互聯網、移動通信、星基導航是21世紀信息社會的三大支柱產業,而GPS系統的技術水平和發展歷程代表著全世界衛星導航系統的發展狀況。目前,我國已經成為GPS的使用大國,衛星導航產業鏈也已基本形成。然而,我們對GPS核心技術的研究還不夠深入,我國GPS產品的核心部分多數還是靠進口。 GPS接收機工作時,為了將本地信號和接收到的信號同步,要完成復雜的信號處理過程。其中,如何捕獲衛星信號并保持對信號的跟蹤是最重要的核心技術。很多研究者提出了多種解決方法,但這些方法多數都只停留在理論階段,無法應用于GPS接收機系統進行實時處理。 本課題在分析了多種現有算法的基礎上,研究設計了基于FPGA的GPS信號捕獲與跟蹤系統。在研究過程中,首先利用Nemerix公司的GPS芯片組設計制作了GPS接收機模塊,它能正常穩定地工作,并可用作GPS基帶信號處理的研究平臺;該平臺可實時地輸出GPS數字中頻信號;本課題在中頻信號的基礎上深入研究了GPS信號的捕獲與跟蹤技術。先詳細分析比較了幾種GPS信號捕獲方法,給出了步進相關的捕獲方案;接著分析了跟蹤環路的特點,給出了鎖頻環和鎖相環交替工作跟蹤載波以及載波輔助偽碼的跟蹤方案,并最終實現了這些方案。 本課題設計的GPS信號捕獲與跟蹤處理系統是通過硬件和軟件協同工作的方式實現的。硬件電路主要實現數據速率高、邏輯簡單的相關器功能;而基于MicroBlaze軟處理器的軟件主要實現數據速率低、邏輯復雜的功能。本文給出了硬件電路的詳細設計、仿真結果以及軟件設計的詳細流程。 本課題最終在FPGA上實現了GPS信號的捕獲與跟蹤功能,而且系統的性能良好。由此可以得出結論:本設計能夠滿足系統功能和性能的要求,可以直接用于實時GPS接收機系統的設計中,為自主設計GPS接收機奠定了基礎。 本課題的研究得到了大連市信息產業局集成電路設計專項的資助,項目名稱是“定位與通信集成功能的SOC設計”,研究成果將在2008年上半年投入試用。
標簽:
FPGA
GPS
信號捕獲
上傳時間:
2013-04-24
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