基于FPGA的GPS C/A码快捕算法的分析及研究

摘要

随着社会的发展，人们对精确导航的需求与日俱增，现在许多国家国都在争相建立自己的卫星导航系统。卫星导航定位技术因为其在军事领域的重要应用，是关系国家安全的重要战略资源；同时在民用领域也具有广阔应用空间，有着非常好的的市场前景。GPS作为世界上最成熟的卫星导航系统，越来越多的人开始GPS接收机的相关研究。GPS信号捕获算法作为接收机中频信号处理的关键技术，也越来越受到重视。
　　本文首先对GPS及其他卫星导航系统进行简单的介绍。接着详细介绍了GPS卫星信号的结构，及生成方式，为后面要介绍的捕获算法打下基础。设计过程中首先分析了各种捕获算法的结构、性能、适用范围等，对信号捕获的方法有了一个大体的认识。通过对这些算法的研究，在自己要设计的捕获模块的指标的约束下确定了要采用的捕获方法，即基于相干积分与非相干积分结合的FFT伪码快速捕获方法。本算法理论上可以在40秒的时间内完成单颗卫星整个多普勒频域和所有码相位的搜索，如果在实现中用多路并行通道，这个时间还会大幅减少。
　　接着论文从理论上推导了该种方法中各种参数对捕获性能的影响，综合各种考虑，确定模块的各个设计参数。同时也验证了各模块在不同参数下的性能，比如将相干积分时间提高到1毫秒，对整个捕获模块的影响。算法确定后，第三章GPS卫星信号进行Matlab建模，对捕获算法进行了仿真验证，其中包括卫星中频信号的生成和卫星信号的捕获模块，证明了该方法的可行性。第四章以Xilinx公司的Vertex5 XUPV5-LX110T开发板为平台，以modelsim为仿真软件，编写了各个模块的verilog代码，实现了算法。