[发明专利]一种基于FPGA的GPS信号捕获方法及其系统

说明书

技术领域

本发明属于GPS卫星定位接收技术领域，尤其是利用FPGA硬件平台来实现的一种基于FPGA的GPS信号捕获方法及其系统。

背景技术

GPS软件接收机通过软件进行基带信号处理，与传统的ASIC(专用硬件芯片)硬件接收机相比，软件接收机具有开放性、灵活性和扩展性等特点，在不需要更改硬件的前提下，通过对软件参数的调整和升级就可以满足不同用户的需要，极大地减少了系统升级所需成本。

现场可编程门阵列(FPGA)兼具灵活性和快速处理等优点，其内部是由规则的逻辑阵列组成，可以开发出专用芯片，使产品体积非常小，便于携带。FPGA内部拥有丰富的逻辑资源，其配置灵活，可对多通道数据进行并行处理，效率极高。由于PC平台的不便携带，DSP平台的资源有限等原因，使得基于FPGA平台的软件接收机与PC、DSP平台相比有着明显优势。

GPS基带信号处理主要包括捕获和跟踪两方面，捕获是跟踪的前提。目前，GPS信号捕获方法主要有两大主流，一种是时域相关算法，另一种是频域并行码相位捕获算法，前一种方法实现比较简单，但是比较耗时，后一种方法是利用FFT来实现捕获中的相关运算，虽然比较节省时间，但是用软件实现FFT，需要处理大的数据量，由于平台的限制，不适合处理大数据量FFT。为了实现FFT，将大数据量处理为小数据量，这样又会造成捕获伪码初始相位有很大的误差。

发明内容

本发明提出了一种基于FPGA的GPS信号捕获方法及其系统，采用平均采样技术对频域并行码相位捕获算法进行改进，完成对GPS信号的初捕获，得到伪码初始相位范围和初始载波频率，根据伪码的初始相位范围和初始载波频率再利用时域相关算法做进一步的精捕获，这样就得到了精确的初始相位和载波频率，实现对GPS信号的快速，准确的捕获，为后面的基带处理包括跟踪、定位解算等处理提供快速、准确的伪码相位和载波频率信息。解决了现有捕获方法和系统电路复杂、捕获时间长、且不利于FPGA平台实现、捕获相位有误差等技术问题。

本发明的目的用以下技术方案实现：一种基于FPGA的GPS信号捕获方法，其特征在于：对来自GPS接收机射频前端的中频采集信号，首先采用平均采样方法对中频采集信号进行下采样，将每个采样周期中的点的能量进行平均，平均后得到的数据作为下采样后的一个样本数据，平均采样后的点数满足基2FFT运算，采样率由此来决定，完成对GPS信号的初捕获，得到伪码初始相位范围和初始载波频率；然后，根据伪码的初始相位范围和初始载波频率，再利用时域相关算法做进一步的精捕获，得到精确的伪码初始相位和载波频率；其中：

初捕获的方法是：首先将接收到的中频信号与本地载波相乘，得到I和Q分量，然后进行平均采样，对处理后的数据做FFT处理，对本地伪码进行FFT处理并共轭，将上述两个FFT所得到的结果进行复数相乘，并对得到的同相和正交两路信号进行IFFT，对IFFT的结果求模，模是输入的中频信号和本地产生信号的相关值，找出相关值中的最高峰和次高峰，并与预先设定的门限值比较，若大于门限，则表明信号已经被捕获到，得到初步的伪码初始相位和载波频率，否则，表明没有捕获到信号，调整本地载波频率，重复上述过程，若搜索完设定的多普勒频移范围后仍未捕获到卫星，则调整卫星号，继续搜索；

精捕获的方法是：将接收到的中频信号首先和本地伪码进行相乘，然后和本地的载波进行相乘，得到I和Q分量，然后积分求平方和，得到输入的中频信号和本地产生信号的相关值，该过程的伪码相位是由初捕获得到的伪码初始相位范围来确定的，本地载波是由初捕获得到的载波频率和该过程的频率步进来确定的。

所说采用平均采样方法对来自GPS接收机射频前端的中频采集信号进行下采样，其中采样率由基2FFT运算点数决定。