基于fpga的数字式gps接收机载波环设计与实现

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1、网络出版时间：2015-03-2512:55第４２卷第２期应用科技Ｖｏｌ．４２№．２２０１５年４月ＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｐｒ．２０１５ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９⁃６７１Ｘ．２０１４０７００８网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1191.u.20150325.1255.007.html基于ＦＰＧＡ的数字式ＧＰＳ接收机载波环设计与实现张博，张斌空军工程大学信息与导航学院，陕西西安７１００７７摘要：同步系统工作的好坏，在很大程度上决定了通信系统的质量。

2、ＧＰＳ接收机将天线接收到的卫星信号经射频前端处理后变成了数字中频信号，接收机对ＧＰＳ卫星的信号处理过程，可依次分为捕获、跟踪、位同步和帧同步四个阶段。针对ＧＰＳ信号的ＢＰＳＫ调制和强度微弱等特点，模拟ＧＰＳ接收机基带数字信号处理过程，首先介绍了科斯塔斯（Ｃｏｓｔａｓ）接收机的工作原理，分析研究了基于ＦＰＧＡ的软件无线电载波同步技术的实现方法，并采用Ｃｏｓｔａｓ环实现了载波同步，性能测试验证了设计的正确性和可行性。关键词：载波同步；伪随机码；Ｃｏｓｔａｓ环；ＤＤＳ核；ＦＰＧＡ中图分类号：Ｐ２２８．４２文献标志码：Ａ文章编号：１００９⁃６７１Ｘ（２０

3、１５）０２⁃⁃ＤｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｃａｒｒｉｅｒｔｒａｃｋｉｎｇｌｏｏｐｆｏｒａｄｉｇｉｔａｌＧＰＳｒｅｃｅｉｖｅｒｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡＺＨＡＮＧＢｏ，ＺＨＡＮＧＢｉｎＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＮａｖｉｇａｔｉｏｎＣｏｌｌｅｇｅ，ＡｉｒＦｏｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００７７，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：ＱｕａｌｉｔｙｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｃａｎｂｅｌａｒｇｅｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｕｓｅｄｉｎｔ

4、ｈｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ．ＡｆｔｅｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆＧＰＳＲｅｃｅｉｖｅｒ，ＧＰＳｓｉｇｎａｌｓｉｎｄｏｏｒｓｂｅｃｏｍｅｄｉｇｉｔａｌＭＦｓｉｇｎａｌｓ．Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｖｏｌｖｅｓｆｏｕｒｓｔｅｐｓ：Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，Ｔｒａｃｋｉｎｇ，ＢｉｔＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎａｎｄＦｒａｍｅＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ．ＧｉｖｅｎｔｈａｔＢＰＳＫ（ｂｉｎａ⁃ｒｙｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｋｅｙｉｎｇ）ａｎｄｗｅａｋｄｕａｌ＿ｆｒｅｑｕｅｎｃｙＧＰＳｓｉｇｎａｌｓ，Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｄｉｇｉｔａｌｂａ

5、ｓｅｂａｎｄｓｉｇｎａｌｆｏｒＧＰＳＲｅｃｅｉｖｅｒｉｓｍａｄｅ．Ｆｉｒｓｔ，ＣｏｓｔａｓＲｅｃｅｉｖｅｒＰｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａＳｏｆｔｗａｒｅＧＰＳＲｅ⁃ｃｅｉｖｅｒｏｎＦＰＧＡｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ＣａｒｒｉｅｒＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｗｉｔｈＣｏｓｔａｓＬｏｏｐｗｈｉｃｈｖｅｒｉｔｉｅｓｉｔｓｄｅｓｉｇｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｒｒｉｅｒｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ＰＮｃｏｄｅ；ｃｏｓｔａｓｌｏｏｐ；ＤＤＳｃｏｒｅ；ＦＰＧＡ接收机对

6、ＧＰＳ卫星的信号处理过程，可以依次有锁相环、平方环、Ｃｏｓｔａｓ环和判决反馈环等。目前分为捕获、跟踪、位同步和帧同步四个阶段。由于位工程上最常用的抑制载波跟踪环是平方环和Ｃｏｓｔａｓ同步、帧同步均需要以数据解调为前提条件，除了幅环等。由于Ｃｏｓｔａｓ环不需要对接收信号进行平方变度调制及频率调制可以采用非相干解调外，大部分换，也不需要对锁相环路中ＤＤＳ输出的载波信号进调制方式都采用相干解调以获取更好的性能，而进行分频处理，因此实现复杂度更小些，所耗费的硬件行相干解调，接收端就必须提取相干载波。载波同资源也更少。模拟ＧＰＳ接收机基带数字信号处理步的性

7、能直接影响着通信系统的性能。针对ＧＰＳ过程，首先介绍了科斯塔斯（Ｃｏｓｔａｓ）接收机的工作信号的ＢＰＳＫ调制和强度微弱等特点，ＧＰＳ接收机原理，分析研究了基于ＦＰＧＡ的软件无线电载波同锁相环通常采用Ｉ／Ｑ解调法来帮助完成对输入信号步技术的实现方法，并采用Ｃｏｓｔａｓ环实现了载波同的下变频、鉴相和数据解调等任务。自同步法是工步，性能测试验证了设计的正确性和可行性，对实际程上广泛应用的一种载波同步方式。自同步法主要应用具有一定的指导价值。１Ｃｏｓｔａｓ接收机的工作原理收稿日期：２０１４⁃０７⁃２５．网络出版日期：．基金项目：国家自然科学基金资助项目（

8、６１２７３０４９）．目前的载波同步技术有多种电路，其中最常用作者简介：张博（１９８９⁃），男，硕士研究生；张斌（１９６８⁃），男，教授．