基于FPGA的GPS/BD2双模基带信号处理优化方法研究

摘要

由于全球卫星导航系统—GNSS(Global Navigation Satellite System)在诸多领域的广泛应用及其重要性，世界发达国家和地区相继提出了自己的卫星导航系统，卫星接收机也由过去单一的GPS模式向多模融合方向发展。多模接收机与单模接收机相比具有更高的稳定性、导航精度、安全性、完整性，是目前该领域研究的热点。在我国，随着北斗2(BD2)导航系统的商业化应用逐步展开，研究基于GPS和BD2的双模接收机具有很好的商业价值和应用前景。本论文对GPS/BD2双模接收机的核心—基带信号处理及其优化方法进行了研究。
　　论文首先对现有的卫星导航系统进行了总结，详细介绍了GPS、BD2卫星导航系统的基本原理和信号结构。基于GPS和BD2两种导航系统信号结构的相似性分析，在双模接收机的系统结构设计中，对GPS基带信号和BD2的基带信号采用了相同的处理算法。
　　针对GPS/BD2双模接收机基带信号处理的捕获部分，简要介绍了时域滑动相关和并行码相位搜索两种算法，提出了一种改进的时域搜索算法:将多个测距码相位进行码相位搜索。在Matlab下，以实际的中频采样信号为输入进行了仿真，验证了改进算法的可行性。通过对捕获算法进行优化，提高了捕获速度。
　　在基带处理的跟踪部分，通过对鉴相器模块的误差分析，提出了用多项式逼近反正切函数的计算方法，以降低运算复杂度。在GPS、BD2的跟踪环路中，对载波跟踪环路进行了优化，码跟踪环路采用延迟锁定环路来完成。
　　基于FPGA+ARM的双模接收机硬件平台，给出了GPS/BD2双模接收机基带信号处理的实现方案。利用VHDL语言实现了单个通道的各个模块的设计，并利用Modelsim对各个模块和整体通道进行了仿真验证。ARM与FPGA之间的数据接口采用了FSMC模式，分析了两者之间的数据流图，并给出了ARM的程序设计流程。在FPGA端完成了捕获算法的优化，在ARM端完成了载波跟踪环路鉴相器算法的优化。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 信号捕获算法

1．2．2 载波跟踪环路

1．2．3 码跟踪环路

1．3 论文研究内容

2 GPS／BD2双模接收机信号结构

2．1 GPS和BD2信号结构

2．1．1 载波

2．1．2 测距码

2．1．3 信号的产生

2．2 接收机结构

2．3 本章小节

3 基带信号捕获算法研究

3．1 时域滑动相关算法

3．2 并行码相位搜索算法

3．3 改进的时域搜索算法

3．4 基带信号处理优化捕获算法的实现和分析

3．5 本章小结

4 基带信号跟踪分析

4．1 载波环跟踪环路

4．2 码跟踪环路

4．3 载波环与码环的组合

4．4 基带信号处理跟踪过程的实现和分析

4．5 本章小结

5 基于FPGA的双模接收机基带处理的逻辑设计与仿真

5．1 双模接收机硬件平台

5．1．1 射频前端模块

5．1．2 基带信号处理模块

5．1．3 定位解算模块

5．2 基于FPGA的基带信号处理逻辑设计与仿真

5．2．1 单通道中各个模块的逻辑设计与仿真

5．2．2 通道集成与功能仿真

5．3 ARM端设计

5．3．1 ARM端与FPGA接口

5．3．2 程序设计

5．4 本章小结

6 总结

6．1 本文完成的工作

6．2 下一步工作建议

参考文献

图索引

表索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集