随着中国二代导航系统的建设，卫星导航的应用将普及到各个行业，具有自主知识产权的卫星导航接收机的研究与设计是该领域的一个研究热点。在接收机的设计中，对于成熟技术将利用ASIC芯片进行批量生产，该芯片是专用芯片，一旦制造成型不能改变。但是对于正在研究的接收机技术，特别是在需要利用接收机平台进行提高接收机性能研究时，利用FPGA通用可编程门阵列芯片是非常方便的。在FPGA上的研究成果，一旦成熟可以很方便的移植到ASIC芯片，进行批量生产。本课题就是基于FPGA研究GPS并行捕获技术的硬件电路，着重进行了其中一个捕获通道的设计和实现。 GPS信号捕获时间是影响GPS接收机性能的一个关键因素，尤其是在高动态和实时性要求高的应用中或者对弱GPS信号的捕获方面。因此，本文在滑动相关法基础上引出了基于FFT的并行快速捕获方法，采用自顶向下的方法对系统进行总体功能划分和结构设计，并采用自底向上的方法对系统进行功能实现和验证。 本课题以Xilinx公司的Spartan3E开发板为硬件开发平台，以ISE9.2i为软件开发平台，采用Verilog HDL编程实现该系统。并利用Nemerix公司的GPS射频芯片NJ1006A设计制作了GPS中频信号产生平台。该平台可实时地输出采样频率为16.367MHz的GPS数字中频信号。 本课题主要是基于采样率变换和FFT实现对GPS C/A码的捕获。该算法利用平均采样的方法，将信号的采样率降低到1.024 MHz，在低采样率下利用成熟的1024点FFT IP核对C/A码进行粗捕，给出GPS信号的码相位(精度大约为1/4码片)和载波的多普勒频率，符合GPS后续跟踪的要求。 同时，由于FFT算法是以资源换取时间的方法来提高GPS捕获速度的，所以在设计时，合理地采用FPGA设计思想与技巧优化系统。基于实用性的要求，详细的给出了基于FFT的GPS并行捕获各个模块的实现原理、实现结构以及仿真结果。并达到降低系统硬件资源，能够快速、高效地实现对GPS C/A码捕获的要求。 本研究是导航研究所承担的国家863课题“利用多径信号提高GNSS接收机性能的新技术研究”中关于接收机信号捕获算法的一部分，对接收机的设计具有一定的参考价值。
上传时间： 2013-07-22
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全球定位系统(Global Positioning System—GPS)是新一代卫星导航定位系统，具有全球、全天候、连续、高精度导航与定位功能，能够为广大用户提供精确的三维坐标、速度和时间信息。因此，GPS系统被广泛地应用于生活中的各个领域。GPS系统用户主要是各种型号的接收机，而捕获跟踪技术是接收机的关键技术，同时也是一个技术难点。在GPS接收机中，导航电文是用户定位和导航的数据基础，为了得到导航电文必须要对GPS信号进行捕获跟踪。本文详细研究了GPS信号捕获跟踪技术，并进行了FPGA设计。 @@ 本文首先概述了GPS系统信号结构和GPS接收机工作原理，对GPS信号调制机理进行详细地阐述，重点分析了C/A码生成原理和特性。 @@ 其次叙述了GPS信号捕获的基础理论，重点研究时域滑动相关捕获方法，深入分析其算法和性能。用MATLAB中Simulink软件包搭建了可自由修改参数的GPS中频发生器，并在此平台上，对GPS信号时域滑动相关捕获算法进行仿真与分析。 @@ 接着重点研究了GPS信号跟踪技术，系统分析码跟踪环路和载波跟踪环路结构框图以及算法。在码跟踪环路方面，选用并分析了能分离载波的非相干超前滞后码锁定环的工作机理。在载波跟踪环路中选用对导航电文数据相位翻转不敏感的科斯塔斯环，并用数学模型分析GPS信号的解调过程。之后对整个跟踪环路进行MATLAB仿真，结果表明环路参数设计满足要求，并能成功解调出GPS导航电文。 @@ 最后本文在QuartusII环境下完成对GPS信号捕获跟踪系统的FPGA设计。根据对相关器硬件结构框架，对算法中各个模块的实现进行详细的说明，包括顶层设计到CA码、NCO等重要模块设计，并给出了仿真结果。 @@关键词：GPS接收机；捕获；跟踪；MATLAB仿真：FPGA
上传时间： 2013-06-16
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本课题深入分析了GPS软件接收机基于FFT并行捕获算法并详细阐述了其FPGA的实现。相比于其它的捕获方案，该方案更好地满足了信号处理实时性的要求。 论文的主体部分首先简单分析了扩频通信系统的基本原理，介绍了GPS系统的组成，详细阐述了GPS信号的特点，并根据GPS信号的组成特点介绍了接收机的体系结构。其次，通过对GPS接收机信号捕获方案的深入研究，确定了捕获速度快且实现复杂度不是很高的基于FFT的并行捕获方案，并对该方案提出了几点改进的措施，根据前面的分析，提出了系统的实现方案，利用MATLAB对该系统进行仿真，仿真的结果充分的验证了方案的可行性。接着，对于捕获环节中的核心部分—FFT处理器，设计中没有采用ALTERA提供的IP核，独立设计实现了基于FPGA的FFT处理器，并通过对一组数据在MATLAB中运算得到结果和FPGA输出结果相对比，可以验证该FFT处理器的正确性。再次重点分析了GPS接收机并行捕获部分的FPGA具体实现，通过捕获的FPGA时序仿真波形，证明了该系统已经能成功地捕获到GPS信号。最后，对全文整个研究工作进行总结，并指出以后继续研究的方向。 本课题虽然是对于GPS接收机的研究，但其原理与GALILEO、北斗等导航系统的接收机相近，因此该课题的研究对我国卫星导航事业的发展起到了积极的推动作用。
上传时间： 2013-08-06
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智能公交系统是城市交通系统的一个重要组成部分，在城市交通公交优先的背景下，欲缓解城市交通拥堵的现象，就必须大力发展公交事业。智能公交系统的建设可以改善公交公司的企业管理方法，提高公交系统的运营效率与服务水平，是城市公交事业发展的重要一步。 本文在研读大量文献、参考相关设计的基础上，结合先进的GPS、GPRS技术，提出了基于ARM的智能公交车载管理终端的设计与实现方法。 GPS是由美国建立的新一代卫星导航与定位系统，具有全球性、全天候、陆海空全能等特点，特别适用于交通运输行业，配合中国移动稳定可靠、覆盖面广、数据传输速度极快的GPRS网络作为信息传输的媒介，以GPS、GPRS为主要技术的智能公交系统较以往利用射频、数传电台技术方式建造的公交系统具有更加稳定、实时性更高等特点，是当前智能公交系统设计的理想方案。 基于ARM的智能公交车载终端是智能公交系统的重要组成部分，是整个系统的信息终端，负责信息的接收和发布，在系统中起着至关重要的作用。本文详细介绍了一款以ARM处理器为主控的智能车载终端的设计方法，包括终端总体方案设计、硬件电路设计、软件代码编写、整机调试等内容。文章在总体设计中提出了终端的功能要求，并针对功能要求提出了相应的设计方案；在硬件设计中给出了具体的硬件设计原理图，并就硬件选型、原理图设计中的关键问题进行了探讨；在软件设计中给出了终端主要软件设计的程序流程图，并对程序设计思路进行了细致的讲解；最后对终端硬件、软件的联合调试过程进行了介绍，并对最终通过调试的终端进行了展示。 经过多次的测试和修改，该智能公交系统已经实现了正点考核、实时监控、短信报警、自动报站等多项功能，并在长沙市公交线路上投入试运行，社会反应良好。
上传时间： 2013-07-02
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本文分析了当前车辆交通管理中的实际问题，介绍了一种车载终端的设计方法。设计采用ARM9微处理器构造的嵌入式系统，是集GPS全球卫星定位系统和GPRS无线通信技术于一体的新型车载电子产品。它为现代交通运输提供了新颖，可靠，有效的控制和管理途径。 车载终端通过将GPS模块的定位信息提取出来，一方面将定位信息在车载终端上显示，一方面又结合车辆的状态等信息发送给GPRS模块，发送出去的信息通过无线网络传输给车辆管理部门。车辆管理部门根据车辆的位置和状态等，采取一定的措施，从而实现车辆的有效管理。 本设计从硬件和软件两大部分出发，硬件上设计了ARM处理器、存储器、内存及其外围电路，另外还有GPS模块电路和GPRS模块电路；软件上采用Qt的人机界面完成数据显示与更新，采用PPP拨号脚本完成GPRS模块的拨号，通过Qt多线程编程的方法完成GPS数据的提取和GPRS的信息发送。在硬件和软件之间采用了嵌入式Linux系统，包括启动代码、内核和文件系统等。 论文的最后总结了所完成的工作，给出了设计的不足之处和有待完善的地方。
上传时间： 2013-04-24
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随着社会经济和科学技术的发展，公路交通已经成为了关系国民经济命脉和社会、经济发展的重大系统。汽车导航观念也逐渐深入人心，成为公路交通中极其重要的一个环节。人们已经不再满足于用基于PC机的导航系统，因为它过于昂贵并且功耗高。现在，基于嵌入式设备的导航系统在迅速发展，但目前流行的是基于WinCE操作系统，它的成本比较高。 本文设计的导航系统采用基于ARM9结构的低功耗、高性能嵌入式SOC芯片S3C2410作为主控制器，使用嵌入式linux作为系统的内核。Linux是一个开放并且免费使用的操作系统，而CPU使用了32位RISC(精简指令集)。基于ARM的嵌入式Llinux作为系统的内核解决了成本高的问题。因为嵌入式操作系统是本课题设计系统过程中应用的基础，所以本文会详细介绍。 系统可以采集GPS信号，支持RS-232接口，采用液晶显示屏(LCD)的人机接口，为操作人员提供了良好的监控界面。软件系统在嵌入式Linux操作系统下开发，实现了Linux操作系统和QT图形系统的移植，设备驱动程序、控制应用程序、人机交互界面的设计。 本文从理论、硬件设计、软件设计等方面介绍了基于ARM S3C2410多功能车载导航系统的设计与开发。
上传时间： 2013-07-01
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随着嵌入式技术的发展，嵌入式系统被逐步应用到诸如工业控制，汽车电子设备，移动通信设备，PDA，GPS卫星定位系统和信息家电等社会各行各业之中，现在已经成为信息发展的主流技术之一，在国民经济发展中起着举足轻重的作用。 由于信息化的普及，家庭中的电脑、信息家电、通信终端越来越多，使用管理它们也变得越来越麻烦。如何更有效地发挥这些设备的作用，提高居家生活的智能化和方便性，如何更便利的互联和协同工作，已成为现代人生活乃至办公的重要问题。这些问题的出现导致了家庭网络的出现，家体网络技术已经成为各大IT企业研究开发的重点。 本论文分析了家庭网络和信息家电的发展情况，以实用、简便为原则设计了一个家庭网络监控系统。此系统以ARM7的S3C44BOX开发板为硬件平台，以uClinux作为嵌入式操作系统，实现对家庭网络中的信息家电进行监控，使用户能够了解家庭中信息家电的工作状况，对信息家电进行控制，来达到对信息家电有效管理、方便用户使用家中的家电的目的。 论文中家庭网络监控系统主要由web服务器、家庭网络服务器和家庭网络组成，实现家电控制、状态查询、信息家电状态报告、注册、注销、统一开关机等功能。本设计的家庭网络监控系统由于使用了RS485总线式网络来组建家庭网络，使得该系统组网方便，在价格上有一定优势，而且硬件是基于ARM开发板平台，体积较小，所设计的家庭网络协议很好的满足了家庭网络监控需求，协议也很简单，处理方便。由于此家庭网络监控系统实现了家电注册、注销功能，使得该系统能够及时检测到家庭网络中的家电的增减情况。总之，本家庭网络监控系统体积小、简单、经济、多功能，方便家庭网络中信息家电的增减，具有较高的实用价值，适合于普通百姓家庭之中使用。
上传时间： 2013-07-31
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GPS（全球定位系统）是美国建立的高精度卫星定位导航系统，高动态GPS接收机可应用于卫星、飞机、高速列车等许多场合。高动态给GPS信号带来很大的多普勒频移和多普勒频移变化率，普通民用接收机无法正常工作。适用于高动态条件的接收机可以有效消除多普勒频移及其变化率对信号接收的影响，提高导航定位精度。 本文在深入研究GPS的系统组成、工作原理以及信号格式的基础上，重点研究高动态条件下C/A码和载波的捕获与跟踪方案。论文的主要工作如下： 1．深入研究扩频信号的各种捕获算法，提出了一种适用于高动态的基于FFT的C/A码快速捕获算法； 2．研究扩频码跟踪和载波跟踪技术，设计了载波辅助的码跟踪环路——数字延迟锁定环（DLL）及一种叉积自动频率跟踪环（CPAFC）与科斯塔斯（Costas）环相结合的载波跟踪方案，并在MATLAB环境下建立系统模型，对环路参数进行了详细的设计； 3．初步完成了GPS接收机基带处理模块核心单元的FPGA设计和功能仿真。
上传时间： 2013-07-10
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本课题深入分析了GPS软件接收机基于FFT并行捕获算法并详细阐述了其FPGA的实现。相比于其它的捕获方案，该方案更好地满足了信号处理实时性的要求。 论文的主体部分首先简单分析了扩频通信系统的基本原理，介绍了GPS系统的组成，详细阐述了GPS信号的特点，并根据GPS信号的组成特点介绍了接收机的体系结构。其次，通过对GPS接收机信号捕获方案的深入研究，确定了捕获速度快且实现复杂度不是很高的基于FFT的并行捕获方案，并对该方案提出了几点改进的措施，根据前面的分析，提出了系统的实现方案，利用MATLAB对该系统进行仿真，仿真的结果充分的验证了方案的可行性。接着，对于捕获环节中的核心部分—FFT处理器，设计中没有采用ALTERA提供的IP核，独立设计实现了基于FPGA的FFT处理器，并通过对一组数据在MATLAB中运算得到结果和FPGA输出结果相对比，可以验证该FFT处理器的正确性。再次重点分析了GPS接收机并行捕获部分的FPGA具体实现，通过捕获的FPGA时序仿真波形，证明了该系统已经能成功地捕获到GPS信号。最后，对全文整个研究工作进行总结，并指出以后继续研究的方向。 本课题虽然是对于GPS接收机的研究，但其原理与GALILEO、北斗等导航系统的接收机相近，因此该课题的研究对我国卫星导航事业的发展起到了积极的推动作用。
上传时间： 2013-05-29
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本文进行了基于FPGA的GPS直序伪码扩频接收机的设计和数字化硬件实现。论文首先对GPS卫星导航定位系统进行了分析，并对与数字化接收机直接相关联的GPS信号中频部分结合实际系统要求进行了设计和分析，由此确定了数字化伪码捕获跟踪接收机研制的具体要求，之后完成了接收机中频数字化方案设计。同时对伪码捕获跟踪后端的载波捕获跟踪的实现方案进行了描述和分析。最后利用EDA工具在FPGA芯片上实现了GPS数字化接收机的伪码捕获跟踪。 受工作环境的制约，GPS卫星接收机系统首先表现为功率受限系统，接收机必须满足在低信噪比条件下工作。同时接收机与卫星间高动态产生的多普勒频率，给接收机实现快速捕获带来了难度。通过仿真分析，综合了实现难度和性能两方面因素，针对小信噪比工作条件提出了改进型的序贯伪码捕获实施方案。同时按照捕获概率和时间的要求，对接收机偏压、上、下门限、NCO增益等进行了设计和仿真分析，确定了捕获的数字化实现方案，伪码跟踪采用超前滞后环方案。捕获完成后可使本地伪码与接收伪码的相对误差保持在±1/4码元范围内，而跟踪环路的跟踪范围为±4/3码元，保证了捕获到跟踪的可靠衔接，同时采用可变环路带宽措施解决了跟踪速度和精度的矛盾。 在数字化实现设计中，给出了详细的数字化实现方案和分析，这样在保证工作精度的同时尽量减少硬件资源的开销，利用EDA工具，采用Veilog设计语言在Xilinx的VirtexII系列的XC2V500fg256的FPGA上完成数字化接收机伪码捕获跟踪的实现，并在其开发平台上对数字化接收机进行了仿真验证，在给定的工作条件下达到了设计性能和指标要求。
上传时间： 2013-04-24
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