基于FPGA和頻率合成器的GPS信號源的設計

　　頻率合成器是發射系統和接收系統中的核心器件，采用相位負反饋頻率控制技術，具有良好的窄帶載波跟蹤性能和帶寬調制跟蹤性能，為系統上、下變頻提供本振信號，對相位噪聲和雜散具有很好的抑制作用，通過鎖相頻率合成技術實現的頻率源已經在雷達、通信、電子等領域得到了廣泛應用。

　　本文以GPS信號源設計為參考，介紹ADI公司的頻率合成器ADF4360-4在GPS信號源設計中的典型應用。

　　1 信號源系統組成

　　1.1 系統設計

　　根據文獻了解了GPS信號的結構特點，本文設計GPS信號源的目的是模擬衛星發射的GPS信號，也就是對GPS信號進行基帶調制并產生頻率為1 575.42 MHz的GPS射頻信號，根據文獻，在系統總體設計中，采用超外差上變頻思路，根據系統設計特點，分數字電路和模擬電路兩部分，系統設計如圖1所示，數字電路部分設計采用軟件無線電的思路，利用FPGA芯片完成GPS信號的基帶調制和中頻調制，輸出8 b的GPS數字中頻信號，通過D/A器件轉換為模擬信號后送到模擬電路;模擬電路部分是整體設計的核心，主要是進行射頻電路板的設計與實現，采用頻率合成器、混頻器等器件，對信號進行混頻，濾波，功率控制等，將GPS中頻信號混頻調制到射頻信號，利用射頻電路完成上變頻功能。

　　1.2 模塊設計

　　(1)數字電路：數字電路部分就是基帶/中頻模塊設計，采用軟件無線電思路，根據文獻，利用FPGA芯片產生GPS導航電文(D碼)、C/A碼、數字中頻載波，對它們進行基帶調制、擴頻調制輸出GPS數字中頻信號，其中GPS信號調制原理如圖2所示，主要由C/A碼模塊、D碼模塊、DDS模塊和調制模塊等組成。其中C/A碼模塊產生速率l.023MHz的第i顆衛星的C/A碼序列，C/A碼有1 023個碼片，持續周期是1 ms;D碼模塊產生速率50 Hz的第i顆衛星的導航電文(D碼);DDS模塊產生速率12.5 MHz的數字載波信號;調制模塊對C/A碼、D碼和載波信號進行擴頻調制和BPSK調制，輸出12.5 MHz的GPS數字中頻信號。

　　(2)模擬電路：根據文獻，模擬電路部分就是射頻模塊設計，利用頻率合成器、混頻器、濾波器和衰減器等器件進行射頻電路設計，基本原理如圖1所示的模擬部分，功能是將GPS信號由中頻搬移到射頻上，通過濾波器濾波，經可調衰減器調整功率后輸出GPS射頻信號，完成上變頻功能。