立方体卫星小型化高动态GPS接收机方案设计+电路图(2)
附录C GPS接收机MAX2769E原理图 33
附录D元器件清单 34
1 绪论
1.1 课题研究背景
1973年12月，一种全新的卫星导航系统NAVSTAR global positioning system(GPS)产生了。GPS导航系统已经开始被应用于国防军事方面，由此形成了非常大的军事效益。因为它具备全球性、全天候、连续实时的导航功能。并且能够通过数据显示告知用户所处的位置。而且它的抗干扰以及保密性能是优秀的。GPS系统如今在地质勘探，运输，航空以及国防等领域拥有无与伦比的作用。
自从1980年中期，小卫星的发展就非常迅猛。它是以高新技术作为基本依据的。它正朝着卫星小型化的趋势前进。在最近的几年内,因为轻型物质、微电子、微机械等技术的需求，正在促使卫星技术发生深刻的变革，不仅出现了一批实用的现代小卫星，而且由于现代小卫星技术的推动,促进了卫星小型化。由于小卫星需要的人力和物力较少，而需求的技术含量较高，大学、小型研究所和中、小公司能够在小卫星的发展起中重要的作用。在高动态环境下，因为 GPS 信号所生成的多普勒频移以及伪码频移，使GPS 信号变得非常微弱，难以快速的接收GPS信号。而且，高动态环境会要求接收机的功耗降低、尺寸减小、性能加强。上述的因素，导致了高动态GPS 技术的缓慢发展。
本课题是关于立方体卫星小型化高动态GPS接收机的设计。国外的相关技术或产品对我国是封锁的，这使得研究我国具有自主知识产权的 GPS 接收机有很大的必要性。而且，高动态的环境使得信号捕获，跟踪以及测量出现了一些特殊的难题。
1.2 国内外发展动态
1.3课题研究的内容
本论文主要研究满足空间应用的高动态小型化星载GPS接收机，对GPS接收机的工作原理进行较深刻的认识。掌握GPS信号的快速捕获、高精度伪码跟踪与导航电文解调、定位解算等关键技术原理。以及对GPS接收机的信号解算方法进行分析调查。在详细介绍高动态GPS接收机原理的基础上，在Altium Designer中给出了GPS接收机的原理图设计。
第一章简单描述了课题研究的背景；讨论了GPS在我国以及外国的发展情况；对本文的主要工作进行概括,对论文的布局安排进行介绍。
第二章主要讨论了 GPS 系统的原理。这包括了GPS系统的基本机构，GPS 信号的构成等特点。最后介绍了 GPS 系统定位原理。
第三章首先介绍了高动态对GPS卫星信号的影响，以及码捕获的原理。随后分析了GPS信号的几种捕获方法：时域滑动相关捕获法，FFT捕获法。
第四章主要介绍了GPS信号的追踪，分为载波追踪以及伪码的追踪。主要有锁相环(PLL)；科斯塔斯锁相环(Costas PLL)；锁频环(FLL)以及延迟锁定跟踪环（DLL)。
第五章描述了高动态GPS接收机的硬件方案。射频前端模块，信号处理模块和应用处理模块。以及在Altium Designer中对GPS信号接收机工作原理图的设计。
第吹冰章演示了GPS信号接收机的工作流程，以及捕获结果。
2 GPS系统原理
2.1 GPS系统组成
GPS卫星导航定位系统可以满足全天候实时﹑高精度﹑自动化等导航定位的性能要求。GPS系统一般是由三个方面构成的。GPS卫星星座，地面控制，用户设备。这三个部分组成了完整的GPS全球卫星定位系统[1]。
2.1.1 GPS卫星星座部分
GPS 卫星星座是由24 颗卫星构成的，有 3 颗是作为备份卫星而运行在轨道上的。每一条轨道上平均分布了4颗卫星,为了使得它们能够笼盖全球，每两个相邻的轨道卫星需要有一个30度的叉角。这些卫星均匀分布在6 个等间隔的轨道平面内20200千米的高空中。它们所处的轨道的倾角为55度。每个轨道平面的角度为 60 度。它们的形状像一个圆形，偏心率最大是 0.01，运行周期 11 小时 58 分。当时间以及地点变化时，地平线之上的卫星数量至少也为 4 ，这样才能够保证信号的接收，最多有 11 个。