GPS多通道中频信号源研制

发布时间：2017-09-14 18:12

  本文关键词：GPS多通道中频信号源研制

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【摘要】：目前,国际上已形成以美国的GPS、欧洲的Galileo、俄罗斯的GLONASS和中国的北斗四大全球卫星导航系统共存的格局。与此同时,卫星导航的应用领域也在不断拓展,在移动终端,基于位置的服务(Location Based Service,LBS)也已经深入到我们日常生活的每个角落。应用领域的不断拓展使得卫星导航接收机的工作环境越来越复杂,对接收机的性能和定位精度的要求不断提高,这也给用于接收机性能测试的卫星导航信号源提出了更为广泛的需求和更高的要求。基于此,本文进行了GPS信号仿真的相关理论和硬件实现的研究工作,并研制了基于DSP+FPGA的GPS多通道中频信号源。本文的主要工作如下:GPS中频信号数学模型研究和GPS多通道中频信号源总体设计。根据GPS信号结构,并分析空间传播对GPS信号的影响,进而得出GPS中频信号的数学模型。以信号模型为基础,并结合信号源的应用需求,对信号源架构进行总体设计,确定了采用DSP+FPGA的硬件总体方案。DSP子系统的设计及实现。对组成信号源的两大子系统之一的DSP子系统进行功能规划,并根据信号模型和功能实现需要设计DSP的运算流程。根据确定的DSP运算流程,依次实现可见卫星计算、信号传播延迟时间计算、信号多普勒频移计算及导航电文生成模型。仿真结果表明,实现的模型能够正确完成相关信号参数的计算。设计并实现了DSP与FPGA的接口和数据交互逻辑,同时研究了将计算得到的信号传播延迟参数和多普勒频移参数转换为FPGA通道控制字的方法。测试结果表明,DSP能够将控制字正确地发送至FPGA。FPGA子系统的设计及实现。对组成信号源的另一子系统——FPGA子系统进行功能规划,并设计FPGA内部的逻辑结构。重点研究FPGA内部的五大关键模块——总线接口模块、载波NCO模块、码模块、导航电文缓冲模块和历元计数模块的设计及实现。根据系统设计指标要求和功能实现需要,给出了各模块关键参数的设置依据。使用Verilog HDL在Quartus II下对上述模块进行实现,并使用ModelSim-Altera分别对各模块进行仿真测试。结果表明,各模块工作情况与预期一致,正确实现了所需的逻辑功能。系统验证与测试。为充分验证整个系统的工作情况,本文从两个角度——信号源输出信号的波形及频谱、软件GPS接收机的捕获及跟踪——对所实现的GPS中频信号源进行测试。实测结果表明,信号源输出的中频信号波形、频谱符合GPS信号体制规范,且能够被软件接收机正确捕获、跟踪。该信号源具有良好的实时性和可扩展性,成本可控,可有效应用于实验室环境下接收机的性能测试。
【关键词】：GPS信号源 多通道 DSP FPGA
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 论文研究内容与结构安排12-13
• 第二章 GPS中频信号源设计原理及总体结构13-22
• 2.1 GPS信号结构13-16
• 2.1.1 载波13
• 2.1.2 伪随机码13-15
• 2.1.3 导航电文15-16
• 2.1.4 GPS信号调制16
• 2.2 空间传播对GPS信号的影响16-19
• 2.2.1 大气层折射延迟17-18
• 2.2.2 多普勒效应18-19
• 2.3 GPS中频信号数学模型19-20
• 2.4 GPS中频信号源总体结构20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第三章 DSP子系统设计及实现22-41
• 3.1 DSP子系统功能规划22-23
• 3.2 信号参数计算模型实现23-36
• 3.2.1 可见卫星计算及仿真23-28
• 3.2.2 信号传播延迟时间计算及仿真28-33
• 3.2.3 多普勒频移计算及仿真33-34
• 3.2.4 导航电文生成34-36
• 3.3 DSP与FPGA接口及数据交互逻辑设计与实现36-40
• 3.3.1 DSP与FPGA接口设计36
• 3.3.2 通道控制字实时计算实现36-37
• 3.3.3 通道控制字发送逻辑实现37-39
• 3.3.4 通道控制字发送测试39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 FPGA子系统设计及实现41-54
• 4.1 FPGA子系统功能规划41
• 4.2 总线接口模块设计及实现41-42
• 4.3 载波NCO模块设计及实现42-46
• 4.3.1 DDS原理43
• 4.3.2 载波NCO模块设计及实现43-46
• 4.4 码模块设计及实现46-48
• 4.4.1 码NCO模块设计及实现46
• 4.4.2 码产生模块设计及实现46-48
• 4.5 导航电文缓冲模块设计及实现48-51
• 4.6 历元计数模块设计及实现51-53
• 4.7 本章小结53-54
• 第五章 系统验证与测试54-60
• 5.1 GPS中频信号源波形及频谱测试54-57
• 5.2 接收机捕获及跟踪测试57-59
• 5.3 本章小结59-60
• 第六章 工作总结及展望60-62
• 6.1 工作总结60
• 6.2 未来展望60-62
• 参考文献62-64
• 个人简历 在读期间发表的学术论文64-65
• 致谢65

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本文编号：851533