本發(fā)明專利技術公開了一種ＧＰＳ中頻信號采樣器，屬于ＧＰＳ數(shù)據(jù)采集領域，包括：射頻前端模塊、ＦＰＧＡ模塊、ＵＳＢ接口芯片、ＵＳＢ接口及電源模塊，其中：射頻前端模塊與ＦＰＧＡ模塊雙向相連，ＦＰＧＡ模塊輸出端連接ＵＳＢ接口芯片輸入端，ＵＳＢ接口芯片連接ＵＳＢ接口，電源模塊分別給射頻前端模塊及ＦＰＧＡ模塊、ＵＳＢ接口芯片和ＵＳＢ接口供電。本發(fā)明專利技術采用射頻前端模塊接收衛(wèi)星信號并對信號進行放大、濾波、下變頻和模數(shù)轉換后輸出到ＦＰＧＡ模塊，ＦＰＧＡ模塊將信號進行串并轉換后送入緩沖，最后根據(jù)ＵＳＢ接口芯片的控制將緩沖數(shù)據(jù)送入ＵＳＢ端口的ＦＩＦＯ中供ＰＣ機處理。本發(fā)明專利技術體積小、成本低、使用方便。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及一種GPS中頻信號采樣器，屬于GPS數(shù)據(jù)采集領域。
技術介紹
國際上關于GPS軟件接收機的研究已經(jīng)開展了十幾年的時間，但我國在此方面的研究才 剛剛起步，技術上與先進國家存在較大差距。然而在軍事領域，美國及其盟軍在導彈、航空 飛行器方面正逐步用GPS為主的導航制導技術取代常規(guī)的純慣性、地形匹配和數(shù)字影像匹配 等方法，在海灣戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭中發(fā)揮了巨大的威力，但這些高動態(tài)、高靈敏度的GPS接 收機外方對我國實行了嚴格的禁運政策。因此，必須研制具有自主知識產權的高性能GPS接 收機。在傳統(tǒng)的GPS接收機中，信號捕獲的算法全部在ASIC芯片內部實現(xiàn)，用戶很難改變相應 的參數(shù)或更換新的算法，而軟件接收機設計方法將專用ASIC芯片實現(xiàn)的信號處理功能改為通 用芯片依靠軟件實現(xiàn)，這為接收機數(shù)字信號處理算法的實現(xiàn)帶來了極大的靈活性，是未來接 收機設計技術的發(fā)展方向。通過軟件進行信號處理的方法能夠避免硬件接收機中與溫度或時 間相關的部件造成的非線性問題，并能大幅度的降低產品前期開發(fā)成本，并能同時兼容包括 GPS、北斗導航系統(tǒng)、俄羅斯GLONASS導航系統(tǒng)和歐洲的伽利略導航系統(tǒng)等。嵌入式GPS軟件接收機將傳統(tǒng)接收機中靠專用芯片實現(xiàn)的信號處理功能改用軟件來實 現(xiàn)，使得只要通過更換一套軟件就可以接收到新的衛(wèi)星信號或實現(xiàn)接收機的性能升級。軟件 接收機數(shù)字信號處理的特點使得其在微弱信號處理和多信號兼容等方面具有極大的優(yōu)勢。GPS中頻信號采樣器是開發(fā)軟件接收機必備的儀器。目前世界上一些國家的科研機構已經(jīng)開發(fā)出 了適合于軟件接收機開發(fā)的中頻信號采樣器，但是這些產品都價格昂貴且內部結構不公開， 使得開發(fā)自主知識產權的軟件接收機受到很大的限制。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術為了解決開發(fā)軟件接收機必需的GPS數(shù)據(jù)問題，打破世界上一些先進國家在GPS 軟件接收機的壟斷地位而提出一種GPS中頻信號采樣器。本專利技術的GPS中頻信號采樣器，其結構包括射頻前端模塊、FPGA模塊、USB接口芯片、 USB接口及電源模塊，其中射頻前端模塊與FPGA模塊雙向相連，F(xiàn)PGA模塊輸出端連接USB 接口芯片輸入端，USB接口芯片連接USB接口，電源模塊分別給射頻前端模塊及FPGA模塊、 USB接口芯片和USB接口供電。本專利技術能廣泛應用于嵌入式軟件接收機的研究和開發(fā)，為研發(fā)具有自主知識產權的軟件 接收機提供GPS數(shù)據(jù)，能大幅度降低產品前期開發(fā)成本，并能同時兼容包括GPS、北斗導航 系統(tǒng)、俄羅斯GLONASS導航系統(tǒng)和歐洲的伽利略導航系統(tǒng)等，總體來說具有如下特點1、體 積小，重量輕體積約為20*15*5. 5立方厘米，重約500克；2、價格低本專利技術的定位裝置 約為10000—20000元，遠低于現(xiàn)有的各種定位裝置價格；3、使用方便使用人員在地物上 站立幾秒即可完成對該點的GPS數(shù)據(jù)采集。附圖說明圖1是本專利技術的硬件結構示意圖。圖2是本專利技術中射頻前端模塊與FPGA模塊的接口示意圖。 圖3是本專利技術中FPGA模塊的接口信號控制時序圖。圖4是本專利技術中USB接口芯片與FPGA模塊的接口示意圖。 具體實施例方式如圖1所示，本專利技術基于射頻前端、FPGA和USB的GPS中頻數(shù)據(jù)采集技術的GPS中頻信 號采樣器，其結構包括射頻前端模塊、FPGA模塊、USB接口芯片、USB接口及電源模塊， 其中射頻前端模塊與FPGA模塊雙向相連，F(xiàn)PGA模塊輸出端連接USB接口芯片輸入端，USB 接口芯片連接USB接口，電源模塊分別給射頻前端模塊及FPGA模塊、USB接口芯片和USB接 口供電；所述FPGA模塊包括串并轉換模塊、控制模塊和數(shù)據(jù)緩沖模塊，其中串并轉換模塊 與射頻前端模塊雙向相連，串并轉換模塊輸出端連接數(shù)據(jù)緩沖模塊輸入端，控制模塊和數(shù)據(jù) 緩沖模塊的輸出端均連接USB接口芯片的輸入端。本專利技術的工作流程為射頻前端模塊接收 衛(wèi)星信號并對信號進行放大、濾波、下變頻和模數(shù)轉換后輸出數(shù)字信號到FPGA模塊，F(xiàn)PGA 將信號由2位串行轉換成16位的并行數(shù)據(jù)并送入緩沖，同時控制USB接口芯片工作，將該并 行數(shù)據(jù)傳送到USB接口芯片的端點FIFO中，PC機的上位機程序完成對端點FIFO中數(shù)據(jù)的接 收和存儲。本專利技術中射頻前端模塊采用GP2015芯片，包括7路信號引腳，分別為PRESET、 LD、 SIGN、 MAG、 OPCLK-、 OPCLK+和CLK; FPGA模塊采用Altera公司Cyclone系列的FPGA芯片EP3C25 和EP1C6T，實現(xiàn)與射頻前端模塊和USB之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，其中EP3C25作為串并轉換芯 片，EP1C6T為從屬芯片，主要負責接口的擴展和數(shù)據(jù)的緩存，EP3C25和EP1C6T采用16位總 線進行連接，包括8位數(shù)據(jù)總線和8位控制總線。如圖2所示，是射頻前端模塊與FPGA模塊 的接口示意圖，F(xiàn)PGA對GP2015的LD和PRESET兩個狀態(tài)腳進行檢測，判斷射頻芯片的工作 狀態(tài)，在兩個腳狀態(tài)有效時讀取SIGN和MAG的數(shù)據(jù)，同時通過GP2015上的LVDS接口產生差 分信號與具有LVDS接口的EP3C25芯片接口 ，將0PCLK+和0PCLK-輸出的LVDS信號轉變成40M 的差分信號(TTL)輸入FPGA，由FPGA對該信號進行7分頻得到5. 714M的時鐘信號提供給 GP2015用做中頻采樣時鐘信號。其中射頻前端模塊上的衛(wèi)星接收天線采用市場上成熟的GPS 接收天線，射頻信號經(jīng)天線下行，經(jīng)低噪聲放大器(LNA)和帶通濾波器(BPF)后到達射頻 前端芯片GP2015, 1575. 42M的GPS信號經(jīng)過至175. 42M至35. 42M至4. 309M的三級下變頻為 中頻信號，然后對4.309M的模擬信號進行A/D轉換得到5.714M的SIGN、 MAG兩路中頻數(shù)字 信號，把這兩路信號發(fā)送給FPGA進行處理。如圖3所示是本專利技術中FPGA模塊的接口控制信號時序圖，F(xiàn)PGA模塊先將輸入信號串并 轉換后存入FIFO，在時鐘控制信號作用下傳輸給USB。本專利技術中的USB接口芯片采用EZ-USB FX2系列的CY7C68013，本專利技術中，USB接口芯片 工作在從屬FIFO模式下，在該模式下，外圍電路可以像普通FIFO—樣對FX2中端點2、端 點4、端點6和端點8的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進行讀寫，F(xiàn)IFO被外部控制器控制。如圖4所示是本發(fā) 明中USB接口芯片與FPGA模塊的接口示意圖，IFCLK為接口時鐘，可由芯片內部產生 (30M/48M)，也可由外部輸入；FLAGA、 FLAGB、 FLAGC和FLAGD為FIFO標志管腳，用于映射 USB端口 FIFO的當前狀態(tài)；SLCS為從屬FIFO片選信號；FD為16位雙向數(shù)據(jù)總線； FIF0ADR用于選擇和FD連接的端點緩沖區(qū)；SLOE用于使能數(shù)據(jù)總線FD的輸出；SLRD 和SLWR分別作為FIFO的讀寫選通信號；外圍電路可以通過使能PKTEND管腳向USB發(fā)送一個 IN數(shù)據(jù)包而不用考慮該包的長度。USB接口芯片采用CY7C68013為接口芯片，將FPGA傳輸來的數(shù)據(jù)存入PC。該系列芯片集 成了 USB2.0協(xié)議的微處理器，并且向下和USB1. 1協(xié)議兼容，它支持12Mb/s的全速傳輸和 480Mb/s的高速傳輸。FX2克服傳統(tǒng)芯片需要微處理器參與本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種ＧＰＳ中頻信號采樣器，其特征在于：包括射頻前端模塊、ＦＰＧＡ模塊、ＵＳＢ接口芯片、ＵＳＢ接口及電源模塊，其中：射頻前端模塊與ＦＰＧＡ模塊雙向相連，ＦＰＧＡ模塊輸出端連接ＵＳＢ接口芯片輸入端，ＵＳＢ接口芯片連接ＵＳＢ接口，電源模塊分別給射頻前端模塊及ＦＰＧＡ模塊、ＵＳＢ接口芯片和ＵＳＢ接口供電。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王慶，潘樹國，葛勝，張侃，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發(fā)明
國別省市：84[中國|南京]
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