嵌入式GPS接收机系统研制

论文摘要

本文对基于FPGA可编程通用芯片实现GPS接收机的研制进行了研究,本文主要进行如下几点研究工作:从GPS接收机系统功能出发,对GPS接收机系统的硬件和软件构成及其工作机制进行了分析。根据GPS接收机的功能要求,设计了基于GP2015和FPGA的GPS接收机系统方案,并详细地分析了GPS各组成部分的设计实现方法。射频前端模块分析了变频和滤波功能的实现方法、并计算了前置低噪声放大器的增益;信号处理模块重点分析了信号捕获、码跟踪及载波跟踪的基本构件,并分析了原始观测量产生的实现算法;应用处理模块分析了各组成部分的结构和功能。阐述了接收机系统软件的结构与任务划分,以及接收机的工作机制针对GPS接收机射频前端的设计要求,设计了基于GP2015专用芯片的射频前端实现方案,重点设计了射频放大与滤波电路、175.42MHz滤波电路、35.42MHz滤波电路及时钟电路等其他外围电路,最后对制作完成的射频前端板进行功能测试验证,测试结果表明该射频前端工作正常,完全满足设计要求。讲述了GPS接收机相关器的实现研究。设计了GPS接收机相关器的实现方案,分析了在同一历元时刻同时提取12通道原始观测量的实现方法。重点设计实现了相关器的载波模块、码模块、相关积分累加模块、历元计数器模块和时基发生器模块,其中,载波和码模块详细分析了码滑动模块、载波NCO模块及码NCO模块的设计与实现,载波相位、载波周数、码相位、码NCO相位的产生实现;设计了12通道相关器寄存器和Avalon总线接口,最终完成了12通道相关器的实现,并且FPGA资源使用少。最后,基于研制的射频前端板搭建GPS接收机硬件平台,在其上完成了相关器的测试与验证,以及整机的联调,验证结果表明相关器的设计实现满足要求,及接收机能够正确工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 GPS 研究现状概述
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 国内研究现状
• 1.3 课题可行性与必要性
• 1.4 论文主要内容
• 第二章 GPS 定位原理与基带信号处理原理
• 2.1 GPS 系统构成
• 2.1.1 地面控制部分
• 2.1.2 空间部分
• 2.1.3 用户部分
• 2.2 GPS 卫星信号构成
• 2.2.1 GPS 卫星导航电文
• 2.2.2 C/A 码的产生与特性
• 2.2.3 GPS 卫星信号产生
• 2.3 基带信号处理
• 2.3.1 GPS 信号捕获
• 2.3.2 GPS 信号码跟踪
• 2.3.3 GPS 信号载波跟踪
• 2.4 伪距测量原理
• 2.5 GPS 接收机定位原理
• 2.6 本章小结
• 第三章 GPS 接收机研制方案
• 3.1 总体方案
• 3.2 射频前端模块
• 3.3 信号处理模块
• 3.4 应用处理模块
• 3.5 GPS 接收机系统软件
• 3.6 GPS 接收机工作机制
• 3.7 本章小结
• 第四章 GPS 接收机射频前端研制
• 4.1 射频前端设计要求
• 4.2 射频前端方案设计
• 4.3 射频前端电路设计与实现
• 4.3.1 1575.42MHz 射频放大与滤波电路设计
• 4.3.2 GP2015 外围电路设计
• 4.3.3 175.42MHz 滤波电路设计
• 4.3.4 35.42MHz 滤波电路设计
• 4.4 射频前端测试
• 4.5 本章小结
• 第五章 GPS 接收机相关器研制
• 5.1 相关器研制方案
• 5.2 载波模块设计实现
• 5.3 码模块设计实现
• 5.4 相关积分累加模块设计实现
• 5.5 历元计数器模块设计实现
• 5.6 时基发生器模块设计实现
• 5.7 相关器寄存器设计实现
• 5.7.1 寄存器设计
• 5.7.2 寄存器地址分配
• 5.8 基于 Avalon 总线的12 通道相关器设计实现
• 5.8.1 相关器的信号端口
• 5.8.2 读写相关器寄存器的实现
• 5.9 12 通道相关器验证与测试
• 5.10 GPS 接收机测试
• 5.11 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 主要工作回顾
• 6.2 本课题今后需进一步研究的地方
• 参考文献
• 附录 A 射频前端板PCB 图和实物图
• 附录 B 接收机扩展母板PCB 图
• 附录 C 接收机扩展母板实物图
• 个人简历 在读期间发表的学术论文
• 致谢