基于FPGA和DSP的GNSS軟件接收機設計.pdf

1、隨著GPS現(xiàn)代化計劃的逐步推進以及北斗產(chǎn)業(yè)應用不斷擴大，GNSS接收機的研究已經(jīng)成為一個必然的趨勢，而其中GNSS軟件接收機因其平臺的靈活性與開放性為各種新算法的研究提供了便利條件，也成為眾多國內(nèi)外學者和工程師們的研究熱點?；诖似脚_可以研究各種新的基帶信號處理算法，使GNSS軟件接收機可在環(huán)境復雜區(qū)域穩(wěn)定而連續(xù)的工作。本文主要的研究內(nèi)容是針對GNSS軟件接收機基帶信號處理方法:捕獲、跟蹤以及對復雜多徑環(huán)境下的衛(wèi)星信號處理。
　　

2、在衛(wèi)星信號捕獲方面，本文介紹了線性搜索、并行頻率搜索和并行碼相位搜索三種捕獲算法并討論了各自的優(yōu)缺點與適用范圍。針對算法在FPGA中的實現(xiàn)，本文利用FPGA跟蹤通道與捕獲通道共用相關器的特點，同時進行六路相關，提高了線性搜索法的搜索速度。針對硬件實現(xiàn)的特點，本文使用相位查詢的方式產(chǎn)生偽隨機碼，而用查表的方式產(chǎn)生載波信號。
　　在跟蹤環(huán)路部分介紹了信號跟蹤的基本原理，并對載波跟蹤環(huán)和偽碼跟蹤環(huán)作了較為詳細的介紹，針對跟蹤環(huán)路可采用的

3、多種碼環(huán)鑒相器，對其性能進行了分析比較并進行了實驗仿真。本文還提出一種GNSS跟蹤環(huán)路軟件相關器設計及自適應智能跟蹤方法，該方法克服了傳統(tǒng)接收機中對信號載噪比大小、計算復雜度和跟蹤準確度之間矛盾的限制，能夠進一步平衡計算量過大和損失信號質(zhì)量之間的矛盾，無論在正常環(huán)境、高動態(tài)環(huán)境還是微弱衛(wèi)星信號環(huán)境下，都能有效實現(xiàn)無縫定位。
　　在多徑信號處理方面，本文首先分析了多徑效應的產(chǎn)生原因和常見抑制方法。在分析的基礎上采用窄相關技術、Str

4、obe相關器等方法對多徑信號進行估計并消除，并在MATLAB平臺上對這兩種方法做了仿真分析。本文還使用主成分分析法對多徑信號進行分析，提取出能夠表征該信號大部分信息的特征量，對于不是主要成分的量，在后續(xù)分析中不引入到模型中，從而達到降維去噪的目的。對不同環(huán)境下的無線信道模型進行多次特征提取和場景識別實驗，實驗結果驗證了本文所提出的算法的性能，對推廣GNSS接收機在復雜多徑環(huán)境下的工程應用具有一定的參考意義。
　　基于上述的基礎研究

5、，本文設計出了基于Matlab的GPS L1/L2接收機和北斗B1接收機，將結果與商用接收機進行對比驗證了其正確性。并完成了基于FPGA和DSP架構的GPS L1/北斗B1軟件接收機基帶信號處理部分的模塊設計以及相應的上位機設計，能夠初步實現(xiàn)中頻信號采樣、衛(wèi)星信號捕獲跟蹤及PVT解算、可設置工作狀態(tài)控制數(shù)據(jù)輸出UTC/北京時間，定位結果、速度、鐘差、各顆衛(wèi)星的載波相位平滑偽距，多譜勒頻率，衛(wèi)星高度角、方位角和信噪比以及星歷、歷書等功能，