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，特别是在GPS快速捕获方面。

挑战：目前GPS信号捕获电路的主要实现手段是通过使用DSP芯片，但这种方法不利于知识产权保护和生产专门芯片。因此，本文采用FPGA来实现，并且在有限的资源上如何进行复用是一个关键问题。此外，由于导航信号强度远远低于噪声，准确采集中频数据对算法验证至关重要。

解决方案：本文重点研究了在SDR(Software Defined Radio)平台上实现频域捕获算法。基于SDR平台和FFT（快速傅里叶变换）来实现并行快速捕获算法。本文使用Xilinx公司的系统级建模工具System Generator完成了对XCVFX60FF1152这款V4系列的FPGA芯片编程，完成了频域捕获算法的硬件实现。在设计中采用时分复用技术，使整个设计方案只采用一个FFT核，并且使用了一种新的复数乘法方案，节约了硬件资源。为了避免系统热噪声的影响而准确采集导航数据，本系统设计时使用ADLINK公司生产的数字化仪PCI-9846H进行卫星信号采集，使用Xilinx公司提供的编程软件——System Generator读取采集数据，在Matlab下的Simulink中进行系统设计调试，然后直接生成硬件描述语言下载到FPGA中。

引言

GPS接收机必须复现待捕获卫星所发射PN码，然后移动这个复现码相位直到与卫星PN码发生相关为止。当接收机所复现代码与输入卫星代码相匹配，有最大的相关值。当複現碼相位與輸入衛星碼相位在任何一邊偏移超过1個碼片時，有最小相關。这就是GPS接收機通過二維C/A碼搜索圖案來檢測衛星信號。这样 GPS 信号 的 捕捉 和 跟踪 过程 是 二 维 的 信 号 复 现 过 程，如 图 1 所示。

图1二维C/A码搜索图案

典型情况下码相位以1/2码片为增量被搜索。每个码相位搜索增量是一个码片分格，每个频率分格大概是Hz，其中是搜索逗留时间（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起来成为一个方格。在此基础上，我们可以进一步分析 GPS 接受器 在 射 码 相 位 域 内 完成 自 相 关 过 程 的 工作原理 及 实施 方法，以及如何通过 FPGAs 来 加速 这些 操作 以 提高 导 航 数据 更新 率 和 准 确 度 .

频域快速捕獲算法

2.1 频域 捕捉 原 理

随着硬件技術发展, FFTs運算速度越來越快。在现代通信、无线电導航、精密定位、精密時間測量和傳遞授時等領域都要求對無線電信號進行實時相關處理。為此,GPS 接受器引入FFT 算法來計算相關值。在每一個頻槽同時計算出所有碼相位的大致相關值，可以使得拋棄過程尽可能地缩短時間。

结论

总结来说，本文成功地将基于凌华科技与System Generator开发的一种新型GPS快速捕獲系統实施於无风扇工控机定制之上，並且该系統能够有效地提高GPS訊號拾取效率以及降低資源消耗。本文对于改进当前GPSSignals Capture System有着重要意义，同时也为未来的相关研究奠定基础。

参考文献

[参考文献列表]

致谢

首先，我要感谢我的指导教师，他/她的专业知识和耐心指导帮助我克服了许多难题。我还要感谢我的同事们，他们在实验室中的支持让我能更好地完成我的工作。此外，我还要感谢所有参与项目的人员，他们辛勤工作让我们的项目顺利向前推进。我希望未来能够有更多人加入我们，为推动科技创新贡献自己的力量。