可以給中國及周邊地區(qū)的用戶提供三維導航與定位能力的服務(wù)，促進衛(wèi)星導航與定位服務(wù)功能的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，滿足用戶信息交換的需要。在頻域計算兩序列的相關(guān)值的方法，對衛(wèi)星信號和本地碼序列先做 FFT，然后再對頻域相乘結(jié)果做逆 FFT。還分析了二次編碼，包括二次編碼的分、產(chǎn)生方式、相關(guān)性、作用、設(shè)計準則。 L L2 和 L5 載頻是由基頻分別擴大 15 120 和 115 倍產(chǎn)生的。北斗信號模型與之類似只不過發(fā)射頻率有所不同。 G2 的時間延遲取決于選取的兩個點的位置 ,這兩個點又和衛(wèi)星的 ID 是一一對應(yīng)的。 2 0C / A 碼G 1G 21 K H z5 0 H z相 位 選 擇 器G 2 生 成 器G 1 生 成 器 圖 22 C/A碼的生成 太原理工大學現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 23 一周期 CA碼波形 圖 24 C/A碼自相關(guān)仿真結(jié)果 衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 北斗和 GPS 衛(wèi)星信號主要由三部分組成：載波（ L1 和 L2）、用于測距的偽隨機碼（ Pseudo Random Noise Code,PRN）和導航電文數(shù)據(jù)。北斗和GPS衛(wèi)星從 2020年起增加了三種新信號。所以當碼值從 0到 l，或從 l 到 0 改變時，都將使載波相位改變 180176。 平方解調(diào)技術(shù)。導航電文每個字由 30個數(shù)據(jù)位組成，每個數(shù)據(jù)位包含 20 個 C/A 碼周期，總長度為 600ms；每 1 個子幀由 10 個字組成，長度為 6 秒；每 1 頁由 5 個子幀組成，長度為 30 秒；每 25頁組成 1組完整的 BD數(shù)據(jù)，總長度為 分鐘，每 25頁的數(shù)據(jù)被稱為 1個超幀。數(shù)據(jù)通道和導頻通道分別用長度為 10 和 20 的 NH 碼。要確定每個數(shù)據(jù)字符的起始時刻和結(jié)束時刻，可以采用在每個字符寬度內(nèi)增加一些事先已知的相位渡越方法來實現(xiàn)。 L1C 的二次編碼長度為 1800，整體相關(guān)性我們已經(jīng)討論過，實現(xiàn)數(shù)據(jù)字符同步還要求對于長度為 100 或者 200的子序列也具有良好的相關(guān)性。接收某一個衛(wèi)星的導航數(shù)據(jù)，需要復現(xiàn)調(diào)制該導航數(shù)據(jù)的偽隨機碼，將復現(xiàn)的偽碼同輸入偽碼在不同相位誤差上做相關(guān)運算，使得兩者之間同步，從而完成對導航數(shù)據(jù)的解擴，這就是偽碼捕獲。 捕獲方法分析 常用的偽碼擴頻信號的捕獲方法包括串行、并行和 FFT 捕獲。 碼并行載波串行 :采用 N 個獨立的碼相關(guān)器 ,相關(guān)器之間相差半個碼片 ,它們共用一個載波 NCO,載波多普勒采用串行掃描方式進行搜索。采用 M個載波相關(guān)器 ,每個載波相關(guān)器的載波 NCO分別產(chǎn)生不同頻率的載波。引入了快速傅利葉變換將時域中進行的相關(guān)運算變換到頻率域處理 ,基本思路是利用時域相關(guān)等價于頻域相乘的關(guān)系 ,在頻域計算偽碼的相關(guān)函數(shù) ,將本地碼序列和接收到的 一個周期的信號做 FFT 變換到頻域 ,相乘后再反變換到時域 ,將各碼相位的最大相關(guān)值與門限比較判斷。 并行 FFT 快速捕獲算法總結(jié) 該方法采用并行搜索碼相位的同時利用 FFT 進行頻譜分析將傳統(tǒng)的二維搜索變成一維搜索 ,節(jié)省了捕獲時間 ,是比較合適的方法。根據(jù) C/A 碼的強自相關(guān)性，當接收機所復現(xiàn)的 C/A碼與輸入的衛(wèi)星C/A碼的碼相位在任何一邊的偏移超過一個基碼時，有最小的相關(guān)值，其間是線性的變化。但是實際實現(xiàn)過程中需要注意一個問題：導航電文數(shù)據(jù)的傳輸速率是50bit/s，每 20個 C/A 碼就有一個數(shù)據(jù)位，如果 K 大于 20就會跨越數(shù)據(jù)位，使得累加值變小從而判斷到?jīng)]有捕獲到信號。這種算 法不便于簡化接收機的實現(xiàn)，而隨著現(xiàn)在科學技術(shù)的日益更新，現(xiàn)代通信需要實時的，高效益的，精密的測量和傳遞，時域捕獲是不符合科學發(fā)展的前提的。 時域滑動相關(guān)捕獲方法是最常容易的一種捕獲方法，當前大部分北斗和 GPS接收機都采用這種方法實現(xiàn) C/A 碼的捕獲。 10KHz,以 500Hz 的步長掃頻，則最大捕獲時間為： DD TTT 41)15 0 0/1 0 0 0 02(m a x ???? （ 315） 最小捕獲時間為： DTT ?min （ 316） 平均捕獲時間為： DDD TTTTTT 212 1412 m i nm a x ????? （ 317） 其中， TD 為系統(tǒng)做一次 FFT 所需要的時間。 FFT 快捕電路功能框圖如下圖所示 : 檢 測 判 決邏 輯 控 制模 方選 大I F F T乘 法器F F T共 軛結(jié) 果存 儲F F TF F T數(shù) 據(jù)緩 存存 儲的 六位 本地 偽碼內(nèi) 插和 抽取載 波 剝離數(shù) 據(jù)緩 存載 波 N C O數(shù) 字 中 頻通 道 偽 碼 選 擇控 制通 道 偽 碼 選 擇控 制捕 獲 指 示載 波 多 普 勒 捕獲 值碼 相 位 捕 獲值 圖 35 典型的 FFT 快捕電路功能框圖 太原理工大學現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 基于 FFT 快速捕獲的多通道信號捕獲 流程 四路測距通道和一路遙控通道共用一個處理模塊，逐個通道進行捕獲，當前搜索通道由其捕獲狀態(tài)和跟蹤鎖定狀態(tài)共同決定，當正在搜索的通道狀態(tài)為未捕獲到或跟蹤狀態(tài)為失鎖時，繼續(xù)搜索當前通道，否則轉(zhuǎn)入下一通道。最后介紹了基于 FFT 快速捕獲的原理框圖及捕獲流程。若沒有信號存 在，則頻率步進，重新進行檢測；若檢測出有信號存在，就把捕獲的碼相位預(yù)測值、多普勒頻率預(yù)測值和捕獲狀態(tài)一起輸出給通道信號處理電路，然后轉(zhuǎn)換到下一個通道繼續(xù)重復上述捕獲過程。這就很方便快捷的得到了輸入信號與本地 C/A碼包 含所有碼相位的相關(guān)函數(shù)。這就很方便快捷的得到了輸入信號與本地 C/A 碼包含所有碼相位的相關(guān)函數(shù)。但是多路的方法是大大的提高了捕獲的速度，但是對硬件資源的消耗是相當大的。由于滑動相關(guān)器對兩個 C/A碼序列的相關(guān)操作是順序進行的，所以這種方法又稱為順序搜索法。它主要通過不斷的 調(diào)整本地碼的碼相位和本地載波頻率來實現(xiàn)信號的捕獲。如果頻譜峰值超過門限值 ,則說明本地碼相位與輸入信號碼相位達到一致 ,該譜峰對應(yīng)的值就是多普勒頻移值。另外一種是搜索 1 個碼相位步進量時 ,同時對整個多普勒頻移單元同時進行估計 ,分析信號的載波頻率。該電路的規(guī)模與碼長無關(guān) ,可以在相同硬件條件下兼容多種碼長 ,捕獲時間等于 ,也就是捕獲時間與碼長成正比 ,相當于串行捕獲所用的時間除以載波相關(guān)器 的個數(shù) N。 串行捕獲電路如下圖所示： 積 分 清 除 器積 分 清 除 器（ . ） 的平 方（ . ） 的平 方檢 波 器 是 否 捕 獲 ？偽 碼 發(fā) 生 器載 波 N C O控 制 邏 輯 單 元數(shù) 字 下 變 頻數(shù) 字 解 擴C o sS i nIQY （ k ）Z （ k ）輸 入 信 號跟 蹤 模 塊 圖 31 串行捕獲電路 并行捕獲算法 并行 捕獲是在串行捕獲的基礎(chǔ)上采用多通道相關(guān)支路 ,在各通道內(nèi)并行地搜捕信號。時間上，需要對整個 C/A 碼的周期進行搜索，復現(xiàn) C/A 碼。然后又介紹了二次編碼的有關(guān)概況，包括其產(chǎn)生原理，二次編碼的作用，二次編碼的設(shè)計準則。 2) 易于實現(xiàn)數(shù)據(jù)字符同步。 對于 L5C 信號， 主碼周期為 1ms， 如果沒有 NH 碼，數(shù)據(jù)通道信號的功率譜是一些間隔 1kHz的譜線；而有了 NH 碼，由于 NH碼周期是 10ms，譜線間隔下降為 100Hz，當信號總 功率不變時， NH 碼使每條譜線的功率譜密度也下降為原來的 1/10。我們對 L1C 二次編碼相關(guān)性進行分析，由于二次編碼調(diào)制導頻通道的主碼，因此不需要考慮奇相關(guān)，只考慮它們的偶自相關(guān)和偶互相關(guān)性 [11]。 衛(wèi)星信號導航電文 導航電文數(shù)據(jù)位是二相碼，每個數(shù)據(jù)位 20ms 長。這時，恢復的載波依然還含有數(shù)據(jù)碼信號分量。當碼值取 0時，對應(yīng)的碼狀態(tài)取 +1；而碼值取 1 時，對應(yīng)的碼狀態(tài)取 1。偽隨機碼可用來區(qū)分不同的北斗和 GPS衛(wèi)星，并可測量衛(wèi)星信號的傳播時間。為了在強信號中檢測中微弱信號 , 互相關(guān)峰值必須比弱信號 的自相關(guān)峰低 ,高自相關(guān)峰和低互相關(guān)峰可以為信號捕獲提供高靈敏度 [6]。 C/A 的產(chǎn)生是通過兩個 10 位的移位寄存器 G1 和 G2, 由 G1的直接輸出和 G2 的延遲輸出結(jié)果異或得到的。對于北斗系統(tǒng)，要到 2021 年左右 ,所有 24 顆北斗衛(wèi)星全部發(fā)射后才能正常提供服務(wù) ,本文主要側(cè)重于對 L1 頻段上的民用信號進行研究。 太原理工大學現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第二章 衛(wèi)星導航系統(tǒng)的信號編碼模型與二次編碼分析 衛(wèi)星導航系統(tǒng)的信號編碼模型 衛(wèi)星信號產(chǎn)生原理與特性 北斗衛(wèi)星信號是通過直接序列擴頻 DSSS 調(diào)制生成的 ,系統(tǒng)采用碼分多址 CDMA 技術(shù)區(qū)分各顆衛(wèi)星。 課題主要研究內(nèi)容 本文主要對衛(wèi)星信號的快速捕獲跟蹤算法進行了研究，章節(jié)安排如下： 第一章 本文介紹了課題研究背景和意義，國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀，對各種算法進行了簡單的介紹。并行頻率捕獲算法，接收信號與特定偽隨機序列相乘，相乘的結(jié)果經(jīng) FFT 由時域變換到頻率。北斗 1 代衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國自主完成的區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)，它的成功研制與開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)標志著我國打破了美、俄在此領(lǐng)域的壟斷地位，從而實現(xiàn)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。本文介紹了串行捕獲算法的原理，并給出了原理框圖，并分析了其性能。 ：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。 作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。 作 者 簽 名 ： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項 （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標準封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘 要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） ：理工類設(shè)計（論文）正文字數(shù)不少于 1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于 。 然后本文介紹了現(xiàn)有 微弱信號快速捕獲算法研究，主要是串行捕獲算法。 北斗 1 代衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)為用戶提供實時定位、短信息通信和授時服務(wù)的一種全天候、多功能、區(qū)域性的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。串行搜索算法捕獲時間長，但是僅由簡單的加法和乘法運算組成；時域、頻域并行搜索算法，捕獲時間縮短，但是硬件資源消耗較大。二次編碼通過延長擴頻碼的整體周期來改善相關(guān)性，但二次編碼的作用不僅于此，其作用還包括 :可以使地面接收機迅速實太原理工大學現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 現(xiàn)數(shù)據(jù)同步；降低頻譜譜線間隔 ,進一步抑制窄帶干擾 [3]。同時本文討論了多普勒頻率 的精確估計算法，提出了一種基于內(nèi)插的方式，在很少的運