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GPS数字中频信号仿真

作　者: 吴倩倩
导　师: 张海鹏
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: GPS 中频信号生成模型仿真 NCO
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 7次
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内容摘要

GPS信号源可以为接收机的开发与测试提供仿真环境，从而检验接收机是否达到了预期的设计目标。由于卫星发射时使用高频率载波，这些高频率不容易过滤和解调。于是，接收机在处理接收数据前都是先对接收到的射频信号（RF signal）经天线前端下变频转化为中频信号(IF signal)，由A/D采样并量化成数字中频信号后，接下来再进行信号处理。所以，GPS接收机的所有研究都是从数字中频信号这一基础开始的，只有提供合适的中频数字信号才能被GPS接收机接收处理。因此， GPS数字中频信号的模拟对GPS软件接收机的研制开发有着重要意义。本文中以GPS中频信号的生成仿真为研究目标。在整个研究过程中，主要的研究内容如下：首先深入理解GPS信号体制和扩频通信的有关知识，详细介绍了伪随机码和导航电文的结构内容。GPS信号有两种伪随机码——粗捕获码(C/A码)和精捕获码(P码)。由于，P码专供接收机作为军用伪码，一般用户不能使用。本文研究内容是以L1载波上C/A码作为对象，仿真实现GPS数字中频信号。为了实现后续信号的仿真，详细论述了GPS信号从发射到接收转换为中频信号的数学模型，给出了信号传播过程中的误差源——电离层延迟、对流层延迟、噪声以及多径效应的模拟模型，通过迭代算法求出信号发射时刻，同时对卫星和接收机之间的多普勒频移进行研究，这些为信号的仿真提供了理论和算法基础。本文通过MATLAB编程实现了GPS卫星C/A码，导航电文以及数字中频信号的生成。同时，搭建了GPS数字中频信号的Simulink模型，实现了数字中频信号生成的系统级仿真，并给出了仿真结果。通过软件仿真的中频信号为接收机许多算法的研究，比如卫星信号的捕获、跟踪算法等提供了基础；而且参数可控的GPS中频信号发生器具有良好的灵活性，通过设置不同的参数就可以提供不同的仿真环境，方便且易操作。本文研究的成果也可以为卫星模拟器的研究提供借鉴。最后在MATLAB/Simulink仿真基础上，利用DSP Builder工具对GPS信号源硬件实现的关键部分——载波数控振荡器(NCO)和码数控振荡器(NCO)的生成进行研究，提出了相关参数的设置方法，最后完成信号调制生成部分，并在Modelsim仿真工具下进行验证。这为以后在FPGA平台对中频信号源的硬件研究与实现提供了良好的过渡。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-13
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 课题目的和意义  11
  1.3 本文的主要工作及内容安排  11-13
第二章 GPS 系统简介及信号构成  13-23
  2.1 GPS 系统简介  13-14
  2.2 GPS 信号构成  14-15
  2.3 GPS 导航电文  15-20
    2.3.1 电文结构  15-16
    2.3.2 遥测字(TLW)、转换字(HOW)  16-17
    2.3.3 第一数据块  17-18
    2.3.4 第二数据块  18-19
    2.3.5 第三数据块  19-20
  2.4 C/A 码和 P 码  20-23
    2.4.1 C/A 码产生  20-21
    2.4.2 C/A 码相关性及作用  21-22
    2.4.3 P 码  22-23
第三章 GPS 中频信号生成模型研究  23-31
  3.1 GPS 中频信号模型  23-25
    3.1.1 GPS 卫星发射信号的模型  23
    3.1.2 到达接收天线相位中心的信号  23-25
  3.2 卫星信号的误差模型  25-28
    3.2.1 电离层误差  25-27
    3.2.2 对流层误差  27
    3.2.3 多路径误差  27-28
  3.3 传输时间和发射时刻  28-29
  3.4 多普勒频移  29-30
  3.5 GPS 信号信噪比  30-31
第四章基于 MATLAB/Simulink 的中频信号仿真  31-49
  4.1 MATLAB/Simulink 简介  31
  4.2 总体设计  31-32
  4.3 信号状态参数  32-34
    4.3.1 可见卫星判断  32-33
    4.3.2 卫星伪码相位确定  33-34
  4.4 中频信号生成  34-41
    4.4.1 C/A 码模块的实现  34-36
    4.4.2 导航电文实现  36-39
    4.4.3 采样信号生成  39
    4.4.4 噪声生成  39-40
    4.4.5 量化模块的实现  40-41
  4.5 Similink 仿真  41-49
    4.5.1 C/A 码生成  41-42
    4.5.2 导航电文发生器  42-43
    4.5.3 GPS 中频信号生成  43-45
    4.5.4 带通滤波器  45-47
    4.5.5 AGC  47-49
第五章基于 DSPBuilder 的中频信号研究  49-59
  5.1 DSP Builder 工具简介  49-50
  5.2 DDS 技术原理  50-52
  5.3 载波 NCO 实现  52-55
    5.3.1 载波 NCO 原理及参数选择  52-53
    5.3.2 基于 DSPBuilder 的载波 NCO 设计  53-55
  5.4 码 NCO 实现  55-57
    5.4.1 码 NCO 原理及参数选择  55-56
    5.4.2 基于 DSPBuilder 的码 NCO 设计  56-57
  5.5 码生成及调制实现  57-59
第六章总结和展望  59-61
  6.1 总结  59-60
  6.2 不足和展望  60-61
参考文献  61-64
附录  64

GPS数字中频信号仿真

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