本文關(guān)鍵詞：高動態(tài)GPS衛(wèi)星信號模擬器軟件研究

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【摘要】：GPS衛(wèi)星信號模擬器是一種可以產(chǎn)生高精度標(biāo)準(zhǔn)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航模擬信號的仿真信號源,本文以GPS衛(wèi)星信號模擬器軟件的開發(fā)為背景,著重對軟件需求及開發(fā)過程中涉及的關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究。論文針對美國研制的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),研究與之對應(yīng)的GPS衛(wèi)星信號導(dǎo)航模擬器軟件。根據(jù)GPS典型信號特征及典型GPS衛(wèi)星信號模擬器應(yīng)用需求,在GPS信號模擬器基礎(chǔ)上,依據(jù)軟件工程中對軟件需求的分析方法及設(shè)計模式典型思路進(jìn)行上位機(jī)軟件架構(gòu)設(shè)計,提出了將一次模擬仿真過程視為一個“工程”的設(shè)計思路,實(shí)現(xiàn)了對模擬器軟件仿真數(shù)據(jù)的回溯及開發(fā)機(jī)制。針對GPS系統(tǒng)特點(diǎn),根據(jù)模擬器對偽隨機(jī)碼性能的要求設(shè)計了基于FPGA與DSP的嵌入式軟件模塊,基于TI公司6000系列DSP芯片與Altera公司的Cyclone III系列FPGA提出并設(shè)計了基于DDS的碼NCO數(shù)字邏輯與控制邏輯,完成了部分軟件的編碼實(shí)現(xiàn),驗(yàn)證了軟件需求的正確性和軟件設(shè)計的合理性。利用正圓形錐投影法,對衛(wèi)星信號模擬器最常使用的坐標(biāo)系問題,進(jìn)行算法研究,建立了空間坐標(biāo)到投影坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換模型,驗(yàn)證了地心地固坐標(biāo)系到經(jīng)緯度坐標(biāo)系在模擬器軟件中使用的正確性。針對GPS使用的時間系統(tǒng)進(jìn)行研究,建立了UTC時間到GPS時間的轉(zhuǎn)換模型。論文提出了GPS衛(wèi)星信號模擬器軟件中重要的誤差模型,并依據(jù)模擬器的信號特點(diǎn)研究了這些模型的適用范圍和使用方法。依據(jù)多普勒頻偏定義,提出采用含有加速度、加加速度的徑向變速運(yùn)動軌跡模型,對多普勒頻偏對動態(tài)衛(wèi)星信號的影響進(jìn)行推算,得出基于該運(yùn)動軌跡模型的射頻信號及中頻信號模型,完成了利用距離差計算相位差從而實(shí)現(xiàn)了高動態(tài)模擬,使用該模型進(jìn)行高動態(tài)仿真運(yùn)算,基于32bit處理器,理論上能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)數(shù)字頻率控制步進(jìn)達(dá)到1/322精度。
【關(guān)鍵詞】：GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 信號模擬器 衛(wèi)星信號誤差分析 高動態(tài)模擬
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P228.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 GPS技術(shù)簡述11-14
• 1.1.1 GPS系統(tǒng)組成11-13
• 1.1.2 GPS工作原理13-14
• 1.2 GPS現(xiàn)代化進(jìn)程14-16
• 1.2.1 GPSII計劃15
• 1.2.2 GPSIII計劃15-16
• 1.3 AGPS技術(shù)簡述16
• 1.4 國內(nèi)外衛(wèi)星信號模擬器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢16-18
• 1.5 GPS衛(wèi)星信號模擬器應(yīng)用及研究意義18-19
• 1.6 論文主要研究內(nèi)容19-21
• 第二章 GPS衛(wèi)星信號模擬器原理21-28
• 2.1 GPS衛(wèi)星信號模擬器系統(tǒng)架構(gòu)21-22
• 2.2 GPS衛(wèi)星信號特征22-23
• 2.3 GPS衛(wèi)星信號模擬器的數(shù)字中頻信號處理23-24
• 2.4 GPS衛(wèi)星信號模擬器載波NCO及碼NCO24-26
• 2.4.1 基于DDS的NCO設(shè)計方法25-26
• 2.4.2 碼NCO功能26
• 2.4.3 載波NCO功能26
• 2.5 GPS導(dǎo)航電文內(nèi)容26
• 2.6 GPS導(dǎo)航電文幀結(jié)構(gòu)26-27
• 2.7 本章小結(jié)27-28
• 第三章 時間系統(tǒng)及空間坐標(biāo)系統(tǒng)模型分析28-38
• 3.1 GPS衛(wèi)星信號模擬器常用空間坐標(biāo)系統(tǒng)定義28-30
• 3.1.1 地心慣性坐標(biāo)系(ECI)28-29
• 3.1.2 地心地固坐標(biāo)系(ECEF)29
• 3.1.3 世界測地坐標(biāo)系(WGS-84)29
• 3.1.4 ECEF坐標(biāo)系到用戶設(shè)備測地坐標(biāo)系的變換29-30
• 3.1.5 用戶設(shè)備測地坐標(biāo)系到ECEF坐標(biāo)系的變換30
• 3.2 GPS衛(wèi)星信號模擬器常用時間系統(tǒng)定義30-35
• 3.2.1 天球世界時31-32
• 3.2.2 原子時32-34
• 3.2.3 模擬器本地時間34-35
• 3.3 時間系統(tǒng)歷元35-36
• 3.4 時間系統(tǒng)換算36-37
• 3.4.1 UTC時間到GPS時間換算36
• 3.4.2 GPS時間到UTC時間換算36-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 星基導(dǎo)航系統(tǒng)誤差模型分析38-47
• 4.1 衛(wèi)星時鐘誤差38-39
• 4.2 衛(wèi)星星歷誤差39
• 4.3 相對論誤差39-40
• 4.4 大氣層誤差40-45
• 4.5 載波多徑誤差45-46
• 4.6 本章小結(jié)46-47
• 第五章 多普勒頻偏模擬算法模型分析47-53
• 5.1 用戶運(yùn)動軌跡47
• 5.2 多普勒頻偏模擬算法原理47-50
• 5.2.1 基于用戶運(yùn)動軌跡的高動態(tài)衛(wèi)星射頻信號47-49
• 5.2.2 基于用戶運(yùn)動軌跡的數(shù)字中頻信號49-50
• 5.3 高動態(tài)模擬設(shè)計50-52
• 5.3.1 利用距離差實(shí)現(xiàn)相位差的算法50-51
• 5.3.2 碼數(shù)控振蕩器設(shè)計51-52
• 5.4 本章小結(jié)52-53
• 第六章 GPS衛(wèi)星信號模擬器軟件設(shè)計實(shí)現(xiàn)53-86
• 6.1 上位機(jī)軟件設(shè)計53-61
• 6.1.1 軟件運(yùn)行環(huán)境53
• 6.1.2 外部物理接口53
• 6.1.3 軟件功能設(shè)計53-55
• 6.1.4 軟件總體結(jié)構(gòu)55
• 6.1.5 軟件流程圖55-56
• 6.1.6 軟件模塊設(shè)計56-61
• 6.2 嵌入式底層軟件61-67
• 6.2.1 硬件芯片選型61-62
• 6.2.2 總體功能結(jié)構(gòu)62
• 6.2.3 FPGA功能設(shè)計62-65
• 6.2.4 DSP功能設(shè)計65-67
• 6.3 軟件開發(fā)環(huán)境67
• 6.4 算法模型實(shí)現(xiàn)67-78
• 6.4.1 坐標(biāo)系統(tǒng)模型實(shí)現(xiàn)67-71
• 6.4.2 大氣層誤差模型實(shí)現(xiàn)71-73
• 6.4.3 相對論誤差模型實(shí)現(xiàn)73-76
• 6.4.4 運(yùn)動狀態(tài)算法實(shí)現(xiàn)76-78
• 6.5 上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)78-85
• 6.5.1 模擬器軟件主界面79
• 6.5.2 仿真時間定義界面79-80
• 6.5.3 星歷源選擇界面80
• 6.5.4 運(yùn)動類型定義界面80-81
• 6.5.5 運(yùn)動劇情定義界面81-83
• 6.5.6 環(huán)境因素定義界面83-85
• 6.6 本章小結(jié)85-86
• 第七章 衛(wèi)星信號模擬器軟件仿真驗(yàn)證86-94
• 7.1 靜止比對測試86-90
• 7.1.1 真實(shí)衛(wèi)星信號定位結(jié)果86-88
• 7.1.2 模擬衛(wèi)星信號定位結(jié)果88-90
• 7.1.3 比對結(jié)果90
• 7.2 動態(tài)測試90-93
• 7.2.1 勻加速運(yùn)動91-92
• 7.2.2 高動態(tài)運(yùn)動92-93
• 7.3 本章小結(jié)93-94
• 第八章 總結(jié)94-96
• 8.1 本文的主要貢獻(xiàn)94-95
• 8.2 下一步工作展望95-96
• 致謝96-97
• 參考文獻(xiàn)97-99
• 碩士期間取得的研究成果99-100

【參考文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 萬麗景;GPS系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

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本文編號：658549