基于FPGA的導航接收機跟蹤環路設計與實現

顧睿文,黃仰博,蘇映雪,歐 鋼

(國防科學技術大學電子科學與工程學院衛星導航定位技術工程研究中心,湖南 長沙 410073)

0 引 言

全球定位系統能夠為用戶提供精確的定位、測速、授時服務(PVT服務),在國民經濟的快速發展的今天已經得到廣泛的應用[1]。相關產業帶來的經濟效益和社會效益也迅速增加,人民對其的重視程度也日益提高。然而,國內高性能導航接收機芯片幾乎都是國外設計制造,開發高性能導航接收機芯片愈發重要。近年來,隨著北斗二代一期系統的建成和投入使用,國內在導航接收機的研究和開發有了較大的進展,但是離國外高性能導航接收機的技術水平有一定的差距。

目前,主流的導航接收機設計基本架構是FPGA+DSP或者FPGA+ARM的工作模式,其中相關器,載波NCO,碼NCO等適宜硬件處理的在FPGA中實現,通道調度,環路鑒別器計算和環路濾波等是在DSP或者ARM中實現。這樣就導致了研發時間較長,研發過程也較為復雜。利用Xilinx公司提供的協處理器[2],實現環路的跟蹤和通道的調度,在單片FPGA內實現導航接收機的跟蹤環路,在不損失性能的基礎上實現資源的優化。

本文分析了導航接收機的設計和跟蹤的基本原理,分析了載波環、碼環的基本設計和環路鑒別

器的算法性能分析,而后設計了基于FPGA的導航接收機跟蹤環路,并在Xilinx公司的Virtex-4系列的XC4VSX55芯片上實現了用Verilog編程的硬件邏輯電路和基于內嵌協處理器核的跟蹤算法的嵌入式開發。

1 導航接收機跟蹤原理

導航接收機的基帶處理部分主要包括捕獲,跟蹤,同步和鎖定檢測及定位解算。……