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基子DSP的高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)討論
摘要：在高動(dòng)態(tài)條件下，結(jié)合GEC公司的十二通道相關(guān)器GP2021，討論了CPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研制高動(dòng)態(tài)CPS接收機(jī)所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)，以及DSP在接收機(jī)中的功能。關(guān)鍵詞：高動(dòng)態(tài) GPS DSP
GPS是美國(guó)建立的高精度全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，在陸地、海洋、航空和航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。而高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)則可應(yīng)用于導(dǎo)彈、衛(wèi)星、飛機(jī)導(dǎo)航等許多場(chǎng)合，但由于高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)涉及軍工等敏感領(lǐng)域，故國(guó)外的相關(guān)技術(shù)或產(chǎn)品對(duì)我國(guó)是封鎖的，有關(guān)高動(dòng)態(tài)的核心解決技術(shù)在各種文獻(xiàn)中也見之甚少，相關(guān)技術(shù)必須自主開發(fā)。
GPS接收機(jī)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性能、定位精度以及功能的豐富性與其所選用的CPU性能有很大關(guān)系。具有較大動(dòng)態(tài)范圍的接收機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)算量大、刷新速度高，對(duì)微處理器提出了更高的要求，即接收機(jī)應(yīng)具有較高的數(shù)字信號(hào)處理能力。DSP芯片具有適合于數(shù)字信號(hào)處理的軟件和硬件資源，它運(yùn)算速度快、接口方便、編程方便、穩(wěn)定性好、精度高、集成方便，可用于復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法。因此筆者的GPS接收機(jī)使用DSP芯片作為中央處理器。在此基礎(chǔ)上，采用一系列的算法，如利用接收機(jī)原始的偽距和偽距變化率進(jìn)行GPS／INS組合算法和抗多徑算法及設(shè)計(jì)新的載波跟蹤環(huán)路等，提高接收機(jī)的抗干擾和動(dòng)態(tài)性能及定位精度。
1 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
采用相關(guān)接收技術(shù)的GPS接收機(jī)一般可以分為三個(gè)功能模塊：射頻前端模塊，信號(hào)處理模塊和應(yīng)用處理模塊，如圖1所示。高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)組成與其類似，關(guān)鍵在于信號(hào)處理模塊具有快速捕獲功能和較大的捕獲、跟蹤帶寬。
信號(hào)處理模塊的主要功能是對(duì)信號(hào)進(jìn)行捕獲、跟蹤、解擴(kuò)、解調(diào)等，提取觀測(cè)量和導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)。GPS擴(kuò)頻信號(hào)的解擴(kuò)一般通過相關(guān)接收技術(shù)完成，信號(hào)處理模塊的核心就是相關(guān)器。多通道接收機(jī)一般采用多通道相關(guān)器實(shí)時(shí)地跟蹤4顆或4顆以上的衛(wèi)星信號(hào)。
以GP2010、GP2021芯片組作為接收前端和相關(guān)器，GP2021由時(shí)基產(chǎn)生電路、地址譯碼器、狀態(tài)寄存器及12通道獨(dú)立跟蹤模塊等組成。其中每一獨(dú)立跟蹤模塊包含載波DCO、碼DCO、相關(guān)器和相應(yīng)的載波整周計(jì)數(shù)器、碼相位和歷元計(jì)數(shù)器等。 相關(guān)器還提供了一個(gè)5．714MHz時(shí)鐘給GP2010，對(duì)GP2010的4．309MHz信號(hào)進(jìn)行欠采樣，得到1．405MHz的中頻數(shù)字信號(hào)。GP2010輸出中心頻率為1．405MHz的中頻信號(hào)給GP2021。GPS接收機(jī)前端和相關(guān)器如圖2所示。
根據(jù)DSP芯片運(yùn)算速度、價(jià)格、軟硬件資源、運(yùn)算精度、開發(fā)工具、功耗等因素，以TI公司的32位DSP芯片TMS320VC33作為中央處理器進(jìn)行GPS信號(hào)處理和定位求解。其運(yùn)算速度為75MIPS，單指令周期為13ns，內(nèi)置1．1Mbit RAM，由0．18μm CMOS工藝制造。
DSP功能包括信號(hào)收集處理、GP2021硬件控制、相位跟蹤和導(dǎo)航數(shù)據(jù)解調(diào)環(huán)路、GPS導(dǎo)航電文提取、電文推算、導(dǎo)航定位求解等[1](見圖3)。
信號(hào)收集處理主要完成從相關(guān)器輸入正交、同相超前和滯后通道的相關(guān)積分值，根據(jù)這些積分值實(shí)現(xiàn)碼環(huán)、載波環(huán)捕獲和跟蹤過程中的判決和濾波等功能[2]。
GP2021硬件控制主要完成碼環(huán)、載波環(huán)路的閉合控制過程。根據(jù)相位跟蹤環(huán)路和碼環(huán)、載波環(huán)路輸出的控制量動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)GP2021的碼DCO和載波DCO中的值，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)解調(diào)。
[1] [2] [3] [4]
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