本課題深入分析了GPS軟件接收機基于FFT并行捕獲算法并詳細闡述了其FPGA的實現(xiàn)。相比于其它的捕獲方案，該方案更好地滿足了信號處理實時性的要求。 論文的主體部分首先簡單分析了擴頻通信系統(tǒng)的基本原理，介紹了GPS系統(tǒng)的組成，詳細闡述了GPS信號的特點，并根據(jù)GPS信號的組成特點介紹了接收機的體系結(jié)構(gòu)。其次，通過對GPS接收機信號捕獲方案的深入研究，確定了捕獲速度快且實現(xiàn)復雜度不是很高的基于FFT的并行捕獲方案，并對該方案提出了幾點改進的措施，根據(jù)前面的分析，提出了系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，利用MATLAB對該系統(tǒng)進行仿真，仿真的結(jié)果充分的驗證了方案的可行性。接著，對于捕獲環(huán)節(jié)中的核心部分—FFT處理器，設(shè)計中沒有采用ALTERA提供的IP核，獨立設(shè)計實現(xiàn)了基于FPGA的FFT處理器，并通過對一組數(shù)據(jù)在MATLAB中運算得到結(jié)果和FPGA輸出結(jié)果相對比，可以驗證該FFT處理器的正確性。再次重點分析了GPS接收機并行捕獲部分的FPGA具體實現(xiàn)，通過捕獲的FPGA時序仿真波形，證明了該系統(tǒng)已經(jīng)能成功地捕獲到GPS信號。最后，對全文整個研究工作進行總結(jié)，并指出以后繼續(xù)研究的方向。 本課題雖然是對于GPS接收機的研究，但其原理與GALILEO、北斗等導航系統(tǒng)的接收機相近，因此該課題的研究對我國衛(wèi)星導航事業(yè)的發(fā)展起到了積極的推動作用。
上傳時間： 2013-05-29
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GPS全球定位系統(tǒng)是美國國防部為軍事目的而建立的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其主要目的是解決海上、陸地和空中運載工具的導航定位問題。GPS作為新一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)，不僅具有全球、全天候、連續(xù)、高精度導航與定位能力，而且具有優(yōu)良的抗干擾性和保密性。因此，發(fā)展全球定位系統(tǒng)是當今導航技術(shù)現(xiàn)代化的一個重要標志。在GPS接收機中，為了得到導航電文并對其進行解算，要完成復雜的信號處理過程。其中，怎樣捕獲到衛(wèi)星信號，并對C/A碼進行跟蹤是研制GPS接收機的重要問題之一。本文在對GPS信號的結(jié)構(gòu)進行深入的分析后，結(jié)合FPGA的特點，對算法進行設(shè)計及優(yōu)化后，給出了相應(yīng)的仿真。內(nèi)容主要包括以下幾個方面： 1.對GPS信號結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生原理進行了深入地分析，并對GPS信號的調(diào)制機理進行詳細地闡述。 2.在GPS信號的捕獲方面，采用了基于FFT頻域的快速捕獲的方法，即將接收到的GPS信號先利用快速傅立葉變換(FFT)變換到頻域，在頻域完成相應(yīng)的運算后，再利用傅立葉反變換(IFFT)變換到時域。從而大大減少了計算量，加快了信號捕獲的速度，提高了捕獲性能。 3.在C/A碼跟蹤部分，本文采用了非相干延遲鎖定環(huán)對C/A碼進行跟蹤。來自載波跟蹤環(huán)路的本地載波將輸入的信號變成基帶信號，然后分別和本地碼的三個不同相位序列進行相乘，將相乘結(jié)果進行累加，經(jīng)過處理將得到碼相位和當前的載波頻率送到載波跟蹤環(huán)路。 4.載波跟蹤環(huán)，本文采用的是科斯塔斯環(huán)。載波跟蹤環(huán)和碼跟蹤環(huán)在結(jié)構(gòu)上相似，故本文只對關(guān)鍵的載波NCO進行了仿真。 本文的創(chuàng)新點主要是使用FPGA對整個GPS信號的捕獲及C/A碼的跟蹤進行設(shè)計。此外，根據(jù)FPGA的特點，在不改變外部硬件設(shè)計的前提下，改變相應(yīng)的IP核或相關(guān)的VHDL程序就可對系統(tǒng)進行各種優(yōu)化設(shè)計，以適應(yīng)不同類型的GPS接收機的不同功能。
上傳時間： 2013-06-27
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全球定位系統(tǒng)(GPS)可以向全球用戶提供位置、速度和時間信息，在航空、航天、海上及陸地等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，成為一種主要的導航手段。隨著空間定位技術(shù)的不斷發(fā)展，空間定位系統(tǒng)必將出現(xiàn)多元化。本文結(jié)合計算機技術(shù)，以GPS定位系統(tǒng)為例，研究了衛(wèi)星定位技術(shù)中的GPS星座模擬器。 本文綜述了衛(wèi)星導航系統(tǒng)的歷史，現(xiàn)狀及發(fā)展的方向,介紹GPS模擬器的研究發(fā)展狀況。詳細研究了GPS衛(wèi)星信號傳輸理論和GPS衛(wèi)星定位原理。在此基礎(chǔ)上，提出GPS模擬器的理論模型和實現(xiàn)方法,研究了GPS星座模擬器的設(shè)計思路、組成模塊，分析各個模塊的設(shè)計原理。在理論研究和分析的基礎(chǔ)上，提出模擬器的FPGA的設(shè)計與實現(xiàn),以FPGA為平臺，用verilog硬件語言實現(xiàn)了衛(wèi)星信號的模擬，詳細研究了基帶模塊的實現(xiàn)方法,包括C/A碼產(chǎn)生模塊，導航電文合成模塊，碼轉(zhuǎn)換模塊。最后通過射頻模塊發(fā)出，完成衛(wèi)星信號的模擬。在信號測試部分，用示波器，頻譜儀，MATLAB程序?qū)δM信號進行了驗證實驗。驗證結(jié)果表明，設(shè)計滿足要求，達到預想目標。
上傳時間： 2013-05-30
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本文進行了基于FPGA的GPS直序偽碼擴頻接收機的設(shè)計和數(shù)字化硬件實現(xiàn)。論文首先對GPS衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)進行了分析，并對與數(shù)字化接收機直接相關(guān)聯(lián)的GPS信號中頻部分結(jié)合實際系統(tǒng)要求進行了設(shè)計和分析，由此確定了數(shù)字化偽碼捕獲跟蹤接收機研制的具體要求，之后完成了接收機中頻數(shù)字化方案設(shè)計。同時對偽碼捕獲跟蹤后端的載波捕獲跟蹤的實現(xiàn)方案進行了描述和分析。最后利用EDA工具在FPGA芯片上實現(xiàn)了GPS數(shù)字化接收機的偽碼捕獲跟蹤。 受工作環(huán)境的制約，GPS衛(wèi)星接收機系統(tǒng)首先表現(xiàn)為功率受限系統(tǒng)，接收機必須滿足在低信噪比條件下工作。同時接收機與衛(wèi)星間高動態(tài)產(chǎn)生的多普勒頻率，給接收機實現(xiàn)快速捕獲帶來了難度。通過仿真分析，綜合了實現(xiàn)難度和性能兩方面因素，針對小信噪比工作條件提出了改進型的序貫偽碼捕獲實施方案。同時按照捕獲概率和時間的要求，對接收機偏壓、上、下門限、NCO增益等進行了設(shè)計和仿真分析，確定了捕獲的數(shù)字化實現(xiàn)方案，偽碼跟蹤采用超前滯后環(huán)方案。捕獲完成后可使本地偽碼與接收偽碼的相對誤差保持在±1/4碼元范圍內(nèi)，而跟蹤環(huán)路的跟蹤范圍為±4/3碼元，保證了捕獲到跟蹤的可靠銜接，同時采用可變環(huán)路帶寬措施解決了跟蹤速度和精度的矛盾。 在數(shù)字化實現(xiàn)設(shè)計中，給出了詳細的數(shù)字化實現(xiàn)方案和分析，這樣在保證工作精度的同時盡量減少硬件資源的開銷，利用EDA工具，采用Veilog設(shè)計語言在Xilinx的VirtexII系列的XC2V500fg256的FPGA上完成數(shù)字化接收機偽碼捕獲跟蹤的實現(xiàn)，并在其開發(fā)平臺上對數(shù)字化接收機進行了仿真驗證，在給定的工作條件下達到了設(shè)計性能和指標要求。
標簽： FPGA GPS 中頻 數(shù)字接收機
上傳時間： 2013-04-24
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普通GPS接收機在特殊環(huán)境下，如在高樓林立的城市中心，林木遮擋的森林公路，特別是在隧道和室內(nèi)環(huán)境的情況下，由于衛(wèi)星信號非常微弱，載噪比（Carrier Noise Ratio，C/No）通常都在34dB-Hz以下，很難有效捕獲到衛(wèi)星信號，導致無法正常定位。惡劣條件下的定位有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，特別是在交通事故、火災(zāi)和地震等極端環(huán)境下，快速準確定位當事者所處位置對于降低事態(tài)損失和營救受傷者是極為重要的。歐美和日本等發(fā)達國家也都制定了相應(yīng)的提高惡劣條件下高靈敏度定位能力的發(fā)展政策。而高靈敏度GPS接收機定位的關(guān)鍵在于GPS微弱信號的處理。 本課題的主要研究內(nèi)容是針對GPS微弱信號改進處理方法。針對傳統(tǒng)GPS接收機信號捕獲中的串行搜索方法提出了基于批處理的微弱信號捕獲方法,來提高低信噪比情況下微弱信號的捕獲能力，實現(xiàn)快速高靈敏度的準確捕獲；針對捕獲微弱信號處理大量數(shù)據(jù)導致的運算量激增，運用雙塊零拓展(Double Block Zero Padding，DBZP)處理方法減少運算量同時縮短捕獲時間。針對傳統(tǒng)GPS接收機延遲鎖相環(huán)跟蹤算法提出了基于卡爾曼濾波的新型捕獲算法，減小延遲鎖相環(huán)失鎖造成的信號跟蹤丟失概率，來提高惡劣環(huán)境下低信噪比信號的跟蹤能力，實現(xiàn)微弱信號的連續(xù)可靠跟蹤。通過提高GPS微弱信號的捕獲與跟蹤能力，進而使GPS接收機在惡劣環(huán)境下衛(wèi)星信號微弱時能夠?qū)崿F(xiàn)較好的定位與導航。 通過擬合GPS接收機實際接收到的原始數(shù)據(jù)，構(gòu)造出不同載噪比的數(shù)字信號，分別對提出的針對微弱信號的捕獲與跟蹤算法進行仿真比較驗證，結(jié)果表明，對接收機后端信號處理部分作出的算法改進使得GPS接收機可以更好的處理微弱信號，并且具有較高的靈敏度和精度。文章同時針對提出的數(shù)據(jù)處理特征使用FPGA技術(shù)對算法主要的數(shù)據(jù)處理部分進行了初步的構(gòu)架實現(xiàn)并進行了板級驗證，結(jié)果表明，利用FPGA技術(shù)可以較好的實現(xiàn)算法的數(shù)據(jù)處理功能。文章最后給出了結(jié)論，通過提出的基于批處理和基于DBZP方法的捕獲算法以及基于卡爾曼濾波的信號跟蹤算法，可以有效地解決微弱GPS信號處理的難題，進而實現(xiàn)微弱信號環(huán)境下的定位與導航。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著GPS(Global Positioning System)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特點使得GPS接收機的用戶數(shù)量大幅度增加，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。但由于定位過程中各種誤差源的存在，單機定位精度受到影響。目前常從兩個方面考慮減小誤差提高精度：①用高精度相位天線、差分技術(shù)等通過提高硬件成本獲取高精度；②針對誤差源用濾波算法從軟件方面實現(xiàn)精度提高。兩種方法中，后者相對于前者在滿足精度要求的前提下節(jié)約成本，而且便于系統(tǒng)融合，是應(yīng)用于GPS定位的系統(tǒng)中更有前景的方法。但由于在系統(tǒng)中實現(xiàn)定位濾波算法需要時間，傳統(tǒng)CPU往往不能滿足實時性的要求，而FPGA以其快速并行計算越來越受到青睞。 本文在FPGA平臺上，根據(jù)“先時序后電路”的設(shè)計思想，由同步?jīng)]計方法以及自頂向下和自下而上的混合設(shè)計方法實現(xiàn)系統(tǒng)的總體設(shè)計。從GPS-OEM板輸出的定位信息的接收到定位結(jié)果的坐標變換，最終到kalman濾波遞推計算減小定位誤差，實現(xiàn)實時、快速、高精度的GPS定位信息采集處理系統(tǒng)，為GPS定位數(shù)據(jù)的處理方法做了新的嘗試，為基于FPGA的GPS嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。具體工作如下： 基于FPGA設(shè)計了GPS定位數(shù)據(jù)的正確接收和顯示，以及經(jīng)緯度到平面坐標的投影變換。根掘GPS輸出信息標準和格式，通過串口接收模塊實現(xiàn)串口數(shù)掘的接收和經(jīng)緯度信息提取，并通過LCD實時顯示。在提取信息的同時將數(shù)據(jù)格式由ASCⅡ碼轉(zhuǎn)變?yōu)槭M制整數(shù)型，實現(xiàn)利用移位和加法運算達到代替乘法運算的效果，從而減少資源的利用率。在坐標轉(zhuǎn)換過程中，利用查找表的方法查找轉(zhuǎn)化時需要的各個參數(shù)值，并將該參數(shù)先轉(zhuǎn)為雙精度浮點小數(shù)，再進行坐標轉(zhuǎn)換。根據(jù)高斯轉(zhuǎn)化公式的規(guī)律將公式簡化成只涉及加法和乘法運算，以此簡化公式運算量，達到節(jié)省資源的目的。 卡爾曼濾波器的實現(xiàn)。首先分析了影響定位精度的各種誤差因素，將各種誤差因素視為一階馬爾科夫過程的總誤差，建立了系統(tǒng)狀態(tài)方程、觀測方程和濾波方程，并基于分散濾波的思想進行卡爾曼濾波設(shè)計，并通過Matlab進行仿真。結(jié)果表明，本文設(shè)計的卡爾曼濾波器收斂性好，定位精度高、估計誤差小。在仿真基礎(chǔ)上，實現(xiàn)基于FPGA的卡爾曼濾波計算。在滿足實時性的基礎(chǔ)上，通過IP核、模塊的分時復用和樹狀結(jié)構(gòu)節(jié)省資源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)卡爾曼濾波，達到提高數(shù)據(jù)精度的效果。 設(shè)計中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676為硬件平臺，采用Verilog HDL硬件描述語言實現(xiàn)，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布線，一共使用44438個邏輯資源，時鐘頻率達到100MHZ以上，滿足實時性信號處理要求，在保證精度的前提下達到資源最優(yōu)。Modelsim仿真驗證了該設(shè)計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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基于FPGA的GPS中頻信號捕獲算法及其采樣器實現(xiàn)
上傳時間： 2013-07-02
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電子工業(yè)出版社，GPS原理與應(yīng)用/(美)卡普蘭(Kaplan,E.D.)著，邱致和等譯。系統(tǒng)介紹了衛(wèi)星導航的基本概念，所用的時間與坐標系，GPS系統(tǒng)的組成，衛(wèi)星的信號與特性，接收機的截獲與跟蹤，干擾與抗干擾措施；討論了GPS系統(tǒng)本身的性能，各種差分GPS系統(tǒng)，與其他傳感器的組合及俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)。
標簽： GPS
上傳時間： 2013-07-08
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GPS軟件接收機基帶處理算法研究與FPGA實現(xiàn)
上傳時間： 2013-07-17
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GPS的CA碼捕獲跟蹤源代碼 一些源代碼 可以用于仿真 希望有用
上傳時間： 2013-04-24
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