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GPS信号快速捕获的FPGA实现

魏敬法  
【摘要】:本文对GPS信号的快速捕获和实时处理进行了研究,并给出了MATLAB仿真和FPGA实现。 在GPS接收机中,为了将本地信号和接收到的信号同步,要完成复杂的信号处理过程。其中怎样捕获到卫星信号是研制GPS接收机的一个最重要的问题之一。在对信号的捕获上,研究者提出了众多种解决方法,但是到目前为止,所有的方法都不能完成对GPS信号的实时处理,因为对接收到的GPS信号进行处理的时候,要执行相关运算,在时域内处理相关运算需要大量的逻辑运算才能完成,相反,在频域内计算可以避免很多复杂的逻辑运算。 目前在GPS信号的捕获上一般使用两种方法:顺序捕获方法和并行捕获方法。本文首先分析了顺序捕获方法的性能,给出了顺序捕获方法的MATLAB仿真和FPGA实现,然后在顺序捕获方法的基础上提出了并行码捕获方法,即将接收到的GPS信号先利用快速傅立叶变换(FFT)变换到频域,在频域完成相关的运算后,再利用逆傅立叶变换(IFFT)变换到时域,并行搜索方法实现了将一个载波频率下的所有的码相位一次搜索完毕,从而大大减少了计算量,加快了信号捕获的速度。从MATLAB的仿真结果可以看出,这个方法比顺序搜索的方法快了2000多倍,并且大大提高了捕获性能。 本文还采用了XILINX的Virtex ⅡXC2V3000系列的FPGA芯片,为了满足FPGA资源要求,采用了平均采样技术,将中频6000点的数据序列在不影响捕获性能的前提下采样成1024点,从MATLAB的仿真结果可以看出,虽然信号的信噪比有所下降,但是仍然能很好地捕获到信号。 本文最后给出了这种并行方法的FPGA实现,并对FPGA设计进行了验证,结果表明该方法是一种比较实用的方法。


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