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GPS波形开发项目需求分析姓名：徐振宇指导老师：卿朝进第一章引言1.1编写目的本文的主要目的是基于本团队已有的软件无线电平台，开发出能够实现用户的全天候，不间断的导航和定位功能的GPS波形，本文的重点放在需求分析的编写上，为后续的概要设计和系统仿真提供文档基础。1.2预期读者和阅读建议本文的预期读者是：（1）软件无线电团队的开发人员。（2）主要的项目指导老师——卿朝进。（3）项目的审批人员——唐老师和邵老师等团队高层技术人员。本文是关于项目的需求分析，文章中只是写出了开发GPS波形的需求分析，要点是：（1）软件接收机的硬件需求。（2）软件接收机的软件需求。（3）软件接收机的接收信号(输入需求)。（4）软件接收机的输出参数（输出需求）。本文没有涉及后续的技术性内容，只是为后续的概要设计和仿真验证提供一个文档基础。1.3参考资料本文书写的参考资料是：（1）卿博提供的需求分析写作文档（2）GPS定位技术与应用（3）卫星导航定位工程（4）若干关于GPS定位研究的论文第二章项目目标2.1项目目标本项目的目标是在已有的软件无线电平台上开发GPS波形模块。2.2GPS接收机的结构示意图下图描述了软件接收机的结构示意图，目的在于帮助理解该项目的原理。频率变换频率综合基准频率GPS接收天线基准频率电源变换器C/A码发生器信号通道存储器CPU控制信号显示器数据输出前置放大器P码发生器信号的解调与解调D（l）伪码测量载波相位测量图2-1GPS接收接工作原理GPS接收机主要是由三部分组成：(1)接收机的天线部分(2)接收机的主机部分(3)接收机的电源部分第三章需求分析3.1硬件需求分析GPS信号接收机的组成部分在上一章中简单的介绍了一下，对于硬件需求就是围绕他的组成部分来展开的。GPS接收机的天线部分需求：组成部件说明接收（信号）天线作用将GSP卫星信号微弱的电磁波能转化为相应的电流。类型(1)单板天线(2)四螺旋天线(3)微带天线(4)锥形天线前置放大器对GPS信号形成的电流进行放大和变频接收机主机部分需求分析：组成部件部件所起作用变频器和中频放大器为接收机的通道提供稳定的高增益，使得L波段的射频信号变成低频信号，要使用变频器。信号通道信号通道是GPS接收机的核心部分，是软硬结合的电路。其基本作用：1）搜索卫星，牵引并跟踪卫星；2）对广播电文数据进行解扩，解调出导航电文；3）进行伪距测量，载波相位检测和多普勒频移测量存储器存储有关接收数据和解调出来的数据信息微处理器GPS接收机的灵魂，控制接收机的一切工作显示器显示接收机计算出的坐标值，卫星可见性情况和数据质量指标等有关信息接收机电源：电源种类特点内电源通常采用锂电池，主要是为RAM存储器供电，防止数据丢失。外接电源可以接外界交流电源，但需要将电压变化为GPS所能承受的12V。GPS接收机的硬件采集信号电路的主要模块：（1）天线（2）射频电路模块（3）降频模块（4）串并转换模块，（5）数据采集系统3.2软件需求分析软件接收机系统以GPS数据流的处理过程为主线,在前端以数据采集为主，后端设计集中于软件编程，所以，在能够采集真实可靠的GPS数据的前提下，后端的软件设计为接收机提供了很大的灵活性，为各种新算法的验证，评估，测试提供一个便捷的平台。软件细分为捕获，精捕获，跟踪，星历解码，PVT估计。软件需求的基本组成捕获精捕获跟踪星历解码PVT估计3.2输入需求分析我们应当接收到真实和连续的GPS信号作为输入，其主要的信号是导航电文。在软件接收机中通过捕获和同步来获取相应的信息和数据，导航数据就是精捕获过程中跟踪环输出的I通道数据。根据导航电文我们可以推算出伪距，然后结合原始星历数据推算卫星位置以及用户位置。输入信号主要是由三部分组成如下表：信号组成部分作用及特点载波载波类别频率（f为基准频率）波长L1154*ff=10.23MHZ19.03cmL2120*f24.42cm1）由于低频的测距码和导航电文几乎无法传输到地面，载波将他们搬移到高频段进行远距离传输2）发射两个载波信号目的在于测量或消除由于电离层效应而引起的信号延迟误差，提高定位精度。C/A码码率周期码长波长作用1.023Mbit/s1ms1023bit293m捕获信号，粗测距P码10.23Mbit/s267天2.35*10^4bit29.3m精确定位，保密码导航电文基本的单位是帧；是用户用来进行导航和测量定位的数据基础。导航电文的格式：导航电文是二进制码，导航电文的主帧(page)长1500bit，传输速率每秒50bit，30秒可以传送完一个主帧。每个主帧包括5个子帧(subframe)，每个子帧各有10个字码(word)，每个字码为30bit。卫星电文的基本构成如下图所示：图：导航电文的帧格式导航电文的内容：在每帧导航电文中，各子帧电文的主要内容如下图所示：TLMHOW数据块1~3下面用表格的形式描述：数据名称含有的参数及作用遥测码（TLM）位于各子帧开头的第一个字，用来表明卫星注入数据的状态。转换吗（HOW）位于各子帧的第二个字，提供帮助用户从捕获的C/A码转换到P码的Z计数。第一数据块位于第一子帧的第3~10个字。主要提供一些参数信息：1）电离层时延改正参数Tgd2）数据龄期AODC3）星期序号WN4）卫星时钟改正参数第二数据块由导航电文的第二和第三子帧组成，内容为GPS卫星的广播星历参数：1）星历参数的数据龄期AODE2）开普勒轨道参数3）轨道摄动参数第三数据块由导航电文的第四和第五子帧组成，其内容为所有GPS卫星历书数据，是广播星历的概略形式，它为用户提供所有卫星的：1）低精度空间位置2）钟改正参数3）卫星工作状态4）卫星识别标志3.2输出需求分析仿真机输出需求分析的参数如下表：仿真机输出数据在ti时刻的卫星位置Z（ti）=（xi，yi，zi）。含电离层偏差的空间伪距P（ti）（精度0.1m）。含电离层和对流层偏差的空间伪距P1（ti）（精度0.1m）含电离层和对流层修正后的空间伪距P2（ti）（精度0.1m）用户的位置Zu（ti）=（Xui，Yui，Zui）（精度0.1m）。用户速度（精度0.1m）。还有各已知数值的偏差量对各种干扰信号的适应能力