GPS L1 卫星导航模拟器P 码产生设计与实现

文/田方礼　董立桥　王绪宁　王永超

GPS L1 卫星导航模拟器需要产生P 码，本文从信号产生的角度，介绍了P 码的产生原理，给出了一种适用于GPS 卫星导航模拟器的P 码产生实现方式，并详细描述了FPGA 实现P 码产生的过程，然后用GPS 接收机进行了接收验证，证明了设计的P 码产生程序的正确性，这说明用FPGA 可以根据Z 计数能够实现任意时刻的任意卫星P 码的产生，对模拟器的设计很有意义

【关键词】P 码 模拟器 GPS FPGA

1 前言

文献[1][2] 根据接收机的捕获和跟踪需要对P 码的产生做了研究和设计，本文从信号产生的角度，根据导航模拟器信号产生的需求，对P 码产生的实现进行了研究和试验，为P 码接收机实验室条件下的开发、测试和验证提供了重复性和边界条件测试手段。卫星导航模拟器由数据仿真和信号产生两部分构成。信号产生根据数据仿真下发的Z 计数产生相应时刻的P码。

2 P码产生原理

P 码产生器由X1A、X1B、X2A 和X2B四个12 位的线性反馈移位寄存器构成；X1A和X2A 截短序列4092 码片；X1B 和X2B 截短序列4093 码片；X1A 序列循环3750 次即完成一次X1 序列周期；此时X1B 循环了3749 次，当X1B 完成3749 次循环停止移位等待X1A 完成3750 次循环后产生信号对X1A和X1B 移位寄存器重新初始化；X1A 的输出与X2B 的输出进行异或产生X1 序列。X2 序列产生与X1 类似，区别是，每次X2A 序列完成3750 次循环后再等待37 个时钟才重新初始化X2A 和X2B 移位寄存器；形成X2 与X1的相对运动；X1A 始终保持4092 码片循环，X1B、X2A 和X2B 是参照其进行的；X2 输出结果送给一个移位寄存器，延迟卫星PRN 号的码片数，然后与X1 异或产生P 码。

3 P码产生的FPGA设计

3.1 模块划分

P 码产生程序由顶层模块和两个子模块构成。顶层模块为Pcode 如图1 所示，输入信号包括：码钟code_clk，秒脉冲信号pps，Z 计数Zcnt_in，Z 计数写信号Zcnt_wr 和卫星PRN 号prn；输出信号为P 码P_code。两个子模块为P_gen_ctrl 和P_code_gen，如图2 所示。子模块P_gen_ctrl 输入信号包括：码钟code_clk， 秒脉冲信号pps，Z 计数Zcnt_in和Z 计数写信号Zcnt_wr；输出信号包括：四个序列的复位信号resetX1A、resetX1B、resetX2A、resetX2B， 三个序列的停止信号haltX1B、haltX2A 和haltX2B，X1 和X2 序列的起始信号headX1 和headX2。

子模块P_code_gen 输入信号包括： 码钟code_clk， 卫星PRN 号prn， 四个序列的复位信号resetX1A、resetX1B、resetX2A、resetX2B， 三个序列的停止信号haltX1B、haltX2A 和haltX2B； 输出信号为P 码P_code。

3.2 详细设计

（1）由pps 和Zcnt_wr 产生一个启动P码模块的信号startP，仅在Zcnt_wr 之后的第一个pps 处出现一次；startP 脉冲宽度为一个码钟。

（2）由启动信号startP 产生第一个X1起始信号headX1 脉冲和X1A 的复位信号resetX1A脉冲，并将输入的Z计数赋给Zcnt（计数范围0 ～ 403199）。

（3） 定义两个计数器X1cnt4092（ 计数范围1 ～ 4092） 和X1cnt3750（ 计数范围1 ～ 3750），启动信号startP 初始化两个计数器为1，以码钟为驱动分别计X1A 码片数和X1A 循环次数，每当X1cnt4092 计满4092 后产生一次resetX1A 同时X1cnt3750 加1， 当X1cnt3750 计满3750 后产生一次headX1，同时Z 计数器Zcnt 加1；当Zcnt 计满403199 后再从零开始计数。

（4） 定义一个X1cnt4093（ 计数范围1 ～ 4093）计数器，用headX1 脉冲初始化计数器为1 清X1B 的暂停信号haltX1B，headX1脉冲产生时同时产生第一个X1B 的复位脉冲信号resetX1B， 然后只在X1cnt4093