● 摘要
本文旨在开发一种具有完全自主知识产权的通用卫星导航信号模拟器与接收机研发平台。本文牵涉多方面技术领域，如数字信号处理技术、模拟射频电路开发、电磁兼容技术、EDA技术等等，整个研发平台的开发难度较大，需要克服的困难比较多。出于对敏感技术的保护，各国都对平台开发的核心技术做了各种各样的限制，本文正是在这样的背景下，为促进我国研究开发具有自主知识产权的卫星导航产品，摆脱对国外产品的依赖，开展了导航卫星信号模拟器与接收机通信实验平台的设计与研究。首先，本文分析了GPS卫星信号的结构原理和主要的电特性，介绍了卫星导航电文的结构，进而给出了导航电文、C/A码和GPS系统时间的关系。讨论了模拟器信号生成与接收机定位总体方案，并给出了一种PCI-E板卡结构的多通道模拟器的结构方案以及一种通用接收机的硬件方案。然后，本文详细分析了模拟器中频板DSP算法的实现。这包括DSP与上位机通过PCI-E总线通信的实现，DSP各功能模块的划分，DSP各控制字算法流程等。最后本文给出用商用接收机测试模拟器的结果并对结果做简要分析。接着本文给出在模拟器中频板FPGA上实现数字存储回放的方法。本文在中频卡上实现数字存储播放是将数字IF 信号模拟器产生的仿真数据或来自PC 文件的历史IF 数据通过PCI-E 接口送入板卡上的缓存和实时播放器，并在与RF 前端同源的时钟控制下实时播放给固件相关器；或通过高速传输和播放软件送入具有一定实时处理能力的软件相关器。最后，本文详细论述了高精度接收机RF模块的设计。本模块实现GPS L1信号的下变频、放大、滤波等功能，输出4.092MHz模拟中频信号。文中重点分析了射频输入电路、本振电路、两级中频滤波电路的设计与实现。对此RF模块进行各种测试并给出测试结果图表明整个RF模块性能指标良好，本模块经过后端中频信号处理电路的验证符合项目要求，为基带信号处理提供了高质量的中频信号。