FPGA实现的GPS信号捕获与跟踪系统设计

"基于FPGA的GPS信号捕获与跟踪系统设计研究，作者孙晓文，导师张淑芳，大连海事大学硕士论文，2007年" 本文主要探讨了基于FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）的GPS（Global Positioning System，全球定位系统）信号捕获与跟踪系统的设计与研究。随着互联网、移动通信和卫星导航技术的快速发展，GPS已成为全球信息社会的关键基础设施。尽管中国已经成为GPS的大用户，但对GPS核心技术的掌握仍然不足，大部分核心产品依赖进口。 GPS接收机在工作时，需要通过复杂的信号处理来实现本地信号与接收到的信号的同步，其中关键的步骤包括信号捕获和跟踪。信号捕获是指识别并锁定到特定的卫星信号，而跟踪则是保持对信号的持续追踪，以确保解码精度。论文作者分析了现有的多种捕获和跟踪算法，指出许多方法虽有理论基础，但在实际应用中存在实时处理的困难。 在研究过程中，作者利用Nemeric公司的GPS芯片组构建了一个GPS接收机模块，作为研究GPS基带信号处理的实验平台。此平台能实时输出GPS数字中频信号，为进一步研究提供了基础。接着，作者深入探讨了GPS信号捕获技术，提出了一种步进相关的捕获方案，并分析了跟踪环路的特性，设计了锁频环与锁相环交替工作以及载波辅助伪码跟踪的策略。 系统设计采用了硬件和软件协同的方式，FPGA硬件电路专注于高速、简单逻辑的相关器功能，而基于MicroBlaze软处理器的软件则处理低速、复杂逻辑的任务。文中详细阐述了硬件电路设计、仿真结果以及软件设计流程。 最后，该课题在FPGA上成功实现了GPS信号的捕获与跟踪功能，且系统表现出良好的性能。这表明该设计满足了功能和性能需求，可以直接应用于实时GPS接收机系统，为国产GPS接收机的研发打下了坚实的基础。此研究得到了大连市信息产业局集成电路设计专项的支持，相关成果预计在2008年上半年投入试用。 关键词：GPS信号捕获，GPS信号跟踪，FPGA