卫星导航接收机通用射频前端设计及实现

当前多个全球卫星导航系统(GNSS)已投入或即将投入运行,GNSS接收机射频前端性能优劣直接影响接收机性能,而不同系统、不同频点的GNSS信号需要设计不同的射频前端,给射频前端的设计提出了挑战.针对以上问题,以实验室自主研发的通用射频芯片为基础,完成了射频前端的方案设计并进行了硬件实现.结合中频数据采集板及软件接收机平台,实现了多系统多频点的实时卫星接收,验证了该通用射频前端的性能满足接收机的要求.     

一种基于DDS技术的Galileo接收机设计

针对新一代卫星导航系统-Galileo系统,提出了一种应用数字无线电（Digital Radio）技术和直接数字综合（Direct Digital Synthesis,DDS）技术的Galileo用户接收机原理架构。详细阐述了射频前端模块设计和基带信号处理模块设计,给出了射频／中频链路的频点规划、A／D采样方法,基带处理模块的信号捕获、伪码跟踪及载波跟踪算法;并采用结构仿真对系统架构和信号的捕获与跟踪算法进行了严格的仿真验证。仿真系统实现了E5波段Galileo信号的初始捕获,并成功跟踪了200Hz／s的多普勒一次变化和1000Hz／s^2的多普勒二次变化。     

基于MAX2769的射频前端的设计和实现

射频前端在卫星导航接收机中占有重要地位,其性能的优劣直接影响着整个接收机的接收灵敏度及后续基带信号处理部分的相关性能。基于此直接给出了一种基于MAX2769结构的射频前端电路设计方案及具体的硬件实现过程。重点论述了射频前端的相关设计参数及射频PCB的关键设计技术。测试结果表明该方案可适用于GPS、BD2、GLONASS、GALIEO任意单系统接收机的研制,电路性能稳定,满足实际应用需求。     

Galileo/GPS卫星导航模拟源的FPGA算法设计与实现

Galileo卫星导航系统各频段信号中引入了多种新兴调制方式，是新一代卫星导航系统典型代表。目前可见星数量有限，给深入探索带来了一些困难，故采用“上位机+FPGA+DSP”架构设计实现了Galileo+GPS卫星导航信号模拟源，着重研究卫星导航模拟源FPGA端的算法，完成了多普勒频移模拟、副载波生成、偏置载波调制、伪距信号生成的工作，解决了各模块信号对齐的关键技术，产生了Galileo E1 OS和GPS L1 C/A中频信号。利用硬件接收机对生成的信号进行接收验证，实验结果表明，接收机能正确捕获跟踪定位，定位坐标与预设坐标相符，证明了仿真信号的正确性。     

GNSS数字中频信号软件模拟

全球导航卫星系统(GNSS)信号软件模拟器能够根据需要,方便灵活地模拟出接收机收到的导航信号,可为GNSS导航算法的测试、评估以及接收机的研发测试提供一种高效的方法.对基于软件架构的GNSS数字中频信号模拟技术进行研究.首先分析了导航信号中出现的各种误差信号,然后给出整个系统的设计架构,最后分别运用GNSS软件接收机和硬件接收机对模拟信号进行验证.结果表明GNSS数字中频信号软件模拟的信号可以用标准的GNSS接收机进行正常接收和定位,可以用于GNSS接收机的研发测试.     

GNSS接收机中频带通滤波器群时延对伪距测量影响的研究

在卫星导航系统中,带通滤波器是用户接收机的重要组成部分,而其群时延特性亦是伪随机码测距的重要误差来源之一。分析了接收机码跟踪环路,给出相关函数估算测距偏差,对带通滤波器群时延开展仿真分析,并研究了带通滤波器群时延对GNSS接收机伪码测距的影响。结果表明:低阶带通巴特沃兹滤波器有较好的群时延特性,同时该滤波器的群时延波动对于超宽频伪码测距影响可达10m,而加大滤波器带宽可减小群时延对相关峰形变造成的影响。研究结果对GNSS接收机的射频和环路设计有一定借鉴意义。     

遥测接收机射频前端的设计与仿真

针对接收机射频前端实现的高成本以及复杂性的问题,对2．4GHz接收机的射频前端进行了研究,而且设定了该接收机的总体指标和各个模块的具体指标。并用ADS仿真软件对整个接收机的选择性、增益和混频性能进行了系统级仿真。结果表明通过ADS对接收机射频前端的仿真,能降低设计成本、实现设计目标,可以有效的应用于射频接收前端的设计之中。为接收机射频前端的实物设计提供一种前期的研究方法。而且仿真结果表明该接收机有很好的选择性,系统增益也能够达到预期指标。     

遥测接收机射频前端的设计与仿真

针对接收机射频前端实现的高成本以及复杂性的问题,对2.4G Hz接收机的射频前端进行了研究,而且设定了该接收机的总体指标和各个模块的具体指标。并用ADS仿真软件对整个接收机的选择性、增益和混频性能进行了系统级仿真。结果表明通过ADS对接收机射频前端的仿真,能降低设计成本、实现设计目标,可以有效的应用于射频接收前端的设计之中。为接收机射频前端的实物设计提供—种前期的研究方法。而且仿真结果表明该接收机有很好的选择性,系统增益也能够达到预期指标。     

干扰信号对北斗接收机的性能影响评估

北斗导航卫星系统作为国家战略得到了突飞猛进的发展,作为全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS）的一部分,射频干扰信号成为北斗系统的最大威胁,如何正确评估干扰信号对导舷接收机捕获性能的影响成为抗干扰研究的前提,本文从北斗导航信号的产生方式与相关特性出发,给出了接收机的接收及捕获原理,在此基础上给出了干扰信号条件下的谱分离系数与等效载噪比,并通过抗干扰品质因子来评价和区分不同干扰信号对接收机的影响程度,最后通过仿真验证了等效载噪比作为干扰评估准则的正确性。     

低信噪比高动态信号的载波同步研究

针对在低信噪比和高动态同存条件下的卫星定位导航系统的接收机载波实现同步的问题,设计了基于AR双谱估计的载波捕获模块和基于锁频环（PLL,Phase Locked Loop）/锁相环（FLL,Frequency Locked Loop）的载波捕获模块,并在此基础上提出了一种新型的载波同步方案。该载波同步方案可应用于低信噪比和高动态同存的条件下接收机设计中,通过对该方案进行MATLAB仿真,结果表明了该方案能有效地解决了载波快速捕获与精确跟踪的问题。     

GNSS_INS组合导航在飞行校验系统中的应用

目前的飞行校验系统以GPS作为空间基准,这种定位方式在精度、性能、可靠性方面都存在着固有缺陷.介绍的SPAN(synchronous position,attitude and navigation)技术集合了2种不同但互补的技术:GNSS(global navigation satellite system)定位技术...     

基于紧耦合GNSS/INS的高速列车精准定位方法研究

为了改善高速列车在行驶过程中定位不精准的现状,本研究采用全球卫星导航系统和惯性导航系统,构建了GNSS/INS紧耦合精准定位系统。提出等价权原理将UKF算法中的噪声协方差进行等价替换,使其能够在信息融合过程中对滤波增益进行调节,降低观测粗差带来的影响,提高UKF算法的鲁棒性。本研究在改进UKF算法的基础上,用地图匹配算法对滤波器处理后的定位数据进行再处理,进行仿真对比。结果表明：改进UKF算法和标准UKF算法仿真得到的位置速度误差曲线,其AVE和RMSE值均降低20%以上;又经过地图匹配算法处理后的定位精度更高,表明本研究能够提高高速列车的定位精准性、稳定性。     

Digital IF GPS Signal Simulator Design

In order to test the static and dynamic performance of a Global Positioning System (GPS) receiver, a GPS signal simulator is required to generate real satellite signals in various environments. The software simulator is widely used because of the advantages of being flexible and reprogrammable. Therefore, a digital intermediate frequency GPS signal software simulator which implemented using MATLAB software is proposed. It is a method to calculate the satellite ephemeris parameters by using the anchor point, satellite elevation angle and azimuth angle, and to achieve navigation information transmission delay by modifying the C/A code frequency based on analyzing the positional relationship between the satellite and the receiver. The simulation results show that the simulator is correct and effective. When the receiver is stationary and the satellite is moving, the receiver positioning error is less than 1 m.     

一种BOC(1,1)信号码片跟踪的新算法

在未来的全球卫星导航定位系统中,二进制副载波(binary offset carrier)调制(BOC)将被广泛采用。由于BOC信号的自相关函数存在多个旁瓣,在信号的跟踪过程中可能存在误锁定,因此信号的准确跟踪是接收机中具有挑战性意义的问题之一。BOC调制具有几种不同的形式,本文针对BOC(1,1)信号自相关函数具有2个峰值为主峰一半的旁瓣以及频谱分散在中心频率的两侧等特点,提出了1种稳定跟踪技术,主要方法是改变旁瓣位置,减小旁瓣幅度,通过1个可调节系数,适应前置滤波器带宽对扩频信号的影响,得出理想的鉴别函数,去除误跟踪点;并且其抗多径能力要优于传统方法。     

一种基于载波相位测量的阵列天线自适应校正技术

针对卫星导航阵列抗干扰处理过程中的阵列校正问题,本文采用一种基于载波相位测量的阵列天线自适应校正技术。利用阵列天线各阵元分别接收同一颗卫星信号,分别进行捕获、跟踪、观测量提取等,获取指定卫星各通道载波相位,求取载波相位差,计算各通道间误差,对阵列天线幅相不一致性进行校正,从而降低幅相不一致性对抗干扰算法性能的影响。相比于传统阵列天线自适应校正算法,具有以下优点：1）可针对每颗卫星进行单独校正;2）可综合校正射频通道不一致性、天线阵子安装误差、AD采样不一致性造成的通道相位不一致;3）可实时对卫星来向的通道误差进行校正。仿真证明,该方法具备较好的幅相误差抑制效果。     

并联DC/DC系统中高速无线通信接收装置的设计

为了解决并联DC/DC控制系统中信息高频、单次传输量小的问题,就目前基带处理平台功能单一、灵活性差、运算效率低等问题,提出了一种改进型基带处理方案。该方案以FPGA+DSP为处理架构,依托高性能器件和高速接口搭建了基带处理平台。分别从基带处理和射频前端两个方面对无线通信系统接收装置进行硬件设计,重点研究基带处理DSP与FPGA的接口设计和零中频架构射频前端,通过FPGA对本地振荡器、A/D进行动态配置,采用基于BPSK的软件无线电平台,通过编写程序进行测试,结果验证了该方案满足科研要求,且具有一定的通用性和灵活性。     

A −40-dB EVM 20-MHz subsampling multistandard receiver architecture with dynamic carrier detection,bandwidth estimation,and EVM optimization

In this work, a reconfigurable multistandard subsampling receiver with dynamic carrier frequency detection and system-level EVM optimizations is proposed. Ideal software defined radio (SDR) receivers promise complete flexibility at the expense of high-performance analog-to-digital converters (ADCs) that are challenging to implement in current technologies for low-power applications. This scenario leads to the research of digital intensive sampling receivers with discrete-time signal processing (DTSP) implemented in analog domain. This approach makes it feasible to move channel selection filtering and dynamic gain adaptability from analog to digital domain. The proposed receiver employs subsampling down-conversion along with subband filters to dynamically detect the carrier frequency of the incoming signal, estimate its bandwidth, and identify if the signal is present in one of the target standard bands. This carrier detection provides a unique capability to reconfigure the receiver dynamically. Additionally, in this work, system-level EVM optimization is proposed considering frequency synthesizer phase noise, IQ mismatch, sampling frequency selection and block-level gain, noise, and nonlinearity. The RF front end of the proposed receiver is modeled in Verilog-AMS whereas the digital signal processing is implemented in Simulink-Matlab. The complete receiver has been verified to detect and process three different bands belonging to three different standards (GSM, UMTS, and WLAN) with the carrier frequency ranging from 0.9 to 2.5 GHz. Test signals with 4-QAM modulation, maximum bandwidth of 20 MHz, and input-dynamic range from –109 to –20 dBm is utilized to demonstrate the receiver performance including an EVM of –40 dB.