基于NS210-B的北斗卫星导航系统B1信号的研究

摘要

北斗卫星导航系统，是我国拥有自主知识产权、独立研制和开发建设的新一代卫星导航定位系统，英文缩写为BDS。我国的BDS、美国的GPS和俄罗斯的GLONASS都是军民两用的卫星导航系统，而欧洲的Galileo系统主要用于民用，它们均受到世界各国的广泛关注，被称作当今世界的四大卫星导航系统。无论是在国民经济领域还是在军事领域，北斗卫星导航系统都将扮演十分重要的角色，体现出巨大的价值。在整个卫星系统中，相对空间段和地面控制段来讲，用户段在功能上有较好的可扩展性，在设计上有较高的灵活性。因此，越来越多的学者和专家把精力投入到对卫星接收机的研究中。
　　北斗系统的B1频段包含着民用信号的频段，因此，研究B1频段的信号对研究民用接收机有非常重要的意义。本文以MEO/IGSO卫星的B1频段信号为例，研究了接收机从接收到的卫星信号得出用户位置的过程。结合Matlab软件，着重介绍和分析了北斗卫星信号处理过程中的一些关键环节。首先分析和研究了三种典型的捕获方法。然后提出用4ms数据长度的并行码相位搜索来捕获卫星信号，这样做兼顾了捕获效率和捕获可靠性。本文根据北斗卫星D1导航电文自身的特点，探讨并完成了NH码的解码工作。在分析D1导航电文的详细编排后，深入研究了BCH纠错编码和在系统中的应用，发现其纠错能力仅为1bit。即长度为11比特的一组信息中，如果错误码元个数在两个或两个以上，本纠错方法无法实现纠错的功能。
　　最后，将NS210-B的中频采样信号通过上述数据处理方法，解算出了卫星的各个星历参数。经检验，各星历参数均在其正确的取值范围内，并且通过计算得出14号卫星离地面的距离约为21160km，这与MEO卫星轨道的高度21528km很接近，验证了本课题中原理与方法的正确性。又以基本的单点定位法为例，研究了北斗卫星导航系统的伪距定位过程。并提出了一种改进的单点定位法，只需要知道各卫星到接收机天线的相对伪距和卫星坐标，而不需要知道绝对伪距，就能计算出用户的位置。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．2 课题研究的目的和意义

1．3 课题主要完成的工作和内容安排

2 北斗卫星导航定位系统及NS210-B中频信号采样器

2．1 北斗卫星导航定位系统

2．1．1 北斗系统的组成

2．1．2 北斗系统的坐标系统

2．1．3 北斗系统的时间系统

2．2 北斗卫星的发射信号

2．2．1 北斗系统B1信号的构成

2．2．2 北斗系统B1信号的特性

2．2．3 北斗系统B1信号测距码的特性

2．3 NS210-B BeiDou中频信号采样器简介

2．4 本章小结

3 北斗卫星信号捕获与跟踪方法的研究

3．1 捕获的原理

3．2 多普勒频移

3．3 捕获算法

3．3．1 串行搜索捕获

3．3．2 并行频率空间搜索捕获

3．3．3 并行码相位搜索捕获

3．4 数据长度的选择

3．5 卫星信号的跟踪

3．5．1 载波跟踪

3．5．2 码相位跟踪

3．5．3 二阶PLL

3．6 本章小结

4 北斗系统导航电文解调

4．1 导航电文概述

4．1．1 D1导航电文上调制的二次编码

4．1．2 D1导航电文帧结构

4．1．3 D1导航电文详细结构编排

4．2 导航电文数据纠错编解码

4．2．1 纠错编码

4．2．2 纠错译码

4．2．3 纠错编码和译码的Matlab实现

4．3 D1导航电文内容和算法

4．3．1 帧同步码(Pre)

4．3．2 子帧计数(FraID)

4．3．3 周内秒计数(SOW)

4．3．4 整周计数(WN)

4．3．5 卫星自主健康标识(SatH1)

4．3．6 电离层延迟改正模型参数

4．3．7 星上设备时延差(TGD1)

4．3．8 钟差参数

4．3．9 星历参数

4．4 卫星坐标的计算

4．5 本章小结

5 北斗卫星导航系统单点定位的研究

5．1 卫星信号发射时刻的获取

5．2 伪距的获取

5．3 用户位置的解算

5．4 单点定位法的改进

5．5 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献