本科毕业论文：伪码测距技术研究
基于伪码测距技术的无线定位系统设计与仿真
基于伪码测距技术的无线定位系统设计与仿真
汪夕琳;周亚丽;张佳
【期刊名称】《全球定位系统》
【年(卷),期】2018(43)5
【摘要】分析、研究了伪码测距技术的基本原理和基于伪码测距技术对空间中目标进行单点静态无线定位的实现方法,重点研究了载波分离与解调、伪码捕获与伪码跟踪等核心模块 .采用MATLAB对系统方案进行仿真,验证方案的合理性;在Modelsim软件中采用Veril‐og语言对伪随机序列的生成载波调制载波分离与解调以及伪码同步进行仿真 .根据系统功能,参考软件无线电的设计思想,设计了工作在2.4 GHz频段、基于伪码测距技术的无线定位系统硬件平台方案 .文中采用理论研究仿真与实际测试对伪码测距技术进行研究实现,采集记录了测试数据,并进行了分析,为后续的方案改进提供了数据参考 .
【总页数】7页(P84-90)
【作者】汪夕琳;周亚丽;张佳
【作者单位】哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】P228.4
【相关文献】
1.基于伪码测距的无线电高度表载波捕获跟踪研究 [J], 杜合金
2.基于测距的无线传感器网络定位系统 [J], 翟卫超;田玉平
3.基于TOF测距的无线定位系统瞬时故障分析及处理 [J], 王洪成;黄雄峰;秦元庆;周纯杰
4.基于无线测距模式的地铁列车精确定位系统研究 [J], 刘水平;杨寿智;杨吉钊
5.基于伪码相关技术的超声波-无线电定位系统 [J], 雷鸣雳;周功道;冯祖仁
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伪码测距中码跟踪环的FPGA实现
第31卷 第6期2008年12月电子器件Chinese J ournal Of Elect ron DevicesVol.31 No.6Dec.2008FPGA R ealization of Code T acking Loop in PN Code R anging 3PA N S hu 2g uo 3,A N Kang ,W A N G Qi ng(S chool of I nst rument Science and Engineering ,S out heast universit y ,N anj i ng 210096,China )Abstract :The design of code tracking loop is one of the key part of the PN code /carrier ranging system.The structure of code tracking loop is analyzed.The key parts of the code tracking loop ,NCO and loop filter ,are de 2signed by look 2up table and quadratic loop ,their corresponding circuits are presented.The simulation and test re 2sults on FPG A show that real time and exact PN code tracking is realized ,and PN code length is less than carrier period length.It has some reference value for the engineering practice of code tracking loop.K ey w ords :PN code ranging ;code tracking loop ;FP GA EEACC :7220;6330伪码测距中码跟踪环的FPGA 实现3潘树国3,安 康,王 庆(东南大学仪器科学与工程学院,210096)收稿日期:2008207222基金项目:国家科技支撑计划重点项目课题资助(2008BAJ 11B05);国家公益性行业基金资助(200811107)作者简介:潘树国(19752),男,吉林桦甸人,博士,东南大学讲师,主要从事导航定位技术教学及研究工作,p sg @ ;panshuguo @摘 要:码跟踪环的设计是伪码/载波相位联合测距系统的一个关键环节。
窄相关对伪码测距影响的研究
窄相关对伪码测距影响的研究
段召亮;赵胜;魏亮
【期刊名称】《无线电工程》
【年(卷),期】2009(039)011
【摘要】根据理论分析,相关间隔是影响伪码测距的重要因素.窄相关作为导航接收机研制过程中的主要技术手段,它可以抑制由热噪声带来的测量误差.通过对测量误差建立数学模型分析,得出了窄相关减小测量误差与信号双边前端带宽的关系.通过MATLAB仿真,验证了窄相关对测量误差的贡献是受信号双边前端带宽约束的结论.当信号双边前端带宽固定时,窄相关对测量误差的贡献固定.同时,给出了窄相关的实现条件.为窄相关在工程应用中的应用提供了理论依据.
【总页数】2页(P35-36)
【作者】段召亮;赵胜;魏亮
【作者单位】河北省卫星导航技术与装备工程技术研究中心,河北,石家庄,050081;河北省卫星导航技术与装备工程技术研究中心,河北,石家庄,050081;河北省卫星导航技术与装备工程技术研究中心,河北,石家庄,050081
【正文语种】中文
【中图分类】TN957.8
【相关文献】
1.伪码数字相关在超声波测距中的应用 [J], 樊秀云;袁嗣杰;张合敏
2.一种基于再生伪码测距的遥测信号测距方法 [J], 张美婷;邵庆军;刘洋
3.系统群时延特性对伪码测距影响的研究 [J], 耿虎军
4.利用多相关器的伪码测距多址干扰抑制算法性能分析 [J], 李井源;朱祥维;王飞雪
5.伪码测距雷达中的伪码跟踪环路设计 [J], 朱新国;崔嵬;吴嗣亮
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基于FPGA的伪码测距电路的设计与实现
钟信号 。
到显 著提高 。 Ｐ Ｆ ＧＡ 既具有 通用 计算 系统的灵活 性 ．
又有 专 用 处 理 系 统 的 性 能 ． 实 现 高 性 能 信 号 处 理 对
２ 伪 码 测距 原 理
系 统 采 用 转 发 式 二 次 伪 随 机 码 测 距 ， 主 控 站 即 发 射 的 随 机 测 距 信 号 经 用 户 站 转 发 后 再 与 本 地 码 进
系统 根据 前端 输 入数 据进 行码 的捕 获与 跟踪 ， 这 些 都 在 Ｆ Ｇ 逻 辑 运 算 控 制 部 分 实 现 。 部 分 是 Ｐ Ａ 该
系 统 的核 心
单片 机控 制部分 主要 实现数 据的计算 以及 』 机 、
的信 息 互 换 部 分 对 输 入 数 据 进 行 运 算 ， 该 以得 出 距
序 列 伪 码 的 自 相 关 函 数 的 示 意
图。
相 关 峰 可 以 被 用 来 测 量 两 个 Ｐ 序 列 之 间 的时 间 差 ， 此测 量 Ｎ 借 用 户 站 与 主 控 站 之 间 的 距 离 。 利 用 三 角 形 相关 峰 的 线 性 斜 边 ， 同 步 到 一 个码 片 宽 度 内之 后 ， 过 Ｐ 粗 通 Ｎ 码 跟 踪 环 可 实 现 码 片 内 的精 同 步
进 行 充 分 理 解 的 基 础 上 ， 合 炮 兵 某 数 字 测 距 定 位 结 系 统 的 实 现 ， 里 设 计 了 伪 码 的 测 距 电 路 ， 对 其 这 并 Ｆ ＣＡ 的 宴 现 进 行 了分 析 。 Ｐ， 系统 伪 码 涮 距 电 路 总 体 设 计 如 图 ｌ 示 所
伪码测距中精确估计测距误差的一种解决方案
Abstract: In ordinary sp read spectrum system s, the ranging p recision is not higher than a period of system′s clock. This paper introduces a scheme that uses GPS′S lead - leg discrim inator w ith normalized envelope and loop filter in these system s. After the analysis of the lag effect′s error of loop filter, the law is found and the error is estimated and compensated, thus to greatly imp rove the ranging p recision. Key words: Psudo code ranging; Ranging p recision; M ark of tim ing reference ; Lead - leg discrim inator w ith normalized envelop; Loop filter; Lag effect
A Solution to Prec isely Ca lcula te the Rang ing Error in Pseudo Code Rang ing System s
ZHAN G Y i, LU M ing - quan, L I Guo - dong,
伪码测距中处理速率对再生时钟抖动性能的影响
Ａｂ ｔａｃ ： ｈ ｒ ｃ ｎ ｅ ｏ ｍａ ｅ ｏ ｈ ｐ ｔａ ｋｎ ｏ ｐ ｓａ ｍｐ ｒａ ｔｄ ｔｒ ｎ ｎ ｆｒ ｎ ｉ ｇ ａ ｃ ｒ ｃ ｉ ｃｏ ｓ ｔｌｉ ｓｒ ｔ Ｔ ｅ ｔａ ｋｉｇ ｐ ｒ ｒ ｎｃ ｆｃ ｉ ｒ ｃ ｉｇ ｌｏ ｉ ｎ ｉ ｏ ｔｎ ｅｅ ｍｉａ ｔｏ ａ ｇｎ ｃ ｕ ａ ｙ ｎ ｍｉｒ —ａｅｌｅ ｆ ｔ
第 ３ 卷 第 ７期 １
２１ ０ ０年 ７月
宇 航 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｔ ｎ ｕｉｓ ｏ ｒａ ｆ ｒ ａ ｔ Ａｓ ｏ ｃ
Ｖபைடு நூலகம் ． １ Ｎｏ． １３ ７
Ｊ ｌ ｕｙ
２ １ ００
伪 码 测 距 中处 理 速 率 对 再 生 时钟 抖 动性 能 的 影 响
张 朝 杰 ，金 小 军 ，姜 建 文 ，杨 伟 君 ，金 仲 和
ｒｔ ｓ ｅ ｉｃｅ ｓ ｄ． ａｅ ｍｕ ｔｂ ｎ ｒａ ｅ
Ｋｅ ｒ ｓ ｓｕｏｒｎ ｏ ｏ ｅｒｎ ｎ ；Ｃ ｉ ａｋｎ ｏｐ；Ｐｏ ｅｓ ｇｒｔ ；Ｃｌｃ ｔ ｒ ｙ ｗｏｄ ：Ｐ ｅ ｄ—ａ ｄ ｍ ｃｄ ａ ｇ ｇ ｈｐｔ ｃｉｇｌｏ ｉ ｒ ｒｃ ｓｉ ａｅ ｎ ｏｋｊｔ ｉｅ
中 图分 类号 ：Ｖ ６ ５６ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ —３ ８ ２ １ ）７ １ ０ —５ ０ ０１ ２ ｆ ０ ０ ０ — ５ ０ ８
基于伪码锁相技术的高精度测距修正方法
基于伪码锁相技术的高精度测距修正方法沈小虎;吴伟;王翠莲【摘要】双向单程体制星间通信测距接收机中,基带负责通信测量的现场可编程门阵列(FPGA)工作时钟通常与外部时频单元送给接收机的10.23 MHz时钟是异步关系,这样会导致FPGA内部产生的测距时刻与10.23 MHz产生的测距时刻(即秒脉冲上升沿时刻)不完全同步,为了以时频单元输入的测距时刻为基准,需要对FPGA内部产生的测距时刻与时频单元产生的测距时刻进行同步处理.文章提出一种采用伪码锁相跟踪测量的测距修正方法,用FPGA的工作时钟去采样跟踪时频单元10.23 MHz时钟,最终输出测距时刻脉冲和相位差,其中测距时刻脉冲用于采样测距信号,而相位差则转换为时间差用于对测距结果进行修正.经理论分析、仿真及FPGA验证,结果表明:此方法可以实现两个异步时钟测距时刻的高精度同步,测量精度高可达皮秒量级,且实现简单,占用FPGA资源较少.【期刊名称】《航天器工程》【年(卷),期】2019(028)001【总页数】8页(P90-97)【关键词】双向单程;伪码锁相;延迟锁定环;数控振荡器【作者】沈小虎;吴伟;王翠莲【作者单位】北京空间飞行器总体设计部,北京 100094;北京空间飞行器总体设计部,北京 100094;北京空间飞行器总体设计部,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】TN851星间通信及距离测量是实现卫星组网编队飞行及自主定轨的关键技术。
测距精度直接影响自主定轨精度，最终影响终端用户的定位精度。
双向单程测距体制(DOW)要求发送端和接收端严格按照统一的时钟节拍进行信号的发送与接收，即要求发送端按照本星时频单元输出秒脉冲的上升沿发送测距信号，接收端按照本星时频单元输出秒脉冲的上升沿(秒脉冲上升沿即为测距时刻)采样测距信号，计算传播延时产生伪距测量。
但是由于测距接收机中跟踪测量FPGA的工作时钟与时频单元的时钟非同源，所以跟踪测量FPGA依据工作时钟计数形成的秒脉冲上升沿会早于或晚于时频单元秒脉冲的上升沿，又由于两个时钟的异步关系，也不可以用时频单元秒脉冲上升沿直接对测距信号进行采样(FPGA内部会产生亚稳态)，所以需要测量出这两个脉冲之间的时间差来对测距值进行修正。
伪随机码在连续波雷达测距中的应用
位。
一
测前方的威胁 ， 在夜间或能见度较差的环境条件
下 完成侦 察监 视 任 务 。本 文 论 述 的雷 达 采 用 连
续波体制 ， 这是因为连续波体制具有容易测速和 结构简单等优点 。但连续波雷达没有测距能力 ， 因此要在距离上分辫 目 ， 标 必须对连续波进行调 制， 从调制信号中获得距离信息 。而伪随机编码 就是调制信号之一 。伪随机二相编码信号连续 波 雷达体 制 是雷 达 的一 种 数 字 实现 方 式 。有 噪
维普资讯
第 ２期 ２０ ０ ７年 ６月
电
光
系
统
Ｎｏ ２ ．
Ｅｌｃｒ ｎ ｃ ａ ｄ Ｅ ｅ ｔｏｏ ｔ ａ ｙ ｔｍｓ ｅ ｔ ｉ ｎ ｌｃ ｒ — ｐｉ ｌＳ ｓｅ ｏ ｃ
Ｊ ｎ ．２ ０ ｕｅ ０ ７
伪 随 机 码 在 连 续 波 雷 达 测 距 中 的 应 用
＝
图 １ ｍ 序 列 伪 码 测 距 实施 框 图
代人 （ ）式递 推关 系 ： ２ （） ３ ① ， （ Ｆ ）
（ ）在每一个周期 Ｐ内， ２ 共有 ２ 个元素 的 游程 ， 中有一半 的长 度 为 １ 四分之 一 的长度 为 其 ，
精测位移编码控制字 ；
０ Ｈ；Ａ ０ Ｈ；Ｅ ３ Ｈ；６ １ Ｈ……粗 ｌ ２ Ｈ；Ａ ２ Ｈ；７ ０ Ｈ；Ａ 测位 移编码 控 制字 。
的距离响应主副瓣 比， 但对于近距离 内强干扰信
号仍不能消除距离副瓣 的影 响。因此该雷达用 于地面活 动 目标 侦察 时 ， 在 着 近 区干 扰 远 区的 存
＝
３ ０Ｈｚ一１ ２ ． ｋＨｚ
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伪码测距技术研究摘要：随着扩频通信技术的飞跃发展，其应用领域愈发广泛，这离不开它本身的优点，信号的功率谱密度低、相邻信道干扰小、保密性强且难以被截获、可实现码分多址等特点。
扩频通信中的伪码特有的测距能力——周期长，具有尖锐的自相关函数，采用CDMA技术可以实现对多个目标同时进行测控，而且可以大大提高测距的精度。
本文主要学习和研究了伪码测距在卫星测控系统中的理论基础和一些应用。
介绍了传统的测距方法：侧音测距，提出伪码测距的优越性，相应的介绍了其测距原理，和伪码的产生以及扩频通信的相关知识，学习了m序列的性质。
重点研究了伪码测距的快速捕获、同步、跟踪问题和测距精度的一些算法。
就误差分析中涉及到的多径效应中产生的时延扩展等问题进行了仿真，得出时延扩展越大，失真越严重，造成的误差值越大。
关键词：伪码测距；同步；捕获；跟踪；多径效应Research of pseudo-code ranging technologyAbstract:With the rapid development of spread spectrum communications technology, making their applications become more widely used, is inseparable from its own advantages, such as low power spectral density of the signal, a small adjacent channel interference, promises secrecy and difficult to be intercepted, can achieve code division multiple access and other features. The pseudo-code spread spectrum communication peculiar ranging capability - long period, having a sharp autocorrelation function, the CDMA techniques can be implement with several targets to be observed and controlled , and can greatly improve the accuracy of distance measurement. In this design, I have studied and researched the pseudo-code ranging theoretical foundation about the satellite monitoring system and some applications. What′more , A traditional method was introduced: side-tone ranging, which compared with pseudo-code ranging. Pseudo-code had it′s superiority. Relevantly, I introduced the ranging principle, some knowledge about the spread spectrum communications, and studied the properties of pseudo-code m. Focused on the rapid acquisition of pseudo-code ranging, synchronization, tracking problems and some algorithms of ranging accuracy. At last, some errors analysis was made , especially in delay spread problem about multipath effect and did some simulations. concluding that more delay spreading , more serious error caused by the distortion.Key words: Pseudo-code ranging; Acquisition; Synchronization; Tracking; Multipath effect目录1. 绪论 (1)1.1 课题建立的背景和意义 (1)1.2 研究现状 (1)2 .主要测距方法与相关性能比较 (3)2.1 距离估算 (3)2.2 侧音测距 (5)2.3 伪码测距 (6)2.3.1 伪码测距原理 (6)2.3.2 帧测距 (7)2.3.3 快捕码的产生（JPL码） (8)2.4 伪码调相测距 (10)2.4.1 调相测距工作原理 (10)2.4.2 m序列的主要性质介绍 (11)3 .伪码测距关键技术 (16)3.1 扩频通信理论 (16)3.1.1 扩频基础 (16)3.1.2 扩频通信系统模型 (17)3.1.3 扩频通信的主要性能指标 (17)3.2 扩频系统的伪随机码序列 (18)3.3 扩频测控系统信号设计 (19)3.4 扩频测距方案 (20)3.4.1 再生式伪码测距 (20)3.4.2 透明传输伪码测距 (21)3.5 扩频应答机的数字化 (21)3.5.1 短码捕获 (22)3.5.2 测距长码的同步 (23)3.6 测距方法的改进—双向测距法 (24)4. 伪码测距算法研究 (25)4.1 算法的简要系统描述 (25)4.2 锁相环基本原理 (25)4.3 数字延迟锁定跟踪环 (27)4.4 跟踪算法 (27)5. 伪码同步跟踪及快速捕获技术 (30)5.1 系统的同步问题 (30)5.1.1 粗同步（捕获） (30)5.1.2 细同步（跟踪） (33)5.2 伪码的捕获 (36)5.2.1 滑动相关捕获法 (37)5.2.2 匹配滤波捕获法 (38)5.3 伪随机码的跟踪 (39)5.3.1 伪随机码的同步跟踪原理 (39)5.3.2 常用跟踪环路 (40)5.4 伪码测距的误差分析 (40)5.4.1 应答机的测量误差 (41)5.4.2 多径效应及相应仿真 (41)5.4.3 码跟踪环随机抖动误差 (46)6. 伪码测距的应用 (47)6.1 时间同步 (47)6.2 故障检测 (47)结论 (49)附录一 (50)附录二 (51)附录三 (52)附录四 (53)参考文献 (57)致谢 (59)1 绪论1.1 课题建立的背景和意义扩展频谱通信系统是将基带信号（即信息）的频谱扩展至很宽的频带上，然后再进行传输的一种系统。
众所周知，扩频通信技术是建立在Claude E.Shannon的信息论基础上的，属于噪声通信，率先应用于国防军事中。
随着CDMA扩频技术在民用移动通信系统的不断深入，以及在卫星的深空通信、武器制导、GPS定位系统等国防军事系统。
上个世纪50年代，伍德华特发现：在雷达测距和测速中，采用近似白噪声的信号，其测量带来的误差最小，扩频技术的应用和发展由此拉开了帷幕。
相继之后，美国的麻省理工学院成功的研究了NOMSC系统（noise modulation and correlation system）后，就成为扩频通信研究发展的开端，从此，军事通信部门对军事方面的通信、卫星侦察、空间探测、导弹的制导等方面广泛应用扩频通信方式的研究就十分活跃了[1]。
随着通信技术，超大规模集成电路以及计算机科学技术的不断发展，以及扩频通信理论的不断深入和研究，扩频技术已经不断的从军事向民用成熟起来，目前应用广泛的3G技术以及现在的LTE（也就是4G）[2]，取代了以前的2G，成为当代通信的核心内容。
再向军事和卫星测控方面的导航和定位，扩频测距的引入，为全球提供的民用定位和精确定位服务，无论是在生活上，还是经济上，甚至是军事上都产生了重大影响。
传统的统一载波测控体制只能对单一目标进行定位，不易实现多个目标的同时定位，而由于扩频系统的诸多优点，扩频系统的多址性，可以很容易地实现对多个目标同时进行定位。
不仅提高了效率，同时，在测距和定位的精度上也有了一定的突破。
本论文正是基于扩频系统的这些优点，对伪码测距方法和关键技术进行了研究。
分析比较了伪码测距技术与传统测距技术的优劣，以及伪码测距在实际生活中的应用。
1.2 研究现状苏联的第一颗人造卫星的成功入轨，标志着人类的空间探索技术迎来了另一个春天。
各大航天大国也争先恐后的将卫星成功送入太空。
第一代卫星导航系统——美国海军导航定位系统（NNSS），又被称为子午仪系统。
相继，民用的卫星导航系统也由欧洲空间局提出。
Navsat （卫星导航计划），美国的GPS系统，全天候无源定位，就是利用了扩频测距原理，定位精度高，速度快。
它属于被动式的卫星导航系统，用户无需发射请求信号即可定位。
鉴于其优点，各大国径向争逐，围绕GPS的干扰和反干扰特性、信号的快速捕获和快速跟踪等方面进行广泛的研究。
卫星测控系统可以分为两种：第一，卫星间的互相测量，地面上只需要少许的定位支持，卫星自主校正定位。
第二，依靠地面的测量控制设备对卫星进行定位，然后将定位数据传输给卫星，使卫星知道自己所处的位置。
目览世界航天大国的科技成果，我国在不依靠国外的卫星来跟踪定位的话，仍只能依靠地面的基站来实现卫星定位，而由于基站数目和地域的限制，不能进行全球性的定位，存在一定的缺点和局限性，主要采用侧音测距，其应用技术还不广泛，所以，对伪码测距、卫星定位研究的有着重要的意义。
值得肯定的是，随着近年来神九神十的发射，标志着中国已经足够掌握了空间的对接技术。
这也意味着我国对于定位和精度的测量有了卓越的进步和发展。
本文对伪码测距进行了一定的理论研究。
着重针对伪码的捕获和算法进行学习和研究。
2 主要测距方法与相关性能比较本章主要介绍了测距相应的理论基础，主要有卫星测控系统中传统的侧音测距、伪码测距、侦测距等测距方法，对用于伪码测距中的复合码JPL 码的产生原理等作了相应的研究。
2.1 距离估算测距原理：测距系统发射机发射一个测距信号，经过传输后，接收机接收测距回波信号，当然期间此信号会受到一定噪声的干扰和时延等带来的误差，那么之间会造成相对时延τ，可以利用时延来计算出距离r ： 2τc r =(2-1) 其中c 为光速。