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衛星導航系統基帶偽碼完整系統解決方案

發布時間:2015-12-4 11:16    發布者:designapp
關鍵詞: 基帶 , FPGA
  項目背景及可行性分析
  1.項目名稱、項目的主要內容及目前的進展情況
  項目名稱:衛星導航系統基帶偽碼的頻域快捕獲;
  項目的主要內容:利用FPGA設計實現GNSS信號的頻域快速捕獲算法。
  目前的進展情況:擁有成熟的算法結構和仿真測試結果,開始著手相關模塊的實現。
  2.項目關鍵技術及創新點的論述
  創新點(1):基于FFT,在頻域計算偽碼 序列的循環相關值。在每一個多普勒頻移,對所有碼延遲同時計算出相關結果。和傳統的直接計算本地與接收信號相關值的方法相比,運算時間短。對C/A碼來 說,只需接收到一個偽碼周期(1ms)的信號,就可估計出碼相位;傳統的串行相關,每次最多移動半個碼片,完成一次相關運算,搜索整個碼周期需要最少移動 2046次。
  創新點(2):FFT運算要求滿足所用數據的個數為2的整數次冪,一般情況下A/D不能滿足在一個碼周期內采樣點數符合2的整數次冪。本項目通過一種平均下采樣技術,來完成數據的匹配。
  創新點(3):采樣數據為一個碼周期時,通過處理單邊帶數據的辦法可以減少一半的運算量。雖然通過IFFT后只能找到前一半的點,但這些點包含了幾乎全部信息。
  關鍵技術(1):FFT的實現
  關鍵技術(2):平均下采樣完成數據匹配
  3.技術成熟性和可靠性論述
  目前通過MATLAB在通用PC機上完成該算法,證明該算法不僅可以有效地捕獲到衛星導航信號,而且速度較傳統的方法相比有很大提高,在一定程度上降低計算的工作量和復雜度。
  下圖為實際衛星捕獲結果示意圖:
  


  為了能夠實現算法在FPGA平臺的順利移植,利用System Generator在Simulink下的進行了部分硬件協同仿真工作。開發板為合眾達公司的seed-fem025,FPGA芯片為Virtex-4 SX25。由于整套系統硬件協同仿真所需的硬件資源不足,所以硬件協同仿真分模塊進行。
  軟件仿真的結果如下圖:
  


  團隊成員均有比較扎實的數字電路基礎知識和FPGA設計功底,以及信號處理方面的專業知識,完全有能力保證該項目的順利實施,最終完成項目。同時團隊成員 依托于哈爾濱工業大學通信技術研究所衛星導航技實驗室,利用實驗室的各種硬件資源,作為項目的物質保證;通信技術研究所早在10年以前就開始了對衛星導航 技術的研究,積累了大量成熟的技術。
  另外Virtex5系列的FPGA具有豐富的硬件資源,便于實現數字信號處理功能,可以有效地實現大規模的FFT運算,能夠實現實時的頻域捕獲。
  項目實施方案
  1.方案基本功能框圖及描述
  該方案利用FFT,在頻域完成接收信號與本地信號的循環相關運算,因此同時計算出所有碼相位的相關值,估計接收信號的碼相位延遲。
  具體過程如下:
  (1)中頻信號采樣后經過數字下變頻,經過平均下采樣,整合數據,匹配運算點數的要求。將匹配的數據交給FFT模塊。其中I、Q兩支路分別作為FFT的實部和虛部進行復數FFT運算。
  (2)在FFT單元中,對進來的數據做分段處理,分段的長度L就決定一次并行運算的長度,與捕獲概率、捕獲時間有很大的關系。
  (3)對本地產生的擴頻碼,同樣進行平均下采樣數據匹配后進行FFT運算,并取其復共軛。
  (4)把數據段和地址段的FFT結果相乘,然后進行IFFT運算。
  (5)對IFFT的結果取模值,存儲結果。
  (6)對結果進行捕獲判決,找出累加后一幀中最大點與設定的門限比較,如果高于門限值,進行一次捕獲檢驗。
  (7)如果低于門限,調整NCO調整頻率,重復上面的步驟
  


  2.需要的開發平臺
  所需開發平臺為XUPV5-LX110T,因為用頻域捕獲算法需要大點數的FFT變換支持。
  3.方案實施過程中需要開發的模塊
  本方案進行的頻域捕獲主要分為,頂層模塊,下采樣模塊、FFT模塊、PRN序列產生模塊、復數乘法器模塊、NCO模塊、峰值判決模塊、頻率搜索模塊。
  4.系統最終要達到的性能指標
  在SNR為-19dB的條件下,捕獲偽碼序列,碼相位的估計結果在0.5個碼片范圍內,以滿足后續跟蹤模塊的啟動條件。
  四、需要的其它資源
  1.測試設備
  在方案實施過程中,需要Xilinx內嵌的邏輯分析儀;思博倫的導航衛星信號源;Simulink以及System generator。
  2.仿真、開發工具
  ISE集成平臺,Matlab和simulink,System generator,Synplify Pro綜合工具,以及仿真工具Modelsim。
                               
                                                               
                               
               
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