论文基于fpga技术的gps卫星数字中频信号模拟器设计 a digital gps signal simulator based on fpga technology

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1、万方数据Dec．2007航天控制V。1．25，N。．6AerospaceC。ntr。l、·75·基于FPGA技术的GPS卫星数字中频信号模拟器设计石阳刘光斌第二炮兵工程学院，西安710025摘要高精度的卫星信号模拟器是高动态GPs卫星信号接收机设计的重要辅助工具。本文在对GPs仿真技术理论分析的基础上，提出了一种基于FPGA技术的硬件设计方案，与通常的设计方法相比，这种GPs卫星信号模拟器具有逼真性、可编程性强、易于使用的特点，为GPS接收机的设计提供了必要的支持。关键词GPS；FPGA；模拟器中图分类号：TP273+2文献标识码：A文章编号：1006-3242(2007)06_0075．03

2、ADigitalGPSSignalSimulatorBasedonFPGATechnologyShiYangLiuGuangbinTheSecondArtilleryEn舀neeringC01lege，Xi’an710025，ChinaAbstractAn口ccM，。口￡eGPSs喀noZsi，nMf口￡Drcon6eMsedin￡esfonde口口Z“o￡io凡Q厂od"口ncedGPSsignoZ，_e-ce曲erc据s增ns．觑琥如p印er，60sedDnFPGA￡ec^nD正吼gy，od喀itnfGPSs培nofsi，n“fo￡Dr如打r妒如，扎en￡ed．Co，r妒口redfDco删

3、en￡iDn口fGPSs增凡nZsirn“Z口fDr，f^括si，n“f口￡Drisprogr口，n，nn6如，e口sy—fD-“se，口nd秽er括i-mi如￡Mdinous，∞^如^conpr0秽f如5w)pon幻d即函儿旷GPSrece如e瑚．KeywordsGPS；FPGA；Sf，n¨Z口tor近年来GPS¨。技术成长迅速，高动态GPS卫星接收机的研发受到世界各国的普遍重视，各国都在高性能GPS机的研发上投入大量的资金和人力，随着研究的进一步深入，GPS仿真技术已经越来越多地应用到高动态GPS接收机的研发和复杂环境下的仪器测试中，GPs卫星信号仿真技术和卫星信号模拟器的研发越来越多地受

4、到人们的关注。此外，随着计算机和电子技术的发展，计算机芯片和电子元器件的数字信号处理能力大大增强，这也从另一方面极大推动了GPS卫星信号仿真技术的发展。1国内外发展现状GPs卫星信号生成器也称为GPs卫星信号模拟器，用于为设计阶段的GPs接收机提供仿真环境和复杂环境下GPS接收仪器的测试。常见的GPS卫星信号模拟器产生的是射频信号，以广播的形式向外围空间发射。Corbell于2002年开发了基于真实卫星位置和用户轨道的模拟器，其中主要考虑了GPS接收机的误差对精度的影响。Bums于2002年发表了GPs卫星信号模拟方法一文，其中￡1波段卫星信号模拟收稿日期：2007旬4-26作者简介：石阳(1

5、983一)，男，湖北孝感人，硕士研究生，研究方向为GPs导航与仿真；刘光斌(1963一)，男，四川射洪人，教授，博士生导师，研究方向为导航、制导与控制。万方数据·76·航天控制2007年包括c／A码、导航电文、大气层噪声、射频干扰，以上成品优缺点都很鲜明，优点是信号逼真性好，缺点是计算量大、实时性差。2。。国外GPS卫星信号模拟方面研究起步较早，已有比较完整的模拟软件和工业成品。相比之下，我国这方面研究起步较晚，国内自主知识产权的产品研发方面还比较薄弱，目前国内只有北京航空航天大学和航天某研究所在从事相关方面的研究，纵观国内相关产品，基本都处于初级阶段，产品以航天某研究所的基于录播形式的GPs

6、卫星信号模拟器和北京航空航天大学的以计算机主机为依托的GPS卫星信号模拟器为代表。2设计方案整个系统采用DsP+FPGA的设计方案，硬件设计方案原理框图如图1所示：图1硬件设计方案原理框图射频输出信号处理板采用FPGA+DSP方式。根据实际测试需要，将生成的各种数字中频信号所需的星历等文件存储在存储器中。采用一块主板将其它各板连接为一体，由DSP部分和FPGA部分共同完成信号处理功能，并输出中频模拟信号，经射频模块上变频后，输出射频信号。该方案可以用于生成较为精确的卫星仿真信号，对于需要承载的大量计算，复杂运算由专用DSP芯片来完成，简单并且大规模重复的加、乘运算等由FPGA芯片来完成，经这样

7、分配后，得到的信号精度高，实时性好。整个系统信号处理部分的流程图如图2所示：读入仿真参●数，接收机读取星历文件加入误差信号运动轨迹等』l／＼为每颗可星计箅噪声并、确认参数，>产生导航电文量化信号＼／l读取接收机经射频电路轨迹文件、生成混合信号向空间发射产生C／A码图2系统信号处理流程框图3硬件设计3．1GPS信号构成GPS卫星分3个波段发送导航信息，其中￡1和￡2波段为导航信息。每一个波段上的信号