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卫星导航接收机中长码直捕算法研究与FPGA实现的中期报告

一、研究背景及意义

卫星导航技术在现代导航和定位、军事、交通、航空航天等领域应用广泛。GPS是卫星导航系统中最常用的一种。GPS信号由L1、L2两个频率构成，L1频率为1575.42MHz，L2频率为1227.6MHz。GPS信号包括C/A码和P码两种，其中C/A码是由精度较低的码决定的，因此对于大多数民用应用而言，只需要接收C/A码即可满足需求。

在GPS接收机中，一个关键的模块是长码直捕模块，其作用是解码接收到的卫星信号并得到伪距信息，进而实现对GPS信号的导航和定位。长码直捕算法是这一模块的核心部分，它主要是对接收到的GPS信号的长码进行解调、相干积积分，并通过比较判断来得到当前卫星信号的到达时间。因此，长码直捕算法的性能直接影响到整个GPS接收机的性能。

传统的长码直捕算法主要有幅度匹配法、移位匹配法和快速相关法等，其中以快速相关法应用最广泛。然而，传统的快速相关法存在着计算复杂度高、存储空间大、对硬件实现复杂等问题，因此，研究高效的长码直捕算法和相应的硬件实现方法具有重要的理论和实际意义。

本文针对卫星导航接收机中长码直捕算法的研究，主要包括以下内容：

1.对传统的长码直捕算法进行研究和分析，探索其计算模型和原理，评估其优缺点和适用范围；

2.针对传统算法存在的问题，提出一种基于小波变换的新型长码直捕算法，该算法具有快速性、存储空间小、精度高等优点；

3.基于FPGA实现该算法的硬件电路，实现接收GPS信号并提取伪距信息。

二、研究内容及进展

1.分析传统的长码直捕算法

传统的长码直捕算法主要包括幅度匹配法、移位匹配法和快速相关法等。本文主要对快速相关法进行研究和分析，该方法在实际应用中具有较高的准确性和可靠性。快速相关法的基本原理是，将长码与本地码进行比对，通过将两者卷积得到一个输出信号，并检测该信号的峰值位置来确定到达时间。但是，该方法存在的问题包括计算复杂度高、存储空间大、对硬件实现复杂等。

2.提出基于小波变换的新型长码直捕算法

为了解决传统算法存在的问题，本文提出了一种基于小波变换的新型长码直捕算法。该算法主要利用小波变换的多分辨率分析特性，通过卷积小波变换系数和长码得到一组相关值，并利用相关值的最大值即可确定到达时间。与传统算法相比，该算法的优点在于计算速度快、存储空间小、精度高等。

3.实现算法的FPGA硬件电路

为了实现该算法的硬件电路，本文采用了Xilinx的FPGA芯片作为硬件平台，采用VerilogHDL语言进行设计。具体实现包括GPS信号的频率变换、IQ采样、小波变换、相关运算、最大值检测等模块，最终实现卫星信号的跟踪和伪距信息的提取。

三、预期成果及意义

本文在卫星导航接收机中长码直捕算法的研究和硬件实现方面深入探讨，提出了一种基于小波变换的新型算法，具有快速、存储空间小、精度高等优点，并实现了该算法的FPGA硬件电路。预期的成果和意义包括：

1.对长码直捕算法的研究和分析，提出了一种新型算法改进传统的快速相关法，具有更高的计算效率、存储空间更小等优点；

2.针对新型算法设计并实现了FPGA硬件电路，实现了接收GPS信号并提取伪距信息的功能；

3.该研究对于卫星导航领域的发展和实际应用有一定的推动作用，为今后相关研究提供了参考和借鉴。