卫星接收机跟踪环路介绍精品文档

同步卫星地球同步卫星就是在离地面高度为35786万公里的赤道上空的圆形轨道上绕地球运行的人造卫星。

其角速度和地球自转的角速度相同，绕行方向一致，与地球是相对静止的无线电波的传播方式：地波、天波和沿直线传播的波地波沿地球表面附近的空间传播的无线电波叫地波。

地面上有高低不平的山坡和房屋等障物，根据波的衍射特性，当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，波才能明显地绕到障碍物的后面。

地面上的障碍物一般不太大，长波可以很好地绕过它们。

中波和中短波也能较好地绕过，短波和微波由于波长过短，绕过障碍物的本领就很差了。

地球是个良导体，地球表面会因地波的传播引起感应电流，因而地波在传播过程中有能量损失。

频率越高，损失的能量越多。

所以无论从衍射的角度看还是从能量损失的角度看，长波、中波和中短波沿地球表面可以传播较远的距离，而短波和微波则不能。

地波的传播比较稳定，不受昼夜变化的影响，而且能够沿着弯曲的地球表面达到地平线以外的地方，所以长波、中波和中短波用来进行无线电广播。

由于地波在传播过程中要不断损失能量，而且频率越高(波长越短)损失越大，因此中波和中短波的传播距离不大，一般在几百千米范围内，收音机在这两个波段一般只能收听到本地或邻近省市的电台。

长波沿地面传播的距离要远得多，但发射长波的设备庞大，造价高，所长波很少用于无线电广播，多用于超远程无线电通信和导航等。

天波依靠电离层的反射来传播的无线电波叫做天波。

什么是电离层呢？地球被厚厚的大气层包围着，在地面上空50千米到几百千米的范围内，大气中一部分气体分子由于受到太阳光的照射而丢失电子，即发生电离，产生带正电的离子和自由电子，这层大气就叫做电离层。

电离层对于不同波长的电磁波表现出不同的特性。

实验证明，波长短于10m的微波能穿过电离层，波长超过3000km的长波，几乎会被电离层全部吸收。

对于中波、中短波、短波，波长越短，电离层对它吸收得越少而反射得越多。

因此，短波最适宜以天波的形式传播，它可以被电离层反射到几千千米以外。

第六讲GPS接收机学习指导主要介绍GPS接收机及其系统，内容包括：GPS接收机的组成及基本原理、GPS 卫星信号接收机的分类、常见GPS测量接收机、GPS卫星接收机的选用与检验。

教学目的是使学生掌握GPS接收机的组成及基本原理，了解GPS接收机的分类、各类GPS 测量接收机的特征，学习GPS卫星接收机的选用与检验。

为GPS接收机选购、GPS测量的外业实施和数据处理打下理论基础。

本讲内容的特点是设备硬件概念多、技术指标多，不涉及技能训练。

学习时重点掌握各类GPS接收机的组成、各种常见GPS测量接收机。

对于GPS卫星接收机的检验过程不要求掌握，但对检验的项目应当理解并熟练掌握运用。

应能结合GPS卫星接收机的选用，从中看出影响定位精度的各种因素，并能通过以后章节学习，掌握相应的GPS测量接收机分类，选择合适的GPS接收机以保证测量精度的措施。

本单元教学重点和难点4、GPS接收机的结构。

教学目标1、熟悉GPS接收机的结构；2、了解GPS接收机的分类；3、了解GPS接收机的天线装置。

GPS卫星信号接收机，是GPS导航卫星的用户关键设备，是实现GPS卫星导航定位的终端仪器。

它是一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS卫星导航定位信号的无线电接收设备，既具有常用无线电接收设备的共性，又具有捕获、跟踪和处理卫星微弱信号的特性。

本章针对GPS信号接收机的特性，论述了GPS信号接收机的基本结构原理和GPS卫星接收机的选用与基本性能检验。

同时、简要介绍了依据当前国际上GPS接收机的发展现状和我国拥有GPS接收机的实际情况， GPS卫星信号接收机类型的测量型与GPS接收机选择。

一、GPS接收机的结构原理1 GPS接收机的基本结构144145信号通道变频 器电源频率综合基准频率前置放大 器频率变换 器信号解扩解调D(t)伪码 测量载波相位 测量显示器C/A 码发生器P 码发生器控制信号GPS 天线存储器CPU 数据输出GPS 接收机主要由GPS 接收机天线单元、GPS 接收机主机单元和电源三部组成。

同步卫星地球同步卫星就是在离地面高度为35786 万公里的赤道上空的圆形轨道上绕地球运行的人造卫星。

其角速度和地球自转的角速度相同，绕行方向一致，与地球是相对静止的无线电波的传播方式：地波、天波和沿直线传播的波地波沿地球表面附近的空间传播的无线电波叫地波。

地面上有高低不平的山坡和房屋等障物，根据波的衍射特性，当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，波才能明显地绕到障碍物的后面。

地面上的障碍物一般不太大，长波可以很好地绕过它们。

中波和中短波也能较好地绕过，短波和微波由于波长过短，绕过障碍物的本领就很差了。

地球是个良导体，地球表面会因地波的传播引起感应电流，因而地波在传播过程中有能量损失。

频率越高，损失的能量越多。

所以无论从衍射的角度看还是从能量损失的角度看，长波、中波和中短波沿地球表面可以传播较远的距离，而短波和微波则不能。

地波的传播比较稳定，不受昼夜变化的影响，而且能够沿着弯曲的地球表面达到地平线以外的地方，所以长波、中波和中短波用来进行无线电广播。

由于地波在传播过程中要不断损失能量，而且频率越高（波长越短）损失越大，因此中波和中短波的传播距离不大，一般在几百千米围，收音机在这两个波段一般只能收听到本地或邻近省市的电台。

长波沿地面传播的距离要远得多，但发射长波的设备庞大，造价高，所长波很少用于无线电广播，多用于超远程无线电通信和导航等。

天波依靠电离层的反射来传播的无线电波叫做天波。

什么是电离层呢？地球被厚厚的大气层包围着，在地面上空50 千米到几百千米的围，大气中一部分气体分子由于受到太的照射而丢失电子，即发生电离，产生带正电的离子和自由电子，这层大气就叫做电离层。

电离层对于不同波长的电磁波表现出不同的特性。

实验证明，波长短于10m 的微波能穿过电离层，波长超过3000km 的长波，几乎会被电离层全部吸收。

对于中波、中短波、短波，波长越短，电离层对它吸收得越少而反射得越多。

因此，短波最适宜以天波的形式传播，它可以被电离层反射到几千千米以外。

一般GPS接收机载波跟踪环方框图载波跟踪环1>其载波预检测积分器、载波环鉴别器和载波环滤波器的可编程方案确定了接收机载波跟踪环的特性。

2>上述三个方案确定了接收机载波环方案的两个最重要的性能特性：载波环的热噪声误差和最大视线方向动态应力门限。

3>载波跟踪环总是独立GPS接收机的薄弱环节，因而他的门限确定了未受辅助的GPS 接收机的特性。

4>载波环鉴别器确定了跟踪环的类型：即是一个锁相环（PLL）、一个科斯塔斯锁相环（Costas PLL）（这是一个PLL型的鉴别器，容许基带信号中存在有数据调制）或是一个锁频环（FLL）PLL、Costas最精确，在其输出端产生相位误差估计，FLL对动态应力比FLL更敏感，在输出端产生频率误差估计。

5>为了容忍动态应力，预检测积分时间应短，鉴别器应为FLL，载波环滤波器的带宽应宽。

6>为使载波测量精确（具有低噪声），预检测积分时间应长，鉴别器应为PLL，载波环滤波器的噪声带宽应窄。

7>良好设计的GPS接收机应采用短的预检测积分时间，用FLL和宽带的载波环滤波器把他的载波跟踪环闭合起来。

8> 若载波上调制有数据，他应从FLL有规则的过渡到Costas PLL，逐渐调整其预检测积分时间长度，至与数据比特跳变周期相等，同时也要在预计的动态允许的条件下逐渐调整期载波跟踪环带宽为尽量窄。

GPS接收机的码和载波跟踪。

1>天线：具有接近于半球形增益覆盖的右旋圆极化天线。

2>前置放大器：低噪音，确定了接收机的噪声系数3>天线与前置放大器之间可以加一个无源带通前置滤波器，使带外射频干扰减至最小。

4>信号被本地振荡器（LO）的混频信号下变频到中频（IF）.5>LO是根据接收机设计方案中的频率方案有基准振荡器经频率合成器导出的。

6>每一级下变频级需要一个本地振荡器。

7>由于在数字化之前需要接近100db的信号增益，将这些增益都放在L波段实现将会导致接收机前端的自干扰所以使用下变频。

GPS接收机跟踪环路的改进设计及FPGA实现的开题报告一、选题背景随着卫星导航技术在各个领域的应用扩大，GPS（全球定位系统）已成为最广泛使用的卫星导航系统。

现在，GPS用于飞行器、军事、车辆控制、导航和许多其他应用。

GPS发送的信号可以被地面接收器接收，并且可以计算一个指向天空的指针，在该指针与GPS卫星的位置相交时确定系统的位置。

但是，接收机可能会因信号中的多种噪声和干扰而导致错误。

GPS接收机跟踪环路是接收机的一个重要组成部分，负责确保接收机能够正确处理GPS信号以确定其位置。

由于跟踪环路工作在高速上，需要高性能的数字信号处理器，因此跟踪环路的设计具有挑战性。

因此，本课题旨在设计和实现一种改进的GPS接收机跟踪环路，提高跟踪性能和稳定性。

二、研究目的本课题旨在研究和改进GPS接收机跟踪环路的性能，开发出一种更加稳定和精确定位的跟踪环路设计。

具体目的如下：1.分析GPS接收机跟踪环路的工作原理，了解其性能缺陷和优化方向。

2.提出一种改进的GPS接收机跟踪环路设计，旨在提高其跟踪性能和稳定性。

3.采用FPGA实现跟踪环路设计，并对其性能进行测试和分析。

三、研究内容本课题研究内容主要包括以下方面：1.分析GPS接收机跟踪环路的工作原理，探讨其性能缺陷和优化方向。

2.提出一种改进的GPS接收机跟踪环路设计，通过改进思路、模型和算法进行优化。

3.采用FPGA实现跟踪环路设计，并采取仿真和实验的方式测试其性能。

4.对跟踪环路的实现结果进行分析和反思，提出进一步完善和优化的方案。

四、研究方法本课题的研究方法包括以下方面：1.文献调研与分析。

对GPS接收机跟踪环路的现有设计和发展方向进行调查和分析。

2.改进GPS跟踪环路的设计。

针对现有GPS跟踪环路设计的缺陷和优化方向，提出一种改进设计方案。

3.使用Verilog HDL或VHDL语言基于FPGA平台实现改进跟踪环路，并采用仿真和实验的方式测试其性能。

4.对跟踪环路的实现结果进行分析和反思，提出进一步完善和优化的方案。

0引言全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)是维护国家安全、发展经济的重要基础设施,是体现国家综合国力以及现代化大国国际影响力的重要标志[1]。

发展支持北斗导航系统的接收机终端是北斗导航系统不可或缺的组成部分。

目前中国正在大力发展北斗卫星导航系统(BDS),因此大力研究与设计基于BDS 的北斗卫星导航接收机成为北斗卫星导航系统重要的环节。

半导体集成快速发展,目前已经向着融合硅片方向发展。

FPGA也毫不例外地朝这个方向走去,通用处理器、具有ASSP和DSP功能的IP不断集成到FPGA中; FPGA技术的不断创新与突破,以及硅融合架构产品的推出,必然使FPGA应用于许多先前不曾涉足的领域[2]。

随着技术的进步,SoC高集成度的单芯片化的接收机开发将成为未来卫星导航接收机发展的主要方向。

1SoC硬件系统设计系统采用Intel28nm工艺的低功耗Cyclone V5CS-EM5F31C6N SoC FPGA作为主控芯片。

基于SoC FPGA 的载波跟踪环路的硬件系统设计如图1所示。

SoC System主要由2部分组成,包括Qsys System(嵌入式系统)部分的硬件设计和基于Verilog HDL的FPGA System(FPGA逻辑单元系统)硬件设计。

1.1Qsys System设计根据图1设计,利用Qsys工具搭建完成Qsys系统,其互联情况如图2所示。

系统各部分功能设计如下:(1)clk_0为外部时钟、复位输入,为PLL提供TCXO-50M时钟输入以及系统的复位信号。

(2)pll_0为图1中的PLL,它提供6个时钟,outclk0基于SoC FPGA的北斗接收机载波跟踪环路设计∗韦照川,潘军道,吴国增(桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004)摘要:为了实现北斗卫星导航接收机高实时性、小型化及低功耗,提出了一种基于SoC FPGA的载波跟踪环路的设计方案。

卫星电视接收机系统简介#4 卫星电视接收机系统简介什么是地球同步卫星地球同步卫星就是在离地面高度为35786公里的赤道上空的圆形轨道上绕地球运行的人造卫星。

其角速度和地球自转的角速度相同，绕行方向一致，与地球是相对静止的。

馈源有什么功能馈源又称波纹喇叭。

主要功能有俩个：一是将天线接收的电磁波信号收集起来，变换成信号电压，供给高频头。

而是对接收的电磁波进行极化。

高频头有什么功能高频头又称低噪声降频器（LBN）。

其内部电路包括低噪声变频器和下变频器，完成低噪声放大及变频功能，既把馈源输出的4GHz信号放大，再降频为950-2150MHz第一中频信号。

卫星天线的种类卫星天线通常由抛物面反射板与放置在抛物面凹面镜焦点处的馈源和高频头组成。

目前KU频道多采用馈源一体化高频头。

按馈源及高频头与抛物面的相对位置分类，有前馈式（又称中心馈源式）、偏馈式以及后馈式。

前馈、偏馈式多用于接受，后馈应用于发射。

什么样的天线好卫星接收天线的增益是重要参数之一，且增益与天线口径有关。

口径越大，增益越高。

天线的波束细如线状，要求天线的精度与表面平滑光洁度越高越好。

一般的天线抛物面为板状及网状，显然板状抛物面要比网状抛物面增益要高，而板状整体抛物面又要比分瓣拼装抛物面增益要高。

IRD是什么IRD（Intergrated Receiver Decoder)是指综合译码卫星接收机。

数字IRD与仿真IRD的对比数字IRD比仿真IRD有如下优点：1。

数字IRD 接受的图像基本与发送端一致；2。

完全消除色亮干扰、微分增益和微分相位失真引起的图像畸变；3。

长距离数字传输不会产生噪声积累；4。

便于加工处理、保存、多任务制和加密处理；5。

节约频谱资源。

如果说数字IRD有缺点的话，就是价格略高于仿真IRD。

如何选购数字卫星接收机选购数字卫星接收机，除了通常注意的因素，如技术指标、外形、质量、价格及售后服务之外，以下问题应慎重考虑：（1）选低门限值的，才能保证在弱信号、小口径天线接收，在一只高频头进行双星接收或多只高频头配一副天线接收等条件下获得满意效果。