[发明专利]一种卫星导航信号的斜率位同步法

说明书

本发明属于信号与信息处理领域，具体涉及卫星导航信号的斜率位同步方法。

背景技术

位同步技术是GNSS接收机技术的重要组成部分，正确实现位同步是GNSS接收机实现解调电文、伪距计算以及利用相干累加实现高灵敏跟踪的基础。

传统的直方图方法是一种被广泛使用的统计估计方法，它通过统计相关器或者锁相环输出的前后数据的符号变化来进行检测。以GPS为例，输出数据的周期是1ms，一共有20个比特翻转候选位置，经过一段时间的统计，如果其中一个候选位置的符号变化明显多于其它位置，那么就判定该候选位置是比特边界。2002年M.Kokkonen和S.Pietila提出了一种新的位同步方法—K-P法,这种方法将每个候选位置之后的20个数据进行累加,求包络得到相应的数据位能量,再将数据位能量通过一段时间的累积，获得对应20个位置中数据位能量最大的位置，即数据位边缘位置。

例如，在专利文献1(CN 101614804A，弱信号下GPS导航电文数据位同步的方法及装置)中，记载GPS接收机捕获GPS卫星信号数据，然后计算单导航电文数据位内的位边界的最大似然率，然后根据最大似然率判断导航电文数据位的边界的数据值。

目前的GPS导航定位，位同步也是很重要且关键的一块，因为跟踪获得的I之路虽然是导航电文数据，但是收获的导航电文数据是比特数据，必须对其进行位同步帧同步解调。对GPS接收机主要通过四个主要的功能来实现导航定位功能，对卫星的捕获，捕获后获得的GPS卫星信号进行跟踪，然后是获取GPS卫星信号中调制的导航电文信息，根据解调后的导航电文获取星历进行用户接收机所在的位置来计算，最终确定导航和定位功能。解调过程相当重要，无论GPS接收机的基带处理多么好，GPS接收机的捕获和跟踪灵敏度多么高，当我们无法正确的解调处理GPS卫星的导航电文数据时，我们都不可能输出定位信息或者输出错误的定位信息。而正确的解调导航电文信息的关键就是实现跟踪的I之路的导航电文数据的位同步过程，怎么样快速并且准确的定位导航电文数据的数据边界使研究重点。

直方图法是一种常用的比特同步算法，它只利用相关器输出的符号信息进行统计判决，实现简单，计算量小，但其在低信噪比下的同步错误概率较大。直方图优化算法在直方图法的基础上增加了对前后两次相关值能量的利用，计算量稍大，但同时在低信噪比下的正确同步概率也得到了一定的提高。K-P算法基于最大似然估计，它通过对相关值能量做相干累加和非相干累加进行判决，运算量相对来说较大，但在低信噪比下的正确同步概率得到了较大的提高。专利文献1针对研究GPS导航信号电文数据位同步采用计算导航电文数据位内的位边界的最大似然率，通过计算的最大似然率来判断导航电文的边界和数据值。但是此方法在数据加入高斯噪声的干扰下准确率有待提高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于斜率的位同步方法，在强信号与弱信号下都能对GPS导航电文数据实现位同步。

为实现上述目的，所提出的斜率位同步方法，包括如下步骤：

(1)捕获GPS信号。

(2)对GPS信号跟踪，解调出导航电文数据。

(3)计算导航电文数据每个点的能量并取模。

(4)逐个累加每个位置(20个)的能量值。

(5)利用曲线拟合，对某一位置的前5个点和后5个点直线拟合，然后求两条直线的交点，此点就是位同步的比特位。

进一步的，上述步骤(1)捕获GPS信号，优选采用并行码相位捕获方法。

所述并行码相位捕获方法具体包括以下步骤：

11)对输入的数字中频信号S_IF(n)分别与本地复制的正弦与余弦载波信号进行混频，对复数形式的混频结果i+jq进行傅里叶变换。

12)将C/A码发生器生成本地相应的C/A码进行傅里叶变换，然后取其共轭值。

13)将上述11)的结果和12)的结果进行相乘，将所得的乘积再进行反傅里叶变换得到在时域内的相关结果，对这些相关值进行检测来判断信号是否存在。

14)在完成当前频带的搜索与检测后，复制另一个频率值的载波，然后重复上述步骤11)和步骤13)，完成下一个频带的搜索与检测。当搜索另一个信号时，然后重复上述步骤11)，步骤12),步骤13)。

15)重复14)，直到32个卫星都搜索与检测完。

进一步的，上述步骤(2)对GPS信号跟踪，解调出导航电文数据，优选包括以下步骤：