武汉泰达光电科技有限公司

　　      　 第一代GNSS(GPS+GLONASS）卫星导航开发验证平台GNP0204B

GNSS(GPSL1+GLONASSL1)卫星导航开发平台具有的优势如下：

1. 射频板与基带处理板相对独立，两个板子通过双排插针连接在一起，基带板为射频板提供电源和工作时钟，射频板输出AD采集的双路正交采样GNSS(GPS+GLONASS)中频数据给基带板，供后续处理。这样的结构方便扩展使用，在保证基带信号处理板资源足够的情况下，对于GNSS系统开发而言，更换不同的射频板，可方便扩展如GPS双天线（测姿）、GPS  L1，L2双频测量（载波相位差分）、GPS P码直捕等技术上的开发，对于其它卫星导航系统，如中国的北斗I代、II代导航系统，俄罗斯的GLONASS导航系统和欧洲的Galileo导航系统也可方便扩展。

2.　射频板采用分立器件搭建而成，虽然较采用GPS射频集成芯片结构上要复杂，但它相比集成方案所具有的优势如下：

◆  基带板不需要做任何改动即可兼容GPS射频芯片集成方案，对采用GPS射频集成方案的用户开发上提供便利。

◆  射频板对GNSS中频信号进行39MHz双路正交采样，采样率相比GPS等射频集成方案高的多，对码片精确控制及CA码伪距测量精度的提高提供了可能。

◆  大多数GPS射频集成芯片采样位数为2位（SIGN和MAG），由采样位数低造成的信噪比损失大约为2dB左右，本方案采用双路8位AD采样，由采样位数引起的信噪比损失可以忽略，相比集成射频方案，该方案可以额外提高2dB的性能，非常可观，该方案是高性能/高动态GPS接收机优选的方案。

◆  分立元件GPS射频方案对于学习型用户来讲无疑在开发上可以做到更加灵活，因为它可以灵活的配置GPS中频信号的采样率、GPS采样中频频率的输出，另外通过对本振频综的配置，开发上兼容中频采样方案和零中频正交采样方案，因此在同一个开发平台上对不同的采样体制都可以得到验证。

◆  分立元件GPS射频方案通过配置不同的本振频率和更换前端带通滤波器及后端的低通滤波器（滤波器参数重新计算和取值），可方便的接收GPS L2频点或其它频点信号，也可方便的接收如俄罗斯的GLONASS卫星信号和欧洲的Galileo卫星信号以及中国的北斗卫星信号等。

3. GNSS卫星导航接收机开发平台基带处理板上具有USB2.0高速传输接口，可对GPS中频数据进行实时采集并传输到计算机上（GLONASS因带宽较宽，基于USB2.0的中频数据采集不支持），利用计算机处理软件可对GPS中频数据进行分析和处理，为GPS接收机捕获和跟踪算法的验证及GPS软件接收机开发人员提供了非常便利的真实GPS中频数据来源条件，从而为算法的验证及软件接收机的开发极大的提高效率。

4. 我们提供完整的开发方案，包括

◆  GNSS卫星导航接收机硬件开发平台一套，包括GNSS有源天线，GNSS射频板，卫星导航接收机基带处理开发板，电源模块及接口线等（附带光盘资料）。

◆  卫星导航接收机开发平台开发方案设计说明文档一份

◆  卫星导航接收机开发平台电路设计原理图及说明文档一份

◆  基带处理源代码（FPGA源代码）及说明文档一份

◆  DSP源代码与说明文档一份

◆  DSP与上位机软件串口通信协议说明文档一份

◆  GNSS卫星导航接收机开发平台使用说明书文档一份

◆  基于导航开发平台的USB2.0接口GPS中频数据实时采集完整解决方案开发资料一份

  其中光盘提供卫星导航接收机全套开发资料内容如下图所示

　　完整的GNSS(GPS+GLONASS)卫星导航接收机开发方案，让您从熟悉导航开发平台的过程当中可以快速的投入到导航接收机开发的角色中来，我们相应给您提供的技术上的支持，可以让您少走一些弯路，从而节省整体开发周期和开发费用。

　这套开发方案非常适合于导航、通信、雷达/信号处理、微电子学、测控通信及测绘类研究生学习和开发之用，适合于导航、通信类实验室实验平台的低成本配置，相信从中不仅可以学到卫星导航接收机的原理、接收机开发的整个过程及设计，而且对于接收机的一些关键技术可以得到相应的积累，从而为您相关的项目上的开发提供技术上的支持。

　　                       第一部分 技术指标说明

1主要技术性能指标

1.1接收机

u 频率：1575.42±1.5MHz

      1602.0 ±10.0MHz

u 灵敏度：GNSS≥ -130dBm

u  通道数：GPS：12  

          GLONASS：6

u  定位精度：（相对于秒脉冲时刻）

  1） GNSS定位精度见表1

表1：GNSS定位精度

注： 秒脉冲：宽度≥1ms的TTL正脉冲、前沿与UTC同步

u      授时精度：GNSS <100ns                 (1σ)

u      初始定位时间：GNSS初始定位时间见表2

表2：GNSS初始定位时间

u      动态性能：见表3

表3：GNSS接收机动态性能

u      数据更新率：1Hz

u      数据I/O：

       2个232电平异步串口

    1）串口缺省波特率为115200bps

    2）数据传输格式：NMEA0183格式，自定义二进制格式

        1个USB2.0高速传输接口

u      工作电压：5V±0.2V

u      工作电流： <=400mA（全温度范围）

1.2 有源天线

u      类型：GNSS有源天线

u      射频插座：SMA

u      工作电压：5V±0.2V

u      工作电流： <=50mA（全温度范围）

u      放大系数：≥36dB

u      噪声系数：≤2.5dB

u    工作频率：1575.42±1.5MHz

                1602.0 ±10.0MHz

1.3 整机功耗

GNSS卫星导航接收机开发平台整机功耗 <=2.5 W

2功能

2.1 卫星接收天线

卫星接收天线接收GNSS (GPS+GLONASS)卫星信号，将GNSS卫星信号输入到GNSS射频板。

2.2 GNSS射频板

接受GPS L1+GLONASS L1信号输入，板上完成频段带通滤波，低噪声放大，频综产生，模拟下变频至IQ正交两路输出，最后通过双通道8位AD采样输出数字中频信号，提供给GNSS卫星导航接收机基带开发平台。

2.3 GPS卫星导航接收机基带开发平台

1）模式设置输入功能

接收机可通过RS232接口，设置初始位置、北京时间等初始化信息，设置工作状态、控制数据输出等。

2）调试信息输出功能

通过串口输出UTC/北京时间，定位结果，速度，钟差，各颗卫星的载波相位平滑伪距，多谱勒频率，卫星高度角、方位角和信噪比等到监控界面上，输出星历，历书等形成文件。界面图形化显示卫星顶视分布图、信噪比、接收机运动轨迹、通道相关峰实时监测曲线、载波环和码环环路误差监测曲线等。

3）定位功能

定位模式可通过软件命令请求，输出参考坐标系：WGS－84。

4）非易失存储功能

具有非易失存储器，用于保存接收机中间运行结果如导航电文等信息。

5）预测功能

DSP软件和上位机软件分别具有可见星预测功能，上位机软件提供丰富的可见星预测表格和图形化曲线信息输出。

　　                第二部分  GNSS卫星导航接收机

　　                         开发平台原理及组成

1开发平台总体方案介绍

  GNSS卫星导航接收机开发平台是基于通用型导航与通信DSP/FPGA开发平台，拥有完全自主知识产权，集扩频通信与解扩、导航、信号处理及相关软件算法为一体，且所有代码全面开源，成功地解决了用户在系统集成、二次软件开发中的实际问题。

  GNSS卫星导航接收机开发平台组成主要包括：天线单元、GNSS射频单元和GNSS卫星导航接收机基带开发平台组成，其中GNSS射频单元主要完成GPS L1和GLONASS L1频点的带通滤波，低噪声放大，频综产生，模拟混频和双路AD正交采样等功能，基带开发平台主要由DSP和FPGA构成，其中FPGA主要完成卫星导航的基带处理，而DSP主要完成可见卫星的预测，载波环和码环的环路控制以及后续的导航定位解算等功能，如图2-1所示

                                                            图2-1 GPS卫星导航接收机开发平台系统组成框图

GNSS有源接收天线接收GNSS卫星信号并输入到开发平台的射频板上，射频通道采用分立元件完成所需转换。

　　在GNSS射频通道中，频综模块SI4133通过FPGA的SPI接口配置产生1575MHz和1602MHz本振信号，与从天线进来的GNSS信号经带通滤波和低噪声放大后一起进入AD8347进行混频，经四阶elliptic低通滤波之后，输出近似零中频IQ正交两路基带信号，做为AD采样的模拟输入信号。

  GNSS卫星导航接收机基带信号处理单元由一片Altera的FPGA -EP2C70F672完成，环路跟踪与定位解算单元由一片TI的DSP-TMS320C6713完成，DSP和FPGA两者配合共同完成卫星导航接收机开发平台的基带信号处理、环路跟踪、定位解算和授时等功能。其中FPGA中的基带信号处理主要包括载波NCO产生、码NCO产生、复相位旋转数字下变频、本地扩频码产生、相关器、时基信号产生、观测数据TIC时刻测量、帧同步信号产生和帧数据解调等，另外FPGA完成两路串口收发、USB接口总线访问、射频频综SPI接口配置、FPGA与DSP总线接口通讯等功能。

  DSP主要完成GPS可见星的预测，多谱勒预测，各通道的初始化，各通道超前、即时和滞后相关值的读取和存储，载波跟踪环和码跟踪环的环路控制，TIC时刻观测数据的读取，载波相位辅助伪距平滑处理，跟踪多谱勒kalman滤波处理，帧数据的读取和导航电文解析、卫星星历和历书的实时存储，定位解算和速度求解、授时环路控制和串口协议的组帧和解帧等功能。

2 开发平台各功能模块实现介绍

2.1 天线单元

　全套方案提供GNSS（GPS＋GLONASS）航空型天线，天线通过SMA接头与射频板相连。

　　                                                                                   图2-2 　航空型天线

2.2 GNSS射频单元

GNSS射频单元实现如图2-3所示

                                              　                                          图2-3 GNSS射频单元

◆ 接收信号：GPS L1 GLONASS L1频段（通过修改射频参数可兼容其它卫星导航系统频段）

◆ 接收频率范围：1575.42±1.5MHz , 1602±10MHz

◆ 本振频率：1575.000 000MHz，1602.000 000MHz（可通过SPI接口修改本振频率）

◆ 中频信号输出载波频率：GPS通道为0.42MHz(近似零中频，参数可通过修改本振频点来改变)

◆ 中频信号样式： 双路复正交信号

◆AD采样频率：默认39MHz（采样频率由基带处理板供给，可修改）

◆ 天线接口：MCX（5V馈电输出，最大供应电流100mA）

◆ 供电：5V外部供电，工作电流150mA

2.3  GNSS卫星导航接收机基带处理单元

GNSS卫星导航接收机基带处理单元如图2-4所示

                                                                    图2-4 GNSS卫星导航接收机基带处理单元

基带处理板硬件资源配置如下：

◆   采用TI公司的高速浮点型处理器TMS320C6713B    主频300MHz，达

    2400MIPS，具有强大的通用信号处理能力；

◆   ALTERA CycloneII EP2C70F672C8芯片，350万门，门数资源非常丰富，可满足目前绝大多数的信号处理硬件编程和控制能力；

◆   ALTERA MAXII EPM570T144芯片，可用于板上DSP和FPGA程序代码在线升级；

◆   1片×64Mb 16位总线FLASH芯片，用于存储DSP运行代码和大量用户非易失性数据；

◆   1片×128Mb 32位总线SDRAM，扩展DSP外部存储器资源；

◆   1片×64/128/256kb EEPROM，用于存储用户非易失性数据；

◆   2片×2/4/8Mb 16位总线SRAM，扩展FPGA外部存储器资源，可做为数据采集乒乓存储使用；

◆   1个实时时钟模块（RTC），保存实时时间信息，掉电不丢失；

◆   6个用户指示灯；

◆   1个用户多功能指示彩灯；

◆   1个系统复位按键；

◆   1个配置拨码开关；

2.4  GNSS卫星导航接收机开发平台

由GNSS射频单元和GNSS卫星导航接收机基带处理单元组成完整的GNSS卫星导航接收机开发平台，如图2-5所示

                                                              图2-5 GNSS卫星导航接收机开发平台

2.5　上位机监控软件

 上位机监控软件界面如图2-6所示

　　                                     图2-6上位机监控软件

2.6  CCS软件调试信息观测

   通过CCS DSP调试软件可以观测接收机内部的变量及调试信息，如下图所示

　　  这是对应GPS卫星信号相关解扩后的相关值，即对应原始的二进制导航电文信息。