基于fpga的gps信號(hào)快速捕獲方法實(shí)現(xiàn)

《基于fpga的gps信號(hào)快速捕獲方法實(shí)現(xiàn)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。

1、基于FPGA的GPS信號(hào)快速捕獲方法實(shí)現(xiàn)基于FPGA的GPS信號(hào)快速捕獲方法實(shí)現(xiàn)劉億民，宋學(xué)瑞(中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院?湖南長(zhǎng)沙410083)摘要:介紹了一種基于平均相關(guān)器的GPS信號(hào)快速捕獲算法，通過VHDL語言描述在FPGA上實(shí)現(xiàn)了該算法?平均相關(guān)器是一種將輸入的5000點(diǎn)GPS樣本信號(hào)平均化為1024點(diǎn)樣本，然后通過FFT方法實(shí)現(xiàn)GPS信號(hào)快速捕獲的基帶相關(guān)器?這種相關(guān)器可以一步搜索到所有可能的碼相位偏移,大大提高了捕獲速度，比較好地滿足了實(shí)時(shí)處理的要求.關(guān)鍵字:GPS,FPGA;捕獲;采樣平均中圖分類號(hào):P228文獻(xiàn)

2、標(biāo)識(shí)碼:A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:1008?9268(2006)06—0042—051引言捕獲衛(wèi)星信號(hào)的時(shí)間是評(píng)價(jià)GPS接收機(jī)的主要性能指標(biāo)，一種實(shí)現(xiàn)快速捕獲的方法是使用基于快速傅立葉變換的相關(guān)器，這種方法可以一步搜索到所有可能的碼移，從而加快捕獲速度III.C/A碼周期為1ms,如果中頻采樣頻率為5MHz,即每1ms有5000個(gè)樣本，進(jìn)行5000點(diǎn)的FFT相關(guān)函數(shù)計(jì)算將導(dǎo)致計(jì)算量巨大，設(shè)計(jì)復(fù)雜,接收機(jī)成本增高等問題[2]?如果能在不降低信號(hào)信噪比的情況下，將每毫秒5000點(diǎn)的中頻采樣數(shù)據(jù)下采樣到每毫秒1024點(diǎn)，就可解決上述問題?通過10

3、24點(diǎn)的FFT模塊進(jìn)行頻域軟件信號(hào)處理是硬件實(shí)現(xiàn)C/A碼捕獲的主要思想L3].2GPS信號(hào)捕獲GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，先將L波段的載頻下變頻至中頻信號(hào)，再進(jìn)行解擴(kuò)，解調(diào)等處理?在解擴(kuò)解調(diào)之前,GPS接收機(jī)必須搜索載波頻率偏移和C/A碼碼移，叩進(jìn)行c/A碼捕獲，然后進(jìn)行衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤和鎖定].當(dāng)在GPS接收機(jī)中采用基于FFT的快速碼并行相關(guān)檢測(cè)技術(shù)時(shí)，相應(yīng)的自相關(guān)函數(shù)可以用下式來表示：LR?m-]=:xEn]?CAE(n+)]]oCA卜]一廠(扛[])?式中,R[]表示得到的自相關(guān)序列,xEn?1表示輸入的采樣數(shù)據(jù)；C

4、AEn-I表示本地C/A碼;L為C/A碼的長(zhǎng)度為本地碼的碼移數(shù),⑧表示卷積;，表示傅立葉變換;f*(CAEn?])表示本地c/A碼序列傅立葉變換的共轆;廠表示反傅立葉變換5000點(diǎn)FFT對(duì)于硬件實(shí)現(xiàn)來說是非常昂貴的，這可能是頻域處理接收機(jī)目前并不是很流行的原因之一Xilinx公司已經(jīng)開發(fā)出處理1024點(diǎn)的H模塊?該模塊可以進(jìn)行復(fù)數(shù)FFT變換,XN—RE,XNIM分別表示輸入數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部,XKRE,XK_IM分別表示輸出數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部,FWDINV引腳的配置決定FFT或IFI變換模式,ART為啟動(dòng)信號(hào)，其他引腳都可以根據(jù)用戶

5、的需要來配置和使用?該模塊的詳細(xì)操作時(shí)序如圖1所示?按照時(shí)序圖規(guī)定的吋序關(guān)系將相應(yīng)的信號(hào)分別送入FFT模塊，就可以方便的實(shí)現(xiàn)信號(hào)的處理.原始C/A碼的碼率為每毫秒1023點(diǎn),如果接收到的信號(hào)可以被恢復(fù)到與C/A碼同樣的速率，那么就可以使用1024點(diǎn)的FFT模塊來計(jì)算.一種使用1024點(diǎn)FFT模塊計(jì)算平均相關(guān)的方法是通過改良C/A碼，重新調(diào)節(jié)接收序列和本地C/A碼序列至1024個(gè)樣本每毫秒以適應(yīng)FFT模塊的大小?將來自接收機(jī)前端的以5000Msps的采樣速率采樣并收稿日期:2oo6—o8~15基金項(xiàng)目：國(guó)家863項(xiàng)目(2001AA

6、613050),國(guó)家自然科學(xué)基金(40204001)地理空間信息工程國(guó)家測(cè)繪局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(B2531,200604)42GNSSWorldofChina/2006.6量化后的信號(hào)下采樣至1024點(diǎn)每毫秒，同時(shí)將本地C/A碼也做同樣的處理，就可將改進(jìn)的兩路碼序列進(jìn)行相關(guān)處理?兩個(gè)改進(jìn)的碼序列代替了原始C/A)口1一rexn一枷jndaridbl■斜?lv珂Lxn.-n姍Jnd碼序列，直接送入1024點(diǎn)的FFT模塊，從而高效率地完成相關(guān)處理.幽IFFr模塊的操作時(shí)序GPS信號(hào)C/A碼的周期是1ms,中頻采樣信號(hào)頻率是5MHz,5

7、000個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)覆蓋了1ms的時(shí)域，也就是說5000個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)代表一個(gè)完整的C/A碼序列，每個(gè)碼元由4個(gè)或5個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)代表?其中,5個(gè)采樣數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)c/A碼碼元的情況占絕大多數(shù)?可以通過一定數(shù)量的5個(gè)采樣數(shù)據(jù)的集合和一定數(shù)量的4個(gè)釆樣數(shù)據(jù)的集合來將5000點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)平均化成1024點(diǎn)，但是這時(shí)所得到的碼序列不一定能很好地近似表達(dá)一個(gè)C/A碼，除非原先的5000個(gè)采樣數(shù)據(jù)中的第一個(gè)采樣數(shù)據(jù)正好對(duì)應(yīng)于C/A碼第一個(gè)碼片的第一個(gè)采樣值,但這種概率非常小,尤其是在冷啟動(dòng)的情況下因?yàn)闆]有足夠的信息來決定哪4個(gè)或6個(gè)點(diǎn)組成一組并被

8、平均（除非有一種方法可以知道樣本和碼元的相對(duì)位置）,所以只能對(duì)多個(gè)不同的相對(duì)位置進(jìn)行計(jì)算?通過比較來得到一個(gè)相對(duì)正確的值?因?yàn)镃/A碼是個(gè)循環(huán)序列，所以5個(gè)連續(xù)采樣點(diǎn)中必定有一個(gè)是正確的平均起始點(diǎn)，這樣將得到5個(gè)包含1024個(gè)平均樣本的序列,其中必定有一個(gè)序列能