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GNSS-R海洋反射接收机的控制设计及实现

作　者: 孙剑
导　师: 孙越强
学　校: 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）
专　业: 空间物理学
关键词: GNSS-R 接收机 DSP FPGA
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 92次
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内容摘要

近些年来,GNSS-R海洋遥感技术引起了国内外越来越多的科研机构和科研工作者的重视,研究成果表明,GNSS-R可以用来反演海面风场、海面高度、有效波高等海面状态信息,这些对渔业生产、航海安全、气象预报等具有重要意义。作为一种遥感技术,需要有专门的设备完成海面反射信号的采集和处理,目前,国内外机构在接收机的研制方面取得了很大的发展,推出了众多的设计方案。本论文结合几种主要设计方案的设计思想,给出了基于FPGA+DSP的GNSS-R海洋反射接收机的系统设计方案。论文首先阐述了GNSS信号的处理原理和GNSS-R海洋遥感技术的相关理论,以此为基础,着重论述了GNSS-R海洋反射接收机的设计思想,描述了整个接收机的系统构架和各模块的主要功能。与传统GNSS接收机相比,GNSS-R接收机除了需要完成对直接信号的捕获和跟踪,还需要接收由海平面反射的GNSS信号,并完成相关运算处理得到相关功率波形图。接收机基于FPGA和DSP完成信号的处理和系统的控制,这是一种结合了硬件接收机和软件接收机各自特点的设计方案,实现了实时性和灵活性两方面的要求。这一部分是接收机的核心工作单元,论文中具体描述了其硬件设计过程。之后针对系统的硬件结构,设计了基于DSP运行的系统控制和信息处理程序。系统控制和信息处理程序主要完成上电时程序加载,系统运行流程控制,可见卫星和镜像反射点预报,实时通信等功能。最后对接收机的功能进行了测试和分析,并验证了预报算法。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-15
  1.1 研究背景与意义  11-12
  1.2 GNSS-R 接收机发展概况  12-14
  1.3 论文的主要工作和内容安排  14-15
第2章 GNSS信号处理原理及GNSS-R海洋遥感理论  15-27
  2.1 GNSS系统构成  15-17
    2.1.1 GPS系统  15-16
    2.1.2 GLONASS系统  16
    2.1.3 Galileo系统  16-17
    2.1.4 北斗系统  17
  2.2 GNSS信号的处理  17-24
    2.2.1 GPS卫星信号的特征  17-20
    2.2.2 GPS信号的处理  20-24
  2.3 GNSS-R海洋遥感理论  24-27
    2.3.1 海面风场测量原理  25-26
    2.3.2 海面高度测量原理  26-27
第3章 GNSS-R接收机总体设计  27-32
  3.1 设计思想  27-28
  3.2 接收机系统组成  28-29
  3.3 各功能模块设计  29-32
    3.3.1 射频前端  29
    3.3.2 AD转换模块  29-30
    3.3.3 数字基带信号处理  30-31
    3.3.4 控制及信息处理模块  31-32
第4章信号处理及控制系统的硬件实现  32-44
  4.1 硬件系统整体设计  32
  4.2 外围电路设计  32-34
    4.2.1 系统供电设计  32-33
    4.2.2 时钟电路  33-34
    4.2.3 复位电路设计  34
  4.3 AD模块设计  34-35
  4.4 FPGA单元设计  35-38
    4.4.1 芯片简介  35
    4.4.2 FPGA的配置电路设计  35-37
    4.4.3 FPGA接口电路设计  37-38
  4.5 DSP单元设计  38-44
    4.5.1 芯片简介  38-39
    4.5.2 时钟和锁相环滤波电路设计  39
    4.5.3 DSP与JTAG仿真口的连接  39-40
    4.5.4 DSP工作模式选择电路设计  40-41
    4.5.5 DSP与存储器接口设计  41-42
    4.5.6 R5422 接口设计  42-44
第5章接收机控制系统程序设计及实现  44-62
  5.1 软件开发环境  44-45
  5.2 程序总体设计  45
  5.3 系统的引导和加载程序  45-46
  5.4 系统主程序的设计  46-47
  5.5 系统中断设计  47-49
  5.6 主要功能子模块的设计  49-62
    5.6.1 直反通道控制  49-53
    5.6.2 历书获取  53-54
    5.6.3 可视卫星的预报  54-59
    5.6.4 镜像反射点预报  59-60
    5.6.5 数据的发送及接收  60-62
第6章实验测试及分析  62-70
  6.1 接收机功能测试  62-65
    6.1.1 GPS信号的捕获和跟踪  62-63
    6.1.2 GPS卫星历书的接收测试  63-64
    6.1.3 反射通道的数据处理  64-65
  6.2 预报算法的验证及分析  65-70
    6.2.1 GPS卫星位置的计算分析  65-67
    6.2.2 接收机位置外推的计算分析  67-69
    6.2.3 镜像反射点计算方法的验证  69-70
第7章总结与展望  70-72
  7.1 总结  70-71
  7.2 展望  71-72
参考文献  72-74
发表论文  74-75
致谢  75

GNSS-R海洋反射接收机的控制设计及实现

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