基于fpga实时gps接收机设计和实现

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1、ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFREAL-TIMEGPSRECEIVERBASEDONFPGAAuthor:FuNaijiaSpecialty:MicroelectronicsandSolidStateElectronicsAdvisor:Prof.ChenJiapinResearchInstituteofMicro/NanoScienceandTechnologyShanghaiJiaoTongUni

2、versityShanghai,P.R.ChinaJanuary12,2010基于FPGA的实时GPS接收机的设计与实现摘要GPS全球定位系统作为一个具有在海、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。本课题研究的主要内容是设计并实现GPS接收机射频前端的硬件平台、基于FPGA开发板及MicroBlaze软处理器的实时GPS接收机。该接收机能实现对GPS信号的混频及积分转储，对数字信号的基带处理，能正确解码导航电文，完成卫

3、星及用户位置的定位，并能在上位机上将处理结果实时显示。天线接收GPS卫星信号后，在基于GP2015的射频前端硬件平台上进行混频采样处理，得到实时的GPS数字中频信号。通过Xilinx公司的FPGA开发板及MicroBlaze软处理器进行软硬件设计。其中，通过Verilog编程，实现GPS十二通道相关器的硬件设计。通过基于MicroBlaze软核的C编程，实现GPS信号实时控制、基带处理的软件设计。这样，整个FPGA平台就能实现对信号的粗捕获、码相位和频率的锁定跟踪，最终实现导航电文解码及用户位置定位。通过改写bootloader和连接器脚本，实第I页现系统的

4、BPI模式Flash启动。基于MFC，完成上位机控制软件，实现串口/以太网通信和动态显示功能。关键词：GPS，FPGA，MicroBlaze，信号捕获，跟踪第II页DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFREAL-TIMEGPSRECEIVERBASEDONFPGAABSTRACTGlobalPositioningSystem(GPS)isareal-timenavigatingandpositioningsatellitessystemforsea,landandairspaceapplication.Itsapplicationvalueand

5、marketdemandsarebecomingmuchgreaterandmanycompaniesandresearchinstitutearenowfocusingonthedevelopmentandverificationofGPSsignalprocessingalgorithm.ThemainworkofthisstudyistodesignandimplementRFfront-endhardwareplatform,andthereal-timeGPSreceiverbasedonFPGAdevelopmentboardandMicroBl

6、azesoftprocessor.Thisreceivercouldrealizemixing,integrationanddumpingofGPSsignal,base-bandprocessingofdigitalsignal,correctlydecodingnavigationmessage,positioningofsatellitesanduser,anddisplayingtheresultinrealtime.Afterreceivedbyantenna,GPSsignalismixedandsampledbyRFfront-endbased

7、onGP2015,thenthereal-timeGPSdigitalIFsignalisobtained.DesignthesoftwareandhardwarethroughXilinxFPGAdevelopmentboardandMicroBlazesoftprocessor.Thehardware第III页designofGPS12-channelcorrelatorisrealizedbyVerilogprogramming;ThesoftwareofGPSsignalreal-timecontrolandbase-bandprocessingis

8、realizedbyCprogrammingbase