專利名稱：一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的位同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的位同步方法。
背景技術(shù)：
基于測(cè)距碼的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)在進(jìn)行衛(wèi)星信號(hào)的捕獲、跟蹤之后，對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行位同步處理，即從接收信號(hào)中找到數(shù)據(jù)比特的邊沿，從而進(jìn)行子幀同步，數(shù)據(jù)解調(diào)，獲得信號(hào)的導(dǎo)航電文和發(fā)射時(shí)間，并最終實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位。位同步是偽距解算的基礎(chǔ)，位同步的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)隨機(jī)過程，接收機(jī)通常會(huì)有一定的概率發(fā)生位同步錯(cuò)誤，而位同步錯(cuò)誤將引入整數(shù)個(gè)毫秒的錯(cuò)誤，Ims錯(cuò)誤相當(dāng)于約300km的偽距測(cè)量誤差，位同步影響偽距觀測(cè)量的精度和首次定位時(shí)間，故位同步的精度和效率直接影響了最終的定位精度和冷啟動(dòng)首次定位時(shí)間。在弱導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)接收環(huán)境下，由于Ims寬的比特值在同一個(gè)20ms寬的數(shù)據(jù)比特時(shí)沿下常常不等，且比特內(nèi)符號(hào)跳變較多，采用傳統(tǒng)位同步方法已經(jīng)很難找到位邊沿。并且，目前存在的位同步方法中，不能同時(shí)兼顧強(qiáng)弱信號(hào)的變化，且在載噪比較低時(shí)不能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)位同步，或位同步時(shí)間過長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的位同步方法，采用本方法可以能夠自適應(yīng)的調(diào)整位同步策略，在強(qiáng)信號(hào)條件下，能夠進(jìn)行快速的位同步保證啟動(dòng)時(shí)間，在弱信號(hào)條件下，在保證了位同步的可靠性的同時(shí)縮短了位同步的時(shí)間。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是—種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的位同步方法，用于對(duì)接收的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行位同步，其特征在于包括以下步驟(1)接收輸入的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，并判斷導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度；若導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度大于信號(hào)處理門限，則轉(zhuǎn)入步驟0)，否則轉(zhuǎn)入步驟(3)；所述導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度采用導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)的相關(guān)值或相關(guān)幅值表示；(2)強(qiáng)信號(hào)位同步步驟(21)利用本地偽碼信號(hào)與衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行相關(guān)；按照預(yù)先設(shè)定的符號(hào)串長度n，將獲得的η個(gè)相關(guān)值的符號(hào)按時(shí)間順序進(jìn)行存儲(chǔ)形成相關(guān)值符號(hào)串；(22)將相關(guān)值符號(hào)串與預(yù)設(shè)符號(hào)串相比較，若存儲(chǔ)的相關(guān)值的符號(hào)與預(yù)設(shè)符號(hào)串相符，則位同步成功；否則，返回步驟(21)，將本地偽碼超前或滯后Ims重新與衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行相關(guān)；(3)弱信號(hào)位同步步驟(31)以21ms為周期對(duì)與k bit長度相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行截取；在每個(gè)周期內(nèi)，計(jì)算前后相鄰兩毫秒的點(diǎn)積值，將獲得的20個(gè)點(diǎn)積值順序編號(hào)；
(32)將k bit長度內(nèi)編號(hào)相同的點(diǎn)積值累加，并將位同步次數(shù)增1 ；將20個(gè)點(diǎn)積累加值分別與累加門限相比較，若點(diǎn)積累加值小于累加門限，則門限計(jì)數(shù)值增1 ；所述門限計(jì)數(shù)值的初始值為0 ；所述位同步次數(shù)的初始值為0 ；(33)若位同步次數(shù)達(dá)到同步次數(shù)門限，則返回步驟⑴；否則，判斷門限計(jì)數(shù)值是否等于1，若門限計(jì)數(shù)值等于1，則位同步成功次數(shù)增1 ；所述位同步成功次數(shù)的初始值為0 ；若位同步成功次數(shù)大于等于同步成功門限，則位同步成功；否則，將門限計(jì)數(shù)值清零并返回步驟(31)，對(duì)新輸入的與k bit長度相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行截取。所述信號(hào)處理門限取導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度為-136daii時(shí)m個(gè)毫秒的相關(guān)值或相關(guān)幅值的平均值，m為有限值；所述累加門限取決于點(diǎn)積值及點(diǎn)積累加值，選取0. 01 0. 5 ；同步次數(shù)門限的值取1 5 ；同步成功門限小于等于同步次數(shù)門限的值在1 4中選取。所述預(yù)設(shè)符號(hào)串的長度為22ms。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明可以根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的強(qiáng)弱自適應(yīng)的在位同步方法間進(jìn)行切換。信號(hào)處理門限的大小影響位同步的時(shí)間及可靠性，本發(fā)明中用于衡量信號(hào)強(qiáng)弱的信號(hào)處理門限是根據(jù)表征導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度的相關(guān)值或自相關(guān)幅值長期觀測(cè)確定的。(2)在弱信號(hào)同步的步驟中，本發(fā)明利用相鄰兩毫秒的點(diǎn)積值的累加值，可實(shí)現(xiàn)在弱信號(hào)條件下的位同步。當(dāng)接收到的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)較弱時(shí)，Ims相關(guān)值的符號(hào)常發(fā)生跳變，簡(jiǎn)單地利用符號(hào)跳變來確定位邊沿已十分困難。利用同符號(hào)的相鄰Ims相關(guān)值的點(diǎn)積值為正，異符號(hào)的相鄰Ims相關(guān)值的點(diǎn)積值為負(fù)的特性，將連續(xù)一個(gè)比特的相關(guān)值的相鄰兩毫秒進(jìn)行點(diǎn)積運(yùn)算，并計(jì)算點(diǎn)積值累加，通過與累加門限比較確定位邊沿。此方法在發(fā)生跳變時(shí)，利用統(tǒng)計(jì)得到的累加值進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)了弱信號(hào)條件下的位同步，從而提高了捕獲靈敏度。(3)隨著導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)變?nèi)酰瑑H判斷一次位同步，其成功概率降低，為了提高位同步成功概率，原則上對(duì)弱信號(hào)追加多次位同步流程，通過設(shè)定同步次數(shù)門限和同步成功門限，確定了對(duì)弱信號(hào)同步時(shí)的處理次數(shù)，提高了位同步成功概率，降低了錯(cuò)誤概率。(4)本發(fā)明在對(duì)強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，為了縮短位同步時(shí)間，采用與預(yù)設(shè)符號(hào)組合比較的方法實(shí)現(xiàn)位同步。通過記錄設(shè)定長度的Ims相關(guān)值的符號(hào)，并與預(yù)設(shè)符號(hào)組合比較，查找位邊沿。本發(fā)明中的預(yù)設(shè)符號(hào)串是根據(jù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)自身特性確定的，根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的特點(diǎn)，原始數(shù)據(jù)中的一個(gè)比特長度為20ms，故預(yù)設(shè)符號(hào)組合可取最短的22ms，保證了實(shí)現(xiàn)位同步的最短時(shí)間。


圖1為位同步實(shí)現(xiàn)流程圖；圖2為信號(hào)強(qiáng)度判別流程圖；圖3為點(diǎn)積算法確定位邊沿的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖以及各具體實(shí)施例為例作進(jìn)一步的解釋說明，且各個(gè)實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。
如圖1所示為本發(fā)明流程圖。信號(hào)強(qiáng)度判別器用于判斷衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的強(qiáng)弱，根據(jù)結(jié)果選擇對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)信號(hào)位同步處理還是弱信號(hào)位同步處理。自適應(yīng)門限確定模塊、點(diǎn)積值計(jì)算模塊、累加器和判別器構(gòu)成弱信號(hào)位同步處理分支。預(yù)設(shè)符號(hào)串模塊、相關(guān)值符號(hào)串聯(lián)模塊構(gòu)成強(qiáng)信號(hào)位同步處理分支。當(dāng)接收到衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度判別器將衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的相關(guān)值或相關(guān)幅值與信號(hào)處理門限進(jìn)行比較。如Ims即時(shí)路的相關(guān)值、Ims即時(shí)路I之路和Q之路的非相干積分值、η個(gè)毫秒即時(shí)路的累加值(相干積分值)、η個(gè)毫秒即時(shí)路I之路和Q之路的非相干積分值等。如圖2所示，在信號(hào)強(qiáng)度判別器中，若大于信號(hào)處理門限，則將衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)輸出到強(qiáng)信號(hào)位同步處理分支；否則，輸出到弱信號(hào)位同步處理分支。信號(hào)處理門限根據(jù)長期觀測(cè)值確定的，大小一般取導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度為-136daii時(shí)m個(gè)毫秒的相關(guān)值或相關(guān)幅值的平均值，其值的選取決定位同步的時(shí)間及位同步的準(zhǔn)確性，其中m為有限值，一般取Is。在弱信號(hào)處理分支中，自適應(yīng)門限確定模塊用于設(shè)定累加門限，累加門限取決于點(diǎn)積值及點(diǎn)積值累加次數(shù)。對(duì)于較強(qiáng)的弱信號(hào)，累加次數(shù)較少時(shí)累加門限取較小值；對(duì)于弱的弱信號(hào)，累加次數(shù)較多時(shí)，累加門限取較大值；點(diǎn)積值計(jì)算模塊以21ms為周期對(duì)與k bit長度相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行截取，然后計(jì)算前后相鄰兩毫秒的點(diǎn)積值，在每個(gè)21ms周期中將獲得20個(gè)點(diǎn)積值，每個(gè)周期中的點(diǎn)積值連續(xù)編號(hào)1 20。如圖3所示，累加器按點(diǎn)積值的編號(hào)對(duì)點(diǎn)積值進(jìn)行累加，即編號(hào)相同的點(diǎn)積值累加在一起，然后將20個(gè)累加值分別與自適應(yīng)門限確定模塊確定的累加門限相比較。相鄰2ms的點(diǎn)積值包含相位差異變化信息，同時(shí)也表征前后2ms相關(guān)值的正負(fù)，相鄰2ms相關(guān)值符號(hào)相同其點(diǎn)積值為正，否則為負(fù)。點(diǎn)積值大小表征相位差異變化。對(duì)每次的累加結(jié)果進(jìn)行比較，若點(diǎn)積累加值小于累加門限，則門限計(jì)數(shù)值增1。判別器對(duì)門限計(jì)數(shù)值進(jìn)行判斷，若門限計(jì)數(shù)值等于1，則位同步成功次數(shù)增1。若位同步成功次數(shù)大于等于同步成功門限，則位同步成功；否則，此次對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的處理未實(shí)現(xiàn)位同步，將門限計(jì)數(shù)值清零，重新對(duì)新輸入的與k bit長度相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行截取。在弱信號(hào)處理分支中，對(duì)進(jìn)入分支的弱信號(hào)進(jìn)行有限次位同步處理，每次處理均采用位同步次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)同步次數(shù)達(dá)到同步次數(shù)門限時(shí)，則退出弱信號(hào)處理分支，重新利用信號(hào)強(qiáng)度判別器對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行判別。在弱信號(hào)環(huán)境下，僅根據(jù)一次位同步結(jié)果判定位同步成功是危險(xiǎn)的，上述的同步次數(shù)門限、同步成功門限的選取取決于導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)的強(qiáng)弱，對(duì)于較強(qiáng)的弱信號(hào)信號(hào)(大于-140dBm)同步次數(shù)門限可以取較小值或1，同步成功門限相應(yīng)取小于等于同步次數(shù)門限的值；對(duì)于較弱的弱信號(hào)，同步次數(shù)門限可以取較大值，同步成功門限相應(yīng)取小于同步次數(shù)門限的值。其中同步次數(shù)門限的值可在2 5中選取，同步成功門限可自適應(yīng)地根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度及位同步次數(shù)門限值的大小給定不同的值，一般在2 4中選取。在強(qiáng)信號(hào)處理分支中，接收到的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)包含C/A碼，其與本地復(fù)制C/A碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，通常得到對(duì)應(yīng)Ims長的相關(guān)結(jié)果。該相關(guān)結(jié)果用于表征本地復(fù)制C/A碼與接收信號(hào)中C/A碼序列對(duì)齊程度，同時(shí)也表征Ims數(shù)據(jù)的電平。1個(gè)比特下的20ms數(shù)據(jù)的電平是相同的。在強(qiáng)信號(hào)條件下，1個(gè)比特下的20個(gè)Ims相關(guān)值的符號(hào)亦是相同的。若相鄰兩個(gè)Ims相關(guān)值的符號(hào)不同，則說明這2ms不屬于同一個(gè)比特。將連續(xù)的設(shè)定長度的Ims相關(guān)值符號(hào)串聯(lián)起來，得到設(shè)定長度的符號(hào)串。相關(guān)值符號(hào)串聯(lián)模塊按照預(yù)先設(shè)定的符號(hào)串長度n，將獲得的η個(gè)相關(guān)值的符號(hào)按時(shí)間順序進(jìn)行存儲(chǔ)，將得到的設(shè)定長度的符號(hào)串與預(yù)設(shè)定的符號(hào)組合進(jìn)行比較。例如，按GPS接口控制協(xié)議，數(shù)據(jù)率為50bit/s的電文，一子幀300bit，1個(gè)bit寬20ms，在碼相位和載波相位不夠精確情況下，僅判斷前后2ms相關(guān)值的符號(hào)是危險(xiǎn)的，為了保證位同步準(zhǔn)確性，可采用如 ‘1000000000000000000001，、‘0111111111111111111110，的符號(hào)組合作為參考。若比較結(jié)果一致，則表示對(duì)強(qiáng)信號(hào)的位同步成功。否則，將本地偽碼超前或滯后Irns重新與衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行相關(guān)，獲得符號(hào)串再次進(jìn)行比較。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
權(quán)利要求
1.一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的位同步方法，用于對(duì)接收的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行位同步，其特征在于包括以下步驟(1)接收輸入的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，并判斷導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度；若導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度大于信號(hào)處理門限，則轉(zhuǎn)入步驟0)，否則轉(zhuǎn)入步驟(3)；所述導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度采用導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)的相關(guān)值或相關(guān)幅值表示；(2)強(qiáng)信號(hào)位同步步驟(21)利用本地偽碼信號(hào)與衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行相關(guān)；按照預(yù)先設(shè)定的符號(hào)串長度n，將獲得的η個(gè)相關(guān)值的符號(hào)按時(shí)間順序進(jìn)行存儲(chǔ)形成相關(guān)值符號(hào)串；(22)將相關(guān)值符號(hào)串與預(yù)設(shè)符號(hào)串相比較，若存儲(chǔ)的相關(guān)值的符號(hào)與預(yù)設(shè)符號(hào)串相符，則位同步成功；否則，返回步驟(21)，將本地偽碼超前或滯后Ims重新與衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行相關(guān)；(3)弱信號(hào)位同步步驟(31)以21ms為周期對(duì)與kbit長度相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行截?。辉诿總€(gè)周期內(nèi)，計(jì)算前后相鄰兩毫秒的點(diǎn)積值，將獲得的20個(gè)點(diǎn)積值順序編號(hào)；(32)將kbit長度內(nèi)編號(hào)相同的點(diǎn)積值累加，并將位同步次數(shù)增1 ；將20個(gè)點(diǎn)積累加值分別與累加門限相比較，若點(diǎn)積累加值小于累加門限，則門限計(jì)數(shù)值增1 ；所述門限計(jì)數(shù)值的初始值為0 ；所述位同步次數(shù)的初始值為0 ；(33)若位同步次數(shù)達(dá)到同步次數(shù)門限，則返回步驟(1)；否則，判斷門限計(jì)數(shù)值是否等于1，若門限計(jì)數(shù)值等于1，則位同步成功次數(shù)增1 ；所述位同步成功次數(shù)的初始值為0 ；若位同步成功次數(shù)大于等于同步成功門限，則位同步成功；否則，將門限計(jì)數(shù)值清零并返回步驟(31)，對(duì)新輸入的與k bit長度相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行截取。
2.如權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的位同步方法，其特征在于所述信號(hào)處理門限取導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度為-136daii時(shí)m個(gè)毫秒的相關(guān)值或相關(guān)幅值的平均值，m為有限值；所述累加門限取決于點(diǎn)積值及點(diǎn)積累加值，選取0. 01 0. 5 ；同步次數(shù)門限的值取1 5 ；同步成功門限小于等于同步次數(shù)門限的值在1 4中選取。
3.如權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的位同步方法，其特征在于所述預(yù)設(shè)符號(hào)串的長度為22ms。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的位同步方法，包括對(duì)接收的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行判斷選擇進(jìn)行強(qiáng)信號(hào)位同步處理或弱信號(hào)位同步處理的步驟；在強(qiáng)信號(hào)位同步處理步驟中，利用相關(guān)值符號(hào)串與預(yù)設(shè)符號(hào)串相比較實(shí)現(xiàn)位同步；在弱信號(hào)位同步處理步驟中，利用獲得的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)連續(xù)2ms內(nèi)的相關(guān)累加值實(shí)現(xiàn)位同步。采用本發(fā)明所述方法可以能夠自適應(yīng)的調(diào)整位同步策略，在強(qiáng)信號(hào)條件下，能夠進(jìn)行快速的位同步保證啟動(dòng)時(shí)間，在弱信號(hào)條件下，保證了位同步的可靠性的同時(shí)縮短了位同步的時(shí)間。
文檔編號(hào)G01S19/24GK102565819SQ201110442069
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者吳雨航, 孫永剛 申請(qǐng)人:中國航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七二研究所, 北京時(shí)代民芯科技有限公司