用FPGA實現(xiàn)GNSS RF接收器-用于衛(wèi)星的精確定位設(shè)計

概念

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（英文：Global Navigation Satellite System，GNSS ），又稱全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是能在地球表面或近地空間的任何地點為用戶提供全天候的3維坐標(biāo)和速度以及時間信息的空基無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其包括一個或多個衛(wèi)星星座及其支持特定工作所需的增強(qiáng)系統(tǒng)。

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際委員會公布的全球4大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)供應(yīng)商，包括中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）、美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）和歐盟的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GALILEO）。

開源、低成本、高效、高性能的GNSS接收

本文主角是一個名為NUT2NT+ 的開源硬件+軟件的一體化平臺。

NUT2NT+是一款圍繞 NT1065 芯片構(gòu)建的開源、多頻率、多信號前端 GNSS 接收器板。它是一款低功耗、低成本、全 GNSS 射頻接收器，適合衛(wèi)星導(dǎo)航愛好者。

開源

NUT2NT+ 硬件和軟件都是開源的 - 使用戶能夠設(shè)置接收器的模式和頻率，連續(xù)捕獲所有信號，并完全控制主要處理功能。

功能齊全

NUT2NT+ 旨在最大限度地提高靈活性。

遵循所有 GNSS 標(biāo)準(zhǔn)：GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou、IRNSS 和未來標(biāo)準(zhǔn)

接收所有 GNSS 頻段：L1/L2/L3/L5、G1/G2/G5、B1/B2、E1/E5 和未來頻段

高吞吐量數(shù)據(jù)流：通過 USB 3.0 Type-C 連續(xù)傳輸高達(dá) 50 MB/秒

快速處理：使用 FPGA 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

開源軟件：用于頻譜和 GNSS 信號監(jiān)測

低功耗：通過 USB 供電： 5 V @ 0.3 A

小尺寸：主板尺寸為 100 mm x 50 mm x 10 mm

Power injector circuit：適用于具有直流短路的天線，例如偶極子或 PIFA。該電路可由軟件控制。

應(yīng)用領(lǐng)域

NUT2NT+ 的靈活性具備無限的用途 - 例如：

用于自動駕駛的 GNSS 傳感器

帶有RA125 天線的NUT2NT+可用作自動駕駛汽車的精確定位 GNSS 接收器。如今，自動駕駛汽車配備了強(qiáng)大的處理平臺，例如 NVIDIA Drive PX2。憑借 NUT2NT+ 的處理能力，所有需要 MIPS 的 GNSS 接收器任務(wù)都可以在軟件中完成。

帶有RA125 天線的NUT2NT+可以連接到ROCK64等小尺寸、低成本的嵌入式平臺。可以連續(xù)捕獲所有GNSS信號樣本，而不會造成任何損失，可以在記錄儀外部進(jìn)行離線下載和處理。它可用于事故重建或 GNSS 反射測量。

系統(tǒng)框圖

NUT2NT+ 硬件

接收芯片：NT1065

USB 3.0控制器：CYUSB3014，支持USB 2.0模式

USB 連接器：USB 3.1 Type-C

Lattice ECP5 FPGA：12K LUT + 28 DSP 模塊 (LFE5U-12)

時鐘：10 MHz TCXO，焊接

射頻輸入：兩個，頻段專用

RF 輸入：參考本底噪聲 - 5 dB

ADC分辨率：兩位

ADC 頻率：高達(dá) 99 MHz

樣本傳輸：連續(xù)全流，從 10 到 50 Mbytes/sec

功耗：5 V @ 0.3 A，來自 USB

尺寸：100毫米×50毫米×10毫米

GNSS 標(biāo)準(zhǔn)：GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou、IRNSS 和未來標(biāo)準(zhǔn)

所有 GNSS 頻段：L1/L2/L3/L5、G1/G2/G5、B1/B2、E1/E5 和未來頻段

NUT2NT+軟件

軟件源代碼可在GitHub上獲取(文末)。該軟件包括：

信號轉(zhuǎn)儲器（抓取器）軟件，

頻譜分析儀軟件，

支持 libusb API

支持原生 Cypress 驅(qū)動程序 API

適用于 Windows、Linux 以及可能包含 libusb 的所有其他操作系統(tǒng)

GPS L1、GLONASS L1/L2 衛(wèi)星信號相關(guān)示例

GNURadio 支持和示例頻譜視圖 GNURadio 應(yīng)用程序

GNSS-SDR 支持，通過 GPS 和 GLONASS L1 信號進(jìn)行實時測試并使用捕獲的樣本文件進(jìn)行測試

GitHub上的 FPGA 源代碼

賽普拉斯 USB 控制器固件

審核編輯：劉清