基于SoC的高动态北斗信号捕获系统设计
摘要
随着中国北斗卫星导航系统(BeiDouNavigationSatelliteSystem,BDS)在全球范围
内服务，我国自主卫星导航接收机的相关研究蓬勃发展，以北斗导航系统为核心的导
航设备正在各个领域发挥着重要作用。随着中国未来的产业升级、智能城市、智慧农
业、智慧交通、智慧银行等智能化领域和军工产品的发展，高动态北斗导航接收机在
其中有着重要的作用，尤其是在军工领域。论文以北斗导航信号为研究对象，对高动
态环境下北斗信号捕获算法展开分析研究，并基于SoC(SystemonChip)芯片设计了北
斗导航接收机的捕获系统，本文主要研究工作如下：
首先，论文对北斗导航系统的组成和原理进行了分析，分析了北斗导航接收机组
成和工作原理，重点分析了北斗卫星导航系统星座分布和导航信号的结构特性，然后
分析了北斗导航接收机捕获原理，并研究了高动态环境对信号捕获的影响，为接下来
的课题设计打好基础。
其次，论文分析了北斗卫星信号捕获的本质，分析了四种基本的北斗导航信号捕
获算法，包括时域捕获算法、匹配滤波器捕获算法、频域捕获算法和基于匹配滤波器
与快速傅里叶变换相结合的捕获算法。从信号捕获的基本原理出发，通过研究以上四
种基本捕获算法，综合考虑捕获性能和硬件资源消耗两方面因素，选用基于匹配滤波
器与快速傅里叶变换相结合的捕获算法作为课题设计的基本捕获算法，并对该算法存
在扇贝损失和PMF(PartiallyMatchedFiltering)引起的峰值衰减两方面的问题采用输入
数据补零、加窗函数以及选择合理的PMF分段进行改善。然后分析了北斗导航接收机
的三种启动方式，针对无本地时钟快速启动的情况，论文提出了采用北斗导航系统同
步地球轨道（GeosynchronousEearthOrbit,GEO）卫星快速获取发射时间判断星历是否
有效的方法，解决了因没有本地时钟而无法快速启动的问题，加大了接收机热启动的
适用范围，进一步提高了捕获速度和启动速度。
然后，论文详细研究了实现北斗导航接收机捕获系统设计的总体框架和实现平台，
研究了采用MAX2771射频芯片进行射频前端设计和实现的过程，并对其射频配置进
行了分析。然后研究设计了捕获系统的基带处理部分，对捕获系统基带各个子模块进
行设计仿真，包括时钟模块、载波信号发生器模块、伪码信号使能模块、伪随机码发
生器模块、混频器模块、积分累加器模块、PMF-FFT模块和数据传输模块，最后对捕
获系统的总体实现进行研究设计，包括数据交互方式、跟踪通道设计、捕获控制模块
哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文
以及接收机顶层模块等。
最后，为了测试基于SoC的高动态北斗信号捕获系统性能，采用卫星信号模拟器
搭建了测试平台，对射频前端的设计进行验证，对接收机的卫星捕获速度、启动时间
和捕获灵敏度三个方面进行测试，测试结果表明基于SoC的高动态导航接收机捕获系
统设计在捕获性能和硬件资源利用率方面都满足了设计需求，具有较高的实用价值。
关键词：北斗导航接收机；SoC；高动态；信号捕获；PMF-FFT
基于SoC的高动态北斗信号捕获系统设计
Abstract
WithChinasBeiDouNavigationSatelliteSystem(BDS)inglobalservice,researchon
Chinasownsatellitenavigationreceiversisflourishingandnavigationequipmentwith
BeiDouNavigationSystemasitscoreisplayinganimportantroleinvariousfields.With
Chinasfutureindustrialupgrading,intelligentfieldssuchassmartcities,smartagriculture,
smarttransportation,smartbankingandmilitaryproducts,highlydynamicBeiD