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Galileo卫星导航系统是由欧盟主导并有多个国家参与的全球卫星导航定位系统,它具有定位精度高、覆盖面广、服务内容多、全民用等优点。未来的Galileo导航系统用户接收机应能同时接收和处理多种射频信号(如Galileo导航信号,GPS导航信号和3G定位信号等)来实现组合导航,进一步提高定位的覆盖范围和精度。这就对接收机射频前端的灵活性、通用性和可扩展性等性能提出了较高的要求,使用软件接收机的思想进行射频前端的研究是比较适应当前技术发展和导航定位要求的研究方法。本文将主要从软件接收机的角度来研究和软件仿真接收机射频前端的功能。
本文首先详细介绍了Galileo卫星导航系统的基本概况和主要特点,给出了Galileo卫星导航信号的结构和构成方式。然后,着重分析了在Galileo导航信号方案中广泛采用的新型调制信号--BOC信号的基本概念、频谱特点和优点。随后分析了理想软件接收机对其射频前端的要求和射频前端的主要构成模块。
接收机射频前端输出的数字信号的数据量较高,为了降低后续数字信号处理的计算量,论文介绍了多速率信号处理的基本理论,主要讨论了信号抽取、内插运算的实现结构,推导了运算前后信号频谱的关系。随后介绍了滤波器的多级(Multistage)实现结构、滤波器的多相(Polyphase)处理结构等技术,并对上述滤波器的特性进行了仿真。
本论文的重点是对理想软件接收机射频前端主要功能模块的设计和仿真,包含射频组合信号的直接带通采样实现和采样后的信号多速率处理设计。文中提出了实现非失真组合信号带通采样的采样率选择标准,确定采用迭代的方法实现最佳采样率的求解,详细推倒-了迭代步长的计算公式,并给出了算法实现的流程图。随后对由Galileo E1频段的BOC(1,1)信号和WCDMA下行信号构成的组合信号进行带通采样,得到位于中频的组合信号,并利用多速率信号处理理论设计了两种多速率滤波器结构——插值FIR滤波器结构和抽取一内插滤波器结构对采样后的中频信号进行处理,以分离出Galileo系统的BOC信号,同时仿真分析了滤波器实现结构的特点、滤波后得到的信号和两种实现结构的计算量差异。