CN103197329A - 一种快速获得伪距的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种快速获取伪距的方法，主要用于GPS的启动过程中缩短首次定位时间的方法，其方法包括：获得精度在0.5ms范围以内的粗略伪距；分析GPS信号，得到卫星的相位值；根据相位值计算精确伪距对应的小数部分；使用精确的伪距对应的小数部分对粗略伪距进行微调，得到当前时刻当前位置的精确伪距。使用本发明后，开机后立即可以定位，大大节省了首次启动的时间。而且，在低功耗设计方面，由于有如此快的启动速度，可以有更长的时间让模块处于关闭阶段。根据本发明，还可以设计一种只有捕获模块的借助辅助信息的导航定位终端。

Description

一种快速获得伪距的方法

技术领域

本发明涉及GPS定位的技术领域，尤其涉及快速定位的技术领域。

技术背景

GPS终端定位最少需要如下要素：星历、GPS时间、伪距。为了缩短首次定位的时间，一般的做法是缩短获取星历的时间和缩短获取GPS时间的时间。在辅助定位技术中，辅助服务器向终端提供的信息可以包括星历、GPS时间、卫星的仰角方位角、参考位置，卫星的多普勒频率等。目前技术中快速获取星历的办法大概有两种：其一，使用保存的历史星历；其二，使用辅助系统快速传输星历。而快速获取GPS时间的方法大概也有两种：其一，使用RTC计时，GPS启动时直接读取RTC时间；其二，通过辅助系统获取GPS时间。通过使用这些方法，使GPS首次定位时间从几十秒缩短至几秒，而这几秒中内，GPS主要在获取各卫星的伪距。其中，伪距的真实含义为各卫星到达接收机的时间差，忽略伪距数值的大小，只关心各个值之间的差。比如四颗卫星的伪距分别为：1ms、2ms、5ms、3ms，各个数字加减一个常数后不影响定位结果。故上面的伪距也可写作：0ms、1ms、4ms、2ms，我们称这两种写法对应的伪距相同。

目前，获取伪距的主要步骤包括：

1.终端捕获卫星的频率和相位；

2.终端跟踪卫星的频率和相位，并输出导航比特；

3.终端对导航比特使用校验或者寻找子帧帧头的办法进行同步；

4.同步后即可计算卫星的相对伪距；

这种传统的方法让用户必须等待几秒时间才能获得首次定位结果。如果想更快速的获得定位结果，这种方法就无能为力了。

发明内容

为了便于发明内容的叙述，先做如下说明：

1.按照光速为30万公里计算，同一时刻，距离150公里的两个终端对于同一颗卫星的伪距相差不会大于0.5ms。

2.由于卫星靠近或远离终端的分速度不会超过1KM/S，在根据说明1的介绍，同一个终端对于同一卫星的伪距在150秒内变化量不会超过0.5ms。

3.基于上面两项说明，多数情况下，我们很容易达到条件：由1和2所共同引起的伪距变化不会大于0.5ms。下面叙述中默认满足该条件。

本发明针对背景所述的一些不足，同时根据上述的说明，提出了一种快速获得卫星伪距的方法，以缩短首次定位时间。其方案如下：

1.终端获得误差小于0.5ms的粗略伪距。

2.终端分析卫星信号，获得相位值，使用相位值计算精确伪距中的小数部分。

3.终端使用精确伪距的小数部分调整如上的粗略伪距，以获得精确的实际伪距。

其中，步骤1获得粗略伪距的方法可以是：辅助定位系统中的服务器端实时跟踪卫星并实时更新、记录卫星的伪距，当终端请求辅助定位时，服务器端向用户定位终端发送伪距信息作为终端自身的粗略伪距。由于服务器端的接收机距离用户终端的距离一般不会超过100KM，且发送时间延迟不会超过10S，所以该粗略伪距的精度可以比0.5ms精度更精确。

其中，步骤1获得粗略伪距的方法也可以是：根据卫星的星历和GPS时间计算出卫星的位置，并根据用户终端的参考位置计算用户终端和卫星之间的距离，转换为以毫秒表示的伪距。这里的用户终端的参考位置可以是终端自身保存的一些历史位置，也可以是辅助服务器向用户终端发送的参考位置。这里的GPS时间可以是用户终端计时的RTC时间，也可以是辅助服务器向用户终端发送的当前GPS时间。由于辅助服务器提供的参考位置一般为位置服务器的位置，其距离用户的距离一般不会超过100KM，且发送时间延迟不会超过10S，而用户终端自身保存的历史位置多数情况下也可以认为在100KM之内，且GPS时间的传输延迟和RTC时间的精度也不会超过10S，所以该粗略伪距的精度可以比0.5ms精度更精确。

其中，步骤2分析卫星的信号的具体方法为捕获卫星信号，得到对应的卫星的相位值，并进行跟踪，当跟踪模块有大于等于四颗卫星在跟踪，各个卫星同一时刻的相位值可以作为计算精确伪距所用的相位值；如果支持多颗卫星并行捕获，且所有需要捕获的卫星几乎在同一时刻完成捕获，则捕获到的相位值可作为计算精确伪距所用的相位值。

其中，步骤3的调整粗略伪距的方法可以如下：

A.从各个粗略伪距中选出一个作为参考伪距，记录各个粗略伪距和参考伪距的小数部分之差；

B.用各个卫星捕获的相位计算精确伪距对应的小数部分，并代替粗略伪距的小数部分，选择和步骤A相同的参考伪距，同样记录各个伪距和参考伪距的小数部分之差；

C.将步骤A记录的伪距小数部分之差和步骤B记录的伪距小数部分之差进行比较，如果步骤A的伪距差与步骤B的伪距差相差大于0.5ms，则整数部分加1ms；如果步骤A的伪距差与步骤B的伪距差相差小于-0.5ms，则整数部分减1ms。

其中，步骤B调整了小数部分，而步骤C调整了整数部分。

通过使用本发明的技术方法，定位终端的用户不再需要等待几秒钟的过程，开机后立即可以定位，大大节省了首次启动的时间。而且，本发明还可以使用在降低功耗的方面。有如此快的启动速度就不怕省电模式对定位的影响了，可以有更长的时间让模块处于关闭阶段。根据本发明，还可以设计一种只有捕获模块的借助辅助信息的导航定位终端。

具体实现方案

方案1

在没有辅助的情况下，假设GPS终端设有RTC时钟，且保存有历史可用星历、历书和历史定位位置，假设有4颗卫星，RTC时间准确，且上次位置和当前位置相差在50公里之内，伪距表示范围在0-20ms之内，方法为从全部伪距中找出一个最小伪距，然后各个伪距全部减去该最小伪距，得到0-20ms范围内的伪距。则快速启动时，获得伪距的具体方法为：

1.根据历书计算当前时刻各个卫星的仰角，判断卫星是否可见，下面的步骤只针对可见卫星；

2.终端根据RTC时间和卫星星历计算卫星的位置；

3.计算上次的用户位置和各个卫星位置的距离，并转换为以毫秒表示的伪距值。假设转换后结果为[0ms，5.13ms，8.33ms，4.62ms]；

4.假设并选择第一个伪距为参考伪距，则计算得到小数部分的差为[0ms，0.13ms，0.33ms，0.62ms]；

5.对可见的卫星进行捕获，得到卫星的多普勒频率和相位值，并注册跟踪；

6.当有4颗以上的卫星在跟踪时，在同一时刻记录各跟踪卫星的相位值，假设该相位值以1023chip为周期，一个周期为1ms，且相位值的单位为chip；

7.根据“相位值/1023”计算精确伪距的小数部分，假设结果分别为[0.53ms，0.62ms，0.84ms，0.16ms]，选择和步骤3同一个卫星的伪距作为参考伪距，其小数部分的差为[0ms，0.09ms，0.31ms，-0.37ms]；

8.使用步骤7计算的小数部分代替步骤3的小数部分，结果为[0.53ms，5.62ms，8.84ms，4.16ms]；

9.步骤4的小数部分差和步骤7的小数部分差进行比较，其中最后一个伪距差0.62ms与-0.37ms相差0.99ms，大于0.5ms，则将整数部分加1。其最终调整后的伪距为：[0.53ms，5.62ms，8.84ms，5.16ms]；

方案2

假设启动过程使用AGPS系统，其方法如下：

1.辅助信息服务器根据提供参考位置、GPS时间、星历，以及卫星的仰角方位角、多普勒频率；

2.终端根据GPS时间和卫星星历计算卫星的位置；

3.终端计算参考位置和各个卫星之间的距离，并转换为单位为ms对应的伪距值；

4.后面的步骤和方案1的步骤4到步骤9一致；

方案3

假设GPS终端的捕获模块可以同时捕获多颗卫星，则方法可以如下：

1.同方案1的步骤1到步骤4；

2.GPS终端的捕获模块对4颗可见卫星进行并行捕获，几乎同时分别得到各个卫星的相位值，此相位值作为计算精确伪距的小数部分使用的相位值；

3.后面的步骤和方案1的步骤7到步骤9一致；

Claims (10)

1.一种快速得到卫星伪距的方法，其特征在于具体方法如下：

A.终端获得比0.5ms精度更精确的各个卫星的粗略伪距；

B.终端分析GPS信号，得到各个卫星相位值；

C.终端使用相位值计算精确伪距的小数部分，并对上述的粗略伪距进行调整获得精确的伪距。

2.根据权利要求1所述的步骤A，其特征在于：粗略的相对伪距是AGPS的服务器端的接收机实时跟踪卫星所得的伪距。

3.根据权利要求1所述的步骤A，其特征在于：粗略的相对伪距是根据参考位置、GPS时间和星历数据计算得到卫星到参考位置的伪距。

4.根据权利要求3所述的参考位置，其特征在于：具体为终端自身保存的历史位置。

5.根据权利要求3所述的参考位置，其特征在于：具体为AGPS过程辅助服务器提供的参考位置。

6.根据权利要求3所述的GPS时间，其特征在于：具体为终端自身的RTC时间。

7.根据权利要求3所述的GPS时间，其特征在于：具体为AGPS过程中服务器提供的GPS时间。

8.根据权利要求1所述的步骤B，其特征在于：终端通过捕获得到多颗卫星的相位。

9.根据权利要求1所述的步骤B，其特征在于：终端经过捕获和跟踪卫星，获得卫星同一时刻的相位。

10.根据权利要求1所述的步骤C，其特征在于调整过程具体包括：

D.从各个粗略伪距中选出一个作为参考伪距，并记录各个伪距和参考伪距的小数部分之差；

E.用各个卫星捕获的相位计算精确伪距的小数部分，并代替粗略伪距对应的小数部分，得到新的伪距，选择和步骤D相同的参考伪距，记录各个伪距和参考伪距的小数部分之差；

F.将步骤D记录的小数部分之差和步骤E记录的小数部分之差进行比较，如果步骤D的伪距差与步骤E的伪距差相差大于0.5ms，则步骤E得到的伪距的整数部分减1ms；如果步骤D的伪距差与步骤E的伪距差相差小于-0.5ms，则步骤E得到的伪距的整数部分加1ms。