弹载GPS空间信息获取的关键技术

论文摘要

随着科学技术的发展,打击精确化成为世界各国在未来战争中立足的关键,此时将卫星定位技术用于提高常规弹药的打击精度已经成为世界各国研究的热点。就我国而言,将卫星定位技术应用于常规弹药仍然存在着一些技术难点。本文在介绍国外卫星定位技术在弹药中的应用途径和国内卫星定位技术研究现状的基础上,分析了卫星定位技术应用于常规弹药存在的主要技术难点。重点针对快速定位、快速重捕和抗电磁干扰三项关键技术提出了相应的解决途径。针对弹药对GPS接收天线的技术要求,设计了与弹共形的环状微带天线；针对弹载卫星定位系统快速定位、快速重捕的技术需求,搭建了基于集成射频芯片,FPGA和DSP开发板的GPS接收模块的硬件总体结构,分别设计了射频前端模块电路、数字相关器模块电路及各模块之间的接口电路和系统供电电路；对系统软件进行了功能划分,重点设计了适用于FFT并行频率快速捕获的数字相关器的整体结构和内部各子模块；介绍了载波跟踪环路和码跟踪环路中鉴别器算法的选择与环路滤波器参数的确定。本文借助于现有GPS模块对所设计的环状微带天线做了定位试验,试验结果验证了天线可以满足应用需求；将FPGA的开发环境Quartus和Modelsim联合起来作为仿真工具,对数字相关器中的重要模块做了仿真分析,验证了设计方案的正确性；对射频前端模块电路和数字电路分别进行了测试和试验,验证了所设计的硬件电路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 卫星定位技术应用于弹药中的技术难点
• 1.4 主要工作和结构安排
• 2 卫星定位技术应用于弹药中的关键技术与解决途径
• 2.1 GPS系统组成及定位原理
• 2.2 卫星定位技术在弹药中的关键技术与解决方法
• 2.2.1 快速定位技术
• 2.2.1.1 快速定位实现途径
• 2.2.1.2 GPS接收模块相关器工作原理
• 2.2.1.3 多普勒频移对卫星信号频率的影响
• 2.2.1.4 常见的几种快捕算法
• 2.2.2 快速重捕技术
• 2.2.2.1 快速重捕实现途径
• 2.2.2.2 载波跟踪
• 2.2.2.3 伪码跟踪
• 2.2.3 抗电磁干扰技术
• 2.3 本章小结
• 3 弹载GPS接收天线的设计
• 3.1 天线基本概念及主要参数
• 3.2 弹载GPS天线的特殊需求和模式
• 3.3 矩形微带天线的设计过程
• 3.4 弹载GPS微带天线设计示例
• 3.5 本章小结
• 4 系统射频前端及数字相关器电路设计
• 4.1 系统总体设计
• 4.2 射频前端电路设计
• 4.2.1 射频芯片选型及介绍
• 4.2.2 射频前端时钟电路设计
• 4.2.3 射频前端滤波及整体电路设计
• 4.3 数字相关器硬件电路设计
• 4.3.1 FPGA结构特点及选型
• 4.3.2 FPGA配置及时钟电路设计
• 4.3.3 FPGA复位及调试电路设计
• 4.3.4 FPGA与射频前端接口设计
• 4.3.5 FPGA与导航解算模块接口设计
• 4.4 电源电路设计
• 4.4.1 电路供电方案
• 4.4.2 电源芯片选择和电路设计
• 4.5 本章小结
• 5 系统数字相关器及跟踪环路设计
• 5.1 系统软件功能划分
• 5.2 数字相关器设计
• 5.2.1 相关器总体结构设计
• 5.2.2 数字中频信号预处理模块实现
• 5.2.3 FFT模块实现
• 5.2.4 单个数字信号通道内部模块设计
• 5.2.4.1 单个数字信号通道内部结构设计
• 5.2.4.2 载波和伪码NCO实现
• 5.2.4.3 C/A码实现方案
• 5.2.4.4 C/A码实现及仿真
• 5.2.4.5 C/A码滑动模块实现及仿真
• 5.2.4.6 滑动C/A码实现及仿真
• 5.2.4.7 载波混频器及码相关器实现
• 5.2.4.8 积分清零器及数据缓存器实现
• 5.2.5 GPS中频信号模拟器实现
• 5.2.6 单个数字信号通道总体仿真
• 5.2.6.1 数字中频信号预处理模块仿真分析
• 5.2.6.2 载波混频器仿真分析
• 5.2.6.3 码相关器仿真分析
• 5.2.6.4 积分清零器及通道总体仿真分析
• 5.2.7 地址译码模块实现
• 5.2.7.1 全局译码模块实现
• 5.2.7.2 单通道内部译码模块实现
• 5.3 跟踪环路鉴别器算法和环路滤波器参数确定
• 5.3.1 载波跟踪环路算法及滤波器参数确定
• 5.3.1.1 FLL设计
• 5.3.1.2 Costas锁相环设计
• 5.3.2 码跟踪环路算法及滤波器参数确定
• 5.4 本章小结
• 6 系统调试与试验
• 6.1 试验内容及设备
• 6.2 射频前端电路测试
• 6.3 数字电路部分测试
• 6.4 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 工作与总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录