一种自适应GPS位同步方式_张丹1_谭惠轩2

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理的方法进行比特边界的检测。

在稳定的强信号的条件下，用很简单的方法就可以实现可靠的GPS 位同步，但是实际情况复杂多样，常见的有弱信号、信号不稳定和高动态这三种复杂情况，此时获得位同步非常困难，需要根据特定的情况构造针对性的算法。

2 典型位同步算法介绍
对于采用扩频调制的GPS L1信号,积分上限为导航电文周期20 ms ，在电文数据位边缘未知的情况下，弱信号的顺利跟踪需要通过位同步来避免环路积分时间跨越电文数据位边缘。

比较常见的算法有两大类：第一类位同步方法是直方图法及其改进算法，B. Parkinson 等提出的直方图法( Histogram Met
一种自适应GPS 位同步方式
文/张丹1　谭惠轩2
跳变边沿。

为了适应极弱信号条件下,噪声的存在使接收信号中相位变化异常剧烈,由于传统相位锁定环( Phase LockedLoop ，PLL) 鉴相器的非线性因素,环路易产生失锁现象的问题，赵琳, 丁继成[4]等人提出了利用最优路径动态规划算法实现GPS 位同步的方法。

该方法利用提出采用平方根无迹卡尔曼滤波(SRU KF) / 位同步联合载波跟踪方法,建立误差跟踪模型,使SRU KF 与位同步环节协调工作,实现了在没有载波相位和频率误差等先验信息时较高的位边缘检测概率( Edge DetectionRate , EDR) 和稳定的极弱信号跟踪。

上述方法都可以很好的解决位同步问题，但在实现过程中直方图法和相位差分法需要强信号，KP 法需要小频偏的条件，最优路径动态规划算法利用的信息最多，性能相对最好，适应性最强，但是实际实现起来消耗的资源较
固定的数，然后取 ，取到最大值的那个i 就是需要找的同步边沿。

这里我们改进判决条件，取d n =max i (ci,n)，i=0,1,2,…,19,n ∈N ，i n ,n ∈N ，为每个max i (ci,n)，i=0,1,2,…,19,n ∈N ，所对应的位置，取d n+=c i+1,n ，n ∈N ，d n-=c i-1,n ，n ∈N ，分别代表最大值左右的两个累积值，这里d n,d n+,d n-都服从x 2,n 分布。

取 e n+=d n -d n+，
e n-=d n -d n-1，若h n =max (e n+,e n-) ≥
f 1*(n+m)*σ2，则累积到第-n 步的时候，判位同步成功，此处m,f 1>0为固定参数，根据位同步的误检概率设定，σ2为1ms 累积分量的均方值。

另外可以选定 为位同步失锁检测参数， g n =max(c i,n -c i+1,n ,c i,n -c i-1,n )，i ∈N 为位同步确定的跳变边沿，若g n ≤f 2*(n+m)*σ2 ，则认为之前判定位同步位置错误，重新进行位同步检测。

网络出版时间：2014-04-24 04:01
网络出版地址：/kcms/detail/10.1108.TP.20140424.0401.065.html
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以上算法属于最大似然算法的改进算法，它最大限度的挖掘了基带I/Q 累积值所能提供的信息，其优点在于：
（1) 强信号可以实现很快实现位同步，弱信号可以通过长时间积累实现位同步；
（2）算法中含有位同步正确错误的检测算法，可以在错误的位同步后若干时间内发现
并且纠正位同步错误；
（3) 由于对现代处理器而言乘法和加法运行速度相当，因此该算法的实现复杂度与基本的最大似然算法相当，适合实际接收机的实现；
（4) 如果要硬件实现以降低复杂度，可以把该算法移植到直方图算法上，资源增加也
不大，性能相对基本算法也有一定的提高；
4 算法的仿真比较
图1-图3是针对上述算法的蒙特卡罗仿真结果，图中，红色线为信号累积值，上边的蓝色线为入锁门限，下边的蓝色线为失锁门限。

图2是弱信号位同步的情况，由图可知，刚开始信号的累积值小于判决门限，等累积了接近100次之后，系统进入了同步状态，之后信号的累积值逐渐远大于噪声门限，本例中位同步时间为2s ；图3为强信号的情况，在大约10次累积之后，同步即牢牢锁定，之后信号累积
远大于锁定门限和失锁门限，本例中同步时间为200ms ；图4代表的是无信号时候的同步情况，刚开始虚假的信号累积与噪声门限接近，
之后信号累积越来越比判决门限小了，这种情况持续下去，同步无法实现。

以上仿真说明，该算法的实用性比较好，但是该算法依旧继承了最大似然法的缺点，例如需要PLL 同步之后才能可靠的工作。

为了尽量的抵消频率误差的影响，在信号强度相对大的应用场合，可以把该方法改造到直方图算法中。

5 算法的最优化改进
上述算法的门限是对自变量n （累积次数）进行了一阶线性估计得出的，这在工程应用中使用已经足够了。

如果要最大限度挖掘累积数据提供的信息，可以进行最优化设计，确定需要的概率下的门限数值，这样，算法的同步时
间性能还会有一定的提高。

参考文献
[1]Parkinson B W, Spilker JJ. Global
p o s i t i o n i n g s y s t e m :t h e o r y a n d applications, VolI[M]. Reston,VA: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1996.
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[3]许峰,赵民建,沈雷,李式巨,一种基于
相位差分的GPS 比特同步方法[J].浙江大学学报(工学版),2007,41(12),2031-2035.
[4]赵琳,丁继成,孙明等．极弱信号环境下
ＧＰＳ位同步和载波跟踪技术[J].航空学报,2010,31(6):1204-1212．
作者单位
1.中国电子科技集团公司第五十四研究所 河北省石家庄市　050081
2.石家庄军械工程学院　河北省石家庄市 050003
图1：弱信号情况
图2 ： 强信号情况
图3： 无信号情况。