卫星有效载荷仿真系统发射机FPGA实现

论文摘要

近年来,卫星导航定位系统在全世界各国的各个领域都发挥着越来越重要的作用,尤其在现代战争中更是发挥着主导作用。目前世界上主要有四种导航系统,美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的GALILEO系统,我国的北斗卫星导航系统更是有其独特的优势。各个系统都在快速的发展。本课题就是在这样的国际大环境下,依托于卫星有效载荷系统进一步发展的需要,通过对卫星导航系统基础理论的研究,搭建了硬件系统仿真平台,用以验证卫星有效载荷系统的设计性能,并最终将研究成果应用于我国自主研制的卫星导航定位系统中。本文对卫星导航信号的生成原理及其实现方式展开了深入研究,从GPS信号的特性入手,综合考虑直接序列扩频通信系统所涉及的信号生成、接收原理及其实现方式,确定了导航信号硬件仿真平台,并最终用FPGA程序在硬件上实现了仿真平台的搭建。文中,从二进制相移键控输出信号仿真到正交相移键控输出信号仿真,从基于GPS系统原理仿真到基于我国北斗系统的原理仿真,真实的模拟了导航信号的发生过程。输出信号经验证可以正确被接收端接收解扩解调,并能在一定精度下实现伪码延时和载波频率偏移。此项目为我国卫星导航事业构建了灵活的有效载荷仿真系统,达到了边设计、边验证、边研制和边优化螺旋式快速发展的目的,为新的导航卫星有效载荷提供了设计和验证的平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的内容和结构
• 第2章 仿真系统发射机信号特性
• 2.1 引言
• 2.2 导航信号组成
• 2.2.1 卫星导航信号概述
• 2.2.2 伪随机码序列
• 2.2.3 导航系统电文
• 2.2.4 直接数字频率合成器
• 2.2.5 分数延迟滤波器
• 2.2.6 输出信号调制方式
• 2.3 本章小结
• 第3章 仿真系统发射机FPGA实现
• 3.1 引言
• 3.2 系统时钟选择和时间生成部分
• 3.2.1 外部输入时钟选择模块
• 3.2.2 可变参数系统时钟生成模块
• 3.2.3 系统时钟时间生成和校准模块
• 3.3 串口通信部分
• 3.3.1 串口通信UART主模块
• 3.3.2 串口通信接收控制模块
• 3.3.3 应答控制模块
• 3.3.4 数据选择模块
• 3.4 信号生成部分
• 3.4.1 配置信息保存和码生成模块
• 3.4.2 GPS P码生成模块
• 3.4.3 电文发送模块
• 3.4.4 码选择输出模块
• 3.4.5 载波输出模块
• 3.5 信号输出部分
• 3.5.1 调制信号输出模块
• 3.5.2 分数延迟滤波器模块
• 3.6 本章小结
• 第4章 仿真系统发射机实现性能验证
• 4.1 引言
• 4.2 伪随机码实现情况
• 4.2.1 码速率验证
• 4.2.2 码延迟调整验证
• 4.3 载波实现
• 4.3.1 载波频率实现情况
• 4.3.2 载波相位调整实现情况
• 4.4 输出信号选择实现
• 4.4.1 输出信号延迟实现情况
• 4.5 输出信号跟踪捕获性能验证
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢