基于FPGA的扩频序列三维快速捕获算法的研究与实现

【摘要】：扩频通信技术在上世纪取得了巨大的进步，其在卫星通信中的应用也越来越受到关注。如何高效快速准确的利用卫星通信建立的测距定位系统进行测距，定位，导航已经成为关乎国家战略利益的热门课题。其中当扩频信号生成时如果数据位宽和伪随机码周期长度不成整数周期倍数关系时会给接收方的数据解调带来积分起止区间的不确定性，这也使进行伪随机码的捕获时要同时捕获数据位同步信息。本课题提出一种伪随机码快速捕获的算法，该算法在完成传统的码相位捕获和多普勒频率捕获的基础上进一步完成了数据位同步捕获，为后续的伪随机码跟踪，载波跟踪，数据解调，测距测速，遥测遥控等功能奠定了基础。 目前对卫星信号的各类捕获算法主要分为两类:顺序搜索算法和并行搜索算法。顺序捕获易于实现，但耗费时间很长，不能适用本课题中要同时完成数据位信息的捕获。因此本课题在分析比较了几种常用的并行快速捕获算法后选择采用基于快速傅里叶变换的并行捕获算法。 本文以扩频通信系统的几个重要特性为切入点，引出伪随机码的概念。在介绍了工程上常用PN码生成方式，自相关特性和互相关特性后，分析滑动相关算法的原理和实现过程，阐述了PN码捕获基础知识。然后本文介绍了匹配滤波算法的原理的优缺点，快速傅里叶变换的捕获算法的原理和实现上的困难，重点对改进的基于快速傅里叶变换的累加捕获算法性能做了客观讲解。最后介绍了实现基于快速傅里叶变换的累加捕获算法的硬件工作平台，开发工具，和Altera FFT知识产权核，并在详细给出了该算法的系统功能描述，逻辑功能描述，关键子模块介绍后进行了总体资源消耗分析，和功能验证。 基于FFT的直接平均捕获算法已经顺利完成并用于某测控应答机的通信，并经过了工程的实践的检验，各项指标均满足设计要求，进一步验证了算法的可靠性和稳定性。