由于全球定位系统在航天、航空、航海、海洋上程、大地测量、陆地导航以及军事上的大量运用及其广阔的应用前景，使得GPS接收机系统成为国内外相关领域竞相研究的对象。GPS系统的用户部分主要是各种型号的GPS接收机。所以GPS接收机中的微处理器的运算能力和功耗直接影响整机的性能。 本文所研究的是基于ARM微处理器和μC/OS—Ⅱ的嵌入式系统开发及其在GPS接收机中的应用。介绍了OPS接收机设计原理，分析了接收机硬件模块的组成和功能，设计了由FPGA和ARM完成基带信号处理及导航解算的接收机，建立了基于ARM和μC/OS—Ⅱ的GPS接收机嵌入式硬件开发平台。研究了嵌入式实时操作系统μC/OS—Ⅱ，分析了其内核的组成结构：与处理器无关代码、处理器相关代码、与应用相关代码，并重点分析和配置了其中与处理器相关和与应用相关的代码部分，最终将其成功移植到ARM LPC2290微处理器上。建立了基于ARM LPC2290和μC/OS—Ⅱ的嵌入式系统软件编译和调试的交叉环境，设计了运行在此环境下的中断和多任务来实现接收机信号处理、导航解算及显示等功能，最终完成了基于ARM和μC/OS—Ⅱ的GPS接收机软应用件设计。 总之，本文从研究嵌入式系统的软、硬件设计及其应用着手，掌握了嵌入式系统开发的核心技术，研制了基于ARM嵌入式开发平台的GPS接收机。
上传时间： 2013-04-24
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GPS技术在导航、定位及精确打击等方面产生了重要影响，已经广泛地应用在各种武器平台上。但是，在干扰环境下也显现出许多问题。由于其到达地球表面的信号极其微弱(-160dBW)，在现在复杂的电磁环境中容易受到干扰，尤其是C/A码信号更易受到干扰，并且随着导航战的发展对GPS的抗干扰已成为争取导航资源的有效措施。因此，研究干扰环境下的GPS接收机设计具有重要意义。 本文首先简要介绍了GPS信号的结构及构成，通过对GPS信号特征以及接收机抗干扰能力的分析，结合干扰对接收机的作用方式及效果，确定GPS最易受的干扰类型为阻塞式干扰，然后针对这种干扰类型提出了一种有效的抗干扰技术-----自适应调零天线技术。接下来，着重研究了GPS接收机在此抗干扰技术前提下的若干抗干扰方法，并对其进行了详细的分析和讨论。 研究过程中，通过对最佳化准则和空域自适应滤波的理解，首先对不同天线阵列结构进行了性能仿真和比较分析，然后在对称圆形天线阵列的基础上对空域自适应算法进行了仿真分析，针对其自由度有限的问题接着对空时滤波方法做了详细讨论，在7元对称圆形阵列的基础上仿真说明了二者各自的优缺点。考虑到实际的干扰环境和本课题研究的初期阶段，因此选用了适合本课题干扰环境的空域滤波方法，并对其自适应算法进行了适当的改进，使得其抗干扰性能获得了一定程度的改善。 最后，详细说明了该接收机抗干扰模块的FPGA实现原理。详细给出了顶层及各子模块的设计流程与RTL视图，实验结果验证了该算法的有效性。
上传时间： 2013-06-03
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GPS（全球定位系统）是美国建立的高精度卫星定位导航系统，高动态GPS接收机可应用于卫星、飞机、高速列车等许多场合。高动态给GPS信号带来很大的多普勒频移和多普勒频移变化率，普通民用接收机无法正常工作。适用于高动态条件的接收机可以有效消除多普勒频移及其变化率对信号接收的影响，提高导航定位精度。 本文在深入研究GPS的系统组成、工作原理以及信号格式的基础上，重点研究高动态条件下C/A码和载波的捕获与跟踪方案。论文的主要工作如下： 1．深入研究扩频信号的各种捕获算法，提出了一种适用于高动态的基于FFT的C/A码快速捕获算法； 2．研究扩频码跟踪和载波跟踪技术，设计了载波辅助的码跟踪环路——数字延迟锁定环（DLL）及一种叉积自动频率跟踪环（CPAFC）与科斯塔斯（Costas）环相结合的载波跟踪方案，并在MATLAB环境下建立系统模型，对环路参数进行了详细的设计； 3．初步完成了GPS接收机基带处理模块核心单元的FPGA设计和功能仿真。
上传时间： 2013-07-10
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GPS全球定位系统是美国国防部为军事目的而建立的卫星导航系统，其主要目的是解决海上、陆地和空中运载工具的导航定位问题。GPS作为新一代卫星导航系统，不仅具有全球、全天候、连续、高精度导航与定位能力，而且具有优良的抗干扰性和保密性。因此，发展全球定位系统是当今导航技术现代化的一个重要标志。在GPS接收机中，为了得到导航电文并对其进行解算，要完成复杂的信号处理过程。其中，怎样捕获到卫星信号，并对C/A码进行跟踪是研制GPS接收机的重要问题之一。本文在对GPS信号的结构进行深入的分析后，结合FPGA的特点，对算法进行设计及优化后，给出了相应的仿真。内容主要包括以下几个方面： 1.对GPS信号结构的产生原理进行了深入地分析，并对GPS信号的调制机理进行详细地阐述。 2.在GPS信号的捕获方面，采用了基于FFT频域的快速捕获的方法，即将接收到的GPS信号先利用快速傅立叶变换(FFT)变换到频域，在频域完成相应的运算后，再利用傅立叶反变换(IFFT)变换到时域。从而大大减少了计算量，加快了信号捕获的速度，提高了捕获性能。 3.在C/A码跟踪部分，本文采用了非相干延迟锁定环对C/A码进行跟踪。来自载波跟踪环路的本地载波将输入的信号变成基带信号，然后分别和本地码的三个不同相位序列进行相乘，将相乘结果进行累加，经过处理将得到码相位和当前的载波频率送到载波跟踪环路。 4.载波跟踪环，本文采用的是科斯塔斯环。载波跟踪环和码跟踪环在结构上相似，故本文只对关键的载波NCO进行了仿真。 本文的创新点主要是使用FPGA对整个GPS信号的捕获及C/A码的跟踪进行设计。此外，根据FPGA的特点，在不改变外部硬件设计的前提下，改变相应的IP核或相关的VHDL程序就可对系统进行各种优化设计，以适应不同类型的GPS接收机的不同功能。
上传时间： 2013-06-27
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全球定位系统(GPS)可以向全球用户提供位置、速度和时间信息，在航空、航天、海上及陆地等诸多领域得到了广泛的应用，成为一种主要的导航手段。随着空间定位技术的不断发展，空间定位系统必将出现多元化。本文结合计算机技术，以GPS定位系统为例，研究了卫星定位技术中的GPS星座模拟器。 本文综述了卫星导航系统的历史，现状及发展的方向,介绍GPS模拟器的研究发展状况。详细研究了GPS卫星信号传输理论和GPS卫星定位原理。在此基础上，提出GPS模拟器的理论模型和实现方法,研究了GPS星座模拟器的设计思路、组成模块，分析各个模块的设计原理。在理论研究和分析的基础上，提出模拟器的FPGA的设计与实现,以FPGA为平台，用verilog硬件语言实现了卫星信号的模拟，详细研究了基带模块的实现方法,包括C/A码产生模块，导航电文合成模块，码转换模块。最后通过射频模块发出，完成卫星信号的模拟。在信号测试部分，用示波器，频谱仪，MATLAB程序对模拟信号进行了验证实验。验证结果表明，设计满足要求，达到预想目标。
上传时间： 2013-05-30
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本文进行了基于FPGA的GPS直序伪码扩频接收机的设计和数字化硬件实现。论文首先对GPS卫星导航定位系统进行了分析，并对与数字化接收机直接相关联的GPS信号中频部分结合实际系统要求进行了设计和分析，由此确定了数字化伪码捕获跟踪接收机研制的具体要求，之后完成了接收机中频数字化方案设计。同时对伪码捕获跟踪后端的载波捕获跟踪的实现方案进行了描述和分析。最后利用EDA工具在FPGA芯片上实现了GPS数字化接收机的伪码捕获跟踪。 受工作环境的制约，GPS卫星接收机系统首先表现为功率受限系统，接收机必须满足在低信噪比条件下工作。同时接收机与卫星间高动态产生的多普勒频率，给接收机实现快速捕获带来了难度。通过仿真分析，综合了实现难度和性能两方面因素，针对小信噪比工作条件提出了改进型的序贯伪码捕获实施方案。同时按照捕获概率和时间的要求，对接收机偏压、上、下门限、NCO增益等进行了设计和仿真分析，确定了捕获的数字化实现方案，伪码跟踪采用超前滞后环方案。捕获完成后可使本地伪码与接收伪码的相对误差保持在±1/4码元范围内，而跟踪环路的跟踪范围为±4/3码元，保证了捕获到跟踪的可靠衔接，同时采用可变环路带宽措施解决了跟踪速度和精度的矛盾。 在数字化实现设计中，给出了详细的数字化实现方案和分析，这样在保证工作精度的同时尽量减少硬件资源的开销，利用EDA工具，采用Veilog设计语言在Xilinx的VirtexII系列的XC2V500fg256的FPGA上完成数字化接收机伪码捕获跟踪的实现，并在其开发平台上对数字化接收机进行了仿真验证，在给定的工作条件下达到了设计性能和指标要求。
上传时间： 2013-04-24
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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： 2013-04-24
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随着GPS(Global Positioning System)技术的不断发展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特点使得GPS接收机的用户数量大幅度增加，应用领域越来越广。但由于定位过程中各种误差源的存在，单机定位精度受到影响。目前常从两个方面考虑减小误差提高精度：①用高精度相位天线、差分技术等通过提高硬件成本获取高精度；②针对误差源用滤波算法从软件方面实现精度提高。两种方法中，后者相对于前者在满足精度要求的前提下节约成本，而且便于系统融合，是应用于GPS定位的系统中更有前景的方法。但由于在系统中实现定位滤波算法需要时间，传统CPU往往不能满足实时性的要求，而FPGA以其快速并行计算越来越受到青睐。 本文在FPGA平台上，根据“先时序后电路”的设计思想，由同步没计方法以及自顶向下和自下而上的混合设计方法实现系统的总体设计。从GPS-OEM板输出的定位信息的接收到定位结果的坐标变换，最终到kalman滤波递推计算减小定位误差，实现实时、快速、高精度的GPS定位信息采集处理系统，为GPS定位数据的处理方法做了新的尝试，为基于FPGA的GPS嵌入式系统的开发奠定了基础。具体工作如下： 基于FPGA设计了GPS定位数据的正确接收和显示，以及经纬度到平面坐标的投影变换。根掘GPS输出信息标准和格式，通过串口接收模块实现串口数掘的接收和经纬度信息提取，并通过LCD实时显示。在提取信息的同时将数据格式由ASCⅡ码转变为十进制整数型，实现利用移位和加法运算达到代替乘法运算的效果，从而减少资源的利用率。在坐标转换过程中，利用查找表的方法查找转化时需要的各个参数值，并将该参数先转为双精度浮点小数，再进行坐标转换。根据高斯转化公式的规律将公式简化成只涉及加法和乘法运算，以此简化公式运算量，达到节省资源的目的。 卡尔曼滤波器的实现。首先分析了影响定位精度的各种误差因素，将各种误差因素视为一阶马尔科夫过程的总误差，建立了系统状态方程、观测方程和滤波方程，并基于分散滤波的思想进行卡尔曼滤波设计，并通过Matlab进行仿真。结果表明，本文设计的卡尔曼滤波器收敛性好，定位精度高、估计误差小。在仿真基础上，实现基于FPGA的卡尔曼滤波计算。在满足实时性的基础上，通过IP核、模块的分时复用和树状结构节省资源，实现数据卡尔曼滤波，达到提高数据精度的效果。 设计中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676为硬件平台，采用Verilog HDL硬件描述语言实现，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布线，一共使用44438个逻辑资源，时钟频率达到100MHZ以上，满足实时性信号处理要求，在保证精度的前提下达到资源最优。Modelsim仿真验证了该设计的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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基于FPGA的GPS中频信号捕获算法及其采样器实现
上传时间： 2013-07-02
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电子工业出版社，GPS原理与应用/(美)卡普兰(Kaplan,E.D.)著，邱致和等译。系统介绍了卫星导航的基本概念，所用的时间与坐标系，GPS系统的组成，卫星的信号与特性，接收机的截获与跟踪，干扰与抗干扰措施；讨论了GPS系统本身的性能，各种差分GPS系统，与其他传感器的组合及俄罗斯的GLONASS系统。
标签： GPS
上传时间： 2013-07-08
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