专利名称：一种弱信号下gps导航电文数据解调的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种GPS (全球定位系统)定位导航领域，更具体的是，涉及一种用于 GPS卫星定位导航接收机在GPS卫星信号微弱的情况下实现GPS导航电文数据解调的方法及装置。
背景技术：
GPS系统，全称为全球定位系统(GlcAal Position System)。该系统以太空中GPS 卫星为基础的无线导航系统，具有实时的，全天候的，多功能的，高精度的定位、授时、导航等多种功能，能为各类的地面接收机用户提供精密的实时三维空间坐标、速度矢量、精确授时等多功能服务。如今，GPS技术已经被广泛的应用于如大地测量、工程测量、资源勘查、地球动力学等多个科学领域，同时，个人的手持式导航仪、车载导航仪、手机导航服务等多种民用导航应用也日臻丰富。GPS的信号系统是基于扩频的码分多址的方式。其基本的数据源为一个频率为 50Hz导航电文数据信号构成，经过扩频码(C/A码或P码)扩频及载波调制后(Li或L2)从空间传输，GPS卫星发射的卫星信号是将数据码(GPS的导航电文)经过两级调制后的信号。 第一级调制是将低频的导航电文数据信号码分别调制到高频的C/A码和P码，实现对数据信号的伪随机码扩频。第二级调制是将第一级调制的组合码分布调制到两个载波频率(Li 和I^)上，最后GPS卫星向地面发生这两种已调波。其中Ll载波频率为1575. 42MHz，波长 19. 03cm, L2 载波的频率为 1227. 6MHz，波长 24. 42cm。位于地面的GPS用户接收机通过接收机的基带处理，接收并解调GPS的卫星信号， 通过处理剥离了调制在GPS卫星信号上的载波和扩频码信号后，即可获得调制在GPS卫星信号上的导航电文数据，通过获得的导航电文数据，经过计算，即可获得用户接收机所在的精确的位置信息。因此获得正确的导航电文数据可以说是GPS接收机的最终目标，只有正确的获得导航电文数据才能正确决算用户位置，而错误的导航电文数据将直接导致用户位置计算的错误。传统的GPS接收机，对于电文数据的解调处理通常都较为简单，一般都是在通过基带处理后，将剥离了 GPS卫星载波信号和伪随机码信号后的解调结果直接用以判断导航电文的数据极性。虽然这样的方法简单有效，但在GPS卫星信号较为微弱的情况下，信号解调后噪声较大时，往往会解出错误的导航电文数据从而导致用户位置计算出错。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种用于在微弱信号情况下GPS接收机实现导航电文数据解调的方法。该方法更具体的说是在GPS接收机在进行GPS卫星导航电文数据解调时， 采用循环子帧检测的方式，在GPS卫星信号微弱的情况下，更准确的获得GPS卫星信号的导航电文数据，从而可以准确的计算用户接收机的位置。下面详细介绍本发明的具体技术方案
一种在微弱信号的情况下，实现GPS信号导航电文数据解调的方法，该方法包括第一步骤，GPS接收机系统处于GPS卫星信号导航电文数据解调的状态，即GPS接收机系统已经稳定跟踪了至少一颗GPS卫星信号；第二步骤，GPS接收机系统未解调出GPS卫星信号的导航电文数据；第三步骤，GPS接收机系统解调第一次接收GPS卫星信号的导航电文数据；第四步骤，GPS接收机系统使用多次存储的GPS卫星信号的符号化的数据进行累加来解调导航电文数据；第五步骤，GPS接收机系统通过多次计算重复使用的GPS卫星信号的子帧数据，解调正确的导航电文数据。一种弱信号下GPS导航电文数据解调的装置，是由置于GPS接收机中的模块构成， 其特征在于包括GPS信号数据采集模块，用以采集待处理和计算的GPS卫星信号数据；GPS信号捕获模块，用以从所述GPS信号数据采集模块中捕获GPS卫星信号；GPS信号跟踪模块，用以跟踪所述GPS信号捕获模块已捕获到的GPS卫星信号；GPS信号导航电文解调模块，用以解调GPS信号跟踪模块已稳定跟踪到的GPS卫星信号，从而实现后续的接收机位置定位功能。本发明的有益效果本发明所述方法是在GPS接收机处于跟踪模式下的状态即可进行，GPS接收机系
统无需事先获得解调数据，也无需事先获得位置信息。本发明所述方法是在GPS导航电文数据未知的情况下进行算法计算，在信号微弱的情况下，在获得其他卫星信号的导航电文数据时，所计算卫星的导航电文数据解调将更精确。本发明所述方法是通过GPS卫星信号子帧数据循环计算获得更好的GPS卫星信号信噪比，因此可以更精确的计算出GPS卫星信号的载噪比信息，以辅助GPS卫星信号的跟踪操作。本发明所述方法在实现时，对GPS接收机系统需求甚小，方便实现，可以在不添加任何硬件资源的情况下实现，依据GPS卫星导航电文数据的子帧的循环性，可极大的提高导航电文数据解调的准确性，即使在GPS卫星信号极其微弱的情况下也可以准确的获得导航电文信息，以用于正确计算用户接收机的位置。为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。
以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本发明。
图1为一典型GPS接收机系统的结构框图。图2为一典型GPS接收机系统GPS信号数据处理流程图。图3为GPS卫星信号调制的导航电文数据结构图。图4为本发明所述的导航电文数据解调方法的流程图。
具体实施例方式下面将结合附图进一步阐述本发明。如图1所示为一典型GPS接收机系统的框图， 通常整个接收机系统包括三个主要部分，一是用以接收并处理GPS卫星信号的射频前端部分，二是用以处理GPS基带信号并最终计算接收机位置信息的基带处理器，三是用以接收位置信息并执行上层应用软件的系统主机。在GPS基带处理器内部主要包含了捕获引擎11、跟踪通道12电文解调模块14、处理器13以及一些外设15与外部接口单元16。捕获引擎11实现的功能主要是捕获GPS卫星信号。跟踪通道12负责对GPS卫星信号进行跟踪。电文解调模块14则进行GPS卫星信号的导航电文数据解调。处理器13的功能是根据导航电文电文数据进行接收机的位置计算，在计算出接收机的准确位置后，通过外设接口 16送到外部的系统主机18以进行应用。如图2所示为一典型GPS接收机系统中GPS信号数据处理流程图，依据图1所示的GPS基带处理器内部结构，标准的GPS信号数据处理包括五个主要流程S21，GPS卫星信号捕获模块，对天上卫星信号进行捕获操作获得卫星的载波与C/ A码信息，S22，在GPS卫星信号被捕获后，便进入跟踪状态，跟踪模块利用捕获的信息，对天上卫星信号进行跟踪操作，保持对卫星信号的有效解调。S23，电文解调模块对已进入跟踪状态的GPS卫星进行电文解调，获取卫星的电文信息以获得星历数据以及卫星的时间信息。S24，处理器利用获得卫星的星历及时间信息进行接收机的位置计算。S25，在计算得到的正确的位置信息后，将位置信息输出到外部并从外部获得辅助 fn息ο如图3所示为GPS卫星信号导航电文数据结构图，GPS卫星的导航电文数据的最小单位为位(bit)，其长度为20毫秒，共占用20个C/A码片。即每20个标准1毫秒表示一位。导航电文，就是指包含导航信息的数据码，导航信息指的是卫星星历，卫星工作状态，卫星历书，数据系统星钟修改参数，轨道摄动改正参数，大气折射改正参数，遥测码以及C/A确定P码的交换码等，是用户进行导航定位计算的基石出·导航电文是二进制编码文件，按规定的格式组成数据帧，按帧向外传发，每帧电文含有1500位，播送速度为50Hz，一个整帧的传送时间为30秒。每个子帧包括10个字，每个字包括了 30个位。第1，2，3帧中含有该卫星的广播星历和卫星修正参数，每小时更新一次。第4，5帧存放所有空中GPS卫星的历书04颗卫星的星历)，信息量比较庞大，故子帧4，5各含25页.于是子帧1，2，3和4，5的每一页，均钩成一个主帧.实际上完整的导航电文总共25帧，共37500位，全部传输需要12. 5分钟播完.子帧4，5的内容则是由地面注入站注入新的导航数据后才更新。从GPS卫星导航电文数据的规律可以看出，子帧1、子帧2、子帧3的第3个字到第 10字(61到300bit)每30秒会重复一次，子帧4和子帧5没12. 5分钟会重复一次。本发明所述方法在于在微弱的GPS卫星信号情况下进行GPS卫星导航电文数据解调时，对于那些使用传统的导航电文数据解调方法不能正确解调的数据，根据导航电文的子帧数据的重复性，将这些重复的符号化的数据进行累加来更准确的解调导航电文数据。 因为额外的这些符号化的导航电文数据的累加可以提高GPS卫星信号的信噪比。提高卫星信号的信噪比后将会进一步的降低在同等的载噪比的情况下，导航电文数据解调的误码率。如图4所示为本发明所述的导航电文数据解调方法的流程图。Si，流程初始为GPS接收机系统进入GPS卫星跟踪状态，开始解调导航电文数据。S2，首先先存储由GPS接收机的跟踪模块获得的已经符号化了的导航电文数据位。S3，在接收到一个字(30bit)的导航电文数据后，尝试用传统的方法解调导航电文数据。判断是否可以正确的解调出导航电文数据。S44，如果能正确的解调出导航电文数据，则流程跳转至S49，将正确的导航电文数据存储以备后续使用。如果不能正确的解调出导航电文数据，则流程跳转到S45，判断是否是第一次解调电文数据。S45，如果是第一次解调电文数据，则流程跳转到S42，直接返回继续接收并存储后面的符号化的导航电文数据。如果不是第一次解调电文数据，则流程跳转到S46，与之前存储的这个位置的数据进行累加。S46，对累加的结果尝试进行导航电文数据的解调。S47，如果能正确的解调出导航电文数据，则流程跳转到S49，将正确的导航电文数据存储以备后续使用。如果不能正确的解调出导航电文数据，则流程跳转到S48，将这次累加的结果另外存储起来以备后面继续使用。S48，在存储结果完成后，流程返回至S42，开始继续接收并存储后面的符号化的导航电文数据。S49、S410，在每次可以正确解调好导航电文数据后，需要判断全部的导航电文数据是否都解调完成。当全部的导航电文都解调完成后，可以退出导航电文数据解调的流程 S411，所解调的导航电文数据即可被用于进行GPS接收机位置计算，跟踪功能辅助等系统功能。上述计算和操作过程是本发明所述方法的一种典型的实施方式，对于本领域的一般技术人员，在上述实施例的基础上可以做多种变化，同样能够实现本发明的目的。但是， 这种变化显然应该在本发明的权利要求书的保护范围内。
权利要求
1.一种在微弱信号的情况下，实现GPS信号导航电文数据解调的方法，其特征在于包括以下步骤第一步骤，GPS接收机系统处于GPS卫星信号导航电文数据解调的状态，即GPS接收机系统已经稳定跟踪了至少一颗GPS卫星信号；第二步骤，GPS接收机系统未解调出GPS卫星信号的导航电文数据；第三步骤，GPS接收机系统解调第一次接收GPS卫星信号的导航电文数据；第四步骤，GPS接收机系统使用多次存储的GPS卫星信号的符号化的数据进行累加来解调导航电文数据；第五步骤，GPS接收机系统通过多次计算重复使用的GPS卫星信号的子帧数据，解调正确的导航电文数据。
2.如权利要求1所述的一种在微弱信号的情况下，实现GPS信号导航电文数据解调的方法，其特征在于所述第四步骤中，多次储存的GPS卫星信号符号化的数据是指一个标准导航电文的数据位，是GPS接收机在跟踪一颗GPS卫星后获得的数据信息。
3.如权利要求1所述的一种在微弱信号的情况下，实现GPS信号导航电文数据解调的方法，其特征在于所述第五步骤中，多次计算GPS卫星信号子帧数据是根据GPS卫星导航电文数据中子帧的重复性，通过累加判断的方式，来解调弱信号下的GPS卫星导航电文数据。
4.如权利要求3所述的一种在微弱信号的情况下，实现GPS信号导航电文数据解调的方法，其特征在于在使用子帧重复性进行电文解调时，可使用常规的电文解调方法，而不特定于某个固定的解调方法。
5.一种弱信号下GPS导航电文数据解调的装置，是由置于GPS接收机中的模块构成，其特征在于包括GPS信号数据采集模块，用以采集待处理和计算的GPS卫星信号数据；GPS信号捕获模块，用以从所述GPS信号数据采集模块中捕获GPS卫星信号；GPS信号跟踪模块，用以跟踪所述GPS信号捕获模块已捕获到的GPS卫星信号；GPS信号导航电文解调模块，用以解调GPS信号跟踪模块已稳定跟踪到的GPS卫星信号，从而实现后续的接收机位置定位功能。
全文摘要
本发明公开了一种用于GPS信号接收机在微弱信号情况下，实现GPS导航电文数据解调的方法及装置。所述方法应用于GPS接收机上，在GPS接收机定位前，需要解调GPS卫星的导航电文以进行位置计算，而在GPS卫星信号微弱的情况下，导航电文数据解调的误码率就会比较高，导致位置的计算错误，本发明所述方法为一种根据GPS卫星信号导航电文重复的特性，采用重复子帧分析预测的方法，在GPS卫星信号极弱的情况下，提高GPS卫星导航电文解调的误码率从而进一步提高GPS接收机的定位精度。
文档编号G01S19/27GK102183772SQ201010206789
公开日2011年9月14日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者刘春晖, 李兴仁, 林锦麟, 金荣伟 申请人:上海盈方微电子有限公司