GPS L5信號(hào)幀同步方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

曾輝艷，馬穎莉，陳偉波，常敏

（北京遙測(cè)技術(shù)研究所 北京 100076）

引 言

作為GPS現(xiàn)代化計(jì)劃的一部分，第一顆Block IIF衛(wèi)星已于2010年5月發(fā)射升空，在L5頻段增加播發(fā)第三個(gè)民用GPS信號(hào)——L5信號(hào)。GPS L5信號(hào)采用數(shù)據(jù)支路和導(dǎo)頻支路雙通道結(jié)構(gòu)、較高的偽碼速率、NH（Neuman-Hoffman）碼和帶糾錯(cuò)編碼的電文等[1]。GPS L5信號(hào)接收處理主要包括捕獲、跟蹤、位同步和幀同步，目前關(guān)于GPS L5信號(hào)處理的文獻(xiàn)中，介紹捕獲跟蹤算法的文獻(xiàn)比較多，如文獻(xiàn)[2]等。文獻(xiàn)[3]介紹L5信號(hào)位同步相關(guān)方法，并介紹了基于Neuman-Hoffman碼的譯碼方法，而這只是幀同步譯碼前獲得電文編碼符號(hào)的其中一個(gè)步驟。而關(guān)于針對(duì)帶糾錯(cuò)編碼的電文幀同步方法，目前有涉及到的文獻(xiàn)極其少，文獻(xiàn)[4]在介紹L5接收機(jī)設(shè)計(jì)中提到關(guān)于GPS L5信號(hào)幀同步但并未做詳細(xì)介紹；文獻(xiàn)[5]和文獻(xiàn)[6]介紹咬尾卷積碼譯碼算法，但不易于工程應(yīng)用；文獻(xiàn)[7]介紹了SBAS系統(tǒng)中GEO衛(wèi)星的幀同步技術(shù)，但是文中提到的譯碼算法受導(dǎo)航數(shù)據(jù)位符號(hào)翻轉(zhuǎn)限制，而本文提到的譯碼算法不受電文數(shù)據(jù)位相位模糊度的影響，在電文數(shù)據(jù)位相位未知情況下均能正確譯碼。同時(shí)，GPS L2C的CNAV電文、Galileo的FNAV電文以及SBAS系統(tǒng)GEO衛(wèi)星電文均采用了與GPS L5相同的前向糾錯(cuò)編碼，可見(jiàn)基于前向糾錯(cuò)編碼的電文幀同步技術(shù)是值得研究的。為此，本文提出了一種GPS L5信號(hào)的幀同步方法。

1 GPS L5信號(hào)結(jié)構(gòu)

GPS L5信號(hào)位于以1176.45MHz為中心、帶寬為24MHz的波段上，包含同相分量信號(hào)和正交分量信號(hào)，分別記為L(zhǎng)5I信號(hào)和L5Q信號(hào)。其中，L5I信號(hào)是調(diào)制有I5偽碼和CNAV電文數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)信號(hào)；L5Q信號(hào)是只調(diào)制有Q5偽碼的導(dǎo)頻信號(hào)，簡(jiǎn)化的GPS L5信號(hào)發(fā)生器如圖1所示[8]，對(duì)于第j號(hào)衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，其發(fā)射的GPS L5信號(hào)表示為

式中，ω5=2π×1 176.45MHz；n(10,t)為L(zhǎng)5I信號(hào)的NH碼，該NH碼有10個(gè)碼片，具體為0000110101；n(20,t)為L(zhǎng)5Q信號(hào)的NH碼，該NH碼有20個(gè)碼片，具體為00000100110101001110；這兩個(gè)NH碼的碼速率均為1kHz；g(i5,t)和g(q5,t)分別表示L5I信號(hào)和L5Q信號(hào)的偽隨機(jī)碼流，碼速率均為10.23MHz，偽碼周期為1ms；dj(t)表示第j號(hào)衛(wèi)星的經(jīng)編碼后的CNAV電文編碼符號(hào)。

圖1 GPS L5信號(hào)發(fā)生器Fig.1 Signal generator of GPS L5

L5I信號(hào)的CNAV電文數(shù)據(jù)D(t)的數(shù)據(jù)率為50bps，D(t)經(jīng)1/2速率的前向糾錯(cuò)FEC（Forward Error Correction）卷積編碼后，得到符號(hào)率為100sps的CNAV電文編碼符號(hào)d(t)，如圖2所示。具體實(shí)現(xiàn)流程為：一個(gè)電文數(shù)據(jù)進(jìn)入FEC編碼器后，F(xiàn)EC編碼器交替選擇輸出G1和G2符號(hào)，進(jìn)而得到CNAV電文編碼符號(hào)d(t)，交替周期為10ms，即在前10ms時(shí)間里選擇G1符號(hào)作為輸出，而在后續(xù)的10ms時(shí)間里切換選擇G2符號(hào)作為輸出。CNAV電文數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)為信息幀，是由一幀接一幀的信息構(gòu)成的。通過(guò)CNAV的FEC編碼器可以得知，當(dāng)前電文編碼時(shí)，編碼器內(nèi)移位寄存器的值是前一幀信息的最后6bits，即每一幀電文編碼符號(hào)的前12bit受前一幀電文數(shù)據(jù)最后6bit影響，因此每條信息編碼后的編碼符號(hào)都和上一條信息的電文數(shù)據(jù)有直接關(guān)系，這樣獲得的編碼稱為咬尾卷積碼TBCC（Tail- biting Convolutional Code）。

然后將d(t)異或調(diào)制在速率為1kHz、長(zhǎng)度為10的NH碼上。這10位NH碼的周期為10ms，和一個(gè)CNAV電文編碼符號(hào)對(duì)齊。通過(guò)NH碼調(diào)制，CNAV電文編碼符號(hào)被調(diào)制為速率1kHz的組合數(shù)據(jù)流。

圖2 CNAV電文數(shù)據(jù)卷積編碼原理Fig.2 CNAV message data convolution coding schematic diagram

2 幀同步方法的設(shè)計(jì)

接收機(jī)中L5信號(hào)的處理流程為：在完成L5Q和L5I信號(hào)的捕獲跟蹤后，接收機(jī)完成L5Q信號(hào)位同步和L5I信號(hào)NH碼剝離，最后完成L5I電文信息的幀同步，如圖3所示。幀同步的主要任務(wù)就是要獲取每個(gè)電文數(shù)據(jù)幀的起始及結(jié)束位置。根據(jù)圖3編碼過(guò)程可知，在對(duì)L5I信號(hào)電文數(shù)據(jù)幀進(jìn)行幀同步之前需要先對(duì)電文編碼符號(hào)d(t)進(jìn)行譯碼得到D(t)，然后使用L5I信號(hào)的CNAV電文數(shù)據(jù)D(t)和20ms時(shí)間歷元計(jì)數(shù)器進(jìn)行幀同步處理。

因?yàn)橐粋€(gè)電文數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編碼后得到一個(gè)電文編碼符號(hào)對(duì)：G1和G2，因此在譯碼時(shí)需要調(diào)整G1和G2成對(duì)進(jìn)入譯碼器方能得到準(zhǔn)確的譯碼結(jié)果。如何控制電文數(shù)據(jù)編碼符號(hào)成對(duì)送入譯碼器以及如何對(duì)咬尾卷積碼進(jìn)行準(zhǔn)確譯碼是接收機(jī)解調(diào)出d(t)到恢復(fù)出D(t)這個(gè)過(guò)程中面臨的最大困難，更是L5信號(hào)電文幀幀同步的最大難題。故下文將從這兩個(gè)方面進(jìn)行分析。

圖3 L5信號(hào)接收的處理流程Fig.3 Processing flow of GPS L5 signal reception

2.1 L5I電文編碼符號(hào)對(duì)的匹配

① L5Q 數(shù)據(jù)位同步

首先對(duì)L5Q信號(hào)進(jìn)行捕獲跟蹤，得到L5Q信號(hào)的本地載波和偽碼，根據(jù)L5I信號(hào)和L5Q信號(hào)的相位關(guān)系可以生成L5I信號(hào)的本地載波和本地偽碼，從而完成了兩路信號(hào)的載波解調(diào)和偽碼解擴(kuò)，得到含有NH碼的L5Q信息和L5I信息。

然后對(duì)L5Q信號(hào)進(jìn)行NH碼位同步，獲得L5Q信號(hào)中的NH碼相位。具體實(shí)現(xiàn)方法如下：對(duì)L5Q信號(hào)1ms積分累加值進(jìn)行數(shù)據(jù)符號(hào)位判決，積分值是正數(shù)時(shí)為1，否則為0，從而得到二進(jìn)制符號(hào)；然后對(duì)該二進(jìn)制符號(hào)進(jìn)行辨識(shí)，如果連續(xù)20個(gè)符號(hào)與L5Q的NH碼相同，即連續(xù)的20個(gè)符號(hào)拼起來(lái)等于“00000100110101001110”或者“11111011001010110001”，且連續(xù)一段時(shí)間內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)，則判斷這20個(gè)符號(hào)為一個(gè)完整的數(shù)據(jù)符號(hào)位，即完成了L5Q的NH碼位同步。

最后，在接收機(jī)中，設(shè)置一個(gè)1ms時(shí)間歷元計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)間隔為1ms，計(jì)數(shù)值在0～19之間循環(huán)，計(jì)數(shù)周期為20ms。當(dāng)完成位同步后，調(diào)整1ms時(shí)間歷元計(jì)數(shù)器，使1ms時(shí)間歷元計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)起始點(diǎn)與L5Q的NH碼的初始碼元對(duì)齊，從而得到準(zhǔn)確的1ms歷元計(jì)數(shù)起點(diǎn)。同時(shí)，利用1ms時(shí)間歷元計(jì)數(shù)器的進(jìn)位驅(qū)動(dòng)20ms時(shí)間歷元計(jì)數(shù)器。其中，20ms時(shí)間歷元計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)間隔為20ms且計(jì)數(shù)周期為1s，每個(gè)20ms對(duì)應(yīng)一組圖2中L5I信號(hào)的電文編碼符號(hào)對(duì)：G1和G2，其中G1和G2的時(shí)間周期各為10ms且符號(hào)上含有180°相位模糊度。

②L 5I 的符號(hào)對(duì)提取

L5Q信號(hào)的NH碼碼周期為20ms，其起始沿與L5I信號(hào)的NH碼以及速率為50bps的CNAV電文數(shù)據(jù)D(t)起始沿均對(duì)齊，具體同步關(guān)系見(jiàn)圖4。因此，可以利用L5Q信號(hào)位同步得到的NH碼的碼相位，得到L5I信號(hào)的NH碼的碼相位，進(jìn)而完成L5I信號(hào)的NH碼的碼剝離；在碼剝離過(guò)程中，每20ms內(nèi)得到一組L5I信號(hào)的電文編碼符號(hào)對(duì)：G1和G2。

在1ms時(shí)間歷元計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為0或者10時(shí)，對(duì)L5I信號(hào)進(jìn)行NH碼剝離。通過(guò)NH碼剝離處理，可以在20ms內(nèi)輸出一組電文編碼符號(hào)對(duì)，對(duì)應(yīng)于編碼時(shí)的G1和G2。隨后，將每組符號(hào)對(duì)存儲(chǔ)到電文數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，同時(shí)將20ms歷元存儲(chǔ)到歷元數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，即實(shí)現(xiàn)了一組符號(hào)對(duì)對(duì)應(yīng)一個(gè)20ms歷元。

2.2 咬尾卷積碼譯碼方法

圖4 GPS L5信號(hào)中偽碼、NH碼、數(shù)據(jù)和歷元的對(duì)應(yīng)同步關(guān)系Fig.4 Corresponding synchronization of pseudo-code,NH code, data and epoch in GPS L5 signal

由于咬尾卷積碼譯碼算法復(fù)雜度高，計(jì)算存儲(chǔ)量大，本文充分考慮譯碼方法工程實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度以及為了充分利用現(xiàn)有硬件資源，故采用DSP（Digital Signal Processors）芯片中嵌入的第二代維特比譯碼協(xié)處理器VCP2（Viterbi-Decoder Coprocessor 2）實(shí)現(xiàn)卷積信道譯碼。咬尾卷積碼的譯碼方法為：首先由跟蹤環(huán)路獲得帶有相位模糊度的L5I編碼符號(hào)位，隨后對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)位擴(kuò)展，然后將擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)送入VCP2譯碼器核進(jìn)行譯碼，從而得到L5I信號(hào)的CNAV電文數(shù)據(jù)D(t)。

2.2.1 電文數(shù)據(jù)位擴(kuò)展

CNAV電文數(shù)據(jù)采用咬尾卷積編碼，同時(shí)CNAV電文數(shù)據(jù)的每一幀最后6bits是有效的數(shù)據(jù)，而不像Galileo電文的最后6bits是無(wú)效的零。在對(duì)L5I信號(hào)的電文編碼符號(hào)對(duì)進(jìn)行譯碼時(shí)，因?yàn)殡娢膸g是關(guān)聯(lián)的，不能只是一幀一幀進(jìn)行獨(dú)立譯碼。

在譯碼過(guò)程中，由于編碼器的起始狀態(tài)和結(jié)尾狀態(tài)是未知的，因此在譯碼過(guò)程中采用電文數(shù)據(jù)位擴(kuò)展的處理方法來(lái)處理像L5I信號(hào)這種采用咬尾卷積編碼的譯碼，如圖5所示，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

①每Q個(gè)L5I信號(hào)的電文編碼符號(hào)對(duì)（G1和G2）組成一個(gè)符號(hào)串；

②將第1個(gè)符號(hào)串以及第2個(gè)符號(hào)串中的前P個(gè)符號(hào)對(duì)一起輸入到譯碼器進(jìn)行譯碼；在譯碼器譯碼結(jié)束后依次輸出的Q+P個(gè)數(shù)據(jù)中，提取第P+1～P+Q個(gè)數(shù)據(jù)作為第1～Q個(gè)電文數(shù)據(jù)；其中，P為正整數(shù)且P＜Q；

③將第2個(gè)符號(hào)串以及第3個(gè)符號(hào)串中的前P個(gè)符號(hào)對(duì)輸入到譯碼器進(jìn)行譯碼；在譯碼器譯碼結(jié)束后依次輸出的Q+P個(gè)數(shù)據(jù)中，提取第P+1～P+Q個(gè)數(shù)據(jù)作為第Q+1～2Q個(gè)電文數(shù)據(jù)；

④依次類推，將第N個(gè)符號(hào)串以及第N+1個(gè)符號(hào)串中的前P個(gè)符號(hào)對(duì)輸入到譯碼器進(jìn)行譯碼；在譯碼器譯碼結(jié)束后依次輸出的Q+P個(gè)數(shù)據(jù)中，提取第P+1～P+Q個(gè)數(shù)據(jù)作為第（N-1）Q+1～NQ個(gè)電文數(shù)據(jù)。

經(jīng)過(guò)分析和仿真，上述處理流程中數(shù)據(jù)擴(kuò)展長(zhǎng)度P的取值范圍為2M～Q/2，其中M為L(zhǎng)5I信號(hào)的編碼器的寄存器個(gè)數(shù)，即M為6。

2.2.2 VCP2譯碼器核的實(shí)現(xiàn)

本文采用DSP芯片自帶的VCP2譯碼器核進(jìn)行譯碼，VCP2的譯碼需要進(jìn)行分支度量、數(shù)據(jù)量化、寄存器設(shè)置和數(shù)據(jù)交互等工作，本節(jié)重點(diǎn)介紹分支度量和詳細(xì)的譯碼步驟，具體譯碼過(guò)程如下：

①譯碼器初始化

首先需要對(duì)譯碼器進(jìn)行初始化。初始化除了需要調(diào)用VCP2核自帶的VCP2_reset和VCP2_emuDisable函數(shù)之外，還需要對(duì)待譯碼信息所對(duì)應(yīng)的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行配置，比如編碼率、譯碼長(zhǎng)度、譯碼模式、譯碼輸出等參數(shù)。

圖5 在譯碼前進(jìn)行數(shù)據(jù)位擴(kuò)展處理的示意圖Fig.5 Schematic diagram of data bit expansion before decoding

②計(jì)算分支度量

卷積碼的譯碼算法通過(guò)使整個(gè)碼序列成為一個(gè)最大似然序列，同時(shí)利用網(wǎng)格圖的重復(fù)性結(jié)構(gòu)，減少譯碼所需的計(jì)算次數(shù)。它使用歐氏距離衡量接收信號(hào)同分支標(biāo)號(hào)之間的差異，即分支度量(BranchMctric)。設(shè)d(t)為初始符號(hào)，當(dāng)編碼速率為1/2時(shí)，算法為

根據(jù)VCP2核對(duì)分支度量算法要求，需要將編碼符號(hào)拼組得到分支度量并轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制格式。

③譯碼實(shí)現(xiàn)步驟

VCP2控制寄存器負(fù)責(zé)控制整個(gè)譯碼過(guò)程，VCP2通過(guò)直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)單元EDMA3（Enhanced Direct Memory Access 3）與片內(nèi)L2存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而和CPU（Central Processing Unit）協(xié)同完成譯碼任務(wù)。具體實(shí)現(xiàn)步驟[9]如下：

a.分配輸入輸出對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)，將計(jì)算得到的待譯碼數(shù)據(jù)的分支度量寫(xiě)入指定的輸入緩沖區(qū)；

b.設(shè)置EDMA3通道29參數(shù)，由VCPXEVT觸發(fā)，搬移VCP2配置參數(shù)到VCP2內(nèi)部寄存器，搬移待譯碼數(shù)據(jù)的分支度量及量化值到VCP2內(nèi)部輸入FIFO（First Input First Output）；

c.設(shè)置EDMA3通道28參數(shù)，由VCPREVT觸發(fā)，從VCP2輸出FIFO搬移VCP2譯碼結(jié)果到指定的輸出緩沖區(qū)；

d.使能EDMA3通道28和29，使其可以響應(yīng)VCPREVT和VCPXEVT同步觸發(fā)事件；

e.調(diào)用VCP2核自帶的VCP2_start函數(shù)，將“啟動(dòng)譯碼器”命令寫(xiě)到VCP2內(nèi)部的命令寄存器VCPEXE，使VCP2生成VCPXEVT事件，觸發(fā)EDMA3通道29，搬移配置參數(shù)和待譯碼數(shù)據(jù)的分支度量到VCP2；

f.VCP2譯碼完成后觸發(fā)EDMA3，由EDMA3通道28搬移譯碼結(jié)果到指定的輸出緩沖區(qū)，并產(chǎn)生DSP內(nèi)核的中斷VCP_IPR（Interrupt Pending Register）；DSP響應(yīng)VCP_IPR，對(duì)譯碼結(jié)果進(jìn)行處理。

2.3 幀同步的判定條件

當(dāng)實(shí)現(xiàn)電文編碼符號(hào)譯碼得到電文數(shù)據(jù)后，需要進(jìn)行幀同步以獲得完整的電文數(shù)據(jù)幀。GPS L5信號(hào)電文幀內(nèi)包含有幀同步標(biāo)志，可以通過(guò)尋找連續(xù)兩幀的同步標(biāo)志，再繼續(xù)比較連續(xù)幀內(nèi)的周內(nèi)秒的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)確定是否達(dá)到幀同步。當(dāng)滿足以下條件時(shí)，才能判定幀同步：

①第一個(gè)字開(kāi)始的8比特幀頭為10001011，前后幀的幀頭一致；

②第一個(gè)字中6比特PRN為衛(wèi)星號(hào)，前后幀的衛(wèi)星號(hào)一致；

③TOW 字包含17比特有效的時(shí)間信息，計(jì)數(shù)處于0～100800之間，前后幀的TOW相差為1；

④完整的300bit電文幀通過(guò)24位CRC（Cyclic Redundancy Check）校驗(yàn)；

⑤電文幀的起始時(shí)刻和整秒點(diǎn)同步。

將譯碼后的電文數(shù)據(jù)依次送入幀同步緩沖區(qū)內(nèi)，利用電文數(shù)據(jù)尋找?guī)^（10001011）確定電文幀的起始位置，同時(shí)判斷電文幀內(nèi)6比特PRN和17比特的TOW是否符合上述條件；當(dāng)滿足條件后，對(duì)整個(gè)完整的電文幀進(jìn)行CRC校驗(yàn)，如果通過(guò)校驗(yàn)則證明找到了電文幀的起始及結(jié)束位置，則電文幀幀格式正確；否則重新尋找下一個(gè)幀頭（10001011）并重復(fù)判斷電文幀幀格式的正確性。

當(dāng)電文幀幀格式正確后，利用20ms時(shí)間歷元計(jì)數(shù)器對(duì)整秒點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，使得CNAV電文數(shù)據(jù)D(t)的電文幀起始位與20ms時(shí)間歷元計(jì)數(shù)器的起始計(jì)數(shù)點(diǎn)同步，即與整秒點(diǎn)同步，從而實(shí)現(xiàn)電文幀同步。當(dāng)幀同步穩(wěn)定后，接收機(jī)的基帶軟件將完整的電文幀及其對(duì)應(yīng)的時(shí)間歷元輸送給定位處理軟件進(jìn)行定位解算。

3 幀同步方法的實(shí)現(xiàn)及測(cè)試

GPS L5信號(hào)的幀同步處理工作均在DSP軟件內(nèi)實(shí)現(xiàn)，本次使用的DSP芯片型號(hào)為T(mén)MS320C6455，該芯片嵌有VCP2譯碼器核。使用VCP2譯碼器核依次對(duì)各個(gè)跟蹤通道解調(diào)得到的電文編碼符號(hào)進(jìn)行譯碼并獲得對(duì)應(yīng)的電文數(shù)據(jù)時(shí)，不占用DSP的CPU時(shí)序以及L2內(nèi)存資源，因此VCP2譯碼器核譯碼時(shí)，GPS接收機(jī)跟蹤通道可以持續(xù)工作不被中斷，可見(jiàn)該處理方式資源耗費(fèi)少且硬件易實(shí)現(xiàn)。

本文選用接收機(jī)室外收星的方式來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證幀同步軟件正確性的測(cè)試，接收機(jī)整機(jī)參與測(cè)試，天線架設(shè)在室外指定場(chǎng)地接收可視范圍內(nèi)所有GPS衛(wèi)星發(fā)射的L5導(dǎo)航信號(hào)，通過(guò)接收機(jī)配置的射頻電纜傳輸給室內(nèi)接收機(jī)主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量與采集。接收機(jī)接收在軌GPS衛(wèi)星播發(fā)的L5信號(hào)并完成捕獲、跟蹤和位同步，最后進(jìn)入幀同步。當(dāng)幀同步穩(wěn)定后，接收機(jī)將完整的電文幀輸送給定位處理軟件進(jìn)行定位解算并成功定位，驗(yàn)證了電文的正確性，進(jìn)而驗(yàn)證了幀同步方法的正確性。采用本文提出的幀同步方法的接收機(jī)已經(jīng)連續(xù)上線工作五年，目前未出現(xiàn)任何幀同步相關(guān)方面的異常，且電文誤碼率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1×10-6，滿足工程上對(duì)誤碼率的要求。

在驗(yàn)證了幀同步算法工程實(shí)現(xiàn)正確性的基礎(chǔ)上，本文采用室內(nèi)有線測(cè)試方式進(jìn)行電文誤碼情況的測(cè)試，設(shè)備連接如圖6所示，導(dǎo)航信號(hào)模擬源輸出射頻導(dǎo)航信號(hào)并通過(guò)有線方式連接傳輸給接收機(jī)低噪放。模擬源工作在仿真模式條件下，設(shè)置導(dǎo)航信號(hào)模擬源發(fā)射GPS L5頻點(diǎn)RF導(dǎo)航信號(hào)。調(diào)整衰減器衰減量，使到達(dá)接收機(jī)LNA前端的RF導(dǎo)航信號(hào)功率電平分別為-136dBm、-133dBm和-130dBm三種情況。設(shè)置接收機(jī)接收所有衛(wèi)星的L5導(dǎo)航信號(hào)。在此條件下進(jìn)行電文誤碼測(cè)試，接收機(jī)按格式記錄譯碼后的電文數(shù)據(jù)。隨后對(duì)電文數(shù)據(jù)進(jìn)行誤碼分析，將接收機(jī)各顆衛(wèi)星的L5信號(hào)的電文數(shù)據(jù)與模擬源播發(fā)的電文數(shù)據(jù)在同一周內(nèi)秒時(shí)刻進(jìn)行比對(duì)，經(jīng)過(guò)比對(duì)所有衛(wèi)星L5信號(hào)的電文幀后，結(jié)果顯示電文幀均無(wú)誤碼且無(wú)丟幀情況，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。從圖中可以看出在三種電平下，對(duì)本文提出的L5信號(hào)幀同步方法的誤碼率性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示在總比特?cái)?shù)達(dá)到4e6個(gè)時(shí)，還未出現(xiàn)誤碼以及丟幀情況，說(shuō)明該方法具有良好的性能。

圖6 接收機(jī)室內(nèi)有線測(cè)試設(shè)備連接Fig.6 Receiver wired test equipment connection in room

圖7 L5信號(hào)誤碼率測(cè)試結(jié)果Fig.7 Test results of bit error rate of L5 signal

4 結(jié)束語(yǔ)

本文論述了GPS L5信號(hào)幀同步方法的設(shè)計(jì)過(guò)程以及工程實(shí)現(xiàn)，并對(duì)接收機(jī)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明：接收機(jī)對(duì)GPS L5信號(hào)的幀同步跟蹤穩(wěn)定，從幀同步中獲取的電文幀正確無(wú)誤且實(shí)現(xiàn)定位，證明了該方法的正確性；本文提出的算法在硬件接收機(jī)中已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行五年多且電文誤碼率滿足工程要求。該方法充分利用接收信號(hào)特性和硬件資源內(nèi)嵌的硬核，具有計(jì)算復(fù)雜度小、資源耗費(fèi)少、可靠性高和硬件易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，該幀同步方法還具有兼容性，對(duì)其稍做修改就能實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS L2C信號(hào)、SBAS系統(tǒng)GEO衛(wèi)星L1和L5信號(hào)的幀同步。