基于ARM+FPGA的小型化BD接收机设计与实现

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随着科学技术的不断发展,卫星导航系统作为国家重要的空间基础设施已经贯穿于军事和国民经济的各个部门、乃至个人的生活中,我国正在建设的北斗卫星导航系统(BDS)对促进我国的经济发展和增强国防建设至关重要。北斗(BD)接收机作为该系统用户部分的核心,是实现其价值具体化的重要体现,因此展开对BD接收机研发具有重大的现实意义。  首先,本文从BDS系统基本理论着手,对B1I/B2I两个民用频点信号结构展开叙述,着重对测距码和二次编码特性进行了理论分析和仿真验证,并简要阐述了BDS空间参考系统。  然后,详细介绍了BD接收机的设计原理,对B1I/B2I/B3频点信号的最大多普勒频移进行了估算,针对B1I/B2I/B3频点信号的捕获,在分析传统算法的基础上提出了一种基于相干累加的并行频率搜索算法,仿真结果表明该捕获算法可正常的捕获到三个频点信号。针对B1I/B2I/B3频点信号的跟踪,采用二阶锁频环辅助三阶锁相环载波跟踪环路以及二阶码环相结合方案,仿真结果表明该跟踪算法能稳健的跟踪上三个频点信号。介绍了位同步、帧同步、BCH译码、伪距提取和北斗卫星位置计算方法,并对基于最小二乘定位算法进行了仿真验证。  再后,根据前述理论分析和仿真结果,提出了一种基于ARM+FPGA架构的多频点BD接收机的软硬件设计方案。在硬件设计部分,分析了各个功能模块的设计思路和方法,重点介绍了三个频点信号的射频前端处理:针对B1频点信号,采用基于润芯公司的RX3007射频前端处理;针对B2/B3频点信号,采用基于MAXIM公司的MAX2112+MAX1003分离元器件架构的射频前端处理。在软件设计部分,对以ARM和FPGA为核心的软件功能进行了划分,重点阐述了本人所负责的ARM端软件功能的捕获、跟踪、同步解调电文以及定位解算设计实现方法。  最后,通过分析BD信号测量误差来源,研究了对流层和电离层误差模型对单频接收机定位精度的影响,在此基础上介绍了双频伪距消除电离层延时方法,并对多频点BD接收机的定位结果进行误差统计分析和提出改进思路。
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