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信号捕获通常采用串行搜索方法或并行搜索方法，但这些方法在数据更新率要求高的应用场景下表现不足。传统软件定义无线电（SDR）平台依赖DSP芯片，虽然灵活性高但不利于知识产权保护和专门芯片生产。因此，本文探索使用FPGA进行硬件实现，并解决FPGA资源有限的问题。

解决方案：本文重点研究基于SDR平台和FFT的频域捕获算法，并利用Xilinx公司的System Generator工具完成了对XCVFX60FF1152 FPGA芯片编程。在设计中，我们采用时分复用技术，仅使用一个FFT核，同时引入新的复数乘法方案以节约资源。此外，为确保系统性能，我们采集卫星信号并通过Matlab下的Simulink进行系统调试，然后生成硬件描述语言下载到FPGA中。

引言

GPS接收机需模拟待捕捉卫星发射的PN码，并移动这个模拟码相位直至与卫星PN码相关。这是二维C/A码搜索过程，如图1所示，其中横坐标为码相位、纵坐标为多普勒频槽。典型情况下，每个码相位以1/2码片增量被搜索，每个频率分格大约Hz，是逗留时间（逗留时间越长，则频率分格越小）。

频域快速捕获算法

2.1 频域捕获原理

随着硬件技术进步，FFT运算速度加快，使得现代通信、无线电导航等领域对实时相关处理有更高要求。为了缩短信号捕获时间，GPS接收机引入FFT算法来计算相关值，在每个频槽同时计算所有代码相位的相关值，从而尽可能缩短捕获时间。