第二代高性能GPS导航接收机－指标测试及系统方案简要说明

第二代高性能 GPS 导航接收机 －指标测试及系统 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 简要 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 V2.0.1 卫 星 导 航 开 发 平 台 ｜ GNSS 上海宇志通信技术有限公司 www.caspl.cn 目 录 第一部分 技术指标说明 ................................................................................................................. 1 1 主要技术性能指标 ............................................................................................................... 1 1.1 接收机 ......................................................................................................................... 1 1.2 有源天线 .................................................................................................................... 2 1.3 整机功耗 .................................................................................................................... 2 2 功能 ....................................................................................................................................... 3 2.1 卫星接收天线 ............................................................................................................ 3 2.2 GPS 射频板 ................................................................................................................ 3 2.3 GPS 卫星导航基带开发平台 .................................................................................... 3 1）模式设置输入功能 ..................................................................................................... 3 2）调试信息输出功能 ..................................................................................................... 3 3）定位功能 ..................................................................................................................... 3 4）非易失存储功能 ......................................................................................................... 3 7）预测功能 ..................................................................................................................... 4 2.4 特色 ............................................................................................................................. 4 第二部分 第二代高性能 GPS 接收机开发验证平台方案设计说明 ............................................. 5 1 开发验证平台总体方案介绍 ............................................................................................... 5 2 开发器各功能模块设计介绍 ............................................................................................... 6 2.1 天线单元 .................................................................................................................... 6 2.2 GPS 射频单元 ............................................................................................................ 7 2.3 GPS 基带处理单元 .................................................................................................... 8 2.4 GPS 信号捕获、环路跟踪与定位解算单元 ........................................................... 10 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 1 第一部分 技术指标说明 1 主要技术性能指标 1.1 接收机 ‹ 频率： 1575.42±1.5MHz ‹ 灵敏度： GPS≥-130dBm ‹ 通道数： GPS： 12 （可扩展） ‹ 定位精度：（相对于秒脉冲时刻） 表 2：GPS 定位精度 参数 GPS 位置 水平 1σ 7.5 m 高程 1σ 10 m 速度 水平 1σ 0.1m/s 高程 1σ 0.15m/s 时间 秒脉冲 100ns 注：SA OFF PDOP ≤＝ ； 3 秒脉冲：宽度≥1ms 的 TTL 正脉冲、前沿与 UTC 同步 ‹ 初始定位时间：GPS 初始定位时间见表 2 表 2：GPS 初始定位时间 参数 冷启动 热启动 重捕（ 10s≤失锁 ） 时间（s） 32 10 1 测试方法和数据见附录 1 ‹ 动态性能：见表 3 ‹ 表 3：GPS 接收机动态性能 速度 加速度 高度 2000m/s 16g 不限 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 2 ‹ 数据更新率：10Hz ‹ 快捕模块捕获速度： 1 秒钟内捕获完整 32 颗星，多谱勒范围为-8KHz~+8KHz 测试方法和数据见附录 2 ‹ 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 ‹ 工作电压： 5V 0.2V± ‹ 工作电流： <=400mA（全温度范围） 1.2 有源天线 ‹ 类型：GPS 有源天线 ‹ 射频插座：SMA ‹ 工作电压： 5V 0.2V± ‹ 工作电流： <=50mA（全温度范围） ‹ 放大系数： 36dB≥ ‹ 噪声系数： 2.5dB≤ ‹ 工作频率： 1575.42±1.5MHz 1.3 整机功耗 GPS 卫星导航开发平台整机功耗 <=2.5 W 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 3 2 功能 2.1 卫星接收天线 卫星接收天线接收 GPS 卫星信号，将 GPS 卫星信号输入到 GPS 射频板。 2.2 GPS 射频板 接受 GPS L1 信号输入，板上完成 L1 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 GPS 卫星导航基带开发平台。 2.3 GPS 卫星导航基带开发平台 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。 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 4 7）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。 2.4 特色 第二代 GPS 卫星导航开发验证平台与第一代相比较其特色为： ‹ 在第二代中加入卫星快捕模块，模块结构设计巧妙，捕获速度快的同时占用 FPGA 资源极少。 ‹ 数据更新率由原来的 1Hz 提高到 10Hz ‹ 冷热启动时间大大缩短 ‹ 程序结构精炼，紧凑 ‹ 系统参数配置灵活，方便调整 ‹ 程序模块化，易于移植 ‹ 程序模块可在不同导航系统接收机开发中灵活复用 ‹ 结构适合多模接收机开发 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 5 第二部分 第二代高性能 GPS 接收机开发验 证平台方案设计说明 1 开发验证平台总体方案介绍 第二代高性能 GPS 卫星导航接收机开发验证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。 GPS 卫星导航接收机开发验证平台组成主要包括：天线单元、GPS 射频单元和 GPS 卫 星导航接收机基带开发平台，其中 GPS 射频单元主要完成 GPS 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 主要完成卫星信号的快速捕获、卫星导航的基带处理，而 DSP 主要完成 FPGA 快捕模块的捕获触发、控制及结果的读取，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验证平台系统组成框图 （1） GPS 有源接收天线接收 GPS 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。 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 6 （2）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 采样的 模拟输入信号。 （3）基带信号处理功能由 Altera 的 FPGA -EP2C70F672 完成。其中 FPGA 中的基带信 号处理主要包括 GPS 信号快速捕获模块、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、原始观测数据 TIC 时刻测量、GPS 位同步帧同步信号处理模块等，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。 （4）环路跟踪与定位解算功能由 TI 的 DSP-TMS320C6713B 来实现。DSP 主要完成 FPGA 快捕模块的触发、控制及捕获结果的读取，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 开发器各功能模块设计介绍 2.1 天线单元 GPS 有源接收天线，通过 SMA 接头与射频板相连， 天线具体参数要求如下 ¾ 类型：GPS 有源天线 ¾ 射频插座：SMA ¾ 工作电压： 5V 0.2V± ¾ 工作电流： <=50mA（全温度范围） ¾ 放大系数： 36dB≥ ¾ 噪声系数： 2.5dB≤ ¾ 工作频率： 1575.42±1.5MHz 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 7 图 2-2 GPS 有源天线 2.2 GPS 射频单元 GPS 射频通道原理如图 2-3 所示 图 2-3 GPS 射频通道原理框图 从天线进来的 GPS 信号两级低噪放进行 30dB 的放大，之后通过中心频率在 1575MHz， 带宽 40MHz 的无源介质滤波器，滤除 GPS 射频信号带外干扰，经过滤波之后的信号与从频 综过来的 1575MHz 本振信号一起进入 AD8347 进行混频，输出中心频率在 0.42MHz 的近似 零中频 IQ 两路正交基带信号，经 AD9288 量化为 8 位数字信号进入 FPGA 基带处理，选取 近似零中频正交基带信号输出的优点主要有： ‹ 相比零中频正交基带输出可以减少直流偏移的影响； 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 8 ‹ 配置 1575MHz 比配置 1575.42MHz，频综可以获得更低的旁瓣； ‹ 相比实中频方案，其低通滤波器可以减少一倍的带宽，从而减少带外噪声抑制，提高载 噪比。 基带信号采集由 AD9288 组成两路独立的基带信号采集通道，把射频单元输出的 IQ 正 交模拟基带信号转变成数字信号，供后端基带信号处理单元使用。 ◆ 接收信号：GPS 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 ◆ 本振频率：1575.000 000MHz（可通过 SPI 接口修改本振频率） ◆ 中频信号输出载波频率：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 GPS 基带处理单元 GPS卫星导航接收机基带处理单元如图2-4所示 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 9 图2-4 GPS卫星导航接收机基带处理单元 基带处理板硬件平台基于DSP＋FPGA＋USB2.0 架构 酒店人事架构图下载公司架构图下载企业应用架构模式pdf监理组织架构图免费下载银行管理与it架构pdf 开发： ◆ DSP 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，在接收机基带处理中主要完成可见星预测、载波环/码环环 路滤波和控制、导航电文解析、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 帧等工作； ◆ FPGA 采用 ALTERA 的 CycloneII EP2C70F672C8 芯片，350 万门，门数资源非常丰富， 在接收机基带处理中主要完成载波 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 总线接口通讯等工作； ◆ USB2.0 高速数据传输接口采用 Cypress 公司的 CY7C68013 芯片，芯片工作在 480Mbps 高速传输模式，端口配置为同步从 FIFO 模式，在接收机基带处理中主要完成 GPS 中频数据 的实时采集和存储至计算机的硬盘上，为软件接收机开发提供原始中频数据源。 ◆ 板上的 ALTERA MAXII EPM570T144 芯片，预留开发，用于板上 DSP 和 FPGA 程序 代码在线升级功能； ◆ 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； 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 10 ◆ 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； ◆ 1 个 10.000 000MHz 温补晶振，频率稳定度为 1.0ppm(-400C ～ +850C)，做为整个接收 机工作的全局主时钟。 ◆ 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； 基带信号处理单元由一片 Altera 的 FPGA EP2C70F672C8 构成，完成 GPS 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。 2.4 GPS 信号捕获、环路跟踪与定位解算单元 GPS 信号捕获、环路跟踪与定位解算单元由 DSP 及其外围存储器和接口电路组成，它 主要完成环路跟踪和定位解算功能，包括 FPGA 快捕模块的触发、控制及捕获结果的读取， 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和存储，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、GPS 定位解算和速度求解、串口 协议的组帧和解帧等功能。 2.4.1 快捕模块 与第一代相比，第二代高性能 GPS 卫星导航接收机开发验证平台加入了我司自主研发 设计的 GPS 卫星信号快速捕获模块，其特点有，完全基于 FPGA 设计、结构紧凑并流水处 理、代码运行高效且占用 FPGA 资源少，大大加快了卫星信号的捕获速度。 GPS 快速捕获模块基于 FPGA 程序框架设计，经外部控制模块如 DSP 等置入卫星号、 快捕通道号选择，给入后触发快捕模块，这样基于 FPGA 的快捕模块便开始独立进行卫星 信号的捕获过程，捕获结束后给出结束标志，并且输出当前捕获的卫星号，信号平均噪声基 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 11 底，相关峰最大值以及最大值点对应信号位置及信号频率等状态信息，DSP 获取这些信息 之后根据捕获门限判决即可判断当前卫星是否可见，以及对应它的码初相位置和概略多普勒 频率。快捕模块工作流程图如图 2-5 所示 图 2-5 快捕模块工作流程图 基于FPGA的GPS卫星信号快速捕获模块采用4ms的GPS中频采样数据进行连续捕获， 模块设计中考虑动态环境下卫星信号的时效性，因此模块始终以当前最新的 4ms 数据进行 捕获，快捕模块集成了 4 个等效并行独立通道同时进行 GPS 信号捕获处理，每个通道从触 发开始捕获至捕获结束共需 4259772 个时钟（CLOCK）周期，FPGA 以 62MHz 的主时钟工 作，因此每个通道捕获一颗星共需 4259772/62e6 = 68.706ms，由于模块集成了 4 个等效快捕 模块，因此相当于快捕模块捕获完一颗星所需时间为 68.706/4 = 17.1765ms，以 GPS 完整 32 颗星搜索来计算，捕获完 32 颗星共需时间 17.1765*32 = 549.648ms，这与实际测试非常相近， 通过 DSP 实际捕获 32 颗星共需时间在 551~555ms 左右，与理论值有误差的原因是在于 DSP 读取结果并做处理的时延造成的。 2.4.2 相位旋转法来进行数字下变频 在实际情况下，经过模拟下变频后的 I、Q 两路信号仍旧残留有一定的多普勒频偏，为 了消除多普勒频偏，就要利用相位旋转法来进行数字下变频，尽可能地消除多普勒频偏，这 种方法所得的同相正交信号分量不存在其他频率分量，与传统的正交下变频法相比，可以省 去低通滤波器，减少对信号的延时和衰减。 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 12 同相正交信号分别为： ( ) ( )cosin cI d t p t tω= ( ) ( )sinin cQ d t p t tω= 用复数可以表示为： ( ) ( ) ( )(cos sin ) ( ) ( ) cj tin in c cS t I jQ d t p t t j t d t p t e ωω ω= + = + = 载波 NCO 的输出用复数表示为 _ cos( ) sin( ) nj tn nL NCO t j t e ωω ω= + = 所以， ( )( ) _ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) cos( ) ( ) ( )sin( ) ( )(cos sin ) ( cos sin ) ( sin cos ) c n c nj t j t j t c n c n c c c c c c S t L NCO t d t p t e e d t p t e d t p t t jd t p t t I jQ t j t I t Q t j I t Q t ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω +⋅ = ⋅ = = + + + = + + = − + + 则相位旋转后的 I、Q 信号为： ( ) ( ) cos( ) cos sinout c n in c in cI d t p t t I t Q tω ω ω ω= + = − ( ) ( )sin( ) sin cosout c n in c in cQ d t p t t I t Q tω ω ω ω= + = + 由上面两式可以看出，相位旋转法不仅将下变频简化为简单的四则运算，而且还没有引 入其他频率分量。 2.4.3 码跟踪环 当捕获到有用信号后，即收发 PN 码相位差在半个时片以内时，同步系统转入保持同步 阶段，有时也称为细同步或跟踪状态，也就是无论什么外界因素引起收发两端 PN 码的频率 或相位偏移，同步系统总能使接收端 PN 码跟踪发端 PN 码的变化。显然，跟踪的作用和过 程都是闭环运行的，当两端相位发生差别后，环路能根据误差大小进行自动调整以减小误差。 传统的码跟踪环大多采用延迟锁定环，延迟锁定环采用两个独立的相关器，结构如图 2-6 所示。来自载波跟踪环的载波对捕获信号进行载波剥离，然后将载波剥离后的信号送入 伪码跟踪环，即延迟锁定环。 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 13 × 数据解调器 平方律检波器 平方律检波器 环路滤波器 PN码发生器 VCO T( )21 × × 信息输出 + - + n-1 n 输入 信号 图 2-6 延迟锁定环结构图 假设图 2-6 中的延迟锁定环工作在零中频的 BPSK 调制非相干 DS 扩频信号下。输入信号 中的 PN 码分别与本地产生的两个提前与滞后 1/2 个比特的 PN 码进行相关运算，按照 PN 码 相关特性，输入信号与本地 PN 码的相关特性应为三角波，但由于两个相关支路本地 PN 码 相差 1 比特，则两个三角波的峰值也相差 1 个比特，两个三角波经相加器反相合成以后成为 一个 S 形曲线，即锁相环的鉴相特性。 图 2-7 锁相环鉴相特性图 图 2-7 为这些曲线构成情况，S 曲线表明，如果收到的信号与本地 PN 码相差有提前或 延后，则加法器输出为正的或负的电压。此电压经环路滤波器后去控制本地压控振荡器 VCO，它再去调整 PN 码钟发生器，使 PN 码发生器产生的 PN 码的频率与相位跟踪外来 PN 码信号的变化。这就是延迟锁定环的基本工作原理。 与第一代相比，第二代高性能 GPS 卫星导航接收机开发验证平台在传统的二阶延迟锁 定环基础上加入了窄相关及多点相关值拟合调节等技术，提高接收机抗多径能力。 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 14 2.4.4 载波跟踪环 载波跟踪环主要通过锁频环和锁相环精确跟踪上载波的频率和相位值，常见的锁频环主 要有四相环和叉积环，锁相环主要以科斯塔斯环（Costas）环为主。 （1） 锁频环（四相） 码片范围内，则 R[ε(k)]>0,|I(k)|-|Q(k)|的符号与 η=|cosφk|-|sinφk|的符号相同，可将载波相位 （频率）误差分割成 4 个区间，设校正量为 β，则有 ⎩⎨ ⎧ ≥Δ•− ≥Δ•= )()()](sgn[ )()()](sgn[ kQkIIkQ kQkIQkIβ 其中， )1()( )1()k( −−=Δ −−=Δ kQkQQ kIII （4） 然后，对 β 进行归一化，则有 )( 2)( 2 kQkI + β 。 （2） 科斯塔斯环（Costas） 科斯塔斯环法又称为同相正交环法，它的原理框图如图 2-12 所示，在此环路中， 压控振荡器（VCO）提供两路互为正交的载波，与输入接收信号相乘后送入鉴相器中 进行鉴相，经环路滤波器得到仅与相位差有关的控制压控，从而准确地对压控振荡器进 行调整。 图 2-12 科斯塔斯环原理图 θ ＝atan（Q’/I’）就是压控振荡器输出信号与输入信号间的相位差，此相位差经过环 路滤波器后输入到载波 NCO 中，调整压控振荡器输出信号的相位，最后就可以使稳态相位误 差θ 减小到很小的数值。这样压控振荡器的输出频率就是所需要提取的载波频率。 压控振荡器中 2 0 N f sKf = ，K 为频率控制字， sf 为抽样率 39M，N 位相位累加器位数 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 15 32，K＝1 时， 6 32 39*10 0.00908 2o f Hz= = ，这是最小的输出频率，也即频率分辨率。最大 输出频率为 2 cf ，K 的最大值为2 1N − 。 Costas 锁相环和普通锁相环一样，对动态应力是敏感的，然而它们能产生最精确的速度 测量值。对于给定的信号功率电平，Costas 锁相环与用锁频环的方案相比页提供差错最少的 数据解调。因此，这是接收机载波跟踪环所希望的稳态跟踪模式。因此，一个良好设计的接 收机载波跟踪环将用工作在宽频带的对动态更为牢固的锁频环环路闭合起来。然后，将逐渐 减少载波跟踪环的带宽，并过渡到宽带锁相环工作方式。最后，将把锁相环的带宽变窄到稳 态工作模式。如果动态应力造成锁相环失锁，接收机将用灵敏的相位锁定检测器检测出这种 情况，并返回到锁频环。然后，重复锁相环闭合过程。 图 2-11 给出了载波跟踪环滤波器（由 2 阶 FLL 辅助的 3 阶 PLL 滤波器）的方框图。 该滤波器中 PLL 的误差输入被置为 0，那么滤波器变为纯 FLL。类似地，如果 FLL 的误差 输入被置为 0，则滤波器就变成了纯 PLL。具有最小噪声的环路闭合过程是以纯 FLL 的形 式闭合，然后作为 FLL 辅助的 PLL 而对来自两个鉴别器的误差输入信号同时加以应用，一 直到获得相位锁定为止。之后再转换为纯 PLL，一直到相位锁定丢失。然而，如果正确选择 了环路噪声带宽参数，当两个鉴别器持续工作时，相对于理想的载波跟踪门限性能只有非常 小的损失。 ω30 p ω20p3a ω0p3b ω fap 022 ωp f20 a2ω0p a3 b3 T ω0f 图 2-11 载波跟踪环滤波器 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 16 2.4.5 伪距测量 接收机接收来自卫星的导航定位信号时，存在三种时间系统：各卫星的时间、收机的时 间和统一前面两种时间的 GPS 时间系统。设伪码序列从卫星到接收机天线的传播时间为τ ， 由于时间系统的时钟偏差，则C Pτ× = 就是因时钟偏差而带有距离偏差的站星距离——伪 距。那么，要得到伪距数值，就必须要得到伪码序列从卫星到接收机天线的传播时间为τ ， 因此，伪距测量也就是伪码序列从卫星到接收机的传播时间τ 的测量。 当卫星发射机依据自己的时钟发出的含有测距码的调制信号，经过了时间的传播后到达 地面的接收机，此时接收机收到的测距码为 U(t-∆t)，而接收机的伪随机噪声码发生器又产 生了一个与卫星发播的测距码结构完全相同的复制码 U′(t-∆t) ， 并且通过接收机的时间延 迟器进行移相，对测距码和复制码作相关处理，当信号之间的自相关系数达到最大，即近于 1 时,说明在积分间隔 T 内复制码已经和测距码“对齐”， 否则继续调整时间延迟，直至 R（t） =max，于是，就由时延器测定出两信号间的时间延迟。测定自相关系数的工作由接收机锁 相环路的相关器和积分器来完成，在理想的情况下，时延就等于卫星信号的传播时间，此时 将乘以光速值 c，就可以求得卫星至接收机的距离。 具体测量时，由于接收机时间可以预知或假定，因此只要知道信号的发射时间就可以求 得伪距。在 GPS 的导航电文中，根据 Z 计数可以知道每一帧开始时对应的 GPS 时间。在帧 同步后，我们对数据位、码周期数、半个码片滑动整数及小数部分分别进行技术就可以得到 测量时刻信号的发射时间。用发射时间减去接收时间就得到传播延时，从而实现了伪距的测 量。 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 17 附录 1： 热启动时间 序号 启动时间（S） 1 11.140  2 10.535  3 13.650  4 9.500  5 14.510  6 13.475  7 9.580  8 9.925  9 13.390  10 12.205  11 13.655  12 12.860  13 13.375  14 10.165  15 10.055  16 13.270  17 11.145  18 14.745  19 9.555  20 13.400  21 9.930  22 12.950  23 12.695  24 9.250  理论计算值： 两次完整搜捕时间 2*0.55s+环路稳定时间 0.5s+位同步时间 0.32s+帧同步时 间 7.2 ＝ 9.12s 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 18 冷启动时间 序号 启动时间（S） 1 32.205 2 31.905 3 33.005 4 33.804 5 34.304 6 34.004 7 37.105 8 32.405 9 34.804 10 35.804 11 37.605 12 38.705 13 34.804 14 34.404 15 26.705 理论计算值： 两次完整搜捕时间 2*0.55s+环路稳定时间 0.5s+位同步时间 0.32s+帧同步时 间 7.2 ＋（2～4 帧时间）＝ 21.12s～33.12s 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 19 附录 2： 接收实际卫星测试快捕时间及捕获情况 测试时间起点：程序初始化完成后，主循环程序开始前加入测试时间起点(测试时间精度 1ms) 测试时间终点：捕获完 32 颗星后，加入 FPGA 计时时间提取代码，提取 32 颗星完整捕获 时间 实际可见卫星号： 序号 捕获时长（秒) 捕获卫星号 1 0.552 9，18，22，25 2 0.552 9，12，18，21，22，25 3 0.552 9，12，15，18，22 4 0.551 12，15，18，22 5 0.554 9，12，14，15，18，21，22，25 6 0.551 12，14，18，22 7 0.551 12，14，18，22 8 0.551 12，18，21，22 9 0.551 12，18，21，22 10 0.552 12，18，21，22，25 11 0.551 12，18，22 12 0.553 12，15，18，21，22，25 13 0.553 9，12，18，21，22，25 14 0.552 18，21，22，25 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 20 15 0.552 12，18，21，22，25 16 0.552 9，12，18，22，27 17 0.552 12，18，21，22 18 0.552 12，18，21，22，25，27 19 0.552 12，18，21，22，25 20 0.552 12，18，21，22，25 接收模拟源卫星测试快捕时间及捕获情况 测试时间起点：程序初始化完成后，主循环程序开始前加入测试时间起点(测试时间精度 1ms) 测试时间终点：捕获完 32 颗星后，加入 FPGA 计时时间提取代码，提取 32 颗星完整捕获 时间 实际可见卫星号： 序号 捕获时长（秒) 捕获卫星号 1 0.552 2，3，5，6，8 2 0.553 1，2，3，4，5，6，7，8 3 0.552 1，2，3，4，5，6 4 0.553 1，2，3，4，5，6，7，8 5 0.554 1，2，3，4，5，6，7，8 6 0.552 1，2，3，4，5，8 7 0.553 1，2，5，6，7，8 8 0.553 2，3，5，6，7，8 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 21 9 0.552 1，2，3，4，5，6，8 10 0.552 1，3，4，6，8 11 0.551 1，2，5，6，7 12 0.553 1，2，3，5，6，7，8 13 0.552 1，2，3，5，6，8 14 0.554 1，2，3，4，5，6，7，8 15 0.552 1，3，4，6，8 16 0.553 1，2，3，5，6，7，8 17 0.552 2，3，4，5，6，8 18 0.553 1，2，3，4，5，6，8 19 0.553 1，2，3，5，7，8 20 0.553 1，2，3，4，5，6，7 21 0.553 2，3，4，5，6，7，8 22 0.553 2，3，4，5，6，7 23 0.554 1，2，3，4，5，6，7，8 24 0.552 1，2，6，7 25 0.552 1，2，4，6，7，8 26 0.552 2，3，5，6，8 捕获多谱勒范围测试图： 在本地接收机以 VX＝2000m/s，VY＝1000m/s，VZ＝0 的速度下测试捕获的多 谱勒频率值 图 1 上海宇志 GNSS R&D Platform manual – Rev 2.0.1, 16 Oct 2010 22 图 2 图 3 图 4 发人 案。 用型 及相 成、 与变 一份 上海宇志 人员组成， 国内第一 型导航与通 相关软件算 二次软件 同时，公 国内新一 变革。这些 份子的智慧 专注于卫星 为用户提供 家推出面向 通信 DSP/FPG 算法为一体， 件开发中的实 司与相关机 一代卫星导航 些变化不断被 慧。 专注于 星导航、通 供从射频、 向市场的 GN GA 开发平台 已为国内 实际问题， 机构开展更 航系统的发 被加快、提 于 GNSS 专业 通信产品设计 中频、核心 NSS 软件接 台，拥有完 内外专业技术 代码的“全 更为深入的技 发展，国外导 提升、放大， S 软件接 业的 OEM 产 计、开发和 心处理单元 接收机，上海 完全自主知识 术公司、科 全面开源” 技术研究服 导航系统及 ，我们努力 接收机研 M 板卡 产品升级 和技术服务 元、软件算 海宇志受到 识产权，集 科研院所、 获得用户青 服务与产品合 及产业的升 力在这场变 研发 卡供应商 级与软件 上海宇志 Tel/F Ema QQ 在 关 。公司研发 法、系统集 到了多方面的 集扩频通信与 高校所采购 青睐。 合作开发。 级、更新换 革中担负起 商 件服务提 志 上海市 1313B Fax ail 在线 021- SPL_2 17463 于宇志 发团队由多 集成、软件 的关注。该 与解扩、导 购，解决了 换代，引领 起责任、贡 提供商 市杨浦区国定 室（绿地汇 35317305 20100518@1 32971 多年一线专业 件服务等解决 该接收机基于 导航、信号处 了用户在系统 领了技术的发 贡献出中华名 定东路 275- 汇创国际） 126.com sp 业研 决方 于通 处理 统集 发展 名族 -8 号