一种用于星基增强L5信号的快速帧同步方法技术

本发明专利技术提供了一种用于星基增强L5信号的快速帧同步方法，SBAS L5接收机通过载波获取的数据，先经过曼彻斯特译码，产生第一次的译码数据；经过曼彻斯特译码后的数据用维特比译码算法来对FEC进行解码，生成原始导航电文数据；在原始导航电文数据中找到帧标识的位置或者偏移量；根据帧头在原始数据中的偏移量，调整接收机内部的历元计数，使导航电文一帧起始位置的历元计数等于0。本发明专利技术算法流程简单，存储空间和运算速度得到提升，误判率趋近于0，能够满足工程需要。

A Fast Frame Synchronization Method for Satellite-based Enhanced L5 Signal

【技术实现步骤摘要】
一种用于星基增强L5信号的快速帧同步方法
本专利技术属于卫星导航领域，涉及一种信号的帧同步方法。
技术介绍
目前，卫星导航技术在各个领域得到了广泛应用，已成为国家发展中的重要环节，但由于技术和系统的局限性，在某些高精度应用场合无法满足需求。星基增强系统(Satellite-BasedAugmentationSystem，以下简称SBAS)拥有精度高、范围广和成本低的特性，成为各国家卫星导航发展重要技术方向。SBAS是由大量分布广泛的监测站(位置已知)对导航卫星进行监测，获得原始测量数据并发送到主控站。主控站计算星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息，通过上行注入站到地球同步轨道(GeostationaryEarthOrbit,以下简称GEO)卫星，最后修正信息播发给广大用户，提高定位精度。2016年美国发布《IWG星基增强系统L5接口控制文件(SBASICD)草案》，增加了L5信号，实现L1和L5双频跟踪，能够有效修正电离层延迟误差，提供相应的完好性保护，确保系统的可用性和连续性。SBASL5信号电文的一帧长250位。一帧开始4比特是帧标识，然后是6比特的信息类型编号和216比特的数据区域，最后是24位的CRC校验。SBASL5信号的导航电文帧格式如图1所示。SBASL5信号电文的帧标识采用分布式排列。一个完整的24位帧标识，按照010111000110100100111010的顺序依次分布在6帧的前四位。对250bps的原始导航电文采用1/2编码率的前向纠错码(ForwardErrorCorrection,简称FEC)，生成为500bps的数据流。具体电路见图2所示。又经过曼彻斯特编码(ManchesterEncoded)变为速率为1000bps的数据流，与扩频码合成后，通过载波调制发射出去。但是，传统特征字符匹配法面对SBASL5电文帧标识的分布式特性，存在数据位需求量大和识别率低的不足。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于CRC校验的帧头搜索方法，可以快速准确的完成帧同步。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：1)SBASL5接收机通过载波获取的数据，先经过曼彻斯特译码，产生第一次的译码数据；2)经过曼彻斯特译码后的数据，用维特比译码算法来对FEC进行解码，生成原始导航电文数据；3)在原始导航电文数据中找到帧标识的位置或者偏移量；4)根据帧头在原始数据中的偏移量，调整接收机内部的历元计数，使导航电文一帧起始位置的历元计数等于0。所述的步骤3)采用特征字符匹配的方法找到帧标识的位置或者偏移量。所述的步骤3)包括以下步骤：步骤3.1)获取维特比译码后的500位原始数据序列；步骤3.2)在500位原始数据序列中匹配第n种的4位帧标识，如果n大于6则结束步骤3)；步骤3.3)如果找到第n种帧标识并且偏移量小于250则跳转到步骤3.4)，否则n值加1并跳转到步骤3.2)；步骤3.4)进行CRC校验判断；步骤3.5)如果CRC校验正确则找到帧头，否则跳转到步骤3.3)在余下的原始数据继续搜索帧头；步骤3.6)计算出帧头在500位原始数据中的位置。所述的步骤4)包括以下步骤：步骤4.1)获取2400位数据，进行曼彻斯特译码获取1200位数据；步骤4.2)对1200位数据进行维特比译码；步骤4.3)在600位数据中基于CRC方法搜索帧头；步骤4.4)找到帧头就跳到步骤4.8)，否则继续搜索；步骤4.5)对1200位错位处理，进行VCP译码；步骤4.6)找到帧头就跳到步骤4.8)，否则跳转到步骤4.7)；如果是第二次取反的数据位搜索则结束步骤4)；步骤4.7)对2400位的数据取反处理，重复以上步骤4.1)～4.6)；步骤4.8)完成历元调整，使一帧开始的位置历元计数为0。本专利技术的有益效果是：算法流程简单，存储空间和运算速度得到提升，误判率趋近于0，能够满足工程需要。附图说明图1是SBASL5电文格式；图2是L5FEC寄存器值；图3是导航接收机的帧同步过程框图；图4是基于CRC校验的搜索帧头算法流程图；图5是SBASL5帧同步工程实现流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。本专利技术提供的SBASL5的帧同步过程如图3所示，接收机通过载波获取的数据需要经过曼彻斯特译码、维特比译码、帧头搜索和历元调整4个过程。a)曼彻斯特译码SBASL5接收机通过载波获取的数据，先经过曼彻斯特译码，产生第一次的译码数据。曼彻斯特译码规则按照通用的10为0、01为1的规则执行。b)维特比译码经过曼彻斯特译码后的数据，用维特比译码算法来对FEC进行解码，生成原始的导航电文数据。维特比译码采用码率为1/2，生成多项式G1(171)G2(133)的参数来完成软件译码。c)搜索帧头在原始的导航电文数据串中找到帧标识的位置或者偏移量，一般采用特征字符匹配的方法。传统的特征字符法针对SBASL5的分布式帧头，最少需要获取6帧的原始数据即6秒1500位数据。考虑到帧标识的边界，至少需要1504位数据，才能包含完整的6个帧标识。由于分布式4比特帧标识，在1500位的原始导航电文数据序列中会遇到很多的误判断，算法的复杂度大幅提升。本专利技术采用基于CRC校验的帧标识搜索方法，只要导航电文数据序列存在一个完整的帧，就能准确找到帧标识。考虑到边界情况，最少需要数据位是500位。为了确保CRC校验可以准确的识别出一整帧数据，对CRC校验的漏检率，即不同的数据有相同的校验进行分析。对于一般的(n，k)形式通用的CRC编码，k为待编码的二进制序列长度，n是编码后的二进制序列长度，则r＝n-k为生成多项式的次数。给定长度为k的信息序列mi(i＝1～k)可以表示为以下多项式：m(x)＝mk+mk-1x+mk-2x2+…m1xk-1(1)生成多项式g(x)可表示为以下多项式：多项式m(x)xr除以生成多项式g(x),得到余式R(x)如下：R(x)＝pr+pr-1x+pr-2x2+…p1xr-1(3)则p1p2…pr构成CRC校验码序列。对于k待编码数据序列，将有2k种不同的表达式，而对于r次的生成多项式最多表示2r个不同的余式。那么理论上将有2k/2r＝2k-r个不同的数据序列共享一个余式，存在误判的概率。k-r的数值越大，发生误判的数据序列就越多，但是发生误判的概率只和r的值有关为1/2r。L5导航电文采用(250,226)的形式，其生成多项式为：其中,所以L5帧头搜索产生错误判断的概率是1/224，趋近于0，完全满足工程实际需求。搜索帧头的具体流程如图4所示。步骤1：获取维特比译码后的500位原始数据序列。步骤2：在500位数据序列中匹配第n种的4位帧标识，如果n大于6，跳转到步骤7。步骤3：如果找到第n种帧标识并且偏移量小于250则跳转到步骤4，否则n+1并跳转到步骤2。步骤4：进行CRC校验判断。步骤5：如果CRC校验正确则找到帧头，否则跳转到步骤3在余下的原始数据继续搜索帧头步骤6：计算出帧头在500位原始数据中的位置。步骤7：结束。d)调整历元。根据帧头在原始数据中的偏移量，调整接收机内部的历元计数。使导航电文一帧起始位置的历元计数等于0。导航接收机跟踪环路算法一般本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于星基增强L5信号的快速帧同步方法，其特征在于包括以下步骤：1)SBAS L5接收机通过载波获取的数据，先经过曼彻斯特译码，产生第一次的译码数据；2)经过曼彻斯特译码后的数据，用维特比译码算法来对FEC进行解码，生成原始导航电文数据；3)在原始导航电文数据中找到帧标识的位置或者偏移量；4)根据帧头在原始数据中的偏移量，调整接收机内部的历元计数，使导航电文一帧起始位置的历元计数等于0。

【技术特征摘要】
1.一种用于星基增强L5信号的快速帧同步方法，其特征在于包括以下步骤：1)SBASL5接收机通过载波获取的数据，先经过曼彻斯特译码，产生第一次的译码数据；2)经过曼彻斯特译码后的数据，用维特比译码算法来对FEC进行解码，生成原始导航电文数据；3)在原始导航电文数据中找到帧标识的位置或者偏移量；4)根据帧头在原始数据中的偏移量，调整接收机内部的历元计数，使导航电文一帧起始位置的历元计数等于0。2.根据权利要求1所述的用于星基增强L5信号的快速帧同步方法，其特征在于：所述的步骤3)采用特征字符匹配的方法找到帧标识的位置或者偏移量。3.根据权利要求1所述的用于星基增强L5信号的快速帧同步方法，其特征在于：所述的步骤3)包括以下步骤：步骤3.1)获取维特比译码后的500位原始数据序列；步骤3.2)在500位原始数据序列中匹配第n种的4位帧标识，如果n大于6则结束步骤3)；步骤3.3)如果找到第n种帧标识并且偏移量小于250则跳转...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，何伟，魏志杰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61