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，并在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。当接收机所复现码与输入卫星码相匹配，有最大的相关值。当代码相位偏移超过1个码片或任何一边，就有最小相关。这就是GPS接受机跟踪卫星信号过程中的二维搜索方式，如图1所示，其中横坐标为代码相位、纵坐标为多普勒频槽。

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、精密定位等领域，都要求对无线电信号进行实时相关处理。为了做到快速捕捉，对每一个频槽同时计算出所有代码相位相关值，可以使得时间尽可能缩短。

...