【正文】 g system, and analysis of the Secondary Coding,including classification, generation method, correlation, function, design guidelines. This article describes the weak signal fast acquisition algorithm of existing, serial acquisition algorithm. Introduces the principle of serial acquisition algorithm, schematics, analysis of the performance. Serial capture easy to implement, but to capture a very long time. Finally, Introduction parallel FFT acquisition algorithm, including the algorithm principle, implementation methods, use of the environment and the advantages and disadvantages. Implemented Parallel FFT acquisition algorithm simulation, analysis of the performance of the algorithm, suggestions for improvement. KEY WORDS: The Global Positioning System, Fast Acquisition, Secondary Coding, Satellite Signals 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 目錄 摘 要 .............................................................. II ABSTRACT........................................................... II 第一章 緒論 ......................................................... 1 研究背景和意義 .............................................. 1 第二章 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號編碼模型與二次編碼分析 ..................... 4 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號編碼模型 .................................. 4 衛(wèi)星信號產(chǎn)生原理與特性 ................................. 4 衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) ........................................... 7 衛(wèi)星信號的調(diào)制解調(diào) ..................................... 8 衛(wèi)星信號導(dǎo)航電文 ....................................... 9 二次編碼分析 ............................................... 10 二次編碼概述 .......................................... 10 二次編碼的作用 ........................................ 10 二次編碼設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 ...................................... 11 本章小結(jié) ................................................... 11 第三章 基于 FFT 并行捕獲算法研究 .................................... 13 捕獲方法分析 .............................................. 13 串行捕獲算法 ........................................ 14 并行捕獲算法 ........................................ 14 FFT 捕獲算法 ......................................... 15 并行 FFT快速捕獲算法總結(jié) ............................ 16 算法的選擇 ................................................. 16 滑動相關(guān)捕獲方法 ..................................... 16 基于 FFT的并行捕獲算法 .............................. 18 算法性能比較 ........................................ 20 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） V 復(fù)雜性分析 ........................................... 21 基于 FFT快速捕獲 .......................................... 22 基于 FFT 快速捕獲的多通道信號捕獲流程 ................. 23 本章小結(jié) .................................................. 25 第四章 改進(jìn)的 捕獲算法 .............................................. 26 傳統(tǒng)基于 FFT 的并行捕獲算法 ................................. 26 改進(jìn)的基于 FFT 的快速并行捕獲算法 ........................... 28 捕獲算法基本原理 ...................................... 28 捕獲算法的計(jì)算量分析 .................................. 30 基于內(nèi)插的精細(xì)捕獲算法 ................................ 30 本章小結(jié) ................................................... 31 第五章 結(jié)論 ........................................................ 32 參考文獻(xiàn) ........................................................... 34 附錄 外文資料及譯文 ................................................ 38 致 謝 ............................................................. 56 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 研究背景和意義 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (Global Navigation Satellite System, GNSS)是為了打破美國的 GPS 在衛(wèi)星定位 、導(dǎo)航、授時(shí)方面的壟斷，由歐盟提出的一種綜合星座系統(tǒng)，是所有在軌工作的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的統(tǒng)稱。 隨著全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（ GNSS）的應(yīng)用越來越廣泛 ，對接收性能的要求也太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 越來越高，比如在一些環(huán)境比較惡劣的條件下，傳統(tǒng)的 C/A 信號的接收性能無法滿足高靈敏度的要求，因此，現(xiàn)代化的 GNSS 在信號設(shè)計(jì)時(shí) ,考慮碼長較傳統(tǒng)的C/A 碼更長的擴(kuò)頻碼，但是因?yàn)橐紤]捕獲的代價(jià)，所以現(xiàn)代化的 GNSS 采用了主碼和二次編碼相結(jié)合的結(jié)構(gòu)化分層碼，通過一個(gè)碼率低，周期長的二次編碼去調(diào)制一個(gè)碼率高，周期短的主碼，得到一個(gè)等效周期長但碼率高的擴(kuò)頻碼，從而獲得更好的相關(guān)性，提高接收性能，但不增加捕獲的負(fù)擔(dān) [3]。 現(xiàn)代化北斗信號增加了二次編碼， 二次編碼的長度從 4到 1800 不等， 比如， B1 信號的導(dǎo)頻通道采用的是長度為 1800， 周期為 18s 的二次編碼； B2 的導(dǎo)頻 /數(shù)據(jù)通道分別用的是長度為 10和 20 的 NeumanHofman 碼；二次編碼的作用不僅僅局限在改善相關(guān)性，還可以提高抗干擾的能力和實(shí)現(xiàn)快速的位同步。介紹了滑動相關(guān)捕獲算法，基于 FFT 的并行捕獲算法的算法原理，分析了他們的捕獲性能，比較了兩種算法的優(yōu)缺點(diǎn)。其中偽碼包括民用的 C/A 碼和軍用碼。 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 B P S K調(diào) 制 器B P S K調(diào) 制 器B P S K調(diào) 制 器P 碼發(fā) 生 器C / A 碼發(fā) 生 器X 1 2 0 6 d BX 1 5 49 0 176。 C/A 碼的自相關(guān)函數(shù)為 dttCtCR ii )()()( 1 0 2 30 ?? ?? ? （ 21） 式中 :Ci（ t）表示衛(wèi)星的 C/A 碼； τ為碼相位延遲。 1 0247。 衛(wèi)星信號的調(diào)制解調(diào) 北斗和 GPS 的每顆衛(wèi)星在 L 波段的兩個(gè)載波頻率（ MHzfL ? ，MHzfL ? ）上發(fā)射導(dǎo)航數(shù)據(jù)，兩種載頻之間的間隔為 ， L1 載太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 波同時(shí)被 C/A碼、 P 碼和數(shù)據(jù)碼分別以同相和正交方式相位調(diào)制，其中 C/A 碼信號比 P碼信號滯后 90176。它的主要工作是重建載波，提取測距碼信號和導(dǎo)航電文。 1狀態(tài)的調(diào)制碼，經(jīng)過平方后均變?yōu)椋?1，且＋ 1 不影響載波相位，所以信號經(jīng)平方后便達(dá)到解調(diào)的目的。在此時(shí)刻，不管在此之前哪個(gè)子幀是最后被發(fā)送的，從子幀 1 到子幀 5 的循環(huán)分頁將從子幀 1 重新開始；不管在此之前哪個(gè)頁是最后被發(fā)送的， 25 頁的循環(huán)也將從每個(gè)子幀的第 1頁重新開始。 n(20)=(+1,+1,+1,+1,+1,1,+1,+1,1,1,+1,1,+1,1,+1,+1,1,1,1,+1) 二 次編碼的作用 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 二次編碼的第一個(gè)作用是改善了衛(wèi)星信號之間的互相關(guān)特性，主要是使各衛(wèi)星信號之間的互相關(guān)旁瓣峰下降。這樣，用二次編碼全相關(guān)的辦法便可以實(shí)現(xiàn)自動字符同步 [11]。接收機(jī)在實(shí)現(xiàn)字符同步時(shí)，可以只處理導(dǎo)頻 通道，所以導(dǎo)頻通道的二次編碼周期長時(shí)，可以更易于實(shí)現(xiàn)字符同步。 因此，北斗衛(wèi)星信號的捕獲功能是進(jìn)行時(shí)間和頻率 二維的搜索，將接受到的衛(wèi)星信號和本地復(fù)現(xiàn)碼及載波的差值限定在一個(gè)特定的范圍內(nèi)。提太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 出一種碼并行 FFT 快速捕獲方法。其捕獲時(shí)間是串行捕獲所需要的時(shí)間除以碼相關(guān)器的個(gè)數(shù)。對于偽碼和載波的二維并行捕獲 ,取 N 個(gè)碼相關(guān)器、 M 個(gè)載波相關(guān)器中二維對應(yīng)的能量最大值與捕獲門限進(jìn)行比較 ,若超過門限 ,則判為捕獲 ,碼并行載波并行捕獲方法能夠在很短的時(shí)間內(nèi)就可捕獲偽碼相位和載波頻率 ,所用時(shí)間是串行捕獲所用時(shí)間除以碼相關(guān)器個(gè)數(shù) N和載波相關(guān)器個(gè)數(shù) M。由于這種方法運(yùn)算復(fù)雜 ,所以較少采用這種捕獲方式。 算法的選擇 針對縮短北斗接收機(jī) 捕獲偽隨機(jī)碼時(shí)間的問題，本文主要討論了時(shí)域滑動相關(guān)的常規(guī)捕獲方法；提出了 碼并行 FFT 快速捕獲方法。如果在該選定的載波頻率下沒有檢測到相關(guān)峰值，則說明用來剝離載波的本地載波 不準(zhǔn)確，將本地的載波頻率以一定的步長增加和減少，重復(fù)上述過程，知道捕獲到相關(guān)峰值，記錄下當(dāng)前本地載波的頻率，這樣通過反復(fù)修正得到的本地載波的頻率與輸入北斗和 GPS 信號中頻的差值就是多普勒頻移 [15]。 由上面可知，每更改一次本地碼的相位，就需要消耗 1ms 的時(shí)間做累加。 FFT的并行捕獲算法是為了提供更快更有效的計(jì)算方法。 例如：對于多 普勒頻率范圍為177。 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 在 FFT 并行捕獲的算法中，其實(shí)現(xiàn)有的核心器件就是 FFT 處理器。 (2)單個(gè)通道捕獲流程 對于四路測距通道和一路遙控通道，為了滿足 的多普勒捕獲精度， FFT 快捕的第一輪頻點(diǎn)搜索采用 5kHz 頻率步進(jìn)，從 90kHz 遞增到+90kHz 逐個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行捕獲，頻率步進(jìn)是通過邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)的。 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 本章小結(jié) 本章介紹了現(xiàn)有的衛(wèi)星信號捕獲算法，包括串行捕獲 算法，并行捕獲算法， F