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，并且在有限的资源下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，然后在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接收机必须重现待捕获卫星所发射的PN码，然后移动这个重现码相位直到与卫星PN码发生相关为止。当接收机所重现码相位与输入卫星码相匹配时，有最大的相关值。当重现码相位偏移超过1个码片时，有最小相关。这就是GPS接收机在代码搜索图案内检测卫星信号方式，如图1所示。

频域快速捕获算法

2.1 频域捕获原理

随着硬件技术发展，FFT运算速度越快。在现代通信，无线电导航、精密定位、精密时间测量和传递授时等方面都要求对无线电信号进行实时相关处理。为了做到信号快速捕獲，引入FFT计算相关值，在每一个频槽同时计算出所有代码相位相关值，可以使得代码搜索时间尽可能缩短。

系统架构

本系统由以下几个部分组成：

SDR平台作为基本框架，对外提供通用的软件定义无线电功能。

Xilinx System Generator用于将高层次描述转换为FPGA可执行逻辑。

FPGA核心处理器负责执行实际操作，如FAST FFT等。

MATLAB/Simulink环境用于仿真和测试各项参数设置及性能分析。

实验结果与分析

实验结果表明，该系统能够有效地提高GPS信息获取效率，同时保持良好的抗干扰能力。本文最后讨论了未来工作方向，以及该方法可能面临的一些挑战与改进空间。