GPS P码捕获的FPGA实现与测试

论文摘要

GPS（全球卫星定位系统）接收机应用于高动态载体所带来的问题就是快速的信号捕获和精确的信号跟踪。本论文主要研究GPS P码快速捕获方案及其实现,并进行有关理论的分析和仿真。提出了应用于高动态P码信号的快速捕获方案。论文的主要工作包括以下几个方面:1.通过对传统伪码捕获方法的研究,提出了一种用于GPS P码捕获的改进部分匹配快速傅立叶变换（PMF-FFT）方案,并对其进行了仿真。仿真表明,采用改进措施以后有利于提高捕获模块的灵敏度,可用于GPS P码捕获;2.设计完成了基于FPGA的GPS P码捕获模块,设计中采用并行处理和流水线结构,使得捕获模块能够满足捕获时间的要求;3.在接收机基带处理电路板上,设计并实现了捕获模块测试方案。对测试信号的产生原理和量化门限的选取进行了分析讨论;4.对捕获模块的信噪比损失进行了测试,发现FFT模块由于运算误差所造成的信噪比损失约占硬件设计所带来损失的80%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 卫星导航系统的发展动态
• 1.1.1 GPS 系统
• 1.1.2 GLONASS 系统
• 1.1.3 GALILEO 系统
• 1.1.4 北斗系统
• 1.2 课题产生的背景
• 1.3 高动态P 码直接捕获的技术难点
• 1.4 研究工作的主要内容
• 第二章 GPS 系统组成及定位原理
• 2.1 GPS 系统的组成
• 2.1.1 空间段
• 2.1.2 控制段
• 2.1.3 用户段
• 2.2 导航定位信号的特性
• 2.2.1 GPS 信号的形成
• 2.2.2 GPS 系统的扩频码
• 2.3 伪距定位原理
• 2.4 GPS 接收机的工作原理
• 2.4.1 GPS 接收机的基本结构
• 2.4.2 接收机获取观测量的方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 P 码直接捕获方法
• 3.1 捕获的必要性
• 3.2 捕获模块的性能指标
• 3.3 捕获参数的选择
• 3.3.1 码片相位的搜索范围
• 3.3.2 多谱勒频移的搜索范围
• 3.3.3 捕获阶段数据长度的选取
• 3.3.4 捕获过程中的频率步进量
• 3.4 传统直接序列扩频码的捕获算法
• 3.4.1 连续块搜索
• 3.4.2 直接平均法
• 3.4.3 重叠平均法
• 3.4.4 PMF-FFT 算法
• 3.5 P 码信号的快速捕获方法
• 3.5.1 PMF-FFT 算法改进
• 3.5.2 算法仿真
• 3.6 本章小结
• 第四章 P 码直接捕获模块的FPGA 实现
• 4.1 P 码直接捕获模块硬件设计
• 4.1.1 接收机基带电路的整体结构
• 4.1.2 主要器件的选型
• 4.2 捕获模块设计
• 4.2.1 输入数据的安排
• 4.2.2 SRAM 接口设计
• 4.2.3 流水相关器设计
• 4.2.4 FFT 模块设计
• 4.2.5 JPL 取模模块设计
• 4.2.6 搜索模块设计
• 4.2.7 捕获模块时序仿真
• 4.3 本章小结
• 第五章 捕获模块的测试
• 5.1 捕获模块的测试方法
• 5.1.1 捕获模块的测试原理
• 5.1.2 捕获模块的测试流程
• 5.2 测试信号的产生
• 5.2.1 基带测试信号模型
• 5.2.2 频带测试信号模型
• 5.3 量化器的参数选择
• 5.3.1 采样位置对捕获性能的影响
• 5.3.2 量化比特数的确定
• 5.3.3 量化门限的选取
• 5.4 捕获模块性能损失分析
• 5.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果