基于FPGA+ARM的GPS/BDII接收机设计与实现

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位置与导航服务是目前最大最热门的信息产业之一。多年前美国就建立了全球卫星定位系统简称GPS(即Global Position System的简称)。目前GPS是整个卫星导航领域中技术和市场最成熟的系统,有一家独大之势。俄罗斯、欧盟及中国等国家也都在很努力的建设自己的导航定位系统并完善其产业链。我国自主设计研发的导航系统为北斗卫星导航系统简称BD(即BeiDou navigation satellite system的简称),目前第二代北斗卫星导航系统(BDII)还处于可以实现基本定位的初期建设阶段,所以是当前研究的热点。目前市面上的BDII接收机芯片还非常少,技术不很成熟,性能也不是特别好,所以研发一个硬件接收机原型机方案显得具有十分重要的意义。采用FPGA+ARM的方案是一种比较合适的原型机方案选择。  本文介绍了基于FPGA+ARM的GPS/BDII民用信号硬件接收机的设计与实现方法。首先,介绍了整个GPS/BDII接收机的相关背景、理论知识及其所需处理流程。接着介绍了 GPS/BDII接收机的硬件电路设计,包括天线及射频相关电路及FPGA与ARM的相关电路设计。然后介绍了FPGA部分所完成部分,即捕获和跟踪等步骤的功能的原理与实现。最后介绍了ARM部分所完成的功能、算法仿真及实现。整个过程以信号处理流程为主线,依次详细介绍了卫星导航射频信号的接收、放大、滤波、下变频、模数转换、捕获、跟踪、位同步、帧同步及定位解算等信号处理步骤的理论及实现。卫星导航信号的捕获与跟踪一直是接收机技术研究的热点,本文探讨了一种比较前沿的基于FFT的并行码相位捕获方法的MATLAB仿真、Verilog功能仿真及其在FPGA中的实现效果,并介绍了实现过程中的一些改进。跟踪环节采用的是二阶锁频环辅助三阶锁相环的载波跟踪环路以及基于延迟锁定环的码相位跟踪环路,本文阐述了该方法在 FPGA中的具体实现细节及优化改进。ARM处理器主要负责过程控制、电文解析及定位解算等等处理流程。探讨和论证了各个软硬件模块的正确性,测试了该接收机性能,与市面上较优秀的双模定位模块结果进行了对比,对结果进行了分析,提出了一些在未来可以有所改进和突破的想法。
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