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北斗导航信号捕获系统的硬件设计与实现

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北斗导航信号捕获系统的硬件设计与实现
【摘要】北斗卫星导航系统是我国自主研制的全球卫星导航系统，是继美国
的GPS以及俄罗斯的GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星
导航系统的卫星信号采用了二次编码技术，限制了相干积分的时间，给北斗导航
信号的捕获带来了挑战，因此本文提出了基于4ms的遍历并行码相位搜索的卫
星捕获算法，用来解决这个问题，提高卫星捕获的灵敏度，提高卫星捕获的性能。

【关键词】北斗卫星捕获；4ms遍历；并行码相位搜索；FPGA
1.引言
北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统，是继美国的
全球定位系统（GPS）和俄国的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。2012
年12月27日，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。

随着北斗卫星导航系统的建立，北斗卫星导航接收机终端的研发也进入了关
键阶段，卫星导航接收机终端按照信号处理的流程来讲，分为三个阶段，第一阶
段是卫星的捕获，第二阶段是卫星的跟踪，第三阶段是定位结算[1]。本文研究
的重点就是卫星的捕获阶段，导航终端接收到的卫星信号的能量必须要能够保证
进行PVT计算，如果当信号被建筑物所阻挡，那么信号的强度将会受到严重的
衰减，这也意味着对该信号进行捕获也将更具挑战性。因此，在上述严峻的条件
下我们需要引入新的捕获技术来增加卫星捕获的灵敏度。

北斗卫星信号不仅仅调制了数据位，而且还调制了NH码，NH码是一种二
级码，周期为20ms，每1ms就有可能发生比特跳变，为了保证卫星信号的捕获
性能，一种通用的方法是非相干积分算法[2]，该算法将1ms的扩频结果进行平
方，借此消除了比特跳变的影响，但是这种方法却引入了平方损耗，而且经过
1ms相关解扩后的信噪比越低，引入的平方损耗就越大，因此无法应用于弱卫星
信号的捕获。有一些研究方向是采用差分的方法来减小平方损耗，但是对于调制
了NH码的北斗信号而言并不适用，还有一种方法就是延长相干积分时间，这也
是最行之有效的方法。卫星信号上的NH码把相干积分时间限制在1ms，也限制
了相干积分增益，进而限制了捕获的灵敏度。因此我们的研究目标是消除NH码
带来的比特跳变的影响，避免引入平方损耗，提高捕获灵敏度。

2.基于4ms的遍历并行码相位搜索算法
北斗卫星信号上调制的NH码：
[3]。
每个NH码片的长度为1ms，周期为20ms，从NH码中我们可以找到规律，
即NH码的前5个比特是相同的，如果用该段数据进行相干积分，那么就可以不
采用非相干积分的算法，直接延长相干积分的时间，从而可以增大相干积分增益，
提高北斗卫星信号的捕获灵敏度。因此在这个思路之下，我们设计了基于4ms
的遍历并行码相位搜索算法，具体算法步骤如下：

A.取24ms的卫星中频信号；
B.取4ms数据进行一次粗混频，得到基带信号；
C.对基带信号进行抽取，降速率至4.092 MHz；
D.对降速率的信号进行插值，将信号速率调整至4.096MHz；
E.本地产生载波，对数据进行二次精细混频，在频率域上进行搜索；
F.将二次混频后的数据进行4点DFT，然后送入4096点FFT模块进行FFT
运算；

G.本地产生该颗北斗卫星的PRN码，预先作4096点FFT并取共轭，与卫星
信号FFT后的数据相乘；

H.将相乘后的结果作4096点IFFT取模，根据模值进行排序；
I.搜索完这个频率，再转到步骤E，搜索其他的频率；
J.搜索完这个4ms数据的全部频率，再将数据的起点往后移1ms，再取4ms
的数据，转到步骤B.

K.重复20次的4ms数据搜索，就可以遍历整个NH码序列，因为取得是4ms
的数据长度，无论起点的位置，遍历之后4ms的数据都会落在5ms的相同符号
的区域之内，搜索完毕之后，将最大的模值结果取出进行判决，如果超过阈值，
那么说明该颗卫星存在并被捕获到，如果没有超过阈值，说明该颗卫星没有被捕
获到。

上述步骤可以用图1所示的流程图描述。
图1 基于4ms遍历并行码相位算法流程图
3.北斗导航信号捕获系统硬件系统设计
北斗导航信号的捕获算法的计算量大，而且实时性要求较高，这样就需要使
用硬件实现，加速计算，保证实时性的要求[4]。因此本文中的北斗卫星导航信
号捕获系统由Verilog语言在FPGA平台上进行设计，作为协处理器通过AMBA
总线挂载在ARM7核上，负责北斗卫星信号的捕获过程，各个功能模块如图2
所示。
图2 北斗导航信号捕获系统功能模块设计框图
（1）ae_decimator模块：混频抽取模块，将中频输入的卫星信号混频至基
带，然后抽取降速。

（2）cap_buffer和cap_wr_ctl模块：控制数据存储到dsp_ram中。
（3）CPU register模块：用来和ARM7核进行数据的交互。
（4）CRAM模块：用来暂存最终的捕获结果以及从CPU register模块接收
来的捕获控制信息。

（5）AE_CTL模块：用来控制捕获协处理器的算法流程。
（6）Interpolator模块：用来对暂存到dsp_ram中的数据进行插值，将原速
率为4.092MHz的数据插值成4.096MHz的数据，方便后面进行4096点的FFT
操作。

（7）FFT/IFFT engine模块：负责4096点的FFT/IFFT的计算
（8）Work_mem模块：用于FFT/IFFT计算中中间结果的暂存。
（9）MEM_arbiter模块：DSP_MEM的仲裁器。

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《基于SINS-北斗的组合导航技术研究》范文

《基于SINS-北斗的组合导航技术研究》范文

《基于SINS-北斗的组合导航技术研究》篇一基于SINS-北斗的组合导航技术研究一、引言随着科技的不断进步，导航技术在军事、航空、航海、自动驾驶等领域得到了广泛的应用。

惯性导航系统（SINS）以其独立自主的导航特性被广泛应用，然而，单一的惯性导航系统在长时间内存在累积误差的问题。

而北斗卫星导航系统作为我国自主研发的全球卫星导航系统，具有定位精度高、可靠性强的特点。

因此，将SINS与北斗卫星导航系统进行组合，形成SINS/北斗组合导航系统，可以有效地提高导航的精度和可靠性。

本文将基于SINS/北斗的组合导航技术进行研究，探讨其原理、实现方法以及应用前景。

二、SINS/北斗组合导航技术原理SINS/北斗组合导航技术是将惯性导航系统和北斗卫星导航系统进行有机融合，利用两种系统的优势互补，提高导航的精度和可靠性。

SINS通过测量载体的加速度和角速度，进行积分运算得到载体的姿态、速度和位置信息。

而北斗卫星导航系统通过接收卫星信号，进行定位、测速和授时。

将两者进行组合，可以有效地抑制SINS的累积误差，提高导航的精度和稳定性。

三、实现方法SINS/北斗组合导航技术的实现主要涉及两个方面：硬件设计和软件算法。

硬件设计方面，需要设计合理的惯性测量单元（IMU），包括陀螺仪、加速度计等传感器，以及与北斗卫星接收机进行数据交互的接口电路。

同时，为了保证系统的稳定性和可靠性，还需要对硬件进行抗干扰设计、电磁兼容性设计等。

软件算法方面，主要包括数据预处理、SINS算法、北斗定位算法以及组合导航算法等。

数据预处理主要是对传感器数据进行滤波、标定等处理，以消除噪声和误差。

SINS算法和北斗定位算法分别用于实现惯性导航和卫星导航。

而组合导航算法则是将两种系统的数据进行融合，以实现优势互补。

四、应用前景SINS/北斗组合导航技术具有广泛的应用前景。

在军事领域，可以用于战场态势感知、导弹制导等。

在民用领域，可以用于无人驾驶、智能机器人、航空航天等领域。

高精度北斗天线设计

高精度北斗天线设计

高精度北斗天线设计随着全球定位系统（GPS）的普及和应用，北斗系统作为中国自主研发的卫星导航系统也逐渐成为全球关注的焦点。

北斗系统的精度和可靠性对于许多领域的应用至关重要，而天线作为北斗系统的接收器件之一，在系统的性能和精度方面起着关键作用。

高精度北斗天线设计的目标是提供更准确、更可靠的导航定位信号，以满足现代导航应用的需求。

在设计过程中，需要考虑以下几个关键因素。

首先，天线的增益是设计中的重要参数。

增益决定了天线对信号的接收灵敏度，高增益意味着更好的信号接收能力。

因此，在高精度北斗天线设计中，需要选择具有较高增益的天线结构，以提高接收灵敏度和信号质量。

其次，天线的方向性也是一个重要考虑因素。

方向性决定了天线对信号的接收和发送范围，可以通过调整天线的辐射模式来控制方向性。

在高精度北斗天线设计中，需要根据具体应用场景的要求，选择合适的方向性，以保证信号的稳定性和一致性。

另外，天线的尺寸和重量也需要考虑。

随着导航设备的小型化和便携化趋势，高精度北斗天线的尺寸和重量应尽可能减小，以便于携带和安装。

因此，设计中需要采用轻量化的材料和结构，以实现尺寸和重量的优化。

最后，天线的抗干扰能力也是高精度北斗天线设计的重要考虑因素。

在实际应用中，天线可能会受到来自其他电子设备和无线信号的干扰，影响导航的准确性和稳定性。

因此，设计中需要采用抗干扰技术，如滤波器和屏蔽设计，以减少干扰对天线的影响。

综上所述，高精度北斗天线设计需要考虑增益、方向性、尺寸和重量以及抗干扰能力等关键因素。

通过优化设计，可以提供更准确、更可靠的北斗导航定位信号，满足现代导航应用的需求。

随着北斗系统的不断发展和完善，高精度北斗天线的设计也将不断创新和进步，为导航领域的发展做出更大贡献。

北斗手持机方案

北斗手持机方案


指挥机天线 指挥型用户机

产品介绍
北斗指挥机功能
北斗指挥机主要功能说明
（一）指挥功能
用户机具有对北斗所有出站波束的搜索能力，并能同时锁定并接收工 作卫星所有波束的信息。
（二）兼收下属用户 信息功能
能兼收下属用户的定位和通信信息，给出符号提示并有相应显示功能。
（三）通播功能
北斗指挥机主要特点 ● 全向高灵敏度快速信号捕获； ●定位精度高，定位成功率大于等于95%； ●软件化全数字接收机信号处理技术； ●先进的多星信号接收处理技术； ●优化的软硬件分割策略和完善的一体化设计技术； ●支持多种数据通信协议，外设兼容性好； ●先进的防震、防水和抗恶劣条件设计； ●可靠性高、电磁兼容特性优良； ●人性化、规范化人机交互界面设计。
北斗/GPS
手持机报警 手持机轨迹 mysql数据库 轨迹管理
异地备份

公司寄语
公司自成立以来，本着以“策略先行，经营致胜，管理为本”的商业推广理 念，一步一个脚印发展成为行业中应用范围最广、在行业内颇具影响力的企业。
众投北斗将以百倍的信心，一如既往的竭诚为您服务，
共创美好未来
众投北斗
山东众投北斗遥感信息科技股份有限公司（简 称山东众投北斗）由泰安市众诚金融信息服务有限 公司、北京汇投北斗有限公司及泰安市君安居家养 老服务有限公司三家企业在2015年联合创立。公司 的成立的得到了中科院、中位协、中科北斗研究院 院士、专家们的大力支持，特别是“北斗之父”孙 家栋院士，并为公司题词：“把山东众投北斗建设 好” 、“泰山北斗，服务旅游”。
随着我国经济与城市化 的迅速収展，铁路交通已 经成为人们日常出行不可 缺少的交通工具之一，铁 路巡检则是保障运输安全 的重要环节，而地处边远 及山林荒漠的运输区域， 保障通讯畅通则是巡检工 作的重中之重。
北斗定位接收机数据云检测平台的设计与实现

北斗定位接收机数据云检测平台的设计与实现

北斗定位接收机数据云检测平台的设计与实现研发过程中的主要调试工作。

传统的定位数据检测流程，一般依赖
于Matlab或者商业分析软件，Matlab虽然具有丰富易用的绘图工具，但
是使用Matlab语言对卫星电文原始数据和二进制数据的处理较为繁琐，
开发复杂的较高，而商业分析软件只能针对常见芯片或接收机的定位数据
进行分析，很难做到定制化。

随着云服务概念的兴起和配套的成熟，基于
云服务的北斗卫星定位数据检测平台，不仅可以解决Matlab开发复杂和
商业分析软件定制化困难的问题，还能将数据永久存储于云端，方便共享、回顾和比较历史数据，便于开发人员协同交流。

由于直接通过网页操作，
不限制访问操作系统，避免了部署大型软件的繁琐，甚至使用手机也能上
传和查看数据[1]。

1技术背景 1.1云服务结构硬件抽象化和软件快
速迭代部署是云服务生态中的重要特点。

具体结构如图1所示。

图1
云服务结构云服务器的硬件载体就是计算机、、存储等基础构件的抽象
整合，是云服务所倡导的按需分配、自有伸缩的前提条件。

基于云服务的
软件的开发和部署完全基于网络的远程操作，研发人员只需专注于应用功
能的实现，而不必在硬件底层系统的开发和维护上面耗费过多精力和资源，因此这种硬件与软件隔离的特性能够大幅缩短软件开发与部署的周
期。

1.2Docker虚拟化技术Docker的本质是Container，它被形象地
看作一个应用封装容器，以往开发者开发一款应用，需要考虑硬件、操作
系统、运行环境的适配，有了容器就不用考虑这些。