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1、 （申请工学硕士学位论文） 单频单频 GPS 软件接收机软件接收机 通用硬件平台的设计与验证通用硬件平台的设计与验证 培养单位培养单位 ：信息工程学院：信息工程学院 学科专业学科专业 ：通信与信息系统：通信与信息系统 研 究 生研 究 生 ：王：王 轲轲 指导教师指导教师 ：陈：陈 伟伟 教授教授 2010 年 3 月 单频GPS软件接收机通用硬件平台的设计与验证 王轲 武汉理工大学 分类号分类号 学校代码学校代码 10497 UDC 学学 号号 104972072428 学 位 论 文 题 目 单频 GPS 软件接收机通用硬件平台的设计与验证 英 文 General Hardware Pla
2、tform Design and Validation for Single 题 目 Frequency Software Defined GPS Receiver 研究生姓名 王 轲 姓名 陈 伟 职称 教 授 学位 博 士 单位名称 信息工程学院 邮编 430070 姓名 职称 学位 单位名称 邮编 申请学位级别 硕 士 学科专业名称 通信与信息系统 论文提交日期 2010 年 3 月 论文答辩日期 学位授予单位 武汉理工大学 学位授予日期 答辩委员会主席 评阅人 2010 年 3 月 指导教师 副指导教师 独独 创创 性性 声声 明明 本人声明， 所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究
3、工作及取得的研究成果。 尽我所知， 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签 名： 日 期： 学位论文使用授权书学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、 使用学位论文的规定， 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文
4、。 同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文， 并向社会公众提供信息服务。 研究生（签名） ： 导师（签名） ： 日期： 武汉理工大学硕士学位论文 i 摘摘 要要 目前随着软件无线电技术发展，软件 GPS 接收机逐渐成为满足灵活多变应用需求的热点方案，并引领着我国北斗、欧洲伽利略等系统接收机的研究与发展，向着多系统组合导航迈进。各卫星导航定位系统间的差异性和组合导航的兼容性要求在统一硬件平台上实现各个系统信号的同时采集，统一规算，集中处理，而目前满足单一导航系统的通用硬件平台尚未出现，本课题拟整合当前各种数据采集传输实现技术完成单频 GPS 软件接收机通用硬件平
5、台的设计，并进行必要的验证工作，为组合导航和兼容机的研制做出探索性的尝试。 文中首先就 GPS 系统构成及其定位原理、软件无线电与 GPS 接收机技术和信号采集处理传输技术进行了综述和总结，在软件 GPS 接收机典型结构的基础上分析了单频 GPS 软件接收机功能需求，明确了单频 GPS 软件接收机通用硬件平台 GPS 信号采集、基带算法支持和数据及功能开放性要求三大需求，提出了基于 NJ1006AK 和 TMS320C6416 的通用硬件平台实现方案， 并就实现方案中用到的主要芯片、硬件电路设计、固件及其上位机 PCI 驱动开发进行了详细介绍，最后通过单频 GPS 软件接收机通用硬件平台上采集
6、 GPS 数据频谱分析和快速FFT 捕获算法的执行验证了整个硬件平台设计的可行性和合理性。 基于 NJ1006AK 和 TMS320C6416 的通用硬件平台实现方案采用 NJ1006AK完成 GPS 信号接收，采用 Mcbsp 接收射频前端 NJ1006AK 数字化输出，通过Mcbsp 事件驱动 EDMA 在外部扩展 SDRAM 中进行乒乓缓存， 通过 EMDA 毫秒中断与基带算法同步数据，同时在 EDMA 毫秒中断中触发 PC 机 PCI 中断，实现 TMS320C6416 和 PC 机 PCI 主设备驱动程序的交互和通信。 此外还通过存储接口扩展出 ST16C550 作为低速通信串口配合
7、 PCI 完成数据和功能的开放。 该方案充分发挥了 DSP 内部集成 Mcbsp、EDMA、EMIF、PCI 等硬件资源，达到了 CPU 运算处理和高速实时连续信号采集的并发的目的，具有使用芯片数量少，外围接口电路简单化、标准化的特点，非常适合作为一个通用硬件平台，是未来组合导航研究和兼容机研制的基础。 关键词：单频 GPS 软件接收机，TMS320C6416，EDMA，PCI 武汉理工大学硕士学位论文 ii Abstract With the current development of software radio technology, software GPS receiver has
8、 been a hot proposed solution meeting flexible and various application requirements, and now is leading various receiver research and development of BeiDou and Galileo systems to multisystem navigation. Multisystem singal simultaneous acquisition, united calculating and processing are required to im
9、plement on a general hardware platform for difference bettwwen these satellite systems and compatibility in integrated navigation, But platform for these applications has not been come forth. This research is to develop such a hardware platform with current various data acquisition techniques, and t
10、hen validate it as a try for future integrated navigation and compatible receiver development. The paper begins with reviewes and summaries about GPS system structure and principle, software radio and GPS receiver technology, signal acquisition, prcessing and transmission techniques. Based on the ty
11、pical structure of software GPS receiver, function requirement for single frequency software GPS receiver is analyzed into three terms clearly, which involves GPS singal acquisition, base band algorithm supporting and data and function opening demand, and then the hardware platform solution is propo
12、sed with NJ1006AK and TMS320C6416. After that, the mainly used integrated circuits, circuit design, firmware and PCI driver are all introduced detailly. In the last part, the feasibility and rationality of entire hardware platform are proved by spectrum analysis of actual acquired GPS data and Fast
13、Fourier Transforms delivery. Based on NJ1006AK and TMS320C6416, this general hardware platform captures GPS signal via NJ1006AK, then receive it by Mcbsp (Multi-Channel Bufferd Serial Port) interface, driving EDMA (Enhanced Direct Memory Access) by Mcbsp receiver event to work in Ping-Pang buffer mo
14、de in external extended SDRAM. The data synchronization of base band processing is obtained by EDMA millisecond interrupt, in which PCI interrupt from DSP to host PC is triggered for communication between TMS320C6416 and PCI driver. Furthermore, ST16C550 is 武汉理工大学硕士学位论文 iii extended as on momery int
15、erface to help data and function opening as a low data rate serial port. The proposed solution takes full advantage of DSP internal Mcbsp, EDMA, PCI and other hardware resources, and achieves concurrent CPU caculating with high speed real-time continuous signal acquisition. This solution implemented with just a few integrated circuits, and simple standard external interfaces is v
