GPS多通道中頻信號源研制.pdf

1、目前，國際上已形成以美國的GPS、歐洲的Galileo、俄羅斯的GLONASS和中國的北斗四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)共存的格局。與此同時，衛(wèi)星導(dǎo)航的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展，在移動終端，基于位置的服務(wù)（Location Based Service，LBS）也已經(jīng)深入到我們?nèi)粘Ｉ畹拿總€角落。應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展使得衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的工作環(huán)境越來越復(fù)雜，對接收機(jī)的性能和定位精度的要求不斷提高，這也給用于接收機(jī)性能測試的衛(wèi)星導(dǎo)航信號源提出了更為廣泛的需求

2、和更高的要求?；诖?，本文進(jìn)行了GPS信號仿真的相關(guān)理論和硬件實(shí)現(xiàn)的研究工作，并研制了基于DSP+FPGA的GPS多通道中頻信號源。
　　本文的主要工作如下：
　　GPS中頻信號數(shù)學(xué)模型研究和GPS多通道中頻信號源總體設(shè)計。根據(jù)GPS信號結(jié)構(gòu)，并分析空間傳播對GPS信號的影響，進(jìn)而得出GPS中頻信號的數(shù)學(xué)模型。以信號模型為基礎(chǔ)，并結(jié)合信號源的應(yīng)用需求，對信號源架構(gòu)進(jìn)行總體設(shè)計，確定了采用DSP+FPGA的硬件總體方案。

3、>　　DSP子系統(tǒng)的設(shè)計及實(shí)現(xiàn)。對組成信號源的兩大子系統(tǒng)之一的DSP子系統(tǒng)進(jìn)行功能規(guī)劃，并根據(jù)信號模型和功能實(shí)現(xiàn)需要設(shè)計DSP的運(yùn)算流程。根據(jù)確定的DSP運(yùn)算流程，依次實(shí)現(xiàn)可見衛(wèi)星計算、信號傳播延遲時間計算、信號多普勒頻移計算及導(dǎo)航電文生成模型。仿真結(jié)果表明，實(shí)現(xiàn)的模型能夠正確完成相關(guān)信號參數(shù)的計算。設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了DSP與FPGA的接口和數(shù)據(jù)交互邏輯，同時研究了將計算得到的信號傳播延遲參數(shù)和多普勒頻移參數(shù)轉(zhuǎn)換為FPGA通道控制字的方法。測

4、試結(jié)果表明，DSP能夠?qū)⒖刂谱终_地發(fā)送至FPGA。
　　FPGA子系統(tǒng)的設(shè)計及實(shí)現(xiàn)。對組成信號源的另一子系統(tǒng)—FPGA子系統(tǒng)進(jìn)行功能規(guī)劃，并設(shè)計FPGA內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)研究FPGA內(nèi)部的五大關(guān)鍵模塊—總線接口模塊、載波NCO模塊、碼模塊、導(dǎo)航電文緩沖模塊和歷元計數(shù)模塊的設(shè)計及實(shí)現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)要求和功能實(shí)現(xiàn)需要，給出了各模塊關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)置依據(jù)。使用Verilog HDL在Quartus II下對上述模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并使用M

5、odelSim-Altera分別對各模塊進(jìn)行仿真測試。結(jié)果表明，各模塊工作情況與預(yù)期一致，正確實(shí)現(xiàn)了所需的邏輯功能。
　　系統(tǒng)驗(yàn)證與測試。為充分驗(yàn)證整個系統(tǒng)的工作情況，本文從兩個角度—信號源輸出信號的波形及頻譜、軟件GPS接收機(jī)的捕獲及跟蹤—對所實(shí)現(xiàn)的GPS中頻信號源進(jìn)行測試。實(shí)測結(jié)果表明，信號源輸出的中頻信號波形、頻譜符合GPS信號體制規(guī)范，且能夠被軟件接收機(jī)正確捕獲、跟蹤。該信號源具有良好的實(shí)時性和可擴(kuò)展性，成本可控，可有效應(yīng)