GPS接收机L1波段下变频电路设计与研究

论文摘要

全球定位系统(GPS, Global Positioning System)是美国国防部建立的新一代卫星导航定位系统。由于其高精度、全天候、全球覆盖、方便灵活和质优价廉等特点,目前已广泛应用在全世界几乎所有需要导航、定位的军用和民用系统中。但是,由于天线接收的GPS卫星信号频率很高、功率很弱,因此需要对其进行相应处理才能使得GPS系统正常工作。射频前端电路位于接收机天线与基带信号处理单元之间,主要作用是将接收到的GPS信号进行信号调整和降频处理。其中,信号调整主要是利用前级带通滤波器和低噪声放大器将L1波段以外的噪声和干扰滤除,同时对其功率进行放大。而降频处理由下变频电路来完成,需要经过下变频混频、AGC控制、信号滤波放大等阶段,主要通过下变频混频将输入的高频GPS信号变为频率较低的中频信号,并在此过程中进行必要的滤波、增益控制以及噪声抑制。本文主要针对GPS接收机L1波段(1575.42MHz)信号进行下变频电路的设计,首先介绍了GPS接收机和下变频电路工作原理,分析了下变频电路中各部分的影响因素,在此基础上提出了两级下变频的设计方案。然后通过软、硬件结合的方法进行电路的设计,软件部分主要是控制程序的编写,以保证本振信号的两路输出,硬件部分主要从混频电路、本振电路、自动增益控制电路等模块进行设计,最终完成了整体电路的焊接与测试。结果表明,下变频电路能够成功地将1575.42MHz的GPS信号降频为46.42MHz的中频信号,并较好地完成了信号的滤波和放大,使得输出的中频信号可以满足接收机基带信号处理的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文内容与章节安排
• 第二章 下变频电路设计基本理论
• 1信号'>2.1 GPS L₁信号
• 2.1.1 GPS信号结构
• 2.1.2 GPS信号生成
• 2.2 射频接收机
• 2.2.1 射频部分的关键问题
• 2.2.2 主要的接收机结构方案
• 2.3 下变频电路主要结构工作原理
• 2.3.1 混频电路工作原理
• 2.3.2 本振电路工作原理
• 2.3.3 AGC电路工作原理
• 2.3.4 I/Q解调器工作原理
• 2.4 性能影响因素分析
• 2.4.1 放大器性能
• 2.4.2 混频器性能
• 2.4.3 频率合成器性能
• 2.4.4 滤波器性能
• 2.5 本章小结
• 1波段下变频电路总体设计方案'>第三章 GPS L₁波段下变频电路总体设计方案
• 3.1 变频方案
• 3.1.1 混频级数的选择
• 3.1.2 中频频率的选择
• 3.2 系统总体方案
• 3.2.1 两级混频的确定
• 3.2.2 整体设计
• 3.2.3 工作原理分析
• 3.3 本章小结
• 1波段下变频电路硬件设计'>第四章 GPS L₁波段下变频电路硬件设计
• 4.1 设计方法的介绍
• 4.2 硬件各模块电路的设计
• 4.2.1 输入端口电路
• 4.2.2 混频前放大、衰减与滤波电路
• 4.2.3 本振单元电路
• 4.2.4 一级混频电路
• 4.2.5 一级中频滤波电路
• 4.2.6 二级混频、AGC电路与I/Q解调器
• 4.2.7 中频LC滤波电路
• 4.2.8 电源模块
• 4.3 本章小结
• 1波段下变频电路软件设计'>第五章 GPS L₁波段下变频电路软件设计
• 5.1 设计方法介绍
• 5.1.1 MCS-51单片机的编程语言
• 5.1.2 C51单片机编译环境
• 5.2 KEIL C编程结构
• 5.2.1 文件载入
• 5.2.2 端口硬件操作
• 5.2.3 中断操作
• 5.2.4 存储空间分配
• 5.2.5 C51的指针
• 5.3 C8051F330程序设计
• 5.3.1 串行接口的设计
• 5.3.2 延时程序的设计
• 5.3.3 寄存器控制程序的设计
• 5.4 本章小结
• 1波段下变频电路的测试'>第六章 GPS L₁波段下变频电路的测试
• 6.1 输入端口反射的测试
• 6.1.1 测试结果
• 6.1.2 结果分析
• 6.2 晶振输出的测试
• 6.2.1 测试结果
• 6.2.2 结果分析
• 6.3 本振信号输出的测试
• 6.3.1 测试结果
• 6.3.2 结果分析
• 6.4 LC滤波器的测试
• 6.4.1 测试结果
• 6.4.2 结果分析
• 6.5 整体输出测试
• 6.5.1 测试结果
• 6.5.2 结果分析
• 6.6 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 致谢