航空测量型GPS接收机设计与实现

123456aa · 发表于 2022-4-20 20:29:01

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高精度位置和姿态测量系统（Position and Orientation System, POS）是一种航空遥感运动补偿专用的惯性/卫星组合导航系统，GPS接收机作为其重要组成部分，为惯性导航提供位置速度基准，用于校正系统随时间累积的误差，并且提供卫星星历、伪距与载波相位等信息用作差分数据后处理，获得高精度的位置姿态信息。本论文根据位置姿态系统的需求设计了基于FPGA+DSP结构的软件GPS接收机。首先介绍了GPS的系统组成、信号结构和定位原理，分析了GPS接收机需要完成的主要工作。GPS接收机的硬件部分由射频前端、基带处理器和导航处理器三大部分组成，介绍了射频前端电路的组成和功能，重点对基于FPGA的基带处理电路和基于DSP的导航处理电路进行了总体设计。按照FPGA和DSP的开发方法，设计了GPS接收机的系统软件架构。根据FPGA和DSP的功能划分，设计了以相关器为核心的FPGA软件，介绍了载波NCO、码NCO和积分清除器的模块结构和算法流程；设计了基于DSP/BIOS实时操作系统的DSP软件，根据GPS信号处理的需要进行了中断程序设计和多任务设计，最后通过串口发送导航结果。最后，根据以上的硬件和软件方案制作了接收机样机，并且对样机进行了实验验证，证明所制作的接收机样机在静态条件下能够达到4米（均方误差）的水平定位精度和6米（均方误差）的高程定位精度，速度误差小于0.1m/s。在动态条件下，根据跑车实验结果，定位结果与Novatel接收机相当。根据测量的需要所设计的接收机还可以输出卫星星历、伪距与载波相位、多普勒等信息，用于数据后处理。

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