基于软件无线电的伪卫星通用开发与验证平台的设计

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伪卫星是一种能发射类GPS/BDS信号的地面无线导航设备,能有效弥补GNSS系统在室内等复杂遮蔽环境信号弱、定位精度差的缺陷,可辅助GNSS系统用于提高定位精度,也可搭建伪卫星独立组网,实现室内外等特殊环境的导航定位。一般的伪卫星设备只单纯实现导航信号发射、接收,其接口少、扩展性差,仅限于单纯应用环节,大大限制了伪卫星相关技术与算法的设计和验证等研究工作的开展,也不能很好辅助多元化的GNSS系统的进一步研究。为了解决此类问题,本文基于软件无线电设计思想,采用成熟的软硬件技术,完成伪卫星通用开发与验证平台的设计与实现,并完成伪卫星发射机和接收机的设计验证工作。在统一通用的软硬件平台上,通过软件程序的设计来实现不同信号体制的伪卫星信号的发射或接收功能,为各种制式、各种类型的伪卫星设备的产品设计、工程开发、算法验证提供了一种通用的软硬件平台,有利于相关研究工作的开展。首先,以常规的伪卫星信号体制及系统结构为基础,分析伪卫星通用开发与验证平台的基本功能及设计原则,完成通用平台的总体技术方案的设计。确定数字基带板以DSP、FPGA为核心处理器,射频前端选用高集成的LMS6002D模块,并完成器件的选型及通信、时钟等硬件电路设计。其次,采用GPS信号体制,在该平台上完成GPS伪卫星发射机的软件设计与验证。按照GPS伪卫星信号体制及发射机技术要求,完成伪卫星发射软件方案的设计。按照发射机技术方案要求,在FPGA上完成GPS基带逻辑设计以及射频前端发射通道的参数配置软件设计与验证,并对本振泄漏进行校正设计。引入几何精度因子,分析研究伪卫星软件发射机的布局方案,为发射机布局组网提供依据。然后,采用GPS信号体制,在该平台上完成GPS伪卫星接收机的软件设计与验证。按照GPS伪卫星信号体制及接收机技术要求,完成伪卫星接收软件方案及近线性AGC信号处理方案设计。按照接收机设计方案要求,在FPGA上对射频前端接收通道完成参数配置、直流抑制、AGC等软件的设计,同时选用合适的信号捕获、跟踪以及观测数据采集算法,在DSP+FPGA上,采用协同工作方式,完成信号捕获、跟踪、同步及解扩和数据采集等软件设计与验证。最后,对伪卫星通用开发与验证平台进行软硬件综合测试,包括基带与LMS6002D的通信配置,发射机设计时扩频信号、射频输出信号的频谱特性,及接收机设计时AGC模块、捕获、跟踪及同步和数据采集等功能与性能测试。测试结果验证了通用伪卫星系统开发验证平台设计的正确性和可行性,达到设计目标的要求。
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