Тема выпускной квалификационной работы: «Моделирование и реализация в FPGA алгоритмов формирования сигналов ГНСС для системы локальной навигации». Данная работа посвящена изучению существующих систем локальной навигации и позиционирования на основе псевдоспутников, использующих сигналы ГНСС или схожие с ними, а также реализации алгоритмов формирования сигналов GPS в FPGA. В первом разделе даётся описание существующих систем локальной навигации и навигационных систем на основе псевдоспутников. Также в этом разделе представлены основы формирования сигналов GPS и генерации гармонических колебаний в цифровых устройствах. Второй раздел посвящён моделированию формирователя и приёмника сигнала GPS в MATLAB. В третьем разделе представлена реализация алгоритмов формирования сигналов GPS в FPGA. Целью работы ставится реализация алгоритмов формирования сигналов GPS в FPGA для использования их в качестве псевдоспутников локальной навигационной системы. В ходе работы было проведено имитационное моделирование передатчика и приёмника GPS сигналов. На основе моделирования было проведено исследование зависимости СКО координат, определяемых приёмником в зависимости от разрядности ЦАП. Также было написано программное обеспечение для FPGA, реализующее алгоритмы формирования сигналов GPS. Была проведена симуляция в среде Vivado. Полученные результаты могут быть использованы как основа для разработки системы локального позиционирования на основе псевдоспутников.

The subject of the graduate qualification work is “Modeling and implementation of the GNSS signal generation algorithms in FPGA for the local navigation system”. This work is devoted to the study of existing local navigation and positioning systems based on pseudolites using GNSS signals or similar to them, as well as the implementation of algorithms for generating GPS signals in FPGA. The first section describes the existing local navigation systems and navigation systems based on pseudolites. Also, in this section, the basics of generating GPS signals and generating of harmonic oscillations in digital devices are presented. The second section is dedicated to modeling the GPS transmitter and receiver in MATLAB. The third section presents the implementation of GPS signal generation algorithms in FPGA. The aim of the work is to implement GPS signal generation algorithms in FPGA for usage as a pseudolite of a local navigation system. In the course of the work the simulation of the transmitter and receiver of the GPS signal was carried out. Based on the simulation, a study was conducted of the dependence of the standard deviation of coordinates determined by the receiver, depending on the DAC resolution. Also, software for FPGA that implements GPS signal generation algorithms was written. A simulation based on this software was conducted in the Vivado environment. The results could be used as the basics for developing of local navigation system based on GNSS signals or similar.

• СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1. СИСТЕМЫ ЛОКАЛЬНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ
  • 1.1. Локальное позиционирование посредством Wi-Fi
  • 1.2. Геомагнитное позиционирование
  • 1.3. Инерциальные навигационные системы
  • 1.4. Система позиционирования на основе Bluetooth
  • 1.5. Применения систем локального позиционирования на основе псевдоспутников
  • 1.6. Локальная система посадки воздушных судов на основе псевдоспутников
  • 1.7. Особенности формирования GPS сигналов
  • 1.8. Формирование синусоидального колебания в цифровых устройствах
  • 1.9. Постановка задач работы
  • 1.10. Выводы по разделу 1.
• 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ФОРМИРОВАНИЯ И ПРИЁМА СИГНАЛОВ GPS В MATLAB
  • 2.1. Моделирование алгоритмов формирования сигналов GPS
    • 2.1.1. Описание модели
    • 2.1.2. Вычисление начальной фазы несущей
    • 2.1.3. Формирование отсчётов
    • 2.1.4. Вычисление фазы C/A-кода
    • 2.1.5. Остальные этапы
  • 2.2. Моделирование приёмника сигналов GPS
  • 2.3. Результаты по разделу 2
  • 2.4. Выводы по разделу 2
• 3. РЕАЛИЗАЦИЯ В FPGA АЛГОРИТМОВ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ GPS
• 3.1. Общая архитектура программно-аппаратного модуля с использованием FPGA на основе стандарта GPS
  • 3.2. Блок прямого цифрового синтеза
  • 3.3. Формирование C/A-кодов
  • 3.4. Фазовая манипуляция синусоидального колебания
  • 3.5. Результаты по разделу 3
  • 3.6. Выводы по разделу 3
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК