CN103969668B - 一种基于频率补偿的gps位同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种GPS卫星导航信号的位同步方法，包括对接收的卫星导航信号计算载噪比，确定非相干次数，采集20组连续间隔为1ms的数据。然后生成不同频率步进的频率补偿项，并对每组数据进行频率补偿，对补偿后的信号求包络找出每组数据中的最大值。随后根据前面所确定的非相干次数重复进行这些操作。最后，通过判断20个可能边界位置处的最大值所在位置来确定真实比特边界位置。采用本发明所述的方法可以在接收机跟踪环路中存在频率误差时仍能正确进行位同步，保证了位同步的可靠性，具有较高的商用价值。

Description

一种基于频率补偿的GPS位同步方法
技术领域
本发明属于导航定位技术领域，具体涉及一种使用频率补偿的方法实现GPS信号的位同步。
背景技术
GPS(全球卫星定位系统)是利用GPS定位卫星在全球范围内实时进行定位、导航的系统。当接收机完成GPS信号的捕获、跟踪后，接着要对信号进行位同步。位同步是实现帧同步和长时间相干积分的前提。在实现帧同步后，GPS接收机可以解调出卫星信号上的导航电文，进而实现定位。而在弱信号环境中，加长相干积分时间来提升跟踪灵敏度，是接收机保持信号跟踪的主要手段。位同步是接收机设计中必须解决的问题之一。
位同步过程就是接收机找到GPS信号数据边界的过程。过去已经出现过多种实现位同步的方法，包括直方图法、K-P法、Viterbi算法等。直方图法由于其方法简单，已经在接收机中被广泛使用。它的缺点是信号变弱时，位同步的准确概率很低。K-P法是通过计算可能的连续比特边界位置的信号能量，把其中最大值所在位置作为比特边界。该方法可以用于弱信号的环境，准确概率比直方图法有很大的提高，是一种性能比较好的位同步方法。但是，该方法都要求锁相环或锁频环工作在锁定状态，当频率误差超过15Hz时，该方法就无法使用。采用Viterbi算法进行比特边界估计在信号载噪比低于20dB-Hz的情况下仍然有较好的性能。但计算过于复杂，并且Viterbi算法在存在频率误差的情况下也无法使用。因此，如果有一种方法能够使接收机在存在一定频率误差的情况下仍能正确进行位同步，那么这将会提高GPS接收机位同步性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于频率补偿实现GPS信号位同步的方法，通过对相干积分值在相干累加前进行频率误差补偿，有效的减少了频率误差造成的相干累加损耗，提高了位同步的概率。使得该方法可以容忍更大的频率误差，在锁相环或锁频环未锁定状态下也能实现正确的位同步。
本发明的技术解决方案是：
一种基于频率补偿的GPS信号位同步方法，用于对接收的GPS信号进行位同步，其特征包括以下步骤：
(1)接收GPS卫星信号并计算信号的载噪比，通过和预先设定的阈值相比较，确定步骤(5)中的非相干积分次数N；
(2)从I支路和Q支路积分器的输出采集20组连续相邻间隔为1ms的数据，对应20个可能的比特边界，每组数据由20个相干积分时间为1ms的数据组成，每个1ms数据是由对应I支路和Q支路的输出组成的复信号形式数据；
(3)以一定频率步进生成不同的频率补偿项，分别对步骤(2)中的每组数据中的20个数据进行频率补偿；
(4)对步骤(3)中每一组进行不同频率步进补偿后的值进行累加并求积分，把其中的最大值作为此比特边界下的相干积分值；
(5)根据步骤(1)中得到的非相干积分次数N重复进行步骤(2)到步骤(4)，对步骤(4)中每次得到的20个比特边界位置的值对应位置相加。在进行完N次非相干积分后，所得到的20个比特边界位置处的值中最大者即为实际信号数据比特边界。
附图说明
图1是本发明GPS信号位同步实现流程示意图。
图2是GPS信号数据采集方式示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明使用基于频率补偿进行GPS信号位同步方法的具体实施方式进行详细说明。
参见图1，图1是本发明GPS信号位同步实现流程示意图，即是GPS接收机实现导航电文数据位同步的流程示意图，详细说明如下。
GPS接收机接收卫星信号，随后根据接收到的信号可以粗略计算计算出信号的载噪比。将得到的信号载噪比与预先设定的阈值26dB-Hz进行比较，当接收的卫星信号载噪比大于此阈值时，说明接收到的信号功率比较强，N的取值为1。而当收的卫星信号载噪比小于此阈值时，说明接收到的信号功率比较弱，N的取值在2～10中选取，并且信号载噪比越小，N的取值越大，以此来保证弱信号下比较高的位同步概率。不同的N的值将决定进行位同步时非相干积分的次数，亦即图1中步骤2到步骤4循环的次数。
当确定了非相干积分次数N之后，随后进行的是对数据的采集。数据的来源是从I支路和Q支路积分器的输出采集的20组连续相邻间隔为1ms的数据，分别对应20个可能的比特边界，每组数据由20个相干积分时间为1ms的数据组成，每个1ms数据是由对应I支路和Q支路的输出组成的复信号形式数据。I支路和Q支路每ms数据形式分别为：
公式1
公式2
式中，a为信号幅度，D(n)为导航电文，ωe为角频率误差，θe为相位误差，下标p表示当前支路，fe为频率误差，Tcoh为相干积分时间。由I支路和Q支路每ms数据组成的复向量rp(n)可表示为：
公式3
20组连续相邻间隔为1ms数据的采集方式如图2所示。
随后对每组的20个数据进行频率补偿，在进行频率补偿之前需要以一定频率步进生成不同的频率补偿项。频率补偿项的频率步进为kω0,k的取值范围是{-L,L}，频率步进步长ω0的值一般为1Hz，L的值一般为25，对应的频率补偿项为对采集到的信号进行频率补偿的方法如公式4所示：
公式4
式中，用rcoh(m,k)表示在比特边界m处，频率补偿为kω0时，向量rp(n)与频率补偿项相乘并相干累加的结果，M是以1ms为单位的时间长度，一般取值为20。m表示20个可能的比特跳变位置，取值为1到20。
在进行完频率补偿和累加后，每组数据会有2L+1个值，每个值对应一个补偿的频率。在得到这些值后，需要找出其中的最大值作为此组数据下真实值，亦即没有频率误差或者频率误差很小的值。在此使用rcoh(m,k)来表示经过频率补偿后累加的值并求其包络，求包络就是计算rcoh(m,k)的幅值。由于每一个k都对应一个rcoh(m,k)，因此使用r(i,m)来表示在比特边界m处经过补偿后得到的值：
公式5
式中，i表示在进行相干累加时的第i个20ms数据，其值一般等于N。
随后就是根据N的值重复进行步骤(2)到步骤(4)，并且对步骤(4)中每次得到的20个比特边界位置的值对应位置相加。在进行完N次非相干积分后，所得到的20个比特边界位置处的值中最大者即为实际信号数据比特边界。最终比特边界的位置为：
公式6
式中，表示由估计得到的比特边界位置，N为由步骤1所确定的非相干积分次数。至此，寻找GPS信号导航电文的边界完成。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1.一种基于频率补偿的GPS位同步方法，用于GPS接收机对接收到的信号进行位同步，其特征在于包括以下步骤：
(1)接收卫星信号并计算信号的载噪比，通过和预先设定的阈值相比较，确定步骤(5)中的非相干积分次数N；
(2)从I支路和Q支路积分器的输出采集20组连续相邻间隔为1ms的数据，对应20个可能的比特边界，每组数据由20个相干积分时间为1ms的数据组成，每个1ms数据是由对应I支路和Q支路的输出组成的复信号数据；
(3)以一定频率步进生成不同的频率补偿项，分别对步骤(2)中的每组数据中的20个数据进行频率补偿；
(4)对步骤(3)中每一组20个数据分别进行不同的频率补偿并进行累加求积分，把积分结果中的最大值作为此比特边界下的相干积分值；
(5)根据步骤(1)中得到的非相干积分次数N重复进行步骤(2)到步骤(4)，对步骤(4)中每次得到的20个比特边界位置的值在对应位置相加，完成非相干积分，在N次非相干积分后，所得到的20个比特边界位置中最大值对应的位置即为信号的数据比特边界。
2.如权利要求1所述的一种基于频率补偿的GPS位同步方法，其特征在于：当接收的卫星信号载噪比大于此阈值时，N的取值为1；小于此阈值时，N的取值在2～10中选取，信号载噪比越小，N的取值越大。
3.如权利要求1或2所述的一种基于频率补偿的GPS位同步方法，其特征在于：所述预先设定的阈值为26dB-Hz。
4.如权利要求1所述的一种基于频率补偿的GPS位同步方法，其特征在于：所述I支路和Q支路每ms数据形式分别为：
上述公式中，a为信号幅度，D(n)为导航电文，n表示以第n个毫秒，t1为当前时间，ωe为角频率误差，θe为相位误差，下标p表示当前支路，fe为频率误差，Tcoh为相干积分时间，由I支路和Q支路每ms数据组成的复向量rp(n)可表示为：
20组连续相邻间隔为1ms数据的采集方式为：连续采集20组数据，每组数据之间的间隔为1ms,每组数据由20个数值组成，每个数值为相干积分时间为1ms的相干积分值。
5.如权利要求1所述的一种基于频率补偿的GPS位同步方法，其特征在于：频率步进为kω0,k的取值范围是{-L,L}，频率步进ω0的值为1Hz，L的值为25，对应的频率补偿项为对采集到的信号进行频率补偿的方法如公式4所示：
式中，用rcoh(m,k)表示在比特边界m处，频率补偿为kω0时，向量rp(n)与频率补偿项相乘并相干累加的结果，M是以1ms为单位的时间长度，取值为20，m表示20个可能的比特跳变位置，取值为1到20，n表示以第n个毫秒。
6.如权利要求1所述的一种基于频率补偿的GPS位同步方法，其特征在于：经过频率补偿后累加的值为rcoh(m,k)，由于每一个k都对应一个rcoh(m,k)，因此使用r(i,m)来表示在比特边界m处经过补偿后得到的值：
式中，i表示在进行相干累加时的第i个20ms数据，L表示累加后得到的总长度。
7.如权利要求1所述的一种基于频率补偿的GPS位同步方法，其特征在于：进行多次非相干积分后最终比特边界的位置为：
式中，表示由估计得到的比特边界位置，N为由步骤(1)所确定的非相干积分次数。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN111049636B (zh) * 2018-10-12 2022-03-29 千寻位置网络有限公司 一种bpsk位同步装置及方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102594393A (zh) * 2012-01-29 2012-07-18 北京航空航天大学 一种卫星综合基带设备的通用伪码同步系统

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102594393A (zh) * 2012-01-29 2012-07-18 北京航空航天大学 一种卫星综合基带设备的通用伪码同步系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GPS软件接收机导航电文提取的研究;田炳丽 等;《通信技术》;20091231;第42卷(第3期);第212-214,217页 *
一种基于频率补偿的ＧＰＳ位同步方法;刘新宁 等;《东南大学学报（自然科学版）》;20141130;第44卷(第6期);第1144-1148页 *
极弱信号环境下GPS位同步和载波跟踪技术;赵琳 等;《航空学报》;20100630;第31卷(第6期);第1204-1212页 *

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