GPS接收机载波跟踪模块分析与设计

• 作 者: 崔莹莹
• 机 构: 北京大学
• 出 处: 北京大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 全球定位系统 GPS接收机 载波跟踪模块 基带处理器 锁相环 锁频环

全球定位系统GPS(Global Positioning System)是基于卫星的导航定位系统,在军事和民用中有着广泛的应用。我国北斗导航系统的逐步完善将进一步推动导航产业的发展,因此,导航接收机成为研究的一大热点。GPS技术应用的关键在于其接收设备,跟踪模块是接收机设计的关键部分,同时也是接收机的技术难点。跟踪模块包括码跟踪和载波跟踪,一般采用载波环辅助码环的形式。此时载波环需要应对所有的动态应力误差,因此载波环要比码环脆弱,成为GPS接收机基带处理器设计中的难点。　　
本文分析了载波跟踪电路的工作原理及其各个模块的作用。锁相环、锁频环均是载波跟踪电路的主要模块,本文详细分析了这两个模块的误差模型,并给出了详细的推导计算公式。在MatLab中建立仿真环境,分析如何选取环路参数以提高跟踪灵敏度,为载波跟踪电路结构和参数的选取提供理论依据。　　
最后,基于以上分析确定了载波跟踪电路的结构:锁频环辅助锁相环的电路形式,锁相环、锁频环均采用二阶环路。分析了各子模块的电路结构,并最终以RTL级硬件语言方式实现载波跟踪电路的设计。在电路实现时,对于需要多个乘法器的模块采用分时复用的方法,极大地减小了芯片面积。完成电路RTL级功能验证后,搭建了基于FPGA开发板的验证平台,对设计的载波跟踪电路进行基于硬件的功能测试。测试结果表明所设计的载波跟踪电路可以达到25dB-Hz的跟踪灵敏度,满足了设计要求。