【正文】 處理導(dǎo)頻 通道，所以導(dǎo)頻通道的二次編碼周期長時，可以更易于實現(xiàn)字符同步。 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。 2) 易于實現(xiàn)數(shù)據(jù)字符同步。 1) 周期不宜過長，自身有良好自相關(guān)性。這樣，用二次編碼全相關(guān)的辦法便可以實現(xiàn)自動字符同步 [11]。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)。 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(dāng)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。L5C的二次編碼能使不同信號間的互相關(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（論文） 11 二次編碼的第一個作用是改善了衛(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。數(shù)據(jù)通道和導(dǎo)頻通道分別用長度為 10 和 20 的 NH 碼。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(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)用越來越廣，對衛(wèi)星信號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)計的時候采用了二次編碼的方式。在此時刻，不管在此之前哪個子幀是最后被發(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；不管在此之前哪個頁是最后被發(fā)送的， 25 頁的循環(huán)也將從每個子幀的第 1頁重新開始。導(dǎo)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。 衛(wèi)星信號導(dǎo)航電文 導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)位是二相碼，每個數(shù)據(jù)位 20ms 長。另外，該技術(shù)將使信號上的噪聲平方，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)平方后便達到解調(diào)的目的。 平方解調(diào)技術(shù)。這時，恢復(fù)的載波依然還含有數(shù)據(jù)碼信號分量。 復(fù)制碼相關(guān)技術(shù)。它的主要工作是重建載波，提取測距碼信號和導(dǎo)航電文。所以當(dāng)碼值從 0到 l，或從 l 到 0 改變時，都將使載波相位改變 180176。當(dāng)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。 分別以 )(1tSL 和 )(2tSL 表示載波經(jīng)測距碼和數(shù)據(jù)碼調(diào)制后的信號，其信號結(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)星信號的調(diào)制解調(diào) 北斗和 GPS 的每顆衛(wèi)星在 L 波段的兩個載波頻率（ 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（論文） 9 波同時被 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。北斗和GPS衛(wèi)星從 2020年起增加了三種新信號。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。北斗和 GPS 衛(wèi)星采用碼分多址（ CDMA）技術(shù)在兩個頻率上廣播測距碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)，也就是說系統(tǒng)使用兩個頻率，采用雙頻的目的是測定電離層延遲。 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（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(dǎo)航電文數(shù)據(jù)。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]。正因為 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 C/A 碼相位對齊 ,可獲得很高的處理增益 ,將深埋在噪聲中的信號檢測出來。 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。 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。 1 0247。 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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。北斗信號模型與之類似只不過發(fā)射頻率有所不同。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。在 L2 頻率上調(diào)制有第二路的軍用信號。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（論文） 4 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 衛(wèi)星導(dǎo)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。 第四章 文中提出了一種結(jié)構(gòu)簡單便于實現(xiàn)的 衛(wèi)星 信號的快速捕獲方法，相對于常規(guī)的基于 FFT 的并行捕獲算法，耗費時間減少為一半。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。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(zhǔn)則。 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。 現(xiàn)代化 的 GNSS 信號在設(shè)計時，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現(xiàn)快速的位同步。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。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。 國內(nèi)外研究現(xiàn) 狀 擴頻碼的捕獲是一個載波頻率和擴頻碼相位二維搜索過程，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（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)計時 ,考慮碼長較傳統(tǒng)的C/A 碼更長的擴頻碼，但是因為要考慮捕獲的代價，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，通過一個碼率低，周期長的二次編碼去調(diào)制一個碼率高，周期短的主碼，得到一個等效周期長但碼率高的擴頻碼，從而獲得更好的相關(guān)性，提高接收性能，但不增加捕獲的負擔(dān) [3]。北斗 2 代衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)航與定位能力的服務(wù)，促進衛(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(dǎo)航系統(tǒng)。 GNSS 以其全天候、高精度、自動化、高效率等顯著特點及其所獨具的定位導(dǎo)航、授時校頻、精密測量等多方面的強大功能，使其用途越來越廣泛，具有軍民兩用性質(zhì)，現(xiàn)主要應(yīng)用于大地測量 (測繪、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 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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（論文） III and posi