基于软件无线电GPS接收机的技术分析与定位信号的应用研究 - 图文

中国科学技术大学毕业论文

致 谢

本文从拟定题目到定稿，历时三个月。在本论文完成之际，首先要向我的导师王建宇老师致以诚挚的谢意。王老师学识渊博、治学严谨、待人平易近人，给了我许许多多的帮助和关怀。

其次，我要感谢在上海技术物理所的师兄张雷、邓江平、易炯，他们细心指导我的学习与研究，并协助完成了论文所涉及的相关研究实验。在毕业设计之外，也在其它各方面给与我无私的帮助和教诲，让我受益匪浅。

还要感谢我的母校中国科技技术大学对我这四年以来的培养，以及在大学中与我朝夕相处的同学朋友。我们的友谊，我将永生难忘。

最后我要感谢我的爸爸妈妈，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。

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目 录

目 录.............................................................................................................................. 2

摘 要.............................................................................................................................. 4 ABSTRACT ................................................................................................................... 5

第一章 绪论.................................................................................................................. 6 第一节 GPS的概念及发展概况 .............................................................................. 6 第二节 软件无线电技术的发展概况 ...................................................................... 7 第三节 本文的主要研究内容及意义 ...................................................................... 9 一、 课题背景....................................................................................................... 9 二、 主要研究内容............................................................................................. 10 一、 课题意义..................................................................................................... 10

第二章 基于软件无线电技术的GPS接收机研究 .................................................. 11 第一节 基于软件无线电技术的系统设计构架 .................................................... 11 第二节 软件无线电设计的关键技术分析 ............................................................ 12 一、 射频转换（RF到IF） .............................................................................. 12 二、 中频AD/DA ............................................................................................... 12 三、 数字信号处理模块..................................................................................... 12 四、 算法软件实现............................................................................................. 13 第三节 GPS软件接收机的设计原理 .................................................................... 13 第四节 软件接收机中频数据处理的核心算法 .................................................... 15 一、 C/A码信号捕获 ......................................................................................... 15 二、 C/A码信号跟踪 ......................................................................................... 16 第五节 本章小结 .................................................................................................... 17

第三章 基于NMEA-0183码的分析与研究 ............................................................ 18 第一节 GPS定位数据NMEA-0183码的介绍 ..................................................... 18 第二节 基于WINDOWS API的串口通信研究 .................................................... 21 第三节 定位精度因子的分析 ................................................................................ 22 第四节 多通道信号的接收质量分析 .................................................................... 24 第五节 天空卫星视图的分析 ................................................................................ 25 第六节 相对位置移动轨迹的跟踪研究 ................................................................ 27 第七节 本章小结 .................................................................................................... 28

第四章 实验与结果分析............................................................................................ 30

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第一节 基于NMEA-0183码应用软件的程序实现 ............................................. 30 第二节 实验结果分析 ............................................................................................ 38 第三节 本章小结 .................................................................................................... 47

第五章 结论与展望.................................................................................................... 48

参 考 文 献................................................................................................................ 49

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摘 要

全球定位系统（GPS）在定位导航和地球空间测绘上都有着极其广泛的应用，用户通过GPS终端设备获取GPS定位数据，实现导航定位的应用。

软件无线电（SDR）作为无线通信领域的一项突破性关键技术，被称为二十一世纪“无线电世界的个人计算机”。它是无线通信领域继模拟到数字、固定到移动的第三次技术革命。使用软件无线电思想构建的GPS软件接收机，在开放性和可重配置性上有着传统接收机所无法比拟的优势，对接收算法研究和后续优化有着重大研究意义。

本文的研究工作涉及GPS软件接收的关键技术研究、捕获跟踪算法与研究分析，以及基于NMEA-0183数据帧的实时采集软件设计与研究。通过实时采集的数据帧，来分析和评估定位精度因子、信号质量、卫星几何特征以及定位应用中的相对位置移动轨迹等，实现GPS接收应用的定量研究。研究过程中，形成了高精度相对定位轨迹的创新实现方法。实验证明：本文的研究结果可以拓展到多模式多系统的增强定位系统研究和区域位置服务的应用研究。

关键词：软件无线电（SDR）；GPS；NMEA-0183；基于位置服务（LBS）

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Abstract

Global Positioning System (GPS) is widely applied in navigation and earth mapping. The customers use GPS devices to achieve navigation and positioning by getting the GPS data.

As a key technology breakthrough in the field of wireless communication, Software Defined Radio (SDR) is known as “the PC in wireless world” in the 21st century. Following the revolution from analog to digital, fixed to mobile, SDR is the third technological revolution in this field. The software GPS receiver, based on the theory of SDR, has incomparable advantages over the traditional GPS receiver in openness and re-configuration. It also has great significance in the follow-up researching and optimizing.

In this paper, some key technologies of software GPS receiver ware researched and the real-time NMEA-0183 data acquisition software was realized. The GPS positioning information such as geometric dilution of precision (GDOP), Signal to Noise Ratio (SNR) of GPS signals, geometric characteristic of GPS satellites and trajectory of relative position was quantitatively analyzed. A new method to form a high-precision shift trajectory was presented. All these works described above can be used in the further research on the enhanced positioning in multi-mode system and location based services (LBS).

Key words: Software Defined Radio (SDR); GPS; NMEA-0183;

Location Based Services (LBS)

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