全球卫星导航体系(Global Navigation Satellite System，GNSS)使用工业已成为一个全球性的高新技能工业，无论是军用仍是民用，都发生了明显的效益。跟着斗极卫星组网的不断完善，依据斗极的双模甚至多模接纳机也在赶紧进行研制，高精度多模接纳机的研制过程中，环路部分和定位部分调试非常重要，直接联系到接纳机功用的好坏，而多模多频牵涉到较多的信号通道和环路参数，使用传统的示波器和逻辑剖析仪进行调试所观测的数据有限，并且关于呈现过错的数据不能及时进行抓捕和剖析。FPGA内嵌的Sign alTap II或Chipscope逻辑剖析仪占用其内涵资源，深度有限，且每次都需求从头编译，占用时间较长，因而怎么处理多通道的环路和定位调试过程中的数据监测问题也成为研制卫星导航接纳机的要害。
论文针对此问题依据FPGA和DSP规划了GNSS接纳机(双模四频，L1，L2，B1，B2)及调试监测软件体系。首要对体系整体进行了规划，然后规划了L2载波接纳、多径效应按捺和环路三部分，然后完结了高精度接纳机的规划，其次对调试监测体系进行了规划，最终对整个高精度定位体系进行了测验。
1 体系整体规划
卫星导航高精度定位体系的规划首要包含高精度接纳机和数据调试监测体系两部分。高精度接纳机为COMPASS/GPS双模四频接纳机，其每个频点选用了12个通道.共48个通道。该接纳机使用了FPGA和DSP芯片相结合的办法，类型别离为Xillinx公司的Spartan6-150和Ti公司的TMS320C6713。整体框图及其单通道框图别离如图1、图2所示。
接纳机首要由射频、基带和定位三大部分组成，FPGA完结信号的捕获和盯梢，DSP完结导航电文的提取、载波环和码环的鉴相与滤波，并将相关数据经过双向数据总线传送给FPGA，调整码NCO和载波NCO。首要作业流程为：天线收到的射频信号经模仿下变频成为中频信号，再经过A/D采样后送至FPGA处理。经过加权自适应量化后，数字信号与本地复现的正交载波相乘后分红同相(I)和正交(Q)两路数据，I、Q两路信号经过滤波抽取今后送至相关累加器，与本地复现的超前、即时和滞后三路C/A码进行相关累加。六路相关累加值送至DSP，DSP处理之后发生操控信号操控C/A码的发生和载波NCO的相位字和频率字。一同将环路数据和定位数据经过串口传送到核算机上，经过软件编程完成体系的辅佐调试和监测功用。
2 高精度接纳机规划
高精度接纳机与导航型接纳机在硬件上不同较大，其射频、基带电路的首要目标都高于导航型接纳机。对基带信号处理也有其本身特色，完成难度较大，首要体现在：1)A/D采样时钟频率、安稳度要求较高;2)码相位测距精度高，抗多径技能和时序要求高;3)载波相位的测距精度高，导致本地载波NCO的码表很大、位宽较宽，也需求较好的抗多径按捺;4)高采样率决议了后续的下变频和滤波作业在高速率上，有必要合理选取量化位数和本地载波NCO精度;5)码盯梢环和载波盯梢环有老练的理论可供参考，可是有必要经过很多的试验才干取得较优的参数。在时钟选取上，选用美国XX型的钟能够到达较好的作用，尽管也存在零漂，但其均值和方差能够在开机后核算出来，使用计数器核算出每个区间内数据的数目，然后依据成果进行调整。关于高精度接纳机，中心是L1、L2、B1和B2频点载波相位的高精度丈量，因为L1频率上调制有民码，能够使用C/A码的相关丈量L1载波相位，其首要的规划难点在于L2频率载波相位的丈量，B1、B2频率为斗极的频率，丈量办法与L1频率类似。一切频率载波相位的准确丈量都需求处理多径的问题。
2.1 L2载波接纳技能规划
美国军方为了避免对军用P码的诈骗，使用保密的W码对L1、L2载波的P码进行调制，构成具有反诈骗功用的Y码。因为GPS的L2载波上仅调制有P码，且不知道Y码的结构，只能使用无码或半无码技能进行L2信号的丈量。无码接纳技能不需求知道Y码的结构，半无码技能使用了揭露的P码，并使用Y码是P码和W码的模2和特色，其间W码带宽约为500kHz。现在，几大厂商选用的无码或半无码技能首要有4种：平办法，穿插相关法，P码辅佐L2平方和Z盯梢法。因为平办法存在半波长的含糊度和平方损(下降30 dB)问题，穿插相关法需求宽带滤波，信噪比相同会丢失(约27 dB)，P码辅佐L2平办法只能进行L2载波的半波长丈量，因而论文选取Z盯梢法。
Z盯梢法归纳了穿插相关和P码辅佐L2平办法的长处，一同还使用了W码和P码之间的码长联系(W码码长约为P码码长的20倍)，L1和L2信号处理后能够得到W码的估量，原理如图3所示。
L1、L2信号与本地发生的P码进行相关，当相关器输出的信号包络最大时，以为本地P码与接纳的P码对齐。P码相关后的L1、L2载波调制有W码，带宽约为1 MHz。关于L1载波，L1—W带通滤波器的输出与从C/A码康复的L1载波混频，然后经低通滤波器后进行积分累加，积分时间为W码的码长.积分时间由P码以及P码和W的码长联系确认。积分累加后输出信号的正负能够作为W码极性的估量。对L2信号进行相同的处理，因为P2码受电离层影响发生的推迟大于P1码推迟，能够以为P2码是P1码经推迟后所得，因而，能够用一个具有可变推迟的P码生成器完成图3中两个P码生成器的功用。
L2-Y码信号与本地P码相关后，与L2锁相环中NCO发生的本地L2载波混频。混频后的信号经低通滤波器后依据L2-P码确认的时间进行积分累加。L2信号的积分累加输出与时间锁存中从L1信号估量得到的相应L1-W码估量进行相关，当时间同步时，L2积分累加后输出中的W码将被移去，锁相环能够对L2载波进行全波长盯梢丈量，而不需求很准确地知道W码的码长。因为L1信号较L2信号强3dB，并且在W码确认曾经现已与本地P码相关去掉了L1、L2载波上的P码，使得信号带宽从20 MHz缩小到1MHz，所以其平方损较小(约为13dB)，有效地进步了丈量中的数据质量。
2.2 多径效应按捺规划
多径效应是影响接纳机精度的首要因素之一，能够形成1/4个波长差错。一般是经过抗多径天线和基带信号处理两方面进行批改。基带处理首要是使用窄相关技能或许以
窄相关技能为根底而改进的如MEDLL(Multipath Estimating Delay Lock Loop)、PAC(Pulse Aoerture Correlator)以及Strobe等技能。
关于丈量型接纳机，其周围环境较为安稳，多径改变也缓慢，因而在规划时选用了MEDLL技能。MEDLL是建立在核算理论根底上的一种抗多径技能，如图4所示，MEDLL选用多个相关器得到相关函数的多个采样值，然后依据最大似然原则进行迭代核算。理论上，假如接纳机遭到M路多径信号的影响，就需求进行M次迭代核算，但在实践环境中，并不知道存在多少个多径信号。因为一切的多径信号中只要其间的1—2路占主导作用，因而实践操作中M值一般选取3或4。在迭代核算的过程中，MEDLL将多径信号考虑在内，使用并行通道的窄相关采样，估量出直接信号和多径信号的起伏、推迟和相位，剖析推迟最小的信号为直达信号，其它较大推迟的信号以为是多径信号重量被消除。
2.3 环路规划
环路规划包含码环和载波环的规划，首要难点在于规划用于反应操控设备行为的操控体系，包含推迟确定环(DLL)、锁相环(PLL)和锁频环(FLL)。好的动态功用要求DLL能够准确盯梢由体系动态而引起的码推迟改变，体系动态包含时钟漂移以及用户和卫星运动的视野方向重量。这儿考虑用来自于PLL或许FLL的速率丈量来辅佐DLL的计划，从而改进其动态功用，关于接纳机转到高精度定位时，使用延伸积分时间的计划进步丈量精度。
载波同步也考虑到两种状况，PLL能够一同盯梢载波频率和相位，丈量精度高，但动态功用差。FLL仅能盯梢载波的频率，动态功用较好，但精度较差，因而规划时应依据环境的不同，合理切换为PLL或许FLL。
3 调试监测体系规划
关于一切需求输入的环路数据按功用区分放在一同传输。上电时，FPGA一切的通道处于复位状况，快捕开端作业，查找卫星，并将1 ms相关累加成果经过数据总线传给DS P。DSP在接纳到触发中止信号时，对捕获到的卫星分配通道，复位和初始化。然后将环路信息写入FPGA，进行环路的更新，一同发送通道操控信息，操控相应的地址数据搬移到串口缓冲区，以便进行数据的传输。关于DSP处理的PVT数据，则直接经过数据总线存储到FPGA的双口RAM中，然后搬移到串口缓冲区进行数据的发送。如图5所示，这样FPGA中每个通道和外部的数据总线之间的衔接最简略，便于FPGA的布局布线和完成时的功用更改和扩展。
在PC机终端软件规划时，将每个通道的环路数据按时间进行存储，针对特定的通道数据进行实时的显现和剖析调试。
4 体系测验与剖析
测验时间：2013—2—25下午1点40分;
测验地址：空军工程大学信息与导航学院科研楼，天线放置于楼顶;
测验仪器：接纳机板卡、核算机、天线、串口传输线和直流稳压电源。
高精度定位解算试验条件：因为高精度的定位解算首要处理对象是载波相位，经过解算整周含糊度来进行RTK验证，试验时选用双天线测姿的办法来验证不只简洁，并且可
靠。详细流程为：首要使用2个NovAtel接纳机板卡及天线，并将两天线别离放置于已知基线长度为2.018 m的两头，使用其自带的CDU软件进行长时间解算，得到基线仰角为0°，方位角为-85°。然后换成自研的高精度接纳机板卡，进行相同的试验，将收集的数据使用自研的软件进行解算(LAMBDA算法)，得到的成果如图7所示。
由图7能够看出.基线长度差错在1 cm范围内，仰角与方位角差错也在0.6°范围内，满意精度要求，阐明研制的高精度接纳机板卡功用杰出。
图7所示的成果显现的为5 000个1ms环路数据(5 s)，从载波多普勒频移能够看出，这段时内载波环由宽带盯梢转到窄带盯梢。从其它参量也能够得到盯梢功用杰出的定论，但在3s左右的时间呈现了I路相关累加值增大状况，这是因为进入窄带盯梢的原因。
5 定论
体系针对卫星导航高精度接纳机的L2载波接纳、多径效应按捺和环路三部分进行了规划，一同对调试监测体系进行了规划。经过对规划体系的测验标明，高精度接纳机功用
较好，精度在1 cm范围内;调试监测体系到达了辅佐硬件程序调试和数据监测的意图。
