【正文】 式（51） 式中，，為平移轉(zhuǎn)換參數(shù)，，旋轉(zhuǎn)參數(shù)，k為尺度因子。七個轉(zhuǎn)換參數(shù)的大小分別為： 式（52）根據(jù)上式，在求得地固直角坐標系，后，再轉(zhuǎn)化為大地坐標系： 式（53）式53中，為赤道半徑，為地球極半徑，在WGS84坐標系中，為6378137m, 。 WGS84坐標系（用（x，y，z）表示絕對位置）向地心大地坐標系的轉(zhuǎn)換： 式(54) 式(55) 式（56） 式（57） 北斗無源定位算法實現(xiàn)在北斗無源定位接收機中，必須把北斗導航衛(wèi)星的衛(wèi)星星歷轉(zhuǎn)換為WGS84坐標系即空間直角坐標系，利用鐘差，則需要解算4個未知參量，因此必須至少觀測4顆以上的衛(wèi)星。（多于4顆衛(wèi)星時用最小二乘法解超定方程即可），而北斗一號導航定位系統(tǒng)只有(2＋1)三顆衛(wèi)星（一顆備份星）?？臻g直角坐標系的三個量（X，Y，Z）不是獨立的。但可以轉(zhuǎn)成大地坐標系（B，L，h），而海拔高度是一個獨立的量，可以通過測高的方式得到海拔高度。因此，實際需要解算的參數(shù)為B，L，以及鐘差，觀的測3星，可以滿足方程的解算。其中偽距與用戶機的空間坐標系（X，Y，Z）和空中衛(wèi)星位置的關(guān)系： 式（58）由于(X，Y，Z)與（B，L，h）之間以及其和偽距之間為非線性關(guān)系，不能直接解算。在線性化解算時，采用增量迭代逼近法，假定用戶位置和時鐘偏差的標稱值為， ，而為偽距標稱值，，，為標稱值和真值之間的增量，那么求得增量之后，就可按下式求 式（59）將偽距方程在處按泰勒級數(shù)展開，則有 式（510） 其中， 式（511） 引入新變量以簡化公式： 式（512） 則方程可以簡記為 式（513） 寫成矩陣形式： 式（514） 即 式（515）這樣就可以完成偽距觀測方程的線性化和增量迭代化。 通過以上分析與計算，在3顆北斗衛(wèi)星基礎(chǔ)上，可以得到3個偽距觀測方程，再利用氣壓測高所獲得的高程數(shù)據(jù)構(gòu)造第四個觀測方程， 式（516）將式(516)在用戶標稱位置展開成泰勒級數(shù)，方程線性化得式(517) 式（517） 在定位解算時，首先根據(jù)衛(wèi)星在地球坐標系中的坐標以及用戶的標稱位置，計算以及，將方程中的已知項用表示，設(shè)為高程觀測方程右邊的常數(shù)項，這樣將方程寫成矩陣形式： 則 式（518）矩陣H為：Y為常數(shù)矢量 式（519）則用戶位置解算為： 式（520）由 X 解算（B，L） 式（521） 式（522） 實際上， 式（523） 若高程h不為0（這是一般情況），則B還與N（卯酉圈曲率半徑）有關(guān)，而N本身又是B的函數(shù)，故無法得到B的顯式解。但當h已知且不太大時，可用下式近似求緯度： 式（524）B和N的關(guān)系如下： 式（525） （4）實際迭代解算時，若為初次解算，初始值選擇為：取用戶攜帶的慣導系及所測高程數(shù)據(jù)，得到標稱的坐標，當向量的范數(shù)小于時停止迭代。連續(xù)定位時，將上一時刻最終的估計值作為當前時刻的估計值。 （5）程序?qū)崿F(xiàn)： 根據(jù)公式，需要的已知數(shù)據(jù)為：地球赤道半徑＝ 6378137m，橢圓度f=1/，光速C＝300000m/s，初始鐘差deltT，用戶高程h，按公式(512)，式(519)得到觀測矩陣H，： 無源定位流程圖 （6）采用大地坐標系時，地球表面可以擬合為一個橢球面，當用戶處在海平面，即海拔高度為0時，用戶三維坐標滿足如下方程： 式（526） 為赤道半徑，為地球極半徑，在WGS84坐標系中，為6378137m，f為橢圓度，1/。由于f 很小，因此當用戶海拔高度不是很高時，仍近似滿足如下方程： 式（527）h為海拔高，由氣壓表測得。 科斯塔斯環(huán)的MATLA仿真結(jié)果與分析 ，在MATLAB進行仿真驗證，假設(shè)輸入信號是BPSK信號為： 式（528）而本地NCO（或稱為 DDS）的同相與正交兩支路輸出信號和輸出分別為： 式（529） 式（530） 其中為輸入信號和本地NCO信號的瞬時相位差，則同相、正交支路乘法器輸出分別為： 式（531） 式（532） 經(jīng)過解擴相乘和積分清零器后，可以得到 式（533） 式（534）由于，所以，經(jīng)過相位鑒相器是一個乘法器即，得到 式（535）以上式均省去信號幅度、噪聲分量及積分點數(shù)的積分增益。 在MATLAB仿真中，其輸出結(jié)果是根據(jù)式(535)得到，從圖中可以看出由于本地NCO的同相支路不斷與載波同步，因而鑒相器輸出是逐漸收斂的。為了能更好的證明Costas環(huán)跟蹤相位正確，運用式（536）求出， 式（536），由于一個PN碼周期才得到一次相位信息，從圖中可以看出，相位是一個振蕩收斂過程，使得相位誤差為零。 PN碼周期數(shù) Costas 環(huán)的相位鑒相器輸出 但經(jīng)過大量仿真發(fā)現(xiàn)，由于相位鑒相器是通過把I、Q兩支路數(shù)據(jù)相乘得到相位誤差，即，具有正弦特性，因正弦曲線在角度0， 177。π均趨于0。從式(312)中可以得到信息碼是I路數(shù)據(jù)的MSB位，在的時候，是大于零的，在相位收斂后，I路數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)特別的大，而Q路數(shù)據(jù)是趨于0的。為了驗證趨于不同值，對信息碼的影響，在仿真過程中，取信息碼。在實際系統(tǒng)中，Costas環(huán)需要解相位模糊，相位模糊需在幀同步過程中解決，方法是與已知的子幀幀頭進行比較（正符號和反符號），即如果信息碼與同步幀頭匹配，說明比特流不需要翻轉(zhuǎn)，若信息碼不與同步幀頭匹配，說明比特流需要翻轉(zhuǎn)。 I路積分清零器輸出解調(diào)信號 Q路積分清零器輸出解調(diào)信號 I路數(shù)據(jù)正確反映信息碼 在收斂后，NCO的載波頻率逐漸修正頻率，使本地NCO同相輸出的載波與接收信號的中頻載波重合，其也是振蕩逐漸收斂過程。 NCO輸出載波頻率振蕩收斂過程 本章小結(jié) 本章分析了坐標轉(zhuǎn)換原理，以及利用一顆備份衛(wèi)星就可以實現(xiàn)三星無源定位的具體原理，并分析了無源定位算法的優(yōu)點，并對算法進行了公式推導，也對該算法的具體程序?qū)崿F(xiàn)做了簡單分析。同時，對數(shù)字Costas環(huán)進行了仿真驗證。第六章 結(jié)論與展望 論文工作總結(jié) 論文是在基于實際項目研制的基礎(chǔ)上研究完成的。詳細討論了北斗接收機信號處理的相關(guān)理論，直接序列擴頻技術(shù)，PN碼的捕獲跟蹤算法；并研究了在雙星有源定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用一顆備份衛(wèi)星實現(xiàn)三星無源定位的算法。 系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是載波的同步及擴頻碼的捕獲和跟蹤，這是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的關(guān)鍵。載波的同步采用了數(shù)字Costas環(huán)技術(shù)，為了保證精度并對其進行了改進；擴頻碼的捕獲采用串并結(jié)合的方法，采用8路并行捕獲，使捕獲時間大大縮短；擴頻碼的跟蹤則采用非相干雙ΔDLL跟蹤算法。本文MATLAB對三個環(huán)路進行了系統(tǒng)仿真驗證，證明三個算法是可實現(xiàn)的，最后在Quartus下對所用到的算法進行了仿真，通過仿真波形驗證了算法的可在FPGA中實現(xiàn)，并且在實際硬件板上實踐該3個環(huán)路實際可行。 系統(tǒng)的重要部分是對接收機位置的解算，論文通過3顆北斗衛(wèi)星，得到3個偽距觀測方程，再利用氣壓測高所獲得的高程數(shù)據(jù)構(gòu)造第四個觀測方程，這樣就得到了4個方程，通過此方程組就可以解算出用戶的三維坐標，但由于時間關(guān)系，在DSP中未作具體實現(xiàn)。 通過畢設(shè)期間的學習，使我在理論知識與科研實踐之間得到很好的鍛煉，增強了實際動手的能力。 展望 本文以我國的北斗導航衛(wèi)星信號作為輻射源，研究了基于北斗衛(wèi)星的無源定位的方法，盡管提出了一些定位方法，能夠解決無源定位領(lǐng)域內(nèi)的一些問題，但是關(guān)于定位的測量技術(shù)、方法以及測量的精度仍需改進和提高，許多問題仍要進一步的研究和解決。 （1）需要進一步的研究定位方法，更好的解決雷達接收機的位置與外輻射源參數(shù)的匹配和同步問題，尋求更適用于我國北斗衛(wèi)星的信號的無源定位方法； （2）進一步進行有效地抑制地雜波和多徑干擾對無源定位引起的影響，提高對接收回波中的微弱信號檢測技術(shù)； （3）多種組合方式共同對目標實施定位跟蹤，進一步提高定位和跟蹤精度。參考文獻[1].戴邵武,馬長里，廖劍. 北斗一代_導航定位系統(tǒng)分析與研究. 計算機與數(shù)字工程. 2010,03.[2].蘇玉萍，余冬菊，鄭瓊瓊. 數(shù)字信號處理教程_學習中幾個問題的淺析. 網(wǎng)絡(luò)財富. 2008,02.[3].戴志軍，柳林濤，許厚澤，劉根友. GPS軟件接收機捕獲算法的研究. 大地測量與地球動力學，第26期第3卷.[4].唐澤鵬，宋威. MATLAB在通信中的仿真應(yīng)用. 仿真技術(shù). 2001,11.[5].李樂亭，張輝. ：.[6].薛鴻印，李景森. 北斗無源定位技術(shù). 現(xiàn)代防御技術(shù)，.[7].王丹志，李署堅. 高動態(tài)解擴接收機的載波跟蹤與數(shù)據(jù)解調(diào)【J】.,27（4）.[8].基靳鵬飛，向建勇，宗靖國. ,10.[9].李強，明艷，陳前斌，蹇潔. 基于Matlab的數(shù)字信號處理實驗仿真系統(tǒng)的實現(xiàn). ,5.[10].徐長雷，蔡德林，劉曉琴. 基于軟件無線電的載波跟蹤環(huán)研究及仿真. 通信技術(shù)，2007，（11）：113115.[11].閆杰，魏培志，谷建榮，趙瑞峰. 抗干擾兼容型衛(wèi)星導航接收機設(shè)計與仿真. 計算機工程與應(yīng)用. 2013,02.[12].白木，周潔. 擴頻通信的原理_工作方式_特點和應(yīng)用. 電力系統(tǒng)通信. 2002,05.[13].童成意. 擴頻通信技術(shù)應(yīng)用研究. 湘潭師范學院學報（自然科學版）. 2003,06.[14].沈允春. ：國防工業(yè)出版社，.[15].邱浩. 淺析CDMA通信技術(shù)在衛(wèi)星定位的應(yīng)用. 信息與電腦（理論版）. 2009,08.[16].張常云. 三星定位原理研究. 航空學報，.[17].胡建萍，張欣舒. 數(shù)字鎖相技術(shù)的研究與實現(xiàn). 通信電源技術(shù). 2011,05.[18].李永杰，凌朝東. 數(shù)字信號處理的FPGA實現(xiàn). 電子技術(shù)應(yīng)用. 2008,07.[19].高建華. 遠程交易鏡像技術(shù)的分析與研究. 上海師范大學學報（自然科學版）. 2001,09.[20].Van Nee R. “Multipath Estimating Delay Lock Loop,”Proceedings of the IEEE Second International Symposium on Spread Spectrum Techniques and Applications,1992.[21].Xie G,Yuan X ,“Noise Floor Independent Delay Lock LOOP Discriminator,”ION GNSS,Savannah,GA,September 1619,2008.[22].Hstch R.,Sharpe R.,Yang Y.,“An Innovative Algorithm for Carrier