GNSS子码捕获技术与BOC无模糊跟踪方法研究

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分类号学号M201171735学校代码10487密级硕士学位论文GNSS子码捕获技术与BOC无模糊跟踪方法研究学位申请人:刘昌建学科专业:通信与信息系统指导教师:魏蛟龙教授答辩日期:2014年2月21日A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirementsfor the Degree of Master of EngineeringResearch on the Algorithm for GNSS Secondary Code Acquisition and Unambiguous Code Tracking for BOC SignalsCandidate : Liu ChangjianMajor : Communication & Information SystemSupervisor : Prof. Wei JiaolongHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074, P.R.ChinaFebruary, 2014独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。

本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

保密□,在年解密后适用本授权书。

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(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名:指导教师签名:日期:年月日日期:年月日华中科技大学硕士学位论文摘要随着GNSS现代化进程的逐步深入,GNSS信号体制发生了显著变化,如新的频点、新的调制方式(BOC调制及其衍生调制方式)、引入信道编码技术、引入子码、增加导频通道等。

新型信号体制在带来系统性能提升的同时,对信号接收处理技术提出了更高的要求。

新型信号体制的接收处理技术成为近年来研究领域关注的重点和热点。

本文主要针对子码捕获技术和BOC信号无模糊跟踪方法进行深入分析和研究。

比特翻转会使互模糊函数出现类似BOC调制的谱分离效果,导致信号捕获性能下降,甚至出现捕获错误。

现有的两大类子码捕获技术很难兼顾算法复杂度和捕获性能。

本文提出一种基于DBZP的新的子码捕获算法,该算法通过在DBZP算法基础上加上合适的子码搜索机制实现。

与现有的具有代表性的子码捕获算法相比,新算法在不明显降低捕获性能的情况下显著减小了运算量。

通过仿真验证了算法可用性及其性能,最后指出该算法适用的应用场景。

BOC调制的多峰自相关特性会带来跟踪的模糊问题,本文从跟踪模糊产生机理出发,详细介绍了三种具有代表性的无模糊跟踪算法:Bump-Jump法、ASPeCT法和Dual Estimator法。

从跟踪精度、抗多径性能和硬件资源消耗三个方面综合对比分析了三种算法的跟踪性能,同时也仿真分析了三种算法在不同参数设置情况下的性能。

综合分析表明,Dual Estimator法是目前最有前景的BOC信号无模糊跟踪方法。

关键词:全球导航卫星系统,子码,捕获,BOC,码跟踪华中科技大学硕士学位论文AbstractWith the development of GNSS Modernization, GNSS signal structure has introduced some significant changes, such as, new carrier frequencies, new modulation schemes (BOC and its derivative schemes), channel coding, secondary codes and pilot channels and so on. New GNSS signal structure greatly enhances system performance and brings challenges for the receivers at the same time. Signal processing technique for the new GNSS signal structure has become a main focus recently. This thesis focuses on secondary code acquisition and the unambiguous tracking of BOC signals.Bit sign transition causes a spectrum splitting effect of the CAF (similar to the one generated by a BOC), which results in a degradation of acquisition performance even some errors. Existing secondary code acquisition methods can hardly seek a compromise between acquisition performance and computational load. This thesis proposed a new DBZP based secondary code acquisition algorithm which is a combination of DBZP and proper secondary code searching strategy. Compared with existing representative algorithms, the new algorithm greatly reduces computational load without a noticeable degradation of acquisition performance. Simulation results verify the validity and performance of the new algorithm. Finally, potential scenarios are pointed out.The multi-peaked autocorrelation characteristic of BOC modulation may arouse false lock problems of code tracking. This thesis analyses the mechanism of false locks, then introduces three unambiguous code tracking algorithms with details: Bump-Jump, ASPeCT and Dual Estimator Technique. Tracking performance is comparatively analyzed in three aspects: tracking jitter, multi-path performance and hardware resource utilization with different parameter settings. Comprehensive analysis shows that the Dual Estimator Technique is the most promising BOC tracking algorithm currently.Key Words:Global Navigation Satellite System (GNSS), secondary code, acquisition, BOC, code tracking华中科技大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论1.1 研究背景与意义 (1)1.2 国内外研究现状 (3)1.3 主要研究内容及论文结构 (5)2GNSS信号基础2.1 GNSS信号模型 (7)2.2 接收机导航信号接收处理 (12)3子码捕获技术研究3.1 比特翻转对捕获的影响 (17)3.2 现有子码捕获方法 (19)3.3 基于DBZP的子码捕获算法 (20)3.4 性能分析 (23)4BOC信号无模糊跟踪方法研究4.1 BOC信号无模糊跟踪方法分析 (29)4.2 BOC信号无模糊跟踪方法评估 (40)5总结与展望5.1 全文工作总结 (48)5.2 后续工作展望 (49)致谢 (51)参考文献 (52)华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1研究背景与意义全球导航卫星系统GNSS(Global Navigation Satellite System)是利用用户到已知轨道卫星的距离的相对位置信息进行导航定位的星基导航系统。

空间技术的突破与发展成为20世纪人类最伟大的科技成就之一。

卫星导航定位系统作为高新技术产业的代表,在交通运输、遥感、通信、地质、气象、农业、军事等领域得到了广泛应用,深刻地影响和改变了人类的生活,产生了巨大的经济效益和社会效益。

卫星导航系统因其重要的战略意义成为各国高新技术研究领域的重点和热点。

GNSS作为一类系统的统称,包括旨在提供全球范围服务的美国GPS(Global Positioning System)系统、俄罗斯GLONASS(GLObal Navigation Satellite System)系统、欧盟Galileo系统以及中国北斗(Compass)系统等全球导航系统,也包括日本QZSS(Quasi-Zenith Satellite System,准天顶卫星系统)系统和印度IRNSS(Indian Regional Navigation Satellite System,印度区域导航卫星系统)系统等着眼于本土定位服务的区域性增强系统。

GPS是当前发展最为成熟的卫星导航定位系统,能为全球用户提供全天候、实时、不间断服务的导航卫星系统[1][2]。