GNSS/BDS高性能射频/中频信号处理关键技术实现

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当前GNSS(Global Navigation Satellite System)系统飞速发展,广泛应用到了各行各业中,比如交通、个人电子、军用等。但是GNSS接收处理系统比较复杂,组成部件较多,跨越众多领域,在研究中对众多功能进行统筹是极为困难,因此限制了GNSS接收处理系统的性能。为了提升GNSS导航应用的性能,需要对GNSS射频,中频信号处理关键技术进行突破,比如天线的设计,射频前端设计,GNSS中频信号的采集系统设计,数字基带捕获跟踪处理等。当前北斗三号卫星系统已全面组网成功,但是国内外大部分北斗卫星系统接收机只支持北斗二号系统信号,无法对北斗三号系统的各频点信号进行捕获跟踪处理。除此之外,目前的射频采集设备大多数不具备射频抗干扰功能,带外信号的抑制能力差,且射频通道输出三阶交调点OIP3(Output 3rd order intercept point)和三阶互调失真IMD3(Third Order Intermodulation)指标普遍偏低,干扰信号极有可能通过天线进入射频系统,进而影响到基带的捕获跟踪与定位处理。特定抗干扰射频一般用于军事且体积功耗较高,难以适用于民用高精度定位中。特别是在城市应用场景中,无线信号比较复杂,存在的干扰并不是定向的强信号,需要对小型化低功耗且具备一定抗干扰功能的射频前端进行进一步研究、提高。本文创新性工作在于:1.发现并验证了在30vol%陶瓷填充下的PPO/MTCLT衬底具有致密的微观结构和均匀的填料分布,且介电损耗更低,用于微带天线设计,可以实现微带天线的低损耗,小型化与良好的力学热学特性。2.提出了导航系统时钟的新型谐波抑制方法,针对参考钟容易出现谐波并缺少处理的问题,从原理上进行分析,并设计了优化电路,在小体积电路布局的条件下实现了高谐波抑制的效果,增强了导航信号定位结果的载噪比。3.提出了LWIP高速双向中频信号采集机制,实现了中频信号高速采集,解决了多通道并行采集及配置,多终端平台兼容适用的难题。本文系统性地实现并验证了多系统多频点信号的射频,中频处理,在工程实现及验证方面提出并设计了:1.在天线端,设计了基于PPO/MCTLT高性能复合材料的圆极化双馈叠层微带天线,该天线可以接收GPS L1频段和BDS B1,B3频段的卫星信号;2.在射频前端,设计了低噪声、低功耗、高线性的天线射频端,并设计了适用于多场景的射频下变频混频链路,满足高性能导航信号带宽需求的同时又具备一定的抗干扰能力,具备在城市复杂环境下的一定射频抗干扰能力;3.在中频信号采集方面,使用ZYNQ平台,实现了中频数据高速采集及数据配置;4.在数字基带处理方面,使用X64平台,对GPS L1 C/A和BDS B1C,B3I信号进行捕获跟踪处理,同时验证了系统的性能。
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