基于TMS320C6747的弹载GPS接收机研究
【摘要】： 火**在现代和未来战争中占有不可替代的地位,但一直存在精度不高的问题。近年来,随着全球导航卫星系统(GNSS,Global Navigation Satellite System)的快速发展,可以实现全天候和高精度持续全球导航与定位,为火**精确化提供了一条新的技术途径。全球定位系统(GPS,Global Positioning System)是迄今为止最为成熟的GNSS系统,我国北斗二代全球卫星导航系统(BD-02)正在组网建设。研究弹载GPS接收机可以为弹载BD-02接收机积累技术经验,加快BD-02在常规兵器中的应用,具有十分重要的意义。 然而,火**精确化技术存在较大难度,主要体现在高过载、小尺度、低成本、身管屏蔽、弹丸飞行时间短等特点,从而要求弹载GPS接收机必须具有抗高过载、小体积和快速捕获信号能力三大特性。 因此本文基于弹载GPS接收机的三大特性,探索研究了弹载GPS接收机,在试验中取得了较好的实际效果,其主要内容: (1)针对抗高过载性,从元件选择开始贯穿整个研制过程。在印制电路板(PCB,Printed Circuit Board)设计中采取一系列方法提高抗高过载能力,这是采用国外OEM板作为弹载GPS接收机无法实现的。最后采用环氧树脂灌封进一步提高这一性能。经过落锤试验表明接收机受到3万g的冲击过载后仍继续可靠、稳定地工作。 (2)针对小体积加剧信号反射和串扰等信号完整性问题,利用射频电路和高速数字电路设计方法有效保持了信号完整性。 (3)导航数据处理器采用低功耗、高性能及小封装新型数字信号处理器TMS320C6747。它的小体积有利于接收机整体尺寸的减少;重量轻则有利于提高抗高过载性。采用CCS集成开发环境编写了C6747的底层驱动。 (4)针对信号快速捕获,本文提出了弹道解算辅助GPS信号快速捕获算法。利用该算法可快速估计高速弹丸和可视GPS卫星之间的多普勒频移,并进行多普勒频移补偿。经GPS卫星信号模拟器测试表明该算法能有效减少弹载GPS接收机的信号捕获时间,从而满足了弹载GPS接收机对信号快捕的需求。
【关键词】：GPS接收机 抗高过载性 多普勒频移 TMS320C6747
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：P228.4
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2009.196905
【目录】：
摘要3-4
Abstract4-8
1 绪论8-14
1.1 全球卫星导航系统发展状况8-9
1.2 课题研究背景和意义9-12
1.3 本文的主要内容及安排12-14
2 GPS系统及接收机14-26
2.1 GPS系统14-20
2.1.1 GPS系统的组成14
2.1.2 GPS卫星轨道知识14-15
2.1.3 GPS卫星信号的多普勒频移15-17
2.1.4 GPS导航电文17-19
2.1.5 GPS定位基本原理19-20
2.2 GPS接收机20-24
2.2.1 GPS接收机的基本构成20-21
2.2.2 GPS射频前端电路参数21-24
2.3 本章小结24-26
3 弹载GPS接收机的硬件系统设计26-54
3.1 设计思路与原则26-28
3.1.1 设计原则26-27
3.1.2 总体电路结构27-28
3.2 射频与相关器电路28-32
3.2.1 预选频滤波器28-29
3.2.2 LNA设计29-30
3.2.3 GP2015外围电路设计30-31
3.2.4 GP2021外围电路设计31-32
3.3 基于TMS320C6747导航数据处理系统32-43
3.3.1 C6747简介33
3.3.2 C6747与GP2021接口电路设计33-34
3.3.3 C6747与Flash接口电路设计34-37
3.3.4 RS-232电平转换电路设计37-38
3.3.5 C6747基本配置38-41
3.3.6 C6747外围接口的读写时序配置41-42
3.3.7 C6747串口设置42-43
3.4 电源电路设计43-45
3.4.1 线性稳压电路43-45
3.4.2 电源滤波45
3.5 弹载GPS接收机PCB设计45-52
3.5.1 PCB中抗高过载设计46
3.5.2 射频微带线设计方法46-48
3.5.3 传输线间串扰模型48-49
3.5.4 板层设计49-50
3.5.5 元件布局50-51
3.5.6 传输线和过孔设计51-52
3.6 灌封技术及材料选择52-53
3.7 本章小结53-54
4 弹道解算辅助信号快速捕获算法54-74
4.1 GPS卫星空间位置和速度55-64
4.1.1 卫星导航常用坐标系55-58
4.1.2 卫星导航常用坐标系转换58-60
4.1.3 卫星在WGS-84坐标系下空间位置解算60-62
4.1.4 卫星在WGS-84坐标系下速度解算62-64
4.2 弹丸WGS-84坐标系下空间位置和速度64-70
4.2.1 弹道理论的常用坐标系及转换64-65
4.2.2 弹丸的运动学方程组65-66
4.2.3 弹丸运动方程组简化66-68
4.2.4 弹道计算方法68-69
4.2.5 在WGS-84坐标系下的弹丸空间位置及速度69-70
4.3 弹道解算辅助快速捕获算法70-72
4.3.1 高速弹丸和可视卫星多普勒频移快速估计70-71
4.3.2 多普勒频移补偿71-72
4.4 本章小结72-74
5 弹载GPS接收机测试74-84
5.1 电路测试74-78
5.1.1 时钟源测试74-76
5.1.2 射频电路测试76-77
5.1.3 RS-232接口测试77-78
5.2 弹载GPS接收机静态定位78-79
5.3 抗高过载测试79-81
5.4 接收机卫星信号捕获测试81-83
5.5 本章小结83-84
6 总结与展望84-86
6.1 总结84-85
6.2 展望85-86
致谢86-87
参考文献87-89 |
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