衛(wèi)星導(dǎo)航接收機中長碼直捕算法研究與FPGA實現(xiàn)的中期報告

衛(wèi)星導(dǎo)航接收機中長碼直捕算法研究與FPGA實現(xiàn)的中期報告一、研究背景及意義衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在現(xiàn)代導(dǎo)航和定位、軍事、交通、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。GPS是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中最常用的一種。GPS信號由L1、L2兩個頻率構(gòu)成，L1頻率為1575.42MHz，L2頻率為1227.6MHz。GPS信號包括C/A碼和P碼兩種，其中C/A碼是由精度較低的碼決定的，因此對于大多數(shù)民用應(yīng)用而言，只需要接收C/A碼即可滿足需求。在GPS接收機中，一個關(guān)鍵的模塊是長碼直捕模塊，其作用是解碼接收到的衛(wèi)星信號并得到偽距信息，進而實現(xiàn)對GPS信號的導(dǎo)航和定位。長碼直捕算法是這一模塊的核心部分，它主要是對接收到的GPS信號的長碼進行解調(diào)、相干積積分，并通過比較判斷來得到當(dāng)前衛(wèi)星信號的到達時間。因此，長碼直捕算法的性能直接影響到整個GPS接收機的性能。傳統(tǒng)的長碼直捕算法主要有幅度匹配法、移位匹配法和快速相關(guān)法等，其中以快速相關(guān)法應(yīng)用最廣泛。然而，傳統(tǒng)的快速相關(guān)法存在著計算復(fù)雜度高、存儲空間大、對硬件實現(xiàn)復(fù)雜等問題，因此，研究高效的長碼直捕算法和相應(yīng)的硬件實現(xiàn)方法具有重要的理論和實際意義。本文針對衛(wèi)星導(dǎo)航接收機中長碼直捕算法的研究，主要包括以下內(nèi)容：1.對傳統(tǒng)的長碼直捕算法進行研究和分析，探索其計算模型和原理，評估其優(yōu)缺點和適用范圍；2.針對傳統(tǒng)算法存在的問題，提出一種基于小波變換的新型長碼直捕算法，該算法具有快速性、存儲空間小、精度高等優(yōu)點；3.基于FPGA實現(xiàn)該算法的硬件電路，實現(xiàn)接收GPS信號并提取偽距信息。二、研究內(nèi)容及進展1.分析傳統(tǒng)的長碼直捕算法傳統(tǒng)的長碼直捕算法主要包括幅度匹配法、移位匹配法和快速相關(guān)法等。本文主要對快速相關(guān)法進行研究和分析，該方法在實際應(yīng)用中具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性?？焖傧嚓P(guān)法的基本原理是，將長碼與本地碼進行比對，通過將兩者卷積得到一個輸出信號，并檢測該信號的峰值位置來確定到達時間。但是，該方法存在的問題包括計算復(fù)雜度高、存儲空間大、對硬件實現(xiàn)復(fù)雜等。2.提出基于小波變換的新型長碼直捕算法為了解決傳統(tǒng)算法存在的問題，本文提出了一種基于小波變換的新型長碼直捕算法。該算法主要利用小波變換的多分辨率分析特性，通過卷積小波變換系數(shù)和長碼得到一組相關(guān)值，并利用相關(guān)值的最大值即可確定到達時間。與傳統(tǒng)算法相比，該算法的優(yōu)點在于計算速度快、存儲空間小、精度高等。3.實現(xiàn)算法的FPGA硬件電路為了實現(xiàn)該算法的硬件電路，本文采用了Xilinx的FPGA芯片作為硬件平臺，采用VerilogHDL語言進行設(shè)計。具體實現(xiàn)包括GPS信號的頻率變換、IQ采樣、小波變換、相關(guān)運算、最大值檢測等模塊，最終實現(xiàn)衛(wèi)星信號的跟蹤和偽距信息的提取。三、預(yù)期成果及意義本文在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機中長碼直捕算法的研究和硬件實現(xiàn)方面深入探討，提出了一種基于小波變換的新型算法，具有快速、存儲空間小、精度高等優(yōu)點，并實現(xiàn)了該算法的FPGA硬件電路。預(yù)期的成果和意義包括：1.對長碼直捕算法的研究和分析，提出了一種新型算法改進傳統(tǒng)的快速相關(guān)法，具有更高的計算效率、存儲空間更小等優(yōu)點；2.針對新型算法設(shè)計并實現(xiàn)了FPGA硬件電路