基于FPGA的微弱GPS信号捕获跟踪模块设计

发布时间：2017-06-21 08:15

  本文关键词：基于FPGA的微弱GPS信号捕获跟踪模块设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着GPS导航应用的不断普及,GPS导航接收技术也在不断发展进步。传统的GPS导航接收机在信号受遮挡的地区,如室内,深山密林中或是隧道内往往会因信号衰减大功率弱而无法正常完成导航定位工作。研制在微弱GPS信号条件下也能正常导航定位的接收机势在必行。而捕获和跟踪模块是导航接收机的关键模块之一,其性能决定了接收机对信号接收定位的能力。研制弱信号导航接收机的关键便是研究微弱GPS信号捕获跟踪模块。本文以Altera Cyclone4 FPGA作为实验平台,研究了GPS弱信号捕获跟踪的算法,并使用数字逻辑电路将算法予以实现。最后下载到FPGA上运行并在线验证。文中主要做了以下三个方面的工作：(1)首先对国内外GPS弱信号捕获跟踪技术的研究现状进行了分析。回顾了捕获跟踪技术的发展历程,比较了几种经典捕获跟踪算法的性能优劣。并对软件接收机及硬件接收机的实现优劣进行了分析。(2) 接着本文运用信号处理理论对GPS信号结构、特点以及微弱GPS信号进行了分析建模。在此基础上分析了GPS导航接收机的结构,针对弱信号接收需要克服的技术问题。并进一步研究了相应的弱信号捕获跟踪算法。本文采用了改进的PMF-FFT捕获算法,并利用Matlab对算法性能进行了验证。同时跟踪模块采用了卡尔曼滤波算法,并同样在Matlab上进行了算法性能验证。(3) 最后本文使用Verilog HDL在EDA工具上设计了捕获跟踪硬件模块。并对其中的一些关键电路设计,如载波NCO,码NCO,相关器,FFT单元,跟踪环鉴相器,环路滤波器等进行了详细阐述。使用仿真工具对电路系统进行了仿真,验证了设计的模块能够正常工作。
【关键词】：FPGA 弱信号 GPS 捕获跟踪
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN791;P228.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-9
• CONTENTS9-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状分析13-15
• 1.2.1 弱信号捕获算法研究现状13-14
• 1.2.2 弱信号跟踪算法研究现状14-15
• 1.3 本文主要工作及结构安排15-17
• 第二章 GPS信号特性与接收机结构17-24
• 2.1 GPS信号分析17-21
• 2.1.1 L1信号结构17-18
• 2.1.2 c/a码特性18-20
• 2.1.3 信道分析20-21
• 2.2 微弱GPS信号分析21
• 2.3 GPS导航接收机结构21-24
• 第三章 微弱GPS信号捕获算法研究24-36
• 3.1 传统捕获算法原理24-27
• 3.1.1 串行搜索捕获24-25
• 3.1.2 并行频率搜索捕获25-26
• 3.1.3 并行码相位搜索捕获26-27
• 3.2 弱信号捕获算法研究27-30
• 3.2.1 相干积分28-29
• 3.2.2 非相干积分29
• 3.2.3 差分相干29-30
• 3.3 基于PMF-FFT的弱信号捕获算法30-36
• 3.3.1匹配滤波器原理30-32
• 3.3.2 PMF-FFT 算法32-36
• 第四章 微弱GPS信号捕获的FPGA设计36-47
• 4.1 软硬件平台36-38
• 4.1.1 FPGA简介36-37
• 4.1.2 开发软件简介37-38
• 4.2 捕获模块电路设计38-47
• 4.2.1 乘法器设计39-40
• 4.2.2 加窗电路设计40
• 4.2.3 部分匹配滤波器设计40-41
• 4.2.4 FFT设计41-44
• 4.2.5 载波NCO及码NCO设计44-47
• 第五章 微弱GPS信号跟踪算法研究与FPGA实现47-56
• 5.1 GPS信号跟踪原理47
• 5.2 传统GPS信号跟踪算法47-51
• 5.2.1 载波跟踪环47-49
• 5.2.2 码跟踪环49-51
• 5.3 基于卡尔曼滤波器的弱信号跟踪算法51-53
• 5.4 跟踪算法的FPGA实现53-56
• 5.4.1 鉴相器模块53-54
• 5.4.2 环路滤波器模块54-55
• 5.4.3 载波环路55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-60
• 攻读学位期间发表的论文60-62
• 致谢6

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1 张业强;基于FPGA的微弱GPS信号捕获跟踪模块设计[D];广东工业大学;2015年

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本文编号：468034