基于微型工控机与System Generator的GPS快速捕获算法的实现与验证：探索FPGA资源复用策略

作者简介：

刘恩晓，男，1983年8月生，为哈尔滨工业大学通信技术研究所博士生，在读。主要研究方向为卫星导航接收机及其抗干扰技术。

应用领域：

本文深入探讨了导航接收机关键算法的硬件实现，以满足现代应用领域对数据更新率的高要求。

挑战与难点：

当前GPS信号捕获过程中，对码捕获通常采用串行搜索和并行搜索两种方法，但这些方法存在较长的捕获时间限制。为了解决这一问题，本文提出了利用FPGA进行高速捕获算法的创新性设计方案。

解决方案：

文章重点介绍了在SDR平台上实施频域快速捕获算法，并通过Xilinx公司的System Generator完成了基于XCVFX60FF1152 FPGA芯片编程。本系统采用时分复用技术，节约了硬件资源，并且使用了一种新的复数乘法方案以优化性能。此外，为了确保系统稳定性和精度，本文还详细阐述了采集设备选择、数据处理流程以及系统调试策略。

引言：

GPS接收机在追踪卫星信号时需要进行二维码相位搜索，这一过程涉及到多普勒频移校正和载波跟踪。本文将深入分析GPS信号捕获过程中的关键步骤，以及如何通过软件定义无线电(SDR)平台上的FFT来实现并行快速捕獲算法。

综述：

本文首先回顾了传统GPS信号捕捉方法及其局限性，然后介绍了基于FPGA硬件加速器的心智计算框架。接着，我们详细描述了SDR平台上实现频域快捷搜寻之重要原理，并展示如何利用System Generator来优化整个设计流程。此外，本篇文献也讨论关于应对噪声干扰、提高相关值精度等挑战性的问题，并提出了一系列有效解决措施。

实验结果与分析：

实验部分展示了一系列实证测试结果，包括不同条件下的SNR影响、FFT核效率评估以及整体性能评估。我们发现通过FPGA加速可以显著减少信号处理时间，从而提升GPS接收机对于动态环境变化所需适应能力。此外，还有进一步改进后的设计方案被提出，以期望进一步提升系统性能及适应更多应用场景需求。

结论与展望：

总结来说，本研究成功地将凌华科技与System Generator结合起来，在微型工控机上实现了一套高效能且灵活可扩展的地面测量站软件定义无线电(GPS SDR)前端。在未来的工作中，我们计划继续优化现有的设计，使其更适用于实际工程应用，同时探索其他可能提高GPS SDR性能的地方，比如增强抗干扰能力或开发更智能的人工智能辅助工具。