一种基于FPGA的GPS信号捕获方法及其系统

摘要

一种基于FPGA的GPS信号捕获方法，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2FFT运算，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。捕获系统搭建FPGA硬件平台与GPS接收机射频前端芯片结合，包括时钟产生模块、由状态机实现的总控制模块、GPS信号存储模块、载波振荡器模块、载波剥离模块、伪码读取模块、平均采样模块、FFT/IFFT模块、门限判决与初始相位计算模块以及相关器实现的精捕获模块。

主权项

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范围和载波频率,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。