【摘 要】
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GPS、北斗等全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）在可视范围具有高精度定位功能,已被广泛用于各领域。然而,在密林、山区、峡谷、室内等应用场景中,因物体遮挡、恶劣天气等因素使定位区域可视卫星数量小于定位所需数量,导致GNSS定位精度低;同时,若定位区域内卫星导航信号完全拒止,则无法实现定位功能。为在卫星导航精度降级或拒止条件下实现高精度定
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GPS、北斗等全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）在可视范围具有高精度定位功能,已被广泛用于各领域。然而,在密林、山区、峡谷、室内等应用场景中,因物体遮挡、恶劣天气等因素使定位区域可视卫星数量小于定位所需数量,导致GNSS定位精度低;同时,若定位区域内卫星导航信号完全拒止,则无法实现定位功能。为在卫星导航精度降级或拒止条件下实现高精度定位导航功能,弥补GNSS系统的技术与应用缺陷,基于地基伪卫星的无线电导航定位系统得到了广泛研究。本文系统研究了地基无线电定位系统架构、工作机理、关键技术等,主要设计实现地基伪卫星导航终端基带电路及信号处理,达到了地基导航集成系统的要求。主要工作及研究内容如下:1、研究分析了地基伪卫星无线电定位技术背景以及国内外研究现状,系统研究了地基伪卫星无线电定位导航系统架构、信号结构、时间同步、信号同步与定位算法的工作机理,在此基础上提出了适用于地基伪卫星无线电定位系统的信号体制,设计了基带信号处理捕获跟踪策略,实现信号伪码同步以及载波分离功能。2、采用FPGA+ARM架构完成地基伪卫星导航终端基带硬件电路方案设计。设计了500 Msps转换速率的双通道DAC电路和250 Msps采样速率的双通道ADC电路,实现射频前端模拟信号与数字信号之间的转换;评估分析射频前端电路配置、定位算法、时间同步等功能所需要的FPGA逻辑资源和I/O引脚数,结合DAC/ADC、DDR对数据速率、电平标准的要求,完成了地基伪卫星导航终端基带处理硬件电路原理图和PCB板图设计。3、完成地基伪卫星导航终端基带信号处理设计。根据地基导航系统信号体制完成了基带bpsk扩频调制信号设计;针对地基伪卫星定位信号的特点,设计解调端捕获跟踪环路,并仿真分析了信噪比、噪声带宽以及多普勒频差对捕获跟踪环路的影响,结果表明捕获跟踪环路能够在输入信噪比＞6 d B时稳定工作;在FPGA+ARM平台上完成了基带信号处理模块的编程实现。4、完成了地基伪卫星导航终端基带信号处理测试验证,包括ADC接收模块、DAC发射扩频调制模块、捕获模块、跟踪环路等测试。测试结果显示捕获跟踪模块在最大频差为100 KHz时能够将码元同步至一个采样周期内并完成载波跟踪。
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