基于GPU的GPS软件接收机设计

摘要

由于GPS（Global Positioning System，全球定位系统）技术的迅速发展，GPS的应用领域不断扩大，GPS产品也随之更新的越来越快。基于软件无线电技术的GPS软件接收机彻底脱离了传统的硬件方式，凭借其编程方便、设计灵活等优点在GPS接收机领域起到越来越重要的作用。
　　 图形处理器GPU（Graphics Processing Units）具有高度的可编程能力、大量的并行处理单元和高的内存带宽，已经开始用于大规模的并行计算工作。基于GPU的通用计算GPGPU(General-purpose computing on graphics processing units)，它是对将GPU用于图形渲染以外领域的计算工作的一个总称。GPGPU计算往往采用CPU+GPU的模式，由CPU负责不适合数据并行计算的复杂逻辑和事务管理等处理，由GPU负责大规模数据的并行计算。这种处理方式在发掘计算机潜在的性能、提高性价比和降低成本方面体现出显著的优势。
　　 GPS软件接收机是把中频数字信号处理模块的功能在普通计算机上实现。本文采用CPU+GPU模式设计了一种基于GPU的GPS软件接收机。本文将接收机中信号的捕获与跟踪环节中的相关器放入GPU中，利用GPU中大量的并行流处理单元对GPS数字中频采样信号进行捕获与跟踪的相关处理，之后再利用CPU进行环路更新及解算，最终实现软件接收机的全部处理。本文是采用普通计算机加NVIDIA公司的GeForceGT240显卡，实现了对8.184M采样速率的GPS中频数字信号的捕获、跟踪与解算。
　　 全文介绍并分析了GPS软件接收机的发展现状，介绍了GPU的并行计算，设计了基于GPU的GPS软件接收机。测试结果验证了本文设计的基于GPU的GPS软件接收机的正确性、可行性与可靠性。本文的工作为卫星导航接收机的新算法研究与开发提供了新的平台。

目录

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 GPS软件接收机的发展现状

1.3 基于GPU的并行计算

1.4 基于GPU的GPS软件接收机结构

1.5 本文的主要工作

2 基于GPU的GPS信号捕获的实现

2.1 GPS中的L1信号

2.1.1 导航电文

2.1.2 GPS信号中的伪随机码

2.1.3 GPS中L1信号的生成

2.2 串行滑动相关捕获

2.3 基于FFT算法的信号捕获

2.4 GPU中捕获的实现

2.4.1 GPU中滑动相关捕获的实现

2.1.2 GPU中FFT捕获的实现

2.5 本章小结

3 基于GPU的GPS信号跟踪环路的实现

3.1 基本锁相环

3.2 载波跟踪环

3.3 伪码跟踪环

3.4 GPS接收机中的跟踪环路

3.5 基于GPU的跟踪环路的实现

3.6 本章小结

4 GPS系统的定位解算

4.1 导航电文的解调

4.2 卫星位置的解算

4.3 伪距的计算

4.4 用户位置计算

4.5 定位测试结果

4.6 本章小结

5 应用程序设计

5.1 应用程序设计及展示

5.2 本章小结

6 总结

致谢

参考文献