北斗二代导航接收机基带处理的算法与实现

伴随着信息技术的高速发展,卫星定位导航技术在导航、测绘、天文、军事、通讯等不同领域得到推广,许多地区和国家都在进行卫星导航接收机的开发。随着北斗系统空间信号接口控制(ICD)文件的公布,我国自主研发的“北斗二代”导航系统也逐步完善。基带信号处理部分的研究对发展我国未来卫星导航产业有非常重要的意义,是北斗二代导航接收机性能好坏的关键。为此,本文重点研究基带信号处理中的信号捕获和跟踪算法,然后用硬件描述语言设计各个模块并进行仿真验证。主要工作表现在以下方面:首先,本文介绍了北斗二代信号的特点、调制方式和构成,分析了导航电文、载波、伪随机码的结构与生成;然后阐述了接收机结构、定位原理、原始观测量的捕捉以及下变频理论基础;最后根据理论分析在Simulink平台中搭建了北斗二代导航系统的发送端模型和接收端模型。其次,本文研究了北斗二代信号基带数据处理中的捕获原理和算法。分析和比较时域串行相关捕获算法、基于匹配滤波器的捕获算法、基于快速傅立叶变换的并行捕获算法以及基于PMF/FFT的并行捕获算法。重点对基于PMF/FFT的算法进行建模仿真。然后研究了北斗二代信号跟踪原理和算法,分析了载波跟踪环和码跟踪环的结构以及特点,设计了跟踪算法的整体框架,并根据理论分析在Simulink平台中搭建了跟踪算法模型。最后,本文给出了硬件设计方案,利用Verilog HDL语言在FPGA硬件平台对算法进行逻辑实现。然后对设计的数字基带处理实现方案中的重要模块进行详细分析,给出设计思路、模块结构、实际接口列表,并对实现过程进行阐述,再用Modelsim对代码进行功能仿真。最后给出了硬件仿真结果、综合报表、资源使用情况,验证了算法的性能。