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卫星定位技术的出现,对军事、测绘、导航、通信、电力等诸多领域带来了巨大的变革。随着卫星导航定位技术的不断改进,其应用范围将逐步渗透深入进入经济建设的各个领域和人民日常生活中。目前卫星定位接收机模型模块划分清晰,硬件接收机基本分为三大部分:射频芯片、基带处理芯片和定位解算软件；软件接收机分为两大部分:射频芯片和软件处理。它们各有利弊,硬件模块速度快,实时性强,软件处理灵活性好,方便易改动。本文设计的基带模块完全采用硬件方案,采用射频IC+FPGA基带处理+STM32定位解算的实现方式实现,跟踪环路全部使用硬件完成,大大减轻了对处理器的要求。重在介绍基带处理部分的实现和测试,并给出了定位解算的方案设计。此外,GPS数据源在基带测试中具有重要地位,系统对数据源的要求也很高,不但要求数据的完整性,且要求数据在时间上具有连续性和平稳性。本文介绍了数据源实现和测试过程。
本文作者在硕士学习期间,参与了实验室关于GPS卫星定位接收机数据源的制作和基带硬件模块的方案改进以及系统调试,独立设计完成并测试了用于基带测试的数据源系统,搭建了本设计三大部分的软硬件环境,并完成基带数据处理模块中的锁相环部分。
本文首先介绍了GPS卫星导航定位系统的总体架构、应用情况和发展趋势,然后描述了GPS信号结构和基本的定位原理。然后,概括了通用接收机的系统方案并给出了本设计所采用的方案构架和参数,接下来详细讨论了核心模块中每一个部分的设计方案和实现方式,其中包括了捕获、载波环、码环与软硬件的接口部分。在介绍基带系统设计之后,又重点介绍了用于测试的实时数据源系统的设计、实现和测试过程,在设计完成后,介绍了对基带子系统的测试过程,其中包括了matlab仿真,对系统的modesim功能仿真和在DE2_70开发板上的系统测试。最后讨论了在STM32平台上将积分值转换成电文并和伪距一同解算定位的软件实现方案,给出全文总结和对未来工作方向的展望。