GPS伪卫星发射器的设计与实现

摘要

全球定位系统(GPS)可以向全球用户提供位置、速度和时间信息，在航空航天、海上及陆地等许多领域，特别是军事领域得到了广泛的应用，成为一种主要的导航手段。但是GPS系统的高精度、可靠性和完好性等诸多优越性能都依赖于跟踪的可视卫星的数量及卫星的几何分布情况。GPS卫星在受遮挡的情况下很难发挥作用，在一些特殊地区如矿区、隧道、室内和地下，这些地方由于视野不开阔或无法接收到GPS信号，满足不了定位要求。伪卫星是解决这些问题的一条有效途径，利用伪卫星能够增加可见星的数目并改善其几何图形分布。 本文研究伪卫星增强GPS定位技术。首先综述了卫星导航系统的发展、现状及存在的问题，介绍了GPS伪卫星的发展历史。针对伪卫星发射器设计与实现，详细研究了伪码扩频通信技术，分析了m序列的构成及性能、伪卫星信号C/A码的构成、导航电文的格式及内容，给出了GPS伪卫星的几种基本的定位模式。 在理论研究和分析的基础上，设计了基于GPS信号的伪卫星发射器。系统采用单片机和嵌入式C语言实现了导航电文，用VHDL语言与CPLD芯片完成了C/A码的设计以及与导航电文叠加的合成码设计，用BPSK调制方式将合成码调制到载波上，实现了发射器的整体功能。最后用频谱仪、示波器和伪卫星接收器对GPS伪卫星信号进行了实验验证。实验结果表明，设计的伪卫星发射器满足预先设计要求。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1卫星导航系统的发展及现状

1.2 GPS伪卫星的研究背景

1.3论文主要研究内容

第二章GPS伪卫星的理论基础

2.1概述

2.2 GPS伪卫星的C/A码构成

2.2.1 m序列

2.2.2 C/A码构成

2.3导航电文(D码)格式及内容

2.4伪码扩频

2.4.1扩频通信概述

2.4.2扩频通信理论基础

2.5 GPS伪卫星的定位模式

2.5.1 GPS和伪卫星组合导航定位

2.5.2伪卫星单独定位

2.5.3伪卫星逆向定位

2.6本章小结

第三章GPS伪卫星发射器软硬件设计

3.1概述

3.2锁相环电路原理

3.2.1锁相环电路基础理论

3.2.2锁相环路的组成

3.2.3环路的性能

3.3 C/A码硬件及程序设计

3.3.1 CPLD/FPGA概述

3.3.2 C/A码的软件设计

3.4 D码硬件及程序设计

3.4.1 D码硬件电路设计

3.4.2 D码的软件设计

3.5合成码的实现

3.6本章小结

第四章GPS伪卫星发射器测试结果与分析

4.1伪卫星发射器发射信号测试结果及分析

4.2伪卫星接收器测试结果及分析

4.3本章小结

第五章总结与展望

5.1本文总结

5.2进一步研究工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文