一种基于FPGA的伪码室内定位技术研究

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随着人们活动的室内区域日益扩大化和复杂化,室内定位技术的需求也越来越明显。基于伪随机码的室内定位技术兼具定位精度高和无模糊距离大的优点,并且与手机兼容性好,是非常具有前景的定位技术。因此,本文设计并实现了一种基于FPGA的伪码室内定位系统。测试结果表明,本系统能够达到较高定位精度,并且可靠性高。首先,本文对伪码同步技术进行了研究。伪码同步技术是实现伪码测距或定位的理论基础,包含同步捕获和同步跟踪两部分,其目的是测量接收伪码和本地伪码的相位差。在匹配滤波器的捕获方法基础上,本文通过结构方面的改进和采样率方面的特殊考虑,提高了伪码捕获的准确性和可靠性。利用全数字的方法分析伪码跟踪技术,主要包括载波环和码环两个环路。载波环采用数字锁相环实现,详细分析了其实现原理以及各模块的参数整定方法。针对传统码环存在码相位跟踪不准确的缺点,提出增加相关支路的方法,并对相干积分器和非相干积分器进行了详细的分析与设计,有效地提高了码环的准确性和实时性。在利用伪码同步技术实现测距的基础上,提出了定位系统的架构,且能实现多目标测量;提出利用卡尔曼滤波器对测量数据进行预处理的方法,有效提高了定位的稳定性。然后,对所设计系统进行了仿真分析。采用硬件描述语言Verilog编程实现所设计的算法,利用仿真工具ModelSim对改进的匹配滤波器、载波环以及码环进行仿真,并对载波环和码环进行联合仿真。仿真分析是硬件实现的基础,在此过程中对各模块的性能进行评估,并且根据仿真结果对设计以及相关参数进行改进。最后,在基于FPGA和AD9361的硬件平台进行测试。在详细介绍了硬件平台的基础上,进行了有线同步和无线测距两部分测试。硬件测试的过程主要根据测试结果进一步调整环路参数,以达到更佳的效果。此外,给出了卡尔曼滤波器的数据处理效果,并根据实验测试结果对系统的性能进行了详细的分析。测试取得了预期的效果,证明了所设计系统的可行性和可靠性。
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