基于獨(dú)立DSP平臺(tái)的實(shí)時(shí)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的設(shè)計(jì)

目前，衛(wèi)星定位系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，中國(guó)、歐盟和日本等國(guó)都在積極發(fā)展自己獨(dú)立的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。自1980年第一臺(tái)商品GPS信號(hào)接收機(jī)問世以來，GPS信號(hào)接收機(jī)不斷更新?lián)Q代，目前的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)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(diǎn)。但隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)代化的開展，在軌飛行的導(dǎo)航衛(wèi)星日漸增多，衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用趨于多樣化，固定的硬件結(jié)構(gòu)難以完成快速系統(tǒng)更新，暴露出硬件接收靈活度低、升級(jí)昂貴的弱點(diǎn)。而軟件接收機(jī)通常是通過下變頻芯片將衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)降到較低的中頻，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，接收機(jī)的捕獲、跟蹤、定位等功能則由軟件在通用的信號(hào)處理平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，易于在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行性能升級(jí)和功能擴(kuò)展。
　　從目前研究現(xiàn)狀來看，軟件接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)大多基于PC機(jī)或FPGA/DSP組合平臺(tái)[1]。而FPGA平臺(tái)雖然是一個(gè)可編程的平臺(tái)，但其靈活性和擴(kuò)展性與純軟件相比仍然有所欠缺，而DSP通常在此平臺(tái)中僅實(shí)現(xiàn)定位解算功能。因此，實(shí)現(xiàn)基于獨(dú)立DSP平臺(tái)的通用衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)是一項(xiàng)十分有意義的工作，可以極大程度地?cái)U(kuò)展軟件接收機(jī)的靈活性。本文主要探討基于獨(dú)立DSP的軟件接收機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，討論如何在現(xiàn)有DSP平臺(tái)上提供多星座衛(wèi)星導(dǎo)航軟件接收機(jī)支持，同時(shí)分析系統(tǒng)自舉引導(dǎo)功能的實(shí)現(xiàn)和基于DSP/BIOS操作系統(tǒng)的軟件接收機(jī)任務(wù)調(diào)度管理。
1 接收機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　GNSS軟件接收機(jī)平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)，可以分為中頻數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、結(jié)果輸出模塊和電源及復(fù)位模塊。本文所設(shè)計(jì)的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)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(duì)天線接收的信號(hào)進(jìn)行下變頻，輸出模擬中頻信號(hào)，ADC對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行采樣和量化，然后傳輸?shù)絋MS320C6416 DSP進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)算處理，完成衛(wèi)星信號(hào)的捕獲、跟蹤和定位解算等功能，最后將解算的結(jié)果通過輸出模塊傳送到顯示終端顯示定位結(jié)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(dá)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(zhǎng)指令結(jié)構(gòu)(VLIW)的DSP內(nèi)核有6個(gè)ALU(32/40 bit)，每個(gè)時(shí)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(jí)緩存結(jié)構(gòu)，一級(jí)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(jí)緩存（L2）為8 Mbit，有2個(gè)擴(kuò)展存儲(chǔ)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(dú)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(shí)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(jī)能夠支持多衛(wèi)星導(dǎo)航星座的中頻數(shù)據(jù)采集與處理功能，本系統(tǒng)同時(shí)提供了模擬中頻采集接口和數(shù)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(tǒng)具備較高的軟件可擴(kuò)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。