GPS卫星导航接收机

　　　　 开发验证平台 GNP-0204A

GPS卫星导航接收机开发验证平台是一款面向国内各大高校，研究所等适合于导航、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的导航、通信类实验室实验平台的低成本配置。

主要用途：

Ø提供完整的GPS卫星导航接收机开发方案和完全开放的软件代码，具有二次开发功能

Ø提供研究所、高校类研究生学习，研究GPS卫星导航接收机原理和导航算法的实验验证平台

Ø实验平台具有射频参数可修改功能，通过简单修改，可以扩展到其它导航频段

Ø实验平台可做为通用的通信信号处理平台，软件无线电实验平台使用

提供全套设计方案，包含：

ØGPS航空型天线，GPS射频板GNRF0302，卫星导航基带处理板，及DSP和FPGA配套开发仿真器，开关电源和接口线等

Ø提供射频板和基带板硬件原理图和测试程序

Ø提供GPS接收机DSP源代码，FPGA码代码及上位机软件源代码以及相应说明文档，源程序可完成进行二次开发

Ø提供GPS卫星导航接收机开发方案文档

主要技术性能指标:

Ø频率:1575.42+/-1.5MHz 灵敏度： GPS >=130dBm 通道数： GPS： 12 (可扩展)

Ø定位精度：(相对于秒脉冲时刻)

表1：GPS定位精度
参数		GPS
位置	水平1σ	7.5m
位置	高程1σ	10m
速度	水平1σ	0.1m/s
速度	高程1σ	0.15m/s
时间	秒脉冲	100ns

Ø初始定位时间：

表2：GPS初始定位时间
参数	冷启动	热启动	重捕
时间（s）	80	40	1

Ø动态性能：

表3：GPS接收机动态性能
速度	加速度	高度
2400m/s	16g	不限

Ø数据更新率：1HZ

我们提供完整的开发方案，包括

GPS卫星导航接收机硬件开发平台一套，包括GPS有源天线，GPS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
GPS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GPS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习到导航接收机的原理、接收机开发的整个过程及设计，而且对于接收机的关键技术可以得到很多的积累，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

参数		GPS	GLONASS	GNSS
位置	水平1	7.5	15m	10m
位置	高程1	10m	20m	15m
速度	水平1	0.1m/s	0.1m/s	0.1m/s
速度	高程1	0.15m/s	0.15m/s	0.15m/s
时间		100ns	100ns	100ns

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

参数	冷启动	热启动	重捕
时间（s）	80	40	1

u 动态性能：见表3

表3：GNSS接收机动态性能

速度	加速度	高度
2400m/s	16g	不限

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

GPS有源接收天线接收GPS卫星信号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GPS射频通道中，频综模块SI4133通过FPGA的SPI接口配置产生1575MHz本振信号，与从天线进来的GPS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采集的模拟输入信号。

GPS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GPS扩频码产生、相关器、时基信号产生、观测数据TIC时刻测量、GPS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，GPS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，GPS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，GPS定位解算和速度求解、GPS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。

2.2 GPS射频单元

GPS射频单元实现如图2-2所示

　图2-2 GPS射频单元

2.3 GPS卫星导航接收机基带处理单元

GPS卫星导航接收机基带处理单元如图2-3所示

图2-3 GPS卫星导航接收机基带处理单元

2.4 GPS卫星导航接收机开发平台

　由GPS射频单元和GPS卫星导航接收机基带处理单元组成完整的GPS卫星导航接收机开发平台，如图2-4所示

图2-4 GPS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2-5所示

图2-5 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。

泰达光电