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基于FPGA和ARM的GPS基带处理平台设计_刘刚
全球定位系统 GPS(Global Positioning System)是基于无线传 输的,能全天候向全球范围内用户提供精确、连续三维位置和速 度信息的导航与定位系统。由空间卫星星座、地面监控设备和 用户接收设备三个部分组成。20 世纪 60 年代提出 GPS 概念以 来,科学家们对此展开了深入研究。我国起步较晚,从 20 世纪 90 年代开始研究,集中在基带处理和导航解算两个部分。为进一步 开展精密单点定位、高动态应用和深组合导航研究,迫切需要设 计开发一个可编程的基带处理平台,支持各种应用设计开发。 本文针对高动态应用研究需求, 提出一种基于 FPGA 和 ARM 结构的基带处理平台,平台可灵活编程,满足开发需求。 2 系统硬件方案设计 GPS 基带处理平台分为三个模块, 即射频接收模块、FPGA 相关器模块和 ARM 控制模块,如图 1 所示。 射频接收模块接收天线信号,经过下变频、2bit 采样得到中 心频率 4.092MHz 的中频数据,采样频率为 16.368MHz。2bit 可 以表示-1、+1、-3、+3 四个幅值。 FPGA 相关器模块完成解调和解扩功能。首先在内部产生 本地载波,和中频数据相乘后完成解调,并分成正交路(Q 路)和 同相路(I 路);其次产生本地 C/A 码与解调后信号相乘,去除伪码 调制,完成解扩并得到导航电文;将解扩后信号进行非相干累加, 累加时间为 1 毫秒,当本地载波频率等于输入信号载波频率,并 且码相位对齐的情况下,累加值会超过捕获门限,代表已捕获到 卫星信号;最后,对累加值进行锁存并产生中断,等待 ARM 读取 数据。
全球定位系统 GPS(Global Positioning System)是基于无线传 输的,能全天候向全球范围内用户提供精确、连续三维位置和速 度信息的导航与定位系统。由空间卫星星座、地面监控设备和 用户接收设备三个部分组成。20 世纪 60 年代提出 GPS 概念以 来,科学家们对此展开了深入研究。我国起步较晚,从 20 世纪 90 年代开始研究,集中在基带处理和导航解算两个部分。为进一步 开展精密单点定位、高动态应用和深组合导航研究,迫切需要设 计开发一个可编程的基带处理平台,支持各种应用设计开发。 本文针对高动态应用研究需求, 提出一种基于 FPGA 和 ARM 结构的基带处理平台,平台可灵活编程,满足开发需求。 2 系统硬件方案设计 GPS 基带处理平台分为三个模块, 即射频接收模块、FPGA 相关器模块和 ARM 控制模块,如图 1 所示。 射频接收模块接收天线信号,经过下变频、2bit 采样得到中 心频率 4.092MHz 的中频数据,采样频率为 16.368MHz。2bit 可 以表示-1、+1、-3、+3 四个幅值。 FPGA 相关器模块完成解调和解扩功能。首先在内部产生 本地载波,和中频数据相乘后完成解调,并分成正交路(Q 路)和 同相路(I 路);其次产生本地 C/A 码与解调后信号相乘,去除伪码 调制,完成解扩并得到导航电文;将解扩后信号进行非相干累加, 累加时间为 1 毫秒,当本地载波频率等于输入信号载波频率,并 且码相位对齐的情况下,累加值会超过捕获门限,代表已捕获到 卫星信号;最后,对累加值进行锁存并产生中断,等待 ARM 读取 数据。
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