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微弱GPS信号捕获算法以及硬件实现

作　者: 侯立杰
导　师: 周晓方；李兴仁
学　校: 复旦大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 全球定位系统微弱信号捕获傅立叶变换码相位补偿
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 87次
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内容摘要

全球定位系统(NAVSTAR Global Positioning System, GPS)是美国在上世纪七十年代开始研制,于1994年全面建成的新一代卫星导航与定位系统,具有高精度、全天候、全覆盖等优点。在常见的交通、测绘、精确授时等领域都有着广泛的应用。随着集成电路技术的突破性发展,微处理器和芯片集成度有了长足的进步,由专用硬件电路进行信号捕获的运算,可以极大的提高计算能力,降低功耗；由处理器判断运算结果、调整运算方案,可以提高整个捕获过程中的灵活性。所以在基带芯片中采用硬件运算和软件控制相结合的方式,是最有竞争力的方案。本文首先介绍了GPS的基础知识,然后介绍了GPS技术中使用的扩频通信的信号特征和结构,并在此基础上介绍了常用于专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits, ASIC)的线性滑动相关捕获算法。针对弱信号的特点,重点研究了所需时间短的频域循环相关捕获算法,相干积分和非相干积分运算对捕获性能的影响,以及在捕获微弱信号的过程中,长时间积分运算时进行码相位补偿对的重要性。在硬件电路实现的过程中,考虑到电路的复杂度和硬件资源,采用了平均采样的方法,降低了逻辑的复杂性,并且减小了电路面积。本课题中详细的给出了捕获硬件电路中各个模块的原理、功能以及仿真结果。捕获电路的功能和性能在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)中得到了验证。本文在最后给出了捕获电路在台积电(TSMC) 65纳米的Low Power工艺库下的面积。本文讨论的微弱GPS捕获算法普遍适用于的扩频通信的信号捕获,算法和实现方案,对研究下一代的导航定位系统,对“伽利略”或者“北斗”都有一定的借鉴意义。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
引言  5-6
第一章 GPS系统及其信号特征  6-18
  1.1 GPS系统构成  6-11
  1.2 GPS信号  11-17
  1.3 本章小结  17-18
第二章 GPS捕获算法及仿真  18-40
  2.1 信号模型  18-19
  2.2 线性捕获  19-23
  2.3 频域捕获  23-27
  2.4 平均采样电路  27-30
  2.5 相干积分和非相干积分  30-37
  2.6 码相位补偿  37-39
  2.7 本章小结  39-40
第三章捕获模块的硬件实现及验证  40-63
  3.1 概述  40
  3.2 开发平台介绍  40-46
  3.3 逻辑功能模块介绍  46-60
  3.4 RTL仿真和FPGA验证  60-61
  3.5 面积评估  61-62
  3.6 本章小结  62-63
第四章总结与展望  63-65
  4.1 本文总结  63-64
  4.2 研究展望  64-65
参考文献  65-69
致谢  69-70

微弱GPS信号捕获算法以及硬件实现

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