基于PCI9820和GP2015的GPS信号采集与频

1 引 言

典型GPS接收机主要由4部分组成：天线、射频前端、相关器和导航解算模块。为保证GPS接收机的实时处理，关键的基带信号处理模块――相关器一般由专用集成电路来实现。对于软件GPS接收机，其射频前端模块仍由硬件实现，基带处理由软件实现，其软件平台可以是数字信号处理器 (DSP)，也可以是通用PC机。采集真实GPS信号，把数据存在普通PC的硬盘上，利用PC丰富的软硬件资源进行软件接收机设计开发，是当前GPS接收机发展的一个活跃的方向。为保证采集GPS数据的有效性，要综合考虑的指标包括采样率、量化位数、数据连续完好性等指标，这是选择数据采集系统的依据。

本文介绍了一种基于PCI。总线的数据采集系统，利用ADLINK公司生产的PCI9820数据采集卡，实现对ZARLINK公司的射频模块GP2015输出的中频GPS数据的采集，数据存到硬盘上，以便后续的GPS基带信号处理以及定位解算工作。数据采集处理系统框图如图1所示。

2 PCI9820数据采集卡介绍

PCI9820 是一块高速、高分辨率、高容量的PCI总线数据采集卡，配备两路模拟输入端，具备同步采集的功能。它提供60 MHz的内部时钟基准，内部时钟基准下，当两组模拟输入同时工作时，最高采样率为60 MS/s，而外部钟基准下可达到65 MS/s;而当选取一路模拟输入，若启用“乒乓”模式，内部时基下采样率高达120 MS/s，外部时基下采样率可以达到130 MS/s。

PCI9820 具备14 b的分辨率，14 b的A/D分辨率使得PCI9820在时域和频域应用方面较为理想。输入的范围可由软件选择，提供-1～1 V或是-5～5 V两种范围。输入阻抗可以通过手动跳线位于板卡背面的J6和J7，提供两种选择，分别为50 Ω和1 MΩ。

PCI9820 可以提供多样的触发选择，触发源包括软件触发、模拟触发与数字触发。模拟触发功能提供多种触发条件的选择，数字触发则提供上升沿触发与下降沿触发两种选择。可获得的触发模式有后触发、预触发、延时触发和中间触发。对于有极短暂间隔的连续触发事件，可以用重复触发模式获取数据。在应用多卡同步功能时， PCI9820可以接受来自于SSI接VI及外部SMB接口的5 V/TFL数字触发信号，并且多卡共用时钟及触发信号。

PCI9820延续凌华在DAQ-2000系列上的设计，提供自动校正功能，使用者只要通过一个软件指令，就可以激活PCI9820上的自动校正功能，完成模拟输入信道的校正工作，不需要任何繁杂手工操作。

PCI9820 在数字设计方面，采用标准的SODIMMSDRAM来储存资料。因为PCI9820的单一信道所产生的数据流，已超过了33 MHz、32 b PCI总线的频宽，所以数据在传输到计算机之前都记录在板载SDRAM中，然后再通过总线控制DMA传输到主机内存中。当数据的速度超过PCI总线带宽时，板卡上的内存容量相对就显得重要。PCI9820的标准版本配备64 MB的内存，最高可支持到512 MB，可提供单一信道采集频率达130 MS/s时，长达数秒的储存空间。如果板卡的数据输出小于PCI带宽，PCI9820可以配置板载3k采样数量的FIFO旁路SDRAM，完成直达主机内存的实时数据传输。在一个多用户或者多任务操作系统中，单独分配一块大的连续的内存用于DMA传输是很困难的，所以PCI9820提供了聚散DMA功能，它能把分散的内存块连接成一个互连的表列，从而可以不受分散小容量内存块的影响实现大容量数据传输。其结构框图如图2所示。

3 GPS射频芯片GP2015简介

GP2015 是ZARLINK公司生产的TQFP封装的小型射频前端芯片。GP2015提供一个低功率、低成本和高可靠性的GPS射频前端解决方案。GP2015包括一个片上合成器、混频器、自动增益控制(AGC)和一个提供符号和量级数字输出的量化器，构成一个完整的GPS接收机射频前端电路仅需要极少的外部元件。可以与12信道GPS相关器GP2021或者GP4020等GPS基带处理器配套使用，适合C/A代码全球定位的卫星接收机、时间标准、导航和测量的应用。

射频前端主要由GP2015芯片及外围滤波电路构成。GP2015的输人信号是自天线下行，经前置放大器滤波、放大后的GPS信号 (L1波段为1 575.42 MHz)作为输入信号与锁相环频率合成器产生的第一本振信号(1.4 GHz)混频，经滤波得到差频信号(175.42 MHz)。该信号与第二本振信号(140 MHz)混频，经过声表滤波器中心频率选择得到差频信号(35.42 MItz)。该信号随后进入中频信号主放大器，这一部分由两个AGC(自动增益控制)放大器和三级变频器组成。信号首先经过AGC放大，然后与第三本振信号(31.11 MHz)混频，经过低通滤波器选出中频信号(4.309 MHz)。该中频信号一路送往片内A/D转换器，一路送往管脚1