開(kāi)題報(bào)告-基于pmf-fft快速捕獲算法的研究與實(shí)現(xiàn)

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1、重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)附件附件B:開(kāi)題報(bào)告附件B:畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告1、課題的目的及意義1.1課題研究背景及意義全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)具有全天候、大范圍、連續(xù)、高精度等特點(diǎn),可向各類用戶實(shí)時(shí)提供準(zhǔn)確的時(shí)間、速度和位置信息,其應(yīng)用涉及陸地交通、航空航天、海上導(dǎo)航、大地測(cè)量、移動(dòng)通信、石油勘探、地球科學(xué)等國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域[1]。鑒于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要意義,近年來(lái)許多國(guó)家都在競(jìng)相發(fā)展自己的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。主要包括美國(guó)的GPS(GlobalPositioningsystem,全球定位系

2、統(tǒng))、俄國(guó)的GLONASS(GlobalNavigationSatelliteSystem,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))、歐洲的Galileo(伽利略)系統(tǒng)、正在建設(shè)中的我國(guó)BD(北斗)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及日本正準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)的QZSS(準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng))等[1-3]。自從1965年全球首顆商用同步衛(wèi)星成功發(fā)射以來(lái),衛(wèi)星通信因其覆蓋面積大、組網(wǎng)靈活、頻帶資源豐富以及傳輸容量大等特點(diǎn),得到了快速而長(zhǎng)足的發(fā)展?,F(xiàn)如今已成為一種不可或缺的重要通信方式。在四種軌道通信衛(wèi)星中,靜止軌道衛(wèi)星(GEO)對(duì)地覆蓋面積最大,地面站跟蹤衛(wèi)星最簡(jiǎn)單,被在大多數(shù)的衛(wèi)星通信系

3、統(tǒng)中所采用。但因其共用一個(gè)軌道,軌道資源就顯得非常擁擠。且軌道較高,使得信號(hào)的傳輸損耗和時(shí)延均很大。此外地面接收設(shè)備需要大體積高功率的天線,因而在某些通信領(lǐng)域,特別是在衛(wèi)星移動(dòng)通信應(yīng)用方面,其發(fā)展受到了較為嚴(yán)重的影響[1]。如今,隨著通信的業(yè)務(wù)的需要,中低軌道衛(wèi)星收到了更為廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。一些低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)已經(jīng)商用,比如世界最為著名的美國(guó)全球定位系統(tǒng)(GPS),已經(jīng)得到的廣泛的應(yīng)用。我國(guó)也加大了這方面的研究和投入,北斗產(chǎn)業(yè)化正在穩(wěn)步的前進(jìn)中。如今,衛(wèi)星通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)越來(lái)越明顯,衛(wèi)星不僅僅和地面存在上下行鏈路,而且星與

4、星之間也存在著交互信息的鏈路。美國(guó)的全球定位系統(tǒng)(GPS)從Block-IIR衛(wèi)星開(kāi)始就引入了星間鏈路。由于低軌道衛(wèi)星繞地的旋轉(zhuǎn)速度非常大,致使星地、星間鏈路不可避免的存在多普勒頻譜偏移[2]。衛(wèi)星通信系統(tǒng)通常存在電磁互擾、陰影效應(yīng)、多徑衰落等現(xiàn)象,因而接收信號(hào)的信噪比一般比較低。信息傳輸?shù)沫h(huán)境惡劣,可靠性差。擴(kuò)頻技術(shù)是圍繞高信息傳輸?shù)目煽啃远岢龅挠袆e于其他通信系統(tǒng)的新技術(shù)[3]。具有良好的抗干擾性能,擴(kuò)頻通信技術(shù)在衛(wèi)星通信中得到了廣泛的應(yīng)用。而對(duì)于擴(kuò)頻接收機(jī),最關(guān)鍵問(wèn)題之一是本地偽隨機(jī)碼是否與接收的偽隨機(jī)碼取得同步。由于低軌

5、道衛(wèi)星通信B7重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)附件附件B:開(kāi)題報(bào)告系統(tǒng)存在著幾十kHz到幾百kHz的多普勒頻譜偏移,這會(huì)降低本地偽碼與接收偽碼的同步時(shí)的相關(guān)峰值,從而加大接收機(jī)對(duì)偽碼的捕獲難度。一般地,衛(wèi)星通信中采用的偽碼的長(zhǎng)度都比較大,這是為了保證通信的可靠性。而且由于業(yè)務(wù)的需要,系統(tǒng)要求的同步時(shí)間非常短。因而在大多普勒頻偏下,實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)碼的快速捕獲,具有重大的研究意義。本課題研究就是針對(duì)低軌道衛(wèi)星通信中的大多普勒頻譜偏移,實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻偽碼的同步捕獲。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái),隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,超大規(guī)模、高速、低功耗的新型FPGA不斷推

6、陳革新。新一代的FPGA甚至集成了中央處理器或數(shù)字處理器內(nèi)核,可提供軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)。比如Altera公司推出的Stratix系列高端FPGA具有許多系統(tǒng)級(jí)的功能模塊:用于時(shí)鐘產(chǎn)生和管理的鎖相環(huán)(PLL:Phase-LockedLoop)、用于片內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的RAM模塊、用于數(shù)字信號(hào)處理的DSP模塊。因而,高速的可編程的FPGA和DSP技術(shù),以及軟件無(wú)線電的思想為實(shí)現(xiàn)快速捕獲注入了新的設(shè)計(jì)思路。本課題不僅僅局限于理論上對(duì)捕獲算法的研究,而且更為注重于算法的FPGA的具體實(shí)現(xiàn)。用實(shí)踐的方法檢驗(yàn)算法理論的可行性,更具有意義。本課題將對(duì)一

7、種時(shí)頻二維同時(shí)搜索的方法進(jìn)行重點(diǎn)研究討論,并在FPGA仿真平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)該算法。擴(kuò)頻技術(shù)具有抗干擾、抗多徑、保密性好、可實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)測(cè)距及碼分多址等優(yōu)點(diǎn)[4],在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。擴(kuò)頻技術(shù)的優(yōu)越性是以精確同步為前提的,因此,擴(kuò)頻通信技術(shù)中的首要問(wèn)題是保證擴(kuò)頻信號(hào)的同步。擴(kuò)頻信號(hào)同步包括捕獲粗同步和跟蹤精同步,擴(kuò)頻信號(hào)在捕獲階段完成粗同步后緊接著進(jìn)入跟蹤環(huán)路,實(shí)現(xiàn)最終的精同步[5]。捕獲過(guò)程是偽碼相位和載波頻率的二維捕獲過(guò)程,捕獲過(guò)程得到的頻率精度直接關(guān)系著后續(xù)跟蹤環(huán)的跟蹤速度,甚至是能否成功跟蹤到信號(hào)。高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)載體運(yùn)

8、動(dòng)速度較快,使擴(kuò)頻信號(hào)存在著較大的多普勒頻偏,這會(huì)使本地偽碼與接收偽碼同步時(shí)的輸出增益大幅衰減,從而加大GNSS接收機(jī)的捕獲難度,增大系統(tǒng)捕獲時(shí)間。因此,在多普勒頻偏較大的情況下,實(shí)現(xiàn)偽碼的快速捕獲,并得到較高的頻率分辨率,具有重要研究意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

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