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软件GPS接收机的研究

作　者: 许俊
导　师: 茅旭初
学　校: 上海交通大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 全球定位系统软件GPS接收机现场可编程门阵列微弱信号捕获真实信号跟踪
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在21世纪,星基导航技术的应用已成为人们日常生活不可或缺的一部分。GPS已在许多新的领域取得广泛应用,例如石油勘探,飞机进场着陆以及汽车导航等。随着GPS技术应用领域的不断拓宽,人们对GPS接收机的要求也越来越高。近年来,GPS接收机的研究目前已成为导航研究领域的热点。目前使用的GPS接收机可以分为两种:硬件接收机和软件接收机。尽管大部分硬件接收机在使用中性能表现良好,但它们不仅很难在恶劣的环境保持正常工作状态,而且兼容性欠佳,升级成本高,除此之外,随着时间的推移,部件会逐渐老化,这也会降低接收机的可靠度和精度。相比之下,最近逐渐引起研究者们关注的软件GPS接收机,借助通用的微处理器在频域执行相关运算,具有操作上的灵活性和系统间的兼容性,所以当需要升级接收新的导航信号时,设计者所要做的仅仅是修改相关的程序或参数。尽管有诸多优点,但和硬件接收机相比,软件接收机的运算能力不是很高。特别是在有遮挡的环境中使用时,由于遮挡、反射等影响,信号受到严重的衰减,载噪比(Carrier-to-Noise Ratio,C/NO)通常都在34 dB-Hz以下,且软件接收机不能为额外的信号处理算法提供足够的运算能力,从而使得软件GPS接收机很难实时捕获跟踪信号,有时甚至会出现无法定位的情况。随着微处理器的飞速发展,FPGA中可以集成大量的逻辑单元,所以对于捕获微弱GPS信号所需要的巨大运算量这个问题,FPGA提供了一个理想的解决方案。在对FPGA的基本结构、常用设计工具及通用设计程序进行详细介绍后,本文提出一种新的基于FPGA的捕获方法并对其进行检测,以确定软件GPS接收机在市区、隧道等有遮挡的环境中的捕获低载噪比信号的能力。这项工作的目的是为了验证软件接收机在作适当改进后也能有效捕获到微弱GPS信号,同时为能在恶劣环境中快速定位的高灵敏度软件GPS接收机的发展提供了一个思路。关于软件GPS接收机的另一个问题是:目前大部分软件GPS接收机都还处于实验室阶段,工作时所处理的信号大部分是仿真信号,对于噪声等干扰不可预计的真实信号,能否进行处理仍需实践检验。故在阐述完基于FPGA技术的微弱GPS信号捕获实现方法后,本文尝试用软件GPS接收机对采集到的真实信号进行跟踪。成功的试验结果进一步为软件GPS接收机的普遍推广奠定了坚实的基础。

软件GPS接收机的研究

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