车载工控机之GPS快速捕获算法的创新探索：基于凌华科技与System Generator的实现与验证

在当今信息技术迅猛发展的背景下，车载工控机作为现代智能交通系统不可或缺的一部分，其对GPS信号捕获能力的提升对于提高导航精度、确保数据更新率至关重要。刘恩晓，哈尔滨工业大学通信技术研究所博士生，在研究卫星导航接收机及其抗干扰技术方面取得了一系列成果，为GPS快速捕获算法提供了宝贵见解。

现行GPS接收机中，对码捕获主要采取串行搜索和并行搜索两种方法，但这两种方法各有局限性。串行搜索虽然简单，但时间长；而并行搜索则需大量资源。此外，由于软件设计难以保护知识产权，硬件实现变得尤为关键。在此背景下，本文提出了利用FPGA来实现频域快捷捕获算法，以解决资源有限的问题，并采用复用策略以优化设计。

为了准确采集导航数据，本文采用SDR平台上实施频域捕获算法，并结合FFT进行并行快速捕获。本文使用Xilinx公司的System Generator完成了针对XCVFX60FF1152 FPGA芯片编程，有效地缩短了频域搜寻时间。此外，本系统还通过时分复用技术仅使用一个FFT核，同时引入新的乘法方案，以节省硬件资源。

为了避免系统热噪声影响，本文采用ADLINK公司生产的数字化仪PCI-9846H进行卫星信号采集，并利用Xilinx提供的编程软件——System Generator，以及Matlab下的Simulink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。

在实际应用中，GPS接收机必须模拟待抓取卫星发射的PN码，然后移动这个模拟码相位直至与卫星PN码相关。当两个代码相匹配时，将出现最大相关值。当模拟码相位偏移超过1个代码片时，将出现最小相关。这就是如何在二维空间内检测卫星信号过程中的方式，如图1所示，其中横坐标表示码相位，纵坐标表示多普勒频槽。

本文重点研究了基于SDR平台和FFT实现并行快速捕获算法，并通过重构逻辑门级电路（RTL）将其映射到FPGA上。本次工作不仅减少了开发周期，还大幅提升了性能效率。未来，我们将继续探索更高效、更具创新性的解决方案，以满足不断增长的人类需求。