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卫星导航系统基带伪码完整系统解决方案

作者:时间:2015-09-09来源:网络收藏

  项目背景及可行性分析

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/279903.htm

  1.项目名称、项目的主要内容及目前的进展情况

  项目名称:卫星导航系统伪码的频域快捕获;

  项目的主要内容:利用设计实现GNSS信号的频域快速捕获算法。

  目前的进展情况:拥有成熟的算法结构和仿真测试结果,开始着手相关模块的实现。

  2.项目关键技术及创新点的论述

  创新点(1):基于FFT,在频域计算伪码 序列的循环相关值。在每一个多普勒频移,对所有码延迟同时计算出相关结果。和传统的直接计算本地与接收信号相关值的方法相比,运算时间短。对C/A码来 说,只需接收到一个伪码周期(1ms)的信号,就可估计出码相位;传统的串行相关,每次最多移动半个码片,完成一次相关运算,搜索整个码周期需要最少移动 2046次。

  创新点(2):FFT运算要求满足所用数据的个数为2的整数次幂,一般情况下A/D不能满足在一个码周期内采样点数符合2的整数次幂。本项目通过一种平均下采样技术,来完成数据的匹配。

  创新点(3):采样数据为一个码周期时,通过处理单边带数据的办法可以减少一半的运算量。虽然通过IFFT后只能找到前一半的点,但这些点包含了几乎全部信息。

  关键技术(1):FFT的实现

  关键技术(2):平均下采样完成数据匹配

  3.技术成熟性和可靠性论述

  目前通过MATLAB在通用PC机上完成该算法,证明该算法不仅可以有效地捕获到卫星导航信号,而且速度较传统的方法相比有很大提高,在一定程度上降低计算的工作量和复杂度。

  下图为实际卫星捕获结果示意图:

  

卫星导航系统基带伪码完整系统解决方案

 

  为了能够实现算法在平台的顺利移植,利用System Generator在Simulink下的进行了部分硬件协同仿真工作。开发板为合众达公司的seed-fem025,芯片为Virtex-4 SX25。由于整套系统硬件协同仿真所需的硬件资源不足,所以硬件协同仿真分模块进行。

  软件仿真的结果如下图:

  

卫星导航系统基带伪码完整系统解决方案

 

  团队成员均有比较扎实的数字电路基础知识和FPGA设计功底,以及信号处理方面的专业知识,完全有能力保证该项目的顺利实施,最终完成项目。同时团队成员 依托于哈尔滨工业大学通信技术研究所卫星导航技实验室,利用实验室的各种硬件资源,作为项目的物质保证;通信技术研究所早在10年以前就开始了对卫星导航 技术的研究,积累了大量成熟的技术。

  另外Virtex5系列的FPGA具有丰富的硬件资源,便于实现数字信号处理功能,可以有效地实现大规模的FFT运算,能够实现实时的频域捕获。

  项目实施方案

  1.方案基本功能框图及描述

  该方案利用FFT,在频域完成接收信号与本地信号的循环相关运算,因此同时计算出所有码相位的相关值,估计接收信号的码相位延迟。

  具体过程如下:

  (1)中频信号采样后经过数字下变频,经过平均下采样,整合数据,匹配运算点数的要求。将匹配的数据交给FFT模块。其中I、Q两支路分别作为FFT的实部和虚部进行复数FFT运算。

  (2)在FFT单元中,对进来的数据做分段处理,分段的长度L就决定一次并行运算的长度,与捕获概率、捕获时间有很大的关系。

  (3)对本地产生的扩频码,同样进行平均下采样数据匹配后进行FFT运算,并取其复共轭。

  (4)把数据段和地址段的FFT结果相乘,然后进行IFFT运算。

  (5)对IFFT的结果取模值,存储结果。

  (6)对结果进行捕获判决,找出累加后一帧中最大点与设定的门限比较,如果高于门限值,进行一次捕获检验。

  (7)如果低于门限,调整NCO调整频率,重复上面的步骤

  

卫星导航系统基带伪码完整系统解决方案

 

  2.需要的开发平台

  所需开发平台为XUPV5-LX110T,因为用频域捕获算法需要大点数的FFT变换支持。

  3.方案实施过程中需要开发的模块

  本方案进行的频域捕获主要分为,顶层模块,下采样模块、FFT模块、PRN序列产生模块、复数乘法器模块、NCO模块、峰值判决模块、频率搜索模块。

  4.系统最终要达到的性能指标

  在SNR为-19dB的条件下,捕获伪码序列,码相位的估计结果在0.5个码片范围内,以满足后续跟踪模块的启动条件。

  四、需要的其它资源

  1.测试设备

  在方案实施过程中,需要Xilinx内嵌的逻辑分析仪;思博伦的导航卫星信号源;Simulink以及System generator。

  2.仿真、开发工具

  ISE集成平台,Matlab和simulink,System generator,Synplify Pro综合工具,以及仿真工具Modelsim。



关键词: 基带 FPGA

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