GPS自适应调零天线信号处理系统硬件设计
摘要 针对GPS抗干扰问题,常用手段是在信号处理系统中采用自适应调零算法来实现抗干扰。结合该算法文中给出了一种信号处理系统的硬件实现方案。首先概述GPS自适应调零天线的系统结构,然后给出信号处理系统的硬件设计思路及其功能模块的实现,最后通过实测数据验证硬件模块可以满足自适应调零算法的要求。关键词 自适应调零天线;硬件设计;信号处理系统;FPGA GPS即全球定位系统(Global Positioning System),是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统,该系统可实现导航、定位、授时等功能。但GPS信号比较容易受敌方干扰,与之类似,未来我国的北斗二代卫星导航系统也会遇到同样的问题,现在研究GPS抗干扰系统对我国自身的卫星导航技术发展具有重要的应用价值。针对项目需求和背景,结合抗干扰调零算法,先给出了数字调零天线的系统结构图,然后详细说明了信号处理系统及各个模块的功能与选型,最后通过测试数据验证了信号处理系统的硬件设计满足项目要求。
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GPS抗干扰系统如采用数字调零天线,按信号输出形式分为射频输出和中频输出两种设计方案。由于当前大量投入使用的普通GPS卫星接收机未到淘汰年限,并且没有抗干扰功能。如果采用射频输出的抗干扰调零天线方案,可以在保持原有接收机结构条件下,仅替换射频端就可以实现接收机的抗干扰功能,具有较高的经济效益;而最新开发的GPS接收机多采用数字调零中频输出方案,这种方案结构简单,实现难度低,质量稳定可靠。文中GPS抗干扰系统采用数字调零天线射频输出的方案,而中频输出方案则可通过修改射频输出方案来实现。 GPS数字调零天线主要包括射频模块和信号处理模块。射频模块负责信号的放大和频率转换以及接口一致性,其中在射频通道中包括上变频射频通道和下变频射频通道,下变频部分是把输入的L1频率信号变频到14 MHz中频,而上变频部分是把中频信号变频到L1频率上去;信号处理模块负责实现抗干扰调零算法及数据传输。1 信号处理系统硬件设计与实现 在信号处理系统硬件设计之前,需要明确信号处理系统的数据流向,首先由7路中频模拟信号进入信号处理系统,通过采样把模拟信号转换成数字信号,然后经过下变频芯片把中频信号变为基带信号,电平转换后送给FPGA实现抗干扰调零算法,最后由FPGA发出信号经过电平转换和上变频,通过数模转换变成中频模拟信号送给射频模块。
1.1 信号处理器系统 信号处理器是信号处理系统中最重要的芯片,针对抗干扰调零算法运算量大,并要求输入数据同步的特点,一般有两种主流解决方案:(1)使用多片通用可编程DSP作为信号处理芯片。(2)使用高性能FPGA作为信号处理芯片。通用多片DSP处理器的优势在于软件容易修改且算法容易实现,而其硬件本身则没有太大的灵活性。多片DSP同时处理数据,对整个系统的稳定性提出了更高的要求,到达信号处理器的7路信号,每一路都有16位数据和1位时钟,对于如此多的管脚要求,显然DSP很难与之无缝连接。如果使用FPGA方案,由于FPGA有丰富的通用I/O管脚,很容易做到无缝连接,并且在FPGA中使用状态机可以实现7路数据同步,满足算法对数据同步的要求,高性能的FPGA是在原有的高密度逻辑宏单元基础上嵌入了许多专用DSP硬件模块,又满足了算法对计算量的要求。
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