摘要：針對GPS系統使用直接序列擴頻調制所使用的精測距碼P碼，P碼具有定位精度高，長周期，結構復雜等的特性，以及其廣泛的軍事應用。通過對P碼的產生原理進行深入研究，采用在Xilinx ISE中使用Verilog HDL語言，對P碼產生電路進行硬件實現的方法，產生指定PRN號衛星的P碼，通過對生成結果進行驗證以及特性分析，以解決GPS中長周期精測距碼(P碼)不借助導航信息中短周期測距碼的引導，實現P碼的快速直接捕獲的問題。

全球定位系統(Global Positioning System，GPS)是美國從上世紀70年代開始規劃研制，歷時21年，于1994年全面建成，是美國繼阿波羅登月、航天飛機之后的第三大航天工程，利用GPS衛星實現全球、全天候、實時、連續導航定位的，具有海、陸、空全方位實時三維(時間、速度、方位)導航與定位能力的第二代衛星導航系統，是目前全球應用最為廣泛、最先進的衛星導航定位系統。

GPS系統采用典型的CDMA體制，這種擴頻調制信號具有低截獲概率特性，系統利用直接序列擴頻調制技術，以碼分多址復用的形式區分各個衛星信號。GPS衛星信號導航電文為50bps的二進制數據碼，利用偽隨機噪聲碼(PRN)對導航電文進行擴頻，碼片速率遠高于其本身的數據碼速率，對信號的頻譜進行擴展，再使用擴展的碼元去調制L波段載波，可以有效地將低速率導航電文發送到接收端。目前現代化的GPS信號有3種載波方式：載波L1頻段1 575.42 MHz，L2民用信號(L2C)頻段1 227.6 MHz，和一個位于1176.45 MHz成為L5頻段的載波。

GPS系統測距偽碼有C/A碼和P碼(Y碼)，以及新的軍用M碼疊加在L1和L2頻段上。基于碼分多址復用(CDMA)的GPS需要其信號中偽碼具有良好的自相關和互相關性能，PRN(Pseudo Random Noise Code偽隨機噪聲碼)碼序列不僅具有高斯噪聲所有的良好自相關特性，而且具有可預知性和周期性的規律，它與自身的相移序列相加，結果仍然為PRN碼序列，只是改變了其相位。P(Y)碼又稱為精確測距碼，它同時調制在L1和L2載波信號上，主要應用于精測距、抗干擾及其保密性要求高的環境下。P碼是一種高精度定位碼，利用P碼進行衛星定位要比利用粗測距碼C /A碼定位精度提高10倍左右，加密后的P碼稱為Y碼，只有特許用戶才能破譯使用，多用于軍事應用當中。由于P碼的特點是長周期，結構復雜，因此對P碼的捕獲一直是備受關注，在P碼捕獲的過程中需要本地復現P碼，產生P碼周期內指定PRN號衛星任意時刻的P碼數據，對提高P碼的捕獲研究有著非常重要的意義。

1 P碼的產生原理

GPS衛星信號擴頻使用的P碼，序列長度2.35x1014，速率為10.23 MHz，序列周期為266.41天。在實際應用中，GPS衛星使用序列中的一個星期的碼元，作為衛星使用的擴頻偽碼序列，所以其長度為6.287×1012，遠大于C/A碼的1 023個碼元長度。

依據ICD-GPS-200C，P碼的生成主要由4個稱為X1A，X1B，X2A和X2B的12位移位寄存器產生PRN序列。圖1中給出了這種寄存器方案的詳細框圖。GPS基于CDMA技術的直接序列擴頻調制技術，在P碼的情況下，延時的整碼片數與對應的衛星PRN號相同。X1A和X1B寄存器的輸出由一個異或電路形成X1碼發生器，X2A和X2B寄存器輸出異或形成X2碼發生器，X2結果饋送給一個移位寄存器，延遲衛星PRN號的碼片數，然后與X1結果異或合并產生P碼。

4 結論

通過對設計結果分析，可以看出P碼的長周期，以及結構復雜的特點，也正是因此才保證其應用在精測距、抗干擾及其保密性要求高的環境下，在P碼捕獲的過程中本地產生復現P碼，產生P碼周期內指定PRN號衛星任意時刻的P碼數據，以解決在不借助短周期粗測距碼的引導下，對P碼實現直接快速捕獲。