一種GPS定位替代系統的FPGA實現
摘 要:本文在分析目前使用的GPS定位系統的基礎上,探討了一種替代系統,系統通過接收不同城市廣播電臺的發出的報時信號,算出這些地方距離定位設備所在地的距離,進而確定本地的確切地理位置,設計了系統的FPGA實現。
本文引用地址:http://www.104case.com/article/197695.htm1 引言
全球衛星導航定位系統GPS(Global Positioning System)作為一門新興的信息通訊技術,已被廣泛應用在飛機船艦的導航、高精度測量、農業監控、車輛定位等領域。現有的衛星定位系統主要是美國的GPS和俄羅斯的GLONASS等系統;歐洲擬建的伽利略系統將是世界上第一個完全向民用開放的全球性衛星定位系統;中國的北斗衛星導航定位系統由2000年、2003年發射的3顆北斗衛星組成,作為一個區域性的定位系統,僅能滿足當前陸、海、空運輸導航定位的需求,在覆蓋范圍及用戶數量等方面受到一定的限制。目前,我國衛星導航定位設備的設計基本是以美國進口的GPS接收機為基礎,公安部門使用的車載衛星定位系統,由于僅局限于在車上使用而缺乏一定的靈活性;因此,研制新型的便攜式集群手持衛星定位設備取代現有的車載定位設備成為定位系統發展的必然。;
2 GPS系統的特點
最早的衛星定位系統是美國的子午儀系統,1964年正式投入使用。由于該系統衛星數目較小(5-6顆),運行高度較低(平均1000KM)。為滿足軍事部門和民用部門對連續實時和三維導航的要求。1973年美國國防部制定了GPS計劃。GPS實施計劃共分三個階段:第一階段從1973年到1979年,發射了4顆試驗衛星。研制了地面接收機及建立地面跟蹤網;第二階段從1979年到1984年,又陸續發射了7顆試驗衛星,研制了各種用途接收機;第三階段為實用組網階段,從1989年2月4日到1993年底 GPS網即(21+3)GPS星座建成。整個GPS系統由三部分組成:
(1)GPS衛星星座
由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成GPS衛星星座,記作(21+3)GPS星座。24顆衛星均勻分布在6個軌道平面內,軌道傾角為55度,各個軌道平面之間相距60度,即軌道的升交點赤經各相差60度。每個軌道平面內各顆衛星之間的升交角距相差90度,一軌道平面上的衛星比西邊相鄰軌道平面上的相應衛星超前30度。對于地面觀測者來說,位于地平線以上的衛星顆數隨著時間和地點的不同而不同,最少可見4顆,最多可見11顆。在用GPS信號導航定位時,為了計算觀測站的三維坐標,必須觀測4顆GPS衛星,稱為定位星座。
(2)地面監控系統
GPS衛星是一動態已知點,星的位置是依據衛星運動及其軌道的參數計算。每顆GPS衛星所播發的星歷,是由地面監控系統提供的。地面監控系統一個重要作用是保持各顆衛星處于同一時間標準。這就需要地面站監測各顆衛星的時間求出鐘差,然后由地面站發給衛星,衛星再經由導航電文發給用戶設備。
(3)GPS信號接收機
GPS信號接收機的任務是能夠捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號,并跟蹤這些衛星的運行,對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理,以便測量出GPS信號從衛星到接收機天線的傳播時間,解譯出GPS衛星所發送的導航電文,實時地計算出測站的三維位置、速度和時間。
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