一种GPS接收机的快速帧同步方法技术

本发明专利技术涉及一种GPS接收机的快速帧同步方法，接收到至少两颗卫星的导航电文比特流，包括如下步骤：完成第一卫星的子帧同步；利用已同步的第一卫星获取的比特计数信息确认第二卫星比特计数；通过校验步骤完成第二卫星电文的子帧同步。本发明专利技术在完成首颗卫星帧同步时采用寻找固定同步头的帧同步方式，而在完成其他卫星帧同步时无需再单独寻找同步头，而采用字校验的同步方式。本方法计算复杂度低，可完成不同信噪比条件下的快速帧同步，尤其是缩短了弱信号条件下的帧同步时间。

Fast frame synchronization method for GPS receiver

Fast frame synchronization method of the invention relates to a GPS receiver, received at least two satellite navigation message bit stream, which comprises the following steps: to complete the first satellite sub frame synchronization; using the first satellite synchronized access bit count information to confirm the second satellite bit count; second sub frame synchronization via satellite message check step. In the invention, when the first satellite frame synchronization is completed, the frame synchronization method is used to find the fixed synchronization head, and the synchronization mode is not needed to be used when the other satellite frame synchronization is completed. The proposed method has low computational complexity and can achieve fast frame synchronization under different SNR conditions, especially in the case of weak signal synchronization.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星定位
，特别涉及一种GPS接收机的快速帧同步方法。
技术介绍
全球卫星定位与导航系统，例如全球定位系统（GPS），包括一组发送GPS信号的一个卫星星座，该GPS信号能被接收机用来确定该接收机的位置。GPS卫星信号上调制有导航电文，导航电文是由各GPS卫星在L1、L2和L5频率上以50bps播发的1500bit（比特）导航电文。电文包含有系统时间、时钟改正参数、电离层延迟模型参数、卫星星历及卫星健康状况、由C/A码捕获P码的信息等。这是为了给用户提供时间、位置坐标、速度等结果数据，而用于GPS信号处理的有关信息。导航电文同样以二进制码的形势播送给用户，因此又叫数据码，或称D码。电文按帧传送，每帧电文包含1500个二进制码元，周期为30s；每帧又分为5个子帧，每个子帧都包含300个二进制码，周期6s。每个子帧又分为10个字码，这样一个字码就包含30个二进制码，其最后6个比特是奇偶校验位，用以检查传送信号是否出错，并纠正单个错误，故通常称为纠错码。完整的导航信息由25帧数据组成，由于传播速度为50bit/s，所以全部播完需要12.5min。GPS接收机在完成卫星信号捕获和跟踪后，必须首先进行卫星信号的位同步和帧同步，才能进行导航电文译码和定位解算。从信号捕获到定位解算的过程中，帧同步耗时较多。缩短帧同步时间对提高接收机启动速度至关重要。现有的帧同步方法主要是搜索遥测遥感字的8比特同步头以确定子帧边沿，并通过奇偶校验和套接字特征检验等方法确认帧同步的正确性，对每一颗卫星的帧同步均需完成以上操作，没有利用已成功完成帧同步的通道信息对其他通道的帧同步进行辅助。由于GPS子帧周期为6秒，而同步头仅存在于每子帧第一个字开头，一旦错过子帧头的同步头或子帧头解调出现误码则需等待6秒，帧同步时间成为制约接收机定位时间的关键因素。尤其是城市峡谷等复杂环境中，信号受遮挡导致信号强度忽强忽弱，信号强度降低引起误码率上升，子帧头出现误码的概率大幅度提高，现有帧同步方法难以快速有效的完成帧同步，直接导致接收机定位时间增加。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题，提供了一种GPS接收机的快速帧同步方法。一种GPS接收机的快速帧同步方法，接收到至少两颗卫星的导航电文比特流，并将所述导航电文比特流缓存至原始电文缓冲区中；包括如下步骤：完成第一卫星的子帧同步；利用已同步的第一卫星获取的比特计数信息确认第二卫星比特计数；通过校验步骤完成第二卫星电文的子帧同步。进一步的，所述第二卫星比特计数确认步骤包括如下子步骤:A1．获取已同步的所述第一卫星中的比特计数值N；A2．判断N是否可被30比特整除，若N可被30比特整除，则对卫星二进行同步判断，否则不进行判断；A3．分别以第二卫星的电文缓冲区的区末最后一比特、区末倒数第二比特为基准向前获取一个电文字码进行校验，分别获得结果R1、R2；并以该电文缓冲区的区首第2个比特为基准向后获取一个电文字码进行校验，获得结果R3；A4．若R1、R2、R3中有且仅有1个通过校验则认为子帧同步成功，根据通过校验的结果对所述第二卫星的比特计数值初始值进行设置；否则为子帧同步失败。进一步的，所述第二卫星的比特计数值初始值设置方法包括如下：若仅有R1通过校验，则卫星二的比特计数初始值设置为N；若仅有R2通过校验，则卫星二的比特计数初始值设置为N+1；若仅有R3通过校验，则卫星二的比特计数初始值设置为N-1。另外，作为另一种方案，所述第二卫星比特计数的设置以及校验包括以下子步骤：B1．将接收到第二卫星的长度为至少二个字码的卫星电文进行缓存；最新解调的数据比特放在原始电文缓冲区队尾，每解调新的1比特电文数据，则队首最高比特电文数据移出；B2．每解调一个新数据比特，对新数据比特所在的字码进行校验；B3．如检验通过，检测队首前X比特是否为同步字或反向同步字，X的数值与同步头长度相等；B4.若队首前X比特为同步字或反向同步字，则根据时间字和缓冲数据长度计算第二卫星当前比特计数值，并与第一卫星当前比特计数值比较，如二者相差不超过正负1个比特，则认为第二卫星子帧同步成功。进一步的，所述第一卫星的比特计数值的初始值由时间字段和缓存数据长度计算获得，其后每解调一个新数据比特则计数加一。其中，所述校验为奇偶校验。优选的，所述卫星电文缓存方式为FIFO储存。进一步的，还包括电文储存区，用于储存已完成卫星的子帧同步的卫星电文。进一步的，所述原始电文缓冲区长度至少为于两个电文字码，且为单个字码长度的整数倍。进一步的，所述的第一卫星子帧同步包括以下步骤：C1.最新解调的数据比特放在原始电文缓冲区队尾，每解调新的1比特电文数据，则队首最高比特电文数据移出；C2.检测队首前X比特是否为同步字或反向同步字，X的数值与同步头长度相等；C3.若队首前X比特为同步字或反向同步字，则对队首前Y比特进行校验，若校验通过，则确认第一卫星帧同步成功，否则认为帧同步失败。Y数值为一个电文字码长度的整数倍。本专利技术GPS接收机的快速帧同步方法所起到的技术效果是：1、本专利技术提供的这种应用于全球定位系统接收机的帧同步方法，与传统的GPS接收机采用的帧同步方法相比，在有一颗卫星完成帧同步的情况下，无须等待和寻找其他卫星子帧同步头，有效缩短了帧同步时间。2、本专利技术在弱信号条件下能提供比传统方法更好的帧同步性能。3、本专利技术的帧同步方法计算复杂度低，可采用硬件方式完成，也可采用软件完成。附图说明图1为导航电文帧结构。图2为GPS导航电文获取流程图。图3为本专利技术的电文缓冲区结构图4为本专利技术的快速帧同步方法流程图。图5为本专利技术实施例2中的第二卫星子帧同步校验实施流程图。图6为本专利技术实施例3中的第二卫星子帧同步校验实施流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围作出更为清楚的界定。为了更加清晰地描述本专利技术的技术方案，首先对GPS导航电文帧结构进行介绍，如图1所示，一个完整的GPS子帧101包含10个字码，每个字码长度为30比特。其中第一个字码102为同步字，包含固定的8比特同步头，具体为01110100，第二个字为握手字，包含17比特时间字，其计数范围为1~100800，代表1周期内的6整秒数。为了获取该GPS导航电文，如图2所示。卫星信号首先被导航接收机天线201接收。卫星信号通过射频模块202被下变频和并由射频模块将所得中频信号输出。信号捕获模块203对输入中频信号进行处理完成信号的捕获并将伪码相位和频点传入信号跟踪模块204。信号跟踪模块204通过对伪码相位和载波相位的跟踪完成伪码相位和载波相位的锁定并输出相干积分结果至数据比特同步模块205。数据比特同步模块通过最大似然估计等方法寻找比特边缘并调整本地毫秒计数器与之对齐。数据比特同步模块在完成比特同步后将20毫秒相干积分值的正负符号或者符号取反后的结果映射成对应的二进制比特数并将比特流输出至帧同步模块206。帧同步模块完成电文子帧同步并按照子帧同步获取的时间信息将数据流按顺序存储。本专利技术即是在首颗卫星完成帧同步之后，根据不同卫星数据传输的时间差关系以及检验方式完成其他卫星电文的帧同步。为了方便描述，我们称首颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GPS接收机的快速帧同步方法，接收到至少两颗卫星的导航电文比特流，并将所述导航电文比特流缓存至原始电文缓冲区中；其特征在于：包括如下步骤：完成第一卫星的子帧同步；利用已同步的第一卫星获取的比特计数信息设置第二卫星比特计数；通过校验步骤完成第二卫星电文的子帧同步。

【技术特征摘要】
1.一种GPS接收机的快速帧同步方法，接收到至少两颗卫星的导航电文比特流，并将所述导航电文比特流缓存至原始电文缓冲区中；其特征在于：包括如下步骤：完成第一卫星的子帧同步；利用已同步的第一卫星获取的比特计数信息设置第二卫星比特计数；通过校验步骤完成第二卫星电文的子帧同步。2.根据权利要求1所述的快速帧同步方法，其特征在于，所述第二卫星比特计数的设置以及校验步骤包括如下子步骤:A1．获取已同步的所述第一卫星中的比特计数值N；A2．判断N是否可被30比特整除，若N可被30比特整除，则对卫星二进行同步判断，否则不进行判断；A3．分别以第二卫星的电文缓冲区的区末最后一比特、区末倒数第二比特为基准向前获取一个电文字码进行校验，分别获得结果R1、R2；并以该电文缓冲区的区首第2个比特为基准向后获取一个电文字码进行校验，获得结果R3；A4．若R1、R2、R3中有且仅有1个通过校验则认为子帧同步成功，根据通过校验的结果对所述第二卫星的比特计数值初始值进行设置；否则为子帧同步失败。3.根据权利要求2所述的快速帧同步方法，其特征在于，所述第二卫星的比特计数值初始值设置方法包括如下：若仅有R1通过校验，则卫星二的比特计数初始值设置为N；若仅有R2通过校验，则卫星二的比特计数初始值设置为N+1；若仅有R3通过校验，则卫星二的比特计数初始值设置为N-1。4.根据权利要求1所述的快速帧同步方法，其特征在于，第二卫星比特计数的设置以及校验包括以下子步骤：B1．将接收到第二卫星的长度为至少二个字码的卫星电文进行缓存；最新解调的数据比特放在原始电文缓冲区队尾，每解调新...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云，陈杰，巴晓辉，刘学勇，孙永刚，赵星，蒋芳，钟晨，
申请(专利权)人：深圳市德赛微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44