GPS接收机接收模块的研究与VLSI实现

论文摘要

本课题主要完成了GPS接收机接收模块的研究与VLSI实现。GPS是全球定位系统的简称,是利用导航卫星进行测时和测距的系统。GPS系统由GPS卫星、地面监控系统、GPS接收机三部分组成,其中GPS接收机是交由用户使用的器件,它由天线前端单元、基带处理单元和定位解算与应用单元组成。本课题的重点放在对GPS接收机基带信号处理的算法研究以及对实际工作中可能出现的多径效应对GPS接收机的影响的分析与解决方法。本课题的创新之处在于相对于一般的GPS接收机的硬件实现,本论文对有多径效应时,多径信号对跟踪精度的影响作出了理论分析,给出了一种计算多径信号强度大小的开环模型,并提出了降低多径效应影响的解决方法,同时也给出了VLSI实现的结构。在本文的主体部分,给出了对GPS中频信号进行捕获和跟踪的算法介绍,并在考量算法计算量和硬件实现难度之后,对捕获和跟踪模块选择了合适的实现结构,并对多径效应的产生的影响及解决的方法进行了详细介绍。本文最后给出了捕获模块和跟踪模块具体的VLSI实现的结构,并对该结构进行了功能验证,结果表明该结构可以完成GPS信号实时接收,是一种比较实用的结构。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 课题目的与内容
• 1.3 论文结构
• 2 GPS 系统概述
• 2.1 GPS 系统的组成
• 2.1.1 GPS 卫星星座
• 2.1.2 地面监控系统
• 2.1.3 GPS 接收机
• 2.2 GPS 系统的信号结构
• 2.2.1 载波信号
• 2.2.2 伪随机PRN 码
• 2.2.3 数据码
• 2.3 GPS 接收机的结构
• 2.3.1 天线前端单元
• 2.3.2 基带处理单元
• 2.3.3 定位解算及应用单元
• 2.4 本章小结
• 3 GPS 捕获原理及方法
• 3.1 GPS 捕获原理概述
• 3.1.1 载波捕获
• 3.1.2 伪码捕获
• 3.2 基于时域的顺序捕获
• 3.3 基于频域的FFT 并行捕获
• 3.4 FFT 并行捕获方法的改进
• 3.5 本章小结
• 4 GPS 跟踪原理及方法
• 4.1 GPS 跟踪原理概述
• 4.2 载波跟踪环
• 4.3 码跟踪环
• 4.4 完整的跟踪环路
• 4.5 多径效应的影响及解决
• 4.5.1 多径效应概述
• 4.5.2 多径效应对码跟踪环的影响
• 4.5.3 减小多径效应影响的方法
• 4.5.4 多径效应的检测
• 4.5.5 加入多径检测和解决后的跟踪环路流程
• 4.6 本章小结
• 5 GPS 基带接收机的硬件实现与验证
• 5.1 GPS 基带接收机的总体结构
• 5.1.1 接收机主要参数
• 5.1.2 接收机总体结构
• 5.2 捕获模块的硬件实现
• 5.2.1 载波产生器
• 5.2.2 地址生成及控制单元
• 5.2.3 GPS 平均采样单元
• 5.2.4 C/A 码平均采样单元
• 5.2.5 C/A FFT SRAM 和GPS FFT SRAM
• 5.2.6 FFT-IFFT 单元
• 5.2.7 数据比较单元
• 5.3 跟踪模块的硬件实现
• 5.3.1 GPS 译码器
• 5.3.2 C/A 码产生器
• 5.3.3 积分累加单元
• 5.3.4 反正切鉴相器
• 5.3.5 频率产生器
• 5.3.6 载波产生器
• 5.3.7 窄相关器
• 5.3.8 多径检测及Strobe 相关器
• 5.4 功能验证
• 5.4.1 GPS 捕获模块的功能验证
• 5.4.2 GPS 跟踪模块的功能验证
• 5.5 本章小结
• 6 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文