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基于FPGA和ARM的GPS基帶處理平臺設計_劉剛
全球定位系統 GPS(Global Positioning System)是基于無線傳 輸的,能全天候向全球范圍內用戶提供精確、連續三維位置和速 度信息的導航與定位系統。由空間衛星星座、地面監控設備和 用戶接收設備三個部分組成。20 世紀 60 年代提出 GPS 概念以 來,科學家們對此展開了深入研究。我國起步較晚,從 20 世紀 90 年代開始研究,集中在基帶處理和導航解算兩個部分。為進一步 開展精密單點定位、高動態應用和深組合導航研究,迫切需要設 計開發一個可編程的基帶處理平臺,支持各種應用設計開發。 本文針對高動態應用研究需求, 提出一種基于 FPGA 和 ARM 結構的基帶處理平臺,平臺可靈活編程,滿足開發需求。 2 系統硬件方案設計 GPS 基帶處理平臺分為三個模塊, 即射頻接收模塊、FPGA 相關器模塊和 ARM 控制模塊,如圖 1 所示。 射頻接收模塊接收天線信號,經過下變頻、2bit 采樣得到中 心頻率 4.092MHz 的中頻數據,采樣頻率為 16.368MHz。2bit 可 以表示-1、+1、-3、+3 四個幅值。 FPGA 相關器模塊完成解調和解擴功能。首先在內部產生 本地載波,和中頻數據相乘后完成解調,并分成正交路(Q 路)和 同相路(I 路);其次產生本地 C/A 碼與解調后信號相乘,去除偽碼 調制,完成解擴并得到導航電文;將解擴后信號進行非相干累加, 累加時間為 1 毫秒,當本地載波頻率等于輸入信號載波頻率,并 且碼相位對齊的情況下,累加值會超過捕獲門限,代表已捕獲到 衛星信號;最后,對累加值進行鎖存并產生中斷,等待 ARM 讀取 數據。
全球定位系統 GPS(Global Positioning System)是基于無線傳 輸的,能全天候向全球范圍內用戶提供精確、連續三維位置和速 度信息的導航與定位系統。由空間衛星星座、地面監控設備和 用戶接收設備三個部分組成。20 世紀 60 年代提出 GPS 概念以 來,科學家們對此展開了深入研究。我國起步較晚,從 20 世紀 90 年代開始研究,集中在基帶處理和導航解算兩個部分。為進一步 開展精密單點定位、高動態應用和深組合導航研究,迫切需要設 計開發一個可編程的基帶處理平臺,支持各種應用設計開發。 本文針對高動態應用研究需求, 提出一種基于 FPGA 和 ARM 結構的基帶處理平臺,平臺可靈活編程,滿足開發需求。 2 系統硬件方案設計 GPS 基帶處理平臺分為三個模塊, 即射頻接收模塊、FPGA 相關器模塊和 ARM 控制模塊,如圖 1 所示。 射頻接收模塊接收天線信號,經過下變頻、2bit 采樣得到中 心頻率 4.092MHz 的中頻數據,采樣頻率為 16.368MHz。2bit 可 以表示-1、+1、-3、+3 四個幅值。 FPGA 相關器模塊完成解調和解擴功能。首先在內部產生 本地載波,和中頻數據相乘后完成解調,并分成正交路(Q 路)和 同相路(I 路);其次產生本地 C/A 碼與解調后信號相乘,去除偽碼 調制,完成解擴并得到導航電文;將解擴后信號進行非相干累加, 累加時間為 1 毫秒,當本地載波頻率等于輸入信號載波頻率,并 且碼相位對齊的情況下,累加值會超過捕獲門限,代表已捕獲到 衛星信號;最后,對累加值進行鎖存并產生中斷,等待 ARM 讀取 數據。
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