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软件GPS接收机的设计与实现

王安华  
【摘要】: 论文完成了软件GPS接收机的设计与实现。该GPS接收机通过一个GPS中频数据采集器与计算机上的定位软件配合使用实现定位功能。论文研究重点在于接收机基带信号处理算法的研究与实现。在引入软件无线电的设计理念后,基带信号处理和位置解算完全由软件实现,使得GPS接收机的灵活性大大提高而成本有效降低。 文中首先介绍了GPS系统的组成,以及用户终端——GPS接收机的分类和应用范围;然后介绍了GPS中频数据采集终端硬件平台的设计,阐述了硬件,固件程序和主机驱动程序的开发;接着详细介绍了GPS信号捕获、跟踪、GPS导航数据的解调和根据导航电文和测量伪距使用最小二乘法计算出用户位置。文中还对GPS接收机可重配置的实现做了简要介绍。 接收机中的信号处理是论文的重点,特别是捕获和跟踪。该部分首先介绍了捕获原理,分析了现有捕获方法的特点和不足,提出了一种改进的基于循环相关的捕获方法,实验表明该捕获方法能明显提高GPS接收机的捕获性能。在跟踪环路设计中,首先介绍了GPS信号的跟踪原理,在此基础上,利用延迟锁定环(DLL)对C/A码进行跟踪,估计出较精确的码相位,利用锁频环(FLL)配合锁相环(PLL)跟踪载波频率和相位,并得出导航数据。GPS接收机的软件是在VS2008平台下使用C/C++语言开发的,文章给出了软件设计思路和流程。 最后,通过现场测试来验证文中所设计的GPS接收机的性能。静态条件下,利用高精度的GPS接收机作为基准设备进行对比测试,结果表明定位精度达到设计指标。动态条件下,在没有遮挡时得到了比较满意的定位结果,但在城市环境中,接收到的卫星信号少于4颗或者不能连续收到卫星信号时,定位结果还不理想。文中还测试了GPS接收机的启动时间、接收灵敏度和定位数据输出频率等指标,均到达设计要求。


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