CN103376453A - 导航系统中定位机快速启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导航系统中定位机快速启动方法，包括以下步骤，定位机上电，通过通讯模块获取当前位置的蜂窝小区ID并将蜂窝小区ID打包发送至中心服务器；中心服务器解析出蜂窝小区ID，在中心数据库进行检索并找到当前蜂窝小区ID匹配区域的中心经纬度点；上述中心经纬度点在中心数据库中存储有对应的可见星信息，则进入步骤50；否则进入步骤40；步骤40，中心服务器根据预定的可见星信息计算公式计算出上述中心经纬度点的可见星信息；步骤50，中心服务器将上述中心经纬度点的可见星信息发送至定位机，该定位机实现启动。采用上述方案，服务器直接向定位机下发或计算出可见星信息及可见星的星历信息，提高定位机的冷启动速度。

Description

导航系统中定位机快速启动方法

技术领域

本发明涉及一种GPS定位装置的启动方法，特别涉及一种导航系统中定位机快速启动方法。

背景技术

目前，世界上已经存在两大全球卫星导航定位系统是美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统，正在建网阶段的欧洲Galiteo系统和中国的BD2系统。因此，双系统定位导航、三系统定位导航甚至四系统定位导航成为正逐渐成为可能。两个或两个以上的系统进行导航的优势在于，对于某一经纬度而言，其可见星更多因此提供的导航精确度更高；然而，对于一个提供粗略位置信息的定位机而言，它需要处理的数据量成级数倍增。

在目前的卫星定位方法中，定位机上电冷起动时，由于设备无法预知当前区域的可见星，因此只能对卫星信号进行逐颗捕获和跟踪。在跟踪上卫星信号后，还需要对所有卫星的星历数据进行接收。

中国专利号ZL200710120047.1公开了一种双系统组合卫星导航接收机冷起动初始定位方法，该方法根据守时时钟给出参考星站距离的初值估计，并根据伪距观测信息及卫星星历数据，构造参考星站距离与接收机空间位置关系的线性矩阵方程；构造关于两个参考星站距离的非线性方程组，并求解非线性方程组各阶系数；应用人工神经网络对关于两个参考星站距离的非线性方程组求解，得到更精确的参考星站距离。

中国专利号ZL200710089671.X公开了一种在冷启动状态下搜寻卫星的方法。所述方法首先搜寻一预定的或随机选取的卫星作为第一卫星。然后，根据所述第一卫星的搜寻结果(“命中”或“漏失”)以及所述第一卫星与其它卫星之间的相互关系选择一待搜寻的第二卫星。实际上是提供一初始权重因子表，于搜寻期间，依据搜寻结果以及卫星之间的相互关系对所述初始权重因子表进行更新。本发明所提供的方法可以缩短首次定位时间(TTFF)，从而提供快速的冷启动卫星定位。

综上所述，当前定位机的冷启动时都需要对一个或一个以上的导航系统内的组网卫星进行搜索。随着卫星数量的增多，定位机需要处理的数据量数量级的增长，从而导致定位机的启动速度较慢。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种可令定位机快速启动且精确度高的快速启动方法。

本发明解决现有技术中存在的技术问题，所提供的技术方案是：提供一种导航系统中定位机快速启动方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤10，定位机上电，通过通讯模块获取当前位置的蜂窝小区ID并将蜂窝小区ID打包发送至中心服务器；步骤20，中心服务器解析出蜂窝小区ID，在中心数据库进行检索并找到当前蜂窝小区ID匹配区域的中心经纬度点；步骤30，上述中心经纬度点在中心数据库中存储有对应的可见星信息，则进入步骤50；否则进入步骤40；步骤40，中心服务器根据预定的可见星信息计算公式计算出上述中心经纬度点的可见星信息；步骤50，中心服务器将上述中心经纬度点的可见星信息发送至定位机，该定位机实现启动。

作为本发明所述启动方法的优选方案，在所述步骤40中，预定的可见星信息计算公式为：假设选定的区域中心的空间直角坐标为(Xu，Yu，Zu)，经纬度为(Bu，Lu)，卫星在站心坐标系的坐标为(Xzs，Yzs，Zzs)，卫星的空间直角坐标为(Xs，Ys，Zs)，则有

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Xzs}\\ \mathrm{Yzs}\\ \mathrm{Zzs}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}-\sin \left(\mathrm{Bu}\right)\cos \left(\mathrm{Lu}\right)& -\sin \left(\mathrm{Bu}\right)\sin \left(\mathrm{Lu}\right)& \cos \left(\mathrm{Bu}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{Lu}\right)& \cos \left(\mathrm{Lu}\right)& 0\\ \cos \left(\mathrm{Bu}\right)\cos \left(\mathrm{Lu}\right)& \cos \left(\mathrm{Bu}\right)\sin \left(\mathrm{Lu}\right)& \sin \left(\mathrm{Bu}\right)\end{array}\right]*(\left[\begin{array}{c}\mathrm{Xs}\\ \mathrm{Ys}\\ \mathrm{Zs}\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}\mathrm{Xu}\\ \mathrm{Yu}\\ \mathrm{Zu}\end{array}\right])$

用(Rs，As，Es)表示卫星在站心极坐标系下，其中Es为卫星在地平面上的高度角，可以表示为

$\mathrm{Es}=\mathrm{arctg}\left(\frac{\mathrm{Zzs}}{\sqrt{{\mathrm{Xzs}}^2+{\mathrm{Yzs}}^2}}\right).$

作为本发明所述启动方法的优选方案，所述Es的取值范围在10°-90°。

作为本发明所述启动方法的优选方案，在所述步骤50中，中心经纬度点的可见星信息还包括中心服务器向当前定位机推荐优选的定位卫星位置。

本发明解决现有技术中存在的技术问题，本发明还提供了另一种导航系统中定位机快速启动方法，包括以下步骤，步骤10，定位机上电，通过通讯模块获取当前位置的蜂窝小区ID并将蜂窝小区ID打包发送至中心服务器；步骤20，中心服务器解析出蜂窝小区ID，在中心数据库进行检索并找到当前蜂窝小区ID匹配区域的中心经纬度点；步骤30，上述中心经纬度点在中心数据库中存储有对应的可见星信息，则进入步骤50；否则进入步骤35；步骤35，中心服务器中缓冲存储器中存储有其他定位机在该中心经纬度点的可见星位置，则进入步骤50；否则进入步骤40；步骤40，中心服务器根据预定的可见星信息计算公式计算出上述中心经纬度点的可见星信息；步骤50，中心服务器将上述中心经纬度点的可见星信息发送至定位机，该定位机实现启动。

本发明所述的技术方案相对于现有技术，取得的有益效果是：

(1)本发明所述的导航系统中定位机快速启动方法，根据定位机所在的当前蜂窝小区ID，从中心数据库中查找到该区域的中心经纬度点；而根据该中心经纬度点，服务器直接向定位机下发或计算出可见星信息及可见星的星历信息，从而避免了定位机通过搜索卫星信号逐一获取可见星信息；因此，可以大大提高定位机的冷启动速度；同时，由于当前蜂窝小区ID的信息是预存在中心数据库中，因此其精确度很高。

(2)本发明所述的导航系统中定位机快速启动方法，对于某一定位机而言，可能在相邻区域的定位机与其对应的可见星信息相同，相邻区域的定位机也向服务器提出过下发可见星的数据信息并保存在缓冲存储器中，因此直接从该缓冲存储器中获取可见星信息，进一步提高了定位机的冷启动速度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明所述的导航系统的系统框图；

图2是本发明所述导航系统中定位机快速启动方法实施例一的流程图；

图3是本发明所述导航系统中定位机快速启动方法实施例二的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1、图2所示，在导航系统中，需要多个定位机32、定位机34、定位机36提供当前位置的粗略位置信息或者提供相关位置信息给中心服务器20以判断当前定位机所在的粗略位置。

本发明所述的导航系统中定位机快速启动方法，包括以下步骤，

步骤10，定位机上电，通过通讯模块获取当前位置的蜂窝小区ID并将蜂窝小区ID打包发送至中心服务器20。

定位机冷起动时，首先需要通过其内部的通讯模块获取当前位置的蜂窝小区ID(Cell ID)，同时将CellID数据打包发送到中心服务器20，为中心服务器20获取该定位机所在位置做准备。

步骤20，中心服务器20解析出蜂窝小区ID，在中心数据库30进行检索并找到当前蜂窝小区ID匹配区域的中心经纬度点。

中心服务器20对定位机发送来的CellID进行解析，将根据该CellID在中心数据库30中进行检索，以确定该Cell ID所对应的中心经纬点。应该理解，该CellID与其所对应的中心经纬点是预先存储在中心数据库30中。

步骤30，上述中心经纬度点在中心数据库30中存储有对应的可见星信息，此时，可以直接获取到该中心经纬度点所对应的可见星信息，则进入步骤50；如果在中心数据库中未直接检索到对应的可见星信息，则进入步骤40。

步骤40，中心服务器30根据预定的可见星信息计算公式计算出上述中心经纬度点的可见星信息。

可见星信息的计算公式如下所示，但不限于此。假设选定的区域中心的空间直角坐标为(Xu，Yu，Zu)，经纬度为(Bu，Lu)，卫星在站心坐标系的坐标为(Xzs，Yzs，Zzs)，卫星的空间直角坐标为(Xs，Ys，Zs)，则有：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Xzs}\\ \mathrm{Yzs}\\ \mathrm{Zzs}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}-\sin \left(\mathrm{Bu}\right)\cos \left(\mathrm{Lu}\right)& -\sin \left(\mathrm{Bu}\right)\sin \left(\mathrm{Lu}\right)& \cos \left(\mathrm{Bu}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{Lu}\right)& \cos \left(\mathrm{Lu}\right)& 0\\ \cos \left(\mathrm{Bu}\right)\cos \left(\mathrm{Lu}\right)& \cos \left(\mathrm{Bu}\right)\sin \left(\mathrm{Lu}\right)& \sin \left(\mathrm{Bu}\right)\end{array}\right]*(\left[\begin{array}{c}\mathrm{Xs}\\ \mathrm{Ys}\\ \mathrm{Zs}\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}\mathrm{Xu}\\ \mathrm{Yu}\\ \mathrm{Zu}\end{array}\right])$

用(Rs，As，Es)表示卫星在站心极坐标系下，其中Es为卫星在地平面上的高度角，可以表示为：

$\mathrm{Es}=\mathrm{arctg}\left(\frac{\mathrm{Zzs}}{\sqrt{{\mathrm{Xzs}}^2+{\mathrm{Yzs}}^2}}\right).$

由arctg的取值范围可知，Es的范围在(-90°，90°)，当Es大于0时，对于当前经纬度点是可见的。因此，优选地，Es取值范围在10°-90°之间。

步骤50，中心服务器20将上述中心经纬度点的可见星信息发送至定位机，该定位机实现启动。

中心服务器20直接从中心数据库30中取得到可见星信息，或者通过计算公式计算出可见星信息。优选地，中心经纬度点的可见星信息还包括中心服务器20向当前定位机推荐优选的定位卫星位置。从而定位机有针对性地直接搜索该优选卫星的信号。

综上所述，定位机不需要逐次去搜索卫星信号，以确定可见星的信息，而是直接获取预存在中心数据库30中的可见星信息，然而有针对性地去搜索定位机所在位置的可见星信号，大大提高了定位机的冷启动速度；同时，由于数据库中的可见星信息是经过精心编排，其精确度很高。

实施例二

如图2所示，本发明所述的定位机快速启动方法实施例二与实施例一的区别在于，在上述步骤30中，如果中心数据库30中不能直接获取定位机所在位置的可见星信息，而不直接进入步骤40中，通过计算公式计算出可见星信息，而是进入步骤35，先去查找中心服务器20的缓冲存储器中是滞存储有其他定位机在该中心经纬度点的可见星位置，如果存在，则直接从缓冲存储器获取该定位机所在位置的可见星信息，进一步提高了定位机的启动速度。

因此，本实施例与实施例一的步骤10至步骤30一致，在此不累述。

步骤30，上述中心经纬度点在中心数据库中存储有对应的可见星信息，则进入步骤50；否则进入步骤35；

步骤35，中心服务器中缓冲存储器中存储有其他定位机在该中心经纬度点的可见星位置，则进入步骤50；否则进入步骤40；

步骤40，中心服务器根据预定的可见星信息计算公式计算出上述中心经纬度点的可见星信息；

步骤50，中心服务器将上述中心经纬度点的可见星信息发送至定位机，该定位机实现启动。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种导航系统中定位机快速启动方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤10，定位机上电，通过通讯模块获取当前位置的蜂窝小区ID并将蜂窝小区ID打包发送至中心服务器；

步骤20，中心服务器解析出蜂窝小区ID，在中心数据库进行检索并找到当前蜂窝小区ID匹配区域的中心经纬度点；

步骤30，上述中心经纬度点在中心数据库中存储有对应的可见星信息，则进入步骤50；否则进入步骤40；

步骤40，中心服务器根据预定的可见星信息计算公式计算出上述中心经纬度点的可见星信息；

步骤50，中心服务器将上述中心经纬度点的可见星信息发送至定位机，该定位机实现启动。

2.根据权利要求1所述的导航系统中定位机快速启动方法，其特征在于，在所述步骤40中，预定的可见星信息计算公式为：假设选定的区域中心的空间直角坐标为(Xu，Yu，Zu)，经纬度为(Bu，Lu)，卫星在站心坐标系的坐标为(Xzs，Yzs，Zzs)，卫星的空间直角坐标为(Xs，Ys，Zs)，则有

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Xzs}\\ \mathrm{Yzs}\\ \mathrm{Zzs}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}-\sin \left(\mathrm{Bu}\right)\cos \left(\mathrm{Lu}\right)& -\sin \left(\mathrm{Bu}\right)\sin \left(\mathrm{Lu}\right)& \cos \left(\mathrm{Bu}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{Lu}\right)& \cos \left(\mathrm{Lu}\right)& 0\\ \cos \left(\mathrm{Bu}\right)\cos \left(\mathrm{Lu}\right)& \cos \left(\mathrm{Bu}\right)\sin \left(\mathrm{Lu}\right)& \sin \left(\mathrm{Bu}\right)\end{array}\right]*(\left[\begin{array}{c}\mathrm{Xs}\\ \mathrm{Ys}\\ \mathrm{Zs}\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}\mathrm{Xu}\\ \mathrm{Yu}\\ \mathrm{Zu}\end{array}\right])$

用(Rs，As，Es)表示卫星在站心极坐标系下，其中Es为卫星在地平面上的高度角，可以表示为

$\mathrm{Es}=\mathrm{arctg}\left(\frac{\mathrm{Zzs}}{\sqrt{{\mathrm{Xzs}}^2+{\mathrm{Yzs}}^2}}\right).$

3.根据权利要求2所述的导航系统中定位机快速启动方法，其特征在于，所述Es的取值范围在10°-90°。

4.根据权利要求1所述的导航系统中定位机快速启动方法，其特征在于，在所述步骤50中，中心经纬度点的可见星信息还包括中心服务器向当前定位机推荐优选的定位卫星位置。

5.一种导航系统中定位机快速启动方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤10，定位机上电，通过通讯模块获取当前位置的蜂窝小区ID并将蜂窝小区ID打包发送至中心服务器；

步骤20，中心服务器解析出蜂窝小区ID，在中心数据库进行检索并找到当前蜂窝小区ID匹配区域的中心经纬度点；

步骤30，上述中心经纬度点在中心数据库中存储有对应的可见星信息，则进入步骤50；否则进入步骤35；

步骤35，中心服务器中缓冲存储器中存储有其他定位机在该中心经纬度点的可见星位置，则进入步骤50；否则进入步骤40；

步骤40，中心服务器根据预定的可见星信息计算公式计算出上述中心经纬度点的可见星信息；

步骤50，中心服务器将上述中心经纬度点的可见星信息发送至定位机，该定位机实现启动。

6.根据权利要求5所述的导航系统中定位机快速启动方法，其特征在于，在所述步骤40中，预定的可见星信息计算公式为：假设选定的区域中心的空间直角坐标为(Xu，Yu，Zu)，经纬度为(Bu，Lu)，卫星在站心坐标系的坐标为(Xzs，Yzs，Zzs)，卫星的空间直角坐标为(Xs，Ys，Zs)，则有

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Xzs}\\ \mathrm{Yzs}\\ \mathrm{Zzs}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}-\sin \left(\mathrm{Bu}\right)\cos \left(\mathrm{Lu}\right)& -\sin \left(\mathrm{Bu}\right)\sin \left(\mathrm{Lu}\right)& \cos \left(\mathrm{Bu}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{Lu}\right)& \cos \left(\mathrm{Lu}\right)& 0\\ \cos \left(\mathrm{Bu}\right)\cos \left(\mathrm{Lu}\right)& \cos \left(\mathrm{Bu}\right)\sin \left(\mathrm{Lu}\right)& \sin \left(\mathrm{Bu}\right)\end{array}\right]*(\left[\begin{array}{c}\mathrm{Xs}\\ \mathrm{Ys}\\ \mathrm{Zs}\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}\mathrm{Xu}\\ \mathrm{Yu}\\ \mathrm{Zu}\end{array}\right])$

用(Rs，As，Es)表示卫星在站心极坐标系下，其中Es为卫星在地平面上的高度角，可以表示为

$\mathrm{Es}=\mathrm{arctg}\left(\frac{\mathrm{Zzs}}{\sqrt{{\mathrm{Xzs}}^2+{\mathrm{Yzs}}^2}}\right).$

7.根据权利要求6所述的导航系统中定位机快速启动方法，其特征在于，所述Es的取值范围在10°-90°。

8.根据权利要求5所述的导航系统中定位机快速启动方法，其特征在于，在所述步骤50中，中心经纬度点的可见星信息还包括中心服务器向当前定位机推荐优选的定位卫星位置。

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