GNSS导航信号采集回放系统设计与实现

作     者：张婉明 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李琦

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 081105[工学-导航、制导与控制] 0804[工学-仪器科学与技术] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：全球卫星导航系统 现场可编程门阵列 进阶精简指令集机器 采集回放 嵌入式Linux 文件系统 

摘      要：近些年随着全球卫星导航系统及其配套产品的迅猛发展,其在民用及军用方面的价值越来越得到人们的关注。全球卫星导航系统不仅方便了人们的生活、创造了巨大的市场经济价值,而且在军队舰艇导航、武器精确制导等方面发挥了不可替代的作用。这也是世界主要强国争先投入巨资研发自主的全球卫星导航系统的原因。第23颗北斗导航卫星的发射,标志着我国自主研发的卫星导航系统正向着全球覆盖的目标稳步前进。随着我国导航产品市场的活跃以及应用领域的不断扩展,对特殊应用环境下导航接收机的设计研发提出了更高的要求,如果能够将特定测试场景(如室外复杂静态环境,高速铁路、舰艇、飞机等高动态场景)下采集的特定导航卫星信号带回室内势必会降低科研成本。因此设计一款GNSS导航信号采集回放系统,为教学、科研及高精度导航卫星算法的研究提供了支撑,具有非常重要的现实意义。本文设计了一款GNSS导航信号采集回放系统,可将目前GNSS导航卫星播发的导航信号经过下变频模块处理后转变为中频信号。中频信号经FPGA处理后保存到SATA硬盘上,当需要使用采集到的卫星信号时,可以将SATA硬盘内保存的中频信号经上变频发射出去,从而完成GNSS导航卫星信号的采集和回放过程。文中首先根据系统的设计指标、功能需求以及具体的应用场景,确定了系统架构及实现方案。之后对采集回放系统的软硬件进行了设计与实现。硬件部分主要完成了架构设计,器件及核心板选型,射频模块、基带模块电路的设计、实现及测试,并给出硬件部分各主要功能模块的设计方案及具体实现;软件部分则重点介绍了Linux系统内核驱动设计、自定义文件系统的实现、SATA2.0控制器、CY68013A固件设计、芯片配置程序以及基于嵌入式Linux和QT4的系统应用软件的设计。最后,对系统进行了详尽的测试,通过实验验证了系统的各项功能,测试结果表明,该系统各项功能正常,ARM监控端实时性良好,满足了系统的设计指标。本文设计的GNSS导航信号采集回放系统在硬件上创新性的将采集与回放相结合,填补了国内市场的空缺,软件上提出了自定义的文件系统结构,并实现了图形化的操作界面。该系统具有“价格低廉、便携性好、界面直观、可操作性强的特点。