基于FPGA扩频码捕获算法的研究和实现

论文摘要

伴随着我国航天事业的飞速发展,卫星导航定位系统正日益成为人民生活及军事活动不可缺少的关键部分,在我国社会发展中起着重要作用。卫星导航定位系统采用的扩频码周期较长,若用并行捕获方法,将极大的消耗硬件资源,而用串行捕获方法的捕获时间又过长。所以如何解决资源消耗和捕获时间关系对卫星导航定位系统的扩频码捕获有重要的意义。本论文主要研究分析了扩频码捕获的算法,在对传统捕获算法分析基础上,提出基于差分码和块处理的捕获算法,并在FPGA芯片上,应用高速硬件描述语言给予实现。本论文首先详细地介绍时域串行捕获、匹配滤波捕获、FFT并行频域捕获等算法的原理,并应用MATLAB软件,对其检测概率、虚警概率、平均捕获时间、运算量和消耗硬件资源等性能指标进行仿真分析。在传统算法基础上,提出一种基于差分码和块处理的捕获算法,给出了原理和实现方案。对比分析此算法的检测概率、虚警概率、平均捕获时间、运算量和消耗硬件资源等性能指标,得出在不损失处理增益的前提下,既加快了捕获时间,又降低了资源消耗,实现了捕获时间和资源消耗的良好结合。最后在EPIS808956C6芯片上,应用ALTERA公司的FPGA开发工具QUARTUS6.1,采用了国际标准的硬件描述语言—VHDL语言和框图设计,对此算法给予硬件实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外扩频码快速捕获的研究现状及分析
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 传统扩频码捕获原理及仿真分析
• 2.1 引言
• 2.2 传统捕获算法的基本原理
• 2.2.1 时域滑动相关法
• 2.2.2 匹配滤波器捕获方法
• 2.2.3 FFT频域并行捕获方法
• 2.3 捕获时间分析
• 2.3.1 相关捕获算法的捕获时间
• 2.3.2 匹配滤波器捕获算法的捕获时间
• 2.3.3 FFT算法的捕获时间
• 2.4 检测概率和虚警概率仿真
• 2.4.1 串行时域滑动捕获算法的检测概率和虚警概率
• 2.4.2 匹配滤波器捕获算法的检测概率和虚警概率
• 2.4.3 FFT频域并行快速捕获的检测概率
• 2.5 软件实现的运算量和占用资源
• 2.5.1 匹配滤波捕获资源消耗情况
• 2.5.2 FFT捕获资源消耗情况
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于差分码和块处理的算法及仿真分析
• 3.1 引言
• 3.2 基于差分码和块处理的算法
• 3.2.1 差分码
• 3.2.2 原理推导
• 3.2.3 实现方案
• 3.3 捕获性能仿真分析
• 3.3.1 捕获时间分析
• 3.3.2 检测概率和虚警概率
• 3.3.3 软件实现的运算量
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于差分码和块处理算法的 FPGA实现
• 4.1 FPGA技术
• 4.1.1 FPGA设计流程
• 4.1.2 VHDL语言
• 4.1.3 Stratix系列芯片
• 4.2 参数初始化模块
• 4.2.1 码 DCO模块
• 4.2.2 伪码发生器
• 4.2.3 差分码判断模块
• 4.2.4 查找表控制初始化
• 4.3 数据相关处理模块
• 4.3.1 RAM模块
• 4.3.2 查找表控制模块
• 4.3.3 循环移位控制模块
• 4.3.4 本地载波模块
• 4.4 峰值计算和判决算法的模块
• 4.4.1 FPGA实现峰值计算的研究
• 4.4.2 捕获判决算法
• 4.5 系统集成及结果分析
• 4.5.1 FPGA的芯片选择和占用资源情况分析
• 4.5.2 程序下载
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢