● 摘要
多频GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）接收机前端是采集GNSS信号并将其数字化的工具，是基于软件无线电的GNSS接收机的硬件基础。在导航信号信息处理和信号质量监测等领域有着不可替代的作用，同时也是信号体制验证闭环系统中的重要一环。当前的商业宽带ADC（Analog to Digital Converter，模数转换器）已经可以满足使用带通采样对GNSS信号进行直接射频采样的要求。与中频采样相比，直接射频采样具有结构简单、灵活性好而且信号失真小的特点。本文旨在设计一种基于软件无线电的多频GNSS接收机直接射频采样前端系统，在天线和ADC之间仅包含放大器和滤波器，采集到的数据经过FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）内部预处理后通过千兆以太网传输至计算机存储和处理。对于直接射频采样来说，混叠噪声和时钟抖动对采样过程有较大的影响，本文对这两种因素进行了分析，并给出了结果。系统的硬件设计和软件设计在文中都有详细的阐述，其中硬件设计包括元件的选取、电路板的设计以及硬件代码的编写。文中通过GNSS软件接收机对前端系统所采集的真实卫星信号和模拟器生成的信号进行了解算，结果表明该前端系统可以有效地对不同星座不同频点的GNSS信号进行接收和采集。本文还将单通道的多频GNSS接收机前端进行了多通道扩展，设计了多通道接收机前端的硬件系统。并设计了用于闭环验证的基于PXIe（Peripheral Component Interconnect Express eXtensions for Instrumentation，快速外设互联接口仪器扩展）的GNSS模拟器硬件平台。