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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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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GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，而一体化GPS接收机更是具有全内置、防水、耐寒以及操作方便、适用范围广等优点，己经广泛应用于控制测量和大地测量中。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。 本文介绍了GPS系统的特点、工作原理、课题背景、国内外相关产品的现状以及发展趋势，阐述了GPS接收机的设计原理。文章认为，GPS接收机中的微处理器的性能直接影响整机的性能，相比较其它微处理器，ARM微处理器具有一些独特的优势。文章了ARM系列微处理器尤其是ARM7微处理器的性能特点，并给出了利用ARM7微处理器LPC2138芯片和xc3s1000型FPGA设计GPS接收机的实际设计和调试方案，并对此方案进行了论证，同时给出了各个功能模块的软硬件实现过程，并对样机进行了性能指标测试。
上传时间： 2013-04-24
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随着社会的进步，经济的发展以及我国入世以后汽车行业的迅速发展，使得国内交通车辆与日剧增，随之带来的交通拥挤、交通堵塞、车辆盗窃等一系列问题成为人们生活中最直接的安全隐患。运用无线通信技术、ARM技术和GPS定位技术的车辆监控系统可以有效的解决这些问题，满足运输效率和安全保障的需要，并且带来极大的经济效益和社会效益。 通过对车辆监控系统和相关技术的研究与分析，本文提出了基于ARM和GPS的车辆监控系统研究。与传统的单片机控制的车辆监控系统相比，该系统克服了单片机系统因其功能简单、无操作系统、程序移植性差而只能满足简单控制的缺点，能实现复杂任务的监控，例如显示复杂的电子地图、数据进行复杂计算、高端产品甚至有网络互联和Web浏览功能等等。同时该系统采用了GPRS无线通讯方式，具有资源利用率高、传输速率高、计费合理等特点，解决了以往采用SMS短消息通讯技术中存在的通讯费用高、消息延时和消息丢失等问题，提高了系统的实时性和可靠性。 论文首先介绍了在车辆监控系统中应用的GPS全球卫星定位技术和GPRS通用无线分组业务，在GPS定位技术中介绍了GPS系统组成、GPS信号和编码、定位原理以及GPS误差；在GPRS通讯技术中介绍了GPRS的概念、GPRS网络的总体结构、GPRS的主要优点及发展动向。 论文随后分为车辆监控系统总体结构与功能、车载端的研究与设计、监控中心的研究与数据库设计三大部分进行介绍。车辆监控系统由车载端、监控中心和两者之间的通讯网络三部分组成，车载端主要由GPS定位模块、GPRS通信模块和ARM数据处理与控制模块这三大模块构成；监控中心包括Internet接入设备、中心服务器、监控端计算机以及一些辅助设备等。车载端分布在各个移动车辆上，负责接受OPS卫星定位信息，通过数据控制处理器解算出车辆所处的位置坐标，坐标数据经过处理后通过GPRS模块，最后将数据通过通讯网络GPRS发送到监控中心的信息服务器，信息服务器将收到的车台数据经过预处理之后分发给监控终端。
上传时间： 2013-06-14
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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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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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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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近年来，GPS技术迅速发展，并随着3G时代的到来，其应用领域日益广阔，需求量与日俱增。与此同时，随着电路系统设计越来越复杂，上市时间日益缩短，集成电路设计方法面临重大变革。因此采用新型方法学来设计GPS接收系统是必要的。 本文基于GPS原理，采用可复用的IP技术和软硬协同设计技术，设计了一种高性能的GPS SOC接收系统。论文首先分析了GPS信号解调的原理，提出了一种高性能的捕获和跟踪系统结构，详细说明了其工作流程和设计原理。其次，基于高性能总线的选取提出了整个基带系统地结构，并阐明了总线上的各个模块设计方法。采用了直接复用的测试手段和FPGA的测试平台，缩短开发周期，而且保证了对整个系统测试的覆盖率。本文所设计的系统最大特色在于易于集成到其它系统中，并且仅占用10个芯片端口，实现了IP化的设计目的。 最后本文介绍了测试过程中所采用的基于FPGA平台的仿真验证方案和测试方法，并给出了最终的测试结果，达到了对卫星信号搜索定位的目的。
上传时间： 2013-04-24
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