GPS自適應調零天線信號處理系統硬件設計

摘要 針對GPS抗干擾問題，常用手段是在信號處理系統中采用自適應調零算法來實現抗干擾。結合該算法文中給出了一種信號處理系統的硬件實現方案。首先概述GPS自適應調零天線的系統結構，然后給出信號處理系統的硬件設計思路及其功能模塊的實現，最后通過實測數據驗證硬件模塊可以滿足自適應調零算法的要求。
關鍵詞 自適應調零天線；硬件設計；信號處理系統；FPGA

GPS即全球定位系統(Global Positioning System)，是一個由覆蓋全球的24顆衛星組成的衛星系統，該系統可實現導航、定位、授時等功能。但GPS信號比較容易受敵方干擾，與之類似，未來我國的北斗二代衛星導航系統也會遇到同樣的問題，現在研究GPS抗干擾系統對我國自身的衛星導航技術發展具有重要的應用價值。針對項目需求和背景，結合抗干擾調零算法，先給出了數字調零天線的系統結構圖，然后詳細說明了信號處理系統及各個模塊的功能與選型，最后通過測試數據驗證了信號處理系統的硬件設計滿足項目要求。

GPS抗干擾系統如采用數字調零天線，按信號輸出形式分為射頻輸出和中頻輸出兩種設計方案。由于當前大量投入使用的普通GPS衛星接收機未到淘汰年限，并且沒有抗干擾功能。如果采用射頻輸出的抗干擾調零天線方案，可以在保持原有接收機結構條件下，僅替換射頻端就可以實現接收機的抗干擾功能，具有較高的經濟效益；而最新開發的GPS接收機多采用數字調零中頻輸出方案，這種方案結構簡單，實現難度低，質量穩定可靠。文中GPS抗干擾系統采用數字調零天線射頻輸出的方案，而中頻輸出方案則可通過修改射頻輸出方案來實現。
GPS數字調零天線主要包括射頻模塊和信號處理模塊。射頻模塊負責信號的放大和頻率轉換以及接口一致性，其中在射頻通道中包括上變頻射頻通道和下變頻射頻通道，下變頻部分是把輸入的L1頻率信號變頻到14 MHz中頻，而上變頻部分是把中頻信號變頻到L1頻率上去；信號處理模塊負責實現抗干擾調零算法及數據傳輸。

1 信號處理系統硬件設計與實現
在信號處理系統硬件設計之前，需要明確信號處理系統的數據流向，首先由7路中頻模擬信號進入信號處理系統，通過采樣把模擬信號轉換成數字信號，然后經過下變頻芯片把中頻信號變為基帶信號，電平轉換后送給FPGA實現抗干擾調零算法，最后由FPGA發出信號經過電平轉換和上變頻，通過數模轉換變成中頻模擬信號送給射頻模塊。

1．1 信號處理器系統
信號處理器是信號處理系統中最重要的芯片，針對抗干擾調零算法運算量大，并要求輸入數據同步的特點，一般有兩種主流解決方案：(1)使用多片通用可編程DSP作為信號處理芯片。(2)使用高性能FPGA作為信號處理芯片。通用多片DSP處理器的優勢在于軟件容易修改且算法容易實現，而其硬件本身則沒有太大的靈活性。多片DSP同時處理數據，對整個系統的穩定性提出了更高的要求，到達信號處理器的7路信號，每一路都有16位數據和1位時鐘，對于如此多的管腳要求，顯然DSP很難與之無縫連接。如果使用FPGA方案，由于FPGA有豐富的通用I／O管腳，很容易做到無縫連接，并且在FPGA中使用狀態機可以實現7路數據同步，滿足算法對數據同步的要求，高性能的FPGA是在原有的高密度邏輯宏單元基礎上嵌入了許多專用DSP硬件模塊，又滿足了算法對計算量的要求。