[发明专利]一种基于FPGA的卫星导航系统数字中频信号产生装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及全球卫星导航系统领域。更具体地，涉及一种基于FPGA的卫星导航系统数字中频信号产生装置及方法，包括GPS、GLONASS、北斗等导航卫星系统的数字中频信号产生装置及方法。

背景技术

随着全球卫星导航系统(GNSS)的不断发展，以及定位授时服务需求的不断增加，针对GNSS导航接收机基带处理器的研究与开发逐步深入。通常的开发方法是从天线接收实际卫星信号或者从模拟信号源接收模拟卫星信号，经过射频模块的下变频、滤波、模数转换，得到中频信号作为基带处理器的输入。这种方法存在以下几点不足：首先，不同GNSS系统使用不同频段的载波，通常一个射频芯片无法实现所有类型的GNSS信号转为中频；其次，接收实际卫星信号，受限于实际卫星的状态，无法覆盖所有的信号情况，不够全面；最后，模拟信号源的设备造价十分高昂，实现困难。

本发明提出了一种基于FPGA的数字中频信号的产生方法，适用于所有的GNSS系统，可以通过更改配置来模拟各种情况下的信号状态，成本低，可灵活复用，容易实现。

发明内容

本发明的技术目的是：通过用软件配置寄存器的方式，实现能够兼容各种GNSS系统的数字中频信号，降低了电路设计的复杂性以及实现成本，并且使得系统更具灵活性和扩展性。

本发明的技术方案是：在FPGA上实现GNSS卫星数字中频信号产生装置，其特征在于包括控制软件、可配置寄存器、信号生成模块、噪声生成模块、噪声控制模块、编码模块、外部输入时钟等。

其中，所述控制软件可在上位机中修改并且编译。

其中，可配置寄存器是实现各个GNSS系统相兼容的基础，具体包括线性反馈移位寄存器的初始值寄存器、线性反馈移位寄存器的特征多项式寄存器、扩频码周期寄存器、扩频码的频率调节字寄存器、扩频码的延迟控制寄存器、载波的频率调节字寄存器、多普勒频移寄存器、信息数据寄存器、系统选择寄存器等。

其中，所述信号生成模块包括扩频码产生模块、信息数据产生模块、正弦载波产生模块、信号调制模块等，可以按照GPS、GLONASS、北斗等不同导航卫星的调制标准生成相应信号。

其中，所述噪声生成模块采用查询表的方法输出随机噪声信号。

其中，所述噪声控制模块以在FPGA开发板上设置按键的形式实现，可以在卫星信号被使用的过程中，随时调节载噪比。

其中，所述编码模块支持多种编码方式，生成2位的中频输出信号，包括9283编码方式，符号位、幅度位编码方式，二进制编码方式。

其中，所述外部输入时钟由本振频率为16.368MHz的晶振产生。

本发明的技术效果在于：

首先，本发明能够产生GPS、GLONASS、北斗等各个GNSS系统的中频信号，同时还可以扩展到所有的直接序列扩频通信系统。其次，电路结构简单，实现成本低，使用灵活。

附图说明

图1本发明系统整体框图。

图2本发明扩频码与信息数据码的产生及扩频调制模块结构图。

图3本发明正弦载波的产生与信号调制模块结构图。

图4本发明线性反馈移位寄存器原理图。

具体实施方法

以下结合附图详细描述本发明所提供的基于FPGA的卫星导航系统数字中频信号产生装置及方法，但不构成对本发明的限制。

其实施步骤包括：

第一阶段：产生扩频码和信息数据码，异或相加调制。

Step1：如图2所示，软件配置扩频码的频率调节字，以16.368MHz为驱动时钟，经过数控振荡器(DCO)，得到以1个码片为单位的节拍信号。

Step2：根据不同的GNSS系统，配置码周期为N，对扩频码进行码周期计数。

Step3：GNSS系统的扩频码通常由线性反馈移位寄存器(LFSR)得到。图4所示为一个n位的LFSR，寄存器初始值和特征多项式(用来定义a1、a2、a3...an的值为1或者为0)根据不同的GNSS系统配置，LFSR的第m位为输出信号。

Step4：每位信息数据码包含t个周期的扩频码，使得扩频码周期计数器循环计数0～t-1。其中，t可以根据不同的GNSS系统进行配置。

Step5：每当计数为0时，从信息数据寄存器中读出一位数据，顺序生成码宽为t个扩频码周期的信息数据码。

Step6：将扩频码和信息数据码进行异或相加调制，延迟x个码片输出，x可以自由配置。

第二阶段：产生正弦载波信号，BPSK调制。