作者：刘恩晓，哈尔滨工业大学通信技术研究所博士生，以卫星导航接收机及其抗干扰技术研究为主要方向。

应用领域：导航接收机关键算法的硬件实现，尤其是GPS快速捕获算法的实时性和效率对数据更新率有直接影响。

挑战：目前GPS信号捕获方法主要包括串行搜索与并行搜索，但现有方法在追求高数据更新率时难以满足要求。传统软件设计虽然灵活但不利于知识产权保护和专门芯片生产。因此，本文采用FPGA进行硬件实现，并探讨如何通过资源复用来提升性能。此外，由于信号强度低于噪声水平，对采集数据的准确性至关重要。

解决方案：本文重点研究了基于SDR平台上的频域捕获算法，并利用Xilinx公司的System Generator完成了XCVFX60FF1152 FPGA芯片编程。在设计中采用时分复用技术，节约了硬件资源。此外，为避免系统热噪声影响，使用ADLINK公司数字化仪PCI-9846H进行卫星信号采集，并在Matlab下的Simulink中进行系统调试和下载到FPGA。

引言

GPS接收机必须模拟待捕捉卫星发射的PN码，然后移动此模拟码相位直至与卫星PN码相关。这一过程涉及二维代码搜索，如图1所示，其中横坐标为码相位，纵坐标为多普勒频槽。典型情况下，每个码片搜寻增量是一个半个码片分格，每个频率分格大约是Hz（逗留时间越长频率分格越小）。一个码分格和一个多普勒分格合并成为一个方格，在这个区域内完成自相关过程后，就可以跟踪卫星状态。

频域快速捕获算法

2.1 频域捕获原理

随着硬件技术进步，FFT运算速度加快，在现代通信、无线电导航、精密定位等方面需要对无线电信号进行实时相关处理。为了实现快速捕捉，GPS接收机引入FFT计算相关值，可以同时计算所有可能相位的相关值，从而缩短捕捉时间。在每个频槽上计算出所有可能相位的相关值，使得整个过程更高效。

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