[发明专利]一种快速GPS位同步方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航领域，是一种适用于GPS卫星信号位同步的快速方法。。

背景技术

在现代导航应用过程中，卫星导航接收机已经成为多种设备中的重要组成部分，在某些设备应用过程中，由于该设备运行时间短，接收机的快速定位能力就成为了判定该设备性能好坏的关键因素。GPS卫星导航接收机在捕获、跟踪接收信号后，接着要对信号进行位同步和帧同步，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。

传统的位同步方法有过零检测法、累计寻求极值法等。同相支路输出I(k)是一个C/A码周期的相关值，即1ms的输出，正交相支路输出Q(k)主要是噪声。过零检测法就是求出相邻毫秒同相支路输出之间的差值，如果差值超过一定的门限，就表示有数据翻转。累计寻求极值法是求出连续20ms的同相支路的能量之和，依次滑动20个1ms，然后寻求这些能量之和的最大值，该最大值对应的起点就是位开始的的位置。它们的特点是：算法的输入量多采用跟踪环路中同相支路的输出。传统位同步方法的这一输入量决定了其开始进行位同步的时间是在接收机稳定进入跟踪状态之后，这样就增加了位同步的等待时间，从而延长了定位时间。另外由于强弱信号产生的幅度不同以及噪声的影响，有可能会导致数据位翻转点判定错误，进一步延长了接收机定位时间。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种快速实现GPS位同步的方法，该方法算法简单，易于实现，能较快的实现GPS位同步。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤一，输入卫星信号S_i(t)与本地同频的正弦载波信号S_oI(t)和余弦载波信号S_oQ(t)分别进行混频，得到去载波后同相支路的信号S_I(t)＝S_i(t)S_oI(t)和去载波后的正交相支路信号S_Q(t)＝S_i(t)S_oQ(t)；

步骤二，分别对S_I(t)和S_Q(t)进行相关运算，得到第k次同相支路积分输出和第k次正交相支路积分输出其中，C(t-τ)是本地伪随机码，τ为输入卫星信号伪随机码与本地伪随机码之间的相位差，T为积分器积分时间，时长为伪码周期的整数倍；

步骤三，求出第k-1次积分值I(k-1)、Q(k-1)与第k次积分值I(k)、Q(k)的点积差分I(k)I(k-1)+Q(k)Q(k-1)；

步骤四，将点积差分换算为其中，p为信号能量，f_d为输入信号与载波发生器频差，k＝k_b处即为翻转点，将翻转点作为位同步点；

步骤五，在统计时间T_bs内，载波环每间隔一个相干积分时间作为一个计数点，该计数点输出一个值为0或1的当前数据比特估计值，首先将载波环所输出的计数点用1～20循环编号，其中首个编号为1的计数点的位置任意选定，然后逐个统计相邻两个计数点之间的数据跳变情况，直到下面情况之一发生：

a.两个计数点的计数超过了设定的第一门限N₁；

b.一个计数点的计数超过了设定的第二门限N₂；

如果情况a发生，则位同步失败，重复步骤五，重新启动位同步；如果情况b发生，则确认位同步成功，该点即为位同步点；

如果统计时间T_bs内，以上两种情况都没有发生，那么从本步骤计算后的下一个计数点开始，重新执行步骤五；若载波环在尚未实现位同步之前出现对信号的失锁，则从失锁的计数点开始，重新执行步骤五。

本发明的有益效果是：本发明的步骤三采用点积差分的方法，无需在接收机稳定进入跟踪状态之后才开始进行位同步，而是在信号捕获后的频率修正阶段或者是在信号跟踪状态内完成位同步，有效缩短定位等待时间。本发明的步骤五采用直方图法可以提高位同步点的判定概率。本发明的算法基于点积差分算法和直方图算法，算法成熟稳定且易于实现。

附图说明

图1是GPS接收相关运算方框图；

图2是脉冲函数特性示意图；

图3是[1-2δ(k-k_b)]特性示意图；

图4是成功的位同步直方图。

具体实施方式