高动态环境下GPS信号跟踪算法研究及基带IP核设计

发布时间：2017-10-19 13:12

  本文关键词：高动态环境下GPS信号跟踪算法研究及基带IP核设计

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【摘要】：GPS定位系统现已成为生活服务、国家安全和军事建设不可缺少的一部分。随着GPS技术不断地发展,人们对GPS接收机的性能要求不断地提高,提供高精确和稳定的导航定位服务是GPS系统研究迫切解决的问题。高动态环境作为GPS系统在军事中应用的一种常见场景,在GPS接收机运行过程中会造成较大的多普勒频率,这将导致GPS接收机容易失锁,无法稳定地跟踪。本文对高动态GPS跟踪算法进行研究和改进,并硬件实现GPS基带处理器,对GPS技术应用发展有重要的意义。本文重点对适用于高动态环境的GPS跟踪技术进行研究。研究GPS信号的基本结构,并设计一个高动态GPS中频信号源,可以模拟出典型的高动态信号模型;分析传统的GPS跟踪环路原理,包括载波跟踪环和伪码跟踪环。分析在高动态环境下动态应力对传统跟踪环的影响,在此基础上提出一种基于最大似然估计的高动态GPS跟踪算法,该算法可以在高动态环境下稳定地跟踪,同时采用两步逼近方法和插值法减少算法的运算量和提高跟踪精度。最后在Xilinx平台上利用Verilog语言设计了GPS基带处理器,实现对GPS中频信号的捕获和跟踪,并输出GPS信号中的导航电文信息,捕获模块和跟踪模块都采用相关器来实现,可减少硬件设计资源。每个跟踪通道都采用相同的环路结构设计,采用Xilinx平台中的CORDIC算法(IP核)来统一实现载波鉴别器和伪码鉴别器,环路滤波器则采用二阶数字滤波器滤除误差信号中的噪声。FPGA时序仿真验证表明,本文设计的GPS基带IP核能实现对GPS信号的捕获和跟踪,有较强的实用性。
【关键词】：GPS接收机 信号源 信号跟踪 高动态 最大似然估计 基带IP核 FPGA实现
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 第一章 绪论6-10
• 1.1 研究背景与意义6-7
• 1.2 国内外研究现状7-8
• 1.3 论文研究内容及章节安排8-10
• 第二章 GPS卫星信号与高动态GPS中频信号源研究10-19
• 2.1 GPS卫星信号结构与特性10-14
• 2.2 高动态GPS中频信号源仿真实现14-17
• 2.3 GPS接收机结构17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 第三章 GPS信号跟踪算法研究19-28
• 3.1 锁相环的基本原理19-21
• 3.2 载波跟踪环21-25
• 3.3 伪码跟踪环25-26
• 3.4 GPS信号跟踪环26-27
• 3.5 本章小结27-28
• 第四章 高动态GPS接收机跟踪方案设计28-38
• 4.1 传统锁相环对动态应力的局限性28-29
• 4.2 最大似然估计算法（MLE）29-31
• 4.3 基于最大似然估计的高动态跟踪环31-33
• 4.4 基于两步逼近方法和插值法的最大似然估计方法33-35
• 4.5 仿真结果分析35-37
• 4.6 本章小结37-38
• 第五章 基于FPGA的GPS基带IP核的研究与实现38-54
• 5.1 FPGA开发环境38-39
• 5.2 GPS基带处理器系统设计架构39-40
• 5.3 中频数据输入模块40-41
• 5.4 相关器各模块设计41-51
• 5.5 峰值检测模块51-52
• 5.6 系统综合仿真52-53
• 5.7 本章小结53-54
• 第六章 总结与展望54-56
• 参考文献56-58
• 硕士期间发表的学术论文58-59
• 致谢59

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本文编号：1061283