GPS卫星导航接收机

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GPS卫星导航接收机开发验证平台 这套卫星导航开发平台具有的优势如下：1.  1. 射频板与基带处理板相对独立，两个板子通过双排插针连接在一起，基带板为射频板提供电源和工作时钟，射频板输出AD采集的双路正交采样GPS中频数据给基带板，供后续处理。这样的结构方便扩展使用，在保证基带处理板资源足够的情况下，对于GPS系统开发而言，更换不同的射频板，可方便扩展GPS双天线（测姿）、GPS  L1，L2（L5）双频测量（载波相位差分）、GPS P码直捕等技术上的开发，对于其它卫星导航系统，如中国的北斗I代、II代导航系统，俄罗斯的GLONASS导航系统和欧洲的Galileo导航系统也可方便扩展。2.   2.  射频板采用分立器件搭键而成，虽然较采用GPS射频集成芯片结构上要复杂，但它相比集成方案所具有的优势如下：◆    基带板不需要做任何改动即可兼容GPS射频芯片集成方案，对采用GPS射频集成方案的用户开发上提供便利。◆    射频板对GPS中频信号进行39MHz双路正交采样，采样率相比GPS射频集成方案高的多，对码片精确控制及CA码伪距测量精度的提高提供了可能。◆    大多数GPS射频集成芯片采样位数为2位（SIGN和MAG），由采样位数低造成的信噪比损失大约为2dB左右，本方案采用双路8位AD采样，由采样位数引起的信噪比损失可以忽略，相比集成射频方案，该方案可以额外提高2dB的性能，非常可观，该方案是高性能GPS接收机首选的方案。◆    分立元件GPS射频方案对于学习型用户来讲无疑在开发上可以做到更加灵活，因为它可以灵活的配置GPS中频信号的采样率、GPS采样中频频率的输出，另外通过对本振频综的配置，开发上兼容中频采样方案和零中频正交采样方案，因此在同一个开发平台上都可以得到验证。◆    分立元件GPS射频方案通过配置不同的本振频率和更换前端带通滤波器及后端的低通滤波器（滤波器参数重新计算和取值），可方便的接收GPS L2频点或其它频点信号，也可方便的接收如俄罗斯的GLONASS卫星信号和欧洲的Galileo卫星信号以及中国的北斗卫星信号等，这是GPS射频集成方案实现不了的。3. GPS卫星导航接收机开发平台基带处理板上具有USB2.0高速传输接口，可对GPS中频数据进行实时采集并传输到计算机上，利用计算机处理软件可对GPS中频数据进行分析和处理，为GPS接收机捕获和跟踪算法的验证及GPS软件接收机开发人员提供了非常便利的真实GPS中频数据来源条件，从而为算法的验证及软件接收机的开发极大的提高效率。1.      4. 我们提供完整的开发方案，包括 ◆    GPS卫星导航接收机硬件开发平台一套，包括GPS有源天线，GPS射频板，卫星导航接收机基带处理开发板，电源模块及接口线等（附带光盘资料）。 ◆    卫星导航接收机开发平台开发方案设计说明文档一份 ◆    卫星导航接收机开发平台电路设计原理图及说明文档一份 ◆    基带处理源代码（FPGA源代码）及说明文档一份 ◆    DSP源代码与说明文档一份 ◆    DSP与上位机软件串口通信协议说明文档一份 ◆    GPS卫星导航接收机开发平台使用说明书文档一份 ◆    基于导航开发平台的USB2.0接口GPS中频数据实时采集完整解决方案开发资料一份    其中光盘提供卫星导航接收机全套开发资料内容如下图所示完整的GPS卫星导航接收机开发方案，让您从熟悉导航开发平台的过程当中可以快速的投入到导航接收机开发的角色中来，我们相应给您提供的技术上的支持，可以让您少走一些弯路，从而节省整体开发周期和开发费用。    这套开发方案非常适合于导航、通信、雷达/信号处理、微电子学、测控通信及测绘类研究生学习和开发之用，适合于导航、通信类实验室实验平台的低成本配置，相信从中不仅可以学习到导航接收机的原理、接收机开发的整个过程及设计，而且对于接收机的关键技术可以得到很多的积累，从而为您相关的项目上的开发提供技术上的支持。    第一部分 技术指标说明1 主要技术性能指标1.1接收机u       频率：     u       灵敏度： GPS    u       通道数： GPS： 12     （可扩展）u       定位精度：（相对于秒脉冲时刻）1）  GPS定位精度见表1(坐标系：WGS-84)表1：GPS定位精度参数GPS位置水平17.5 m高程110 m速度水平10.1m/s高程10.15m/s时间秒脉冲100ns   注：秒脉冲：宽度≥1ms的TTL正脉冲、前沿与UTC同步u       授时精度：GPS       <100ns                 (1σ)u       初始定位时间：GPS初始定位时间见表2表2：GPS初始定位时间参数冷启动热启动重捕   时间（s）80401u       动态性能：见表3表3：GPS接收机动态性能速度加速度高度2400m/s16g不限 u       数据更新率：1Hzu       数据I/O：2个232电平异步串口1）串口缺省波特率为115200bps2）数据传输格式：NMEA0183格式，自定义二进制格式1个USB2.0高速传输接口u       工作电压：u       工作电流： <=400mA（全温度范围）1.2  有源天线u       类型：GPS有源天线u       射频插座：SMAu       工作电压：u       工作电流： <=50mA（全温度范围）u       放大系数：u       噪声系数：u       工作频率： 1575.42±1.5MHz1.3  整机功耗GPS卫星导航接收机开发平台整机功耗 <=2.5 W2 功能2.1  卫星接收天线卫星接收天线接收GPS 卫星信号，将GPS卫星信号输入到GPS射频板。2.2  GPS射频板    接受GPS L1信号输入，板上完成L1频段带通滤波，低噪声放大，频综产生，模拟下变频至IQ正交两路输出，最后通过双通道8位AD采样输出数字中频信号，提供给GPS卫星导航接收机基带开发平台。2.3  GPS卫星导航接收机基带开发平台   1）模式设置输入功能    接收机可通过RS232接口，设置初始位置、北京时间等初始化信息，设置工作状态、控制数据输出等。   2）调试信息输出功能通过串口输出UTC/北京时间，定位结果，速度，钟差，各颗卫星的载波相位平滑伪距，多谱勒频率，卫星高度角、方位角和信噪比等到监控界面上，输出星历，历书等形成文件。界面图形化显示卫星顶视分布图、信噪比、接收机运动轨迹、通道相关峰实时监测曲线、载波环和码环环路误差监测曲线等。   3）定位功能定位模式可通过软件命令请求，输出参考坐标系：WGS－84。   4）非易失存储功能具有非易失存储器，用于保存接收机中间运行结果如导航电文等信息。5）预测功能DSP软件和上位机软件分别具有可见星预测功能，上位机软件提供丰富的可见星预测表格和图形化曲线信息输出。 第二部分  GPS卫星导航接收机开发平台原理及组成1 开发平台总体方案介绍GPS卫星导航接收机开发平台组成主要包括：天线单元、GPS射频单元和GPS卫星导航接收机基带开发平台组成，其中GPS射频单元主要完成GPS L1频点的带通滤波，低噪声放大，频综产生，模拟混频和双路AD正交采样等功能，基带开发平台主要由DSP和FPGA构成，其中FPGA主要完成卫星导航的基带处理，而DSP主要完成可见卫星的预测，载波环和码环的环路控制以及后续的导航定位解算等功能，如图2-1所示。图2-1 GPS卫星导航接收机开发平台系统组成框图       GPS有源接收天线接收GPS卫星信号输入到开发平台的射频板上，射频通道采用分立元件完成所需转换。在GPS射频通道中，频综模块SI4133通过FPGA的SPI接口配置产生1575MHz本振信号，与从天线进来的GPS信号经带通滤波和低噪声放大后一起进入AD8347进行混频，经四阶elliptic低通滤波之后，输出近似零中频IQ正交两路基带信号，做为AD采集的模拟输入信号。GPS卫星导航接收机基带信号处理单元由一片Altera的FPGA -EP2C70F672完成，环路跟踪与定位解算单元由一片TI的DSP-TMS320C6713完成，DSP和FPGA两者配合共同完成卫星导航接收机开发平台的基带信号处理、环路跟踪、定位解算和授时等功能。其中FPGA中的基带信号处理主要包括载波NCO产生、码NCO产生、复相位旋转数字下变频、本地GPS扩频码产生、相关器、时基信号产生、观测数据TIC时刻测量、GPS帧同步信号产生和帧数据解调等，另外FPGA完成两路串口收发、USB接口总线访问、射频频综SPI接口配置、FPGA与DSP总线接口通讯等功能。DSP主要完成GPS可见星的预测，多谱勒预测，GPS各通道的初始化，各通道超前、即时和滞后相关值的读取和存储，载波跟踪环和码跟踪环的环路控制，TIC时刻观测数据的读取，载波相位辅助伪距平滑处理，跟踪多谱勒kalman滤波处理，GPS帧数据的读取和导航电文解析、卫星星历和历书的实时存储，GPS定位解算和速度求解、GPS授时环路控制和串口协议的组帧和解帧等功能。2  开发平台各功能模块实现介绍2.1  天线单元GPS有源接收天线，通过SMA接头与射频板相连， 天线具体参数要求见1.2处说明。2.2  GPS射频单元GPS射频单元实现如图2-2所示图2-2 GPS射频单元 2.3  GPS卫星导航接收机基带处理单元GPS卫星导航接收机基带处理单元如图2-3所示图2-3 GPS卫星导航接收机基带处理单元 基带处理板硬件资源配置如下：板上资源：◆  采用TI公司的高速浮点型处理器TMS320C6713B     主频300MHz，达2400MIPS，具有强大的通用信号处理能力；◆    ALTERA  CycloneII  EP2C70F672C8 芯片，350万门，门数资源非常丰富，可满足目前绝大多数的信号处理硬件编程和控制能力；◆    ALTERA  MAXII EPM570T144芯片，可用于板上DSP和FPGA程序代码在线升级；◆  1片×64Mb  16位总线FLASH芯片，用于存储DSP运行代码和大量用户非易失性数据；◆  1片×128Mb  32位总线SDRAM，扩展DSP外部存储器资源；◆  1片×64/128/256kb EEPROM，用于存储用户非易失性数据；◆  2片×2/4/8Mb  16位总线SRAM，扩展FPGA外部存储器资源，可做为数据采集乒乓存储使用；◆  1个实时时钟模块（RTC），保存实时时间信息，掉电不丢失；◆  6个用户指示灯；◆  1个用户多功能指示彩灯；◆  1个系统复位按键；◆  1个配置拨码开关；2.4  GPS卫星导航接收机开发平台    由GPS射频单元和GPS卫星导航接收机基带处理单元组成完整的GPS卫星导航接收机开发平台，如图2-4所示图2-4 GPS卫星导航接收机开发平台      2.5上位机监控软件         上位机监控软件界面如图2-5所示  图2-5 上位机监控软件上海宇志通信技术有限公司
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