GPS卫星导航定位系统的开发

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GPS卫星导航定位系统的开发
1 开发平台总体方案介绍
GPS卫星导航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。
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卫星导航基带处理单元
GPS卫星导航基带处理单元如图2-3所示

图2-3 GPS卫星导航基带处理单元
2.4 GPS卫星导航开发平台
由GPS射频单元和GPS卫星导航基带处理单元组成完整的GPS卫星导航开发平台，如图2-4所示

图2-4 GPS卫星导航开发平台

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
用不到4000元的硬件成本开发和验证了GPS卫星导航系统接收机，对于搞卫星导航和相关扩频通信专业的研究生和博士生会有很大帮助的。
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