GPS由空間衛(wèi)星星座地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶接受設(shè)備3部分組成。作為一種實(shí)時定位測速授時的導(dǎo)航系統(tǒng)，其在定位精度和觀測時間上面的優(yōu)勢使其成為該領(lǐng)域的首選。

　　硬件電路設(shè)計(jì)

　　現(xiàn)有的GPS接收機(jī)基本構(gòu)成方框圖如圖1所示。

　　本系統(tǒng)的信號接收機(jī)硬件主要包括4個功能單元：天線單元、射頻單元、相關(guān)器單元、微控制器單元?；诂F(xiàn)有架構(gòu)，結(jié)合各功能模塊的發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出一款彈載GPS接收機(jī)，以期實(shí)現(xiàn)實(shí)時定位、測速和授時。

　　相關(guān)核心模塊選型如下：

　　Zarlink公司生產(chǎn)的GP2015作為接收機(jī)的射頻前端，實(shí)現(xiàn)對信號的下變頻處理，GP2021芯片作為C/A 碼基帶相關(guān)器，對中頻數(shù)字信號進(jìn)行解調(diào)和解擴(kuò)，得到導(dǎo)航電文；TI公司的浮點(diǎn)型數(shù)字處理器TMS320C6747，對接收機(jī)自檢、測定、搜捕衛(wèi)星信號，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

　　天線單元

　　天線單元主要由天線、濾波器和前置放大器組成，該單元電路圖如圖2所示 。天線的作用是將衛(wèi)星信號極微弱的電磁波能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流。濾波器用于抑制帶外的干擾信號。而前置放大器則是將信號電流予以放大，有時還兼有變頻作用。

　　射頻單元

　　該單元電路核心芯片采用ZARLINK公司推出的GPS射頻前端芯片GP2015 。它具有低功耗、低成本和高可靠性等特性，采用TQFP封裝，封裝尺寸小，工作電源電壓為3~5 V ，當(dāng)芯片工作在3V電壓下，其功耗為200 mW。

　　GPS Ll信號通過天線、預(yù)選頻濾波器和低噪聲放大器后輸入到GP2015 ，GP2015將該射頻信號與不同頻率的本振信號經(jīng)三級下變頻到中頻 （IF）， 在GP2021提供的5.714 MHz的采樣頻率下，將中頻信號變換成頻率為1.405 MHz的2位TTL電平輸出。所以，該單元的設(shè)計(jì)任務(wù)主要有兩個：晶體振蕩器設(shè)計(jì)和濾波電路設(shè)計(jì)。

　　GPS接收機(jī)定位精度、信號的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，以及信號的一致性要求較高，從而對標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)時鐘穩(wěn)定性提出了較高的要求。本系統(tǒng)采用高精度溫補(bǔ)型晶體振蕩器TCXO，該晶體振蕩器與外部匹配電路共同工作，產(chǎn)生穩(wěn)定的10.000 MHz的基準(zhǔn)時鐘信號，在25 標(biāo)準(zhǔn)溫度下，其調(diào)整頻差為士1ppm， 負(fù)載電容為15pF。 在電源與GND之間串接10uF和100 nF電容，以有效濾除電源雜波。晶體振蕩匹配電路原理圖如圖3所示。

?

　　GP2015的濾波電路設(shè)計(jì)分為三級：第一級，設(shè)計(jì)為二階的切比雪夫?yàn)V波器，性能指標(biāo)為中心頻率175.42 MHz ，帶寬為2MHz如圖4所示 ：第二級，濾波器采用Mitel 公司的聲表面濾波器DW9255，中心頻率為35.4 MHz， 帶寬為2MHz（如圖5所示），第三級，屬于GP2015片內(nèi)濾波，它的作用是濾除進(jìn)入A/D 轉(zhuǎn)換器的噪聲和干擾信號。