高动态GPS接收机C/A码的接收及其FPGA实现研究

摘要

GPS（全球定位系统）是美国建立的高精度卫星定位导航系统，高动态GPS接收机可应用于卫星、飞机、高速列车等许多场合。高动态给GPS信号带来很大的多普勒频移和多普勒频移变化率，普通民用接收机无法正常工作。适用于高动态条件的接收机可以有效消除多普勒频移及其变化率对信号接收的影响，提高导航定位精度。 本文在深入研究GPS的系统组成、工作原理以及信号格式的基础上，重点研究高动态条件下C/A码和载波的捕获与跟踪方案。论文的主要工作如下： 1．深入研究扩频信号的各种捕获算法，提出了一种适用于高动态的基于FFT的C/A码快速捕获算法； 2．研究扩频码跟踪和载波跟踪技术，设计了载波辅助的码跟踪环路——数字延迟锁定环（DLL）及一种叉积自动频率跟踪环（CPAFC）与科斯塔斯（Costas）环相结合的载波跟踪方案，并在MATLAB环境下建立系统模型，对环路参数进行了详细的设计； 3．初步完成了GPS接收机基带处理模块核心单元的FPGA设计和功能仿真。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究工作的背景及意义

1.2相关研究工作的发展动态

1.2.1 GPS系统的特点和应用

1.2.2 GPS应用技术的研究现状

1.2.3高动态GPS接收机的技术难点

1.3研究工作的主要内容

第二章 GPS系统概述

2.1 GPS系统组成

2.2 GPS系统的信号格式

2.2.1 GPS信号的调制及频率关系

2.2.2 GPS导航电文

2.2.3 GPS卫星的测距码

2.3 GPS系统的测量原理

2.3.1伪距定位原理

2.3.2多普勒测速原理

2.4本章小结

第三章 GPS系统C/A码的捕获

3.1扩频系统的同步不确定性

3.2 GPS卫星信号的初始搜索

3.3捕获结构的数学模型分析

3.4基于FFT的C/A码捕获

3.4.1基于FFT的C/A码捕获方法

3.4.2仿真分析

3.5本章小结

第四章 GPS卫星信号的跟踪

4.1锁相技术原理概述

4.2伪码跟踪环

4.2.1延迟锁定环(DLL)

4.2.2 DLL相关间隔的选取和环路滤波器的设计

4.2.3仿真分析

4.2.4码跟踪环的随机误差

4.3载波跟踪环路

4.3.1叉积自动频率跟踪环(CPAFC)

4.3.2基于科斯塔斯环的载波相位跟踪环

4.3.3环路滤波器的设计

4.3.4二阶CPAFC和三阶Costas环混合载波跟踪环设计

4.3.5仿真分析

4.4 GPS导航数据的位同步

4.5本章小结

第五章 C/A码接收模块的FPGA实现

5.1 FPGA设计方法介绍

5.1.1 FPGA简介

5.1.2 Quartus可编程逻辑开发软件平台

5.2数字GPS接收机整体结构

5.3 GPS接收机基带处理模块核心单元的FPGA设计

5.3.1 C/A码产生模块

5.3.2捕获模块

5.3.3载波跟踪模块

5.4本章小结

结束语

致谢

参考文献

作者在读期间的研究成果