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GNSS软件无线电接收机开发平台研制

张振周  
【摘要】:现今市场上的GNSS接收机普遍采用基于专用GNSS接收机芯片和CPU的设计方案,这种接收机芯片内部参数固定、成本高、电路结构灵活性差及不易扩展。在某些能兼容多种卫星导航定位系统的GNSS接收机中,常需要改变设计参数和升级不同的信号处理算法以提高接收机的性能,采用专用芯片的GNSS接收机难以适应这种特殊的应用场合。随着大规模现场可编程逻辑门阵列(FPGA)和高速数字信号处理器(DSP)在软件无线电接收机中的广泛应用,基于软件无线电设计思想的GNSS接收机能有效地解决硬件GNSS接收机灵活性差,不易扩展的问题。 本文进行的是FPGA与DSP的、模块化的GNSS软件无线电接收机开发平台研制。主要包括以下几个方面的研究内容: 首先设计了GNSS软件无线电接收机开发平台的系统方案。在对该系统方案进行资源分析的基础上,确定了器件型号;完成了基于FPGA+DSP的GNSS软件无线电接收机开发平台硬件方案设计;论证了所开发的平台可支持GPS、GLONASS、Galileo和BD等四个系统中的任意三种射频前端、支持实现共72个通道相关器、支持实现多星座GNSS接收机。 其次实现了GNSS软件无线电接收机开发平台的各组成部分。完成了系统时钟、系统电源设计;其中FPGA模块包括AS配置电路、JTAG调试电路、SRAM电路、串口电路、射频接口及USB电路;DSP模块包括Flash电路、SDRAM电路、调试电路及复位电路;进行了EMIF接口时序分析,完成了EMIF寄存器配置,实现了DSP与FPGA接口电路,完成了GNSS软件无线电接收机硬件电路的研制。 再次基于DSP Builder设计了单通道GPS跟踪相关器模块。实现了该模块的载波NCO、复相位旋转下变频、码NCO、C/A码发生器、码相关等五个子模块,并对其中的载波NCO、C/A码发生器的频率控制字进行了详细分析,使载波跟踪频率精度达9mHZ,码相位误差精度为1/32个码片。 最后对研制完成的GNSS软件无线电接收机开发平台进行硬件测试和系统的联调。结果表明所开发的平台工作稳定可靠,能正确实现定位,满足了系统设计要求。


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