基于Max2769前端的GPS软件接收算法原理及其设计实现

摘要

近年来，全球定位系统GPS接收机市场呈现爆炸性增长。传统GPS接收机方案中采用专用ASIC来实现，这种接收方案一旦硬件设计定型就很难更改，而且考虑到如果不对接收机进行硬件升级就很难实现多种信号的兼容接收和算法升级，以及硬件升级带来的成本提高和电子器件发热等因素引入卫星信号解扩解调中的噪声污染等问题。 当前，现有的GPS接收机越来越多的考虑通过软件接收来实现。GPS软件接收机强调软件实现模式，即在必要、通用的硬件基础平台上，将GPS接收机功能最大限度的软件化，使其具有开放、全面可编程和灵活的特点，在不需要更改硬件的前提下，通过软件模块的调整升级就可以满足不同用户的需要，因此，研究软件GPS定位解决方案意义重大。 本文重点在于基于Max2769射频前端的GPS软件接收机的设计和实现。通过概述和比较四种全球主流的卫星定位系统，并针对当前相关定位解决方案的市场需求，文中阐述了GPS在信号兼容性、算法优化等方面的问题。 文中分析了GPS软件接收机的系统结构，并且基于传统GPS接收机系统设计提出了灵活可编程的GPS接收机软件解决方案，并对GPS接收机的物理层解调解扩及后端PVT定位算法进行算法编程建模及软件平台搭建。最后基于美信Max2769RF大量实际静态采集的数据定位解算给出了经纬度定位结果，并和商用GPS软件Spot定位结果进行了比照，针对该软件系统接收平台进行了捕获跟踪解扩解调模块性能分析、配置参数导致的定位误差分析，并对算法实现做了定量分析研究，进而对GPS接收机定位算法进行优化与完善。 最后，文章讨论了基于通用可编程处理器的设计方案，并使用System Generator软件在Matlab Simulink环境下对GPS接收机中部分模块进行DSP算法架构及FPGA系统建模。实践证明，将灵活可编程的软件解决方案引入GPS接收机的设计是完全可行，并且定位解算的结果也是令人满意的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2问题的提出

1.3论文的主要工作及组织结构

第二章 全球卫星定位系统及其原理

2.1全球卫星定位系统发展格局

2.1.1全球定位系统GPS简介

2.1.2全球导航卫星系统"GLONASS"简介

2.1.3"Galileo"卫星定位系统简介

2.1.4北斗卫星导航系统简介

2.2 GPS全球定位系统体系结构与标准

2.3 GPS全球定位系统定位原理介绍

2.3.1GPS全球定位系统定位原理

2.3.2伪距确定用户位置

2.3.3确定用户位置方程的解算过程

小结

第三章 GPS全球定位系统接收机系统结构

3.1 GPS信号特征

3.1.1 GPS信号组成

3.1.2 GPS 信号伪随机码

3.1.3 GPS信号导航电文

3.1.4 GPS信号调制方式

3.2 GPS信号接收机系统结构

3.2.1 GPS信号接收机的任务

3.2.2 GPS信号接收机射频前端

3.2.3 GPS基带单元

3.3传统GPS接收机设计方案

3.3.1传统GPS接收方案

3.3.2市场主流的GPS芯片

3.3.3传统GPS芯片的基带捕获跟踪方案

3.4 GPS软件接收机设计方案

3.4.1软件无线电概念及特点

3.4.2 GPS软件接收方案的提出

3.4.3 GPS软件接收方案的潜在优势

3.4.4基于PC机的GPS软件接收机

3.4.5GPS软件接收机程序模块

小结

第四章 GPS软件接收机系统设计

4.1 GPS软件接收机总体设计

4.2 GPS信号捕获

4.3 GPS信号跟踪解扩解调

4.3.1C/A码跟踪环路

4.3.2载波跟踪

4.3.3 GPS卫星信号的跟踪

4.3.4 GPS基带原理图

4.4 GPS导航电文提取

4.4.1将跟踪数据转化为导航数据

4.4.2子帆匹配

4.4.3奇偶校验

4.4.4由子帧中获得导航电文数据

4.5 GPS伪距计算

4.6 GPS卫星位置解算

4.6.1求解卫星位置

4.6.2 GPS定位解算中主要误差及消除算法

4.7 GPS用户位置解算

4.8 GPS外场数据采集及定位验证

4.9典型定位误差及选择可用性

小结

第五章 GPS接收模块的DSP算法架构及FPGA系统建模

5.1 Simulink和Xilinx System Cenerator平台

5.1.1Simulink平台与基于模型的设计技术

5.1.2 Xilinx System Generator简介

5.2 GPS基带信号部分处理模块FPGA建模

5.2.1基于System Generator的DSP高层系统设计优势

5.2.2利用System Generator进行DSP设计流程

5.2.3利用System Generator进行系统级GPS基带部分模块建模

小结

第六章 结论与展望

6.1本文总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

附录

作者简介