论文摘要
近年来,卫星导航定位系统在各个领域发挥越来越重大的作用,除了在军事领域的应用之外,GPS技术已经广泛地渗透到经济建设和科学实验的各个领域。本文取材于“GPS联合空时抗干扰接收机”研究课题,重点研究了GPS信号和干扰仿真系统的设计与实现,为“GPS联合空时抗干扰接收机”这一课题研究提供信号和干扰仿真场景。本文从GPS信号和干扰的仿真设计方案出发,首先讨论了GPS接收信号产生的原理,深入研究了用户可见卫星的实时判断方法、GPS信号和干扰的特征及仿真生成方法、GPS信号多普勒原理、均匀圆天线阵接收GPS信号和干扰的原理等方面的内容。其次,详细研究了GPS信号和干扰的Matlab仿真方法和步骤,在Matlab仿真设计与实现中,实现了单颗GPS卫星信号的仿真生成,以及多颗GPS卫星混合信号的仿真生成;实现了高斯白噪声以及几种常见类型干扰信号的仿真生成;实现了多普勒频移和均匀圆天线阵接收信号/干扰的仿真生成。最后,从仿真系统的实现原理和要求出发,在FPGA中用VHDL语言实现C/A码及干扰的仿真输出,通过FPGA控制AD9957实现了数字正交上变频,通过硬件电路调试,最终在硬件平台上实现了GPS信号、高斯白噪声、干扰信号的中频输出。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 GPS系统研究发展历程及现状分析1.2 课题研究背景及选题意义1.3 研究目标和主要内容第二章 GPS信号和干扰产生的原理2.1 GPS信号产生的原理2.1.1 可见卫星的实时判断2.1.2 GPS信号的频率特性及其调制方式2.1.3 C/A码的生成原理及实现方式2.1.4 GPS系统中的多普勒频移2.1.5 GPS信号的产生2.2 GPS干扰信号建模2.2.1 GPS干扰信号特性2.2.2 GPS干扰信号的对象2.2.3 GPS干扰信号的不同类型干扰2.2.4 干扰对GPS有用信号的影响2.2.5 不同类型干扰的干扰效果2.2.6 不同干扰类型的生成方法2.3 均匀圆天线阵在GPS接收机中的应用2.4 本章小结第三章 GPS信号和干扰的Matlab仿真3.1 Matlab仿真实现卫星轨道模型3.1.1 轨道建模算法分析3.1.2 GPS卫星星座编程实现3.1.3 仿真结果3.2 GPS信号的Matlab仿真实现3.2.1 C/A码的生成算法分析3.2.2 多普勒频移的实现3.2.3 GPS信号的仿真生成3.3 GPS干扰信号的Matlab仿真实现3.3.1 宽带噪声干扰的Matlab编程设计与实现3.3.2 AR随机过程窄带干扰的Matlab编程的设计与实现3.3.3 单频干扰的Matlab编程实现3.4 天线阵各阵元接收信号的仿真实现3.4.1 UCA各阵元接收信号仿真的设计流程3.4.2 仿真程序编写3.4.3 仿真结果分析3.5 本章小结第四章 仿真系统软件部分的FPGA实现4.1 FPGA的应用与设计4.1.1 FPGA的设计流程4.1.2 Virtex-4 系列FPGA的性能特点和基本结构4.2 仿真系统的实现方案4.2.1 仿真系统的实现原理4.2.2 仿真实现的硬件平台4.3 用FPGA实现C/A码的仿真输出4.3.1 C/A码的FPGA实现原理4.3.2 不同卫星C/A码的产生4.4 用FPGA实现干扰的仿真输出4.4.1 高斯白噪声的FPGA实现4.4.2 低通滤波器的FGPA设计实现4.5 AD9957 实现信号的数字正交上变频4.5.1 AD9957 概述4.5.2 AD9957 实现数字正交上变频4.6 GPS信号和干扰的中频输出4.6.1 仿真输出GPS发送信号4.6.2 仿真输出GPS接收信号4.6.3 在调试中碰到的问题4.7 本章小结第五章 总结与展望5.1 论文工作总结5.2 论文工作展望致谢参考文献作者在学期间取得的学术成果附录A 卫星在ECEF坐标系中的坐标求解附录B 用户在ECEF坐标系中的坐标求解附录C GPS粗码的码相位分配和码序列初始段附录D AD9957 部分的VHDL编写程序如下
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