基于FPGA和频率合成器的GPS信号源的设计

　　频率合成器是发射系统和接收系统中的核心器件，采用相位负反馈频率控制技术，具有良好的窄带载波跟踪性能和带宽调制跟踪性能，为系统上、下变频提供本振信号，对相位噪声和杂散具有很好的抑制作用，通过锁相频率合成技术实现的频率源已经在雷达、通信、电子等领域得到了广泛应用。

　　本文以GPS信号源设计为参考，介绍ADI公司的频率合成器ADF4360-4在GPS信号源设计中的典型应用。

　　1 信号源系统组成

　　1.1 系统设计

　　根据文献了解了GPS信号的结构特点，本文设计GPS信号源的目的是模拟卫星发射的GPS信号，也就是对GPS信号进行基带调制并产生频率为1 575.42 MHz的GPS射频信号，根据文献，在系统总体设计中，采用超外差上变频思路，根据系统设计特点，分数字电路和模拟电路两部分，系统设计如图1所示，数字电路部分设计采用软件无线电的思路，利用FPGA芯片完成GPS信号的基带调制和中频调制，输出8 b的GPS数字中频信号，通过D/A器件转换为模拟信号后送到模拟电路;模拟电路部分是整体设计的核心，主要是进行射频电路板的设计与实现，采用频率合成器、混频器等器件，对信号进行混频，滤波，功率控制等，将GPS中频信号混频调制到射频信号，利用射频电路完成上变频功能。

　　1.2 模块设计

　　(1)数字电路：数字电路部分就是基带/中频模块设计，采用软件无线电思路，根据文献，利用FPGA芯片产生GPS导航电文(D码)、C/A码、数字中频载波，对它们进行基带调制、扩频调制输出GPS数字中频信号，其中GPS信号调制原理如图2所示，主要由C/A码模块、D码模块、DDS模块和调制模块等组成。其中C/A码模块产生速率l.023MHz的第i颗卫星的C/A码序列，C/A码有1 023个码片，持续周期是1 ms;D码模块产生速率50 Hz的第i颗卫星的导航电文(D码);DDS模块产生速率12.5 MHz的数字载波信号;调制模块对C/A码、D码和载波信号进行扩频调制和BPSK调制，输出12.5 MHz的GPS数字中频信号。

　　(2)模拟电路：根据文献，模拟电路部分就是射频模块设计，利用频率合成器、混频器、滤波器和衰减器等器件进行射频电路设计，基本原理如图1所示的模拟部分，功能是将GPS信号由中频搬移到射频上，通过滤波器滤波，经可调衰减器调整功率后输出GPS射频信号，完成上变频功能。