CN103364806A - 低功耗gps跟踪方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及GPS接收机，具体公开一种低功耗GPS跟踪方法及装置。该方法包括：进入长相干积分跟踪阶段后，在长相干积分的每一跟踪环调整的时间间隔内，判断GPS信号强度是否大于预设阈值低界而小于预设阈值高界，若是，开启低功耗模式，控制长相干积分的累加过程间歇性地开启/关闭；若否，关闭低功耗模式，按常规模式正常进行长相干积分的累加过程。该装置包括积分模式控制单元，接于GPS信号检测单元及长相干积分器之间，用于根据GPS信号强度输出输出低功耗模式开启/关闭信号，以便控制长相干积分器在低功耗模式下间歇性地开启/关闭长相干积分的累加过程，在常规模式正常进行长相干积分的累加过程。本发明在信号较强时进行间歇性积分，有助于降低功耗。
Description
技术领域
本发明涉及GPS接收机，尤其涉及一种低功耗GPS跟踪方法及装置。
背景技术
GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备，即GPS信号接收机，就可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。目前世界上已有众多厂商生产GPS接收机，不仅产品类型多种多样，竞争也越来越激烈，显然高性能的产品才更有竞争力。
众所周知，目前低碳已成为一个时尚的符号。在电子市场中，人们对电子设备的功耗越发的关注，低功耗将成为时代的主题。对于GPS接收机而言，在使用过程中需要处理的数据量非常大，其直接影响到设备的功耗指标，如何降低GPS接收机的功耗显然成为一个急需解决的课题。
目前，市场上很多GPS接收机在跟踪过程中主要采用长(时间)相干积分的技术来提高跟踪的灵敏度，以保证卫星信号减弱时，使得跟踪过程仍然能够顺利进行。
其主要技术方案如下所述：
当进入跟踪状态时，接收机会寻找C/A码的相位反转点；确定C/A码的相位反转点后，接收机从相位反转点位置开始，使用长相干积分的技术方法继续跟踪；在长相干积分阶段，可以确定每隔ADJ_TIME(调整时间，单位：毫秒)对跟踪环参数进行一次调整；跟踪的过程中，每次相关积分过程累加ADJ_TIME时间后，使用累加值调整跟踪环参数后，将累加值清零，并重新累加ADJ_TIME时间的相关值。其累加过程的运算过程比较复杂，需要根据本地的频率和相位生成当前时刻本地估计的载波幅值和C/A码，然后将载波幅值和信号相乘以达到去载波的目的，还要和C/A码进行相乘，并将最后结果累加。假设射频端的采样率为16.368M，则1毫秒就需要重复16368次上述的累加过程，其功耗之大显而易见。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低功耗GPG跟踪方法及装置，在不影响正常跟踪的条件下，通过使用一种简单有效的解决方案，对背景技术中所提到的技术问题进行改进，从而用以降低GPS跟踪过程中的功耗。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是：一种低功耗GPS跟踪方法，进入长相干积分跟踪阶段后，在长相干积分的每一跟踪环调整的时间间隔内，判断GPS信号强度是否大于预设阈值低界而小于预设阈值高界，若是，开启低功耗模式，控制长相干积分的累加过程间歇性地开启/关闭；若否，关闭低功耗模式，按常规模式正常进行长相干积分的累加过程。
较优地，在低功耗模式下，长相干积分的每一跟踪环调整的时间间隔分成两段：低功耗模式下的时钟关闭时间，暂停长相干积分的累加过程；低功耗模式下的时钟开启时间，进行长相干积分的累加过程。
较优地，在低功耗模式下，长相干积分的每一跟踪环调整的时间间隔内采用先关闭时钟一段时间，之后再开启时钟一段时间的开关模式。
较优地，设置低功耗运行标志，用于根据低功耗运行标志值表征为开启状态或关闭状态时，相应选择开启或关闭低功耗模式。
较优地，设置低功耗准备标志，用于根据低功耗准备标志值表征为清零状态或设置状态时的对应值对低功耗运行标志进行赋值。
较优地，按预设时间检测跟踪环参数调整时间间隔是否到时，若是，根据相干积分累加值调整跟踪环参数，之后将相干积分累加值清零；同时，根据低功耗准备标志值对低功耗运行标志进行赋值。
较优地，通过判断载噪比的大小，更新低功耗准备标志值为清零状态或设置状态。
较优地，按预设时间检测载噪比更新时间间隔是否到时，若是，更新载噪比，其中：在载噪比低于低功耗准备清零值时，更新低功耗准备标志值为清零状态；在载噪比高于低功耗准备设置值时，更新低功耗准备标志值为设置状态。
在此基础上，本发明还相应提供一种低功耗GPS跟踪装置，包括GPS信号检测单元及长相干积分器，还包括积分模式控制单元，所述积分模式控制单元接于所述GPS信号检测单元及所述长相干积分器之间，用于在所述长相干积分器进入长相干积分跟踪阶段后，在长相干积分的每一跟踪环调整的时间间隔内，判断GPS信号强度是否大于预设阈值低界而小于预设阈值高界，若是，输出低功耗模式开启信号，以控制所述长相干积分器的长相干积分的累加过程间歇性地开启/关闭；若否，输出低功耗模式关闭信号，以控制所述长相干积分器按常规模式正常进行长相干积分的累加过程。
较优地，所述积分模式控制单元设置有低功耗模式计时器，用于在低功耗模式下的每一长相干积分跟踪环调整的时间间隔内交替开启/关闭，其中：在低功耗模式时钟关闭时间内，所述积分模式控制单元输出长相干积分累计暂停信号；在低功耗模式时钟开启时间内，所述积分模式控制单元输出长相干积分累计运行信号。
与现有技术相比，本发明采用间歇性相干积分法进行跟踪，可以很好地适合长相干积分跟踪时还存在较强信号这种情况，可以在保证正常跟踪的前提下，同时又可以达到降低功耗的目的。使用本发明提出的这种技术，由于累加时间变长，调整跟踪环参数所依据的累加值的噪声比例降低，使跟踪过程更加准确；当信号微弱时，这种长相干积分跟踪的积极影响十分明显；当信号比较强时，不需要累加很长时间也可以起到很好的跟踪效果，这显然有助于降低功耗。
附图说明
图1是本发明低功耗GPS跟踪方法较优实施例的流程图；
图2是本发明低功耗GPS跟踪装置较优实施例的组成框图。
具体实施方式
为便于对本发明实施例进行详细说明，先将有关术语及参数解释如下：
C/A码(Coarse/Acquisition Code)：是GPS卫星发出的一种伪随机码，用于粗测距和捕获GPS卫星。它由2个10级反馈移位寄存器构成的G码产生；其中2个移位寄存器在每周日子夜零时，在置“1”脉冲作用下全处于“1”状态；同时在码率1.023MHZ下，2个移位寄存器分别产生码长为N＝2^10-1＝1023、周期为1ms的2个M序列G1(t)和G2(t)；G2(t)序列经过相位选择器，输入一个与G2(t)平移等价的M序列，然后与G1(t)模二相加，得到C/A码。
相干积分(coherent integration)：在普通强度GPS信号的捕获中，剥离C/A码后，输入信号变为连续波，可用快速傅里叶变换得到载波频率，这个操作称为相干积分。在所有对GPS信号的捕获方法中，相干积分都是第一步。相干积分的长度受导航数据的限制，导航数据每20ms会出现一次相位跳变。如果用于捕获的数据段里含有导航数据跳变，就会扩展信号的频谱，使得载波频率处应有的峰值扩散到周边的频率中，而产生信噪比损失，使捕获结果变差。为了保证在数据段中不包含导航数据跳变，采用两段连续的1ms的数据进行捕获，分别计算捕获相关值，并比较结果的信噪比，信噪比较大一段数据中肯定没有导航数据跳变，取此相关值作为最后结果。针对C/A码的周期性，通常采用10ms的数据来进行相干积分。
涉及参数含义：
CNO_TIME：载噪比更新的时间间隔；
ADJ_TIME：跟踪环调整的时间间隔；
OPEN_TIME：低功耗模式下的时钟开启时间；
CLOSE_TIME：低功耗模式下的时钟关闭时间；
LP_READY_FLAG：低功耗准备标志；
LP_RUN_FLAG：低功耗运行标志；
CLR_LP_CNO：如果载噪比低于CLR_LP_CNO，则清除LP_READY_FLAG；
SET_LP_CNO：如果载噪比高于SET_LP_CNO，则设置LP_READY_FLAG。
上述参数中，ADJ_TIME＜CNO_TIME，但两者没有实质性关系：如果CNO_TIME时间短，载噪比波动比较大，一般为1秒；而如果ADJ_TIME时间长，跟踪环会失锁，一般为1毫秒、20毫秒或者更大，但小于1秒。
默认情况下，OPEN_TIME+CLOSE_TIME＝ADJ _IME；
低功耗模式下，假设选择的开关模式为：先关CLOSE_TIME(ms)时间，再打开OPEN_TIME(ms)时间。当然，也可以视情况采取相反方式。
本发明实施例低功耗GPS跟踪方法及装置的核心思想是：
(1)根据信号的强度决定进入或退出低功耗状态，在低功耗状态下实现间歇性相干积分；
(2)具体地，通过设置开关时间(时钟开启/关闭时间)，控制信号相关积分的累加过程，即在关闭阶段关闭整个跟踪通道，等到开启阶段再打开跟踪通道进行相干积分。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明具体实施例作进一步的详细说明。
参见图1，表示本发明低功耗GPS跟踪方法一较优实施例的流程图。该实施例中，在进入长相干积分跟踪阶段后，在长相干积分的每一跟踪环调整的时间间隔内，判断GPS信号强度是否大于预设阈值低界而小于预设阈值高界，若是，开启低功耗模式，控制长相干积分的累加过程间歇性地开启/关闭；若否，关闭低功耗模式，按常规模式正常进行长相干积分的累加过程。
为方便起见，在本实施例中设置低功耗运行标志LP_RUN_FLAG和低功耗准备标志LP_READY_FLAG，其中：低功耗运行标志用于根据低功耗运行标志值表征为开启状态或关闭状态时，相应选择开启或关闭低功耗模式；低功耗准备标志用于根据低功耗准备标志值表征为清零状态或设置状态时的对应值对低功耗运行标志进行赋值，以便之后根据低功耗运行标志值选择开启或关闭低功耗模式，可通过判断载噪比的大小，更新低功耗准备标志值为清零状态或设置状态。
本实施例可按预设时间检测载噪比更新时间间隔CNO_TIM是否到时，若是，更新载噪比，其中：在载噪比低于低功耗准备清零值CLR_LP_CNO时，更新低功耗准备标志值为清零状态；在载噪比高于低功耗准备设置值SET_LP_CNO时，更新低功耗准备标志值为设置状态。同时，本实施例按预设时间检测跟踪环参数调整时间间隔ADJ_TIME是否到时，若是，根据相干积分累加值调整跟踪环参数，之后将相干积分累加值清零；同时，根据低功耗准备标志值对低功耗运行标志进行赋值，之后根据低功耗运行标志值开启或关闭低功耗模式。
具体地，在低功耗模式下，长相干积分的每一跟踪环调整的时间间隔分成两段：一段为低功耗模式下的时钟关闭时间CLOSE_TIM，暂停长相干积分的累加过程；另一段为低功耗模式下的时钟开启时间OPEN_TIM，进行长相干积分的累加过程。假定低功耗模式为先关后开(先关闭时钟一段时间，之后再开启时钟一段时间)的开关模式，则图1所述实施例的具体步骤为：
S101、跟踪进入长相干积分阶段。信号相对微弱时，接收机会寻找C/A码的相位反转点；确定C/A码的相位反转点后，接收机从相位反转点位置开始使用长相干积分的技术方法继续跟踪，具体方式同现有技术，不再赘述。
S102、判断信号能量是否强，若是，进入间歇式相干积分模式(步骤S102～S106)；若否，进入常规相干积分模式(步骤S107～S108)。即在信号较强时，进行间隙式长相干积分；在信号较弱时，按常规方式进行长相干积分。
所述的低功耗模式的间歇性相干积分模式过程为：
S103、设置低功耗模式。在信号较强时，启动低功耗模式，此时低功耗模式状态设置为开。
S104、暂停CLOSE_TIME的累加。由于开启低功耗模式，在这段时间内停止相干积分累加过程，因而这段时间基本不消耗功率。
S105、进行OPEN_TIM的累加。由于开启低功耗模式，仅在这段时间内进行相干积分累加过程。
S106、调整跟踪环参数。根据累加值调整跟踪环参数，并同时将累加值清零，实现间歇性长相干积分过程。
所述常规模式相干积分模式过程为：
S107、清除低功耗模式。若信号强度较弱，则只能按常规进行长相干积分，此时相应将低功耗开关模式恢复为关闭状态。
S108、进行ADJ_TIME的累加。由于信号较弱，故在整个跟踪环调整的时间间隔内都进行累加，之后根据累加值调整跟踪环参数，并同时将累加值清零，最终实现常规长相干积分过程。
如图1所示，本实施例的一个较为完整的低功耗GPS跟踪过程为：
(1)跟踪模块经过一段时间后，进入到长相干积分的过程，每毫秒检测CNO_TIME和ADJ_TIME是否到时。
(2)如果检测到CNO_TIME时间到，就更新载噪比；如果载噪比低于CLR_LP_CNO，则清除LP_READY_FLAG；如果载噪比高于SET_LP_CNO，则设置LP_READY_FLAG。
(3)如果检测到ADJ_TIME时间到，根据累加值调整跟踪环参数，然后将累加值清零；并检测LP_READY_FLAG，如果LP_READY_FLAG为TRUE，则设置LP_RUN_FLAG，否则清除LP_RUN_FLAG。
(4)如果LP_RUN_FLAG为FALSE，则按正常模式进行相干积分累加过程，回到步骤(2)；否则执行下一步；
(5)如果处于CLOSE_TIME时间段内，则暂停相干积分的累加过程；如果处于OPEN_TIME时间段内，则继续相干积分的累加过程；并回到步骤(2)。
参见图2，表示本发明低功耗GPS跟踪装置一较优实施例的组成框图。该实施例的低功耗GPS跟踪装置，包括GPS信号检测单元100、积分模式控制单元200及长相干积分器300，其中：GPS信号检测单元100获取GPS信号；长相干积分器300对捕获的GPS信号进行处理，以按照预定策略跟踪；积分模式控制单元200应于控制长相干积分器300的工作模式，它接于该GPS信号检测单元100及长相干积分器300之间，当长相干积分器300进入长相干积分跟踪阶段后，在长相干积分的每一跟踪环调整的时间间隔内，判断GPS信号强度是否大于预设阈值低界而小于预设阈值高界，若是，输出低功耗模式开启信号，以控制长相干积分器300的长相干积分的累加过程间歇性地开启/关闭；若否，输出低功耗模式关闭信号，以控制长相干积分器300按常规模式正常进行长相干积分的累加过程。
如图2所示，该积分模式控制单元200设置有低功耗模式计时器201，用于在低功耗模式下的每一长相干积分跟踪环调整的时间间隔内交替开启/关闭，其中：在低功耗模式时钟关闭时间内，积分模式控制单元200输出长相干积分累计暂停信号；在低功耗模式时钟开启时间内，积分模式控制单元200输出长相干积分累计运行信号，由此实现间歇性长相干积分跟踪。
使用本发明上述实施例所述低功耗GPS跟踪方法及装置的专利方案采用间歇性长相干积分，可以缩短长相干积分的累加时间，因而减少了数据处理工作量，节省很大一部分功耗，其省电率取决于开关时间的比例，当OPEN_TIME等于CLOSE_TIME时，可以节省大约50％的功耗。
具体应用实例
假设在长相干积分的跟踪的过程中，每1000ms更新一次载噪比，每40ms调整一次跟踪环参数，开关时间均为20ms，并选择先关后开的开关模式。进入低功耗的载噪比阈值为42db，退出低功耗的载噪比阈值为38db，每次更新后的载噪比依次为41db、43db、40db、37db(这些值不是设定的，仅是假设的一个变化过程；之所以假设载噪比的变化过程是这样的，是为了方便说明进入低功耗和退出低功耗的条件判断和过程)，则其具体的实施方案如下：
A.[0ms-2000ms]
(1)开始时LP_RUN_FLAG标志初值为FALSE，处于非低功耗的正常模式，此时按正常模式的方式进行长相干积分累加过程；而每在40ms整数倍时刻，执行步骤(2)。
(2)在40ms整数倍的时刻，使用相关累加值调整跟踪环，并清除相关值；然后根据LP_READY_FLAG的标志给LP_RUN_FLAG赋值；由于LP_READY_FLAG为FALSE，则LP_RUN_FLAG保持原先的FALSE。到了1000ms时刻执行步骤(3)，到了2000ms时刻执行步骤(4)；其他时刻，则回跳到步骤(1)。
(3)在1000ms时刻检查载噪比，由于此刻载噪41db小于阈值42db并同时大于38db，故LP_READY_FLAG仍然保持原先的状态，并回跳到步骤(1)。
(4)在2000ms时刻检查载噪比，由于此刻载噪43db大于阈值42db，故LP_READY_FLAG被设置为TRUE，此时相应执行步骤(5)
B.[2000ms-4000ms]
(5)由于2000ms时刻正好是40ms的整数倍，使用长相干积分的累加值调整跟踪环参数，并将累加值清零；由于检测到LP_READY_FLAG为TRUE，将LP_RUN_FLAG的值设置为TRUE。
(6)检测LP_RUN_FLAG标志，由于LP_RUN_FLAG为TRUE，则每次调整跟踪环后先停止相关积分累加过程。20ms后再打开，再经过20ms累加后调整跟踪环的参数，并将相关值清零。到3000ms时刻，执行步骤(7)；到4000ms时刻执行步骤(8)；其它时刻则重复步骤(6)。
(7)在3000ms的时刻，载噪比更新为40db，由于其小于42db且大于38db，所以不更新LP_READY_FLAG的值，此时继续执行步骤(6)。
(8)在4000ms的时刻，载噪比更新为37db，因小于38db，需要清除LP_READY_FLAG标志，此时执行步骤(9)。
C.[4000ms-5000ms]
(9)由于4000ms时刻正好是40ms的整数倍，使用低功耗模式下长相干积分后20ms的累加值调整跟踪环参数，并将累加值清零；由于检测到LP_READY_FLAG为FALSE，将LP_RUN_FLAG的值也设置为FALSE。
(10)检测LP_RUN_FLAG标志，由于LP_RUN_FLAG为FALSE，经过40ms累加后调整跟踪环的参数，并将相关值清零。到5000ms时刻执行步骤(11)，其它时刻下重复步骤(10)。
(11)检测第5000ms的载噪比，并根据实际情况，继续后续的跟踪。
本发明上述实施例所述技术方案在多数情况下都可以使用：在高速公路、城市主干道上或者其他天空开阔的地方，由于卫星信号没有遮挡或反射的影响，卫星信号都比较强，无疑可以使用本发明实施例所述的方案；即使在市中心的高楼大厦之间行车，同样也有一些卫星信号比较强，对于这些卫星同样可以也使用本发明实施例所述的方案。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种低功耗GPS跟踪方法，其特征在于，进入长相干积分跟踪阶段后，在长相干积分的每一跟踪环调整的时间间隔内，判断GPS信号强度是否大于预设阈值低界而小于预设阈值高界，若是，开启低功耗模式，控制长相干积分的累加过程间歇性地开启/关闭；若否，关闭低功耗模式，按常规模式正常进行长相干积分的累加过程。
2.如权利要求1所述的低功耗GPS跟踪方法，其特征在于，在低功耗模式下，长相干积分的每一跟踪环调整的时间间隔分成两段：低功耗模式下的时钟关闭时间，暂停长相干积分的累加过程；低功耗模式下的时钟开启时间，进行长相干积分的累加过程。
3.如权利要求2所述的低功耗GPS跟踪方法，其特征在于，在低功耗模式下，长相干积分的每一跟踪环调整的时间间隔内采用先关闭时钟一段时间，之后再开启时钟一段时间的开关模式。
4.如权利要求1所述的低功耗GPS跟踪方法，其特征在于，设置低功耗运行标志，用于根据低功耗运行标志值表征为开启状态或关闭状态时，相应选择开启或关闭低功耗模式。
5.如权利要求4所述的低功耗GPS跟踪方法，其特征在于，设置低功耗准备标志，用于根据低功耗准备标志值表征为清零状态或设置状态时的对应值对低功耗运行标志进行赋值。
6.如权利要求5所述的低功耗GPS跟踪方法，其特征在于，按预设时间检测跟踪环参数调整时间间隔是否到时，若是，根据相干积分累加值调整跟踪环参数，之后将相干积分累加值清零；同时，根据低功耗准备标志值对低功耗运行标志进行赋值。
7.如权利要求5所述的低功耗GPS跟踪方法，其特征在于，通过判断载噪比的大小，更新低功耗准备标志值为清零状态或设置状态。
8.如权利要求7所述的低功耗GPS跟踪方法，其特征在于，按预设时间检测载噪比更新时间间隔是否到时，若是，更新载噪比，其中：在载噪比低于低功耗准备清零值时，更新低功耗准备标志值为清零状态；在载噪比高于低功耗准备设置值时，更新低功耗准备标志值为设置状态。
9.一种低功耗GPS跟踪装置，包括GPS信号检测单元及长相干积分器，其特征在于，还包括积分模式控制单元，所述积分模式控制单元接于所述GPS信号检测单元及所述长相干积分器之间，用于在所述长相干积分器进入长相干积分跟踪阶段后，在长相干积分的每一跟踪环调整的时间间隔内，判断GPS信号强度是否大于预设阈值低界而小于预设阈值高界，若是，输出低功耗模式开启信号，以控制所述长相干积分器的长相干积分的累加过程间歇性地开启/关闭；若否，输出低功耗模式关闭信号，以控制所述长相干积分器按常规模式正常进行长相干积分的累加过程。
10.如权利要求9所述的低功耗GPS跟踪装置，其特征在于，所述积分模式控制单元设置有低功耗模式计时器，用于在低功耗模式下的每一长相干积分跟踪环调整的时间间隔内交替开启/关闭，其中：在低功耗模式时钟关闭时间内，所述积分模式控制单元输出长相干积分累计暂停信号；在低功耗模式时钟开启时间内，所述积分模式控制单元输出长相干积分累计运行信号。
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