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摘要：GPS (Global Positioning System)具有授时、定位和导航等重要功能,由此在各个领域都有广泛的运用。GPS的用户主要指GPS接收机,其中信号的捕获是GPS接收机中的一个重点,也是难点。捕获的作用在于快速有效地发现可视卫星,并为接下来的信号处理工作提供必要参数。目前两种典型的捕获策略是串行相关捕获法和基于FFT的并行码相位捕获法。其中,串行相关捕获法易于实现,性能可靠,资源占用少,但捕获速度较慢；基于FFT的并行码相位捕获法捕获速度快,但性能相对不稳定,占用资源较大。这些捕获策略的不足限制了GPS接收机的性能。由此,有效结合两种策略,使其取长补短,是实现高性能捕获进而提升GPS接收机性能的关键。为了改善捕获策略,本论文主要做了如下探讨与探讨：(1)探讨了串行相关捕获法和基于FFT的并行码相位捕获法的原理,详细比较了两种策略的性能。(2)提出了FFT并行码相位捕获法与串行相关捕获法相结合的多通道捕获策略,既保证了快速捕获,又兼顾了节约资源。(3)选择了FPGA (Field Programmable Gate Array)和Verilog硬件描述语言在Quartus Ⅱ开发环境下设计实现了本论文捕获策略,集成度高,也便于移植和升级。(4)采取GPS仿真数据对FPGA设计进行了功能仿真和时序仿真,验证了本论文设计的可行性与逻辑的正确性。(5)以购写的硬件GPS接收机为参照,对FPGA设计进行了板上测试与实际捕获实验。Signal Tap Ⅱ显示的实际捕获结果表明,整个系统能成功捕获到卫星,并且兼顾了捕获时间短和资源占用少的要求,可以有效改善GPS接收机性能。关键词：GPS接收机论文FFT捕获论文串行相关捕获论文FPGA论文
摘要4-5
Abstract5-8
1 绪论8-12
1.1 探讨背景及作用8-10
1.2 主要内容及结构安排10-12
2 GPS信号结构及接收机原理12-20
2.1 GPS信号结构12-15
2.2 GPS接收机原理15-18
2.3 GPS信号捕获与多普勒效应18-20
3 两种典型的GPS捕获策略及其性能浅析20-34
3.1 串行相关捕获策略20-22
3.2 基于FFT的并行码相位捕获法22-24
3.3 两种捕获策略的比较探讨24-34
3.3.1 整体捕获结果比较24-27
3.3.2 弱信号的捕获结果比较27-29
3.3.3 资源占用情况比较29-31
3.3.4 搜索时间比较31-32
3.3.5 精确度比较32-34
4 FFT与串行相关相结合的多通道快速捕获策略34-45
4.1 设计思路34-35
4.2 前端FFT捕获引导模块35-39
4.2.1 载波NCO36-38
4.2.2 平均下采样38
4.2.3 门限判决38-39
4.2.4 FFT与IFFT39
4.3 后端各通道串行捕获模块39-41
4.3.1 C/A码发生器40-41
4.3.2 门限判决41
4.3.3 多通道的实现41
4.4 优势浅析41-45
5 多通道快速捕获策略的仿真与板上实现45-60
5.1 系统仿真45-56
5.1.1 载波NCO45-46
5.1.2 C/A码发生器46-48
5.1.3 平均下采样48-49
5.1.4 频率制约字发生器49-50
5.1.5 门限判决50-52
5.1.6 FFT与IFFT模块52-54
5.1.7 整体捕获模块54-56
5.2 板上实现56-60
5.2.1 硬件开发板平台56-57
5.2.2 板上测试结果57-60
结论60-62