GPS接收机架构设计及FPGA实现

发布时间：2017-07-04 11:04

  本文关键词：GPS接收机架构设计及FPGA实现

  更多相关文章： 全球定位系统接收机 捕获 跟踪 硬件架构 现场可编程逻辑阵列实现

【摘要】：GPS(Global Positioning System)系统是目前使用最广泛的全球定位系统,在导航,测绘,通信等领域有着广泛的应用。GPS系统包括空间卫星,地面监控站和GPS接收机,本文主要对GPS接收机进行研究和设计,重点研究接收机的基带处理部分(包括捕获和跟踪),并用FPGA实现。捕获是对所有或部分卫星进行多普勒频偏和C/A码相位的二维搜索过程。本设计采用并行码相位空间搜索捕获算法,为了提高捕获的灵敏度,使用10ms相干积分和10次非相干积分,并对长时间积分带来的码偏移做了补偿。在硬件实现方面,我们采用了改进型并行码相位搜索架构,通过对接收信号频域的平移使多普勒频偏搜索部分并行化,大大缩短了捕获时间,完成32颗卫星的盲搜索时间为1.17秒,特定8颗卫星的搜索时间为0.5秒。跟踪是对捕获到的卫星进行更精确的频偏和码相位的同步,并保持持续的跟踪。跟踪模块主要由载波环(也称锁相环)和码环(也称延迟锁定环)组成,为了提高跟踪模块的灵敏度,本文引入了牵引和稳定两种跟踪状态,牵引状态采用1ms相干积分,50Hz载波环带宽和8Hz码环带宽,具有高的动态性,可以在牵引状态下完成捕获的剩余频偏和C/A码相位差的纠正,并找到导航数据跳变的位置(位同步)。稳定状态采用10ms相干积分,25Hz载波环带宽和2Hz码环带宽,具有很强的抗噪性能,可以用来完成后续的持续跟踪任务。最后,我们对所设计的GPS接收机进行了实际测试,得到平均冷启动时间为28.57秒,热启动时间为1.5秒,定位圆概率误差(CEP)为6.5米,捕获灵敏度为-143dBm,跟踪灵敏度为-150dBm,与商用GPS芯片SIRFstar III具有一定的可比性,甚至在冷启动时间和捕获灵敏度上超越了SIRFstar III。
【关键词】：全球定位系统接收机 捕获 跟踪 硬件架构 现场可编程逻辑阵列实现
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 缩略词表13-14
• 第一章 绪论14-17
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 国内外研究现状15-16
• 1.3 本文结构安排16-17
• 第二章 GPS基本原理17-26
• 2.1 GPS信号结构17-20
• 2.1.1 载波信号17
• 2.1.2 伪随机码17-18
• 2.1.3 导航数据18-20
• 2.2 GPS接收机结构20-25
• 2.2.1 射频前端20-21
• 2.2.2 基带处理21-22
• 2.2.3 位置解算22-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 GPS接收机基带算法26-46
• 3.1 捕获26-38
• 3.1.1 基本捕获方法26-28
• 3.1.2 弱信号的捕获28-38
• 3.1.2.1 最大峰均比检测算法29-35
• 3.1.2.2 码偏移补偿35-37
• 3.1.2.3 频率搜索步长37-38
• 3.2 跟踪38-45
• 3.2.1 基本跟踪方法38-43
• 3.2.1.1 载波跟踪环39-41
• 3.2.1.2 码跟踪环41-43
• 3.2.2 弱信号的跟踪43-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第四章 GPS接收机硬件架构设计46-65
• 4.1 射频前端46-47
• 4.2 基带处理47-63
• 4.2.1 捕获模块硬件架构47-53
• 4.2.2 跟踪模块硬件架构53-60
• 4.2.3 顶层模块硬件架构60-63
• 4.3 位置解算63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 GPS接收机的实现和验证65-72
• 5.1 实现结果65-67
• 5.1.1 FPGA实现结果65-66
• 5.1.2 PC端软件66-67
• 5.2 测试与验证67-71
• 5.2.1 CEP测试67-69
• 5.2.2 启动时间测试69-70
• 5.2.3 灵敏度测试70
• 5.2.4 性能总结70-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第六章 总结与展望72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-76
• 个人简介76-77
• 攻读硕士期间的研究成果77-78
• 附件78-80

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 谢军辉;卫星云图接收机的常见故障与检修(上)[J];气象;1981年10期

2 林雯华,庄婉如;单片集成接收机的研究与发展[J];激光与红外;1990年05期

3 任钟冬;新一代气象警报接收机简介[J];山东气象;2001年04期

4 金晶;;某星载SAR接收机结构简述[J];科技资讯;2012年09期

5 贺荣,徐筱麟;多天线分集Rake MMSE接收机的抗单音干扰性能分析[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2004年03期

6 鲁业频;试论现代电视接收机结构之基本特征[J];上海师范大学学报(自然科学版);1996年02期

7 王忠;黄跃;林君;吕国印;冯晓兰;;高速、大动态范围瞬变电磁接收机的研制[J];仪器仪表学报;2006年04期

8 马伟朕;;基于超宽带脉冲的脉冲锁相环接收机的研究[J];大众科技;2009年05期

9 陈勖;李尔园;;GPS接收机工作原理及发展现状[J];全球定位系统;2010年06期

10 胡鹏;杨亮;胡少斌;刘朝阳;;核磁共振波谱仪接收机的设计与实现[J];波谱学杂志;2011年01期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 袁凤国;岳光荣;李少谦;;基于去噪声的TR-UWB接收机[A];2006通信理论与技术新进展——第十一届全国青年通信学术会议论文集[C];2006年

2 牟飞燕;鲍景富;;接收机阻抗失配情况下的噪声系数分析[A];四川省通信学会2011年学术年会论文集[C];2011年

3 陈长英;刘人杰;杜龙安;;交叠变换域自适应扩频接收机的研究[A];现代通信理论与信号处理进展——2003年通信理论与信号处理年会论文集[C];2003年

4 张巧玲;蒋雨轩;王铁峰;;关于数字化接收机的设计方案[A];创新驱动，加快战略性新兴产业发展——吉林省第七届科学技术学术年会论文集（上）[C];2012年

5 汪雪松;寇艳红;;基于DSP+FPGA的GNSS接收机基带信号处理平台[A];全国第一届嵌入式技术联合学术会议论文集[C];2006年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 李科;空间光通信系统中量子接收机的设计与分析[D];中国科学技术大学;2014年

2 李娟;应用于短距离器件的带片上自校准技术接收机的研究与实现[D];复旦大学;2009年

3 蔡凡;卫星定时接收机的关键技术研究[D];中国科学院研究生院（上海天文台）;2007年

4 尹勇;基于IR-UWB安全通信接收机结构与算法理论研究[D];中国科学技术大学;2006年

5 王尔申;GPS接收机及其应用的关键技术研究[D];大连海事大学;2009年

6 彭浩;基于六端口技术的直接变频接收机研究[D];电子科技大学;2013年

7 宋洪涛;GPS接收机抗干扰技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

8 尤明厚;MIMO接收机技术与编码优化研究[D];北京邮电大学;2010年

9 陈长英;新型扩频接收机的研究[D];大连海事大学;2002年

10 张成;应用于2G/3G移动通信的数字辅助单通道多模接收机研究[D];复旦大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 汤鹿勇;便携式探空仪接收机射频前端设计[D];南京信息工程大学;2015年

2 刘晓艳;室内外定位接收机关键技术研究实现[D];北京邮电大学;2013年

3 田向伟;室内外定位接收机的干扰抑制技术研究与实现[D];北京邮电大学;2013年

4 程远瑶;单载波FTN接收机关键技术研究[D];西南交通大学;2016年

5 曾绍祥;宽带直解接收机及其校准方法的研究[D];东南大学;2016年

6 邓阳;宽带多通道幅相接收机的设计[D];东南大学;2016年

7 冯雨晴;基于时隙分配的无线携能通信接收机算法研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

8 魏冰然;GPS接收机关键算法研究与实现[D];电子科技大学;2016年

9 严余伟;GPS接收机架构设计及FPGA实现[D];电子科技大学;2016年

10 梁孝彬;X频段宽带小步进接收机研究与设计[D];电子科技大学;2016年

，

本文编号：517486