GPS捕获算法及中频信号采样器的研究与实现

作     者：陈冲 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李冰

授予年度：2012年

学科分类：081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 081202[工学-计算机软件与理论] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：中频数据采集系统 捕获算法 平均相关 精细频率 全球定位系统 

摘      要：GPS是全球定位系统的简称，利用卫星来计算用户位置，包括GPS卫星、地面监控部分、用户设备部分。其中，GPS接收机由射频前端、基带信号处理及定位解算三部分构成。捕获算法属于基带信号处理算法的一部分，是实现导航定位的关键技术之一。本文主要完成了基于FPGA的GNSS中频数据采集系统及捕获算法的研究及实现。\n 数字中频信号是进行接收机捕获算法、跟踪算法和定位解算算法研究及开发的基础。本文设计并开发了基于GNSS射频前端芯片、FPGA芯片及USB2.0芯片的GNSS中频数据采集系统。首先，给出系统的实现框架；接着，按硬件、软件的方式进行了具体的实现。最后，介绍了GNSS中频数据采集系统的硬件平台，并对软、硬件程序进行了实际的测试。另外，也对实际采集的数据进行了频谱、捕获性能、跟踪性能及定位精度的测试及分析，达到了预定的指标。本文的创新点在于采用异步FIFO及循环调度技术解决了高速数据传输中的连续、实时及大数据量的问题。\n 捕获算法能够预粗略估计可见卫星的信号参数，以帮助接收机初始化跟踪环路并开始跟踪。首先，介绍了几种常用捕获算法，给出本文的捕获算法框架；接着，采用平均采样算法，使得基于FFT的并行码相位捕获算法在采样率很高的情况下大大降低运算量，减少捕获时间。随后对改进的捕获算法中各个模块进行了分析及实现；最后，则给出了捕获算法的MATLAB验证、FPGA仿真及实际测试的结果，达到了预定的指标，能够用于实际的基带信号处理。而本文的创新点在于不仅采用归一化线性拟合的方式进行了精细频率估计，而且分析了精细码相位估计在实际中的应用。