GNSS接收机捕获关键技术的研究及FPGA实现

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GNSS(Global Navigation Satellite System)包含美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo系统、中国的Compass(北斗).其在定位、测速、精准授时及通信服务等相关领域应用广泛。近年来,人们致力于高灵敏度高动态GNSS技术的研究,通过更优的算法捕获和跟踪微弱GNSS信号,实现高动态条件下弱信号导航定位。   快速捕获是保证接收机性能指标的关键技术之一。本文着重阐述了接收机中的捕获算法,包括时域串行捕获算法、并行码相位捕获算法、并行频率捕获算法以及基于“多段匹配滤波器+FFT”构架的时频二维搜索算法。其中,最后一种算法能并行搜索一定范围的时域和频域不确定度,同时完成码相位和多普勒频率的搜索,捕获速度最快,性能最好,适用于高动态和长码的快速捕获。该架构也是本文最大的特点之一。为提高微弱信号的检测概率,本文采用相干累加与非相干累加结合算法,并且能够适合多模,多个频点的信号捕获,这是本架构另一大特色。接着作者在此架构基础上设计了降采样滤波器从而改进了降采样性能,使得捕获灵敏度有1dB的性能提高。另外通过仿真实现了半码片级的相关运算的捕获,结果表明灵敏度有2dB以上的提高。最后为了使接收机能实现高动态的捕获,设计出扫频策略。很好的实现了高动态下的捕获。文章最后还对峰值平滑及次大值辅助验证做了研究,测试表明能降低虚警概率。   在捕获模块的FPGA设计与实现上,包括码NCO设计,载波NCO设计与实现,折叠滤波器和PPT结构滤波器的设计与实现,还有二次逗留验证及系统流程控制的优化设计等,兼顾性能与资源消耗,使该接收机的设计有一个良好的捕获效果。
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