多通道衛星信號跟蹤設計及其硬件實現

劉智超

陜西凌云科技有限責任公司，陜西西安 710119

多通道衛星信號跟蹤設計及其硬件實現

劉智超

陜西凌云科技有限責任公司，陜西西安 710119

在設計衛星導航接收機時，需要同時對多顆衛星實時跟蹤才能獲得最終的導航結果，這就要求對每顆衛星都要有一個處理通道。本文提出了一種在FPGA和DSP的硬件開發平臺上設計多通道跟蹤環路的方法，以及設計中斷控制器來實現FPGA和DSP數據交互接口，從而實現衛星信號的跟蹤。

多通道；衛星信號；跟蹤；中斷

0 引言

中頻模擬信號經過A/D采樣后將數字信號送入FPGA進行基帶數字信號處理，在FPGA和DSP內完成數字下變頻、捕獲、碼跟蹤、載波跟蹤等過程，最終實現衛星信號的解擴解調。在實際應用中，需要設計多個通道對多顆衛星同時進行跟蹤，才能獲得解算結果。

1 硬件設計

硬件平臺用FPGA芯片和DSP芯片作為主處理器，主處理器之間可以互相通信。經過AD采樣后的信號直接進入FPGA，此后所有對信號的處理均由軟件來實現。如此可以充分利用FPGA和DSP的重復燒寫及在線調試能力，盡量減少對其他硬件的依賴程度，從而增加了平臺的靈活性。另外，每片DSP都外接了Flash和SDRAM。由于Flash掉電數據不會丟失，可以在Flash內保存程序及數據，而外接的SDRAM是DSP的擴展Ram，當DSP運行大型程序以致DSP的內部Ram不夠用時，可以將程序放到外接的SDRAM內運行。

2 軟件設計

信號處理模塊框圖如圖1所示，捕獲模塊和通道的跟蹤環路占用FPGA和DSP。整個跟蹤環路包括五個部分：FPGA內的下變頻模塊，通道模塊，通道控制器和DSP接口模塊，以及DSP內的碼環、載波環。

AD采樣后的信號首先進入數字下變頻模塊，下變頻輸出的基帶I/Q信號直接進入捕獲模塊和各個通道（跟蹤模塊）。各個通道的數據通過DSP接口被送到DSP，DSP和FPGA之間的數據傳輸通過中斷的方式來完成。DSP完成鑒頻鑒相及濾波運算后將結果反饋回FPGA。圖中各個通道通過通道控制器共用一個捕獲模塊。

3 多通道設計

多通道的設計總體包括兩個部分：多通道的控制和各個通道數據的傳輸。一種簡單的多通道控制方法就是采用多個并行通道的設計，各個通道有各自獨立和完全一樣的功能模塊，包括捕獲模塊，這種并行結構的設計不需要額外的通道控制邏輯，各個通道獨立工作，不受干擾，尤其在捕獲時各個通道可以同時工作，減少捕獲時間。但是這種方法需要很大的硬件資源，尤其是在捕獲算法很復雜時，捕獲模塊的資源占用最大。因此，在硬件資源有限的條件下，這種方法資源分配的不合理性使得實現這種結構不實際。在實際設計時，由于捕獲模塊需要占用整個FPGA的資源，因此只能采用捕獲模塊共享的結構，如圖1所示，各個通道通過一個通道控制器共用捕獲模塊。這種結構下，各個通道的捕獲是串行的方式，因此捕獲時間為并行結構的N倍。

4 中斷處理設計

由于跟蹤環路的鑒頻鑒相算法都是在DSP內運行，因此FPGA需要將通道的累加值及時發送到DSP，DSP運算結束后又需要及時將結果反饋回FPGA，這個過程需要用中斷的方式來實現。傳統的中斷處理方法分為獨立請求法、菊花鏈法和軟件輪詢法3種。獨立請求法的方式給每個設備一個中斷請求線，當有幾個設備同時請求時，經判優邏輯選擇一個優先級最高的中斷請求，并形成對應的中斷向量，通過數據總線送到處理器。菊花鏈法和軟件輪詢法都只需要一個中斷請求線，處理器檢測到中斷請求信號后，根據優先級，分別通過硬件和軟件的方法來選擇中斷請求設備。本課題選用的DSP處理器只有4個外部中斷，而FPGA共有多個通道。因此，給每個通道分配一個中斷請求線的方法不可行。另外，多個通道的數據到達時間間隔雖然固定，但是各個通道之間的數據到達時間并沒有固定關系。綜合考慮，本課題采用每個通道在積分累加結束后將累加值存入對應的相關峰值寄存器，DSP每隔時間T響應中斷，并讀取多個通道的相關峰值，運算結束后依次寫入FPGA內的反饋寄存器。相關峰值寄存器的更新率和中斷速率相同，但是兩者并不同步；另外12個通道的數據更新也不同步。這里相關峰值寄存器組有類似雙口Ram的功能，所不同的是該寄存器組的所有寄存器可以同時寫入數據。

5 結論

可以根據實際來增加或刪減通道達到相應的功能需要，用此種方法可以同時多通道穩定跟蹤衛星信號，為后續的解算提供穩定的數據。

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TN967.1

A

1674-6708（2010）28-0212-02

劉智超，設計師，工作單位：陜西凌云科技有限責任公司，主要從事無線電導航、衛星導航與通信等開發工作