本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的GNSS信號(hào)快速捕獲算法的研究與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： GNSS 捕獲算法 偽隨機(jī)碼 多普勒頻移 PMF+FFT

【摘要】：隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS在航天、鐵路監(jiān)控、海洋救援、環(huán)境和災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、導(dǎo)彈制導(dǎo)和民航等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,我國(guó)的北斗系統(tǒng)、俄羅斯GLONASS、歐洲GALILEO和美國(guó)GPS都在加快導(dǎo)航技術(shù)的研究與發(fā)展。導(dǎo)航定位的實(shí)時(shí)性和精度主要依賴(lài)GNSS信號(hào)捕獲算法與跟蹤算法的優(yōu)劣,其中在對(duì)信號(hào)進(jìn)行跟蹤之前首先要對(duì)衛(wèi)星信號(hào)中存在的偽隨機(jī)碼相位和載波多普勒頻移進(jìn)行估計(jì),這個(gè)估計(jì)的過(guò)程就是捕獲,因此捕獲算法是整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)GNSS信號(hào)的快速捕獲,減少捕獲時(shí)間,本文主要是針對(duì)捕獲算法進(jìn)行研究,最終在FPGA上實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字中頻信號(hào)的快速捕獲。在研究的過(guò)程中,介紹了GNSS信號(hào)捕獲算法的原理,對(duì)傳統(tǒng)的捕獲算法進(jìn)行了分析介紹,比較各自的優(yōu)缺點(diǎn),并對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn),設(shè)計(jì)了一種基于并行碼相位的PMF+FFT捕獲算法,使其一次對(duì)多個(gè)碼相位進(jìn)行并行搜索,從而提高捕獲效率。對(duì)GNSS接收機(jī)中捕獲模塊進(jìn)行FPGA設(shè)計(jì),采用基于并行碼相位的PMF+FFT算法來(lái)實(shí)現(xiàn)捕獲模塊,不僅提高了捕獲速率,還降低了FPGA硬件資源的使用率,在工程實(shí)現(xiàn)中具備較高的經(jīng)濟(jì)性和可行性�；谀K化思想,將捕獲模塊劃分若干功能子模塊,分別對(duì)各功能子模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。采用Cadence公司的仿真工具IUS對(duì)捕獲模塊的功能以及性能進(jìn)行仿真分析,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)GNSS信號(hào)偽碼相位的捕獲以及多普勒頻移的估計(jì),并降低捕獲時(shí)間,驗(yàn)證結(jié)果證明了捕獲算法的可行性和正確性。采用Synopsys公司的靜態(tài)時(shí)序分析工具primetime對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行靜態(tài)時(shí)序分析,時(shí)序分析結(jié)果表明捕獲模塊時(shí)序設(shè)計(jì)的完整性和正確性。
【關(guān)鍵詞】：GNSS 捕獲算法 偽隨機(jī)碼 多普勒頻移 PMF+FFT
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN967.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題背景及研究意義9-10
• 1.2 課題相關(guān)技術(shù)與發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 GNSS接收機(jī)10
• 1.2.2 偽隨機(jī)碼捕獲算法現(xiàn)狀10-11
• 1.2.3 嵌入式處理器技術(shù)11-12
• 1.3 研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)12-14
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容12-13
• 1.3.2 論文結(jié)構(gòu)13-14
• 1.4 本章小結(jié)14-15
• 第2章 擴(kuò)頻通信與北斗導(dǎo)航系統(tǒng)15-27
• 2.1 擴(kuò)頻通信概述15-18
• 2.1.1 擴(kuò)頻通信的基本理論15
• 2.1.2 擴(kuò)頻通信的技術(shù)特點(diǎn)15-16
• 2.1.3 多普勒效應(yīng)16-18
• 2.2 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)概述18-25
• 2.2.1 北斗導(dǎo)航信號(hào)結(jié)構(gòu)18-19
• 2.2.2 偽隨機(jī)碼及相關(guān)性19-24
• 2.2.3 導(dǎo)航電文24-25
• 2.3 GNSS接收機(jī)結(jié)構(gòu)25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第3章 捕獲算法研究27-49
• 3.1 信號(hào)捕獲的目的27
• 3.2 信號(hào)捕獲的原理27-32
• 3.2.1 二維搜索27-31
• 3.2.2 積分時(shí)間長(zhǎng)度31-32
• 3.2.3 多普勒頻率搜索步長(zhǎng)32
• 3.3 提高信噪比方法32-34
• 3.3.1 相干積分32-34
• 3.3.2 非相干積分34
• 3.4 傳統(tǒng)捕獲算法34-39
• 3.4.1 串行捕獲算法34-35
• 3.4.2 并行頻率捕獲算法35-37
• 3.4.3 并行碼相位捕獲算法37-39
• 3.5 部分匹配濾波器結(jié)合FFT的捕獲算法及其改進(jìn)39-46
• 3.5.1 匹配濾波器原理39-40
• 3.5.2 PMF+FFT捕獲算法40-43
• 3.5.3 并行碼相位的PMF+FFT捕獲算法及仿真43-46
• 3.6 不同捕獲算法的實(shí)時(shí)性比較46-47
• 3.7 本章小結(jié)47-49
• 第4章 快捕算法的FPGA實(shí)現(xiàn)49-73
• 4.1 FPGA開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)介49-51
• 4.1.1 FPGA開(kāi)發(fā)流程49-50
• 4.1.2 芯片選型與開(kāi)發(fā)工具50-51
• 4.2 設(shè)計(jì)中的技術(shù)指標(biāo)51
• 4.3 捕獲模塊FPGA實(shí)現(xiàn)51-71
• 4.3.1 復(fù)位模塊設(shè)計(jì)52-53
• 4.3.2 DSP接口模塊53-56
• 4.3.3 本地載波NCO設(shè)計(jì)56-57
• 4.3.4 本地偽隨機(jī)碼發(fā)生器設(shè)計(jì)57-58
• 4.3.5 數(shù)字下變頻模塊設(shè)計(jì)58-59
• 4.3.6 積分清零部分相關(guān)器設(shè)計(jì)59-61
• 4.3.7 數(shù)據(jù)緩存模塊設(shè)計(jì)61-65
• 4.3.8 FFT模塊設(shè)計(jì)65-68
• 4.3.9 捕獲判決模塊設(shè)計(jì)68-71
• 4.4 本章小結(jié)71-73
• 第5章 快捕模塊的仿真驗(yàn)證與時(shí)序分析73-85
• 5.1 程序仿真73-75
• 5.2 資源占用率75
• 5.3 時(shí)序分析75-84
• 5.3.1 靜態(tài)時(shí)序分析原理75-79
• 5.3.2 時(shí)序約束設(shè)計(jì)79
• 5.3.3 時(shí)序分析結(jié)果79-84
• 5.4 本章小結(jié)84-85
• 結(jié)論85-87
• 參考文獻(xiàn)87-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間所取得的研究成果91-93
• 致謝93

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