CN101246208B

CN101246208B - 减少开机后首次定位时间的gps接收机及方法

Info

Publication number: CN101246208B
Application number: CN2007100801565A
Authority: CN
Inventors: 余晓光; 黄海权
Original assignee: O2Micro China Co Ltd
Current assignee: Dongguan starry South Electronic Technology Co., Ltd.
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2027-02-14
Also published as: CN101246208A

Abstract

本发明公开了一种减少开机后首次定位时间的GPS接收机及方法。GPS接收机包括定位单元和与定位单元通信的非易失存储器。减少GPS接收机首次定位时间的方法包括如下步骤：读取非易失存储器存储的备份信息；获取当前时间信息；根据当前时间和备份信息，估算多普勒频移的范围；根据多普勒频移的范围，捕获GPS卫星；以及计算GPS接收机的位置。由于使用非易失存储器中的备份信息来估算多普勒频移的范围，即使系统电池电力不足或掉电，非易失存储器中的备份信息仍然有效，从而实现使用者在打开GPS接收机后的快速定位。

Description

减少开机后首次定位时间的GPS接收机及方法

技术领域

本发明涉及一种GPS接收机及其定位方法，特别是涉及一种减少开机后首次定位时间的GPS接收机及法。

背景技术

随着汽车及电子计算机技术的发展和人们生活需求的提高，全球卫星定位系统(GPS)得到了广泛的应用，越来越多的人开始使用GPS接收机和导航系统。GPS接收机在车载导航和移动消费电子等领域迅速发展。

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，如灵敏度(Sensitivity)和定位精度(Accuracy)等。此外，开机后首次定位的时间(TTFF，Time To First Fix)也是其中十分重要的一项性能指标。使用者希望在GPS接收机开机后很短的时间便可以定位，目前的GPS接收机的TTFF性能一般均超过35秒，很多甚至多达几分钟。因此，使用者在打开GPS接收机后无法迅速获得当前位置信息。

目前，GPS接收机使用电池供电的随机存储器(RAM)和实时时钟(RTC)。一般来说，GPS接收机在工作期间会将卫星导航电文、定期计算出的用户位置和速度等信息备份到RAM中。但是，由于RAM需要电池供电，当电池掉电或电力不足时，RAM中备份的相关信息容易丢失或出错，从而使得GPS接收机在再次开机后无法正常实现定位。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种减少开机后首次定位时间的GPS接收机及其方法，在GPS接收机重新开机后，可利用GPS接收机关闭电源前备份的GPS卫星导航电文等相关信息来进行定位，以提高GPS接收机的TTFF性能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种减少GPS接收机开机后首次定位时间的方法。GPS接收机包括定位单元和与定位单元通信的非易失存储器。减少GPS接收机首次定位时间的方法包括如下步骤：

步骤1，读取所述非易失存储器存储的备份信息；

步骤2，获取当前时间信息；

步骤3，根据当前时间信息和备份信息，估算GPS卫星信号的多普勒频移范围；

步骤4，根据所述多普勒频移范围，捕获GPS卫星信号；及

步骤5，计算GPS接收机的当前位置；

其中，所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤21，从所述定位单元所包括的一系统实时时钟获取当前时间信息，或者通过所述定位单元内部所包括的通讯接口从外部辅助单元获取当前时间信息；

步骤22，确定是否获取到当前时间信息，如果获取到，则执行步骤3，如果没有获取到，则执行步骤23；

步骤23，捕获和跟踪至少一颗GPS卫星；

步骤24，根据跟踪到的一颗GPS卫星的导航电文，作时间粗同步，获得当前时间信息，执行步骤3。

本发明还提供了一种减少开机后首次定位时间的GPS接收机。该GPS接收机包括定位单元和与定位单元通信的非易失存储器，该非易失存储器存储有备份信息。定位单元能按前述的步骤21-24获得当前时间信息，并根据当前时间和备份信息，估算出多普勒频移的范围，并根据多普勒频移的范围，捕获GPS卫星信号，以计算出GPS接收机的当前位置。

本发明进一步提供了一种对减少GPS接收机首次定位时间的系统中的非易失存储器存储的备份信息进行更新的方法。该方法包括如下步骤：对GPS接收机进行定位处理，获得包括GPS卫星导航电文和GPS接收机位置的当前信息；查询是否需要更新非易失存储器中的备份信息；若不需要更新，则继续对GPS接收机进行定位处理；以及若需要更新，则擦除非易失存储器中的备份信息，并将当前信息存储到非易失存储器中。

与现有技术相比，本发明使用非易失存储器来备份卫星导航电文和接收机位置等相关信息。非易失存储器不需要电池供电来保持存储在其中的信息，即使系统电池电力不足或掉电，非易失存储器中备份的相关信息仍然有效。根据当前时间和非易失存储器中备份的相关信息估算多普勒频移的范围，以对多普勒频移的搜索范围进行限定，减少了卫星捕获时间，从而实现使用者在打开GPS接收机后的快速定位。

以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。

附图说明

图1是本发明GPS接收机系统的结构框图。

图2是本发明GPS接收机系统开机后的数据处理流程图。

图3是对本发明GPS接收机系统中的非易失存储器保存的相关信息进行更新的处理流程图。

具体实施方式

图1是本发明GPS接收机系统的结构框图。GPS接收机系统100包括GPS定位单元102和非易失存储器(None-Volatile Memory)104。GPS定位单元102和非易失存储器104可以是两个独立的电子器件或芯片，也可以是一个电子器件或集成在同一块芯片上。

GPS定位单元102包括GPS信号处理单元1022、定位计算单元1024、可选的通信接口1026和可选的系统电池供电实时时钟(RTC)1028。GPS信号处理单元1022可以实现GPS信号的捕获、跟踪和解调等功能。定位计算单元1024进行GPS接收机的位置计算。

非易失存储器104，如FLASH存储器、FRAM(Ferroelectric RAM)存储器和MRAM(Magnetoresistive RAM)存储器等，可以进行在线擦除编程(Erasable and Programming in System)。在线擦除编程是指通过软件对非易失存储器104进行擦除和编程，不受系统电池供电的影响。非易失存储器104不需要电池供电来保持存储在其中的信息，编程速度快，在编程过程中不影响用户的正常定位。GPS定位单元102可以访问非易失存储器104，对非易失存储器104进行擦除和编程。GPS定位单元102在工作期间将卫星导航电文写入非易失存储器104，同时也会定期将计算出的用户位置和速度等信息写入非易失存储器104。对非易失存储器104中保存的相关信息的更新处理将在下文结合图3作具体描述。

GPS定位单元102可以使用RTC 1028获取当前的时间信息，也可以通过通信接口1026从外部辅助单元106获取当前的时间信息，以避免系统无RTC或者RTC因电池等原因导致的时间失效。外部辅助单元106可以是处理器或控制器，如控制手机或PDA上运行的地图软件的控制器，其可以通过通信接口1026提供当前的时间信息、用户当前粗略位置和速度等信息给GPS定位单元102。通信接口1026可以是通用异步收发器接口(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter；UART)、串行外围接口(Serial Peripheral Interface；SPI)和其他接口。值得注意的是，外部辅助单元106、通信接口1026和实时时钟1028均是可选器件，也就是说，这些器件对实现本发明的目的并不是必须的。

GPS接收机使用者会由于电池电力或其它原因，在某段时间内关闭GPS接收机电源，再次需要定位时再重新开启GPS接收机以获取当前位置等信息。由于非易失存储器104中存储了关闭电源前的GPS卫星信息和接收机的相关信息，并且在GPS接收机系统100关闭电源后，这些信息仍然存储在非易失存储器104中，重新开机后，便可通过非易失存储器104中存储的以上信息快速捕获、跟踪卫星，并快速计算出使用者的位置，以实现开机后快速定位。

下面结合图2对GPS接收机开机后的首次定位处理作详细描述。请参照图2，GPS接收机在步骤202被重新开启。当重新开启GPS接收机后，在步骤204，定位单元102从非易失存储器104中读取GPS接收机关闭前保存的备份信息。备份信息包括卫星导航电文和接收机的位置等信息。在步骤206，定位单元102从系统实时时钟1028获取当前时间信息或通过通信接口1026从外部辅助单元106获取当前时间信息。在步骤208，确定是否获取到当前时间信息。若获取到当前时间信息，则在步骤210对非易失存储器104中的备份信息进行验证。在步骤212，根据当前时间是否在备份信息有效的时间范围内，判断非易失存储器104中的备份信息是否有效。若备份信息有效，则在步骤214，基于当前时间和有效的备份信息，估算出当前卫星的多普勒频移(Doppler Shift)。如果备份信息无效，则进行GPS卫星信号的全域搜索。多普勒频移的具体估算方法是：根据当前时间的时刻值和非易失存储器104备份的导航电文中的卫星星历，确定当前可见卫星的个数和对应的卫星的ID，并估算出当前可见卫星在空间的位置，进而得到卫星在当前位置的运行速度。知道了卫星的速度，再根据多普勒频移计算公式和备份信息中的接收机的位置，就可以得到当前卫星多普勒频移的范围。也就是说，在步骤214，利用GPS卫星的位置信息和接收机的位置信息，估算出可见卫星的多普勒频移，以减少多普勒频移的搜索范围。其中，接收机位置信息可以在步骤216由定位单元102通过通信接口1026从外部辅助单元106获取，外部辅助单元106提供的接收机位置信息是最新的用户当前粗略位置信息，以避免接收机系统关闭期间使用者位置变化过大(如进行洲际旅行)而影响定位速度。如果定位单元102没有从外部辅助单元106获取到用户的最新位置信息，则还是采用非易失存储器104中备份的用户位置信息。换句话说，当外部辅助单元106可以提供用户位置信息时，优先使用该用户位置信息。GPS接收机包括一个产生本地参考频率的振荡器，该本地参考频率与GPS信号进行相关运算。由于温度、噪声等因素的影响，振荡器产生的本地参考频率与标准值会有一定的偏差，一般会有1KHz以上的频率偏差，该频率偏差将会影响多普勒频移的搜索范围，必须扩大多普勒频移的搜索范围才能把该偏差纳入到频率搜索范围内，导致搜索速度变慢。为解决此技术问题，在步骤218，估算参考频率的偏移量。在步骤220，基于估算的参考频率偏移量和多普勒频移，调整本地参考频率。在步骤222，基于较窄范围内的本地参考频率对卫星信号进行捕获，减少了捕获时间。在步骤224，利用非易失存储器104中存储的卫星导航电文和捕获到的GPS信号的伪随机噪声码的相移，定位计算单元1024计算出GPS接收机的位置，从而实现开机后的快速定位。

进一步参照图2，若定位单元102在步骤208确定未获取到当前时间信息，即系统无RTC或者RTC因电池等原因导致的时间失效，同时也没有外部辅助单元106或外部辅助单元106不能提供当前时间信息，则接收机在步骤226捕获和跟踪一颗或多颗卫星；在步骤228，根据步骤226跟踪到的一颗卫星的导航电文，作时间粗同步。基于卫星导航电文中的发射时间和卫星至地球表面的传输时间，完成时间粗同步，其误差可以控制在20毫秒以内。接着再根据时间粗同步获取的当前时间信息，执行如上所述的步骤210至224。上述的各个步骤可以通过例如定位单元执行一系列机器可读指令来实现。

图3是对非易失存储器中保存的相关信息进行更新的处理流程图。GPS接收机在步骤302被开启。当开启GPS接收机后，在步骤304，定位单元102对GPS接收机进行定位处理，获得包括GPS卫星导航电文和GPS接收机位置的当前信息。在步骤306，定位单元102查询是否需要更新非易失存储器104中的备份信息。每份信息，如GPS卫星导航电文，都具有一个有效的时间范围，如果同一颗卫星的当前导航电文在非易失存储器104中的备份信息有效的时间范围内，则无需对非易失存储器104中的备份信息进行更新，继续处理GPS接收机的定位。如果同一颗卫星的当前信息超出非易失存储器104中的备份信息有效的时间范围，则在步骤308，擦除非易失存储器104中的备份信息，并将当前信息存储到非易失存储器104中，以更新非易失存储器104中的备份信息。重复步骤304至308，直到GPS接收机在步骤410被关机。

本发明使用非易失存储器来备份卫星导航电文和接收机位置等相关信息。非易失存储器不需要电池供电来保持存储在其中的信息，即使系统电池电力不足或掉电，非易失存储器中备份的相关信息仍然有效。此外，本发明所述的GPS接收机可以没有实时时钟和外部辅助单元，而利用捕获到的一颗卫星实现时间粗同步，以获得当前时间信息。根据当前时间，验证非易失存储器中的备份信息是否有效和估算多普勒频移。由于对多普勒频移的搜索范围进行了限定，减少了卫星捕获时间，此外，可以利用有效的备份信息来获得卫星的位置，而无需解调捕获到的卫星的导航电文，从而实现使用者在打开GPS接收机后的快速定位。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种减少GPS接收机开机后首次定位时间的方法，该GPS接收机包括定位单元，其特征在于，所述GPS接收机还包括与所述定位单元通信的非易失存储器，所述方法包括如下步骤：

步骤1，读取所述非易失存储器存储的备份信息；

步骤2，获取当前时间信息；

步骤4，根据所述多普勒频移范围，捕获GPS卫星信号；及

步骤5，计算GPS接收机的当前位置；

其中，所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤23，捕获和跟踪至少一颗GPS卫星；

2.根据权利要求1所述的减少GPS接收机开机后首次定位时间的方法，其特征在于，所述步骤21中的系统实时时钟位于所述定位单元内。

3.根据权利要求1所述的减少GPS接收机开机后首次定位时间的方法，其特征在于，获取当前时间信息后，验证所述备份信息是否有效，如果有效，进行下一步，如果无效，则进行GPS卫星信号的全域搜索。

4.根据权利要求1-3任一项所述的减少GPS接收机开机后首次定位时间的方法，其特征在于，所述备份信息包括GPS卫星导航电文，或包括GPS卫星导航电文和GPS接收机位置。

5.根据权利要求4所述的减少GPS接收机开机后首次定位时间的方法，其特征在于，当所述备份信息包括GPS卫星导航电文和GPS接收机位置时，所述估算GPS卫星信号的多普勒频移范围的步骤包括：

基于所述当前时间信息、所述GPS卫星导航电文和所述GPS接收机位置，估算出GPS卫星信号的多普勒频移范围。

6.根据权利要求4所述的减少GPS接收机开机后首次定位时间的方法，其特征在于，当所述备份信息包括GPS卫星导航电文时，所述估算GPS卫星信号的多普勒频移范围的步骤包括：

从外部获取GPS接收机的当前粗略位置；及

基于所述当前时间信息、所述GPS卫星导航电文和所述GPS接收机的当前粗略位置，估算出GPS卫星信号的多普勒频移范围。

7.根据权利要求1-3任一项所述的减少GPS接收机开机后首次定位时间的方法，其特征在于，在估算出GPS卫星信号的多普勒频移范围后，估算参考频率的偏移量，基于所述参考频率的偏移量和多普勒频移，调整本地参考频率，基于所述本地参考频率对卫星信号进行捕获。

8.根据权利要求4所述的减少GPS接收机开机后首次定位时间的方法，其特征在于，所述计算GPS接收机当前位置的步骤包括基于所述GPS卫星导航电文和捕获到的GPS卫星信号的伪随机噪声码的相移计算出GPS接收机的当前位置。

9.一种减少开机后首次定位时间的GPS接收机，该GPS接收机包括定位单元，其特征在于，所述GPS接收机还包括与所述定位单元通信的非易失存储器，该非易失存储器存储有备份信息，所述定位单元能按权利要求1所述的步骤21-24获得当前时间信息，并根据当前时间信息和所述备份信息，估算出GPS卫星信号的多普勒频移范围，并根据该多普勒频移范围捕获GPS卫星信号，以计算出GPS接收机的当前位置。

10.根据权利要求9所述的减少开机后首次定位时间的GPS接收机，其特征在于，所述非易失存储器是FLASH存储器或FRAM存储器或MRAM存储器。

11.根据权利要求9所述的减少开机后首次定位时间的GPS接收机，其特征在于，所述定位单元内部所包括的通信接口是UART接口或SPI接口。

12.根据权利要求9所述的减少开机后首次定位时间的GPS接收机，其特征在于，所述定位单元包括提供当前时间信息的实时时钟。

13.一种对权利要求9-12任一项所述的减少开机后首次定位时间的GPS接收机中的非易失存储器存储的备份信息进行更新的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

对GPS接收机进行定位处理，获得当前信息，所述当前信息包括卫星导航电文和接收机的位置信息；

查询是否需要更新非易失存储器中的备份信息；

若不需要更新，则继续对GPS接收机进行定位处理；及

若需要更新，则擦除非易失存储器中的备份信息，并将当前信息存储到非易失存储器中。

14.根据权利要求13所述的对非易失存储器存储的备份信息进行更新的方法，其特征在于，所述备份信息具有一个有效的时间范围，所述查询是否需要更新非易失存储器中的备份信息的步骤包括：

判断当前信息是否在备份信息有效的时间范围内；

如果当前信息在备份信息有效的时间范围内，则执行所述继续对GPS接收机进行定位处理的步骤；及

如果当前信息超出备份信息有效的时间范围，则执行所述将当前信息存储到非易失存储器中的步骤。