基于獨立DSP平臺的實(shí)時(shí)衛星導航接收機的設計

目前，衛星定位系統的應用越來(lái)越廣泛，中國、歐盟和日本等國都在積極發(fā)展自己獨立的衛星定位系統。自1980年第一臺商品GPS信號接收機問(wèn)世以來(lái)，GPS信號接收機不斷更新?lián)Q代，目前的衛星導航接收機主要由專(zhuān)用集成芯片（ASIC）搭建而成，擁有集成度高、速度快的優(yōu)點(diǎn)。但隨著(zhù)衛星導航系統現代化的開(kāi)展，在軌飛行的導航衛星日漸增多，衛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更新，暴露出硬件接收靈活度低、升級昂貴的弱點(diǎn)。而軟件接收機通常是通過(guò)下變頻芯片將衛星導航信號降到較低的中頻，然后通過(guò)模數轉換器對信號進(jìn)行數字化，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(shí)現，易于在現有系統的基礎上進(jìn)行性能升級和功能擴展。
　　從目前研究現狀來(lái)看，軟件接收機的實(shí)現大多基于PC機或FPGA/DSP組合平臺[1]。而FPGA平臺雖然是一個(gè)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(shí)現定位解算功能。因此，實(shí)現基于獨立DSP平臺的通用衛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，討論如何在現有DSP平臺上提供多星座衛星導航軟件接收機支持，同時(shí)分析系統自舉引導功能的實(shí)現和基于DSP/BIOS操作系統的軟件接收機任務(wù)調度管理。
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，可以分為中頻數據采集模塊、數據存儲模塊、結果輸出模塊和電源及復位模塊。本文所設計的衛星導航接收機硬件系統原理框圖如圖1所示。

　　基本的工作原理：由射頻前端GP2015對天線(xiàn)接收的信號進(jìn)行下變頻，輸出模擬中頻信號，ADC對中頻信號進(jìn)行采樣和量化，然后傳輸到TMS320C6416 DSP進(jìn)行相關(guān)的運算處理，完成衛星信號的捕獲、跟蹤和定位解算等功能，最后將解算的結果通過(guò)輸出模塊傳送到顯示終端顯示定位結果及相關(guān)信息。
1.1 TMS320C6416簡(jiǎn)介
　　TMS320C6416是TI公司推出的高性能定點(diǎn)DSP[2]，其時(shí)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(jìn)的甚長(cháng)指令結構(VLIW)的DSP內核有6個(gè)ALU(32/40 bit)，每個(gè)時(shí)鐘周期可以執行8條指令，所有指令都可以條件執行。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的數據緩存組成，二級緩存（L2）為8 Mbit，有2個(gè)擴展存儲器接口(EMIF)，1個(gè)為64 bit(EMIFA)，1個(gè)為16 bit(EMIFB)，可以提供64條獨立的DMA通道[3]。
　　本系統使用50 MHz有源晶振作為DSP的外部輸入時(shí)鐘,內部鎖相環(huán)使用×20模式（CLKMODE1=1，CLKMODE0=0），系統的主頻為1 GHz。
1.2 多星座數據采集模塊
　　為了使軟件接收機能夠支持多衛星導航星座的中頻數據采集與處理功能，本系統同時(shí)提供了模擬中頻采集接口和數字中頻采集接口,2個(gè)接口可以同時(shí)使用，也可以任選其一，從而使系統具備較高的軟件可擴展性。多星座中頻數據采集模塊的原理框圖如圖2所示。