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基于FPGA的GPS数据采集存储电路设计的毕业设计开题报告

一、项目背景及意义

(1)随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展，其在各个领域的应用日益广泛。GPS技术能够提供高精度、全天候、全球覆盖的定位、导航和时间同步服务，已成为现代生活中不可或缺的一部分。在交通运输、地理信息系统、通信、军事等领域，GPS的应用大大提高了工作效率和安全性。然而，传统的GPS数据采集存储方式存在着数据传输速度慢、存储容量有限、实时性不足等问题。因此，开发一种基于FPGA的GPS数据采集存储电路，对于提高GPS数据处理的实时性和可靠性具有重要意义。

(2)FPGA（现场可编程门阵列）作为一种高度灵活的数字电路，具有可编程、可重构、高性能等特点。它能够在短时间内完成复杂的数字信号处理任务，且具有较低的功耗和较小的体积。近年来，FPGA在嵌入式系统、通信、信号处理等领域得到了广泛应用。结合FPGA的高性能特点，设计一种基于FPGA的GPS数据采集存储电路，可以有效提高GPS数据的采集、处理和存储能力。例如，在车载导航系统中，采用基于FPGA的GPS数据采集存储电路，可以实时处理大量GPS数据，实现车辆实时定位和导航，提高驾驶安全。

(3)此外，随着物联网、大数据等技术的快速发展，对GPS数据采集存储的需求日益增长。传统的GPS数据采集存储方式已无法满足现代应用场景的需求。基于FPGA的GPS数据采集存储电路具有以下优势：首先，FPGA的高性能特点可以实现高速数据采集和处理，满足实时性要求；其次，FPGA的可编程特性使得电路设计灵活，可根据实际需求进行定制；最后，FPGA的低功耗和低体积特点有助于降低系统成本，提高系统可靠性。因此，基于FPGA的GPS数据采集存储电路设计具有广阔的应用前景，对于推动GPS技术在各个领域的应用具有重要意义。以我国为例，近年来在航空航天、交通运输、地质勘探等领域对GPS数据的需求逐年上升，基于FPGA的GPS数据采集存储电路有望在这些领域发挥重要作用。

二、国内外研究现状

(1)国外对基于FPGA的GPS数据采集存储电路的研究起步较早，已经取得了显著的成果。例如，美国麻省理工学院的研究团队开发了一种基于FPGA的GPS数据采集模块，该模块具有高速数据采集和处理能力，能够实时处理大量GPS数据。此外，欧洲的一些研究机构也在GPS数据采集存储领域进行了深入研究，推出了多款高性能的FPGA解决方案。

(2)国内对基于FPGA的GPS数据采集存储电路的研究起步较晚，但发展迅速。我国科研人员在这一领域取得了一系列创新成果。例如，清华大学的研究团队设计了一种基于FPGA的GPS数据采集存储系统，该系统具有高精度、高可靠性等特点，已被广泛应用于导航定位领域。同时，国内一些企业也开始涉足这一领域，推出了具有自主知识产权的FPGAGPS数据采集存储产品。

(3)随着我国GPS技术的不断发展，基于FPGA的GPS数据采集存储电路的研究越来越受到重视。目前，国内外在该领域的研究主要集中在以下几个方面：一是提高数据采集和处理速度；二是优化系统功耗和体积；三是增强系统抗干扰能力；四是实现GPS数据的高效存储和传输。这些研究方向的突破将有助于推动GPS技术的进一步发展，为我国在相关领域的科技创新和国际竞争提供有力支持。

三、系统总体设计方案

(1)本系统总体设计方案旨在设计一款基于FPGA的GPS数据采集存储电路，以实现高速、高精度、高可靠性的GPS数据采集和存储。系统主要由GPS接收模块、FPGA处理器、存储模块和用户接口组成。GPS接收模块负责接收卫星信号，提取出导航电文；FPGA处理器对导航电文进行解码、处理，并实时存储到存储模块中；用户接口则提供数据查询、配置和监控功能。

以某高速公路监控系统为例，该系统需实时采集沿线车辆的GPS数据，以保证交通管理的实时性和准确性。在设计该系统时，我们选择了高性能的GPS接收模块，其数据传输速率可达1Mbps，满足高速公路监控对数据实时性的要求。FPGA处理器采用XilinxVirtex-7系列，具备256K个查找表和2.5MB的块RAM，能够实现高速的数据处理和存储。存储模块选用SD卡，其存储容量可达128GB，满足长期数据存储需求。

(2)在系统设计中，我们重点考虑了以下关键技术：

-高速数据采集：通过使用高性能的GPS接收模块，确保数据采集速度达到1Mbps，满足实时性要求。

-数据处理：采用FPGA处理器进行数据解码、滤波和误差校正，处理速度可达50MHz，保证数据处理的高效性。

-数据存储：采用SD卡作为存储介质，具有128GB的存储容量，支持数据备份和恢复功能。

-用户接口：设计简洁直观的用户界面，实现数据查询、配置和监控功能，方便用户操作。

(3)系统的硬件架构