● 摘要
随着我国北斗卫星导航系统建设的日益完善，北斗导航在定位、测速等方面的应用需求越来越大。同时，由于双模导航系统的定位精度高、抗干扰能力强，因此双模接收机的研制成为了近年来的研究热点。本文对GPS/BD双模捕获算法进行了研究与实现，主要的研究内容与结论如下：
1、论述了GPS L1频点信号与北斗B1频点信号的信号结构、调制方式、信号功率、多普勒频偏以及电文结构，分析了二者在这几个方面的异同点，为进行双模捕获算法设计时关键参数的选择提供了理论依据。
2、对三种常用的捕获算法进行了详细的研究和对比分析：基于匹配滤波器的捕获算法、基于FFT的并行码相位捕获算法，以及将部分匹配滤波器与FFT相结合的双并行捕获算法。根据三者的优缺点，结合双模捕获模块的设计需求，最终选用了部分匹配滤波器与FFT相结合算法来设计双模捕获器。然后对该算法进行了详细的理论推导，并分析了算法中出现的扇贝效应，通过采用在FFT运算前对数据进行补零操作的方法实现了对扇贝效应的抑制。同时，针对北斗MEO/IGSO卫星信号NH码调制导致相干积分时间不宜超过1ms的现象，采用全比特相干的方法对算法进行了改进。通过仿真发现，改进后在NH码完全剥离的情况下，捕获算法可以捕获到28dB-Hz的北斗弱信号。
3、搭建了算法实现的硬件平台，采用DSP+FPGA的硬件架构进行了接收机捕获模块的实现设计。分析了在该架构下DSP与FPGA的分工以及捕获模块的工作流程，并对捕获算法的关键参数进行了选择。然后讨论了FPGA中捕获模块的构成，并对各个子模块的实现方法进行了详细的论述。在各个子模块的设计中，遵循了在保证捕获灵敏度的情况下尽可能节省硬件资源的原则，实现了各个模块最大程度上的复用，节省了大量硬件资源，为整个接收机的低成本化奠定了基础。之后根据编译结果对资源消耗进行了分析，并对捕获时间进行了估计。最后，对捕获模块进行了测试，测试显示双模捕获模块可以捕获到载噪比最低为33dB-Hz的GPS信号、38dB-Hz的北斗GEO卫星信号和36dB-Hz的北斗MEO/IGSO信号，并且捕获时间均在可接受范围内，整个双模捕获模块基本达到设计要求。