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基于FPGA的新一代卫星导航信号接收算法研究与实现

金校江  
【摘要】:卫星导航系统已经成为了继移动通信和互联网之后全球第三个发展最快的电子信息产业增长点。现代化的卫星导航系统都将采用混合二进制偏移载波调制(MBOC(6,1,1/11))信号作为新型导航卫星信号。对这种新信号的捕获,尤其是在硬件上实现的捕获,比捕获常规扩频伪码更加困难。本文以Galileo系统的MBOC信号为例,设计捕获算法,并最终在FPGA(现场可编程逻辑门阵列)上实现对MBOC信号的捕获。本文主要工作如下: 1)以FPGA开发技术为基础,设计了Galileo E1 OS信号的伪码发生器、副载波和中频载波形成模块,实现了Galileo MBOC基带信号和中频信号模拟源。在接收端用FPGA控制AD转换器,双口RAM和串口,完成中频Galileo信号的采集。 2)分析了MBOC信号的捕获原理,通过对比时域串行捕获和频域并行捕获算法,发现时域捕获的运算量远远大于频域捕获算法。在Matlab上实现了基于FFT的频域并行捕获算法,完成了对Galileo MBOC信号的捕获。 3)针对由MBOC信号带宽大、码周期长而导致的频域捕获时FFT运算量大效率不高,在硬件上实现时占用资源量大等问题,结合平均采样的抽取思想,设计了基于FFT的平均采样捕获算法,并利用Matlab仿真了算法的性能。 4)在ALTERA的EP2S180F1020C3 FPGA芯片上,对基于FFT的平均采样捕获算法中的载波卸除、平均采样、FFT/IFFT、复数乘法,模平方与门限判决等模块,采用Verilog硬件描述语言进行设计实现和初步的资源优化,并通过仿真和下载测试验证了系统的可行性和正确性。


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