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软件GPS接收机教学与研发平台的设计与实现

苗祺  
【摘要】:普通的GPS接收机的信号处理算法在专用集成电路中完成,所以GPS信号处理的算法对学习者而言是一个黑匣子,为了解决这个困扰GPS教学的问题,本课题提出了软件GPS接收机的解决方案,软件接收机具有以下优势: 软件接收机的所有算法的实现在软件中完成,处理数据过程中的中间参量都可以输出,因此更加直观的展现GPS接收机的处理数据过程,为GPS教学和GPS相关器的开发提供了有力的工具。因此软件GPS接收机非常适合运用到高校的教学中,特别是可以在学习过程中,学生可以通过对不同算法性能的比较,开发出自己的相关器。 软件接收机具有很高的灵活性,它可以处理不同射频前端采样的数字信号。同一个程序可以处理不同采样率的数据,因此通过软件接收机可以检测不同的射频前端的信噪比,这对于开发GPS射频模块的电路,GPS干扰和抗干扰研究以及对多径干扰的研究具有重要的意义。 软件接收机对硬件的要求比较低。当信号改变时,硬件只需稍加改动即可适应新的系统。本课题硬件采用了模块化的设计,只需更换射频前端,即可用来研究新一代的Galileo系统的信号相关捕获算法,因此具有很强的移植性。 为了填补国内GPS运用软件接收机教学的空白,本课题开发出了基于USB2.0协议的GPS数据采集数据系统。USB接口具有即插即用的特点,使用方便,特别适合通讯相关专业开设GPS原理实验课程中的二次开发或是本科生和研究生的毕业设计开发,相信这种将科研和教学相结合的方式必将被越来越多的老师和同学们接受和采用。 本文主体部分阐述了对GPS卫星信号搜索、捕获、跟踪及导航解算的算法,并对其中一些算法进行了性能上的比较,特别是对信号的二维捕获算法进行了详细的分析。最后对系统设计原理进行了分析,介绍了主要功能模块,给出了开发软件GPS接收机研发和教学平台的完整流程。


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