GPS信号实时处理系统设计与实现

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1、摘要上海交通大学硕士学位论文GPS信号实时处理系统设计与实现摘要全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS)作为一个具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的卫星系统，其应用价值和市场需求正变得越来越大，成为众多国内外公司和科研机构的研究对象。GPS导航定位新算法的开发与验证工作得到了普遍的重视。本文通过对GPS系统结构和信号处理流程的仿真，研究通过可编程器件FPGA和嵌入式ARM微控制器构建GPS实时处理平台，实现GPS系统软硬件的模块化、可编程化及可移植化。首先，介绍了GPS系统的组成和信号结构，使用Matlab实现GPS信号处理的算

2、法开发并进行可行性验证。继而通过SystemC/TLM完成系统的交易级建模，借助于对软硬件协同仿真结果的分析，合理划分软件系统与硬件系统的模块，奠定系统总体软硬件架构。随后将硬件模块逐步细化至寄存器传输级，最终在FPGA上实现12通道中频数字相关器；而ARM上软件模块通过采取合理的调度方案，实现对GPS信号处理系统的实时控制，完成GPS卫星的捕获、跟踪、解码和定位。文章将重点放在了12通道数字相关器的设计及基带控制环路的控制上，给出了详细的设计方案和功能测试结果。本文还同时给出了系统实时运行结果及相应的性能分析。关键词：GPS，SystemC，仿真，FPGA，ARM，信号

3、捕获、跟踪I摘要上海交通大学硕士学位论文GPSReal-TimeProcessingSystem——Design&ImplementationABSTRACTGlobalPostioningSystem(GPS)isareal-timenavigatingandpositioningsatellitessystemforsea,landandairspaceapplication.Itsapplicationgvalueandmarketdemandsaremuchgreaterandmanycompaniesandresearchinstitutearenowfocus

4、ingonthedevelopmentandverificationofGPSsignalprocessingalgorithm.TheGPSsystemarchitectureandsignalprocessingalgorithmareresearchedinthispaper.AGPSreal-timeprocessingsystembasedonFPGAandARMmicrocontrollerisimplemented,withmodulization,programmableandportableforbothsoftwareandhardwaremodule

5、s.Firstly,theGPSsystemarchitectureandsignalstructurearedescribedandMatlabisadoptedtorealizedthesignalprocessingalgorithmforfeasibilityverification.AsystemarchitecturehasbeenbuiltupwithSystemC/TLMtohelpanalyzethepossiblehardwareandsoftwaremodulespartition.Thehardwaremodulesarethengradually

6、refinedtoregistertransferlevel(RTL).The12-channeldigitalcorrelatorisimplementedinFPGAandanARMmicro-processorisusedtoprocessthebasebandcorrelationdata.Theacquisitionloop,pull-inloopandtrackingloophavealsobeendescribed.Thepaperfocusesonthedesignofthe12-channeldigitalcorrelatorandbasebandpro

7、cessingloop.Somedetailedesignandfunctiontestresultsaredescribed.Finally,thereal-timerunningresultsareillustratedandanalyzed.Keywords:GPS，SystemC，Simulation，FPGA，ARM，Acquisition，TrackingII上海交通大学硕士学位论文上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的