發(fā)布時間：2017-09-14 20:32

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

  更多相關(guān)文章： GNSS 捕獲算法 偽隨機碼 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、導(dǎo)彈制導(dǎo)和民航等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,我國的北斗系統(tǒng)、俄羅斯GLONASS、歐洲GALILEO和美國GPS都在加快導(dǎo)航技術(shù)的研究與發(fā)展。導(dǎo)航定位的實時性和精度主要依賴GNSS信號捕獲算法與跟蹤算法的優(yōu)劣,其中在對信號進行跟蹤之前首先要對衛(wèi)星信號中存在的偽隨機碼相位和載波多普勒頻移進行估計,這個估計的過程就是捕獲,因此捕獲算法是整個導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。為了實現(xiàn)GNSS信號的快速捕獲,減少捕獲時間,本文主要是針對捕獲算法進行研究,最終在FPGA上實現(xiàn)對數(shù)字中頻信號的快速捕獲。在研究的過程中,介紹了GNSS信號捕獲算法的原理,對傳統(tǒng)的捕獲算法進行了分析介紹,比較各自的優(yōu)缺點,并對算法進行改進,設(shè)計了一種基于并行碼相位的PMF+FFT捕獲算法,使其一次對多個碼相位進行并行搜索,從而提高捕獲效率。對GNSS接收機中捕獲模塊進行FPGA設(shè)計,采用基于并行碼相位的PMF+FFT算法來實現(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,在工程實現(xiàn)中具備較高的經(jīng)濟性和可行性�；谀K化思想,將捕獲模塊劃分若干功能子模塊,分別對各功能子模塊進行實現(xiàn)。采用Cadence公司的仿真工具IUS對捕獲模塊的功能以及性能進行仿真分析,能夠?qū)崿F(xiàn)對GNSS信號偽碼相位的捕獲以及多普勒頻移的估計,并降低捕獲時間,驗證結(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)時序分析工具primetime對設(shè)計進行靜態(tài)時序分析,時序分析結(jié)果表明捕獲模塊時序設(shè)計的完整性和正確性。
【關(guān)鍵詞】：GNSS 捕獲算法 偽隨機碼 多普勒頻移 PMF+FFT
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：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10
• 1.2.2 偽隨機碼捕獲算法現(xiàn)狀10-11
• 1.2.3 嵌入式處理器技術(shù)11-12
• 1.3 研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)12-14
• 1.3.1 研究內(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 擴頻通信與北斗導(dǎo)航系統(tǒng)15-27
• 2.1 擴頻通信概述15-18
• 2.1.1 擴頻通信的基本理論15
• 2.1.2 擴頻通信的技術(shù)特點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)航信號結(jié)構(gòu)18-19
• 2.2.2 偽隨機碼及相關(guān)性19-24
• 2.2.3 導(dǎo)航電文24-25
• 2.3 GNSS接收機結(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 信號捕獲的目的27
• 3.2 信號捕獲的原理27-32
• 3.2.1 二維搜索27-31
• 3.2.2 積分時間長度31-32
• 3.2.3 多普勒頻率搜索步長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 不同捕獲算法的實時性比較46-47
• 3.7 本章小結(jié)47-49
• 第4章 快捕算法的FPGA實現(xiàn)49-73
• 4.1 FPGA開發(fā)簡介49-51
• 4.1.1 FPGA開發(fā)流程49-50
• 4.1.2 芯片選型與開發(fā)工具50-51
• 4.2 設(shè)計中的技術(shù)指標51
• 4.3 捕獲模塊FPGA實現(xiàn)51-71
• 4.3.1 復(fù)位模塊設(shè)計52-53
• 4.3.2 DSP接口模塊53-56
• 4.3.3 本地載波NCO設(shè)計56-57
• 4.3.4 本地偽隨機碼發(fā)生器設(shè)計57-58
• 4.3.5 數(shù)字下變頻模塊設(shè)計58-59
• 4.3.6 積分清零部分相關(guān)器設(shè)計59-61
• 4.3.7 數(shù)據(jù)緩存模塊設(shè)計61-65
• 4.3.8 FFT模塊設(shè)計65-68
• 4.3.9 捕獲判決模塊設(shè)計68-71
• 4.4 本章小結(jié)71-73
• 第5章 快捕模塊的仿真驗證與時序分析73-85
• 5.1 程序仿真73-75
• 5.2 資源占用率75
• 5.3 時序分析75-84
• 5.3.1 靜態(tài)時序分析原理75-79
• 5.3.2 時序約束設(shè)計79
• 5.3.3 時序分析結(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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本文編號：852187