全球定位系统(Global Positioning System—GPS)是新一代卫星导航定位系统，具有全球、全天候、连续、高精度导航与定位功能，能够为广大用户提供精确的三维坐标、速度和时间信息。因此，GPS系统被广泛地应用于生活中的各个领域。GPS系统用户主要是各种型号的接收机，而捕获跟踪技术是接收机的关键技术，同时也是一个技术难点。在GPS接收机中，导航电文是用户定位和导航的数据基础，为了得到导航电文必须要对GPS信号进行捕获跟踪。本文详细研究了GPS信号捕获跟踪技术，并进行了FPGA设计。 @@ 本文首先概述了GPS系统信号结构和GPS接收机工作原理，对GPS信号调制机理进行详细地阐述，重点分析了C/A码生成原理和特性。 @@ 其次叙述了GPS信号捕获的基础理论，重点研究时域滑动相关捕获方法，深入分析其算法和性能。用MATLAB中Simulink软件包搭建了可自由修改参数的GPS中频发生器，并在此平台上，对GPS信号时域滑动相关捕获算法进行仿真与分析。 @@ 接着重点研究了GPS信号跟踪技术，系统分析码跟踪环路和载波跟踪环路结构框图以及算法。在码跟踪环路方面，选用并分析了能分离载波的非相干超前滞后码锁定环的工作机理。在载波跟踪环路中选用对导航电文数据相位翻转不敏感的科斯塔斯环，并用数学模型分析GPS信号的解调过程。之后对整个跟踪环路进行MATLAB仿真，结果表明环路参数设计满足要求，并能成功解调出GPS导航电文。 @@ 最后本文在QuartusII环境下完成对GPS信号捕获跟踪系统的FPGA设计。根据对相关器硬件结构框架，对算法中各个模块的实现进行详细的说明，包括顶层设计到CA码、NCO等重要模块设计，并给出了仿真结果。 @@关键词：GPS接收机；捕获；跟踪；MATLAB仿真：FPGA
上传时间： 2013-06-16
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随着电子技术的快速发展，各种电子设备对时间精度的要求日益提升。在卫星发射、导航、导弹控制、潜艇定位、各种观测、通信等方面，时钟同步技术都发挥着极其重要的作用，得到了广泛的推广。对于分布式采集系统来说，中心主站需要对来自于不同采集设备的采集数据进行汇总和分析，得到各个采集点对同一事件的采集时间差异，通过对该时间差异的分析，最终做出对事件的准确判断。如果分布式采集系统中的各个采集设备不具有统一的时钟基准，那么得到的各个采集时间差异就不能反映出实际情况，中心主站也无法准确地对事件进行分析和判断，甚至得出错误的结论。因此，时钟同步是分布式采集系统正常运作的必要前提。 目前国内外时钟同步领域常用的技术有GPS授时技术，锁相环技术和IRIG-B 码等。GPS授时技术虽然精度高，抗干扰性强，但是由于需要专用的GPS接收机，若单纯使用GPS 授时技术做时钟同步，就需要在每个采集点安装接收机，成本较高。锁相环是一种让输出信号在频率和相位上与输入参考信号同步的技术，输出信号的时钟准确度和稳定性直接依赖于输入参考信号。IRIG-B 码是一种信息量大，适合传输的时间码，但是由于其时间精度低，不适合应用于高精度时钟同步的系统。基于上述分析，本文结合这三种常用技术，提出了一种基于FPGA的分布式采集系统时钟同步控制技术。该技术既保留了GPS 授时的高精确度和高稳定性，又具备IRIG-B时间码易传输和低成本的特性，为分布式采集系统中的时钟同步提供了一种新的解决方案。 本文中的设计采用了Ublox公司的精确授时GPS芯片LEA-5T，通过对GPS芯片串行时间信息解码，获得准确的UTC时间，并实现了分布式采集系统中各个采集设备的精确时间打码。为了能够使整个分布式采集系统具有统一的高精度数据采集时钟，本论文采用了数模混合的锁相环技术，将GPS 接收芯片输出的高精度秒信号作为参考基准，生成了与秒信号高精度同步的100MHZ 高频时钟。本文在FPGA 中完成了IRIG-B 码的编码部分，将B 码的准时标志与GPS 秒信号同步，提高了IRIG-B 码的时间精度。在分布式采集系统中，IRIG-B时间码能直接通过串口或光纤将各个采集点时间与UTC时间统一，节约了各点布设GPS 接收机的高昂成本。最后，通过PC104总线对时钟同步控制卡进行了数据读取和测试，通过实验结果的分析，提出了改进方案。实验表明，改进后的时钟同步控制方案具有很高的时钟同步精度，对时钟同步技术有着重大的推进意义！
上传时间： 2013-08-05
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普通GPS接收机在特殊环境下，如在高楼林立的城市中心，林木遮挡的森林公路，特别是在隧道和室内环境的情况下，由于卫星信号非常微弱，载噪比（Carrier Noise Ratio，C/No）通常都在34dB-Hz以下，很难有效捕获到卫星信号，导致无法正常定位。恶劣条件下的定位有广阔的发展和应用前景，特别是在交通事故、火灾和地震等极端环境下，快速准确定位当事者所处位置对于降低事态损失和营救受伤者是极为重要的。欧美和日本等发达国家也都制定了相应的提高恶劣条件下高灵敏度定位能力的发展政策。而高灵敏度GPS接收机定位的关键在于GPS微弱信号的处理。 本课题的主要研究内容是针对GPS微弱信号改进处理方法。针对传统GPS接收机信号捕获中的串行搜索方法提出了基于批处理的微弱信号捕获方法,来提高低信噪比情况下微弱信号的捕获能力，实现快速高灵敏度的准确捕获；针对捕获微弱信号处理大量数据导致的运算量激增，运用双块零拓展(Double Block Zero Padding，DBZP)处理方法减少运算量同时缩短捕获时间。针对传统GPS接收机延迟锁相环跟踪算法提出了基于卡尔曼滤波的新型捕获算法，减小延迟锁相环失锁造成的信号跟踪丢失概率，来提高恶劣环境下低信噪比信号的跟踪能力，实现微弱信号的连续可靠跟踪。通过提高GPS微弱信号的捕获与跟踪能力，进而使GPS接收机在恶劣环境下卫星信号微弱时能够实现较好的定位与导航。 通过拟合GPS接收机实际接收到的原始数据，构造出不同载噪比的数字信号，分别对提出的针对微弱信号的捕获与跟踪算法进行仿真比较验证，结果表明，对接收机后端信号处理部分作出的算法改进使得GPS接收机可以更好的处理微弱信号，并且具有较高的灵敏度和精度。文章同时针对提出的数据处理特征使用FPGA技术对算法主要的数据处理部分进行了初步的构架实现并进行了板级验证，结果表明，利用FPGA技术可以较好的实现算法的数据处理功能。文章最后给出了结论，通过提出的基于批处理和基于DBZP方法的捕获算法以及基于卡尔曼滤波的信号跟踪算法，可以有效地解决微弱GPS信号处理的难题，进而实现微弱信号环境下的定位与导航。
上传时间： 2013-05-31
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互联网、移动通信、星基导航是21世纪信息社会的三大支柱产业，而GPS系统的技术水平和发展历程代表着全世界卫星导航系统的发展状况。目前，我国已经成为GPS的使用大国，卫星导航产业链也已基本形成。然而，我们对GPS核心技术的研究还不够深入，我国GPS产品的核心部分多数还是靠进口。 GPS接收机工作时，为了将本地信号和接收到的信号同步，要完成复杂的信号处理过程。其中，如何捕获卫星信号并保持对信号的跟踪是最重要的核心技术。很多研究者提出了多种解决方法，但这些方法多数都只停留在理论阶段，无法应用于GPS接收机系统进行实时处理。 本课题在分析了多种现有算法的基础上，研究设计了基于FPGA的GPS信号捕获与跟踪系统。在研究过程中，首先利用Nemerix公司的GPS芯片组设计制作了GPS接收机模块，它能正常稳定地工作，并可用作GPS基带信号处理的研究平台；该平台可实时地输出GPS数字中频信号；本课题在中频信号的基础上深入研究了GPS信号的捕获与跟踪技术。先详细分析比较了几种GPS信号捕获方法，给出了步进相关的捕获方案；接着分析了跟踪环路的特点，给出了锁频环和锁相环交替工作跟踪载波以及载波辅助伪码的跟踪方案，并最终实现了这些方案。 本课题设计的GPS信号捕获与跟踪处理系统是通过硬件和软件协同工作的方式实现的。硬件电路主要实现数据速率高、逻辑简单的相关器功能；而基于MicroBlaze软处理器的软件主要实现数据速率低、逻辑复杂的功能。本文给出了硬件电路的详细设计、仿真结果以及软件设计的详细流程。 本课题最终在FPGA上实现了GPS信号的捕获与跟踪功能，而且系统的性能良好。由此可以得出结论：本设计能够满足系统功能和性能的要求，可以直接用于实时GPS接收机系统的设计中，为自主设计GPS接收机奠定了基础。 本课题的研究得到了大连市信息产业局集成电路设计专项的资助，项目名称是“定位与通信集成功能的SOC设计”，研究成果将在2008年上半年投入试用。
上传时间： 2013-04-24
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码元定时恢复(位同步)技术是数字通信中的关键技术。位同步信号本身的抖动、错位会直接降低通信设备的抗干扰性能，使误码率上升，甚至会使传输遭到完全破坏。尤其对于突发传输系统，快速、精确的定时同步算法是近年来研究的一个焦点。本文就是以Inmarsat GES/AES数据接收系统为背景，研究了突发通信传输模式下的全数字接收机中位同步方法，并予以实现。 本文系统地论述了位同步原理，在此基础上着重研究了位同步的系统结构、码元定时恢复算法以及衡量系统性能的各项指标，为后续工作奠定了基础。 首先根据卫星系统突发信道传输的特点分析了传统位同步方法在突发系统中的不足，接下来对Inmarsat系统的短突发R信道和长突发T信道的调制方式和帧结构做了细致的分析，并在Agilent ADS中进行了仿真。 在此基础上提出了一种充分利用报头前导比特信息的，由滑动平均、阈值判断和累加求极值组成的快速报头时钟捕获方法，此方法可快速精准地完成短突发形式下的位同步，并在FPGA上予以实现，效果良好。 在长突发形式下的报头时钟捕获后还需要对后续数据进行位同步跟踪，在跟踪过程中本论文首先用DSP Builder实现了插值环路的位同步算法，进行了Matlab仿真和FPGA实现。并在插值环路的基础上做出改进，提出了一种新的高效的基于移位算法的位同步方案并予以FPGA实现。最后将移位算法与插值算法进行了性能比较，证明该算法更适合于本项目中Inmarsat的长突发信道位同步跟踪。 论文对两个突发信道的位同步系统进行了理论研究、算法设计以及硬件实现的全过程，满足系统要求。
上传时间： 2013-04-24
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GPS技术自从被用于民用之后就在各行业中得到了广泛的应用，用途不同的GPS设备层出不穷。随着社会的发展，个人对便携式定位产品的需求日益旺盛，另一方面，计算机技术和嵌入式技术的飞速发展，个人手持式设备的功能日益强大，在手持式设备中扩展GPS功能具有良好的市场前景。 本课题选择ARM9平台为系统硬件基础，嵌入式Linux为操作系统，并采用Trolltech公司Qt/Embedded为应用程序开发平台，研究可用于手持终端设备的GPS定位系统的嵌入式实现方案。 本文在参阅了大量国内外相关资料的基础上，首先从GPS定位系统应用现状出发，阐述了课题研究意义和主要研究内容。然后介绍了GPS定位系统的组成和基本定位原理。接着，详细介绍了GPS定位系统硬件开发平台的搭建，包括开发板的系统资源、GPS模块性能指标和NMEA-0183格式导航电文。紧接着介绍了GPS定位系统软件开发平台的搭建方法，分析了Bootloader的启动过程、嵌入式Linux的特点以及内核的移植和根文件系统的创建过程，以及QT/Embedded和相关工具的配置。在完成上述工作之后，完成了GPS定位数据的提取，制作了可用于GPS定位的地图并编写图形软件，最后，将程序移植到开发板上运行及调试。 在文章的最后，给出了程序运行的结果，分析了GPS定位误差的来源以及减小误差的方法。在总结本课题完成的工作之后，分析了系统的问题和不足，以及日后相应的改进工作。
上传时间： 2013-07-06
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在永磁直流电机中，即使电枢绕组不通电，由于永磁体产生的磁场同电枢铁芯的齿槽相互作用而产生转矩，即齿槽定位力矩(CoggingTorque)。定位力矩使电机输出转矩波动，产生振动及噪声。文中阐述了产生定位力矩的原理，综述了包括德昌电机公司的技术在内的抑制定位力矩的方法和研究现状。抑制定位力矩的方法，主要就是减小电枢旋转过程中气隙中磁场能量的变化。 文中以少槽永磁直流电机为例，通过有限元分析，以及DOE实验验证，对转子冲片增加辅助凹槽、充磁方式和转子冲片不同类型对定位力矩的影响进行了研究，深入分析了冲片辅助凹槽对抑制少槽永磁直流电机定位力矩的作用，结果表明，同一冲片上在对称位置上排布辅助凹槽能取得很好的效果，而以冲片中心线对称地加两个辅助凹槽时，辅助凹槽角度不同作用不同。对不同冲片，适合的辅助凹槽角度也是不同的。文中找出了一个较成熟的抑制少槽永磁直流电机定位力矩的系统方法，给出了生产中实用的抑制方法，同时通过实验给出了这些方法对电机性能的影响。 DOE方法能从不同因素中找出对定位力矩起主要作用的变异因素，并且寻找到各变异因素之间的影响作用，给出抑制定位力矩各变量的最佳组合，相比现时生产中的方法，该组合可将定位力矩降低70％。
上传时间： 2013-07-10
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智能公交系统是城市交通系统的一个重要组成部分，在城市交通公交优先的背景下，欲缓解城市交通拥堵的现象，就必须大力发展公交事业。智能公交系统的建设可以改善公交公司的企业管理方法，提高公交系统的运营效率与服务水平，是城市公交事业发展的重要一步。 本文在研读大量文献、参考相关设计的基础上，结合先进的GPS、GPRS技术，提出了基于ARM的智能公交车载管理终端的设计与实现方法。 GPS是由美国建立的新一代卫星导航与定位系统，具有全球性、全天候、陆海空全能等特点，特别适用于交通运输行业，配合中国移动稳定可靠、覆盖面广、数据传输速度极快的GPRS网络作为信息传输的媒介，以GPS、GPRS为主要技术的智能公交系统较以往利用射频、数传电台技术方式建造的公交系统具有更加稳定、实时性更高等特点，是当前智能公交系统设计的理想方案。 基于ARM的智能公交车载终端是智能公交系统的重要组成部分，是整个系统的信息终端，负责信息的接收和发布，在系统中起着至关重要的作用。本文详细介绍了一款以ARM处理器为主控的智能车载终端的设计方法，包括终端总体方案设计、硬件电路设计、软件代码编写、整机调试等内容。文章在总体设计中提出了终端的功能要求，并针对功能要求提出了相应的设计方案；在硬件设计中给出了具体的硬件设计原理图，并就硬件选型、原理图设计中的关键问题进行了探讨；在软件设计中给出了终端主要软件设计的程序流程图，并对程序设计思路进行了细致的讲解；最后对终端硬件、软件的联合调试过程进行了介绍，并对最终通过调试的终端进行了展示。 经过多次的测试和修改，该智能公交系统已经实现了正点考核、实时监控、短信报警、自动报站等多项功能，并在长沙市公交线路上投入试运行，社会反应良好。
上传时间： 2013-07-02
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随着国内汽车工业的发展，国内的车辆导航系统的市场需求也越来越大。目前国内推出的一些车载导航定位系统还没有在车载系统中得到广泛的应用，还须在改进技术、提高精度的同时降低开发成本。 车载导航终端结合了导航定位技术、地理信息系统(GIS)、通讯技术以及嵌入式计算机技术，为用户提供导航定位、地理信息等服务。车载导航终端由GPS定位系统、电子地图、嵌入式系统组成。导航终端接收GPS所传送的卫星信号，得到车辆的即时位置，通过GPS信号处理系统传送给主机，再配合嵌入式系统上的空间数据库，将车辆经过的轨迹显示在显示屏上。 本论文首先讨论了车载导航系统的原理和硬件结构，然后分析设计了软件系统的工作流程及实现方案；介绍了Boot Loader和Linux内核的定制、移植；重点介绍了在ARM处理器和Linux操作系统实现车载导航终端各功能模块的详细过程，以及地图匹配和路径规划算法及实现。 为了缩短开发周期、降低开发成本，本设计采用了基于开源软件二次开发的方式。
上传时间： 2013-06-01
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本文主要研究一种在嵌入式系统上的GPS终端的软件设计方法。随着GPS技术在包括道路测控、汽车导航、交通管理、石油勘探、海上作业和紧急救援等军事和民用的众多领域中的越来越广泛的应用和发展，GPS系统对生产、生活的影响也愈加深远。另一方面，硬件开发与嵌入式操作系统以及软件研发技术的不断发展促使移动计算技术在手持设备中也得到广泛的应用，掌上电脑(PDA)与智能手机等移动式计算系统日益普及，功能日渐完善，在手持式设备中实现GPS移动定位、导航等功能具有良好的市场前景。 鉴于嵌入式GPS系统要求处理速度快，占用存贮空间小，根据嵌入式系统的人机交互特点，论文采用基于ARM架构的S3C2410处理器作为基础硬件平台，以OpenSource的Linux作为操作系统平台，MiniGui为图形用户界面支持系统，SQLite为数据库管理系统研究并设计了应用嵌入式地图的GPS定位系统。 该系统不仅为用户提供基本的地图信息，还利用GPS仪器实现在地图上定位功能，使用户获得当前位置相关的附属信息。该系统简单可行，不依赖其他服务器工作，可用在移动设备、车载导航等领域。 论文研究了Linux在嵌入式系统中的应用与MiniGUI图形界面和SQLite数据库系统向Arm-Linux系统上的移植；阐述了Linux下触摸屏驱动的设计与应用；分析了GPS系统中地理坐标系统的定义和坐标转换基本原理；根据转换公式实现地理经纬度坐标、平面直角坐标以及屏幕窗口坐标间的相互转换；分析了MapInfo电子地图文件的基本格式；设计了用于存储地图信息及附属信息的SQLite数据库；通过Linux与GPS接收器的通讯从GPS设备采集定位信息并进行解析；在MiniGui上实现电子地图与定位信息的显示，支持触摸屏上的人机交互；并在电子地图上实现放大缩小、测距、查询等基本功能。 论文最后同时给出了目标系统的实现结果，并分析了系统设计中的一些不足，提出了在以后的工作中改进系统效能的设想。
上传时间： 2013-04-24
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