基于FPGA的GPS卫星多通道捕获跟踪电路设计及定位算法研究

摘要

现在卫星导航定位系统已经广泛的运用在军事和民用部门，继美国和俄罗斯后我国也成功的开发出北斗导航定位系统，所以对卫星定位接收机技术的研究势在必行。本论文主要对的GPS接收机的多通道捕获跟踪在FPGA上设计进行了研究和实现，同时进行了相对伪距定位算法的研究。本论文使用的是频点跳变法捕获跟踪卫星，相位跳变法解获星历。实现多通道捕获跟踪并准确的解出导航电文后，需要给定位算法软件提供导航信息参数和不同卫星到达接收机的时间差。
　　首先论文阐述了GPS定位系统的基本概念、卫星的捕获跟踪的基础原理、GPS卫星定位的基本原理和方法。然后在硬件部分，为了实现FPGA上多通道捕获跟踪并成功解除导航电文，分别对设计当中的单通道捕获、单通道跟踪、卫星信息传输和分配、时间间隔计数和数据上传六个模块在FPGA里的实现方法进行了分析和验证。单通道捕获跟踪部分重点介绍频点跳变法捕获跟踪和相位跳变法解获星历，捕获传输和分配部分完成了把捕获到的卫星信息实时和不重复的分配给多个通道，时间间隔计数部分主要的功能是提取出各颗卫星到达接收机的时间差，数据上传部分把解出的星历和时间差以固定的格式传送给定位软件。最后本论文对相对伪距定位算法和软件实现进行了研究。
　　通过对设计的仿真验证，成功的实现了多通道捕获跟踪并且准确的解出卫星星历。使用这种多通道跟踪方法可以有效的利用硬件资源，减小功耗。本论文对相对伪距定位算法及软件的研究，也为以后精确定位提供了理论基础。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 GPS系统概述

1．2 课题研究背景和意义

1．3 本文内容及结构

2 卫星捕获跟踪与导航定位原理

2．1 卫星信号简介

2．2 接收机的结构

2．3 接收机捕获跟踪原理

2．3．1 卫星捕获原理

2．3．2 卫星跟踪原理

2．4 卫星导航定位概述

2．4．1 导航电文

2．4．2 计算卫星位置

2．4．3 常用定位方法

3 基于FPGA多通道捕获跟踪的硬件实现方法

3．1 单通道捕获模块

3．2 单通道跟踪模块

3．3 卫星信息传输和分配模块

3．3．1 捕获跟踪连接模块

3．3．2 卫星通道请求模块

3．3．3 卫星通道分配模块

3．4 时间差计数模块

3．5 数据存储和串口传输模块

4 卫星定位的软件算法仿真

4．1 相对伪距定位算法

4．2 定位软件验证

5 总结

参考文献

附录A

作者简历

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