衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)中長(zhǎng)碼直捕算法研究與FPGA實(shí)現(xiàn)的中期報(bào)告

衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)中長(zhǎng)碼直捕算法研究與FPGA實(shí)現(xiàn)的中期報(bào)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(hào)由L1、L2兩個(gè)頻率構(gòu)成，L1頻率為1575.42MHz，L2頻率為1227.6MHz。GPS信號(hào)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(duì)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(jī)中，一個(gè)關(guān)鍵的模塊是長(zhǎng)碼直捕模塊，其作用是解碼接收到的衛(wèi)星信號(hào)并得到偽距信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS信號(hào)的導(dǎo)航和定位。長(zhǎng)碼直捕算法是這一模塊的核心部分，它主要是對(duì)接收到的GPS信號(hào)的長(zhǎng)碼進(jìn)行解調(diào)、相干積積分，并通過(guò)比較判斷來(lái)得到當(dāng)前衛(wèi)星信號(hào)的到達(dá)時(shí)間。因此，長(zhǎng)碼直捕算法的性能直接影響到整個(gè)GPS接收機(jī)的性能。傳統(tǒng)的長(zhǎng)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(jì)算復(fù)雜度高、存儲(chǔ)空間大、對(duì)硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜等問(wèn)題，因此，研究高效的長(zhǎng)碼直捕算法和相應(yīng)的硬件實(shí)現(xiàn)方法具有重要的理論和實(shí)際意義。本文針對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)中長(zhǎng)碼直捕算法的研究，主要包括以下內(nèi)容：1.對(duì)傳統(tǒng)的長(zhǎng)碼直捕算法進(jìn)行研究和分析，探索其計(jì)算模型和原理，評(píng)估其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍；2.針對(duì)傳統(tǒng)算法存在的問(wèn)題，提出一種基于小波變換的新型長(zhǎng)碼直捕算法，該算法具有快速性、存儲(chǔ)空間小、精度高等優(yōu)點(diǎn)；3.基于FPGA實(shí)現(xiàn)該算法的硬件電路，實(shí)現(xiàn)接收GPS信號(hào)并提取偽距信息。二、研究?jī)?nèi)容及進(jìn)展1.分析傳統(tǒng)的長(zhǎng)碼直捕算法傳統(tǒng)的長(zhǎng)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(duì)快速相關(guān)法進(jìn)行研究和分析，該方法在實(shí)際應(yīng)用中具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。快速相關(guān)法的基本原理是，將長(zhǎng)碼與本地碼進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)將兩者卷積得到一個(gè)輸出信號(hào)，并檢測(cè)該信號(hào)的峰值位置來(lái)確定到達(dá)時(shí)間。但是，該方法存在的問(wèn)題包括計(jì)算復(fù)雜度高、存儲(chǔ)空間大、對(duì)硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜等。2.提出基于小波變換的新型長(zhǎng)碼直捕算法為了解決傳統(tǒng)算法存在的問(wèn)題，本文提出了一種基于小波變換的新型長(zhǎng)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(guò)卷積小波變換系數(shù)和長(zhǎng)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(dá)時(shí)間。與傳統(tǒng)算法相比，該算法的優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算速度快、存儲(chǔ)空間小、精度高等。3.實(shí)現(xiàn)算法的FPGA硬件電路為了實(shí)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(tái)，采用VerilogHDL語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體實(shí)現(xiàn)包括GPS信號(hào)的頻率變換、IQ采樣、小波變換、相關(guān)運(yùn)算、最大值檢測(cè)等模塊，最終實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)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(jī)中長(zhǎng)碼直捕算法的研究和硬件實(shí)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(chǔ)空間小、精度高等優(yōu)點(diǎn)，并實(shí)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(duì)長(zhǎng)碼直捕算法的研究和分析，提出了一種新型算法改進(jìn)傳統(tǒng)的快速相關(guān)法，具有更高的計(jì)算效率、存儲(chǔ)空間更小等優(yōu)點(diǎn)；2.針對(duì)新型算法設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了FPGA硬件電路