GNSS卫星信号模拟器的研究与实现

论文摘要

卫星导航技术近几年来获得迅速的发展,在不同领域得到广泛的应用。为提高导航定位接收机的性能,一个能够定量评估、可以模拟不同环境、并具有足够精度的卫星信号模拟器是必不可少的设备。所以,模拟器的研制具有非常重要的现实意义。GNSS(Global Navigation Satellite System——全球导航卫星系统)卫星信号模拟器的作用是模拟产生各种实际环境下的GNSS卫星信号。由于其技术的敏感性和复杂性,可参考的文献资料较少,而且模拟器的研制涉及到对整个GPS(Global Positioning System——全球定位系统)系统较全面的了解,其开发难度大。对这方面的研究,国内起步比较晚,而国外起步较早并取得了成功。因此我国可以参考GPS系统的相关技术来开发自己的卫星导航系统。本课题以GPS卫星信号模拟器为参考,研究多通道GPS卫星信号模拟器的实现。首先介绍了卫星导航的定位原理；描述了GPS信号结构及其导航电文；研究了卫星信号模拟器中涉及的直接序列扩频通信系统、伪随机序列的产生原理；讨论了直接数字频率合成技术以及过采样成型滤波器。并在此基础上提出了通过主控计算机发送数据包到基带信号处理部分,再传到数字上变频模块并将输出信号发送给接收机的多通道GPS卫星信号模拟器的实现方案；完成了GPS基带信号处理部分的FPGA设计；调试并验证FPGA设计部分的正确性；优化发送数据包的存储结构；实现了多通道GPS卫星信号的模拟,达到系统设计的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 GNSS卫星模拟器的研究意义
• 1.3 论文的内容和安排
• 第二章 卫星导航原理
• 2.1 GPS定位系统的组成
• 2.1.1 空间部分
• 2.1.2 地面控制部分
• 2.1.3 用户接收部分
• 2.1.4 GPS系统的特点
• 2.2 GPS系统的定位原理
• 2.2.1 确定从卫星到用户的距离
• 2.2.2 求解用户的位置和速度
• 2.3 本章小结
• 第三章 卫星信号模拟器的理论基础
• 3.1 直接序列扩频通信系统
• 3.1.1 二进制相移键控（BPSK）
• 3.1.2 直接序列扩频（DSSS）
• 3.2 GPS卫星信号的特性
• 3.2.1 频率和调制格式
• 3.2.2 伪随机序列的产生
• 3.2.2.1 C/A码的产生原理
• 3.2.2.2 P码的产生原理
• 3.2.3 GPS导航电文的结构
• 3.3 GPS卫星信号的误差
• 3.3.1 星历误差
• 3.3.2 卫星钟误差
• 3.3.3 电离层和对流层误差
• 3.3.4 多径误差
• 3.3.5 噪声误差
• 3.4 本章小结
• 第四章 卫星信号模拟器的设计
• 4.1 GPS卫星信号模拟器的整体设计
• 4.2 基带信号处理部分
• 4.2.1 整体结构
• 4.2.2 码NCO模块
• 4.2.3 载波NCO模块
• 4.2.4 成型滤波器模块
• 4.3 数字上变频部分
• 4.4 基带信号处理与主控计算机的接口
• 4.5 本章小结
• 第五章 卫星信号模拟器的实现
• 5.1 卫星信号模拟器的实现
• 5.1.1 卫星信号模拟器的硬件开发板
• 5.1.2 卫星信号模拟器的FPGA实现
• 5.1.2.1 码NCO的实现
• 5.1.2.2 成型滤波器的实现
• 5.2 FPGA的硬件仿真环境
• 5.3 卫星信号模拟器的性能验证
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录