[发明专利]一种基于频率补偿的GPS位同步方法

说明书

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：