如何利用FPGA设计实现GNSS信号的频域快速捕获算法？

　　项目背景及可行性分析
　　1.项目名称、项目的主要内容及目前的进展情况
　　项目名称：卫星导航系统基带伪码的频域快捕获;
　　项目的主要内容：利用FPGA设计实现GNSS信号的频域快速捕获算法。
　　目前的进展情况：拥有成熟的算法结构和仿真测试结果，开始着手相关模块的实现。
　　2.项目关键技术及创新点的论述
　　创新点（1）：基于FFT，在频域计算伪码 序列的循环相关值。在每一个多普勒频移，对所有码延迟同时计算出相关结果。和传统的直接计算本地与接收信号相关值的方法相比，运算时间短。对C/A码来 说，只需接收到一个伪码周期（1ms）的信号，就可估计出码相位;传统的串行相关，每次最多移动半个码片，完成一次相关运算，搜索整个码周期需要最少移动 2046次。
　　创新点（2）：FFT运算要求满足所用数据的个数为2的整数次幂，一般情况下A/D不能满足在一个码周期内采样点数符合2的整数次幂。本项目通过一种平均下采样技术，来完成数据的匹配。
　　创新点（3）：采样数据为一个码周期时，通过处理单边带数据的办法可以减少一半的运算量。虽然通过IFFT后只能找到前一半的点，但这些点包含了几乎全部信息。
　　关键技术（1）：FFT的实现
　　关键技术（2）：平均下采样完成数据匹配
　　3.技术成熟性和可靠性论述
　　目前通过MATLAB在通用PC机上完成该算法，证明该算法不仅可以有效地捕获到卫星导航信号，而且速度较传统的方法相比有很大提高，在一定程度上降低计算的工作量和复杂度。
　　下图为实际卫星捕获结果示意图：
　　
　　为了能够实现算法在FPGA平台的顺利移植，利用System Generator在Simulink下的进行了部分硬件协同仿真工作。开发板为合众达公司的seed-fem025，FPGA芯片为Virtex-4 SX25。由于整套系统硬件协同仿真所需的硬件资源不足，所以硬件协同仿真分模块进行。
　　软件仿真的结果如下图：
　　
　　团队成员均有比较扎实的数字威廉希尔官方网站 基础知识和FPGA设计功底，以及信号处理方面的专业知识，完全有能力保证该项目的顺利实施，最终完成项目。同时团队成员 依托于哈尔滨工业大学通信技术研究所卫星导航技实验室，利用实验室的各种硬件资源，作为项目的物质保证;通信技术研究所早在10年以前就开始了对卫星导航 技术的研究，积累了大量成熟的技术。
　　另外Virtex5系列的FPGA具有丰富的硬件资源，便于实现数字信号处理功能，可以有效地实现大规模的FFT运算，能够实现实时的频域捕获。
　　项目实施方案
　　1.方案基本功能框图及描述
　　该方案利用FFT，在频域完成接收信号与本地信号的循环相关运算，因此同时计算出所有码相位的相关值，估计接收信号的码相位延迟。
　　具体过程如下：
　　（1）中频信号采样后经过数字下变频，经过平均下采样，整合数据，匹配运算点数的要求。将匹配的数据交给FFT模块。其中I、Q两支路分别作为FFT的实部和虚部进行复数FFT运算。
　　（2）在FFT单元中，对进来的数据做分段处理，分段的长度L就决定一次并行运算的长度，与捕获概率、捕获时间有很大的关系。
　　（3）对本地产生的扩频码，同样进行平均下采样数据匹配后进行FFT运算，并取其复共轭。
　　（4）把数据段和地址段的FFT结果相乘，然后进行IFFT运算。
　　（5）对IFFT的结果取模值，存储结果。
　　（6）对结果进行捕获判决，找出累加后一帧中最大点与设定的门限比较，如果高于门限值，进行一次捕获检验。
　　（7）如果低于门限，调整NCO调整频率，重复上面的步骤
　　
　　2.需要的开发平台
　　所需开发平台为XUPV5-LX110T，因为用频域捕获算法需要大点数的FFT变换支持。
　　3.方案实施过程中需要开发的模块
　　本方案进行的频域捕获主要分为，顶层模块，下采样模块、FFT模块、PRN序列产生模块、复数乘法器模块、NCO模块、峰值判决模块、频率搜索模块。
　　4.系统最终要达到的性能指标
　　在SNR为-19dB的条件下，捕获伪码序列，码相位的估计结果在0.5个码片范围内，以满足后续跟踪模块的启动条件。
　　四、需要的其它资源
　　1.测试设备
　　在方案实施过程中，需要Xilinx内嵌的逻辑分析仪;思博伦的导航卫星信号源;Simulink以及System generator。
　　2.仿真、开发工具
　　ISE集成平台，Matlab和simulink，System generator，Synplify Pro综合工具，以及仿真工具Modelsim。