[发明专利]一种全球定位系统接收机的快速比特同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及全球卫星定位与导航技术领域，例如GPS系统，特别是涉 及一种全球定位系统接收机的快速比特同步方法。

背景技术

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(又被称为Navstar卫星)，该GPS信号能被接 收机用来确定该接收机的位置。卫星轨道被安排在多个平面内，以便在地 球上任何位置都能从至少四颗卫星接收该种信号。更典型的情况是，在地 球上绝大多数地方都能从六颗以上卫星接收该种信号。

每一颗GPS卫星所传送的GPS信号都是直接序列扩频信号。商业上 使用的信号与标准定位服务(SPS)有关，而且被称之为粗码(C/A码) 的直接序列二相扩频信号，在1575.42MHz的载波下，具有每秒1.023兆 码片的速率。伪随机噪声(PN)序列长度是1023个码片，对应于1毫秒 的时间周期。每一颗卫星发射不同的PN码(Gold码)，使得信号能够从 几颗卫星同时发送，并由一接收机同时接收，相互间几乎无干扰。术语“卫 星星号”和这个PN码相关，可以用以标示不同的GPS卫星。

GPS的调制信号是导航电文(又被称为D码)和PN码的组合码。导航 电文的速率为每秒50比特。D码的基本单位是一个1500比特的主帧，主 帧又分为5个300比特的子帧。其中子帧一包含了标识码，星种数据龄期， 卫星时钟修正参数信息。子帧二和子帧三包含了实时的GPS卫星星历 (ephemeris)，星历是当前导航定位信息的最主要内容。利用子帧一至子 帧三的信息即可以实现定位，完成定位的基本任务。子帧四和子帧五包含 了1-32颗卫星的健康状况，UTC校准信息和电离层修正参数及1-32颗 卫星的历书(almanac)。历书是卫星星历参数的简化子集，用于预测相对 于接收机的可见卫星及其多普勒频偏。历书每12.5分钟广播一次，寿命为 一周，可延长至2个月。

由于每一个GPS导航电文的比特跨越了20个C/A码周期，因此导航 电文比特边界存在不确定性。获得调制电文比特翻转边界的位置，即实现 比特同步，是实现解调电文、测量伪距和利用相干累加实现高灵敏跟踪的 基础。在无外部辅助时，GPS接收机必须估计出该比特翻转边界的位置， 实现比特同步。传统的比特同步方法有两种：直方图法和最大似然估计法。 直方图法结构简单，计算量小，但对于低信噪比信号性能较差，同时估计 时间较长。而最大似然估计方法，计算量相对直方图法较大，但对于低信 噪比的错误估计概率比直方图法大大降低。传统的最大似然方法使用固定 次数的非相干累加提高信噪比，但这种方法耗时较高，一个典型的估计时 间为4s，这对首次定位时间(Time To First Fix/TTFF)要求严格的现代接收 机几乎是不能忍受的。

因此，如何在保证错误估计概率足够低的前提下，缩短比特同步估计 时间是比特同步方法一个重要的研究方向。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种全球定位系统接收机的快 速比特同步方法，以在保证错误估计概率足够低的前提下，缩短比特同步 估计时间。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种全球定位系统接收机的快速比特 同步方法，该方法包括：

计算每个比特相位所对应的比特能量，并对计算出的各比特能量进行 非相干累加；

在计算出的各比特能量中寻找比特能量的最大值和次大值，计算该最 大值与次大值之差，得到比特能量最大值与次大值的差值；

比较该差值与预先设定的比特能量阈值的大小，如果该差值小于比特 能量阈值，则进行新一轮的比特能量计算及非相干累加；如果该差值大于 或等于比特能量阈值，则终止非相干累加，对比特能量进行判决，以比特 能量最大值对应的比特相位作为比特翻转边界；

以该比特翻转边界为依据调整毫秒计数器。

上述方案中，所述某个比特相位对应的比特能量是通过以该比特相位 为起点，将之后相邻的20个C/A周期的相关值进行相干累加后再进行平 方获得的。

上述方案中，所述比特能量的最大值和次大值差值的计算采用归一化 的方法。所述归一化方法采用未进行非相干累加的比特能量的最大值和次 大值的差值为归一化单位。