本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种GPS导航电文纠错译码的方法及装置。
背景技术：
导航电文的准确性对GPS接收机实现快速定位、测速和授时至关重要。在现有技术中，接收机对跟踪环路中提取出的数据比特进行奇偶校验后得到导航电文值。这种利用汉明码的奇偶校验方法仅能对导航电文传输过程中的比特错误进行检测，而没有充分利用汉明码的纠错能力。在低信噪比条件下，导航电文中出现错误的概率大大提升，此时大量电文无法通过校验被丢弃，不利于接收机的后续处理。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种GPS导航电文纠错译码的方法及装置，以解决上述的至少一项技术问题。
(二)技术方案
本发明的一方面，提供了一种GPS导航电文纠错译码的方法，包括：
根据接收机的跟踪通道和噪声通道的积分值，确定接收信号的实时信噪比，当所述信噪比小于等于门限值时，则译码无效；当所述信噪比大于门限值时，则进行以下步骤：
对GPS导航电文进行纠错译码：根据所述跟踪通道的积分值确定硬判决序列和置信度序列，并对所述硬判决序列和置信度序列进行重新排列，确定重排硬判决序列和重排置信度序列；根据重排硬判决序列，确定校正子并查表确定错误位置情况；以及根据重排硬判决序列、重排置信度序列和错误位置情况，确定并输出译码序列；以及
对所述译码序列进行奇偶校验，若校验无误则输出所述译码序列，若校验有误，则译码无效。
在本发明的一些实施例中，根据所述跟踪通道的积分值确定硬判决序列和置信度序列指：接收机实现位同步和帧同步后，从每个GPS导航电文的第29比特起始沿开始，连续提取32个跟踪通道中的积分值构成接收序列，对该接收序列的符号进行判定确定硬判决序列，对该接收序列取绝对值得到置信度序列。
在本发明的一些实施例中，对所述硬判决序列和置信度序列进行重新排列，确定重排硬判决序列和重排置信度序列，包括子步骤：
将所述硬判决序列的第32比特去掉，保持前26比特顺序不变，将第27、28比特移至第29、30、31比特之后，构成重排硬判决序列；以及
将所述置信度序列的第32比特去掉，保持前26比特顺序不变，将第27、28比特移至第29、30、31比特之后，构成重排置信度序列。
在本发明的一些实施例中，根据重排硬判决序列，确定校正子，包括子步骤：
抽取所述重排硬判决序列的第1、3、4、5、7、8、12、13、14、15、16、19、20、22、25、30比特值，求其模2和，得到校正子的第1比特值；以及
将重排硬判决序列分别向左循环移动1、2、3、4比特后，抽取所述重排硬判决序列的第1、3、4、5、7、8、12、13、14、15、16、19、20、22、25、30比特值，求其模2和得到校正子的第2、3、4、5比特值，从而确定所述校正子。
在本发明的一些实施例中，在查表确定错误位之前还包括步骤：
根据所述校正子在移位数值表中查表得到相应的移位数值N；
将移位数值分别与错误图样位置表中每个错误图样序号对应的两个错误位置P1和P2相加，得到两个修正后的错误位置Pm1＝mod(P1+N)，Pm2＝mod(P2+N)；以及
构建修正后的错误图样位置表，所述修正后的错误图样位置表包括所述校正子对应的修正后的16种错误位置。
在本发明的一些实施例中，根据重排硬判决序列、重排置信度序列和错误位置情况，确定并输出译码序列，包括子步骤：
根据每种错误位置情况，提取重排置信度序列相应位置上的值相加求和，共得到16个相加值；
根据所述16个相加值中最大值对应的错误位置情况，在重排硬判决序列中对相应位置上的比特值与1求模2和，其余位置不变，确定纠错后的重排硬判决序列；以及
将所述纠错后的重排硬判决序列中的第27、28、29比特移至第30、31比特之后，并在序列最后补上之前硬判决序列删除的第32比特值，确定所述译码序列。
在本发明的一些实施例中，对所述译码序列进行奇偶校验指：将所述译码序列的32比特值求模2和，若32个模2和值相加为0，则校验无误；若32个模2和值相加为1，则校验有误。
本发明的另一方面，还提供了一种GPS导航电文纠错译码的装置，包括：
预处理模块，用于根据接收机的跟踪通道和噪声通道的积分值，确定接收信号的实时信噪比，当所述信噪比小于等于门限值时，则译码无效；当所述信噪比大于门限值时，则将所述跟踪通道的积分值输出至纠错译码模块；
纠错译码模块，用于根据所述跟踪通道的积分值确定硬判决序列和置信度序列，并对所述硬判决序列和置信度序列进行重新排列，确定重排硬判决序列和重排置信度序列；根据重排硬判决序列，确定校正子并查表确定错误位置情况；以及根据重排硬判决序列、重排置信度序列和错误位置情况，确定并输出译码序列；以及
奇偶校验模块，用于对所述译码序列进行奇偶校验，若校验无误则输出所述译码序列，若校验有误，则译码无效。
在本发明的一些实施例中，所述纠错译码模块包括：
序列确定单元，用于根据所述跟踪通道的积分值确定硬判决序列和置信度序列，指接收机实现位同步和帧同步后，所述纠错译码模块从每个GPS导航电文的第29比特起始沿开始，连续提取32个跟踪通道中的积分值构成接收序列，对该接收序列的符号进行判定确定硬判决序列，对该接收序列取绝对值得到置信度序列；
重排单元，用于将所述硬判决序列的第32比特去掉，保持前26比特顺序不变，将第27、28比特移至第29、30、31比特之后，构成重排硬判决序列；以及将所述置信度序列的第32比特去掉，保持前26比特顺序不变，将第27、28比特移至第29、30、31比特之后，构成重排置信度序列；
校正子确定单元，用于抽取所述重排硬判决序列的第1、3、4、5、7、8、12、13、14、15、16、19、20、22、25、30比特值，求其模2和，得到校正子的第1比特值；以及将重排硬判决序列分别向左循环移动1、2、3、4比特后抽取所述重排硬判决序列的第1、3、4、5、7、8、12、13、14、15、16、19、20、22、25、30比特值，求其模2和得到校正子的第2、3、4、5比特值，从而确定所述校正子；
错误图样位置确定单元，用于根据所述校正子在移位数值表中查表得到相应的移位数值N；将移位数值分别与错误图样位置表中每个错误图样序号对应的两个错误位置P1和P2相加，得到两个修正后的错误位置Pm1＝mod(P1+N)，Pm2＝mod(P2+N)；构建修正后的错误图样位置表，所述修正后的错误图样位置表包括所述校正子对应的修正后的16种错误位置；以及
译码序列确定单元，用于根据每种错误位置情况，提取重排置信度序列相应位置上的值相加求和，共得到16个相加值；根据所述16个相加值中最大值对应的错误位置情况，在重排硬判决序列中对相应位置上的比特值与1求模2和，其余位置不变，确定纠错后的重排硬判决序列；将所述纠错后的重排硬判决序列中的第27、28、29比特移至第30、31比特之后，并在序列最后补上之前硬判决序列删除的第32比特值，确定所述译码序列。
在本发明的一些实施例中，所述奇偶校验模块对所述译码序列进行奇偶校验指：所述奇偶校验模块将所述译码序列的32比特值求模2和，若32个模2和值相加为0，则校验无误；若32个模2和值相加为1，则校验有误。
(三)有益效果
本发明的GPS导航电文纠错译码的方法及装置，相较于现有技术，至少具有以下优点：
1、通过接收机的跟踪通道和噪声通道的积分值，确定接收信号信噪比，当所述信噪比小于等于门限值时，则译码无效；当所述信噪比大于门限值时，对GPS导航电文进行纠错译码，以及对所述译码序列进行奇偶校验，判断译码是否有效，提高了导航电文的译码灵敏度，降低了误比特率，尤其适用于低信噪比下的GPS接收机设计。
2、还采用了重新排列的方法构造具有循环特性的汉明(31，26)码，基于校正子对其进行软判决纠错译码，可纠正导航电文中出现的比特错误，提高了译码性能。
附图说明
图1为本发明实施例的GPS导航电文纠错译码的方法的步骤示意图。
图2为步骤S2中对所述硬判决序列和置信度序列进行重新排列，确定重排硬判决序列和重排置信度序列的子步骤示意图。
图3为步骤S2中根据重排硬判决序列，确定校正子的子步骤示意图。
图4为步骤S2中在查表确定错误位之前的步骤示意图。
图5为步骤S2中根据重排硬判决序列、重排置信度序列和错误位置情况，确定并输出译码序列的子步骤示意图。
图6为本发明实施例的GPS导航电文纠错译码的装置的结构示意图。
图7为本发明实施例的纠错译码模块的结构示意图。
图8为本发明实施例的性能仿真图。
具体实施方式
现有技术中，接收机利用汉明码的奇偶校验方法仅能对导航电文传输过程中的比特错误进行检测，而没有充分利用汉明码的纠错能力，错误的概率大大提升，大量电文无法通过校验被丢弃，不利于接收机的后续处理。有鉴于此，本发明提供了一种GPS导航电文纠错译码的方法及装置，基于数据比特进行奇偶校验得到的校正子对GPS导航电文进行软判决译码，可纠正导航电文中出现的比特错误，提高导航电文译码灵敏度，降低误比特率，适用于低信噪比下的GPS接收机设计。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明实施例的一方面，提供了一种GPS导航电文纠错译码的方法，图1为本发明实施例的GPS导航电文纠错译码的方法的步骤示意图，如图1所示，该方法包括步骤：
S1、根据接收机的跟踪通道和噪声通道的积分值，确定接收信号的实时信噪比，当所述信噪比小于等于门限值(可以根据实际需求进行选择)时，则译码无效，停止该GPS导航电文纠错译码的方法的操作；当所述信噪比大于门限值时，则进行步骤S2和步骤S3。一般来说，门限值由所述GPS导航电文纠错译码方法的纠错译码仿真性能确定。
S2、对GPS导航电文进行纠错译码：根据所述跟踪通道的积分值确定硬判决序列和置信度序列，并对所述硬判决序列和置信度序列进行重新排列，确定重排硬判决序列和重排置信度序列；根据重排硬判决序列，确定校正子并查表确定错误位置情况；以及根据重排硬判决序列、重排置信度序列和错误位置情况，确定并输出译码序列。
其中，根据所述跟踪通道的积分值确定硬判决序列和置信度序列指：接收机实现位同步和帧同步后，从每个GPS导航电文的第29比特起始沿开始，连续提取32个跟踪通道中的积分值构成接收序列，对该接收序列的符号进行判定确定硬判决序列，对该接收序列取绝对值得到置信度序列。
举例来说，跟踪通道每个积分值的积分时长为GPS中1比特数据的持续时长20ms。接收机实现位同步和帧同步后，从每个导航电文字的第29比特起始沿开始，连续提取32个跟踪通道中的积分值构成接收序列r＝[r0，rl，...，r31]，对其符号进行判定后得到硬判决序列v＝[v0，vl，...，v31]：
vi＝sgn(ri)(i＝0，1，...，31)
对接收序列r取绝对值后置信度序列l＝[l0，l1，...，l31]：
li＝|ri|(i＝0，1，...，31)
图2为步骤S2中对所述硬判决序列和置信度序列进行重新排列，确定重排硬判决序列和重排置信度序列的子步骤示意图，如图2所示，子步骤：
S201、将所述硬判决序列的第32比特去掉，保持前26比特顺序不变，将第27、28比特移至第29、30、31比特之后，构成重排硬判决序列v′＝[v′0，v′1，...，v′26，v′27，v′28，v′29，v′30]＝[v0，v1，...，v28，v29，v30，v26，v27]；
S202、与重排硬判决序列的构成类似，将所述置信度序列的第32比特去掉，保持前26比特顺序不变，将第27、28比特移至第29、30、31比特之后，构成重排置信度序列：
l′＝[l′0，l′1，...，l′26，l′27，l′28，l′29，l′30]＝[l0，l1，...，l28，l29，l30，l26，l27]。
此外，图3为步骤S2中根据重排硬判决序列，确定校正子的子步骤示意图，如图3所示，子步骤包括：
S211、抽取所述重排硬判决序列的第1、3、4、5、7、8、12、13、14、15、16、19、20、22、25、30比特值，求其模2和，得到校正子的第1比特值；
S212、将重排硬判决序列分别向左循环移动1、2、3、4比特后，抽取所述重排硬判决序列的第1、3、4、5、7、8、12、13、14、15、16、19、20、22、25、30比特值，求其模2和得到校正子的第2、3、4、5比特值，从而确定所述校正子：
举例来说，所述校正子的5比特数据不全为0时表明重排硬判决序列中有错误比特。错误图样位置表(详见表1)存储了校正子为10100，重排硬判决序列中包含1或2个错误时的所有16种错误图样的错误位置情况。
表1
注：X表示该情况下仅有一个错误位置。
移位数值表(详见表2)包含了所有校正子对应的移位数值，用于计算不同校正子对应的16种错误图样的错误位置情况。
表2
图4为步骤S2中在查表确定错误位之前的步骤示意图，如图4所示，还包括以下步骤：
S221、根据所述校正子在移位数值表中查表得到相应的移位数值N；
S222、将移位数值分别与错误图样位置表中每个错误图样序号对应的两个错误位置P1和P2相加，得到两个修正后的错误位置Pm1＝mod(P1+N)，Pm2＝mod(P2+N)；
S223、构建修正后的错误图样位置表，所述修正后的错误图样位置表包括所述校正子对应的修正后的16种错误位置。
图5为步骤S2中根据重排硬判决序列、重排置信度序列和错误位置情况，确定并输出译码序列的子步骤示意图，如图5所示，子步骤包括：
S231、根据每种错误位置情况，提取重排置信度序列相应位置上的值相加求和，共得到16个相加值：
S232、根据所述16个相加值中最大值对应的错误位置情况，在重排硬判决序列中对相应位置上的比特值与1求模2和，其余位置不变，确定纠错后的重排硬判决序列c；
S233、将所述纠错后的重排硬判决序列中的第27、28、29比特移至第30、31比特之后，并在序列最后补上之前硬判决序列删除的第32比特值，确定所述译码序列c′。
S3、对所述译码序列进行奇偶校验，若校验无误则输出所述译码序列，若校验有误，则译码无效。
对所述译码序列进行奇偶校验指：将所述译码序列的32比特值求模2和，若32个模2和值相加为0，则校验无误；若32个模2和值相加为1，则校验有误。
本发明实施例的另一方面，还提供了一种GPS导航电文纠错译码的装置，图6为本发明实施例的GPS导航电文纠错译码的装置的结构示意图，如图6所示，该装置包括预处理模块1、纠错译码模块2和奇偶校验模块3。
预处理模块1，用于根据接收机的跟踪通道和噪声通道的积分值，确定接收信号的实时信噪比，当所述信噪比小于等于门限值时，则译码无效；当所述信噪比大于门限值时，则将所述跟踪通道的积分值输出至纠错译码模块2；
纠错译码模块2，用于根据所述跟踪通道的积分值确定硬判决序列和置信度序列，并对所述硬判决序列和置信度序列进行重新排列，确定重排硬判决序列和重排置信度序列；根据重排硬判决序列，确定校正子并查表确定错误位置情况；以及根据重排硬判决序列、重排置信度序列和错误位置情况，确定并输出译码序列。
图7为本发明实施例的纠错译码模块的结构示意图，如图7所示，在本发明的一些实施例中，所述纠错译码模块2包括序列确定单元21、重排单元22、校正子确定单元23、错误图样位置确定单元24和译码序列确定单元25。
序列确定单元21，用于根据所述跟踪通道的积分值确定硬判决序列和置信度序列，指接收机实现位同步和帧同步后，所述纠错译码模块2从每个GPS导航电文的第29比特起始沿开始，连续提取32个跟踪通道中的积分值构成接收序列，对该接收序列的符号进行判定确定硬判决序列，对该接收序列取绝对值得到置信度序列；
重排单元22，用于将所述硬判决序列的第32比特去掉，保持前26比特顺序不变，将第27、28比特移至第29、30、31比特之后，构成重排硬判决序列；以及将所述置信度序列的第32比特去掉，保持前26比特顺序不变，将第27、28比特移至第29、30、31比特之后，构成重排置信度序列；
校正子确定单元23，用于抽取所述重排硬判决序列的第1、3、4、5、7、8、12、13、14、15、16、19、20、22、25、30比特值，求其模2和，得到校正子的第1比特值；以及将重排硬判决序列分别向左循环移动1、2、3、4比特后抽取所述重排硬判决序列的第1、3、4、5、7、8、12、13、14、15、16、19、20、22、25、30比特值，求其模2和得到校正子的第2、3、4、5比特值，从而确定所述校正子；
错误图样位置确定单元24，用于根据所述校正子在移位数值表中查表得到相应的移位数值N；将移位数值分别与错误图样位置表中每个错误图样序号对应的两个错误位置P1和P2相加，得到两个修正后的错误位置Pm1＝mod(P1+N)，Pm2＝mod(P2+N)；构建修正后的错误图样位置表，所述修正后的错误图样位置表包括所述校正子对应的修正后的16种错误位置；
译码序列确定单元25，用于根据每种错误位置情况，提取重排置信度序列相应位置上的值相加求和，共得到16个相加值；根据所述16个相加值中最大值对应的错误位置情况，在重排硬判决序列中对相应位置上的比特值与1求模2和，其余位置不变，确定纠错后的重排硬判决序列；将所述纠错后的重排硬判决序列中的第27、28、29比特移至第30、31比特之后，并在序列最后补上之前硬判决序列删除的第32比特值，确定所述译码序列。
最后，奇偶校验模块3，用于对所述译码序列进行奇偶校验，若校验无误则输出所述译码序列，若校验有误，则译码无效。
所述奇偶校验模块3对所述译码序列进行奇偶校验指：所述奇偶校验模块3将所述译码序列的32比特值求模2和，若32个模2和值相加为0，则校验无误；若32个模2和值相加为1，则校验有误。
图8为本发明实施例的性能仿真图，如图8所示，同原始错误率相比，采用本发明的译码算法译码后的错误率大大降低。
综上，本发明的GPS导航电文纠错译码的方法及装置，通过接收机的跟踪通道和噪声通道的积分值，确定接收信号信噪比，当所述信噪比小于等于门限值时，则译码无效；当所述信噪比大于门限值时，对GPS导航电文进行纠错译码，以及对所述译码序列进行奇偶校验，判断译码是否有效，提高了导航电文的译码灵敏度，降低了误比特率，尤其适用于低信噪比下的GPS接收机设计。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。
再者，“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。