单通道GPS卫星实时信号模拟源的设计与实现

作     者：杨耀 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张贻雄;陈凌宇

授予年度：2013年

学科分类：0711[理学-系统科学] 07[理学] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 081105[工学-导航、制导与控制] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：插值模型 单通道GPS卫星 实时信号模拟源 软件设计方法 功能模块 

摘      要：GPS卫星导航系统可以提供高精度、全天时、全天候的定位、导航和授时服务，是一种可供海、陆、空、天领域军民用户共享的信息资源。随着GPS卫星导航的广泛应用，GPS接收机的性能受到用户的广泛关注。而GPS卫星实时信号模拟源可为GPS接收机的研制开发、测试提供仿真环境，并且检验接收机的捕获跟踪能力，有着重要的研制价值。\n 本文以GPS卫星信号模拟源的原理为基础，设计了一种单通道GPS卫星实时信号模拟源的实现结构，在研究了GPS卫星实时信号模拟源设计的三个关键技术(运动插值模型、载波NCO的设计、码NCO的设计)的基础上完成单通道GPS卫星实时信号模拟源的软硬件设计。本文的主要工作如下:\n 首先，本文介绍了GPS卫星信号模拟源的原理，并着重阐述了GPS卫星轨道理论、GPS信号传输时间及多普勒效应，为GPS卫星信号模拟源设计做了必要的理论准备。\n 其次，本文对到达接收端的GPS信号模型进行讨论，并设计出由参数生成模块、中频信号生成模块和射频模块三个部分构成的单通道GPS卫星实时信号模拟源的实现结构。在此基础上，文章通过对模拟伪距变化引入运动插值模型的方法解决GPS卫星信号模拟源的实时性问题，并分别针对二阶和三阶运动插值模型进行介绍和误差分析;对载波NCO和码NCO的原理进行介绍，并通过推导得到伪距变化与载波NCO、码NCO的对应关系。最终依据伪距率精度0.001m/s的设计要求，确定对运动插值模型、载波NCO和码NCO设计中涉及的重要参数的选择。\n 最后，本文提出了单通道GPS卫星实时信号模拟源的设计方案，详细阐述了参数生成模块、中频信号生成模块和射频模块这三个主要模块的硬件实现及软件设计方法。并对实现的系统进行了频谱观测、硬件接收机和软件接收机验证等一系列测试，测试结果表明本系统产生的GPS信号正确有效。