高动态GPS信号捕获算法研究及仿真实现

发布时间：2017-06-05 10:38

  本文关键词：高动态GPS信号捕获算法研究及仿真实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：GPS是当前拥有客户最多的一款卫星导航定位系统，在卫星导航定位领域中占有重要位置。在高动态情形下，由于GPS接收机和卫星之间的高速相对运动，信号载频会引起较大的多普勒频移及变化率，影响了GPS信号的捕获准确率，信号的捕获是GPS接收机算法研究中较为关注的问题，本文以高动态环境下的GPS导航定位系统为研究对象，研究适合的GPS信号捕获算法，为进一步扩展GPS导航在高动态环境中的应用提供理论支撑。 本文针对高动态环境下信号的特点，论述了时域滑动相关算法和FFT快速捕获算法，从捕获时间和运算量上对两种算法对比分析，证明了FFT快速捕获算法更适合应用在高动态环境下。在FFT快速捕获算法理论基础上，对该算法进行了改进，，通过C/A码性能仿真验证了改进后算法的正确性。针对FPGA设计电路，本文研究了捕获电路逻辑设计方面的相关问题，完成了相关模块在FPGA上的实现方法，这些模块包括：时钟模块、载波模块、C/A码发生器模块、平均采样模块、复数乘法器模块、FFT/IFFT模块和峰值检测模块。为了节省FPGA资源降低成本，本文利用IP核简化FFT/IFFT模块，并通过使用加法器降低实数乘法器数量改进复数乘法器。本设计利用ISE仿真开发软件完成功能模块的开发任务，利用VHDL硬件描述语言实现捕获算法相关模块的功能。 本设计应用在高动态情况下，解决了多普勒效应对GPS信号造成的干扰，并简化了GPS信号捕获过程，减小了信号捕获的运算量，具有一定的实用性。高动态GPS信号捕获算法的研究，能够为我国导航系统相关领域提供参考，具有一定的现实意义和应用前景。
【关键词】：GPS 信号捕获 平均采样 FPGA
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 国内外的研究现状11-13
• 1.2.1 高动态 GPS 导航技术发展动态11-12
• 1.2.2 接收机研究现状12-13
• 1.3 主要研究内容13-14
• 第2章 GPS 系统及信号的理论基础14-20
• 2.1 GPS 系统简介14
• 2.2 GPS 信号结构14-18
• 2.2.1 载波15-16
• 2.2.2 C/A 码的相关特性和功率谱16-18
• 2.2.3 导航电文18
• 2.3 GPS 扩频通信的原理18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第3章 GPS 信号捕获算法改进20-34
• 3.1 C/A 码捕获方法概述20-21
• 3.2 时域滑动相关捕获法21-23
• 3.3 基于 FFT 快速捕获法23-28
• 3.3.1 基于 FFT 快速捕获算法原理23-24
• 3.3.2 对 FFT 快速捕获算法的改进24-26
• 3.3.3 两种算法性能比较26-28
• 3.4 快速捕获的参数设定28-33
• 3.4.1 捕获电文长度29
• 3.4.2 捕获的频率范围和步长29-31
• 3.4.3 捕获门限的设定31-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 GPS 信号捕获的 FPGA 设计34-56
• 4.1 FPGA 设计方法34
• 4.2 软件开发平台34-37
• 4.2.1 ISE 10.1 简介34-35
• 4.2.2 VHDL 语言简介35
• 4.2.3 IP 核介绍35-36
• 4.2.4 IP 核在设计中的作用36-37
• 4.3 FFT 快速捕获算法的电路设计37-38
• 4.4 捕获电路中各模块的设计38-55
• 4.4.1 时钟模块38-39
• 4.4.2 载波 NCO 模块39-43
• 4.4.3 平均采样模块43-45
• 4.4.4 C/A 码发生器45-47
• 4.4.5 改进的复数乘法器47-49
• 4.4.6 FFT/IFFT 模块49-53
• 4.4.7 峰值检测模块53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-60
• 攻读学位期间发表的学术论文60-61
• 致谢61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：423536