导航接收机射频通道设计及其特性拟合技术研究-毕业论文

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1、导航接收机射频通道设计及其特性拟合技术研究文献综述自20世纪70年代，美国GPS全球卫星导航定位系统诞生以来，人们在日常生活中越来越多的品尝到卫星导航定位技术所带来的便捷，从简单的车辆船舶等交通系统，到气象、海洋、灾害预报、通信、勘探测绘等特殊行业，导航定位系统都为之提供高效的导航定位服务。目前，全球性的卫星导航系统包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS，以及正在建设当中的欧洲的Galileo和我国的北斗二号即Compass系统；区域性的卫星导航系统或卫星导航增强系统包括美国的WAAS、欧洲的EGNOS、我国的北斗一号、日本的MSAS和QZS

2、S、印度的GAGAN和IRNSS系统，等等[1][2][3][4]。1导航接收机阵列天线与通道卫星导航系统通常由三部分组成：空间段、控制段和用户段[1]。空间段即卫星星座，根据卫星轨道高度不同可分为地球同步轨道（GEO）、地球中轨道（MEO）和倾斜同步轨道（IGSO）卫星等，主要用于向用户播发测距信号和数据电文；控制段包括主控站、监测站和注入站，主要完成对空间卫星的跟踪和维护，监测卫星的健康状况和信号的完好性，更新卫星的时钟校正量以及星历等信息；用户段包括各种军用和民用用户设备，主要对卫星信号进行接收处理，根据不同的用户需求完成定位、导航或授时

3、等功能。以北斗一代导航卫星的工作流程为例，说明卫星导航的过程。首先卫星在接收到地面中心控制系统发送的问询信号后，会利用其转发器向服务区内的用户进行广播，而用户接收到广播后响应其中某一颗卫星的问询信号，向两颗卫星同时发送响应信号，信号再经卫星的转发回地面中心控制系统。接下来，地面中心控制系统将会根据用户申请的服务内容，对接收到的信号进行相应的数据处理。以定位申请为例，地面中心控制系统事先在计算机内的数字化地形图中存储了用户的高程值以供查询，即可以得到用户处于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。同时，地面中心控制系统将计算出接收到的两个相应信号的时

4、间延迟，由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是己知的,因此由计算出来的两个延迟量可以算出用户到两颗卫星距离之和，以及用户到第一颗卫星的距离，从而得到用户位于一个以两颗卫星为焦点的椭球面和以第一颗卫星为球心的球面之间的交线上。这样,地面中心控制系统既可以最终计算出用户所在点的三维坐标，将这个坐标经加密后发送给用户。最终流程可以简化为一个简单的无线通信系统，如图11所示。图11一般的无线通信系统无线通信系统中，射频前端电路主要完成对射频信号的处理，而基带处理部分完成基带信号的处理。无线通信系统工作在发送状态时，基带处理部分将信息进行编码、DA转

5、换，之后主要由射频电路组成的发射机通过调制上变频等方式，将基带处理后的信号变换为适合在频带内传输的形式发射到信道中；工作在接收状态时，射频前端通过对特定频段的信号进行选取、滤波、放大等方式，提高信号的幅度和信噪比，下变频、AD转换之后，使之成为满足基带处理部分要求的信号。可见，射频前端是无线通信系统中最为关键的组成部分。在无线接收机所有组成部分中，射频前端位于整个接收机系统的最前端，同时也是最为关键的组成部分。为了在基带处理部分实现对基带信号所包含信息的处理，首先就必须对空气中的无线电信号进行接收，然而这些信号往往是十分微弱的，同时还可能存在

6、邻近信道的噪声干扰以及由于传播路径不同所产生的多径效应等等。以GPS为例，卫星距离地球表面两万公里以上，地面接收机收到的卫星信号功率大约为10-16W[4]，很容易受到各种射频干扰的影响，导航接收机处于严重的环境干扰中。下表总结了各种射频干扰类型以及潜在的干扰源。表11射频干扰的类型和潜在的干扰源[1]干扰类型潜在干扰源宽带——带限高斯故意的匹配带宽的噪声干扰机宽带——相位/频率调制使导航接收机前端滤波器过载的电视发射机谐波或邻近频段的微波链路发射机宽带——匹配频谱故意的匹配频谱的干扰机、欺骗机或者附近的伪卫星宽带——脉冲雷达或超宽带（UWB

7、）等脉冲发射机窄带——相位/频率调制故意的线性调频脉冲干扰机，或来自调幅无线电台、民用波段电台或业余无线电台的谐波窄带——连续扫频波故意的扫频连续波干扰机或者调频电台发射机的谐波窄带——连续波故意的连续波干扰机或者邻近频段的未调制发射机的载波在实际接收环境中，来自卫星的信号在传播过程中经常受到天线附近环境中反射物（建筑物、地面和水面等）的作用而产生多径信号[12]，如图12所示。图12多径信号的产生由于反射信号经过的路径总是比直达信号更长，因而相对于直达信号而言多径的到达是有延迟的。当多径延迟较大（例如对于BPSK调制信号，大于扩频码符号周

8、期的两倍）时，只要接收机跟踪到了直达信号（总是比任何多径提早到达）那么可解的多径对接收机性能的影响就不大。然而，由附近甚至远处物体反射的多径可能比直达