开题报告---全球导航卫星系统

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1、B1 附件 B： 毕业设计（论文）开题报告 1、课题的目的及意义 1.1 课题研究背景及意义 全球导航卫星系统（GNSS）具有全天候、大范围、连续、高精度等特点，可 向各类用户实时提供准确的时间、速度和位置信息，其应用涉及陆地交通、航空 航天、海上导航、大地测量、移动通信、石油勘探、地球科学等国防建设和国民 经济的各个领域1。鉴于卫星导航系统对国家安全和经济发展的重要意义，近年来 许多国家都在竞相发展自己的导航卫星系统。主要包括美国的 GPS（Global Positioning system,全球定位系统） 、俄国的 GLONASS（Global Navigation Satellite S

2、ystem，全球导航卫星系统） 、欧洲的 Galileo（伽利略）系统、正在建设中的我国 BD （北斗）卫星导航系统以及日本正准备开发的 QZSS（准天顶卫星系统）等1-3。 自从 1965 年全球首颗商用同步卫星成功发射以来， 卫星通信因其覆盖面积 大、组网灵活、频带资源丰富以及传输容量大等特点，得到了快速而长足的发展。 现如今已成为一种不可或缺的重要通信方式。在四种轨道通信卫星中，静止轨道 卫星(GEO)对地覆盖面积最大，地面站跟踪卫星最简单，被在大多数的卫星通信系 统中所采用。但因其共用一个轨道，轨道资源就显得非常拥挤。且轨道较高，使 得信号的传输损耗和时延均很大。此外地面接收设备需要大

3、体积高功率的天线， 因而在某些通信领域，特别是在卫星移动通信应用方面，其发展受到了较为严重 的影响1。如今，随着通信的业务的需要，中低轨道卫星收到了更为广泛的关注 和应用。一些低轨道卫星通信系统已经商用，比如世界最为著名的美国全球定位 系统(GPS)，已经得到的广泛的应用。我国也加大了这方面的研究和投入，北斗 产业化正在稳步的前进中。如今，卫星通信系统的网络化趋势越来越明显，卫星 不仅仅和地面存在上下行链路，而且星与星之间也存在着交互信息的链路。美国 的全球定位系统(GPS)从 Block-IIR 卫星开始就引入了星间链路。由于低轨道卫星 绕地的旋转速度非常大，致使星地、星间链路不可避免的存在

4、多普勒频谱偏移2。 卫星通信系统通常存在电磁互扰、阴影效应、多径衰落等现象，因而接收信 号的信噪比一般比较低。信息传输的环境恶劣，可靠性差。扩频技术是围绕高信 息传输的可靠性而提出的有别于其他通信系统的新技术3。 具有良好的抗干扰性 能，扩频通信技术在卫星通信中得到了广泛的应用。而对于扩频接收机，最关键 问题之一是本地伪随机码是否与接收的伪随机码取得同步。由于低轨道卫星通信 系统存在着几十 kHz 到几百 kHz 的多普勒频谱偏移，这会降低本地伪码与接收 B2 伪码的同步时的相关峰值，从而加大接收机对伪码的捕获难度。一般地，卫星通 信中采用的伪码的长度都比较大，这是为了保证通信的可靠性。而且由

5、于业务的 需要，系统要求的同步时间非常短。因而在大多普勒频偏下，实现长码的快速捕 获，具有重大的研究意义。本课题研究就是针对低轨道卫星通信中的大多普勒频 谱偏移，实现扩频伪码的同步捕获。 进入二十一世纪以来，随着微电子技术的发展，超大规模、高速、低功耗的 新型 FPGA 不断推陈革新。新一代的 FPGA 甚至集成了中央处理器或数字处理 器内核， 可提供软硬件协同设计。 比如 Altera 公司推出的 Stratix 系列高端 FPGA 具有许多系统级的功能模块：用于时钟产生和管理的锁相环(PLL: Phase-Locked Loop)、用于片内存储数据的 RAM 模块、用于数字信号处理的 DS

6、P 模块。因而， 高速的可编程的 FPGA 和 DSP 技术，以及软件无线电的思想为实现快速捕获注 入了新的设计思路。本课题不仅仅局限于理论上对捕获算法的研究，而且更为注 重于算法的 FPGA 的具体实现。用实践的方法检验算法理论的可行性，更具有意 义。 本课题将对一种时频二维同时搜索的方法进行重点研究讨论，并在 FPGA 仿真平台上实现该算法。 扩频技术具有抗干扰、抗多径、保密性好、可实现精确定时测距及码分多址等 优点4，在卫星导航系统中得到广泛应用。扩频技术的优越性是以精确同步为前提 的，因此，扩频通信技术中的首要问题是保证扩频信号的同步。扩频信号同步包 括捕获粗同步和跟踪精同步，扩频信号在捕获阶段完成粗同步后紧接着进入跟踪 环路，实现最终的精同步5。捕获过程是伪码相位和载波频率的二维捕获过程，捕 获过程得到的频率精度直接关系着后续跟踪环的跟踪速度，甚至是能否成功跟踪 到信号。高动态扩频信号载体运动速度较快，使扩频信号存在着较大的多普勒频 偏，这会使本地伪码与接收伪码同步时的输出增益大幅衰减，从而加大 GNSS 接 收机的捕获难度，增大系