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《北京交通大学》 2008年
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GPS接收机基带处理器研究与设计

段文娟  
【摘要】: 近年来,随着全球定位系统(GPS)在导航、测绘、通信、土木、环境、旅游等领域的广泛应用,GPS接收机的研发成为了当今世界的热门研究课题。GPS接收机主要包括单频(L1频段)C/A码接收机、双频(L1/L2频段)接收机、GPS/GLONASS双系统兼容接收机以及美国军用接收机。而单频(L1频段)C/A码接收机是目前应用最广的接收机,本文所研究的也是这种接收机。 单频(L1频段)C/A码接收机由射频前端、基带处理器以及导航计算三部分组成,本文的研究对象是该接收机基带处理器中的主要组成——捕获、跟踪和位同步。文中所研究的接收机是静态接收机,因此捕获模块的捕获范围是载波多普勒频移5KHz,C/A码相位漂移0~1023个码片。 本文首先介绍了GPS的组成,之后阐述了GPS接收机的基本原理——直接扩频通信和GPS信号的结构与特性,利用MATLAB验证了C/A码的特性以及计算了位同步模块设计所需的门限值,从这些方面出发提出了适合于本文所讨论的接收机基带处理器的捕获、跟踪以及位同步的设计方案。 在文中,对时域捕获算法和频域捕获算法进行了比较,选择用时域捕获算法实现捕获模块。而跟踪模块采用码跟踪环和载波跟踪环耦合的方法实现,其中码跟踪环采用延迟锁定环(DLL)实现,载波跟踪环采用COSTAS锁相环实现。位同步模块也利用需实现的功能进行了设计。这三个模块的设计利用Verilog硬件描述语言实现,又将该设计下载到了Xilinx公司Spatan 3E系列的XC3S500E FPGA上,以上设计都是在频率为6.25MHz的全局采样时钟下完成的。 基带处理对捕获模块与跟踪模块有精度要求,文中所设计的捕获模块的精度为:载波频率的精度为500Hz,C/A码相位的精度为2个采样点的间隔;跟踪模块的精度为:载波频率的精度为数控振荡器(NCO)的频率分辨率,C/A码相位的精度为2个采样点的间隔。设计过程中,为了节约存储空间还提出了基于RAM的本地C/A码产生器、基于CORDIC算法的NCO和基于Robertson近似算法实现的码相位鉴别器等。 最后,利用GPS信号的结构模拟了GPS L1中频数字信号,以此信号作为输入验证了所设计的捕获、跟踪和位同步模块的正确性,并对其基本组成部分进行基于Xilinx公司Spatan 3E系列的XC3S500E FPGA的实现,利用时序仿真以及Chipscope Pro的在板调试对以上实现进行验证。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TN851;P228.4

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【引证文献】
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6 袁超;嵌入式GPS接收机系统研制[D];华东交通大学;2011年
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【参考文献】
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【同被引文献】
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1 廖炳瑜;星载双频软件GPS接收机研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2005年
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【二级引证文献】
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