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GPS的建成和成功应用是现代科学技术发展的结晶,引起了各国的普通关注。一些国家相继投资建设自己的导航系统,如俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO和中国的北斗系统,从而引发了导航系统建设的热潮。
本文研究正是在这种背景下展开的,研究课题来源于一个863项目《GNSS多模并行接收机集成芯片关键技术研究》(2007AA12Z334)。项目要求设计一个GPS软件接收机,在设计过程中,需要提供相应的测试环境,这样就要借助卫星模拟信号源来模拟GPS信号。本文研究课题正是要设计一个GPS信号源,用来模拟产生GPS卫星信号,为GPS软件接收机测试提供仿真环境。
首先,简要的分析了GPS卫星的信号结构,基于软件无线电思想,提出了GPS信号源总体设计方案,分基带/中频和射频二个模块。基带/中频模块利用FPGA芯片完成GPS信号的基带调制和中频调制,输出GPS数字中频信号,通过D/A器件转换为模拟信号后送到射频模块。射频模块采用超外差上变频思路,主要是进行射频电路板的设计与实现,采用频率合成器、混频器等器件,对信号进行混频,滤波,功率控制等,完成了信号的射频调制。
其次,针对FPGA设计中存在数据分析相对不足,复杂信号和复杂算法设计难以验证的特点。在GPS信号源设计过程中,提出了通过ModelSim仿真导出所需测试模块数据,在matlab上进行数据分析和对比仿真验证FPGA设计的思路。这样充分利用matlab的灵活性和有效性,能有效弥补FPGA设计中的不足,这种仿真思路在GPS信号源的设计中得到了应用。
最后,在基于FPGA设计的GPS信号源基础上,对扩频系统添加噪声以及计算信噪比的理论依据进行了研究。同时给出了一种添加Gold码伪噪声的方法,并和matlab产生的白噪声进行了对比分析。
系统完成后,进行了相关的试验验证和仿真分析,试验结果表明系统满足设计要求。