基于FPGA的GPS位帧同步的研究与实现

论文摘要

全球定位系统(GPS)具有全球性、全天候、高精度和三维定位等优点,是目前最先进、应用最广泛的卫星导航定位系统。因此对其进行深入研究是十分有必要的。通过捕获和跟踪GPS信号,对得到的信号进行滤波和采样处理,其中对导航电文的处理是很关键的一部分。而在导航电文的提取中最重要的步骤是位同步和帧同步。本论文首先介绍了位帧同步在GPS导航电文提取中的重要性,并叙述了本课题的研究背景及意义。接着从GPS接收机的定位原理出发,简要介绍了 GPS系统的构成,以及信号的捕获和跟踪方法,并提出了两种GPS信号捕获方法。然后对GPS导航电文的结构和内容加以阐述和说明。重点叙述了导航电文的位同步、帧同步原理,其中详细研究了奇偶校验原理,并提出采用一种简单可行的校验方法。最后提出了在FPGA平台上实现导航电文的位帧同步,即用Verilog语言编程实现对导航数据的同步判断,并对位帧同步系统的性能进行分析,提出其保护措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 GPS卫星信号及应用
• 1.3 FPGA的发展及其应用
• 1.4 论文的结构说明
• 第二章 GPS组成结构及信号原理
• 2.1 引言
• 2.2 空间部分
• 2.3 地面监控部分
• 2.4 GPS信号构成
• 2.5 GPS坐标系统
• 2.6 GPS时间系统
• 2.7 用户设备
• 2.8 本章小结
• 第三章 导航电文理论基础
• 3.1 引言
• 3.2 导航电文的结构
• 3.3 导航电文的内容
• 3.3.1 遥测字（Telemetry Word,TLW）
• 3.3.2 交接字（Hand Over Word,HOW）
• 3.3.3 第一数据块
• 3.3.4 第二数据块
• 3.3.5 第三数据块
• 3.4 本章小结
• 第四章 位帧同步的总体方案设计
• 4.1 引言
• 4.2 位同步设计
• 4.3 帧同步设计
• 4.3.1 比特导航电文的储存
• 4.3.2 判定遥测字和交接字
• 4.3.3 奇偶校验
• 4.3.4 帧同步处理过程
• 4.3.5 同步过程纠错
• 4.3.6 帧同步的判断
• 4.4 帧保护设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 软件调试及仿真
• 5.1 FPGA的简介
• 5.2 FPGA的基本结构
• 5.3 相关各模块的仿真设计
• 5.3.1 位同步仿真设计
• 5.3.2 帧同步仿真设计
• 5.3.3 纠错结果仿真设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献