摘要：全球定位体系(Global Positioning System，GPS)能够向全球范围内的用户供给全天候的高精度导航、定位和授时服务，在军用和民用范畴得到了广泛的使用。以GPS体系的测距码粗码C/A码为研讨目标，在深入研讨C/A码信号生成原理的根底上，使用Matlab中的Simulink对C/A码信号的生成进行了建模、仿真和剖析，并使用FPGA规划并完成了C/A码发生器，详细说明晰C/A码生成的规划原理，对其间的要害模块进行了规划和剖析，给出了详细完成计划，一起论述整个使用程序的流程，规划选用抽头挑选操控端设置发生不同GPS卫星号的C/A码，终究仿真进一步验证了其成果的正确性，它能够发生恣意GPS卫星号的C/A码，规划中选用VHDL言语完成的C/A码程序，可使用于依据FPGA的GPS接纳机规划中，对研讨我国的斗极导航体系接纳机有必定的学习含义。
全球卫星定位体系(GPS)可在全球范围内，全天候为用户接连地供给高精度的方位、速度和时刻信息。现在，GPS已被使用于军事、帆海、航空、丈量、交通、勘察等简直全部与方位、速度、时刻有关的人类活动中。自从GPS体系树立以来，世界上关于GPS及其使用技能的研讨越来越遍及。而关于与用户联络最为严密的GPS接纳机的研讨是其间的研讨热门。在GPS接纳机的规划和研讨中，为了捕获和盯梢GPS信号，首要就要对C/A码信号进行码剥离，为此，需求在本地复现与接纳机接纳的同相位的C/A码信号。因而，关于GPS信号C/A码生成的仿真研讨就具有必定的含义。GPS卫星信号包含载波信号、测距码和数据码。其间的测距码粗码即C/A码(Coarse Acquisition Code)除了作为粗测码外，还因为其具有码长短，易于捕获的特色而作为GPS卫星信号的捕获码，因而C/A码是GPS信号捕获以及接纳机完成的根底。文献使用Matl ab对C/A码进行了仿真研讨，文献对C/A码生成进行了硬件仿真。
文中针对GPS全球卫星导航体系ICD接口文件中C/A码的编码办法，在Matlab仿真的根底上。规划出一种依据FPGA的C/A码发生器，经过VHDL言语编程完成了测距码的仿真，其成果表明规划的正确性。
1 基本原理
GPS卫星导航定位体系是一种无线电导航定位(Radio Navigational Satellite Service，RNSS)体系，使用高空中的GPS卫星，向地上发射L波段的载频无线电测距信号，由地上上用户接纳机实时地接衔接纳，并计算出接纳机天线地点的方位。GPS卫星发射L1和L2两种波段的载波，体系选用码分多址(CDMA)技能来区别各颗卫星，每颗卫星都有自己特定的伪随机噪声码(PRN码)结构。C/A码时钟速率为1.023 MHz，码长为1 023 chip，周期为1 ms。用于快速捕获导航信号和实时大略定位。GPS体系的L1信号调制有两种伪码，粗捕获码(C/A码)和精暗码(P码)。L1频率上的GPS信号表达式如下：
C/A是Gold码序列，由两个10位移位寄存器G1和G2发生长度为210-1=1 023位的最大长度伪码(PN码)。C/A码是由G1的直接输出和G2的延时输出异或的成果，是长度为1 023的±1序列。其发生器如图1所示。G2的时刻延时取决于选取的两个点的方位，这两个点的选取和卫星的ID是一一对应的。
如图1所示C/A码发生器是由两个10级反应移位寄存器组成的，上面的移位寄存器发生m序列G1，下面移位寄存器发生m序列G2。G1和G2码的特征多项式是：
G1(x)=1+x3+x10
G2(x)=1+x1+x2+x3+x6+x8+x9+x10 C/A码是G1码与G2码的模2和的成果，经过在G2寄存器不同方位反应抽头，可发生不同的推迟偏置。挑选不同的等价序列G2和G1相异或，能够得到不同结构的C/A码，C/A码可表示为：
G(t)=G1(t)·G2(t+iTc)
i是大于等于0的整数。G1和G2的周期为1 023，码速率均为1.023 MHz，因而，周期都是1 ms。选用不同的能够发生1023种不同结构的乘积码，再加上G1和G2自身，共有1 025种结构不同的C/A码。
2 C/A码发生器的完成办法
C/A码的发生需求G1和G2码序列，G1和G2的一个周期总数为1 024，而C/A码切断一位，因而，在第1 023个码元之后的下一个脉冲要进行复位操作。选用VHDL编写各个m码发生器，编写的依据是m码发生原理及其仿真。
2.1 G1码发生器规划
G1码序列是一个10级反应移位寄存器所发生m序列，依据C/A码发生器全体需求，还需求在规划G1码发生器自身上再加上操控信号端。将编写好的VHDL言语程序在Quartus II环境中进行编译，并生成相应元件符号。用QuartusII模拟器对该模块进行时序仿真。
图2中，clk端为同步时钟脉冲：1.023 MHz，en端为使能端，高电平“1”有用;reset端为复位端，高电平“1”有用，在reset下降沿今后开端输出G1码序列，每个时钟上升沿输出一个码字，依次为：“1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，0，0，0，1，1，1，0，0，0，……”
2.2 G2码发生器的规划
G2码发生器的规划办法与G1相同，仅仅多了一个平移挑选器，平移挑选器的不同组合能够发生多种结构不同的m码，所以，G2的规划要比G1多一个平移挑选器的操控项。本规划经过挑选不同的抽头得到不同的m序列码结构。用Quartus II对该模块进行时序仿真。
如图3所示，clk端为同步时钟脉冲1.023 MHz;en端为使能端，高电平“1”有用;reset端为复位端，高电平“1”有用;pio_ca为相位挑选段。仿真以0号平移挑选器为例的，即挑选的抽头为该10级反应寄存器的2和6。体系在reset同步下降沿今后开端输出G2码序列，每个时钟上升沿输出一个码字，依次为：
“0，0，1，1，0，1，1，1，1，1，0，0，1，0，1，1，0，1，0，……”
2.3 C/A码发生器的FPGA规划
在Quartus II环境中，将生成的G1码和G2码的发生器生成元件符号，以Schematic File的规划办法将G1和G2码发生器组合起来，考虑到体系的稳定性，还规划了一个带时钟异或运算模块，用于接纳大局时钟同步。本次仿真以第一颗卫星为例，相位输入为“0000”。在Quartus II环境下，将总体规划电路图进行编译，并进行时序仿真，平移挑选器操控字仍设置为0，仿真图如图4所示。
图4中，在体系reset同步今后，开端输出C/A码序列，每个时钟上升沿输出一个比特，依次为：“1，1，0，0，1，0，0，0，0，0，1，1，1，0，0，1，0，1，0，0……”。其间，clk端为同步时钟脉冲：1.046 MHz，en端为使能端：高电平“1”有用，reset端为复位端：高电平“1”有用，pharse为相位挑选输入，ca端：发生的周期为1 023 bit的C/A码序列。
为了验证FPGA仿真的正确性，使用matlab simulink软件进行建模和仿真。使用延时单元构成两个10位的移位寄存器，并从移位寄存器输出端挑选抽头衔接到异或门电路，将其输出反应，抽头和反应的衔接依照GPS卫星PRN编码规矩进行挑选，并把终究输出成果衔接到示波器单元调查其仿真波形。树立的simulink仿真模型如图5所示，运转的成果如图6所示。从仿真的波形图上能够看出，输出的GPS第一颗卫星PRN码的C/A基码也依次为：“1，1，0，0，1，0，0，0，0，0，1，1，1，0，0，1，0，1，0，0……”，前10个C/A基码对应的8进制为1 440，与GPS体系第一颗卫星的C/A码完全相同。
3 结 论
结合GPS卫星导航体系f1频点C/A码发生器的规划，在研讨GPS卫星导航体系%&&&&&%D接口操控文件中C/A码生成器原理的根底上，给出了依据FPCA的码生成器的规划计划。使用VHDL言语完成了G1码和G2码的发生，并规划完成了C/A码，使用Matlab simulink建模仿真验证了FPGA规划成果的正确性，该规划能够发生GPS体系卫星号所对应的伪随机码，能够依据相位挑选的不同完成不同卫星号的测距码的发生。选用模块化的规划计划，其研讨成果对研讨我国斗极导航接纳机的规划具有必定的参阅含义。
