CN101968544A - 一种用于gps和北斗2代双模式卫星导航接收机的快速冷启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及GPS/北斗2代双模式导航卫星接收机技术领域，包括如下步骤：对所有北斗2系统中的地球静止轨道卫星进行捕获，对GPS和北斗2系统中的非静止轨道卫星进行捕获并修改与该卫星相关联的卫星的可见性。本发明提出的冷启动算法，能够适用于GPS和北斗2双模式卫星导航接收机，在没有增加额外的硬件成本的同时，计算量小，提高了冷启动的速度。

Description

一种用于GPS和北斗2代双模式卫星导航接收机的快速冷启动方法

技术领域

本发明涉及GPS/北斗2代双模式导航卫星接收机技术领域，具体涉及该双模式接收机的冷启动方法。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS)已经成为继互联网、移动通信之后发展最快的信息产业之一。世界各国都在大力发展和建设各自的卫星导航系统，如美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的GALILEO、以及中国的北斗2系统等。随着全球各卫星导航系统的兴建，多种卫星系统的组合共用在性能、稳定性和应用范围上的优势日益显著，使得其近年来逐步成为卫星导航领域的研究热点，多频多模卫星导航系统的综合应用也成为未来卫星导航系统的发展方向。

冷启动过程是指卫星导航接收机开机时，在没有任何可利用信息，如接收机位置、精确时间、卫星轨道参数(如卫星星历或历书)等的情况下，接收机搜索可见卫星的过程。

在卫星导航系统中，由于空中的卫星和地面接收机之间有相对运动，根据多普勒效应原理，会产生多普勒频移。即接收机接收到的卫星信号频率f_r，并不是卫星发射时的标准频率f_t，而是f_t加上多普勒频移f_d，f_d的最大值可达到±5000Hz。由于冷启动时没有任何可用信息，所以无法估算出当前的卫星多普勒频移。从而导致在捕获卫星信号时，需要在卫星信号标准频率附近进行大范围的频域搜索。

定位一个三维位置，至少需要用到4颗卫星。冷启动的首次定位时间，取决于找到4颗可见卫星的时间。由于可见卫星及其多普勒频移、载波相位等都是未知的，所以，需要花费大量的时间去尝试所有可能。

现有卫星导航接收机为提高冷启动速度，主要有三种方法：

1.增加接收机的等效相关器数量：在接收机中，使用捕获通道捕获卫星，进行时域、频域的搜索。而捕获通道由等效相关器构成，单位通道的等效相关器越多，搜索速度越快；等效相关器总数越多，可构成的捕获通道数也越多，同一时刻可并行搜索的卫星数也越多。所以，增加等效相关器数量，能提高卫星的搜索速度。

2.动态计算卫星的可见概率，优先捕获可见概率高的卫星。首先，初始化所有卫星的可见概率为0，然后按卫星号依次捕获；假设捕获到卫星x后，动态计算其他未捕获到的卫星在卫星x可见的情况下的可见概率；将未捕获到的卫星的可见概率进行排序，再优先捕获可见概率高的卫星；若又有卫星y被捕获到，需要重新计算未捕获卫星的可见概率并排序选择。

3.采用其他手段获取当前可见卫星及有效的卫星星历参数，从而提高冷启动速度。例如，接收机通过移动通信网络获得当前位置的可见卫星及有效的卫星星历数据。

上述方法一定程度上能提高冷启动速度，但是，方法1增加了硬件成本，不适用于成本敏感的应用领域，如消费电子类产品等；方法2计算量大、存储量大，并且只针对单模卫星系统，不适用于多模卫星系统；方法3需要除导航卫星系统以外的其他通信手段支持，使用场景受限，并且增加了额外的软硬件成本。

发明内容

本发明提供了一种用于GPS和北斗2代双模式卫星导航接收机的快速冷启动方法，能够解决现有技术硬件成本高、计算存储量大、不能适用于多模式卫星系统的问题，并且不依赖于其他通信手段支持。

为解决上述技术问题，本发明提出的一种用于GPS和北斗2代双模式卫星导航接收机的快速冷启动方法，依次包含如下步骤：

步骤一、将两个系统中的所有非静止轨道卫星的状态置为“可见”；

步骤二、对北斗2代系统中的所有地球静止轨道卫星进行捕获，将捕获不成功的卫星状态修改为“不可见”；

步骤三、判定与捕获成功的卫星相关联的卫星的可见性，并更新这些相关联的卫星的状态；

步骤四、如果已经成功捕获到4颗卫星，则输出结果，冷启动成功结束，否则进入步骤五；

步骤五、在双系统的所有非地球静止轨道卫星中选择一颗状态为“可见”的卫星，如果能够找到，则进入步骤六，否则进入步骤七；

步骤六、对该卫星进行捕获，若捕获不成功，则将该颗卫星的状态改为“不可见”，转到步骤五，若捕获成功，则转到步骤三；

步骤七、判断是否成功捕获到3颗卫星，且在最近一次的成功定位信息中存在一颗与这3颗卫星不相同的卫星，如果是，则输出这4颗卫星的捕获结果，冷启动成功结束，否则转到步骤一。

所述步骤五依次包括如下步骤：

1)将所有非地球静止轨道卫星按轨道分组，位于同一轨道的卫星为一组；

2)从第一轨道分组的第一颗卫星开始，找到一颗状态为“可见”且没有被正在捕获的卫星；

3)对该卫星进行捕获。

所述步骤三包含如下步骤：

1)将本导航卫星系统中，与成功捕获的卫星同轨道且相位差大于180度的卫星状态修改为“不可见”；

2)将本导航卫星系统中，与成功捕获的卫星的轨道仰角差大于180度的卫星状态修改为“不可见”；

3)将另一导航卫星系统中，与成功捕获的卫星的轨道仰角差大于180度的卫星状态修改为“不可见”。

通过上述技术方案的描述可以看出，由于本发明的技术方案优先捕获北斗2的地球静止轨道卫星，在不增加硬件资源开销的基础上，做到了快速捕获；由于本发明的技术方案在捕获到一颗卫星后，会利用GPS和北斗2两套系统的卫星轨道、仰角等信息，就能够快速筛除掉当前不可见的卫星，缩短了启动时间；并且，本发明提出的技术方案，不依赖于其他的通信系统来提供输入信息。

附图说明

图1为本发明提出的一种用于GPS和北斗2代双模式卫星导航接收机的快速冷启动方法的总体流程图；

图2为本发明选择非地球静止轨道卫星中的可见星的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的具体实施例。

本具体实施例中，由冷启动控制程序模块对各个捕获通道进行捕获控制，并负责更新各颗卫星的状态，判断冷启动是否成功。

冷启动控制程序控制各个捕获通道并行的捕获搜索卫星，每一个通道的搜索过程是相同的。

冷启动控制程序的工作步骤如下：

第一步：初始化，将北斗2系统中的所有地球静止轨道卫星初始化为未被搜索过，将双系统中的所有非地球静止轨道卫星(GPS系统所有卫星、北斗2系统非地球静止轨道卫星)的状态都初始化为“可见”，将双系统中所有非地球静止轨道卫星按轨道进行分组，位于同一轨道的卫星为一组。

第二步：冷启动控制程序检测到了一个空闲的捕获通道，则首先向该捕获通道提供一个尚未被搜索过的北斗2静止轨道卫星信息，如果所有北斗2静止轨道卫星都已经被搜索过，则转入第五步；

第三步：向该捕获通道提供一颗状态为“可见”且没有被其他通道正在捕获的两个系统中的非静止轨道卫星信息，如果所有非静止轨道卫星状态都是“不可见”，则转到第六步；

第四步：如果捕获成功，则冷启动控制程序会判定与该捕获成功的卫星相关联的卫星的可见性并更新这些相关联的卫星的状态；

第五步：如果冷启动控制程序检测到已经成功捕获到了4颗卫星，则冷启动成功，冷启动过程结束，如果成功捕获的卫星数目不足4颗，则转到第三步；

第六步：如果成功捕获到了3颗卫星，且本接收机保留的最近一次成功定位的卫星信息里面，至少有一颗卫星与这三颗卫星都不相同，则输出这颗卫星的捕获信息，冷启动过程结束，否则转到第一步。

上述第三步中，提供非静止轨道卫星信息给捕获通道时，按照第一步初始化时，对所有非静止轨道卫星的分组来进行，即是：从第一轨道分组的第一颗卫星到最后一个卫星中，依次寻找，找到一颗状态为“可见”且没有被正在捕获的卫星信息来提供给捕获通道，如果第一轨道分组没有这样的卫星，则在下一轨道分组中，从第一颗到最后一颗依次寻找。

上述第四步中，假设A系统(GPS系统或者北斗2系统中的一个)中的x卫星捕获成功，则所谓“与该捕获成功的卫星相关联的卫星”，就是指下面三类卫星：

一是A系统中与x卫星同轨道，且相位差大于180°的卫星；

二是A系统中与x卫星轨道仰角差大于180°的所有卫星；

三是B系统(与x卫星所属的系统不相同的另一个导航系统)中与x卫星轨道仰角差大于180°的所有卫星。

本步骤中，对于这三类卫星的处理，都是将其状态修改为“不可见”。

此外，上述第六步中，根据卫星导航定位的公知技术常识，在没有任何历史定位信息的情况下，接收机要冷启动成功，至少需要向坐标定位解析模块提供成功捕获到的4颗卫星的信息。但是，如果卫星导航接收机保留有最近一次成功定位的卫星信息，而本冷启动过程又只成功捕获了3颗卫星，则坐标定位解析模块有可能利用最近一次成功定位的卫星信息加上这3颗卫星的信息来完成本次定位。具体地说，如果最近一次成功定位的卫星里面，至少存在一颗与本次成功捕获的3颗卫星都不相同的卫星，则可以将这一颗卫星的信息与本次成功捕获的3颗卫星的信息一并提供给坐标定位解析模块，用于定位运算。

Claims (3)

1.一种用于GPS和北斗2代双模式卫星导航接收机的快速冷启动方法，其特征在于依次包含如下步骤：

步骤一、将两个系统中的所有非静止轨道卫星的状态置为“可见”；

步骤二、对北斗2代系统中的所有地球静止轨道卫星进行捕获，将捕获不成功的卫星状态修改为“不可见”；

步骤三、判定与捕获成功的卫星相关联的卫星的可见性，并更新这些相关联的卫星的状态；

步骤四、如果已经成功捕获到4颗卫星，则输出结果，冷启动成功结束，否则进入步骤五；

步骤五、在双系统的所有非地球静止轨道卫星中选择一颗状态为“可见”的卫星，如果能够找到，则进入步骤六，否则进入步骤七；

步骤六、对该卫星进行捕获，若捕获不成功，则将该颗卫星的状态改为“不可见”，转到步骤五，若捕获成功，则转到步骤三；

步骤七、判断是否成功捕获到3颗卫星，且在最近一次的成功定位信息中存在一颗与这3颗卫星不相同的卫星，如果是，则输出这4颗卫星的捕获结果，冷启动成功结束，否则转到步骤一。

2.根据权利要求1所述的一种用于GPS和北斗2代双模式卫星导航接收机的快速冷启动方法，其特征在于：所述步骤五依次包括如下步骤：

1)将所有非地球静止轨道卫星按轨道分组，位于同一轨道的卫星为一组；

2)从第一轨道分组的第一颗卫星开始，找到一颗状态为“可见”且没有被正在捕获的卫星；

3)对该卫星进行捕获。

3.根据权利要求1所述的一种用于GPS和北斗2代双模式卫星导航接收机的快速冷启动方法，其特征在于：所述步骤三包含如下步骤：

1)将本导航卫星系统中，与成功捕获的卫星同轨道且相位差大于180度的卫星状态修改为“不可见”；

2)将本导航卫星系统中，与成功捕获的卫星的轨道仰角差大于180度的卫星状态修改为“不可见”；

3)将另一导航卫星系统中，与成功捕获的卫星的轨道仰角差大于180度的卫星状态修改为“不可见”。

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