CN109738922A - Gps接收机快速同步方法、装置及计算机存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明属于卫星导航技术领域，公开了一种GPS接收机快速同步方法、装置及计算机存储介质。该方法包括：获取即时支路的同相信号和正交信号，并对即时支路的同相信号和正交信号分别进行相干积分，得到对应的I/Q积分值；其中，相干积分的积分周期为1毫秒，每个积分周期后输出一组I/Q积分值；比较相邻两个积分周期对应的I/Q积分值，检测相位跳变位；验证检测到相位跳变位是否为同步位。本发明能够解决现有同步方法同步时间长的问题，快速完成位同步。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及GPS接收机快速同步方法、装置及计算机存储介质，适用于GPS接收机L1频段卫星的快速同步。
背景技术
GPS接收机是接收全球定位系统卫星信号并确定地面空间位置的仪器。GPS接收机在捕获信号后，接着要对信号进行位同步、跟踪和帧同步，从而从接收信号那里获得信号发射时间和导航电文，并最终实现GPS定位。其中，位同步是实现定位功能的关键一环，缩短位同步时间可以有效的缩短接收机首次定位时间。
目前，常用位同步技术包括直方图方法以及相干积分极大值搜索方法等。其中，直方图方法主要是提取相邻2个毫秒之间的符号翻转(即相位跳变)，在一定的时间(通常设置为1秒)内统计各个位置的翻转次数，并在一定准则范围内进行同步成功与否的判决；相干积分极大值搜索方法则假定连续20个位置作为可能的位边界，在同步位置开始进行20毫秒的相干积分，再对每个20毫秒进行非相干积分，最后选取20个处理结果中的最大值处判定为比特同步位置。
现有的这两种方法在信号信噪比较高时，都能取得较好的效果。但两种方法都需要较长的搜索时间，使得完成同步时间较长。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种GPS接收机快速同步方法、装置及计算机存储介质，以解决强信号条件下现有同步方法同步时间长的问题，能够快速完成位同步。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，提供一种GPS接收机快速同步方法，包括：
获取即时支路的同相信号和正交信号，并对所述即时支路的同相信号和正交信号分别进行相干积分，得到对应的I/Q积分值；其中，相干积分的积分周期为1毫秒，每个积分周期后输出一组I/Q积分值；
比较相邻两个积分周期对应的I/Q积分值，检测相位跳变位；
验证检测到相位跳变位是否为同步位。
第二方面，提供一种GPS接收机快速同步装置，包括：
环路跟踪单元，用于对输入卫星信号进行环路跟踪，得到即时支路的同相信号和正交信号，并对所述即时支路的同相信号和正交信号分别进行相干积分，得到对应的I/Q积分值；其中，相干积分的积分周期为1毫秒，每个积分周期后输出一组I/Q积分值；
跳变检测单元，用于比较相邻两个积分周期对应的I/Q积分值，检测相位跳变位，即检测相邻2个毫秒之间是否存在导航比特翻转跳变；
同步位验证单元，用于验证检测到的相位跳变位是否为同步位。
第三方面，提供一种GPS接收机快速同步装置，所述装置包括：存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，用于运行所述计算机程序时，执行第一方面所述方法的步骤。
第四方面，提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。
本发明提供的上述技术方案，通过获取即时支路的I/Q数据，并根据即时支路的I/Q数据检测相位跳变位，进一步验证检测到的相位跳变位是否为同步位，从而实现同步。基于本发明上述方案，能够解决现有同步方法同步时间长的问题，快速完成位同步。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种GPS接收机快速同步方法的流程示意图一；
图2为本发明实施例提供的一种GPS接收机快速同步方法的流程示意图二；
图3为本发明实施例提供的一种GPS接收机快速同步装置的组成示意图一；
图4为本发明实施例提供的一种GPS接收机快速同步装置的组成示意图二；
图5为本发明实施例提供的一种GPS接收机快速同步装置的组成示意图三。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1所示为本发明实施例提供的一种GPS接收机快速同步方法的流程示意图。
如图1所示，本发明实施例提供的GPS接收机快速同步方法，包括以下步骤：
S1、获取即时支路的同相信号和正交信号，并对即时支路的同相信号和正交信号分别进行相干积分，得到对应的I/Q积分值。
其中，相干积分的积分周期为1毫秒，每个积分周期后输出一组I/Q积分值。
S2、比较相邻两个积分周期对应的I/Q积分值，检测相位跳变位。
即，检测相邻2个毫秒之间是否存在导航比特翻转跳变。
S3、验证检测到的相位跳变位是否为同步位。
本发明实施例提供的上述方法，通过获取即时支路的I/Q数据，并根据即时支路的I/Q数据检测相位跳变位，进一步验证检测到的相位跳变位是否为同步位，从而实现同步。基于本发明实施例上述方法，能够解决现有同步方法同步时间长的问题，快速完成位同步。
本发明实施例的一种优选实现方式中，如图2所示，步骤S3具体包括以下步骤：
S301、判断检测到的第i个相位跳变位是否为同步位。
S302、若第i个相位跳变位不是错误跳变位，则同步成功，第i个相位跳变位为同步位。
S303、若第i个相位跳变位是错误跳变位，则计一次失败，并判断失败次数超过预设次数：若是，则同步失败；否则，令i加1，返回步骤S301。
其中，i为正整数，且i的初值为1。
进一步的，在图2所示的GPS接收机快速同步方法中，判断检测到的第i个相位跳变位是否为错误跳变位(即步骤S301)，具体可以包括：
判断检测到的第i+1至第i+N-1个相位跳变位与所述第i个相位跳变位之间的时间间隔是否均为20毫秒的整数倍：若是，则所述第i个相位跳变位不是错误跳变位；若否，则所述第i个相位跳变位是错误跳变位。
其中，N为正整数且N≥3。
需要说明的是，在实际应用中，N的取值可以根据允许的信号强度进行设置，本发明实施例对此不作具体限定。
基于本发明实施例提供的上述方法，通过检查相位跳变位是否为正确跳变位来检测同步位，并且对于各相位跳变位，通过检查连续多次跳变之间的时间间隔是否为20毫秒的整数倍，若是则认为同步成功，并且该翻转位即同步位；否则，认为该翻转为错误跳变位，舍弃掉，并计一次失败，继续检查后续跳变点之间的时间关系，直至检测到同步位，或者失败次数超过预设次数，即同步失败。可见，本发明实施例提供的上述方法同步过程简单易实现，能够提高同步速度，减少同步时间，从而减少GPS接收机的首次定位时间。
图3所示为本发明实施例提供的一种GPS接收机快速同步装置的组成示意图。
如图3所示，本发明实施例提供的GPS接收机快速同步装置30包括：环路跟踪单元301、跳变检测单元302以及同步位验证单元303。
其中，环路跟踪单元301，用于对输入卫星信号进行环路跟踪，得到即时支路的同相信号和正交信号，并对即时支路的同相信号和正交信号分别进行相干积分，得到对应的I/Q积分值。相干积分的积分周期为1毫秒，每个积分周期后输出一组I/Q积分值。
跳变检测单元302，用于比较相邻两个积分周期对应的I/Q积分值，检测相位跳变位。
同步位验证单元303，用于验证检测到的相位跳变位是否为同步位。
图4所示为本发明实施例提供的一种优选的GPS接收机快速同步装置的组成示意图。
如图4所示，本发明实施例实施例提供的GPS接收机快速同步装置中，环路跟踪单元301具体可以包括：载波发生器3011、C/A码发生器3012、积分清零器3013、载波环鉴相滤波模块3014以及码环鉴相滤波模块3015。
其中，载波发生器3011，用于产生本地载波信号，并利用本地载波信号对输入卫星信号进行下变频，得到基带信号。
C/A码发生器3012，用于产生C/A码，并利用C/A码对基带信号进行解扩，得到超前支路、即时支路以及滞后支路三个支路的同相信号和正交信号。
积分清零器3013，用于以1毫秒为积分周期对三个支路的同相信号和正交信号分别进行相干积分，得到对应的I/Q积分值，并将超前支路和滞后支路的I/Q积分值传送至码环鉴相滤波模块，即时支路的I/Q积分值传送至载波环鉴相滤波模块3014。
载波环鉴相滤波模块3014，用于利用即时支路的I/Q积分值进行鉴相，得到载波相位差，并对载波相位差进行滤波，将滤波后的载波相位差转换为对应的频率差值，输出至载波发生器3011。
载波发生器3011，还用于根据载波环鉴相滤波模块3014输出的频率差值修正本地载波信号的载波频率。
码环鉴相滤波模块3015，用于利用超前支路和滞后支路的I/Q积分值进行鉴相，得到码相位差，并对码相位差进行滤波后输出至C/A码发生器3012。
C/A码发生器3012，还用于根据码环鉴相滤波模块3015的输出值修正C/A码的码相位。
即，环路跟踪单元的作用具体在于对输入卫星信号进行环路跟踪，以使本地复制载波信号以及CA码相位和卫星信号尽可能一致。同时，输出P支路I/Q两路的积分值，为跳变检测单元检测相邻毫秒之间的相位跳变准备数据。
如图4所示，本发明实施例提供的GPS接收机快速同步装置中，跳变检测单元302具体可以包括：检测控制器3021、第一寄存器组3022、符号比较器3023以及计数器3024。
其中，第一寄存器组3022，用于存储即时支路相邻两个积分周期对应的I/Q积分值。
符号比较器3023，用于检测即时支路相邻两个积分周期对应的I/Q积分值之间是否存在相位跳变。
计数器3024，用于以毫秒为单位对时间进行计数。
检测控制器3021，用于控制第一寄存器组3022不断更新所存储的I/Q积分值，并在符号比较器3023检测到相位跳变时，控制计数器3024输出计数值。
即，跳变检测单元的作用具体在于接收环路跟踪单元输入的I/Q数据，对连续的两个毫秒数据进行处理，以检测该两毫秒之间是否存在导航比特翻转，并在检测到比特翻转时，通过计数器获得比特翻转时对应的时间，从而供同步位验证单元进行同步位验证。
如图4所示，本发明实施例提供的GPS接收机快速同步装置中，同步位验证单元303包括：同步验证控制器3031、第二寄存器组3032以及同步验证判决模块3033。
其中，第二寄存器组3031，包括第1寄存器至第N寄存器N个寄存器，其中第N寄存器存储计数器当前输出的计数值，第1寄存器至第N-1寄存器分别存储计数器最近N-1次输出的计数值。
同步验证控制器3032，用于控制第二寄存器组3031更新所存储的计数值。
同步验证判决模块3033，用于确定第2寄存器至第N寄存器中存储的计数值与第1寄存器中存储的计数值之差是否均为20的整数倍，若是，则判定同步成功。
进一步的，本发明实施例实施例提供的GPS接收机快速同步装置中，同步验证判决模块3033还用于：
若确定第2寄存器至第N寄存器中存储的计数值与第1寄存器中存储的计数值之差并非均为20的整数倍，则计一次失败，当失败次数超过预设次数时，判定同步失败。
即，同步位验证单元的作用具体在于：检测连续多次跳变之间的时间间隔是否为20毫秒的整数倍，若是则认为同步成功；否则，认为跳变位为错误跳变位，舍弃掉，并计一次失败，继续检查后续跳变点之间的时间关系，直至检测到同步位，或者失败次数超过预设次数，即同步失败。
上述实施例提供的GPS接收机快速同步装置与前述同步方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，其有益效果同方法实施例，这里不再赘述。
基于上述GPS接收机快速同步装置中各单元的硬件实现，为了实现本发明实施例提供的方法，本发明实施例还提供了一种GPS接收机快速同步装置50，如图5所示，所述装置50包括：存储器501和处理器502。
其中，所述存储器501，用于存储计算机程序。
所述处理器502，用于运行所述计算机程序时，执行前述方法所述步骤。
当然，实际应用时，如图5所示，该装置还可以包括通信接口503。该装置50中的各个组件通过总线系统504耦合在一起。可理解，总线系统504用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统504除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图5中将各种总线都标为总线系统504。
在示例性实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，上述计算机程序可由GPS接收机快速同步装置50的处理器501执行，以完成前述方法所述步骤。计算机可读存储介质可以是磁性随机存取存储器(FRAM，ferromagnetic random access memory)、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，Electrically Erasa ble Prog ramma ble Read-Only Memory)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM，Compact Disc Read-OnlyMemory)等存储器。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和智能设备，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种GPS接收机快速同步方法，其特征在于，包括：
获取即时支路的同相信号和正交信号，并对所述即时支路的同相信号和正交信号分别进行相干积分，得到对应的I/Q积分值；其中，相干积分的积分周期为1毫秒，每个积分周期后输出一组I/Q积分值；
比较相邻两个积分周期对应的I/Q积分值，检测相位跳变位；
验证检测到的相位跳变位是否为同步位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述验证检测到的相位跳变位是否为同步位，包括：
判断检测到的第i个相位跳变位是否为错误跳变位：
若所述第i个相位跳变位不是错误跳变位，则同步成功，所述第i个相位跳变位为同步位；
若所述第i个相位跳变位是错误跳变位，则计一次失败，并令i加1，检测新的第i个相位跳变位是否为同步位，直至同步成功或失败次数超过预设次数；
其中，i为正整数，且i的初值为1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述判断检测到的第i个相位跳变位是否为错误跳变位，包括：
判断检测到的第i+1至第i+N-1个相位跳变位与所述第i个相位跳变位之间的时间间隔是否均为20毫秒的整数倍：若是，则所述第i个相位跳变位不是错误跳变位；若否，则所述第i个相位跳变位是错误跳变位；
其中，N为正整数且N≥3。
4.一种GPS接收机快速同步装置，其特征在于，包括：
环路跟踪单元，用于对输入卫星信号进行环路跟踪，得到即时支路的同相信号和正交信号，并对所述即时支路的同相信号和正交信号分别进行相干积分，得到对应的I/Q积分值；其中，相干积分的积分周期为1毫秒，每个积分周期后输出一组I/Q积分值；
跳变检测单元，用于比较相邻两个积分周期对应的I/Q积分值，检测相位跳变位；
同步位验证单元，用于验证检测到的相位跳变位是否为同步位。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述环路跟踪单元包括：载波发生器、C/A码发生器、积分清零器、载波环鉴相滤波模块以及码环鉴相滤波模块；
所述载波发生器，用于产生本地载波信号，并利用所述本地载波信号对输入卫星信号进行下变频，得到基带信号；
所述C/A码发生器，用于产生C/A码，并利用所述C/A码对所述基带信号进行解扩，得到超前支路、即时支路以及滞后支路三个支路的同相信号和正交信号；
所述积分清零器，用于以1毫秒为积分周期对所述三个支路的同相信号和正交信号分别进行相干积分，得到对应的I/Q积分值，并将超前支路和滞后支路的I/Q积分值传送至所述码环鉴相滤波模块，即时支路的I/Q积分值传送至所述载波环鉴相滤波模块；
所述载波环鉴相滤波模块，用于利用即时支路的I/Q积分值进行鉴相，得到载波相位差，并对载波相位差进行滤波，将滤波后的载波相位差转换为对应的频率差值，输出至所述载波发生器；
所述载波发生器，还用于根据所述载波环鉴相滤波模块输出的频率差值修正本地载波信号的载波频率；
所述码环鉴相滤波模块，用于利用超前支路和滞后支路的I/Q积分值进行鉴相，得到码相位差，并对码相位差进行滤波后输出至所述C/A码发生器；
所述C/A码发生器，还用于根据所述码环鉴相滤波模块的输出值修正C/A码的码相位。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述跳变检测单元包括：检测控制器、第一寄存器组、符号比较器以及计数器；
所述第一寄存器组，用于存储即时支路相邻两个积分周期对应的I/Q积分值；
所述符号比较器，用于检测即时支路相邻两个积分周期对应的I/Q积分值之间是否存在相位跳变；
所述计数器，用于以毫秒为单位对时间进行计数；
所述检测控制器，用于控制所述第一寄存器组不断更新所存储的I/Q积分值，并在所述符号比较器检测到相位跳变时，控制所述计数器输出计数值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述同步位验证单元包括：同步验证控制器、第二寄存器组以及同步验证判决模块；
所述第二寄存器组，包括第1寄存器至第N寄存器N个寄存器，其中第N寄存器存储所述计数器当前输出的计数值，第1寄存器至第N-1寄存器分别存储所述计数器最近N-1次输出的计数值；
所述同步验证控制器，用于控制所述第二寄存器组更新所存储的计数值；
所述同步验证判决模块，用于确定第2寄存器至第N寄存器中存储的计数值与第1寄存器中存储的计数值之差是否均为20的整数倍，若是，则判定同步成功。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述同步验证判决模块还用于：
若确定第2寄存器至第N寄存器中存储的计数值与第1寄存器中存储的计数值之差并非均为20的整数倍，则计一次失败，当失败次数超过预设次数时，判定同步失败。
9.一种GPS接收机快速同步装置，其特征在于，包括：存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，用于运行所述计算机程序时，执行权利要求1至3任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3任一项所述方法的步骤。
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