一种基于NiosII的北斗卫星导航系统的接收装置的制作方法

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一种基于Nios II的北斗卫星导航系统的接收装置的制造方法

本实用新型属于卫星导航领域,特别涉及一种基于Nios II的北斗卫星导航系统的接收装置。



背景技术:

北斗卫星导航系统(BDS)是中国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统,该系统分为两代,即北斗一代和北斗二代系统,到目前为止,初步建成覆盖国内及亚大地区的区域性无源卫星导航系统,并计划通过发射35颗北斗导航卫星来实现全球性无源卫星导航系统,拟于2020年前建成这一庞大星座,北斗二代导航系统无论是导航方式,还是覆盖范围都和美国GPS(Global Positioning System,即全球定位系统)有很多相似之处,但是保留了北斗一代的双向位置报告、短报文通信功能,这也是北斗和其它GNSS(Global Navigation Satellite System,即全球卫星导航系统)竞争的一个优势。

目前国内外基于SoC(System on Chip,称为芯片级系统,也称片上系统)的嵌入式系统已经在其他许多领域得到了广泛的应用,而目前卫星导航接收机主要是基于采用ASIC(Application Specific Integrated Circuit,即专用集成电路)、DSP(Digital Signal Processor,即数字信号处理器)+FPGA(Field-Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列)和ARM(Acorn推出的精简指令集微处理器)+FPGA等形式。很少采用基于SoC形式的卫星导航接收机。

在卫星导航应用领域,目前为止世界上应用最广泛的是 GPS 接收机,GPS 接收机多种多样,军用与民用,导航、测地与授时,单系统与多系统兼容机,单频与多频,有码与无码,序贯、多路复用与并行多通道,低动态、中动态与高动态,以及手持、车载、机载、弹载、星载等等,不胜枚举,目前的 GPS 接收机已经实现了多通道、数字化和芯片化,目前,随着电子器件性能的提高、成本的降低、体积和功耗的减小,数字化、小型化的多系统兼容的接收机将为卫星导航接收机技术的发展主要方向之一

在我国卫星导航产业链中,目前缺少的关键技术和产品是接收机芯片制造、接收机算法研究、核

心软件开发、广域高精度差分定位系统的建立、星基航空导航系统的形成及其他关键技术。一方面,国外对接收机核心技术都采取严格限制甚至保密,而且公开发表的技术文献也很少,这在很大程度上制约了GNSS 卫星应用领域的发展,更不利于我国 GNSS设备的自主研制及其应用;另一方面,虽然国内已经出现自主研制的卫星导航接收机,但其绝大部分还是基于GPS的,并且大多基带信号处理采用多芯片技术(DSP+FPGA和ARM+FPGA等双芯片形式为主)。

现有接收装置存在一下的缺点:

1. 由于采用多个芯片,使布线的复杂度和占用面积过大,程序的调试过程无法同步观察,导致调试过程复杂与繁碎,这就势必会增加研发卫星导航系统接收装置的测试与验证的难度和时间,不利于缩短产品开发周期;

2. 由于采用多个芯片,使PCB板面积的增加,势必会增加卫星导航系统接收装置生产的成本,还会影响整个卫星导航系统接收装置设备体积,不利于实现卫星导航系统接收装置的小型化,且不利于携带;

3. 由于采用多个芯片,势必会整个卫星导航系统接收装置的功耗也会增大,不利于实现卫星导航系统接收装置低功耗。

采用基于FPGA(Field-Programmable Gate Array,即现场可编程门阵列)逻辑单元的Nios II(Altera推出的32位精简指令集嵌入式处理器)处理器实现卫星导航接收机的基带信号处理。



技术实现要素:

针对上述技术的不足,本实用新型一种基于Nios II的北斗卫星导航系统的接收装置,采用单芯片技术:

第一,采用单芯片技术,有效降低卫星导航系统接收装置的布线复杂度和占用面积,程序调试过程可以借助Altera提供的工具,降低测试的难度、缩短验证的时间,利于查找设计缺陷、缩短卫星导航系统接收装置开发周期;

第二,采用单芯片技术,有效减小PCB板的面积、降低卫星导航系统接收装置生产的成本,使整个卫星导航系统接收装置的体积变小,利于卫星导航系统接收装置的携带和小型化;

第三,采用单芯片技术,由于芯片数量减少,相应的电子元件也会减少,有效降低整个卫星导航系统接收装置的功耗,利于实现卫星导航系统接收装置的低功耗。

实现本实用新型目的的技术方案是:

一种基于Nios II的北斗卫星导航系统的接收装置,包括射频前端和SoC系统部分,它由射频前端和SoC系统部分相互连接组成,

射频前端包括右旋圆极化天线、射频处理单元和高速ADC(Analog to Digital Converter,模数转换器);

SoC系统部分包括SPI(Serial Peripheral Interface,串行外设接口)控制接口、高速ADC数据采样接口、信号捕获、信号跟踪、时间基准、地址与数据访问接口、嵌入式系统单元(Altera Nios II)、串口和锁相环。

所述的射频前端的右旋圆极化天线、射频处理单元和高速ADC依次连接;

所述的SoC系统部分的锁相环与SPI控制接口、高速ADC数据采样接口、时间基准、地址与数据访问接口、嵌入式系统单元和串口分别连接;

高速ADC数据采样接口和时间基准分别与信号捕获、信号跟踪相连接,

信号捕获、信号跟踪还与地址与数据访问接口连接,

地址与数据访问接口与嵌入式系统单元连接,

嵌入式系统单元与串口连接。

所述的射频前端作用是接收卫星信号,对信号进行前置滤波和放大后,对接收的信号进行下变频为中频信号,并经过高速ADC转换后将中频信号转换成离散时间的数字中频信号。

所述的SoC系统部分的作用是控制射频前端的时钟频率,实现对信号的捕获、跟踪、位同步与帧同步、伪距测量和解调卫星导航电文数据,以便对卫星导航电文数据进行分析,并实现精确定位。

所述的射频前端的射频处理单元与SoC系统部分的SPI控制接口连接。

有益效果

本实用新型提供了一种基于Nios II的北斗卫星导航系统的接收装置,信号基带处理部分采用FPGA内嵌Nios II 32位精简指令集嵌入式处理器单芯片技术,降低布线的复杂度和占用面积,程序调试过程可以借助Altera提供的工具,程序调试方便,有效降低测试的难度和验证的时间,利于查找设计缺陷、缩短产品开发周期;减少PCB板面积、降低卫星导航系统接收装置的生产成本,使整个卫星导航系统接收装置的体积变小,利于卫星导航系统接收装置的小型化,以方便携带;减少芯片数量的同时,减少了电子元件的数量,降低整个卫星导航系统接收装置的功耗,利于实现卫星导航系统接收装置的低功耗。

附图说明

图1 卫星导航系统接收装置系统架构图。

图中 1射频前端,2 SoC系统部分,3 右旋圆极化天线,4 射频处理单元,5高速ADC,6 SPI控制接口,7 高速ADC数据采样接口,8 信号捕获,9 信号跟踪,10 时间基准,11 地址与数据访问接口,12嵌入式系统单元(Altera Nios II),13 串口,14 锁相环。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的阐述,但不是对本实用新型的限定。

实施例

如图1所示:

一种基于Nios II的北斗卫星导航系统的接收装置,包括射频前端1和SoC系统部分2,它由射频前端1和SoC系统部分2相互连接组成,

射频前端1包括右旋圆极化天线3、射频处理单元4和高速ADC5,

SoC系统部分2包括SPI控制接口6、高速ADC数据采样接口7、信号捕获8、信号跟踪9、时间基准10、地址与数据访问接口11、嵌入式系统单元12、串口13和锁相环14,

所述的射频前端1的右旋圆极化天线3和射频处理单元4和高速ADC5依次连接;

所述的SoC系统部分2的锁相环14与SPI控制接口6、高速ADC数据采样接口7、时间基准10、地址与数据访问接口11、嵌入式系统单元12和串口13分别连接;

高速ADC数据采样接口7和时间基准10分别与信号捕获8、信号跟踪9相连接,

信号捕获8、信号跟踪9还与地址与数据访问接口11连接,

地址与数据访问接口11与嵌入式系统单元12连接,

嵌入式系统单元12与串口13连接。

所述的射频前端1作用是接收卫星信号,对信号进行前置滤波和放大后,对接收的信号进行下变频为中频信号,并经过高速ADC5转换后将中频信号转换成离散时间的数字中频信号。

所述的SoC系统部分2的作用是控制射频前端的时钟频率,实现对信号的捕获、跟踪、位同步与帧同步、伪距测量和解调卫星导航电文数据,以便对卫星导航电文数据进行分析,并实现精确定位。

所述的射频前端1的射频处理单元4与SoC系统部分2的SPI控制接口6相连接。

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