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基于FPGA的BOC调制信号发生器的设计与实现

作　者: 钟鸣
导　师: 冯永新
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: FPGA BOC调制信号发生器 SOPC IP核仿真
分类号: TN965
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 280次
引　用: 1次
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内容摘要

近年来,现有的卫星导航系统已经无法满足不断提高的军、民用需求,各国的卫星导航系统纷纷处于更新换代的过程之中。BOC调制作为产生新一代导航信号的重要手段将应用于GPS现代化及Galileo卫星导航系统中。BOC信号具有明显的分裂频谱特性,能够保证其与现有频段内的导航信号相兼容,并且拥有更高的码跟踪精度和更好的多径分辨能力。国外对BOC调制技术的研究开展较早,现已经进入试验阶段。虽然我国参与了Galileo计划,但是不具有完全的所有权,对技术内核的研究仍无法深入。国内相关单位对BOC调制技术的研究处于起步阶段,开展的研究也仅限于BOC调制信号的接收算法以及软件仿真产生BOC调制信号,无法满足国内军事应用领域研究新一代导航信号的要求。为了深入地研究BOC信号的生成机理、分析其信号特性以及进行新一代导航信号的接收测试,本文展开了基于FPGA的BOC调制信号发生器的研究。在对BOC调制的数学定义及BOC信号的功率谱与自相关函数进行研究的基础上,选择基于FPGA的SOPC技术,采用软硬件协同设计的方法对BOC调制信号发生器进行模块化设计。在BOC调制信号发生器的硬件设计中,主要功能模块作为IP核集成到基于SOPC的片上硬件系统中。在软件设计中,通过应用软件的开发使BOC调制信号发生器具备了可根据时间需求实时、高速、连续地产生BOC调制信号的能力,并在此基础上实现了根据当前天空中可见GPS卫星的信息来产生本地BOC调制信号的功能。在设计方案实现后,使用Agilent E4405B频谱分析仪和Xilinx ChipScope Pro工具对BOC调制信号发生器的设计进行验证。验证结果分析表明,BOC调制信号发生器产生的信号在频域及时域上都符合要求,并且其操作和设置具有一定灵活性。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-16
  1.1 课题研究背景  12-14
  1.2 国内外相关研究以及课题的提出  14
  1.3 论文结构  14-16
第2章 BOC 信号的生成机理与特性分析  16-25
  2.1 BOC 调制的基本概念  16
  2.2 BOC 信号的表示方法  16-17
  2.3 BOC 信号的功率谱密度函数和自相关函数  17-21
  2.4 BOC 信号与现行导航信号的对比  21-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章基于FPGA 的嵌入式系统开发  25-33
  3.1 基于FPGA 的SOPC 技术与IP 资源复用  25-27
    3.1.1 SOPC 技术  25-26
    3.1.2 IP 资源复用理念  26-27
  3.2 MicroBlaze 处理器  27-29
    3.2.1 处理器内部结构  27-28
    3.2.2 处理器的主要总线  28-29
  3.3 Xilinx EDK 开发流程  29-32
    3.3.1 硬件设计流程  29-30
    3.3.2 软件设计流程  30-32
  3.4 本章小节  32-33
第4章 BOC 调制信号发生器总体设计  33-37
  4.1 设计目标  33
  4.2 开发平台的选择  33
  4.3 功能模块划分  33-36
  4.4 片上系统软硬件划分  36
  4.5 本章小结  36-37
第5章 BOC 调制信号发生器硬件的设计与实现  37-51
  5.1 系统硬件结构  37-39
  5.2 扩频码发生器  39-43
    5.2.1 m 序列  39-40
    5.2.2 C/A 码发生器  40-41
    5.2.3 P 码发生器  41-42
    5.2.4 伪随机码序列发生器  42-43
  5.3 BOC 调制模块  43-46
    5.3.1 BOC 调制模块IP 核及用户逻辑  43-44
    5.3.2 BOC 调制模块的设计  44-46
  5.4 BPSK 调制模块  46-47
  5.5 BOC 调制控制模块  47-48
  5.6 存储模块  48-50
    5.6.1 初始化数据的生成  48-50
    5.6.2 初始化数据的写入  50
  5.7 本章小结  50-51
第6章 BOC 调制信号发生器软件的设计与实现  51-68
  6.1 片上系统软件平台的搭建  51-59
    6.1.1 BOC 调制模块及BOC 调制控制模块IP 核驱动程序  51-55
    6.1.2 扩频码发生器移位寄存器状态的时间反推模型及反推函数  55-59
  6.2 基于超级终端的应用软件  59-61
    6.2.1 基于超级终端的外部数据接收函数  59-61
    6.2.2 基于超级终端的命令解析函数及主函数  61
  6.3 基于GPS OEM 授时板的应用软件的开发  61-67
    6.3.1 基于 GPS OEM 授时板的数据解析函数  62-65
    6.3.2 基于 GPS OEM 授时板的主函数与辅助功能函数  65-67
  6.4 本章小结  67-68
第7章 BOC 调制信号发生器的测试与验证  68-73
  7.1 验证方案  68-69
    7.1.1 频域验证方案  68
    7.1.2 时域验证方案  68-69
  7.2 测试结果与分析  69-73
结论  73-75
参考文献  75-78
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  78-79
致谢  79

基于FPGA的BOC调制信号发生器的设计与实现

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