【正文】 （1）需要進(jìn)一步的研究定位方法，更好的解決雷達(dá)接收機(jī)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(hào)的無源定位方法； （2）進(jìn)一步進(jìn)行有效地抑制地雜波和多徑干擾對(duì)無源定位引起的影響，提高對(duì)接收回波中的微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)； （3）多種組合方式共同對(duì)目標(biāo)實(shí)施定位跟蹤，進(jìn)一步提高定位和跟蹤精度。 通過畢設(shè)期間的學(xué)習(xí)，使我在理論知識(shí)與科研實(shí)踐之間得到很好的鍛煉，增強(qiáng)了實(shí)際動(dòng)手的能力。本文MATLAB對(duì)三個(gè)環(huán)路進(jìn)行了系統(tǒng)仿真驗(yàn)證，證明三個(gè)算法是可實(shí)現(xiàn)的，最后在Quartus下對(duì)所用到的算法進(jìn)行了仿真，通過仿真波形驗(yàn)證了算法的可在FPGA中實(shí)現(xiàn)，并且在實(shí)際硬件板上實(shí)踐該3個(gè)環(huán)路實(shí)際可行。 系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是載波的同步及擴(kuò)頻碼的捕獲和跟蹤，這是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。第六章 結(jié)論與展望 論文工作總結(jié) 論文是在基于實(shí)際項(xiàng)目研制的基礎(chǔ)上研究完成的。 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(biāo)轉(zhuǎn)換原理，以及利用一顆備份衛(wèi)星就可以實(shí)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(diǎn)，并對(duì)算法進(jìn)行了公式推導(dǎo)，也對(duì)該算法的具體程序?qū)崿F(xiàn)做了簡單分析。在實(shí)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(jìn)行比較（正符號(hào)和反符號(hào)），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)。從式(312)中可以得到信息碼是I路數(shù)據(jù)的MSB位，在的時(shí)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。 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。 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。由于f 很小，因此當(dāng)用戶海拔高度不是很高時(shí)，仍近似滿足如下方程： 式（527）h為海拔高，由氣壓表測(cè)得。連續(xù)定位時(shí)，將上一時(shí)刻最終的估計(jì)值作為當(dāng)前時(shí)刻的估計(jì)值。 通過以上分析與計(jì)算，在3顆北斗衛(wèi)星基礎(chǔ)上，可以得到3個(gè)偽距觀測(cè)方程，再利用氣壓測(cè)高所獲得的高程數(shù)據(jù)構(gòu)造第四個(gè)觀測(cè)方程， 式（516）將式(516)在用戶標(biāo)稱位置展開成泰勒級(jí)數(shù)，方程線性化得式(517) 式（517） 在定位解算時(shí)，首先根據(jù)衛(wèi)星在地球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)以及用戶的標(biāo)稱位置，計(jì)算以及，將方程中的已知項(xiàng)用表示，設(shè)為高程觀測(cè)方程右邊的常數(shù)項(xiàng)，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(shí)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。其中偽距與用戶機(jī)的空間坐標(biāo)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。但可以轉(zhuǎn)成大地坐標(biāo)系（B，L，h），而海拔高度是一個(gè)獨(dú)立的量，可以通過測(cè)高的方式得到海拔高度。（多于4顆衛(wèi)星時(shí)用最小二乘法解超定方程即可），而北斗一號(hào)導(dǎo)航定位系統(tǒng)只有(2＋1)三顆衛(wèi)星（一顆備份星）。七個(gè)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(biāo)系，后，再轉(zhuǎn)化為大地坐標(biāo)系： 式（53）式53中，為赤道半徑，為地球極半徑，在WGS84坐標(biāo)系中，為6378137m, 。把導(dǎo)航電文中獲得的在BJZ54坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，轉(zhuǎn)化為WGS84 坐標(biāo)系下的，再接著轉(zhuǎn)化為大地坐標(biāo)系統(tǒng)中的。基本參數(shù)為： 長半軸： a =6378245m； 短半軸： b=； 扁率： f = ( a?b)/a=1/； 第一偏心率： 。大地坐標(biāo)的橢球參數(shù)為： 長半軸： ；地球引力常數(shù)： ；地球角速度： ； 協(xié)議地球扁率： 。地球坐標(biāo)系分為地心坐標(biāo)系和參心坐標(biāo)系。地球坐標(biāo)系最基本的是以地球質(zhì)心為原點(diǎn)的地心坐標(biāo)系。 通常采用的坐標(biāo)系統(tǒng)有兩大類。加上已知的高程信息，可以列出4個(gè)方程，最終解出位置信息。由地面站對(duì)三顆同步導(dǎo)航衛(wèi)星的位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)以便對(duì)這些衛(wèi)星的星歷進(jìn)行修正。三星定位原理圖如下圖示： 三星定位原理圖 如圖 所示，和GPS接收機(jī)系統(tǒng)一樣，三星定位系統(tǒng)由地面站、導(dǎo)航衛(wèi)星以及用戶接收機(jī)三部分共同構(gòu)成。第五章 北斗三星無源定位算法及相關(guān)仿真 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換算法在雙星有源定位系統(tǒng)的兩個(gè)衛(wèi)星的基礎(chǔ)上，利用一顆備份衛(wèi)星就可以實(shí)現(xiàn)三星無源定位。并研究了擴(kuò)頻碼的同步捕獲方法，分析了匹配濾波器捕獲法，著重分析研究滑動(dòng)相關(guān)捕獲法，然后設(shè)計(jì)8路串并捕獲環(huán)。于是有 式（428）其中，N為卯酉圈曲率半徑，在BJZ54坐標(biāo)系中，a為地球赤道半徑，為地球橢圓度，H為測(cè)得的高度其中，C為環(huán)路數(shù)字濾波器的系數(shù)。 （3）對(duì)I、Q兩支路的超前累加值和滯后值分別進(jìn)行平方率包絡(luò)運(yùn)算。,表示取整。 DLL 誤差信號(hào) （2）同理對(duì)Q支路信號(hào)進(jìn)行信息能量累加。 [?] 表示取整。來自捕獲環(huán)路的清零脈沖作為DLL累加器的清零時(shí)鐘?？梢詫?E作為誤差信號(hào)，為了保證輸入信號(hào)功率變化時(shí)，誤差不受影響，采用L?E除L+E使得誤差歸一化，該信號(hào)經(jīng)過環(huán)路濾波，作為調(diào)整字來控制NCO的溢出時(shí)刻以改變本地PN碼相位，從而完成PN碼的精確跟蹤。在Costas環(huán)路中的數(shù)字下變頻所產(chǎn)生同相（I）、正交（Q）兩支路信號(hào)送到DLL環(huán)路里，分別跟本地超前PN碼滯后PN碼進(jìn)行相關(guān)和數(shù)據(jù)累加，再分別將I、Q 兩路分量的相關(guān)累加值進(jìn)行平方和運(yùn)算后再取平方根運(yùn)算，并得到超前累積值和滯后累積值，然后，之差輸入到延遲鎖相環(huán)的鑒相器中，鑒相器根據(jù)PN碼的自相關(guān)特性獲得PN碼的相位誤差，該誤差經(jīng)濾波器后控制本地PN碼的碼鐘，并同時(shí)消除相位誤差。 數(shù)字非相干雙ΔDLL跟蹤算法 當(dāng)捕獲環(huán)路完成PN碼的粗同步后，接收PN碼和本地PN碼并未完全對(duì)齊，而且由于二者頻率差的存在，很快就會(huì)失去同步，為了同步保持，就必須采用鎖相跟蹤。圖 DLL 跟蹤PN碼相位 DLL的誤差信號(hào)，超前相關(guān)器輸出，滯后相關(guān)器輸出 ，在這里被用作調(diào)整信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)壓控振蕩器（VCO）。超前和滯后相關(guān)器的差用于確定超前和滯后輸入擴(kuò)頻碼序列的定時(shí)之間的細(xì)微差別。相干方式需要利用載波相位信息，而非相干方式則不需要知道 載波的相位。如果系統(tǒng)通過驗(yàn)證則進(jìn)入跟蹤，精細(xì)調(diào)整接收端偽隨機(jī)碼的相位，使其與接收信號(hào)的偽隨機(jī)碼完全對(duì)齊。 根據(jù)單積分滑動(dòng)相關(guān)法系統(tǒng)捕獲原理，由于不易控制壓控振蕩器，接收信號(hào)通過與NCO進(jìn)行混頻運(yùn)算后，與本地PN碼取相關(guān)運(yùn)算，然后送入的積分清零器，在時(shí)刻輸出積分值，并將結(jié)果進(jìn)行判決，如果超過檢測(cè)閥值，系統(tǒng)進(jìn)入驗(yàn)證狀態(tài)，否則將把本地PN碼移動(dòng)重復(fù)捕獲過程。 圖 單積分滑動(dòng)相關(guān)捕獲系統(tǒng) 單積分滑動(dòng)相關(guān)捕獲系統(tǒng)的時(shí)鐘電路由壓控振蕩器（VCO）、分頻器和時(shí)鐘信號(hào)成型等電路組成。改變了相位狀態(tài)后的本地參考擴(kuò)頻碼序列，再重復(fù)上述的相關(guān)處理、中頻濾波、平方檢波、積分運(yùn)算與閾值比較等過程。積分器是從的積分清零器，在時(shí)刻輸出積分值。 。當(dāng)滑動(dòng)到兩個(gè)碼序列的相位一致時(shí)停止滑動(dòng)?；瑒?dòng)相關(guān)就是使本地參考擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器的時(shí)鐘頻率與接收擴(kuò)頻碼時(shí)鐘的頻率有一定的偏差，通過改變本地參考擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器時(shí)鐘的頻率來達(dá)到改變碼序列的相位。利用移位寄存器實(shí)現(xiàn)匹配濾波器的框圖。 式（419）利用匹配濾波器實(shí)現(xiàn)同步的最大優(yōu)點(diǎn)是速度快。1的常數(shù) d。在時(shí)刻與 是匹配的，因此在積分區(qū)內(nèi)等于1。即 式（415）因此， 式（416）由于載頻遠(yuǎn)高于擴(kuò)頻碼的碼速率，式(416)的后一項(xiàng)近似為0。設(shè)輸入信號(hào)為，濾波器的沖激響應(yīng)為，則濾波器的輸出可以表示為 式（412）假設(shè)輸入信號(hào)是 BPSK 調(diào)制，在無噪聲情況下，輸入擴(kuò)頻信號(hào)可表示為 式（413）式(413)中，為接收信號(hào)功率，為傳輸時(shí)延，為載波角頻率和相位，是數(shù)據(jù)， 是擴(kuò)頻碼。 擴(kuò)頻碼同步捕獲，根據(jù)區(qū)域搜索方法，可以分為序列相位順序搜索法、序列相位概率分布搜索法等；根據(jù)改變本地參考擴(kuò)頻碼相位的方法，可以分為序列相位步進(jìn)捕獲法、序列滑動(dòng)相關(guān)捕獲法等；根據(jù)同步捕獲的判決方法不同，可分為單積分判決和多積分判決同步捕獲；根據(jù)使用的器件不同有所謂的相關(guān)器同步捕獲、匹配濾波器同步捕獲等。由于同步捕獲是一個(gè)隨機(jī)變量的遍歷過程，它包含如下幾個(gè)方面的一個(gè)隨機(jī)性因素：（1）擴(kuò)頻碼序列相位初始不確定性； （2）信道失真、加性干擾等都是隨機(jī)變量； （3）可能存在的隨機(jī)數(shù)據(jù)； （4）未知的載波相位（非相干接收）或多普勒頻移； （5）系統(tǒng)前端部分的加性高斯白噪聲。在直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)中，碼序列的0，1平衡性直接影響載波抑制度，碼序列的不平衡碼序列將使載波抑制度減少一半。一種是將對(duì)應(yīng)于優(yōu)選對(duì)的兩個(gè)移位寄存器串聯(lián)成2 r級(jí)的線性移位寄存器；另一種是將兩個(gè)移位寄存器并聯(lián)再進(jìn)行模2相加。當(dāng)r為偶數(shù)，但又不是4的整倍數(shù)，約有75%的碼序列歸一化互相關(guān)函數(shù)值為。當(dāng)相對(duì)位移比特時(shí)，就可以得到一組個(gè)Gold序列，再加上兩個(gè)m序列，共有個(gè) Gold序列。 Gold 碼是m序列的復(fù)合碼，它是由兩個(gè)碼長相等、碼時(shí)鐘相同的m序列優(yōu)選對(duì)的模2和構(gòu)成?！?在m序列中，其互相關(guān)函數(shù)最大值絕對(duì)值最接近或達(dá)到互相關(guān)值下限（最小值）的一對(duì)m序列。 m序列結(jié)構(gòu)邏輯圖 Gold序列 ，簡稱GOLD碼。 構(gòu)造一個(gè)產(chǎn)生m序列的線性移位寄存器，首先要確定其本原多項(xiàng)式，根據(jù)不可約多項(xiàng)式表查找出本原多項(xiàng)式；其次根據(jù)本原多項(xiàng)式構(gòu)造出 m 序列移位寄存器的邏輯結(jié)構(gòu)圖。于是中之非零序列均為m序列的充要條件是為域上的本原多項(xiàng)式。 但并非不可約多項(xiàng)式都能產(chǎn)生m序列。其中，必要條件是定理41給出，而充分條件由定理42給出。這就形成了擴(kuò)頻相關(guān)接收的理論基礎(chǔ)，實(shí)際系統(tǒng)中我們可以把本地偽碼與接收到的擴(kuò)頻碼做相關(guān)運(yùn)算，根據(jù)相關(guān)值的大小，來判定兩者是否已初步同步。當(dāng)周期很長及碼元寬度很小時(shí)，近似于沖激函數(shù)的形狀。這樣只要求出0~一個(gè)周期內(nèi)的自相關(guān)函數(shù)，再以為周期進(jìn)行周期拓展，就可以求出碼的自相關(guān)函數(shù)。通過這樣的變換后，周期為N的m序列就變?yōu)榇a元寬度為、周期為的m碼。首先將m序列變換為m碼。我們把這類自相關(guān)函數(shù)只有兩個(gè)取值的序列稱為雙值自相關(guān)序列。m 序列的相關(guān)性 m 序列相關(guān)函數(shù)定義為： 式（43）由 m 序列的性質(zhì)可知，一個(gè)序列 和其一位序列模 2 加后，仍為一m 序列，記為，而 m 序列中“1”的個(gè)數(shù)比“0”的個(gè)數(shù)多一個(gè)，因此有 式（44） 由于 m 序列是周期函數(shù)，因此自相關(guān)函數(shù)亦為周期函數(shù)，它是以周期N重復(fù)的。 （5）偽隨機(jī)性。 （4）周期性。 （3）移位相加性。在同長度游程中 0 游程數(shù)和 1 游程數(shù)各占一半。 （2）游程特性。而“0”和“1”的出現(xiàn)機(jī)會(huì)相等，所以得到以上結(jié)論。在一個(gè)周期內(nèi)，元素 0 出現(xiàn) 次，元素 1 出現(xiàn)次，元素 1 比元素 0 多出現(xiàn)一次。統(tǒng)計(jì)特性主要表現(xiàn)在：序列中兩種不同元素出現(xiàn)的次數(shù)大致相等；序列中長度為k的元素游程比長度為k +1的元素游程的數(shù)量多一倍；序列具有類似于白噪聲的自相關(guān)函數(shù)，即自相關(guān)函數(shù)具有δ(τ)函數(shù)的形式。 產(chǎn)生m序列的生成多項(xiàng)式必是不可約的，但不可約生成多項(xiàng)式不一定能產(chǎn)生m 序列。由n級(jí)移位寄存器產(chǎn)生的序列，其最大周期為。 m序列的定義 m序列是最長線性移位寄存器序列，線性移位