本科通信论文提纲

论文题目：基于Matlab/STK的GPS/BDS双模卫星导航实验系统设计与实现

摘要：卫星导航系统在无人驾驶、农机导航、灾害监测、公共交通和救援等领域得到广泛应用,在军民用都已经形成庞大的产业链。随着我国自主研发的北斗三号卫星导航系统的逐步建成,卫星导航及其应用已经成为相应领域的研究热点。同时,部分理论和技术已经成熟并成为范式,在一些高校的通信工程本科专业,卫星导航已经成为一门专业课程。该课程具有理论与实践紧密结合,理论抽象,公式推导复杂,计算量大,初学者难以上手等特点。而在课程实际教学过程中通常受到实验硬件条件有限、教学课时不足等因素的影响,学生无法通过实验实操获得感知理解相应技术的机会,造成学生知识掌握不够深刻,最终使教学效果大打折扣。针对这一现状,本文以Matlab和STK（Satellite Tool Kit）为工具,以原理展示性强、操作简单、交互灵活、层次递进为实验构造理念,结合基础性理论知识的特点和初始阶段学生需要掌握的知识框架进行实验设计。最终,本文以纯软件的形式,实现了一系列具有很强课程重点难点知识典型性和实践性的GPS（Global Positioning System）/BDS（BeiDou Navigation Satellite System）双模卫星导航实验,适用于卫星导航课程的实验教学:（1）从卫星信号传输原理的角度设立扩频通信仿真实验,产生了m序列、gold序列、正交gold序列三种扩频码,展示分析了三种扩频码的自互相关特性,对整个扩频通信过程中的调制信息产生、扩频、调制、解调、解扩进行了逐步演示;（2）从卫星信号生成与传输原理的角度设立GPS C/A码仿真实验,生成了模拟导航电文、C/A码、L1载波,以及相应的扩频、调制、加入噪声等过程;（3）从卫星信号生成与传输原理的角度设立BDS伪随机码仿真实验,实现了生成导航电文、产生伪随机码、扩频调制、产生载波、载波调制、加高斯白噪声等过程;（4）从卫星信号接收原理的角度设立GPS C/A码捕获实验,对传统捕获法和并行码相位搜索法进行了仿真验证,直观显示捕获结果,对这两种算法分别在捕获时长、载波频率、码相位和多普勒频移等方面进行对比分析;（5）将全体GPS导航卫星视为一个整体,设立GPS星座仿真实验,对GPS星座进行仿真,设计了导航星座的可视化仿真平台,建立了星座场景,并对GPS导航星座的可见性、精度因子,针对单一目标或区域的覆盖性等特性进行分析;（6）将全体BDS导航卫星视作一个整体,设立BDS星座仿真实验,对BDS星座进行仿真,设计了导航星座的可视化仿真平台,建立了星座场景,并对BDS导航星座的可见性、精度因子,针对单一目标或区域的覆盖性等特性进行分析。这一系列实验涵盖了卫星导航信号的产生、传输、接收过程和卫星导航系统的导航星座,将理论知识由浅入深地系统组合起来。通过测试,各实验过程均能够正确运行、实现。纯软件的实验形式也极大地降低了实验成本,有利于卫星导航课程实验的普及。教学中师生操作仿真实验平台进行实验,可以自设初始条件、修改变量参数,随时查看系统中的输入输出图形,获取相关结果以及各种性能指标,在操作中使抽象的理论知识具体化。这使学生们获得了直观的感受,激发了学生学习的兴趣和动力,达到了本课程实验的目的。

关键词：GPS;BDS;仿真实验;实验教学;卫星导航

学科专业：电子与通信工程（专业学位）

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 主要研究工作

1.4 本文章节安排

第2章 实验总体设计

2.1 实验设计原则

2.2 实验结构设计

2.3 实验安排

2.4 实验平台设计

2.5 本章小结

第3章 卫星导航基础实验

3.1 扩频通信仿真实验

3.1.1 扩频通信原理

3.1.2 扩频通信系统结构

3.1.3 扩频码及其实现

3.1.4 实验界面与功能

3.1.5 结果分析

3.2 GPSC/A码仿真实验

3.2.1 GPS信号组成

3.2.2 C/A码产生原理及实现

3.2.3 L1载波与信道噪声产生

3.2.4 实验界面与功能

3.2.5 结果分析

3.3 BDS伪随机码仿真实验

3.3.1 BDS信号组成

3.3.2 BDS伪随机码生成

3.3.3 实验界面与功能

3.3.4 结果分析

3.4 本章小结

第4章 GPSC/A码捕获实验

4.1 GPS卫星信号捕获的考虑

4.2 GPS卫星信号的捕获方法

4.2.1 传统捕获法

4.2.2 并行码相位搜索法

4.3 实验界面与功能

4.4 操作演示与结果分析

4.5 本章小结

第5章 导航星座仿真实验

5.1 导航卫星星座

5.1.1 卫星轨道参数

5.1.2 卫星星座分类

5.1.3 卫星可见性

5.1.4 精度因子

5.1.5 卫星覆盖性

5.2 GPS星座仿真实验

5.2.1 GPS星座简介

5.2.2 Matlab与 STK互联设置

5.2.3 实验界面与功能

5.2.4 操作流程与结果分析

5.3 BDS星座仿真实验

5.3.1 BDS导航星座

5.3.2 实验界面与功能

5.3.3 操作流程与结果分析

5.4 本章小结

第6章 总结和展望

6.1 工作总结

6.2 未来展望

参考文献

致谢