基于FPGA和ARM的GPS基帶處理平臺(tái)設(shè)計(jì)_劉剛
全球定位系統(tǒng) GPS(Global PosiTIoning System)是基于無線傳 輸?shù)?能全天候向全球范圍內(nèi)用戶提供精確、連續(xù)三維位置和速 度信息的導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。由空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控設(shè)備和 用戶接收設(shè)備三個(gè)部分組成。20 世紀(jì) 60 年代提出 GPS 概念以 來,科學(xué)家們對(duì)此展開了深入研究。我國(guó)起步較晚,從 20 世紀(jì) 90 年代開始研究,集中在基帶處理和導(dǎo)航解算兩個(gè)部分。為進(jìn)一步 開展精密單點(diǎn)定位、高動(dòng)態(tài)應(yīng)用和深組合導(dǎo)航研究,迫切需要設(shè) 計(jì)開發(fā)一個(gè)可編程的基帶處理平臺(tái),支持各種應(yīng)用設(shè)計(jì)開發(fā)。 本文針對(duì)高動(dòng)態(tài)應(yīng)用研究需求, 提出一種基于 FPGA 和 ARM 結(jié)構(gòu)的基帶處理平臺(tái),平臺(tái)可靈活編程,滿足開發(fā)需求。 2 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì) GPS 基帶處理平臺(tái)分為三個(gè)模塊, 即射頻接收模塊、FPGA 相關(guān)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(hào),經(jīng)過下變頻、2bit 采樣得到中 心頻率 4.092MHz 的中頻數(shù)據(jù),采樣頻率為 16.368MHz。2bit 可 以表示-1、+1、-3、+3 四個(gè)幅值。 FPGA 相關(guān)器模塊完成解調(diào)和解擴(kuò)功能。首先在內(nèi)部產(chǎn)生 本地載波,和中頻數(shù)據(jù)相乘后完成解調(diào),并分成正交路(Q 路)和 同相路(I 路);其次產(chǎn)生本地 C/A 碼與解調(diào)后信號(hào)相乘,去除偽碼 調(diào)制,完成解擴(kuò)并得到導(dǎo)航電文;將解擴(kuò)后信號(hào)進(jìn)行非相干累加, 累加時(shí)間為 1 毫秒,當(dāng)本地載波頻率等于輸入信號(hào)載波頻率,并 且碼相位對(duì)齊的情況下,累加值會(huì)超過捕獲門限,代表已捕獲到 衛(wèi)星信號(hào);最后,對(duì)累加值進(jìn)行鎖存并產(chǎn)生中斷,等待 ARM 讀取 數(shù)據(jù)。