基于FPGA的高动态GPS信号实时捕获设计

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1、第31卷第4期2013年8月中国民航大学学报JOURNALOFCIVILAVIATIONUNIVERSITYOFCHINAV01．31NO．4August2013基于FPGA的高动态GPS信号实时捕获设计胡铁乔，孟田田(中国民航大学电子信息与工程学院，天津300300)摘要：提出了一种高动态环境下GPS接收机实时捕获的FPGA硬件实现方案。此方案针对高动态环境下GPS接收机对信号捕获速度的要求和当前硬件平台，在平均采样预处理后，选取5组数据中的2组进行捕获，以捕获精度的较小降低为代价实现单颗GPS卫星信号的实时捕获。通过对高动态环境下模拟信号捕获过

2、程的仿真和硬件实现．验证了此种捕获方法的正确性和可行性。关键词：实时捕获：高动态；GPS接收机；FPGA中图分类号：TN911．7文献标志码：A文章编号：1674—5590(2013)04—0027—05DesignforfastacquiringofhighdynamicGPSsignalbasedonFPGA／HUTte—qiao．MENGTian-tian(CollegeofElectronicandInformationEngineering，CAUC，Tianjin300300，China)Abstract：Arealizationsch

3、emeofhardwarereceiversystemusingforthefastacquiringofhighdynamicGPSsignalispro·posed．AccordingtotheacquiringspeedrequirementsoftheGPSreceiverandthehardwareplatform，thisschemechooses2setsofaveragesamplesamong5setsaftertheaveragingsamplingtechniqueprocessing．Itrealizesthereal-ti

4、meacquiringofthesinglesatelliteGPSsignalsincostofsmallaccuracydecline．Thesimula—tionresultsandthehardwareimplementationresultsofthehighdynamicGPSsignalshowthevalidityandthefeasibilityofthemethod．Keywords：real-timeacquiring；highdynamic；GPSreceiver；FPGA全球定位系统(globalpositioningsy

5、stem，GPS)可以为用户提供三维位置、速度和时间基准【1]。高动态GPS接收机的应用涉及到航天、航空和军工等敏感领域，设计高性能的高动态GPS接收机成为多数研究所和高校研究的重点。在国外，1983年JPL(美国喷气动力实验室)首先对高动态环境下的GPS应用技术进行了研究∞。目前美国JAVA、GARMIN等公司已生产出性能相当可靠的高动态GPS接收机。但由于高动态GPS信号接收系统在众多领域有重大应用，该系统的关键技术对中国是严格封锁的。随着FPGA技术的迅猛发展，可以用FPGA作为基带处理芯片，由于FPGA可编程实现，提高了接收机的软件化程度，

6、能更加灵活地运用于各种领域。1高动态GPS信号捕获原理1．1捕获的基本原理GPS信号捕获的目的是检测接收到的信号中是否含有某颗卫星信号，如果存在某颗星的GPS信号，则计算出GPS卫星信号的码相位和载波频率，并送人跟踪环路做进一步处理，最终完成三维定位。捕获部分是接收机进行信号处理和导航解算的基础。在接收机中，接收机采集的来自第k颗卫星信号的C／A码部分为S‘(t)=A‘Ck(t)矿(t)COS(21T^￡+01)(1)其中：A‘为振幅；∥为导航数据；∥为C／A码；fl为载波频率。要获得导航数据，首先利用C／A码的相关特收稿日期：2012—06—07

7、：修回日期：2012一ll—13基金项目：国家自然科学基金项目(61172112；61179064)；天津市科技支撑计划重点项目一民航科技专项(10zCKFGx04000)；中央高校基本科研业务费专项(zxH2009A003；ZXH2012M006)作者简介：胡铁乔(1970一)，男，河南洛阳人，副教授，硕士，研究方向为自适应阵列信号处理，卫星导航等．一28一中国民航大学学报2013年8月性，令Sk(￡)同本地产生的伪随机码相乘，剥除扩频码(即C／A码)，然后再利用与sk(￡)载波频率相同的本地载波信号剥除载波部分。而要产生与st(￡)完全匹配的伪

8、随机码和本地载波信号，就需要知道C／A码的码相位以及载波频率。捕获过程就是要获得输入信号C／A码的起始点(相位)和载波频率