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GPS信号捕获算法仿真及实现

康嵩山  
【摘要】: 全球定位系统(GPS,即Global Position System)从开始运行到现在,与人们的生活越来越紧密,现在已经被运用到各个领域。随着我国北斗二代卫星的发射,使得我国对全球定位系统的研究有了一个新的契机。GPS接收机作为人们使用全球定位系统的接口,与人们的关系最为密切,同时也是研究的重点。 典型的GPS接收机的工作顺序为信号搜索捕获、信号跟踪继而导航解算,GPS接收机的信号搜索捕获是GPS接收机进行信号处理的基础。实际接收的GPS信号对于GPS算法的研究并不理想,而GPS信号仿真器价格昂贵且灵活性差。本论文主要研究分析GPS信号的搜索捕获,设计了一个GPS中频信号源,对搜索算法进行仿真,并对搜索算法的主要模块进行了硬件实现。 本论文首先简要阐述了GPS系统的组成,分析了GPS信号的结构,对硬件接收机和软件接收机进行了介绍,分析了接收机的工作原理。在此基础上,对GPS信号捕获原理、搜索策略进行了详细分析,阐述了GPS信号捕获的参数的选择,然后分析了基于FFT的时域并行捕获算法以及二次精频频率捕获。 本论文设计了一个GPS中频信号源,该信号源采用Simulink模块进行设计,具有较强的灵活性和重用性,通过参数的简单设置可生成L1载频上任意的卫星信号。对GPS信号捕获算法进行设计,并用Matlab进行编程实现。使用设计的中频信号源生成中频信号,运用编程实现的算法对生成信号进行捕获仿真。在参考相关文献基础上进行仿真时,分别对粗频频率捕获和精频频率捕获的情况进行了分析,使用不同间隔对不同信噪比的高斯白噪声干扰情况下的GPS信号进行了捕获,画出捕获频率与设定频率之间的偏差随信噪比的变化趋势图,并分析了导航数据跳变对捕获的影响。 在完成算法的软件仿真的基础上,运用FPGA(Field Programmable Gate Array)技术对捕获过程的硬件实现进行了分析,并使用Verilog HDL对主要模块进行编程仿真,完成了C/A码发生器、载波NCO(Numeric Control Oscillator)、蝶形运算单元地址、复数乘法器、峰值检测模块等模块的仿真验证。


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