FPGA实现的Farrow滤波器在导航接收机中的应用

"单片机与DSP中的导航接收机中Farrow滤波器的设计与FPGA实现" 在软件无线电（Software Defined Radio, SDR）技术中，导航接收机扮演着至关重要的角色。它利用现代通信理论，以数字信号处理为核心，微电子技术为支撑，能够灵活处理各种不同速率的信号。在导航接收机中，射频信号首先被转化为标准的中频信号，以便适应模数转换（Analog-to-Digital Converter, ADC）的需求。之后，这些数字信号会通过可编程的数字信号处理模块进行进一步处理。 为了解决使用多个主时钟导致的成本高和灵活性差的问题，导航接收机通常采用单一主时钟进行固定频率的带通抽样。通过抽样速率变换（Sampling Rate Conversion, SRC）技术，可以将不同速率的比特或码片信号转换到所需的标准速率。SRC技术的关键在于如何有效地改变信号的采样频率，而Farrow滤波器就是实现这一目标的一种有效方法。 Farrow滤波器是一种特殊的分段多项式脉冲响应滤波器，其结构类似有限 impulse response (FIR) 滤波器，但拥有可变的数字延迟单元。这使得Farrow滤波器能够根据需要调整频率转换的比例，因此在SRC中特别适用。Farrow滤波器的设计通常包括抗混叠滤波器的构建，以确保在信号速率变化过程中避免信号失真。 抗混叠滤波器设计是SRC过程中的关键步骤，它的目的是防止由于不适当的抽样频率导致的信号频谱重叠。在SRC的流程中，首先对数字信号进行数模转换并过滤，得到一个模拟信号，随后再对这个模拟信号进行抽样处理。通过设定合适的内插因子（L）和抽取因子（M），可以控制SRC因子（L/M或T2/T1），以实现所需的新采样周期（T2）。 在图1所示的重建信号再抽样示意图中，L和M是整数，且互质，这保证了SRC操作的精度。T1是原始采样周期，而T2是经过内插和抽取后的新周期。通过调整L和M的值，可以精确地控制SRC过程，以适应导航接收机处理不同速率信号的需求。 在硬件实现上，FPGA（Field-Programmable Gate Array）由于其灵活性和高性能，常被用于实现Farrow滤波器。FPGA可以快速高效地执行复杂的数学运算，同时允许动态调整滤波器参数，以适应实时的系统需求。 Farrow滤波器在单片机与DSP中的导航接收机中扮演着不可或缺的角色，它结合了软件无线电的优势和FPGA的硬件灵活性，实现了高效、低成本的抽样速率变换，为多速率信号处理提供了可行的解决方案。