CN101937074B - 获取导航比特流的方法和装置、gps接收机及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获取导航比特流的方法和装置、GPS接收机及其定位方法。所述获取导航比特流的方法包括：对GPS卫星信号中的导航电文进行比特同步，以确定导航电文的比特边界；在对导航电文进行比特同步期间，存储比特同步过程中的GPS卫星信号中的伪随机码的信息；在比特同步完成之后，根据所确定的导航电文的比特边界，将比特同步期间所存储的伪随机码的信息解调为第一部分导航比特；在比特同步完成之后，根据所确定的导航电文的比特边界，将所确定的比特边界之后的导航电文解调为第二部分导航比特；以及将第一部分导航比特与第二部分导航比特相连接，以形成连续的导航比特流。

Description

获取导航比特流的方法和装置、GPS接收机及其定位方法

技术领域

本发明总体上涉及全球定位***(GPS)技术领域，具体而言，涉及一种用于从GPS卫星信号中获取导航比特流的方法和装置、GPS接收机及其定位方法。 

背景技术

随着汽车及电子计算机技术的发展和人们对生活需求的提高，全球卫星定位***(GPS)得到了广泛的应用，越来越多的人开始使用GPS接收机和导航***。GPS接收机在车载导航和移动消费电子等领域得到迅速发展。随着应用领域的不断扩大和使用群体的迅速增加，使用者对GPS接收机的功能和性能提出了越来越多的要求。 

如图1所示，传统的GPS接收机100主要包括天线110、前置放大器120、射频/中频(RF/IF)变换器130、模数(A/D)变换器140、数字基带处理器150、导航处理器160以及控制显示单元170。GPS卫星发射的射频(RF)信号通过天线110接收下来，并通过一个无源的带通滤波器进行滤波，以减小带外射频干扰。接着前置放大器120对滤波后的RF信号进行预放大，射频/中频(RF/IF)变换器130将射频下变频为中频(IF)。再用A/D变换器140对IF信号进行采样和数字化，得到数字中频信号(也称为数字基带信号)并将数字中频信号送入数字基带处理器150进行处理。数字基带处理器150主要完成以下功能：捕获卫星，跟踪卫星，对导航电文数据信号实行解调，以解调出导航电文数据；进行伪距测量，载波相位测量及多普勒频移测量。导航处理器160根据提取的伪距和频率测量信息进行定位结算，给出用户的位置、速度和时间(PVT)信息。最后，通过控制显示单元170在屏幕上显示出用户的PVT信息。GPS接收机定位的基本条件是跟踪至少4颗GPS卫星的信号，收集到4颗卫星的星历信息。 

首次定位时间(Time to First Fix，TTFF)是指GPS接收机从开机到首次定位所需要的时间，是衡量GPS接收机性能的一项重要指标。使用者 通常希望在GPS接收机开机后很短的时间内便可以定位。 

根据不同的已知先验信息，GPS接收机的启动模式可分为冷启动(coldstart)、温启动(warm start)和热启动(hot start)三种，其中冷启动是指GPS接收机在无任何已知信息(包括卫星星历、历书、历史接收机位置和时钟信息)的条件下启动，温启动是指在具有有效卫星历书、粗略接收机位置和时钟信息的条件下开机启动，而热启动则是指在有卫星星历、粗略接收机位置和精确GPS时钟信息的条件下开机启动。 

图2示意性地示出了现有GPS接收机在上述三种启动模式下的定位流程。如图2所示，GPS接收机在冷启动模式下从开机到定位一般需要经历如下几个过程：卫星信号的捕获(acquisition)、卫星信号的跟踪(track)、导航电文比特同步(navigation data bit synchronization)、导航电文子帧同步(navigation data subframe synchronization)(其也可称为导航电文帧同步)、卫星星历收集(satellite ephemeris gathering)和定位输出(fixing andoutputting)。目前，市场上普通GPS接收机的冷启动TTFF均在40s左右。 

而在温启动和热启动模式下，由于存在一定的先验信息，GPS接收机的首次定位流程略有不同。如图2所示，除了不需要捕获全部卫星的信号，GPS接收机在温启动模式下从开机到定位同样也要经历卫星信号的跟踪、导航电文比特同步、导航电文子帧同步、卫星星历收集和定位输出等过程。GPS接收机在热启动模式下从启动到定位时，由于存在精确的GPS时钟信息，可以省掉比特同步过程，并且由于存在卫星星历信息，可以省掉帧同步及星历收集过程。 

在传统GPS接收机在冷启动和/或温启动模式下进行定位的过程中，由于卫星信号的捕获、跟踪、同步和解调均需串行完成，使得GPS接收机在开机后无法迅速地定位以获得当前位置信息。因此，如何提高GPS定位的TTFF性能仍然是目前亟待解决的问题之一。 

发明内容

鉴于以上情况，本发明提出了一种用于从GPS卫星信号中获取导航比特流的方法和装置、GPS接收机及其定位方法。根据本发明实施例的方法和装置能够改善在冷启动和/或温启动模式下进行GPS定位时的TTFF性能。 

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于从GPS卫 星信号中获取导航比特流的方法，包括：对GPS卫星信号中的导航电文进行比特同步，以确定导航电文的比特边界；在对GPS卫星信号中的导航电文进行比特同步期间，存储比特同步过程中的GPS卫星信号中的伪随机码的信息；在比特同步完成之后，根据所确定的导航电文的比特边界，将比特同步期间所存储的伪随机码的信息解调为第一部分导航比特；在比特同步完成之后，根据所确定的导航电文的比特边界，将所确定的比特边界之后的导航电文解调为第二部分导航比特；以及将第一部分导航比特与第二部分导航比特相连接，以形成连续的导航比特流。 

根据本发明的一个实施例，在比特同步期间所存储的伪随机码的信息为伪随机码的积分值。 

根据本发明的一个实施例，将所存储的伪随机码的信息解调为第一部分导航比特进一步包括按以下方式逐个解调出第一部分导航比特中的每个导航比特：计算一个导航比特的伪随机码的积分值在所存储的伪随机码的积分值中的起始位置作为该导航比特的第一位置；计算该导航比特的伪随机码的积分值在所存储的伪随机码的积分值中的结束位置作为该导航比特的第二位置；以及对从该导航比特的第一位置至该导航比特的第二位置的所有伪随机码的积分值进行解调，以得到该导航比特。 

优选地，通过软件来实现将比特同步期间所存储的伪随机码的信息解调为第一部分导航比特。 

根据本发明的另一方面，提供了一种GPS接收机的定位方法，包括：捕获和跟踪GPS卫星信号；对GPS卫星信号中的导航电文进行比特同步，以确定导航电文的比特边界；在对GPS卫星信号中的导航电文进行比特同步期间，存储比特同步过程中的GPS卫星信号中的伪随机码的信息；在比特同步完成之后，根据所确定的导航电文的比特边界，将比特同步期间所存储的伪随机码的信息解调为第一部分导航比特；在比特同步完成之后，根据所确定的导航电文的比特边界，将所确定的比特边界之后的导航电文解调为第二部分导航比特；以及将第一部分导航比特与第二部分导航比特相连接，以形成连续的导航比特流；对导航比特流进行导航电文子帧同步；从子帧同步后的导航电文中收集星历和历书；以及根据所收集到的星历和历书来获得GPS接收机的定位信息。 

根据本发明的另一方面，提供了一种用于从GPS卫星信号中获取导航比特流的装置，包括数字基带处理器，用于对GPS卫星信号中的导航电文进行比特同步以确定导航电文的比特边界。其中，所述数字基带处理器进一 步包括：伪随机码信息存储单元，用于在所述数字基带处理器对GPS卫星信号中的导航电文进行比特同步期间存储比特同步过程中的GPS卫星信号中的伪随机码的信息。所述装置还包括补充导航电文解调单元，用于在比特同步完成之后，根据数字基带处理器所确定的导航电文的比特边界，将所述伪随机码信息存储单元在比特同步期间所存储的伪随机码的信息解调为第一部分导航比特。所述数字基带处理器还用于在比特同步完成之后，根据所确定的导航电文的比特边界，将所确定的比特边界之后的导航电文解调为第二部分导航比特。所述装置还包括导航比特流形成单元，用于将所述第一部分导航比特与第二部分导航比特相连接，以形成连续的导航比特流。 

根据本发明的另一方面，提供了一种GPS接收机，包括根据本发明的实施例的用于从GPS卫星信号中获取导航比特流的装置。其中，所述基带处理器还用于捕获和跟踪GPS卫星信号，以及对所述装置所获取的导航比特流进行导航电文子帧同步；并且所述GPS接收机还包括导航处理器，所述导航处理器用于从子帧同步后的导航电文中收集星历和历书，以及根据所收集到的星历和历书来获得GPS接收机的定位信息。 

根据本发明的一个实施例，GPS接收机中的补充导航电文解调单元和导航比特流形成单元通过软件来实现，并设置在导航处理器中。 

根据本发明的方法和装置通过将导航电文比特同步期间的伪随机码的信息比如积分值存储下来并在导航电文比特同步之后解调该段导航电文，有效的提高了导航电文比特同步期间的伪随机码信息的利用率，增加了可用的导航电文数据，缩短了子帧同步和星历收集的时间，从而提高了GPS定位时的TTFF性能。 

另外，本发明还提供了相应的计算机可读存储介质和计算机程序产品。 

附图说明

本发明的以上和其它目的、特征和优点将通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解。在所有附图中，相同或相似的附图标记表示相同或者相似的部件。在所述附图中： 

图1是根据现有技术的GPS接收机的结构示意图； 

图2是根据现有技术的在GPS接收机的三种启动模式下的定位流程图； 

图3是GPS导航电文的结构示意图； 

图4是根据现有技术的GPS接收机在冷启动模式下的定位方法的原理示意图； 

图5是根据本发明实施例的GPS接收机在冷启动模式下的定位方法的原理示意图； 

图6是根据本发明实施例的用于从GPS卫星信号中获取导航比特流的方法的流程图； 

图7是根据本发明实施例的GPS接收机的定位方法的流程图； 

图8是根据本发明实施例的形成连续的导航比特流的示意图； 

图9是根据本发明实施例的用于从GPS卫星信号中获取导航比特流的装置的结构示意图；以及 

图10是根据本发明实施例的GPS接收机的结构示意图。 

具体实施方式

为了便于更好地理解本发明的原理和说明本发明的实施例，下面首先参考附图、特别是图3至5来描述根据本发明实施例的一般原理。 

GPS卫星信号是GPS卫星向地面发送的用于导航定位的无线信号，它包含：载波、伪随机码和导航电文码。GPS使用L波段的两种载频，L1载波为1575.42MHz，L2载波为1227.6MHz，GPS卫星的伪随机码和导航电文码通常采用BPSK调制方式调制到载波上，经卫星发射天线发射出去。 

伪随机噪声(Pseudo Random Noise，PRN)码也被称为伪随机码或伪噪声码，并具有如下特点： 

1.具有高斯白噪声的性质，即良好的自相关特性； 

2.具有一定的周期和编码规则，可人为再现，并且可人为控制。这一点对于信号的扩频解调是必需的。 

使用伪随机噪声码的优点在于可实现扩频通信，从而实现保密通信和基于码分多址(CDMA)的通信。一般数据码信号的频带很窄，而PRN码信号的频带很宽，因此，通过将数据码调制到PRN码上，使数据码信号的频带展宽，这个过程即为公知的扩频。 

在GPS***里，每一颗卫星使用一个不同的PRN码对数据进行公知的直序扩频。在民用GPS领域里，这个伪随机码被称为粗捕获(Coarse Acquisition，C/A)码。GPS接收机通过识别C/A码而区别出来自不同卫星的信号。C/A码由1023个码片组成，每1毫秒(ms)序列循环一次。 

导航电文码是用户用来定位和导航的数据基础。导航电文码主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息等。这些信息以二进制码的形式按规定格式向外播送。导航电文中的每一个比特被称为导航比特，它的码速率为50比特/秒(bit/s)，宽度为20ms。也就是说，每一个导航比特周期包含20个C/A码的周期。这个关系非常重要，是导航电文比特同步和解调导航比特的基础。 

下面以GPS接收机在冷启动模式下从开机到定位的过程为例简要描述和分析整个GPS定位过程的各个阶段的耗时情况。 

GPS信号捕获和跟踪

GPS卫星信号的捕获和跟踪的目的在于获知此卫星信号的两个性质：频率和码相位。 

从GPS规范上可以得知，L1载波的频率为1575.42MHz，L2载波的频率为1227.60MHz。但是，从特定卫星得到的频率并不一定是如规范所描述的那样。由于存在有相对运动的关系，在频率上会产生多普勒效应。假设GPS接收机静止接收GPS信号，由于卫星的运动，多普勒效应所影响的范围大约为5kHz，如果GPS接收机也处于高速移动的状态下，多普勒效应所影响的频率可能会到达10kHz。 

码相位代表C/A码周期信号的边界位置。目前，GPS信号捕获的方法都是根据GPS信号C/A码的特质来做处理，卫星信号是由32个不同的伪随机噪声序列区别，而上述特质就是指这些伪随机噪声序列的彼此之间几乎没有互相关(Cross Correlation)，并且只有自己本身和自己在没有延迟的情况下，自相关函数(Auto-correlation Function)才会有极值。 

通常运用接收机本身的伪随机噪声序列产生器产生卫星的伪随机噪声序列，再通过改变码相位和振荡器(Oscillator)所产生的载波频率，来与接收到的信号做相关运算，以识别所接收的卫星信号中的伪随机噪声序列。本领域技术人员将了解很多常用的相关算法，因此这里不做深入讨论。 

在相同的启动模式下，GPS卫星信号的捕获和跟踪的快慢取决于基带相关运算资源的多少，即GPS接收机的通道资源数量。在不同的启动模式下，冷启动的卫星捕获跟踪时间消耗多于温启动的捕获跟踪时间消耗，温启动的捕获跟踪时间消耗多于热启动的卫星捕获跟踪时间消耗。 

GPS信号导航电文比特同步

当卫星信号捕获完成时，仅能获取到该卫星信号的C/A码的边界信息。因此，要进行导航电文的解调，必须在捕获所得的C/A码的1ms边界的基础上完成导航电文的边界同步，即导航电文比特同步。 

下面首先简单介绍一下GPS信号的导航电文结构。卫星下发的GPS L1信号由三部分共同调制而成：频率为1.57542GHz的载波信号、1.023MHz的C/A码信号和50Hz的导航电文信息。图3是GPS导航电文的结构示意图。如图3所示，在L1上所承载的导航电文以帧为单位，每个帧为1500比特，一帧又可分为五个子帧。导航电文的内容包括卫星的周内时间(Timeof week，TOW)、广播星历(Broadcast Ephemeris)、电离层参数及历书(Almanac)等。其中，广播星历用来计算各卫星本身的精确轨道位置，并且被包含在导航电文的1/2/3子帧中，正常情况下，它每2小时更新一次，每次更新的有效期约四小时；历书为所有卫星在轨道上的概略位置及其状况等，正常情况下，它每周更新一次，有效时间可达数周。 

常用的导航电文比特同步的方法包括以下步骤： 

在捕获所得的1ms C/A码边界的基础上进行积分，得到1ms C/A码数据的积分值； 

在同一个导航比特周期里，由于C/A码调制的是同一个导航比特，因此，在一个导航比特周期里的20个1ms C/A码的积分值应该是大致相等且同号。如果相邻两个导航比特发生了0、1翻转，则这个翻转会通过1ms积分值体现出来。积分值发生明显变化的时刻就是20ms的导航比特的边界； 

可以用多个20ms的积分累加值来找到第一个20ms的导航比特的边界，再对这个导航比特边界进行多次的验证，以提高比特同步的准确率。 

导航电文比特同步的耗时与信号强度以及比特同步所用的数据存在一定的关系。一般来说，信号越强、比特同步所用的数据段中0、1的分布越均匀，比特同步的成功率越高、耗时较少；反之，则比特同步成功率降低，耗时增长。在保证足够的检测概率的基础上，导航电文比特同步一般需要花费4～6秒(s)的时间。 

GPS导航电文解调

在确定导航比特边界之后，就可以解调导航比特了。解调出导航比特的方法大致可以分为两大类，幅度解调和符号解调。这两类方法本质都是利用C/A码的1ms积分值信息。例如，可以通过累加20个1ms积分值，判断累 加值的符号；也可以判断20个1ms积分值的符号等等。具体的导航电文解调方法对于本领域技术人员来说应当是公知的，而且也不是本发明所关注的问题，因此这里就不做详细描述了。 

GPS导航电文子帧同步和星历收集

在导航比特的帧传输协议中，约定了帧头序列(preamble)和帧校验机制。正确收集星历的前提是要查找到正确的帧头序列，这一过程在本文中称为导航电文子帧同步。GPS导航电文的传输结构决定了子帧同步平均需要耗费3s的时间。 

在完成子帧同步之后，根据导航电文的结构定义，在奇偶校验正确的前提下，进行卫星星历、历书和电离层参数的提取收集。在满足解调灵敏度的条件下，收集到一份完整的星历平均需要耗费24s的时间。 

GPS定位输出

在至少锁定4颗GPS卫星信号和收集齐了相关卫星的星历的条件下，通过软件根据基带测量的频率和伪距信息，计算出GPS接收机的位置、速度和时间信息，并将相关计算结果在滤波处理之后输出到用户显示单元。关于GPS的位置、速度和时间计算、以及对计算结果的滤波处理非本发明所关注的焦点，并且本领域技术人员已知进行这些计算和处理的多种方法，因此在这里就不进行详细描述了。 

从以上的描述和分析可见，GPS接收机从开机到定位需要经历的阶段较多，每个阶段的耗时均会影响GPS接收机的TTFF性能。其中，子帧同步和星历收集的时间是由GPS导航电文结构所决定的，而信号捕获则是由***的相关器资源所决定。本发明主要着重从导航电文比特同步、导航电文解调的角度分析提高TTFF的性能的方法。 

从上文可知，由于卫星信号的捕获过程仅能提供C/A码(1ms)的边界信息，而导航电文的周期为20ms，因此在导航电文比特同步期间无法进行导航电文的解调运算。在如图4所示的传统的冷启动定位流程中，导航电文比特同步和导航电文解调这两个阶段是串行进行的。也就是说，用于导航电文比特同步的数据无法用于导航电文的解调。基于这一点，本发明提出了一种用于从GPS卫星信号中获取导航比特流的方法和装置、GPS接收机及其定位方法，其能够在空间上并行处理导航电文比特同步和导航电文解调，从而提高了GPS接收机的TTFF性能。 

在根据本发明的方案中，将导航电文比特同步期间的C/A码信息(例 如积分值信息或C/A码序列)存储下来作为补充的导航电文，并且在导航电文比特同步之后解调该段导航电文。这样，可以有效地提高比特同步期间的C/A码积分信息的利用率，增加了GPS定位过程中可用的导航电文数据量，从而缩短了子帧同步和星历收集的时间，提高了GPS接收机的TTFF性能。图5示出根据本发明实施例的冷启动模式下的GPS定位方法的原理示意图。根据本发明实施例的温启动模式下的GPS定位方法的原理与此相同。 

下面结合附图、特别是图6至图10来描述根据本发明实施例的用于从GPS卫星信号中获取导航比特流的方法和装置、GPS接收机及其定位方法。在以下的描述中，为了清楚起见，省略了对与本发明目的无关或关系不大的、且本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

图6示出根据本发明实施例的用于从GPS卫星信号中获取导航比特流的方法600的示意性流程图，而图7示出了根据本发明实施例的GPS接收机的定位方法700的示意性流程图，且在图7所示的GPS接收机定位方法利用了图6中的方法来获取GPS卫星信号中的导航比特流。为了方便本领域技术人员更好地理解根据本发明实施例的方法，这里首先参照图7来描述根据本发明实施例的GPS接收机定位方法。 

如图7所示，首先，在步骤S710中，捕获和跟踪GPS卫星信号。通常是在某个频率区间上对特定卫星信号进行捕获。捕获完成后，基于捕获所确定的频率和C/A码相位开始对该卫星信号进行跟踪。所述捕获和跟踪可以使用现有技术中已知的各种技术手段来实现，这里不再赘述。 

接着，在步骤S720中，在所确定的C/A码相位的基础上，对GPS卫星信号中的导航电文进行比特同步，以确定导航电文的比特边界。在此也可以使用现有技术中已知的各种导航电文比特同步方法来实现，因此省略了其具体描述。 

在进行导航电文比特同步的同时，在步骤S730中，存储比特同步过程中的每个1ms的C/A码的积分值。在此，假设用[int1，int1，...，intn]表示比特同步期间的各个1ms的C/A码积分值。尽管在该实施例中存储的是C/A码的积分值，但是本领域技术人员应当理解，在其它实施例中，也可以存储C/A码的其它信息。例如，根据本发明的一个实施例，可以在步骤S730中存储比特同步过程中的C/A码序列。C/A码的积分值可以通过C/A码序列计算而得到。 

在导航电文比特同步完成以后，即，在已经获取到导航电文的比特边界时，在步骤S740，根据导航电文的比特边界将比特同步期间存储的各个1ms的C/A码积分值解调成导航比特。 

另外，在导航电文比特同步完成以后，在步骤S750中，根据导航电文的比特边界，将所确定的比特边界之后的导航电文解调成导航比特。 

在此，步骤S740和S750的处理可以彼此串行执行(也可以先执行步骤S750的处理然后再执行步骤S740的处理)，但是也可以彼此地并行执行。 

接着，在步骤S760中，将在步骤S740和S750中解调出的导航比特连接成连续的导航比特流。相对于现有技术而言，在步骤S740中进行的解调提供了附加的可用导航比特，因此在本文中也称为补充导航电文解调。

根据本发明的一个实施例，在步骤S740中，可以按以下过程逐个解调出每个导航比特： 

1、假设导航电文比特同步的总耗时为n毫秒(ms)，则比特同步期间的导航比特数 

其中 

是用于对计算结果向下取整的运算符； 

2、根据比特同步所得的比特边界可知，从intn开始，往前每间隔20个1ms积分值就代表一个完整的导航比特信息； 

3、假设StartNavBit(i)为第i个导航比特的1ms C/A码积分在比特同步期间所存储的C/A码积分值当中的起始位置，则： 

StartNavBit(i)＝n-bitcnt＊20+(i-1)＊20+1            (1)， 

其中i为正整数且i≤bitcnt。 

4、假设EndNavBit(i)为第i个导航比特的1ms C/A码积分在比特同步期间所存储的C/A码积分值当中的结束位置，则： 

EndNavBit(i)＝StartNavBit(i)+19                (2) 

5、将StartNavBit(i)至EndNavBit(i)的积分值按照如在章节“GPS导航电文解调”中所述的常规解调方法进行解调，即可得到比特同步期间第i个导航比特。 

然后，在步骤S770中，对在步骤S760获取到的导航比特流进行导航电文子帧同步。在步骤S780中，从子帧同步后的导航电文中收集星历和历书。在步骤S790中，根据所收集到的星历和历书来获得GPS接收机的定位信息，从而完成GPS定位。当然，还可以将获得的GPS接收机的定位信息以各种 已知的方式显示给用户。步骤770至S790的处理可以使用现有GPS接收机定位方法中已知的相应处理过程，因此为了说明书的简洁起见，这里不再对其进行详细描述。 

在图6所示的根据本发明实施例的用于从GPS卫星信号中获取导航比特流的方法中，步骤S610、S620、S630、S640、S650的处理与图7中的GPS接收机定位方法的步骤S720、S730、S740、S750、S760的处理相同。也就是说，在图7中的GPS接收机定位方法中可以利用图6中的方法来获取导航比特流。为简洁起见，这里不再对图6中的各个步骤进行详细说明。 

图8示出了根据本发明实施例的形成连续的导航比特流的示意图。从图中可以看到，在导航电文比特同步期间保存的C/A码积分值通过补充导航电文解调而形成一部分导航比特。另外，在比特同步结束后通过常规的导航电文解调得到另一部分导航比特。将这两部分导航比特连接在一起，便形成了一段连续的导航比特流。 

图9示出了根据本发明实施例的用于从GPS卫星信号中获取导航比特流的装置900的结构示意图。如图9所示，装置900包括数字基带处理器910、补充导航电文解调单元921以及导航比特流形成单元922。数字基带处理器910可用于对GPS卫星信号中的导航电文进行比特同步以确定导航电文的比特边界。数字基带处理器910中进一步包括伪随机码信息存储单元911，其可用于在所述数字基带处理器对GPS卫星信号中的导航电文进行比特同步期间存储比特同步过程中的GPS卫星信号中的C/A码的信息(比如积分值或者C/A码序列)。补充导航电文解调单元921可用于在比特同步完成之后，根据数字基带处理器所确定的导航电文的比特边界，将伪随机码信息存储单元911在比特同步期间所存储的C/A码的信息解调为一部分导航比特。所述基带处理器910还用于在比特同步完成之后，根据所确定的导航电文的比特边界，将所确定的比特边界之后的导航电文解调为另一部分导航比特。导航比特流形成单元922可用于将这两部分导航比特相连接，以形成连续的导航比特流。 

根据本发明的一个实施例，补充导航电文解调单元921可按照以上所述的图7中的步骤740中所采用的方法，逐个解调出每个导航比特。为简洁起见，这里不再对此进行详细描述。 

根据本发明的一个实施例，可以通过软件来实现补充导航电文解调单元921和导航比特流形成单元922。当然，本领域技术人员应当理解，也可以通过硬件或固件来实现这些单元。然而，使用硬件或固件来实现这些单元可 能需要较高的成本。 

图10示出了根据本发明实施例的GPS接收机1000的结构示意图。如图10所示，GPS接收机1000中包括了图9中的用于从GPS卫星信号中获取导航比特流的装置900，而GPS接收机1000的其余组成部件与现有GPS接收机中的相同。因此，为简洁起见，这里不再对GPS接收机1000的各个组成部件进行详细描述。 

本领域技术人员可以理解，GPS接收机1000中的基带处理器1050还可用于捕获和跟踪GPS卫星信号，以及对导航比特流形成单元1062所形成的导航比特流进行导航电文子帧同步。另外，GPS接收机1000还包括导航处理器1060，其可用于从子帧同步后的导航电文中收集星历和历书，以及根据所收集到的星历和历书来获得GPS接收机的定位信息。 

根据本发明的一个实施例，补充导航电文解调单元1061和导航比特流形成单元1062可以通过软件来实现，并且可以设置在导航处理器1060中，如图10所示。另外，如上所述，补充导航电文解调单元1061和导航比特流形成单元1062也可以通过硬件或固件来实现，并且可以设置在例如数字基带处理器1050中(未示出)。 

通过以上的描述不难看出，在根据本发明的实施例中，通过将导航电文比特同步期间的C/A码信息(例如积分值信息)存储下来作为附加的导航电文，并且在导航电文比特同步之后解调该段导航电文，可以有效地提高比特同步期间的C/A码积分信息的利用率，增加了可用的导航电文数据量，从而有助于缩短子帧同步和星历收集的时间，提高了GPS接收机的TTFF性能。 

以上以冷启动模式为例对根据本发明实施例的上述用于从GPS卫星信号中获取导航比特流的方法和装置、GPS接收机及其定位方法进行了说明。然而，本领域技术人员应当明白，本发明的原理可同样适用于温启动模式。 

测试结果

为了更好地说明根据本发明实施例的上述GPS接收机定位方法和/或GPS接收机的性能，在同样的条件下，针对使用根据本发明的GPS接收机定位方法和/或GPS接收机和使用传统的GPS接收机定位方法和/或GPS接收机这两种情况分别测试了GPS接收机在冷启动模式下的TTFF性能指标。 

为了测试的客观性和对比性，整个测试过程设计如下：在忽略所有的备份信息(卫星星历，历书，时钟信息，历史接收机位置等)的前提下开机， 直至GPS接收机定位，记录本次的TTFF耗时，在定位之后的0～30s内，随机开始下次测试。 

测试结果如表1所示。从表1中可以看出，在采用根据本发明实施例的GPS方法和/或GPS接收机时的冷启动TTFF比采用传统的GPS接收机定位方法和/或GPS接收机时的冷启动TTFF缩短了3.6s，这表明显著提升了GPS接收机的TTFF性能。 

表1冷启动TTFF对比测试结果 

测试方法	测试次数	平均TTFF(S)
			传统冷启动定位	1003	36.0
快速冷启动定位	1098	32.4

以上结合具体实施例描述了本发明的基本原理，但是，需要指出的是，对本领域的普通技术人员而言，能够理解本发明的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件，可以在任何计算设备(包括处理器、存储介质等)或者计算设备的网络中，以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实现，这是本领域普通技术人员在阅读了本发明的说明的情况下运用他们的基本编程技能就能实现的，因此在这里省略了详细说明。

因此，基于上述理解，本发明的目的还可以通过在任何信息处理设备上运行一个程序或者一组程序来实现。所述信息处理设备可以是公知的通用设备。因此，本发明的目的也可以仅仅通过提供包含实现所述方法或者设备的程序代码的程序产品来实现。也就是说，这样的程序产品也构成本发明，并且存储有这样的程序产品的存储介质也构成本发明。显然，所述存储介质可以是任何公知的存储介质或者将来所开发出来的任何存储介质，因此也没有必要在此对各种存储介质一一列举。 

还需要指出的是，在本发明的装置和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。并且，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。 

虽然已经详细描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的普通技术人员应当知道，本发明的保护范围不限于这里所公开的具体细节，而可以具有在本发明的精神实质范围内的各种变化和等效方案。 

Claims (16)

1.一种用于从GPS卫星信号中获取导航比特流的方法，包括：

对GPS卫星信号中的导航电文进行比特同步，以确定导航电文的比特边界；

在对GPS卫星信号中的导航电文进行比特同步期间，存储比特同步过程中的GPS卫星信号中的伪随机码的信息；

在比特同步完成之后，根据所确定的导航电文的比特边界，将比特同步期间所存储的伪随机码的信息解调为第一部分导航比特；

在比特同步完成之后，根据所确定的导航电文的比特边界，将所确定的比特边界之后的导航电文解调为第二部分导航比特；以及

将第一部分导航比特与第二部分导航比特相连接，以形成连续的导航比特流。

2.如权利要求1所述的方法，其中在比特同步期间所存储的伪随机码的信息为伪随机码的积分值。

3.如权利要求2所述的方法，其中将所存储的伪随机码的信息解调为第一部分导航比特的步骤进一步包括：按以下方式逐个解调出第一部分导航比特中的每个导航比特：

计算一个导航比特的伪随机码的积分值在所存储的伪随机码的积分值中的起始位置作为该导航比特的第一位置；

计算该导航比特的伪随机码的积分值在所存储的伪随机码的积分值中的结束位置作为该导航比特的第二位置；以及

对从该导航比特的第一位置至该导航比特的第二位置的所有伪随机码的积分值进行解调，以得到该导航比特。

4.如权利要求3所述的方法，其中，根据以下等式来计算第一部分导航比特中的第i个导航比特的第一位置StartNavBit(i)：

StartNavBit(i)＝n-bitcnt＊20+(i-1)＊20+1，

其中n为比特同步总耗时的毫秒数，bitcnt为比特同步期间的导航比特数，且

其中

是对计算结果向下取整的运算符，i为正整数且i≤bitcnt。

5.如权利要求4所述的方法，其中，根据以下等式来计算第一部分导航比特中的第i个导航比特的第二位置EndNavBit(i)：

EndNavBit(i)＝StartNavBit(i)+19。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中通过软件来实现将比特同步期间所存储的伪随机码的信息解调为第一部分导航比特。

7.一种GPS接收机的定位方法，包括：

捕获和跟踪GPS卫星信号；

利用前述任一项权利要求所述的方法来从捕获到的GPS卫星信号中获取导航比特流；

对所获取的导航比特流进行导航电文子帧同步；

从子帧同步后的导航电文中收集星历和历书；以及

根据所收集到的星历和历书来获得GPS接收机的定位信息。

8.一种用于从GPS卫星信号中获取导航比特流的装置，包括数字基带处理器，用于对GPS卫星信号中的导航电文进行比特同步以确定导航电文的比特边界，并且所述数字基带处理器进一步包括伪随机码信息存储单元，用于在所述数字基带处理器对GPS卫星信号中的导航电文进行比特同步期间存储比特同步过程中的GPS卫星信号中的伪随机码的信息；

所述装置还包括补充导航电文解调单元，用于在比特同步完成之后，根据数字基带处理器所确定的导航电文的比特边界，将所述伪随机码信息存储单元在比特同步期间所存储的伪随机码的信息解调为第一部分导航比特；

所述数字基带处理器还用于在比特同步完成之后，根据所确定的导航电文的比特边界，将所确定的比特边界之后的导航电文解调为第二部分导航比特；以及

所述装置还包括导航比特流形成单元，用于将所述第一部分导航比特与第二部分导航比特相连接，以形成连续的导航比特流。

9.如权利要求8所述的装置，其中伪随机码信息存储单元在比特同步期间所存储的伪随机码的信息为伪随机码的积分值。

10.如权利要求9所述的装置，其中所述补充导航电文解调单元进一步用于按以下方式逐个解调出第一部分导航比特中的每个导航比特：

计算一个导航比特的伪随机码的积分值在伪随机码信息存储单元所存储的伪随机码的积分值中的起始位置作为该导航比特的第一位置；

计算该导航比特的伪随机码的积分值在伪随机码信息存储单元所存储的伪随机码的积分值中的结束位置作为该导航比特的第二位置；以及

对从该导航比特的第一位置至该导航比特的第二位置的所有伪随机码的积分值进行解调，以得到该导航比特。

11.如权利要求10所述的装置，其中，所述补充导航电文解调单元进一步用于根据以下等式来计算第一部分导航比特中的第i个导航比特的第一位置StartNavBit(i)：

StartNavBit(i)＝n-bitcnt＊20+(i-1)＊20+1，

其中n为比特同步总耗时的毫秒数，bitcnt为比特同步期间的导航比特数，且

其中

是对计算结果向下取整的运算符，i为正整数且i≤bitcnt。

12.如权利要求11所述的装置，其中，所述补充导航电文解调单元进一步用于根据以下等式来计算第一部分导航比特中的第i个导航比特的第二位置EndNavBit(i)：

EndNavBit(i)＝StartNavBit(i)+19。

13.如权利要求8-12中任一项所述的装置，其中所述补充导航电文解调单元和导航比特流形成单元通过软件来实现。

14.一种GPS接收机，包括权利要求8-12中任一项所述的装置，其中，所述基带处理器还用于捕获和跟踪GPS卫星信号，以及对所述装置所获取的导航比特流进行导航电文子帧同步；并且

所述GPS接收机还包括导航处理器，所述导航处理器用于从子帧同步后的导航电文中收集星历和历书，以及根据所收集到的星历和历书来获得GPS接收机的定位信息。

15.如权利要求14所述的GPS接收机，其中所述补充导航电文解调单元和导航比特流形成单元通过软件来实现。

16.根据权利要求14或15所述的GPS接收机，其中所述补充导航电文解调单元和导航比特流形成单元设置在所述导航处理器中。

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