摘要
2020年6月，北斗三号最后一颗卫星成功发射，标志着我国北斗三号卫星导航系统全球组网圆满收官，从此北斗导航开始为全球民众共享更优质的时空精准服务，同时也是中国民航未来主用导航系统的首选。随着全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)的迅速发展，新增的二进制偏移载波(Binary Offset Carrier, BOC)调制技术被应用到全新的导航信号中，解决了部分传统导航信号共用频带所带来的频率拥挤问题。2017年我国新增B1C信号采用该调制技术并应用到北斗三号卫星系统中，其抗干扰能力优于同时新增的B2a信号，但BOC调制信号功率谱的频谱分离特性会导致捕获过程中出现误捕，同时捕获作为导航接收机基带信号处理中的起始步骤，捕获结果将会直接影响到后续跟踪与定位精度。因此，本论文的重点是针对北斗三号 B1C信号优化一种无模糊捕获算法并硬件实现。 本文首先从功率谱密度和自相关函数特性上分析了目前GNSS中BOC调制信号，并对本文的研究对象北斗三号B1C信号进行特性分析。介绍了卫星接收机和捕获原理，在此基础上，阐述了传统卫星导航信号捕获算法，对几种常见的 BOC 调制信号捕获算法原理进行分析与 Matlab 仿真，并对这几种算法进行比较分析。之后本文针对北斗三号系统B1C信号的信号结构及特点，基于伪相关函数(pseudo correlation function，PCF)重构提出一种无模糊捕获算法，引入降采样和 FFT 并行码相位捕获策略降低计算复杂度，同时采用数据与导频分量联合捕获策略降低功率损失进而提高信号的捕获灵敏度最终使用 Matlab 对该算法进行仿真与分析，结果表明本文所提出的算法在提高检测概率和捕获灵敏度方面具有优势。 最后本文基于FPGA对优化的无模糊捕获算法在Vivado中进行硬件功能仿真，先从顶层出发建立整个硬件捕获系统框架，在此基础上从底层将捕获系统分为不同模块，使用Verilog语言实现各模块功能。调用Modelsim仿真软件，通过仿真的方式判断待测设计的最终输出结果大于捕获门限，成功捕获到北斗三号 B1C 信号，实现了预期的功能。同时也验证了本文所优化的捕获算法方法在工程上是有效可行的，为后续研究提供了一定的基础。
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