專利名稱：一種基于fpga的gps信號捕獲方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于GPS衛(wèi)星定位接收技術(shù)領(lǐng)域，尤其是利用FPGA硬件平臺來實現(xiàn)的一種基于FPGA的GPS信號捕獲方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
GPS軟件接收機通過軟件進行基帶信號處理，與傳統(tǒng)的ASIC (專用硬件芯片)硬件接收機相比，軟件接收機具有開放性、靈活性和擴展性等特點，在不需要更改硬件的前提下，通過對軟件參數(shù)的調(diào)整和升級就可以滿足不同用戶的需要，極大地減少了系統(tǒng)升級所需成本?，F(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)兼具靈活性和快速處理等優(yōu)點，其內(nèi)部是由規(guī)則的邏輯陣列組成，可以開發(fā)出專用芯片，使產(chǎn)品體積非常小，便于攜帶。FPGA內(nèi)部擁有豐富的邏輯資源，其配置靈活，可對多通道數(shù)據(jù)進行并行處理，效率極高。由于PC平臺的不便攜帶， DSP平臺的資源有限等原因，使得基于FPGA平臺的軟件接收機與PC、DSP平臺相比有著明顯優(yōu)勢。GPS基帶信號處理主要包括捕獲和跟蹤兩方面，捕獲是跟蹤的前提。目前，GPS信號捕獲方法主要有兩大主流，一種是時域相關(guān)算法，另一種是頻域并行碼相位捕獲算法，前一種方法實現(xiàn)比較簡單，但是比較耗時，后一種方法是利用FFT來實現(xiàn)捕獲中的相關(guān)運算， 雖然比較節(jié)省時間，但是用軟件實現(xiàn)FFT，需要處理大的數(shù)據(jù)量，由于平臺的限制，不適合處理大數(shù)據(jù)量FFT。為了實現(xiàn)FFT，將大數(shù)據(jù)量處理為小數(shù)據(jù)量，這樣又會造成捕獲偽碼初始相位有很大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種基于FPGA的GPS信號捕獲方法及其系統(tǒng)，采用平均采樣技術(shù)對頻域并行碼相位捕獲算法進行改進，完成對GPS信號的初捕獲，得到偽碼初始相位范圍和初始載波頻率，根據(jù)偽碼的初始相位范圍和初始載波頻率再利用時域相關(guān)算法做進一步的精捕獲，這樣就得到了精確的初始相位和載波頻率，實現(xiàn)對GPS信號的快速，準(zhǔn)確的捕獲， 為后面的基帶處理包括跟蹤、定位解算等處理提供快速、準(zhǔn)確的偽碼相位和載波頻率信息。 解決了現(xiàn)有捕獲方法和系統(tǒng)電路復(fù)雜、捕獲時間長、且不利于FPGA平臺實現(xiàn)、捕獲相位有誤差等技術(shù)問題。本發(fā)明的目的用以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種基于FPGA的GPS信號捕獲方法，其特征在于對來自GPS接收機射頻前端的中頻采集信號，首先采用平均采樣方法對中頻采集信號進行下采樣，將每個采樣周期中的點的能量進行平均，平均后得到的數(shù)據(jù)作為下采樣后的一個樣本數(shù)據(jù)，平均采樣后的點數(shù)滿足基2FFT運算，采樣率由此來決定，完成對GPS信號的初捕獲，得到偽碼初始相位范圍和初始載波頻率；然后，根據(jù)偽碼的初始相位范圍和初始載波頻率，再利用時域相關(guān)算法做進一步的精捕獲，得到精確的偽碼初始相位和載波頻率； 其中
初捕獲的方法是首先將接收到的中頻信號與本地載波相乘，得到I和Q分量，然后進行平均采樣，對處理后的數(shù)據(jù)做FFT處理，對本地偽碼進行FFT處理并共軛，將上述兩個FFT所得到的結(jié)果進行復(fù)數(shù)相乘，并對得到的同相和正交兩路信號進行IFFTJf IFFT的結(jié)果求模，模是輸入的中頻信號和本地產(chǎn)生信號的相關(guān)值，找出相關(guān)值中的最高峰和次高峰，并與預(yù)先設(shè)定的門限值比較，若大于門限，則表明信號已經(jīng)被捕獲到，得到初步的偽碼初始相位和載波頻率，否則，表明沒有捕獲到信號，調(diào)整本地載波頻率，重復(fù)上述過程，若搜索完設(shè)定的多普勒頻移范圍后仍未捕獲到衛(wèi)星，則調(diào)整衛(wèi)星號，繼續(xù)搜索；精捕獲的方法是將接收到的中頻信號首先和本地偽碼進行相乘，然后和本地的載波進行相乘，得到I和Q分量，然后積分求平方和，得到輸入的中頻信號和本地產(chǎn)生信號的相關(guān)值，該過程的偽碼相位是由初捕獲得到的偽碼初始相位范圍來確定的，本地載波是由初捕獲得到的載波頻率和該過程的頻率步進來確定的。所說采用平均采樣方法對來自GPS接收機射頻前端的中頻采集信號進行下采樣， 其中采樣率由基2FFT運算點數(shù)決定。實現(xiàn)上述基于FPGA的GPS信號捕獲方法的系統(tǒng)，其特征是搭建FPGA硬件平臺與 GPS接收機射頻前端芯片結(jié)合，由于捕獲系統(tǒng)處理的是從射頻前端系統(tǒng)采集來的GPS中頻數(shù)據(jù)，偽碼的碼元速率為1.023MHZ，整個碼周期包括1023個碼元，一個偽碼周期為1ms，由于偽碼碼長是1ms，所以至少需要Ims的數(shù)據(jù)才能完成捕獲操作，系統(tǒng)采用Ims的數(shù)據(jù)來完成捕獲；系統(tǒng)包括時鐘產(chǎn)生模塊、由狀態(tài)機實現(xiàn)的總控制模塊、GPS信號存儲模塊、載波振蕩器模塊、載波剝離模塊、偽碼讀取模塊、平均采樣模塊、FFT/IFFT模塊、門限判決與初始相位計算模塊以及相關(guān)器實現(xiàn)的精捕獲模塊；時鐘產(chǎn)生模塊根據(jù)系統(tǒng)時鐘產(chǎn)生采樣率時鐘， GPS信號存儲模塊根據(jù)采樣率時鐘對射頻前端來的GPS中頻信號進行存儲，載波振蕩器模塊根據(jù)采樣率時鐘產(chǎn)生載波，載波剝離模塊連接載波振蕩器模塊和GPS信號存儲模塊，將載波SIN值和COS值與GPS中頻信號進行相乘對GPS中頻信號剝離載波，平均采樣模塊連接載波剝離模塊，對載波剝離之后的數(shù)據(jù)進行平均采樣，平均采樣之后的數(shù)據(jù)送入FFT模塊進行FFT運算，偽碼讀取模塊根據(jù)系統(tǒng)時鐘對預(yù)存的偽碼進行讀取，并將讀取的偽碼送入 FFT模塊進行FFT運算，兩個FFT模塊根據(jù)系統(tǒng)時鐘分別對平均采樣后數(shù)據(jù)和偽碼同時進行 FFT運算；兩個FFT運算之后的數(shù)據(jù)進行相乘然后送入IFFT模塊進行IFFT運算，門限判決與初始相位計算模塊連接IFFT模塊，根據(jù)IFFT運算之后的數(shù)據(jù)進行門限判決，得到初始相位范圍和初始載波頻率；相關(guān)器實現(xiàn)的精捕獲模塊連接門限判決與初始相位計算模塊，根據(jù)初始相位范圍和初始載波頻率得到精確的偽碼初始相位和載波頻率，由狀態(tài)機實現(xiàn)的總控制模塊控制整個系統(tǒng)流程。本發(fā)明的優(yōu)點及顯著效果1)初捕獲過程減少了運算量，也相當(dāng)于節(jié)省了資源。若以IKHZ為步進，根據(jù)多普勒頻移對一個衛(wèi)星的捕獲要進行21個步進的頻率搜索，每一次搜索的運算量有二個FFT運算，一個IFFT運算，兩次復(fù)數(shù)相乘運算。平均采樣后處理的數(shù)據(jù)點數(shù)減少，這樣就大大減少了運算量。2)只用初捕獲模塊也可以得到滿足跟蹤要求的不是很精確的偽碼初始相位和載波頻率。根據(jù)等比關(guān)系由初始相位計算模塊可以得到偽碼初始相位范圍，取中間的點也滿足跟蹤對相位的要求。
3)精捕獲模塊可以根據(jù)偽碼初始相位范圍和初捕獲確定的載波頻率，通過縮短頻率步進，進行精捕獲得到精確的偽碼初始相位和載波頻率。4)初捕獲之后的精捕獲模塊是可以根據(jù)跟蹤的要求來選擇的。如果跟蹤模塊速度比較快，在跟蹤時間上要求不是很嚴(yán)格時就可以只選擇初捕獲過程，這樣捕獲的時間非常的快。5)初捕獲的速度有了很大的提高，捕獲時間縮短了很多。若以頻率并行搜索，捕獲一顆星的時間為1. 14ms，若以頻率串行搜索，捕獲一顆星的時間為25ms。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)各個模塊的邏輯關(guān)系示意圖；圖2是總控制模塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；圖3是初捕獲過程的原理框架圖；圖4是精捕獲過程的原理框架圖；
圖5是平均采樣過程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步說明。如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)為兩個過程，一個是對GPS信號的初捕獲過程。此過程是采用平均采樣方法對頻域并行碼相位捕獲算法進行改進，完成對GPS信號的初捕獲，得到偽碼初始相位范圍和初始載波頻率。另一個過程是對GPS信號的精捕獲過程。此過程是根據(jù)偽碼的初始相位范圍和初始載波頻率再利用時域相關(guān)算法做進一步的捕獲，得到精確的偽碼初始相位和載波頻率，實現(xiàn)對GPS信號的快速，準(zhǔn)確的捕獲。平均采樣原理是對GPS中頻數(shù)據(jù)進行下采樣，將每個采樣周期中的點的能量進行平均。平均后得到的數(shù)據(jù)作為下采樣的一個樣本數(shù)據(jù)。其中采樣率由基2FFT運算點數(shù)決定。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)是這兩大過程的組合，具體包括時鐘產(chǎn)生模塊，總控制模塊，GPS 信號存儲模塊，載波振蕩器模塊，載波剝離模塊，偽碼讀取模塊，平均采樣模塊，F(xiàn)FT/IFFT模塊，門限判決與初始相位計算模塊，相關(guān)器實現(xiàn)的精捕獲模塊。系統(tǒng)時鐘分別連接時鐘產(chǎn)生模塊、兩個FFT模塊、偽碼讀取模塊、IFFT模塊、門限判決與初始相位計算模塊及相關(guān)器實現(xiàn)的精捕獲模塊。時鐘產(chǎn)生模塊輸出連接載波振蕩器模塊，載波振蕩器模塊輸出連接載波剝離模塊，GPS信號存儲模塊輸入連接射頻前端來的GPS中頻信號并與相關(guān)器實現(xiàn)的精捕獲模塊雙向連接，GPS信號存儲模塊輸出連接載波剝離模塊，載波剝離模塊輸出連接平均采樣模塊，平均采樣模塊輸出連接一個FFT模塊，偽碼讀取模塊輸出連接另一個FFT模塊，兩個FFT模塊的輸出連接IFFT模塊，IFFT模塊輸出連接門限判決與初始相位計算模塊，門限判決與初始相位計算模塊輸出連接相關(guān)器實現(xiàn)的精捕獲模塊。精捕獲是可以根據(jù)跟蹤的要求可選的?？梢酝ㄟ^修改控制模塊來進行選擇?？偪刂颇K是由Mealy型的狀態(tài)機來實現(xiàn)的，控制整個系統(tǒng)，一共有8個狀態(tài)，分別是復(fù)位，等待開始寫中頻信號，等待寫中頻信號 RAM滿，產(chǎn)生開始初捕獲信號，等待一次初捕獲結(jié)束，等待精捕獲結(jié)束，載波步進加一，衛(wèi)星號加一?？偪刂颇K的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖2所示。
搭建FPGA硬件平臺與GPS接收機射頻前端芯片結(jié)合，為基于FPGA的GPS信號快速精捕獲系統(tǒng)提供平臺。此捕獲系統(tǒng)處理是GPS中頻數(shù)據(jù)，從射頻前端系統(tǒng)采集來的。偽碼的碼元速率為1. 023MHZ，整個碼周期包括1023個碼元，一個偽碼周期為1ms。由于偽碼碼長是1ms，所以至少需要Ims的數(shù)據(jù)才能完成捕獲操作，本發(fā)明系統(tǒng)采用Ims的數(shù)據(jù)來完成捕獲。采樣時鐘為5. 714MHZ。一個偽碼周期lms，就有5714個離散的采樣數(shù)據(jù)。本發(fā)明中平均采樣率是1. 024MHZ的采樣率，相當(dāng)于把5714點數(shù)據(jù)采樣為1024份，然后將每一份中的數(shù)據(jù)做平均，采樣后為1024個點。每個周期的點數(shù)是由5. 714MHZ和1. 024MHZ兩個時鐘來決定的。如圖5所示。圖3給出本 發(fā)明初捕獲過程首先將接收到的GPS中頻數(shù)據(jù)與本地載波相乘，得到 I和Q分量，然后進行平均采樣，對處理后的數(shù)據(jù)做FFT處理，對本地偽碼進行FFT處理并共軛，將上述兩個FFT所得到的結(jié)果進行復(fù)數(shù)相乘，并對得到的同相和正交兩路信號進行 IFFT0對IFFT的結(jié)果求模，模是輸入的中頻信號和本地產(chǎn)生信號的相關(guān)值，找出相關(guān)值中的最高峰和次高峰，并與預(yù)先設(shè)定的門限值比較，門限值一般設(shè)置為2. 5，若大于門限，則表明信號已經(jīng)被捕獲到，得到初步的偽碼初始相位和載波頻率。否則，表明沒有捕獲到信號， 調(diào)整本地載波頻率，重復(fù)上述過程，若搜索完設(shè)定的多普勒頻移范圍后仍未捕獲到衛(wèi)星，則調(diào)整衛(wèi)星號，繼續(xù)搜索。初捕獲過程的詳細(xì)步驟為①對Ims的輸入數(shù)據(jù)χ (η)，先與載波的SIN()和C0S()分量進行相乘，得到I和Q 分量，剝離載波，然后用1. 024MHZ的采樣頻率平均采樣到1024點，計算其FFT，將輸入數(shù)據(jù)變換到頻域X (k)；②對于1023個碼元的偽碼，先用5. 714MHZ的采樣頻率采樣為5714點，然后再平均采樣到1024點，計算其FFT，變換到頻域Y(k)；③取Y(k)的復(fù)共軛，輸出變?yōu)閅*(k)；④X (k)與Y* (k)進行逐點相乘，結(jié)果為Z (k)；⑤對Z (k)取FFT逆變換，變換到時域ζ (η)，求絕對值| ζ (η) |。絕對值| ζ (η) |就是輸入信號和本地產(chǎn)生信號的相關(guān)值，共有1024個；⑥求|ζ(η) I中的最大值和第二最大值，分別為相關(guān)值的最高峰和次高峰，門限為最高峰和次高峰的比值，設(shè)置為2. 5。判別是否達(dá)到門限值，若沒有達(dá)到調(diào)整載波頻率，回到第一步，一直到能夠捕獲到信號為止，若一個周期后仍然未捕獲到衛(wèi)星，則調(diào)整衛(wèi)星號，繼續(xù)搜索。若達(dá)到了門限值，找出最大值的位置，計算出其在5714點數(shù)據(jù)中的對應(yīng)范圍，它就是偽碼的初始范圍，如果最大峰值由頻率分量fi產(chǎn)生，它就是輸入信號的初始載波頻率。⑦當(dāng)捕獲到一顆星時，根據(jù)控制模塊的要求，可以將偽碼的初始范圍和初始載波頻率傳給精捕獲模塊做進一步的捕獲，確定精確的值。也可以直接將偽碼的初始范圍的中間值和初始載波頻率傳給跟蹤，進行GPS信號的跟蹤。圖4給出本發(fā)明的精捕獲過程將接收到的GPS中頻數(shù)據(jù)首先和本地偽碼進行相乘，然后和本地的載波進行相乘，得到I和Q分量，然后積分求平方和，得到輸入的中頻信號和本地產(chǎn)生信號的相關(guān)值。該過程的偽碼相位是由初捕獲得到的偽碼初始相位范圍來確定的，本地載波是由初捕獲得到的載波頻率和該過程的頻率步進來確定的。精捕獲過程的詳細(xì)步驟為
①對Ims的輸入數(shù)據(jù)x(n)，先和本地偽碼進行相乘，偽碼的相位由初捕獲得到的初始范圍決定；②相乘之后的結(jié)果與載波SINO和COSO分量進行相乘，得到I和Q分量；③對I和Q分量分別做積分求平方和；④將I和Q路得到的平方和相加得到相關(guān)值；⑤將相關(guān)值與預(yù)定的門限進行比較，門限值設(shè)置為2. 5，若超過了門限值，代表著已經(jīng)確定了精確的碼相位和載波參數(shù)，將參數(shù)傳給跟蹤，進入跟蹤過程；若沒有超過門限值，則根據(jù)偽碼的初始范圍滑動碼相位，調(diào)整載波，重復(fù)上述操作，繼續(xù)進行捕獲。實施例1)平臺FPGA核心芯片采用的是cyclone III系列的EP3C40Q240C8。2)開發(fā)環(huán)境=ModelSim和Quartus，采用的軟件語言是Verilog，開發(fā)流程是用 ModelSim工具實現(xiàn)GPS信號快速精捕獲系統(tǒng)功能仿真，用Quartus對實現(xiàn)的軟件進行綜合， 然后再用ModelSim工具進行時序仿真，仿真全部完成之后將軟件下載到FPGA硬件平臺上， 這樣就完成了 GPS信號快速精捕獲系統(tǒng)。3) 5. 714MHZ的時鐘產(chǎn)生模塊硬件平臺上的時鐘是40MHZ的，采用7分頻來產(chǎn)生 5. 714MHZ的時鐘。4)GPS信號存儲模塊GPS信號已經(jīng)被量化為2位，量化值為士 1和士3，采用 5714*2的雙端口 RAM來存儲，用一個Mealy型的狀態(tài)機來實現(xiàn)對RAM的讀寫控制。5)數(shù)控振蕩器模塊采用DDS算法，由5. 714MHZ時鐘產(chǎn)生載波，將載波量化為2 位，量化值為士1和士2。6)載波剝離模塊進行GPS信號與載波相乘，結(jié)果為士 1、士2、士3和士6。7)偽碼讀取模塊將32顆衛(wèi)星的偽碼用Matlab工具產(chǎn)生，預(yù)存儲到一個 32*1024*2的ROM里，產(chǎn)生的流程是將1023點的偽碼先用5. 714MHZ采樣率采樣到5714點， 再用1. 024MHZ采樣率平均采樣為1024點。用的時候直接在ROM里讀出偽碼。8)平均采樣模塊用1. 024MHZ采樣率對剝離載波后5714點的數(shù)據(jù)進行下采樣， 相當(dāng)于把5714點數(shù)據(jù)采樣為1024份，將每個采樣周期中的點的能量進行平均。平均后得到的數(shù)據(jù)作為一個樣本數(shù)據(jù)。9)FFT/IFFT模塊用Quartus產(chǎn)生FFT IP核來計算FFT/IFFT，采用的是1024點的 FFT/IFFT。10)門限判決與初始相位計算模塊由/IFFT得出的結(jié)果求出相關(guān)值，計算相關(guān)值中的最高峰與次高峰，然后將最高峰與次高峰的比值與門限進行判決，超過門限值說明該衛(wèi)星已經(jīng)捕獲到，最高峰所在的位置就是初始相位，根據(jù)比例關(guān)系求出初始相位范圍。同時告訴總控制模塊該衛(wèi)星已經(jīng)捕獲到。11)相關(guān)器實現(xiàn)的精捕獲模塊先將GPS信號與載波相乘，再與偽碼相乘，此時的偽碼是由偽碼發(fā)生器產(chǎn)生的，然后進行積分，就得到了相關(guān)值，完成相關(guān)器功能，然后進行判決門限，得到精確的偽碼初 始相位和載波頻率。(12)總控制模塊是由Mealy型的狀態(tài)機來實現(xiàn)的，一共有8個狀態(tài)，分別是復(fù)位，等待開始寫中頻信號，等待寫中頻信號RAM滿，產(chǎn)生開始初捕獲信號，等待一次初捕獲結(jié)束，等待精捕獲結(jié)束，載波步進加一，衛(wèi)星號加一。
權(quán)利要求
1.一種基于FPGA的GPS信號捕獲方法，其特征在于對來自GPS接收機射頻前端的中頻采集信號，首先采用平均采樣方法對中頻采集信號進行下采樣，將每個采樣周期中的點的能量進行平均，平均后得到的數(shù)據(jù)作為下采樣后的一個樣本數(shù)據(jù)，平均采樣后的點數(shù)滿足基2FFT運算，采樣率由此來決定，完成對GPS信號的初捕獲，得到偽碼初始相位范圍和初始載波頻率；然后，根據(jù)偽碼的初始相位范圍和初始載波頻率，再利用時域相關(guān)算法做進一步的精捕獲，得到精確的偽碼初始相位和載波頻率；其中初捕獲的方法是首先將接收到的中頻信號與本地載波相乘，得到I和Q分量，然后進行平均采樣，對處理后的數(shù)據(jù)做FFT處理，對本地偽碼進行FFT處理并共軛，將上述兩個FFT 所得到的結(jié)果進行復(fù)數(shù)相乘，并對得到的同相和正交兩路信號進行IFFTJf IFFT的結(jié)果求模，模是輸入的中頻信號和本地產(chǎn)生信號的相關(guān)值，找出相關(guān)值中的最高峰和次高峰，并與預(yù)先設(shè)定的門限值比較，若大于門限，則表明信號已經(jīng)被捕獲到，得到初步的偽碼初始相位和載波頻率，否則，表明沒有捕獲到信號，調(diào)整本地載波頻率，重復(fù)上述過程，若搜索完設(shè)定的多普勒頻移范圍后仍未捕獲到衛(wèi)星，則調(diào)整衛(wèi)星號，繼續(xù)搜索；精捕獲的方法是將接收到的中頻信號首先和本地偽碼進行相乘，然后和本地的載波進行相乘，得到I和Q分量，然后積分求平方和，得到輸入的中頻信號和本地產(chǎn)生信號的相關(guān)值，該過程的偽碼相位是由初捕獲得到的偽碼初始相位范圍來確定的，本地載波是由初捕獲得到的載波頻率和該過程的頻率步進來確定的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的GPS信號捕獲方法，其特征在于采用平均采樣方法對來自GPS接收機射頻前端的中頻采集信號進行下采樣，其中采樣率由基2FFT運算點數(shù)決定。
3.實現(xiàn)權(quán)利要求1基于FPGA的GPS信號捕獲方法的系統(tǒng)，其特征是搭建FPGA硬件平臺與GPS接收機射頻前端芯片結(jié)合，包括時鐘產(chǎn)生模塊、由狀態(tài)機實現(xiàn)的總控制模塊、GPS 信號存儲模塊、載波振蕩器模塊、載波剝離模塊、偽碼讀取模塊、平均采樣模塊、FFT/IFFT模塊、門限判決與初始相位計算模塊以及相關(guān)器實現(xiàn)的精捕獲模塊；時鐘產(chǎn)生模塊根據(jù)系統(tǒng)時鐘產(chǎn)生采樣率時鐘，GPS信號存儲模塊根據(jù)采樣率時鐘對射頻前端來的GPS中頻信號進行存儲，載波振蕩器模塊根據(jù)采樣率時鐘產(chǎn)生載波，載波剝離模塊連接載波振蕩器模塊和 GPS信號存儲模塊，將載波SIN值和COS值與GPS中頻信號進行相乘對GPS中頻信號剝離載波，平均采樣模塊連接載波剝離模塊，對載波剝離之后的數(shù)據(jù)進行平均采樣，平均采樣之后的數(shù)據(jù)送入FFT模塊進行FFT運算，偽碼讀取模塊根據(jù)系統(tǒng)時鐘對預(yù)存的偽碼進行讀取， 并將讀取的偽碼送入FFT模塊進行FFT運算，兩個FFT模塊根據(jù)系統(tǒng)時鐘分別對平均采樣后數(shù)據(jù)和偽碼同時進行FFT運算；兩個FFT運算之后的數(shù)據(jù)進行相乘然后送入IFFT模塊進行IFFT運算，門限判決與初始相位計算模塊連接IFFT模塊，根據(jù)IFFT運算之后的數(shù)據(jù)進行門限判決，得到初始相位范圍和初始載波頻率；相關(guān)器實現(xiàn)的精捕獲模塊連接門限判決與初始相位計算模塊，根據(jù)初始相位范圍和初始載波頻率得到精確的偽碼初始相位和載波頻率，由狀態(tài)機實現(xiàn)的總控制模塊控制整個系統(tǒng)流程。
全文摘要
一種基于FPGA的GPS信號捕獲方法，首先采用平均采樣方法對中頻采集信號進行下采樣，將每個采樣周期中的點的能量進行平均后得到的數(shù)據(jù)作為下采樣后的一個樣本數(shù)據(jù)，平均采樣后的點數(shù)滿足2FFT運算，完成對GPS信號的初捕獲，得到偽碼初始相位范圍和初始載波頻率，然后再利用時域相關(guān)算法做進一步的精捕獲，得到精確的偽碼初始相位和載波頻率。捕獲系統(tǒng)搭建FPGA硬件平臺與GPS接收機射頻前端芯片結(jié)合，包括時鐘產(chǎn)生模塊、由狀態(tài)機實現(xiàn)的總控制模塊、GPS信號存儲模塊、載波振蕩器模塊、載波剝離模塊、偽碼讀取模塊、平均采樣模塊、FFT/IFFT模塊、門限判決與初始相位計算模塊以及相關(guān)器實現(xiàn)的精捕獲模塊。
文檔編號G01S19/29GK102353968SQ201110301429
公開日2012年2月15日 申請日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
發(fā)明者毛志鵬, 潘樹國, 王慶, 趙麗 申請人:東南大學(xué)