用FPGA实现GNSS RF接收器-用于卫星的精确定位设计

概念

全球导航卫星系统（英文：Global Navigation Satellite System，GNSS ），又称全球卫星导航系统，是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的3维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统。其包括一个或多个卫星星座及其支持特定工作所需的增强系统。

全球卫星导航系统国际委员会公布的全球4大卫星导航系统供应商，包括中国的北斗卫星导航系统（BDS）、美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）和欧盟的伽利略卫星导航系统（GALILEO）。

开源、低成本、高效、高性能的GNSS接收

本文主角是一个名为NUT2NT+ 的开源硬件+软件的一体化平台。

NUT2NT+是一款围绕 NT1065 芯片构建的开源、多频率、多信号前端 GNSS 接收器板。它是一款低功耗、低成本、全 GNSS 射频接收器，适合卫星导航爱好者。

开源

NUT2NT+ 硬件和软件都是开源的 - 使用户能够设置接收器的模式和频率，连续捕获所有信号，并完全控制主要处理功能。

功能齐全

NUT2NT+ 旨在最大限度地提高灵活性。

遵循所有 GNSS 标准：GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou、IRNSS 和未来标准

接收所有 GNSS 频段：L1/L2/L3/L5、G1/G2/G5、B1/B2、E1/E5 和未来频段

高吞吐量数据流：通过 USB 3.0 Type-C 连续传输高达 50 MB/秒

快速处理：使用 FPGA 进行数据处理

开源软件：用于频谱和 GNSS 信号监测

低功耗：通过 USB 供电： 5 V @ 0.3 A

小尺寸：主板尺寸为 100 mm x 50 mm x 10 mm

Power injector circuit：适用于具有直流短路的天线，例如偶极子或 PIFA。该电路可由软件控制。

应用领域

NUT2NT+ 的灵活性具备无限的用途 - 例如：

用于自动驾驶的 GNSS 传感器

带有RA125 天线的NUT2NT+可用作自动驾驶汽车的精确定位 GNSS 接收器。如今，自动驾驶汽车配备了强大的处理平台，例如 NVIDIA Drive PX2。凭借 NUT2NT+ 的处理能力，所有需要 MIPS 的 GNSS 接收器任务都可以在软件中完成。

带有RA125 天线的NUT2NT+可以连接到ROCK64等小尺寸、低成本的嵌入式平台。可以连续捕获所有GNSS信号样本，而不会造成任何损失，可以在记录仪外部进行离线下载和处理。它可用于事故重建或 GNSS 反射测量。

系统框图

NUT2NT+ 硬件

接收芯片：NT1065

USB 3.0控制器：CYUSB3014，支持USB 2.0模式

USB 连接器：USB 3.1 Type-C

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

时钟：10 MHz TCXO，焊接

射频输入：两个，频段专用

RF 输入：参考本底噪声 - 5 dB

ADC分辨率：两位

ADC 频率：高达 99 MHz

样本传输：连续全流，从 10 到 50 Mbytes/sec

功耗：5 V @ 0.3 A，来自 USB

尺寸：100毫米×50毫米×10毫米

GNSS 标准：GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou、IRNSS 和未来标准

所有 GNSS 频段：L1/L2/L3/L5、G1/G2/G5、B1/B2、E1/E5 和未来频段

NUT2NT+软件

软件源代码可在GitHub上获取(文末)。该软件包括：

信号转储器（抓取器）软件，

频谱分析仪软件，

支持 libusb API

支持原生 Cypress 驱动程序 API

适用于 Windows、Linux 以及可能包含 libusb 的所有其他操作系统

GPS L1、GLONASS L1/L2 卫星信号相关示例

GNURadio 支持和示例频谱视图 GNURadio 应用程序

GNSS-SDR 支持，通过 GPS 和 GLONASS L1 信号进行实时测试并使用捕获的样本文件进行测试

GitHub上的 FPGA 源代码

赛普拉斯 USB 控制器固件

审核编辑：刘清