基于FPGA的Locata系统定位接收机设计

发布时间：2017-08-24 08:34

  本文关键词：基于FPGA的Locata系统定位接收机设计

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【摘要】：随着人们对定位需求的不断增多,各种各样的定位系统层出不穷。以GPS为代表的卫星定位系统,拥有覆盖广、定位精确等特点,是目前应用最为广泛的定位系统。然而在室内环境下,卫星信号衰减过大,不利于接收机定位。伪卫星可在卫星信号不能覆盖的地方承担起发射机的角色,使室内也可以接收到测距信号。传统伪卫星在部署成网络后容易受到“远近效应”的影响,对协同定位尤其不利。而在提供室内定位服务时,多径衰落造成的影响较大。对这些问题的克服,以及加快定位技术的发展及工程应用,具有较大的理论和实际意义。Locata定位系统较好的解决了上述难题,可以提供全环境下的定位服务,成为目前伪卫星定位系统研究的热点之一。本文主要以Locata定位接收机为基础,对其原理进行分析,并重点研究了相关算法在解决“远近效应”、室内多径衰落以及高精度测距方面的性能及实现方法。首先,在查阅大量文献的基础上,对伪卫星技术及Locata定位系统的研究现状进行分析,归纳总结了两代Locata系统的不同。其次,对Locata定位系统的原理与功能划分进行了详述,尤其是Locata定位系统面临的三个关键问题,在此基础上详细分析了Locata定位系统对上述问题的解决方案以及关键算法。通过分析算法的仿真结果来验证解决方案的有效性。再次, 在仿真的基础上结合目前GPS软硬件接收机的设计方案,设计了一种基于FPGA+MicroBlaze架构的Locata定位接收机。硬件设计内容包括射频前端的参数设计及驱动实现、中频处理的VerilogIP设计,实现信号转换、捕获、跟踪的功能,并通过仿真工具来验证设计。然后,在MicorBlaze中基于C语言对总控制器进行软件设计,实现信号解调及输出观测量的功能,并通过matlab对关键算法进行仿真,根据仿真结果验证了总控制器设计的正确性。最后,对本文开展的研究工作进行了总结,并给出了进一步研究的内容和建议。
【关键词】：Locata FPGA MicroBlaze 捕获 跟踪
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P228.4;TN791
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-16
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-14
• 1.3 论文主要工作及内容安排14-16
• 1.3.1 论文主要研究内容14
• 1.3.2 论文组织结构14-16
• 第2章 LOCATA定位系统概述16-22
• 2.1 LOCATA定位系统组成16-17
• 2.1.1 Locata收发机16
• 2.1.2 Locata定位接收机16-17
• 2.2 LOCATA定位接收机结构与功能17-20
• 2.2.1 射频前端模块17-18
• 2.2.2 中频数字信号处理模块18-19
• 2.2.3 定位解算模块19
• 2.2.4 主控制器19-20
• 2.3 LOCATA系统定位原理20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 LOCATA定位接收机关键技术22-37
• 3.1 定位接收机需解决的关键问题22
• 3.2 载波相位测量技术22-25
• 3.3 “远近效应”的克服25-30
• 3.3.1 基于分段FFT的脉冲信号捕获算法分析27-28
• 3.3.2 基于FFT的DPMF捕获算法分析28-29
• 3.3.3 Locata跳时信号的跳时起始位置搜索算法分析29-30
• 3.4 定位接收机抗多径衰落30-31
• 3.5 跳时信号捕获算法仿真及比较31-35
• 3.6 分集技术算法仿真及比较35
• 3.7 本章小结35-37
• 第4章 LOCATA定位接收机软硬件设计37-74
• 4.1 硬件设备及开发工具简介37-40
• 4.1.1 Max276937-38
• 4.1.2 XC5VLX110T38-39
• 4.1.3 MicroBlaze39
• 4.1.4 开发工具简介39-40
• 4.2 传统的GPS接收机架构40-42
• 4.3 基于FPGA+MICROBLAZE的LOCATA定位接收机架构42-43
• 4.4 MAX2769驱动设计43-45
• 4.5 基于FPGA的中频数字信号处理模块的设计45-62
• 4.5.1 捕获模块的设计45-51
• 4.5.2 跟踪引导模块设计51-52
• 4.5.3 跟踪模块设计52-58
• 4.5.4 接口模块设计58-59
• 4.5.5 中频处理模块协议设计59-61
• 4.5.6 FPGA硬件资源消耗情况61-62
• 4.6 基于MICROBLAZE的主控制器设计62-70
• 4.6.1 捕获控制流程设计64-65
• 4.6.2 跟踪算法流程设计65-70
• 4.6.3 载波相位观测量的获取70
• 4.7 测试结果70-73
• 4.8 本章小结73-74
• 总结与展望74-76
• 本文工作总结74-75
• 未来工作展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81
• 攻读硕士学位期间完成与发表的论文、著作及科研成果81

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本文编号：730280