基于FPGA的导航接收机跟踪环路设计与实现

2014-08-21顾睿文黄仰博苏映雪

全球定位系统 2014年5期

顾睿文,黄仰博,苏映雪,欧钢

(国防科学技术大学电子科学与工程学院卫星导航定位技术工程研究中心,湖南长沙 410073)

0 引言

全球定位系统能够为用户提供精确的定位、测速、授时服务(PVT服务),在国民经济的快速发展的今天已经得到广泛的应用[1]。相关产业带来的经济效益和社会效益也迅速增加,人民对其的重视程度也日益提高。然而,国内高性能导航接收机芯片几乎都是国外设计制造,开发高性能导航接收机芯片愈发重要。近年来,随着北斗二代一期系统的建成和投入使用,国内在导航接收机的研究和开发有了较大的进展,但是离国外高性能导航接收机的技术水平有一定的差距。

目前,主流的导航接收机设计基本架构是FPGA+DSP或者FPGA+ARM的工作模式,其中相关器,载波NCO,码NCO等适宜硬件处理的在FPGA中实现,通道调度,环路鉴别器计算和环路滤波等是在DSP或者ARM中实现。这样就导致了研发时间较长,研发过程也较为复杂。利用Xilinx公司提供的协处理器[2],实现环路的跟踪和通道的调度,在单片FPGA内实现导航接收机的跟踪环路,在不损失性能的基础上实现资源的优化。

本文分析了导航接收机的设计和跟踪的基本原理,分析了载波环、码环的基本设计和环路鉴别

器的算法性能分析,而后设计了基于FPGA的导航接收机跟踪环路,并在Xilinx公司的Virtex-4系列的XC4VSX55芯片上实现了用Verilog编程的硬件逻辑电路和基于内嵌协处理器核的跟踪算法的嵌入式开发。