실시간 소프트웨어 GPS 수신기 설계 및 성능 분석에 관한 연구
A Study on Real-Time S/W GPS Receiver Design and Performance Analysis
- 발행기관 亞洲大學校 大學院
- 지도교수 李資城
- 발행년도 2005
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 대학원 공학계열
- 본문언어 한국어
초록/요약
기존의 하드웨어 GPS 수신기는 RF-front-end와 ASIC 기반의 상관기부, 그리고 항법해산출 및 수신기 제어를 담당하는 프로세서부로 구성된다. 도플러 편이(doppler shift)와 코드 지연(code delay)에 대한 2차원 검색을 통하여 신호획득이 이루어지고, 획득된 정보를 이용하여 반송파 주파수와 코드 위상에 대한 정밀추적이 수행된다. 이러한 ASIC기반의 신호처리 알고리듬은 칩 의존적인 취약성으로 인하여 미약 신호 및 고기동 이동체의 신호추적을 위한 알고리듬 적용에 한계성이 존재한다. 반면, 소프트웨어 GPS 수신기는 신호처리의 모든 과정을 소프트웨어로 설계함에 따라, 다양한 신호처리 알고리듬의 개발 및 적용이 용이하며, 소프트웨어 모듈교체를 통한 성능개선 효과를 쉽게 얻을 수 있다. 본 논문에서는 실시간 소프트웨어 GPS 수신기를 설계하며, 설계된 수신기의 성능분석결과를 제시한다. FFT-IFFT 기법의 활용을 통해 고속의 초기 신호획득이 가능하도록 구성하며, 고기동 환경에서 신호추적이 가능하도록 FLL-assisted-PLL 신호추적 모듈을 설계하였다. 또한, 항법해 산출을 위하여 항법데이터의 추출모듈과, GPS 시각동기, 그리고 항법필터를 설계, 구현하였다. 설계된 소프트웨어 GPS 수신기 성능분석을 위하여 정적 측위 환경의 실제 신호 및 GPS 신호발생기로부터 출력된 고기동 환경의 GPS신호를 이용하여 실시간 시스템 환경상에서 수신기 성능을 확인하였다.
more초록/요약
This paper presents the design and implementation of the real-time software(S/W) GPS Receiver based on Fast Fourier Transformation (FFT) and the FLL assisted PLL Tracking algorithm. The use of FLL assisted PLL enables tracking of GPS signal in a relatively high dynamic environment. The designed S/W GPS receiver uses the indexing method for generating replica carrier to reduce computational load. Aiding of navigation data which include satellite IDs and ephemeris of the visible satellites considerably reduces time to track the signal and generate pseudorange for determining the user position. This, together with the use of FFT acquisition provides a fast Time-To-First-Fix(TTFF). The performance of the implemented GPS receiver is evaluated using simulated data for a high-dynamic case and real GPS data for a static case.
more목차
목차
제 1 장 서론 = 1
제 2 장 GPS 개요 = 3
2.1 GPS 구성 = 3
2.2 GPS 신호구조 = 4
2.3 측위 원리와 위치 결정 알고리듬 = 5
2.4 GPS 측정 오차 = 6
2.5 하드웨어 GPS 수신기 = 8
2.5.1 신호 획득 알고리듬 = 8
2.5.2 수신기의 신호 추적 = 11
제 3 장 소프트웨어 GPS 수신기 설계 = 14
3.1 복사 신호생성 = 14
3.1.1 C/A 코드 생성 = 15
3.1.2 반송파 신호생성 = 16
3.2 신호획득 알고리듬 = 18
3.3 신호 추적필터 설계 = 21
3.3.1 코드추적필터 = 21
3.3.2 반송파 추적 필터 = 23
3.3.2.1 2차 FLL 설계 = 23
3.3.2.2 3차 PLL 설계 = 27
3.3.2.3 FLL assisted PLL 설계 = 29
제 4 장 의사거리 생성 알고리듬 및 수신기 구조 = 31
4.1 의사거리 생성 알고리듬 = 31
4.2 소프트웨어 GPS 수신기 구조 = 32
제 5 장 실험 결과 및 성능 분석 = 34
5.1 정적환경 = 34
5.1.1 신호획득 결과 = 34
5.1.2 신호추적 결과 = 35
5.1.3 측위 결과 = 42
5.2 고기동 환경 = 44
5.2.1 신호획득 결과 = 44
5.2.2 신호추적 결과 = 45
5.2.3 측위 결과 = 51
제 6 장 결론 = 54
참고 문헌 = 55
목차
그림 목차
그림 1. 1msec 데이터 패킷 = 14
그림 2. 생성된 복사 C/A 코드 = 15
그림 3. 반송파 복사 신호 생성 = 17
그림 4. 소프트웨어 상관기 구조 = 17
그림 5. 신호 획득 과정 및 복사 신호의 FFT Table 생성 = 20
그림 6. 2차 DLL 구조 = 21
그림 7. 1차 DLL 구조 = 22
그림 8. FLL의 PIT와 잡음 대역폭에 따른 Dynamic = 24
그림 9. FLL의 Dynamic과 Bandwidth에 따른 SNR = 25
그림 10. 2차 FLL의 계단응답 = 26
그림 11. PLL의 잡음 대역폭에 따른 Dynamic 과 SNR = 27
그림 12. 3차 PLL의 계단응답 = 28
그림 13. FLL assisted PLL 구조 = 29
그림 14. 수신기 및 위성시각 관계 = 32
그림 15. 소프트웨어 GPS 수신기 구조 = 33
그림 16. 정적 환경의 신호획득 결과 = 35
그림 17. 정적 환경에서 6번 위성의 신호추적 결과 = 36
그림 18. 정적 환경에서 18번 위성의 신호추적 결과 = 37
그림 19. 정정환경에서 22번 위성의 신호추적 결과 = 38
그림 20. 정적 환경에서 25번 위성의 신호추적 결과 = 39
그림 21. 정적 환경에서 31번 위성의 신호 추적 결과 = 40
그림 22. 항법 데이터 비트 = 41
그림 23. 신호추적 상태 = 42
그림 24. Static 상태의 항법해 결과 = 43
그림 25. 측위 오차 = 43
그림 26. GPS 신호 발생기의 Skyplot = 44
그림 27. 고기동환경에서 신호 획득 결과 = 45
그림 28. 고기동 환경에서 9번 위성의 신호처리 결과 = 46
그림 29. 고기동 환경에서 14번 위성의 신호처리 결과 = 47
그림 30. 고기동 환경에서 17번 위성의 신호추적 결과 = 48
그림 31. 고기동 환경에서 18번 위성의 신호추적 결과 = 49
그림 32. 고기동 환경에서 26번 위성의 신호추적 결과 = 50
그림 33. 신호추적 상태 = 51
그림 34. 고기동 환경에서 항법해 결과 = 52
그림 35. 측위 결과 = 53
목차
표 목차
표 1. 단독 GPS 사용자 등거리오차 (UERE) = 7
표 2. FLL의 PIT와 Bandwidth에 따른 Dynamic stress = 24
표 3. SNR of FLL for PIT and Dynamic stress = 25
