自調(diào)零衛(wèi)星信號收發(fā)站的制作方法
【專利摘要】自調(diào)零衛(wèi)星信號收發(fā)站，包括地面天線，還包括A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、上變頻器、下變頻器和FPGA；所述A/D轉(zhuǎn)換器輸出端與下變頻器輸入端連接，所述D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端與上變頻器的輸出端連接，所述下變頻器的輸出端和上變頻器的輸入端都與FPGA連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器均與衛(wèi)星天線連接。本發(fā)明所述自調(diào)零衛(wèi)星信號收發(fā)站,能滿足數(shù)字調(diào)零天線算法的要求，抗干擾能力強(qiáng)，能與射頻端進(jìn)行無縫對接，且可以根據(jù)需要燒入不同程序?qū)崿F(xiàn)功能轉(zhuǎn)換，應(yīng)用范圍廣。
【專利說明】自調(diào)零衛(wèi)星信號收發(fā)站

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信領(lǐng)域，涉及一種自調(diào)零衛(wèi)星信號收發(fā)站。

【背景技術(shù)】
[0002]GPS即全球定位系統(tǒng)(Global Posit1ning System),是一個由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時等功能。但GPS信號比較容易受到干擾。
[0003]GPS抗干擾系統(tǒng)如采用數(shù)字調(diào)零天線，按信號輸出形式分為射頻輸出和中頻輸出兩種設(shè)計方案。由于當(dāng)前大量投入使用的普通GPS衛(wèi)星接收機(jī)未到淘汰年限，并且沒有抗干擾功能。如果采用射頻輸出的抗干擾調(diào)零天線方案，可以在保持原有接收機(jī)結(jié)構(gòu)條件下，僅替換射頻端就可以實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的抗干擾功能，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益；而最新開發(fā)的GPS接收機(jī)多采用數(shù)字調(diào)零中頻輸出方案，這種方案結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)難度低，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。文中GPS抗干擾系統(tǒng)采用數(shù)字調(diào)零天線射頻輸出的方案，而中頻輸出方案則可通過修改射頻輸出方案來實(shí)現(xiàn)。
[0004]GPS數(shù)字調(diào)零天線主要包括射頻模塊和信號處理模塊。射頻模塊負(fù)責(zé)信號的放大和頻率轉(zhuǎn)換以及接口一致性，其中在射頻通道中包括上變頻射頻通道和下變頻射頻通道，下變頻部分是把輸入的LI頻率信號變頻到14MHz中頻，而上變頻部分是把中頻信號變頻到LI頻率上去；信號處理模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)抗干擾調(diào)零算法及數(shù)據(jù)傳輸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)中GPS接收發(fā)送信號易受干擾的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種自調(diào)零衛(wèi)星信號收發(fā)站。
[0006]自調(diào)零衛(wèi)星信號收發(fā)站，包括A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、上變頻器、下變頻器和FPGA ;所述A/D轉(zhuǎn)換器輸出端與下變頻器輸入端連接，所述D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端與上變頻器的輸出端連接，所述下變頻器的輸出端和上變頻器的輸入端都與FPGA連接。
[0007]優(yōu)選的，所述A/D轉(zhuǎn)換器為7路并聯(lián)采樣A/D轉(zhuǎn)換器。
[0008]優(yōu)選的，下變頻器的輸出端、上變頻器的輸入端都通過電平位移電路與FPGA連接。
[0009]具體的，所述FPGA 為 XC6VLXT75T。
[0010]具體的，所述A/D轉(zhuǎn)換器為AD9460。
[0011]具體的，所述D/A轉(zhuǎn)換器為AD9747。
[0012]本發(fā)明所述自調(diào)零衛(wèi)星信號收發(fā)站，能滿足數(shù)字調(diào)零天線算法的要求，抗干擾能力強(qiáng)，能與射頻端進(jìn)行無縫對接，且可以根據(jù)需要燒入不同程序?qū)崿F(xiàn)功能轉(zhuǎn)換，應(yīng)用范圍廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1示出本發(fā)明一個【具體實(shí)施方式】示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]以下給出本發(fā)明一個【具體實(shí)施方式】。
[0015]如圖1所示，自調(diào)零衛(wèi)星信號收發(fā)站，包括地面天線(圖中未畫出)，還包括A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、上變頻器、下變頻器和FPGA ;所述A/D轉(zhuǎn)換器輸出端與下變頻器輸入端連接，所述D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端與上變頻器的輸出端連接，所述下變頻器的輸出端和上變頻器的輸入端都與FPGA連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器均與衛(wèi)星天線連接。
[0016]信號處理器是信號處理系統(tǒng)中最重要的芯片，針對抗干擾調(diào)零算法運(yùn)算量大，并要求輸入數(shù)據(jù)同步的特點(diǎn)，一般有兩種主流解決方案:(I)使用多片通用可編程DSP作為信號處理芯片。(2)使用高性能FPGA作為信號處理芯片。通用多片DSP處理器的優(yōu)勢在于軟件容易修改且算法容易實(shí)現(xiàn)，而其硬件本身則沒有太大的靈活性。多片DSP同時處理數(shù)據(jù)，對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求，到達(dá)信號處理器的7路信號，每一路都有16位數(shù)據(jù)和I位時鐘，對于如此多的管腳要求，顯然DSP很難與之無縫連接。如果使用FPGA方案，由于FPGA有豐富的通用I/O管腳，很容易做到無縫連接，并且在FPGA中使用狀態(tài)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)7路數(shù)據(jù)同步，滿足算法對數(shù)據(jù)同步的要求，高性能的FPGA是在原有的高密度邏輯宏單元基礎(chǔ)上嵌入了許多專用DSP硬件模塊，又滿足了算法對計算量的要求。
[0017]根據(jù)設(shè)計要求，為保證7路數(shù)據(jù)同步，需要使用FPGA給A/D模塊、數(shù)字變頻模塊、D/A模塊提供相同的時鐘信號，這樣做會消耗大量的FPGA全局時鐘資源。如果加上算法在同一塊FPGA中實(shí)現(xiàn)，就有可能產(chǎn)生時鐘資源沖突，所以這次信號處理器使用主副FPGA的方式，主FPGA提供算法的實(shí)現(xiàn)，副FPGA向外設(shè)提供時鐘信號和控制信號。這種方式將提供更大的靈活性，如后續(xù)升級只需考慮修改主FPGA的算法，其余模塊無需改變。
[0018]FPGA處理數(shù)據(jù)的能力標(biāo)志著一個系統(tǒng)的性能，因而系統(tǒng)采用Xilinx公司Virtex-6系列的XC6VLXT75T，它可以提供5616kB的內(nèi)嵌塊RAM，擁有多達(dá)288個DSP48E1，單端通用I/O有360個，可以實(shí)現(xiàn)高性能濾波以及其他數(shù)字信號處理功能。副FPGA主要提供時鐘和控制信號，系統(tǒng)選擇Xilinx公司Spartan-6系列的XC6Slxl6，它可以提供2路CMT,以及576kB的RAM和232個用戶I/O。
[0019]上變頻器或下變頻器一般有兩種方法實(shí)現(xiàn):一種是使用FPGA ;另一種是使用專用變頻芯片。利用FPGA實(shí)現(xiàn)變頻器件具有靈活的特點(diǎn)，但數(shù)字變頻設(shè)計計算量較大，會耗費(fèi)大量的FPGA資源，如果抗干擾算法也使用較復(fù)雜的算法，就有可能產(chǎn)生資源沖突；當(dāng)數(shù)據(jù)處理速率較高時，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)的性能遠(yuǎn)不如專用數(shù)字變頻器件。
[0020]數(shù)字下變頻包括數(shù)字解調(diào)，低通濾波等幾個處理環(huán)節(jié)，利用NCO，F(xiàn)IR濾波器可以完成數(shù)字下變頻；數(shù)字上變頻恰好與之相反。由于變頻芯片處理多路數(shù)據(jù)，所以選擇GC5016作為專用數(shù)字變頻器件，該器件是TI公司推出的寬頻帶4通道的可編程數(shù)字上/下變頻轉(zhuǎn)換器，提供150M sample *s-l時鐘，具有杰出的3G性能、靈活的寬帶數(shù)字濾波、多個輸入與輸出接口選項(xiàng)以及超低功耗。4個完全相同的處理通道能獨(dú)立配置成上變頻，下變頻或者是兩個上變頻和兩個下變頻組合的通道。滿足了設(shè)計對變頻芯片的要求。
[0021]A/D器件的選擇應(yīng)該保證系統(tǒng)設(shè)計功能和性能的實(shí)現(xiàn)，主要應(yīng)從4個方面考慮:
(I)A/D速率的選擇:輸入到A/D的中頻信號為16MHz，按照Nyquist采樣定理，系統(tǒng)應(yīng)該給A/D 32MHz的采樣速率，但這個采樣數(shù)據(jù)速率不能滿足算法對數(shù)據(jù)量的需求，根據(jù)算法需求采樣率應(yīng)在60MHz以上。(2)采用分辨率較高的器件:A/D器件的分辨率主要取決于器件的轉(zhuǎn)換位數(shù)和器件的信號輸入范圍，由此可見，分辨率越高A/D器件的信噪比就越高。根據(jù)加干擾GPS信號的動態(tài)范圍較大的實(shí)際特點(diǎn)，需要選擇16位或以上的A/D器件。(3)根據(jù)環(huán)境條件選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片的環(huán)境參數(shù)。因項(xiàng)目對功耗不敏感，所以不作為選型主要因素。
(4)根據(jù)接口特征選擇合適的A/D芯片。由于上下變頻器件種類較少，所以需要根據(jù)變頻器件接口來選擇A/D器件，保證A/D器件能和變頻器件實(shí)現(xiàn)無縫連接。但需要考慮電平和編碼方式等。
[0022]綜上4個方面考慮，以及參考A/D公司資料，最終選擇AD9460作為A/D轉(zhuǎn)換器。AD9460具有79dB的信噪比，并且以130Msample.s_l的高速中頻采樣速率達(dá)到16位的精密度，AD9460以80Msample.s_l采樣率工作時，其功耗為1.4W。
[0023]根據(jù)抗干擾調(diào)零算法的要求:7路中頻模擬信號經(jīng)過A/D后還應(yīng)保證數(shù)據(jù)同步，為保證7路數(shù)據(jù)同步，使用副FPGA給7個A/D提供相同的時鐘信號，在PCB上保證副FPGA到7個A/D芯片的時鐘線為同樣長，這樣即可在硬件上保證數(shù)據(jù)同步。
[0024]數(shù)據(jù)經(jīng)過算法處理后，輸出經(jīng)數(shù)字上變頻還原成中頻模擬信號，需要選擇與之相適應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換芯片。選擇D/A轉(zhuǎn)換芯片時需要考慮3方面因素:(1)D/A的轉(zhuǎn)換精度，在實(shí)際中D/A轉(zhuǎn)換器會受到電路元件參數(shù)誤差，基準(zhǔn)電壓不穩(wěn)和運(yùn)算放大器的零漂等因素影響，應(yīng)采用精度較高的D/A轉(zhuǎn)換器芯片。(2)對照上變頻芯片輸出數(shù)據(jù)的編碼方式、數(shù)據(jù)位數(shù)以及速率等，選擇D/A轉(zhuǎn)換器芯片與之無縫連接，還應(yīng)考慮D/A輸出動態(tài)幅度是否可以滿足射頻端的要求。(3)根據(jù)環(huán)境條件選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片的環(huán)境參數(shù)。
[0025]最終選擇AD9747作為D/A轉(zhuǎn)換芯片。AD9747是寬動態(tài)范圍，雙通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器，分辨率達(dá)到16bit，最高采樣速率為250Msample.s_l，該轉(zhuǎn)換器具有直接轉(zhuǎn)換傳輸應(yīng)用特性，可以和正交調(diào)制器進(jìn)行無縫連接，標(biāo)志著D/A器件轉(zhuǎn)換精度的兩個參數(shù)，DNL值為2LSB，INL值為4LSB滿足了系統(tǒng)對D/A器件的要求。
[0026]以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.自調(diào)零衛(wèi)星信號收發(fā)站，包括地面天線，其特征在于，還包括A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、上變頻器、下變頻器和FPGA ;所述A/D轉(zhuǎn)換器輸出端與下變頻器輸入端連接，所述D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端與上變頻器的輸出端連接，所述下變頻器的輸出端和上變頻器的輸入端都與FPGA連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器均與衛(wèi)星天線連接。
2.一種如權(quán)利要求1所述自調(diào)零衛(wèi)星信號收發(fā)站，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換器為7路并聯(lián)米樣A/D轉(zhuǎn)換器。
3.—種如權(quán)利要求1所述自調(diào)零衛(wèi)星信號收發(fā)站，其特征在于，下變頻器的輸出端、上變頻器的輸入端都通過電平位移電路與FPGA連接。
4.一種如權(quán)利要求3所述自調(diào)零衛(wèi)星信號收發(fā)站，其特征在于，所述FPGA為XC6VLXT75T。
5.一種如權(quán)利要求1所述自調(diào)零衛(wèi)星信號收發(fā)站，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換器為AD9460。
6.一種如權(quán)利要求1所述自調(diào)零衛(wèi)星信號收發(fā)站，其特征在于，所述D/A轉(zhuǎn)換器為AD9747。
【文檔編號】H04B1/10GK104467942SQ201310428169
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】何陽 申請人:何陽