GPS信号快速捕获算法的FPGA实现 精灵论文.doc

GPS 信号快速捕获算法的 FPGA 实现 熊中喜，胡鹤飞，袁东明 （北京邮电大学电子工程学院，北京 100876） 摘要：本文介绍了一种采用预相关处理的 GPS 信号快速捕获算法，该算法降低了基于 FFT 的并行捕获的硬件实现复杂度，减少了 GPS 信号捕获处理时间。预相关处理是一种将高倍时 钟采样的中频信号通过多点求和的方式，减采样为低倍时钟采样信号的处理方法。本文给出 了采用预相关处理的 GPS 信号快速捕获算法的 FPGA 详细实现方案，描述了关键模块的设计， 通过在 Modelsim 软件上的仿真验证，证明了该实现方案的有效性。 关键词：GPS；快速捕获；FPGA；预相关 中图分类号：TN965.5 FPGA Implementation of Fast Acquisition Algorithm of GPS Signal Xiong Zhongxi, Hu Hefei, Yuan Dongming (School of Electronic Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876) Abstract: This paper presents a fast acquisition algorithm using pre-correlation processing for GPS signal. This algorithm reduces the hardware implementation complexity of FFT based parallel acquisition algorithm, and also reduces the processing time of GPS signal acquisition. The pre-correlation processing is a method used to down-sample the signal from high clock frequency to lower frequency by summing up several points. This paper gives details of implementations of the fast acquisition algorithm using pre-correlation processing and the design of key modules on FPGA. It proves the effectiveness of the implementations by the simulation in Modelsim. Keywords:GPS; fast acquisition; FPGA; pre-correlation 0 引言 随着航天技术、电子技术和计算机技术的迅猛发展，以及人类活动对于导航定位服务日 益增长的需求，卫星导航定位系统在全世界得到了快速的发展。2000 年 5 月 1 日美国政府 宣布停止人为降低信号有效性的 SA 政策，更大大促进了 GPS 接收技术在民用领域的应用。 捕获时间是 GPS 接收机的主要性能指标，基于快速傅里叶变换的捕获算法[1]与传统的 顺序捕获算法相比，能够在一次相关运算中得到所有码相位的相关结果，大大提高了捕获时 间。J.A. Starzyk 和 Z. Zhu[2]提出的预相关处理，可以将不适合硬件实现的长信号 FFT 变换 降低为多个等效的短信号，使得快速捕获算法在 FPGA 上得到了有效实现。 1 GPS 信号的快速捕获算法 GPS 卫星信号采用 CDMA 技术，不同卫星的导航数据使用不同的伪随机码进行扩频调 制。同时卫星的运动造成了接收信号的多普勒效应，使得载波频率产生了偏移，因此对于 GPS 卫星信号的捕获是一个二维空间的有哪些信誉好的足球投注网站过程。捕获算法使用相关器有哪些信誉好的足球投注网站二维空间内的 最大相关值，通过比较其是否超过阈值，判断该卫星是否可见，并获取可见卫星 C/A 码相 位和载波多普勒频移等捕获结果。 快速捕获算法基于下式来完成相关运算： ? ? ? ? ? ? ? m ? =IFFT ?FFT ?s ? n ? cos ? wn ? +js ? n ? sin ? wn ?? FFT ?CA ? n ??*? 式1 作者简介：熊中喜，（1986-），男，硕士研究生，卫星导航接收机技术. E-mail: HYPERLINK mailto:xiongzhongxi@163.com xiongzhongxi@163.com 式 1 中，s ? n ? 为输入 GPS 中频采样信号