基于C6748+FPGA的高精度北斗接收机设计与实现

Posted 2021-08-14 专注DSP+ARM+FPGA

随着计算机技术、通信技术、测控技术的提高,卫星导航技术不断进步,尤其在军事、民用领域应用越来越广泛,逐渐成为衡量国家军事实力和科学技术水平的一个重要标杆。我国在20世纪90年代中期开始建设中国北斗卫星导航系统,截止到2016年3月30日,我国已经有第22颗北斗导航卫星发射成功,北斗已经实现亚太地区服务能力,也表明全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）发展日益完善。

 

全球卫星导航系统接收机是导航系统极其重要的部分,随着大规模集成电路芯片的应用,如现场可编程逻辑门阵列（FPGA）和数字信号处理器（DSP）,其实时性、精度等特性也不断提高。为了满足实时性和大数据存储要求,本文采用最佳组合方式FPGA+DSP,以及最新高性能DSP芯片作为处理器,通过对定位解算算法的设计及优化实现,对我国的北斗卫星定位系统做出了一点微薄的贡献。本文主要研究的内容是北斗卫星接收机定位算法的研究以及在DSP处理器上的实现。首先,讲述了北斗1和北斗2卫星的定位基本原理,并介绍了北斗卫星导航电文的解调和观测量的提取,在此基础上,对北斗卫星位置和速度、以及用户接收机位置和速度的计算原理做了介绍。然后,讲述了北斗接收机的架构,详细介绍了接收机DSP部分的软、硬件设计,并建立定位解算模型,在最小二乘法的基础上,重点介绍了加权最小二乘法和扩展的卡尔曼滤波法,对伪距观测误差建立模型并进行修正,最后,对导航解算算法进行系统实验验证,并在PC机上采用VC6.0软件进行上位机界面实时显示,以实现北斗卫星接收机分别在静态和动态条件下快速高精度的定位。

基于信迈C6748+FPGA研发的北斗接收机实物

1 评估板简介
基于TI OMAP-L138（定点/浮点 DSP C674x+ARM9）+ Xilinx Spartan-6 FPGA处理器；
OMAP-L138 FPGA 通过uPP、EMIFA、I2C总线连接，通信速度可高达 228MByte/s；OMAP-L138主频456MHz，高达3648MIPS和2746MFLOPS的运算能力；
FPGA 兼容 Xilinx Spartan-6 XC6SLX9/16/25/45，平台升级能力强；
开发板引出丰富的外设，包含千兆网口、SATA、EMIFA、uPP、USB 2.0 等高速数据传输接口，同时也引出 GPIO、I2C、RS232、PWM、McBSP 等常见接口；
通过高低温测试认证，适合各种恶劣的工作环境；
DSP+ARM+FPGA三核核心板，尺寸为 66mm*38.6mm，采用工业级B2B连接器，保证信号完整性； Ø
支持裸机、SYS/Bios 操作系统、Linux 操作系统。

图1 开发板正面和侧视图 

XM138F-IDK-V3.0 是一款基于深圳信迈XM138-SP6-SOM核心板设计的开发板，采用沉金无铅工艺的4层板设计，它为用户提供了 XM138-SP6-SOM核心板的测试平台，用于快速评估XM138-SP6-SOM核心板的整体性能。

XM138-SP6-SOM引出CPU全部资源信号引脚，二次开发极其容易，客户只需要专注上层应用，大大降低了开发难度和时间成本，让产品快速上市，及时抢占市场先机。不仅提供丰富的 Demo 程序，还提供详细的开发教程，全面的技术支持，协助客户进行底板设计、调试以及软件开发。

2 典型运用领域
数据采集处理显示系统
智能电力系统
图像处理设备
高精度仪器仪表
中高端数控系统
通信设备
音视频数据处理

图2 典型应用领域

3 软硬件参数
开发板外设资源框图示意图

 

图3 开发板接口示意图

 

图4 开发板接口示意图