CN106291608B - 一种gps位同步锁定检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种GPS位同步锁定检验方法，本发明解决了在导航数据定位测量中，对GPS信号变化无法判断准确和算法可靠性低的问题，根据计算导航数据每个点的能量；对每个点能量进行取模；逐个累加每个位置的能量值；找出能量值最大和最小的位置，判断两者之间的差值。重点是找出能量值最大和最小的位置，判断两者之间的差值，用来判定检验同步是否锁定，实现GPS位同步锁定检验，使导航数据测量精准。

Description

一种GPS位同步锁定检验方法

技术领域

本发明涉及卫星导航定位技术领域，尤其涉及一种GPS位同步锁定检验方法。

背景技术

目前，在现有技术中，GPS软件接收机在相干积分时间T_coh为1ms的情况下，载波环每1ms输出一个值为0或1的当前数据比特估计值。如果没有噪声和其他接收机运行错误，那么确定比特边沿这一任务其实相当简单。在实际中，由于噪声等各种原因，1ms宽的数据比特流有时并不呈一个清晰而又有规律的模式，会发生会很高的位同步错误率。

例如，在专利文献1(CN 105376191A宽带接受信号位同步锁定的判决方法)中，记载方法：分别计算确知的QPSK、8PSK、16QAM三种调制方式的星座图映射点，建立星座图模板，按照全值围绕星座图映射点画一个圆圈，将此判决模板以列表形式保存在可编程门陈列芯片FPGA中，然后对输入判决模板的判决数字调制信号进行解调；再对输入判决模板的需要判决特定调制方式的信号解调后的IQ支路，以查找表的方式在星座图模板中查找圆圈内、外的映射点数，统计落入判决末班之内和判决模板之外判决点的数量之差；将圆圈内、外的映射点数量之差与星座图模板设定阈值进行比较，比较圆圈内、外的映射点数量，判定是否锁定。

例如，在专利文献2(CN 103812505A位同步锁定检测器)中，记载方法：在位同步锁定判决电路中，受控于同相控制脉冲的节分清零滤波器依次串联绝对值电路和固定点数累加器组成同相支路，受控于反相控制脉冲的积分清零滤波器依次串联绝对值电路、固定点数累加器和增益调节器组成反相支路，两支路共同相连一个输出锁定指示的比较器；位同步环电路同时输出相位相差180度的控制脉冲，分别控制两支路上的积分清零电路对输入基带信号作时间宽度为1个码元的积分清零运算，比较器对来自同相支路的运算结果和反相支路的锁定判决门限进行比较，输出判决位同步锁定与否的指示。

然而，在专利文献1的方法中，在解调出IQ后，用查表的方式判断圆圈内、外的映射点数，信号时刻变化而表格方式是固定的，表格不能及时修正，此方法在信号处于静态的时候，能准确判决。对信号经常变化的情况下效果不理想。在专利文献2对输入基带信号作时间宽度为1码元的积分清零运算。在实际GPS信号应用中，GPS信号噪声大，数据位变化有可能是噪声所引起，并没有对位变位置进行概率统计，此算法可靠性低。

根据现有技术，亟需一种可以的对GPS信号变化判断准确和算法可靠性高的检验方法。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术存在的不足，本发明提供位同步锁定检验方法，即一种GPS位同步锁定检验方法。

为实现以上目的，本发明提供的技术方案是，一种GPS位同步锁定检验方法，包括如下步骤：

步骤1，捕获GPS信号。

步骤2，对GPS信号跟踪，解调出导航数据。

步骤3，计算导航数据每个点的能量并取模。

步骤4，逐个累加每个位置的能量值，找出能量值最大和最小的位置，进行检验。

进一步的，步骤1中，捕获GPS信号。具体包括以下步骤：

11)本地复制的正弦与余弦载波信号分别与数字中频信号S_IF(n)进行混频，对混频结果i+jq进行傅里叶变换。

12)通过C/A码发生器生成本地C/A码，并对其进行傅里叶变换并取共轭值。

13)将上述11)结果和12)结果相乘，所得的乘积经傅里叶反变换得到在时域内的相关结果，对这些相关值进行检测来判断信号是否存在。

14)在完成当前频带的搜索与检测后，复制另一个频率值的载波，然后重复上述步骤11)跳过步骤12)，当搜索另一个信号时，然后重复上述步骤11)。

进一步的，步骤2中，对GPS信号跟踪，解调出导航数据。具体包括以下步骤：

21)输入数字中频信号S_IF(n)与载波环所复制的载波混频相乘。

22)在I支路和Q支路上的混频结果信号i和q又分别与码环所复制的超前、即时和滞后三份C/A码做相关运算，所得相关结果经积分-清除器后分别输出相干积分值。

23)即时支路上的I_P和Q_p被当做载波环鉴别器的输入，超前支路、滞后支路上的相干积分值则作为码环鉴别器的输入。载波环的鉴别器输出卫星信号的导航电文数据比特。载波环和码环分别对它们的鉴别器输出值φ_e和δ_cp进行滤波。

24)将滤波结果用来调节各自的载波NCO和C/A码NCO的输出相位和频率等状态，使载波环复制的载波与接收载波保持一致，同时使码环所复制的C/A即时码与接收C/A保持一致。

进一步的，步骤3中，计算导航数据每个点的能量并取模。具体包括以下步骤：

由上述23)步骤得到导航电文数据，每个候选位置之前的20个数据进行累加,求包络得到相应的数据位能量，取它代表每个候选位置的能量值,n为数据长度。对每个点能量进行取模，取c_i＝|b_i|,i＝0,1,2...,它代表每个数据位能量取绝对值。

进一步的，步骤4中，逐个累加每位置上的能量值，找出能量值最大和最小的位置。具体包括以下步骤：

取它代表逐个累加每个位置的能量值，k＝n/20向下取整。找出能量最大值和最小值并记录对应的位置编号,取t₁＝max(d_i),t₂＝min(d_i)，t₁,t₂代表位置编号，若t₁-t₂＝10，则认为位同步锁定成功。

本发明解决了在导航数据定位测量中，对GPS信号变化无法判断准确和算法可靠性低的问题，根据计算导航数据每个点的能量；对每个点能量进行取模；个累加每个位置的能量值；找出能量值最大和最小的位置，判断两者之间的差值。重点是找出能量值最大和最小的位置，判断两者之间的差值是否为10，检验同步是否锁定，实现GPS位同步锁定检验，使导航数据测量精准。

附图说明

图1为本发明提供的GPS信号位同步锁定检验方法的结构框图；

图2a-2c为本发明提供的算法的流程示意图；

图3为本发明中编号能量值示意图；

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该说明的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明提供一种GPS位同步锁定检验方法，图1是本发明提供的GPS信号位同步锁定检验方法的结构框图，其包括以下步骤：

步骤1，捕获GPS信号；

步骤2，对GPS信号跟踪，解调出导航数据；

步骤3，计算导航数据每个点的能量并取模；

步骤4，逐个累加每个位置的能量值，找出能量值最大和最小的位置，进行检验。

进一步的，参见图2a，在步骤1中，捕获GPS信号。首先，读取信号，传输到乘法器中，具体重要的，包括以下步骤：

11)本地复制的正弦与余弦载波信号分别与数字中频信号S_IF(n)进行混频，对混频结果i+jq进行傅里叶变换。

12)通过C/A码发生器生成本地C/A码，并对其进行傅里叶变换并取共轭值。

13)在乘法器中，将上述11)结果和12)结果相乘，所得的乘积经傅里叶反变换得到在时域内的相关结果，对这些相关值进行检测来判断信号是否存在。

14)在完成当前频带的搜索与检测后，复制另一个频率值的载波，然后重复上述步骤11)跳过步骤12)，当搜索另一个信号时，然后重复上述步骤11)。

进一步的，参见图2b，步骤2中，对GPS信号跟踪，解调出导航数据。具体包括以下步骤：

21)输入数字中频信号S_IF(n)与载波环所复制的载波混频相乘。

22)在I支路和Q支路上的混频结果信号i和q又分别与码环所复制的超前、即时和滞后三份C/A码做相关运算，所得相关结果经积分-清除器后分别输出相干积分值。

23)即时支路上的I_P和Q_p被当做载波环鉴别器的输入，超前支路、滞后支路上的相干积分值则作为码环鉴别器的输入。载波环的鉴别器输出卫星信号的导航电文数据比特。载波环和码环分别对它们的鉴别器输出值φ_e和δ_cp进行滤波。

24)将滤波结果用来调节各自的载波NCO和C/A码NCO的输出相位和频率等状态，使载波环复制的载波与接收载波保持一致，同时使码环所复制的C/A即时码与接收C/A保持一致。

最后，输出导航电文数据至步骤3.

进一步的，参见图2c，步骤3中，计算导航数据每个点的能量并取模。具体包括以下步骤：

由上述23)步骤得到导航电文数据，每个候选位置之前的20个数据进行累加,求包络得到相应的数据位能量，取它代表每个候选位置的能量值,n为数据长度。对每个点能量进行取模，取c_i＝|b_i|,i＝0,1,2...,它代表每个数据位能量取绝对值。

进一步的，步骤4中，逐个累加每位置上的能量值，找出能量值最大和最小的位置。具体包括以下步骤：

取它代表逐个累加每个位置的能量值，k＝n/20向下取整。找出能量最大值和最小值并记录对应的位置编号,取t₁＝max(d_i),t₂＝min(d_i)，t₁,t₂代表位置编号，若t₁-t₂＝10，则认为位同步锁定成功。

具体的，参见图3，此为本发明中编号能量值示意图，在图3中横坐标为位置标号，纵坐标为每个位置对应的能量值，图中曲线形象的描述了每个位置能量值的变化趋势，从图中可以看出最高点即为位变位置，最高点与最低点分别对应的位置标号相差为10。

本发明解决了在导航数据定位测量中，对GPS信号变化无法判断准确和算法可靠性低的问题，根据计算导航数据每个点的能量；对每个点能量进行取模；个累加每个位置的能量值；找出能量值最大和最小的位置，判断两者之间的差值。重点是找出能量值最大和最小的位置，判断两者之间的差值，用来判定检验同步是否锁定，实现GPS位同步锁定检验，使导航数据测量精准。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于导航信号的极小值位同步法，其包括以下步骤：

(1)通过GPS接收机进入捕获状态并捕获GPS卫星信号数据；

(2)对捕获的卫星信号跟踪并获得I支路的导航电文数据；

(3)对I支路的导航信号采用能量累加法；

(4)其能量极小值点位置为其位同步点，重复(3)并检验；

步骤(3)具体包括以下步骤：

31)将上述22)所输出的导航电文数据选取可能的数据位边缘形成观测序列，将选取的数据位边缘位置开始累加其前20个数据位获得相应的能量值

n为数据长度；a_i-j+1为能量值b_i前20个数据位相应的能量值；

32)将能量值b_i取模取绝对值获得C_i＝|b_i|,i＝0,1,2……,C_i为相应观测点的能量累加绝对值。

2.根据权利要求1所述的基于导航信号的极小值位同步法，其特征在于步骤

(1)具体包括以下步骤：

11)采用并行码相位搜SI索捕获算法，将输入的数字中频信号S_IF(n)分别与载波NCO所复制的正弦和余弦载波信号混频；

12)将复数形式的混频结果i+jq进行傅里叶变换；

13)将C/A码发生器进行傅里叶变换然后进行对其复数共轭；

14)将上述12)结果和13)通过乘法器相乘，并将结果进行傅里叶反变换，取模输出；

15)让载波数控振荡器复制另一频率值得正弦和余弦载波，重复上述操作。

3.根据权利要求1所述的基于导航信号的极小值位同步法，其特征在于步骤(2)具体包括以下步骤：

21)将输入的数字中频信号S_IF(n)与载波环复制的载波混频相乘，其中在I支路上与正弦复制载波相乘，Q支路上与余弦复制载波相乘；

22)I支路和Q支路上的混频结果信号i和q分别与码环所复制的超前、即时和滞后三分C/A码做相关运算，相关结果i_E,i_P,i_L,q_E,q_P和q_L经积分-清除器后输出相干积分值I_E,I_P,I_L,Q_E,Q_P和Q_L。

4.根据权利要求3所述的基于导航信号的极小值位同步法，其特征在于：

即时支路上的相干积分值I_P和Q_P作为载波环鉴别器的输入，其他两条相关支路上的相干积分值作为玛环鉴别器的输入，载波环对步骤(1)输出值进行滤波，码环对步骤(2)输出值进行滤波，并将滤波结果用来调节各自的载波数控振荡器和C/A码数控振荡器的输出相位和频率等状态，使载波环所复制的载波与接收载波保持一致，同时又使码环所复制的C/A即时码与接收C/A码保持一致，以保证下一时刻接收信号中的载波和C/A码在跟踪环路中仍被彻底剥离。

5.根据权利要求1所述的基于导航信号的极小值位同步法，其特征在于步骤(4)具体包括以下步骤：

取值向下取整，d_i为观测点累加的能量值，找出能量极小值L_min＝min(d_i),其为位同步点。

6.根据权利要求1所述的基于导航信号的极小值位同步法，其特征在于步骤(3)所述的能量累加法采用每连续20个点的能量取模并累加。