【正文】 處理導(dǎo)頻 通道，所以導(dǎo)頻通道的二次編碼周期長(zhǎng)時(shí)，可以更易于實(shí)現(xiàn)字符同步。 L1C 的二次編碼長(zhǎng)度為 1800，整體相關(guān)性我們已經(jīng)討論過(guò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)字符同步還要求對(duì)于長(zhǎng)度為 100 或者 200的子序列也具有良好的相關(guān)性。 2) 易于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)字符同步。 1) 周期不宜過(guò)長(zhǎng)，自身有良好自相關(guān)性。這樣，用二次編碼全相關(guān)的辦法便可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)字符同步 [11]。要確定每個(gè)數(shù)據(jù)字符的起始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻，可以采用在每個(gè)字符寬度內(nèi)增加一些事先已知的相位渡越方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于 L5C 信號(hào)， 主碼周期為 1ms， 如果沒(méi)有 NH 碼，數(shù)據(jù)通道信號(hào)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(dāng)信號(hào)總 功率不變時(shí)， NH 碼使每條譜線的功率譜密度也下降為原來(lái)的 1/10。L5C的二次編碼能使不同信號(hào)間的互相關(guān)旁峰至少降低 3dB。 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(hào)之間的互相關(guān)特性，主要是使各衛(wèi)星信號(hào)之間的互相關(guān)旁瓣峰下降。數(shù)據(jù)通道和導(dǎo)頻通道分別用長(zhǎng)度為 10 和 20 的 NH 碼。我們對(duì) L1C 二次編碼相關(guān)性進(jìn)行分析，由于二次編碼調(diào)制導(dǎo)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]。 二次編碼分析 二次編碼概述 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣，對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的捕獲速度也提出了更高的要求，因此，現(xiàn)代的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候采用了二次編碼的方式。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(yè)將從子幀 1 重新開始；不管在此之前哪個(gè)頁(yè)是最后被發(fā)送的， 25 頁(yè)的循環(huán)也將從每個(gè)子幀的第 1頁(yè)重新開始。導(dǎo)航電文每個(gè)字由 30個(gè)數(shù)據(jù)位組成，每個(gè)數(shù)據(jù)位包含 20 個(gè) C/A 碼周期，總長(zhǎng)度為 600ms；每 1 個(gè)子幀由 10 個(gè)字組成，長(zhǎng)度為 6 秒；每 1 頁(yè)由 5 個(gè)子幀組成，長(zhǎng)度為 30 秒；每 25頁(yè)組成 1組完整的 BD數(shù)據(jù)，總長(zhǎng)度為 分鐘，每 25頁(yè)的數(shù)據(jù)被稱為 1個(gè)超幀。 衛(wèi)星信號(hào)導(dǎo)航電文 導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)位是二相碼，每個(gè)數(shù)據(jù)位 20ms 長(zhǎng)。另外，該技術(shù)將使信號(hào)上的噪聲平方，使得信噪比（ SNR）大大降低。 1狀態(tài)的調(diào)制碼，經(jīng)過(guò)平方后均變?yōu)椋?1，且＋ 1 不影響載波相位，所以信號(hào)經(jīng)平方后便達(dá)到解調(diào)的目的。 平方解調(diào)技術(shù)。這時(shí)，恢復(fù)的載波依然還含有數(shù)據(jù)碼信號(hào)分量。 復(fù)制碼相關(guān)技術(shù)。它的主要工作是重建載波，提取測(cè)距碼信號(hào)和導(dǎo)航電文。所以當(dāng)碼值從 0到 l，或從 l 到 0 改變時(shí)，都將使載波相位改變 180176。當(dāng)碼值取 0時(shí)，對(duì)應(yīng)的碼狀態(tài)取 +1；而碼值取 1 時(shí)，對(duì)應(yīng)的碼狀態(tài)取 1。 分別以 )(1tSL 和 )(2tSL 表示載波經(jīng)測(cè)距碼和數(shù)據(jù)碼調(diào)制后的信號(hào)，其信號(hào)結(jié)構(gòu)為 )s i n()()()c o s ()()()( 11111 titctitpL ttDtCAttDtPAtS ???? ???? （ 24） )c os ()()()( 222 titpL ttDtPBtS ?? ?? (25) 式中， pA ， pB ， cA 分別為 P 碼和 C/A 碼振幅； )(tPt ， )(tCt 分別為第 i 顆衛(wèi)星發(fā)射的 P碼和 C/A碼的碼狀態(tài)； )(tDi 為第 i 顆衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航電文； 1? ， 2?分別為載波 L1 和 L2 角頻率； 1? ， 2? 為載波 L1，和 L2 的初始相位。 衛(wèi)星信號(hào)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(hào)比 P碼信號(hào)滯后 90176。北斗和GPS衛(wèi)星從 2020年起增加了三種新信號(hào)。偽隨機(jī)碼可用來(lái)區(qū)分不同的北斗和 GPS衛(wèi)星，并可測(cè)量衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間。北斗和 GPS 衛(wèi)星采用碼分多址（ CDMA）技術(shù)在兩個(gè)頻率上廣播測(cè)距碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)系統(tǒng)使用兩個(gè)頻率，采用雙頻的目的是測(cè)定電離層延遲。 1 0247。 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(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(hào)結(jié)構(gòu) 北斗和 GPS 衛(wèi)星信號(hào)主要由三部分組成：載波（ L1 和 L2）、用于測(cè)距的偽隨機(jī)碼（ Pseudo Random Noise Code,PRN）和導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)。為了在強(qiáng)信號(hào)中檢測(cè)中微弱信號(hào) , 互相關(guān)峰值必須比弱信號(hào) 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(hào)捕獲提供高靈敏度 [6]。正因?yàn)?C/A 碼的自相關(guān)函數(shù)具有如此性質(zhì) ,使本地 C/A 碼和接收信號(hào) C/A 碼相位對(duì)齊 ,可獲得很高的處理增益 ,將深埋在噪聲中的信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。 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。 G2 的時(shí)間延遲取決于選取的兩個(gè)點(diǎn)的位置 ,這兩個(gè)點(diǎn)又和衛(wèi)星的 ID 是一一對(duì)應(yīng)的。 C/A 的產(chǎn)生是通過(guò)兩個(gè) 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。 1 0247。 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。北斗信號(hào)模型與之類似只不過(guò)發(fā)射頻率有所不同。對(duì)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(duì) L1 頻段上的民用信號(hào)進(jìn)行研究。在 L2 頻率上調(diào)制有第二路的軍用信號(hào)。其中偽碼包括民用的 C/A 碼和軍用碼。 L L2 和 L5 載頻是由基頻分別擴(kuò)大 15 120 和 115 倍產(chǎn)生的。 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第二章 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)編碼模型與二次編碼分析 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)編碼模型 衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生原理與特性 北斗衛(wèi)星信號(hào)是通過(guò)直接序列擴(kuò)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。 第四章 文中提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于實(shí)現(xiàn)的 衛(wèi)星 信號(hào)的快速捕獲方法，相對(duì)于常規(guī)的基于 FFT 的并行捕獲算法，耗費(fèi)時(shí)間減少為一半。介紹了滑動(dòng)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)。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(jì)準(zhǔn)則。 課題主要研究?jī)?nèi)容 本文主要對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的快速捕獲跟蹤算法進(jìn)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(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀，對(duì)各種算法進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。 現(xiàn)代化 的 GNSS 信號(hào)在設(shè)計(jì)時(shí)，為了獲得更加優(yōu)良的接收性能，采用了主碼與二次編碼相結(jié)合的結(jié)構(gòu)化分層碼。 現(xiàn)代化北斗信號(hào)增加了二次編碼， 二次編碼的長(zhǎng)度從 4到 1800 不等， 比如， B1 信號(hào)的導(dǎo)頻通道采用的是長(zhǎng)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(zhǎng)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。在頻域計(jì)算兩序列的相關(guān)值的方法，對(duì)衛(wèi)星信號(hào)和本地碼序列先做 FFT，然后再對(duì)頻域相乘結(jié)果做逆 FFT。并行頻率捕獲算法，接收信號(hào)與特定偽隨機(jī)序列相乘，相乘的結(jié)果經(jīng) FFT 由時(shí)域變換到頻率。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn) 狀 擴(kuò)頻碼的捕獲是一個(gè)載波頻率和擴(kuò)頻碼相位二維搜索過(guò)程，傳統(tǒng)的捕獲方式包括串行捕獲算法、并行頻域捕獲算法、并行碼相位捕獲算法。 隨著全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（ GNSS）的應(yīng)用越來(lái)越廣泛 ，對(duì)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(lái)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(hào)的接收性能無(wú)法滿足高靈敏度的要求，因此，現(xiàn)代化的 GNSS 在信號(hào)設(shè)計(jì)時(shí) ,考慮碼長(zhǎng)較傳統(tǒng)的C/A 碼更長(zhǎng)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(guò)一個(gè)碼率低，周期長(zhǎng)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(zhǎng)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]。北斗 2 代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成后可以給中國(guó)及周邊地區(qū)的用戶提供三維導(dǎo)航與定位能力的服務(wù)，促進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)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。北斗 1 代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主完成的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)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(biāo)志著我國(guó)打破了美、俄在此領(lǐng)域的壟斷地位，從而實(shí)現(xiàn)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 GNSS 以其全天候、高精度、自動(dòng)化、高效率等顯著特點(diǎn)及其所獨(dú)具的定位導(dǎo)航、授時(shí)校頻、精密測(cè)量等多方面的強(qiáng)大功能，使其用途越來(lái)越廣泛，具有軍民兩用性質(zhì)，現(xiàn)主要應(yīng)用于大地測(cè)量 (測(cè)繪、勘探 )、海上船只以及車輛定位監(jiān)控等領(lǐng)域。 關(guān)鍵詞： 全球定位系統(tǒng)，快速捕獲，二次編碼，衛(wèi)星信號(hào) 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II THE RESEARCH OF BEIDOU SATELLITE SIGNAL FAST ACQUISITION AND TRACKING TECHNOLOGY BASED ON SECONDARY CODING ABSTRACT Satellite signal acquisition and tracking is an important part of the Beidou global navigation satellite system, and the performance of fast acquisition the important factors that affect satellite navigation and positioning speeds. Beidou satellite navigation and positioning system can provide satellite navigation and positioning services to China and the surrounding areas, promote the development of the satellite navigation industry, meet the needs of users to exchange information. The Beidou satellite navigation and positioning system, how to fast acquisition the satellite signal and tracking satellite signals is a very difficult thing. The research and implementation is one of the most important technologies of satellite navigation and positioning: Fast acquisition weak satellite signal tracking technology. First, describes the signal encoding model of satellite navigation 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III and posi