基于獨立DSP平臺的實時衛(wèi)星導航接收機的設計

目前，衛(wèi)星定位系統(tǒng)的應用越來越廣泛，中國、歐盟和日本等國都在積極發(fā)展自己獨立的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。自1980年第一臺商品GPS信號接收機問世以來，GPS信號接收機不斷更新?lián)Q代，目前的衛(wèi)星導航接收機主要由專用集成芯片（ASIC）搭建而成，擁有集成度高、速度快的優(yōu)點。但隨著衛(wèi)星導航系統(tǒng)現(xiàn)代化的開展，在軌飛行的導航衛(wèi)星日漸增多，衛(wèi)星導航應用趨于多樣化，固定的硬件結構難以完成快速系統(tǒng)更新，暴露出硬件接收靈活度低、升級昂貴的弱點。而軟件接收機通常是通過下變頻芯片將衛(wèi)星導航信號降到較低的中頻，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器對信號進行數(shù)字化，接收機的捕獲、跟蹤、定位等功能則由軟件在通用的信號處理平臺上實現(xiàn)，易于在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎上進行性能升級和功能擴展。
　　從目前研究現(xiàn)狀來看，軟件接收機的實現(xiàn)大多基于PC機或FPGA/DSP組合平臺[1]。而FPGA平臺雖然是一個可編程的平臺，但其靈活性和擴展性與純軟件相比仍然有所欠缺，而DSP通常在此平臺中僅實現(xiàn)定位解算功能。因此，實現(xiàn)基于獨立DSP平臺的通用衛(wèi)星導航接收機是一項十分有意義的工作，可以極大程度地擴展軟件接收機的靈活性。本文主要探討基于獨立DSP的軟件接收機平臺結構設計，討論如何在現(xiàn)有DSP平臺上提供多星座衛(wèi)星導航軟件接收機支持，同時分析系統(tǒng)自舉引導功能的實現(xiàn)和基于DSP/BIOS操作系統(tǒng)的軟件接收機任務調(diào)度管理。
1 接收機平臺結構設計
　　GNSS軟件接收機平臺采用模塊化設計，可以分為中頻數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、結果輸出模塊和電源及復位模塊。本文所設計的衛(wèi)星導航接收機硬件系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

　　基本的工作原理：由射頻前端GP2015對天線接收的信號進行下變頻，輸出模擬中頻信號，ADC對中頻信號進行采樣和量化，然后傳輸?shù)絋MS320C6416 DSP進行相關的運算處理，完成衛(wèi)星信號的捕獲、跟蹤和定位解算等功能，最后將解算的結果通過輸出模塊傳送到顯示終端顯示定位結果及相關信息。
1.1 TMS320C6416簡介
　　TMS320C6416是TI公司推出的高性能定點DSP[2]，其時鐘頻率可達1 GHz，最高處理能力為8 000 MIPS，軟件與C62X完全兼容，采用先進的甚長指令結構(VLIW)的DSP內(nèi)核有6個ALU(32/40 bit)，每個時鐘周期可以執(zhí)行8條指令，所有指令都可以條件執(zhí)行。該DSP采用二級緩存結構，一級緩存(L1)由128 Kbit的程序緩存和128 Kbit的數(shù)據(jù)緩存組成，二級緩存（L2）為8 Mbit，有2個擴展存儲器接口(EMIF)，1個為64 bit(EMIFA)，1個為16 bit(EMIFB)，可以提供64條獨立的DMA通道[3]。
　　本系統(tǒng)使用50 MHz有源晶振作為DSP的外部輸入時鐘,內(nèi)部鎖相環(huán)使用×20模式（CLKMODE1=1，CLKMODE0=0），系統(tǒng)的主頻為1 GHz。
1.2 多星座數(shù)據(jù)采集模塊
　　為了使軟件接收機能夠支持多衛(wèi)星導航星座的中頻數(shù)據(jù)采集與處理功能，本系統(tǒng)同時提供了模擬中頻采集接口和數(shù)字中頻采集接口,2個接口可以同時使用，也可以任選其一，從而使系統(tǒng)具備較高的軟件可擴展性。多星座中頻數(shù)據(jù)采集模塊的原理框圖如圖2所示。