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基于DSP-FPGA架构的弹载GPS接收机的研究与实现

作　者: 白明明
导　师: 杨新民
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: GPS接收机 FPGA DSP 载波相位平滑伪距
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 320次
引　用: 5次
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内容摘要

全球定位系统(GPS, Global Positioning System)系统是目前较为完善的全球导航卫星系统(GNSS, Global Navigation Satellite System),它具有隐蔽性、自主性、全天候等特点。在常规兵器中,火炮仍然是现代战争不可缺少的战术手段。如何让火炮与卫星导航定位系统结合起来,是火炮实现精确制导的重要途径之一。本文结合某武器装备科研项目,对弹载GPS接收机进行了深入的探索研究,并通过团队的合作实现了具有小体积、抗高过载、10s以内快速定位能力、具有较高精度的弹载GPS接收机。所作的工作和主要成果如下：(1)首先,规划了弹载GPS接收机的总体结构,并对弹载GPS接收机的三大模块：射频前端模块、基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的自研相关器模块、导航信息处理模块(数字信号处理器,DSP-Digital Signal Processer)进行了总体电路设计。(2)采用功耗评估分析的方法为弹载GPS接收机系统设计了电源管理模块,并利用Protel DXP工具在小体积、信号完整性、高过载的要求下设计了弹载GPS接收机的印制电路板。(3)针对接收机的定位精度问题,本文对载波相位平滑伪距算法进行了优化,在实际测试中检验了该方法的可行性,显著改善了接收机的定位精度。(4)最后,通过高过载测试和跑车测试检验了弹载GPS接收机在静态、高过载和动态环境下的定位性能,并在导师项目的支持下,在某型号火炮上进行了实弹炮射实验,最终取得了良好的结果。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 国内外卫星导航系统概况  8-9
  1.2 课题的研究背景与意义  9-11
  1.3 论文的研究内容与章节安排  11-14
2 GPS接收机原理  14-26
  2.1 GPS卫星信号理论  14-18
    2.1.1 GPS信号结构  14-16
    2.1.2 GPS信号特性  16-17
    2.1.3 多普勒频移  17-18
  2.2 GPS定位原理  18-20
    2.2.1 卫星信号之间的关系  18-19
    2.2.2 伪距定位原理  19-20
  2.3 弹载GPS接收机的结构规划  20-24
    2.3.1 GPS接收机结构分析  20-22
    2.3.2 弹载GPS接收机的结构特殊性  22-23
    2.3.3 弹载GPS接收机的结构设计  23-24
  2.4 本章小结  24-26
3 弹载GPS接收机的硬件总体设计  26-44
  3.1 弹载GPS接收机的射频前端模块  26-31
    3.1.1 GPS信号预处理电路设计  28
    3.1.2 SE4110L基准时钟电路设计  28-30
    3.1.3 SE4110L的滤波及整体电路设计  30-31
  3.2 数字相关器模块电路设计  31-39
    3.2.1 通用芯片XC3SD3400A  31-36
      3.2.1.1 通用芯片XC3SD3400A的管脚分配  32-33
      3.2.1.2 通用芯片XC3SD3400A的配置模式  33-34
      3.2.1.3 XC3SD3400A工作于Master SPI模式  34-35
      3.2.1.4 SPI接口时序分析  35-36
    3.2.2 XC3SD3400A的接口电路设计  36-39
      3.2.2.1 FPGA与SE4110L的接口电路设计  36
      3.2.2.2 GPS接收机的串口通信电路设计  36-37
      3.2.2.3 XC3SD3400A与SPI Flash的接口电路设计  37-39
  3.3 导航信息处理器  39-43
    3.3.1 数字信号处理器TMS320C6713B  39-40
    3.3.2 TMS320C6713B的外部存储器扩展  40-41
    3.3.3 TMS320C6713B与FPGA相关器模块的接口电路设计  41-43
  3.4 本章小结  43-44
4 电源模块与接收机系统的PCB设计  44-58
  4.1 电源模块的设计  44-50
    4.1.1 系统对电源的需求分析  44-48
    4.1.2 电源模块的管理分配  48-50
    4.1.3 电源模块的原理图设计  50
  4.2 弹载GPS接收机的PCB设计  50-56
    4.2.1 接收机的板层规划  51-53
    4.2.2 接收机的布局设计  53-54
    4.2.3 电路的布线分析  54-56
  4.3 灌封材料及技术  56-57
  4.4 本章小结  57-58
5 GPS载波相位平滑伪距的应用研究  58-66
  5.1 GPS测量误差分析  58-59
  5.2 伪距测量值  59-60
  5.3 载波相位测量值  60-61
  5.4 载波相位平滑伪距的研究  61-63
  5.5 载波相位平滑伪距的测试  63-65
  5.6 本章小结  65-66
6 弹载GPS接收机的整机测试  66-74
  6.1 弹载GPS接收机的静态测试  66-69
  6.2 弹载GPS接收机的动态测试  69-70
  6.3 弹载GPS接收机的炮射试验  70-72
  6.4 本章小结  72-74
7 结束语  74-76
  7.1 工作总结  74-75
  7.2 基本展望  75-76
致谢  76-78
参考文献  78-81
附录弹载GPS接收机实现原理图  81

基于DSP-FPGA架构的弹载GPS接收机的研究与实现

内容摘要

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