[发明专利]一种GPS导航电文的快速帧同步方法

说明书

本发明公开了一种GPS导航电文的快速帧同步方法，属于卫星导航技术领域。其包括接收并收集GPS导航电文，计算当前应接收导航电文的周内秒和子帧号，对各子帧中的转换字进行重构，利用本地时钟计算当前预测的页号，在本地复现导航电文，当导航信号失锁时在本地时钟计数的邻域范围内进行搜索等步骤。本发明方法能够利用本地时间计数以及之前已接收的导航电文，可以快速地实现导航信号的帧同步处理，并加速导航接收机的定位速度。

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，特别是指一种GPS导航电文的快速帧同步方法，可用于导航电文的帧同步处理。

背景技术

GPS全球卫星导航系统发射的导航信号上调制有导航电文。该电文里面包含有系统时间、星历参数、时钟修正参数、电离层延迟参数、对流层延迟参数以及卫星的历书信息。通过接收这些参数，用户接收机可以实现自身位置、速度、时间等信息的解算。

GPS卫星导航系统的导航电文以帧与子帧的形式编排成数据流D(t)，每颗卫星一帧接着一帧的发送导航电文，标志着时间信息的连续，导航电文的有效时间一般可达2~3个小时。每帧导航电文长1500比特，共计30s，依次由5个子帧构成。每个子帧长300比特，合计6s，依次由10个字组成。每个字长30比特，其最高比特位先发送，而每个字又以6比特的奇偶校验码结束。导航电文中每一比特长为20ms，期间C/A码重复20个周期。每一子帧的前两个字分别为遥测字（TLW）和转换字（HOW），后八个字则组成数据块。不同子帧所包含的导航信息侧重点不同。其中第1子帧中的数据块通常称为第一数据块，主要包含的信息包括：星期数、用户测距精度、时钟修正参数、IODC等；第2、3子帧中的数据块通常称为第二数据块，主要信息包括表示卫星轨道的16个开普勒轨道参数以及摄动参数；第4、5子帧中的数据块为第三数据块，其主要的内容包括所有卫星的历书信息以及健康状态等。在不更新卫星轨道参数的情况下，第一、二数据块中的内容不更新；第三数据块采用分页的传输方式，其中一个主帧中的第4子帧与第5子帧称为一页，共计25页。因此发送完整套的导航电文需要750s，共计12.5min。

GPS导航接收机在捕获、跟踪到卫星信号后，首先进行比特同步、帧同步，完成导航电文的解析；之后利用跟踪输出的码NCO、载波NCO、比特同步结果、帧同步结果来进行发射时间计算。最后利用发射时间来计算出用户接收机的位置、时间以及速度信息。在整个接收处理过程中，帧同步耗时较长，缩短帧同步时间对提高接收机的定位速度非常重要。

现有的帧同步方法主要是通过搜索TLW中的帧头、HOW中的周内秒计数以及CRC校验等信息来判断帧同步的状态。由于GPS的一个帧长为6秒且一个子帧内只存在一个TLW和HOW，一旦错过则至少需要再等待6秒才能才再次接收到下一子帧的TLW与HOW信息。尤其是当导航接收机在城市峡谷等场景应用时，不但信号强度变化较大，而且单个卫星信号的失锁时间较长，导致接收电文的误码率上升。公开号为CN 106571862A的中国专利公开了一种GPS接收机的快速帧同步方法，该方法仅在首颗卫星信号帧同步后才可以有效缩短其他卫星的帧同步时间，但是首颗卫星的帧同步时间依然不会缩短，同时无法有效的利用之前收集的导航电文信息以辅助导航信号的快速帧同步。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种GPS导航电文的快速帧同步方法，其能够利用本地时钟与之前接收的导航电文来复现当前接收的导航电文，可以解决导航接收机中的快速帧同步问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种GPS导航电文的快速帧同步方法，包括以下步骤：

（1）接收并收集GPS导航电文，对导航电文进行CRC校验，将1~3子帧的导航电文与4～5子帧的导航电文分开存储，其中，4～5子帧的字3～字10按照其页号进行存储，每个页号对应一组存储信息；

（2）利用本地时钟的整秒计数，计算当前应接收导航电文的周内秒和子帧号；其中，子帧号的计算方式为：

frame_id=[t/6]%5+1；