CN104316935B - 一种加快卫星导航接收机热启动定位速度的方法及系统 - Google Patents

一种加快卫星导航接收机热启动定位速度的方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种加快卫星导航接收机热启动定位速度的方法，包括步骤：获取接收机上一次关机时的RTC时间TR1和时钟相位TRP1；获取接收机重新开机时的RTC时间TR2和时钟相位TRP2；计算关机时间间隔ΔT，所述ΔT=(TR2‑TR1)+(TRP2–TRP1)；根据所述关机时间间隔ΔT进行热启动。该方法在传统的单纯利用RTC时间进行热启动的基础上，引进了RTC时钟相位，得出更为精确的关机时间间隔，并进一步减少了系统时间误差，从而提高了热启动的定位速度，改进了传统方法的不足。同时，本发明还提供一种加快卫星导航接收机热启动定位速度的系统。

Description

一种加快卫星导航接收机热启动定位速度的方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，特别涉及一种加快卫星导航接收机热启动定位速度的方法及系统。
背景技术
GNSS系统的一项重要应用是提供已知当前时间和可见星星历及历书等信息情况下的快速定位，一般叫这种应用为热启动定位。热启动是卫星导航接收机定位功能中非常重要的组成部分，其具体表现形式为接收机可以在停机后（一般为2小时内）重新开机，只需要非常短（一般为几秒钟）的时间，即可提供定位信息。热启动定位成功的非常重要的条件之一就是接收机时间的精准度，时间精准度越高则热启动定位速度越快位置越准。
当前的热启动技术，一般直接选取传统RTC时间作为已知当前时间这个条件，但是实际上这种传统的RTC时间存在着两种缺陷。一种缺陷来自于RTC晶振时钟的不准确性，另一种缺陷来自于RTC时钟和系统时钟的非同步性。第一种缺陷具有时间累积特性，热启动间隔时间越长其表现越严重；第二种缺陷则与热启动间隔时间无关，只是由于第一种缺陷时间累积特性的存在，它会相对的在启动间隔时间较短的情况下表现得更具主导性。
传统RTC时间的第二种缺陷，会导致系统获取RTC时间时，不可避免的引入非同步误差。忽略RTC时钟和系统时钟本身频偏的因素，一般情况下，该误差范围为1个RTC时钟周期。由于在接收机热启动算法中，需要获取上一次关机前最后一次存储的RTC时间和重新开机后的当前的RTC时间两个参量，该误差范围会扩大为2个RTC时钟周期，约为61us。这个误差将导致接收机理论上无法直接判定码相位边界，也就无法直接实现热启动定位。
加快热启动定位时间的方法有多种多样，着眼点各有不同，有从原始算法出发的，有从提高信号质量出发的，有从改善解算算法出发的，有从提高硬件性能出发的。加快热启动定位速度的方法是无止境的，不能只采取一种方法，而应该把尽量多的手段融合在一起。
发明内容
基于上述情况，本发明提供了一种加快卫星导航接收机热启动定位速度的方法。该方法在传统的单纯利用RTC时间进行热启动的基础上，引进了RTC时钟相位，得出更为精确的关机时间间隔，并进一步减少了系统时间误差，从而提高了热启动的定位速度，改进了传统方法的不足。
一种加快卫星导航接收机热启动定位速度的方法，包括步骤：包括步骤：获取接收机上一次关机时的RTC时间TR1和时钟相位TRP1；获取接收机重新开机时的RTC时间TR2和时钟相位TRP2；计算关机时间间隔ΔT，所述ΔT = (TR2-TR1) + (TRP2– TRP1)；根据所述关机时间间隔进行热启动。
所述关机时间间隔还包含其误差δ=δ1+δ2；其中，δ1为RTC时钟晶振频偏累积误差；δ2为RTC时钟与系统时钟的非同步误差，其误差范围为[-(TSYS1+TSYS2)/2, +(TSYS1+TSYS2)/2]，TSYS1表示关机前的系统时钟周期，TSYS2重新开机后的系统时钟周期。
所述RTC时间TR =m*TRTC，其中TRTC 表示一个RTC时钟周期，m表示该时刻相对于时间零点参考点的时间段内所包含的RTC时钟周期的个数；所述RTC时钟相位TRP=n*TSYS，其中TSYS表示一个系统时钟周期，n表示该时刻相对于当前RTC周期起始参考点的时间段内所包含的系统时钟周期的个数；所述TRTC≈N*TSYS，取N为大于2的整数。
一种加快卫星导航接收机热启动定位速度的系统，包括：RTC数据获取模块，用于获取接收机上一次关机时的RTC时间TR1和时钟相位TRP1与接收机重新开机时的RTC时间TR2和时钟相位TRP2；数据处理模块，用于计算关机时间间隔ΔT = (TR2 –TR1) + (TRP2– TRP1)；热启动定位模块，根据所述关机时间间隔ΔT进行热启动定位。
所述关机时间间隔还包含其误差δ=δ1+δ2；其中，δ1为RTC时钟晶振频偏累积误差；δ2为RTC时钟与系统时钟的非同步误差，其不确定范围为[-(TSYS1+TSYS2)/2, +(TSYS1+TSYS2)/2]，TSYS1表示关机前的系统时钟周期，TSYS2重新开机后的系统时钟周期。
这里，所述RTC时间 TR=m*TRTC，其中TRTC 表示一个RTC时钟周期，m表示该时刻相对于时间零点参考点的时间段内所包含的RTC时钟周期的个数； 所述RTC时钟相位TR P=n*TSYS，其中TSYS表示一个系统时钟周期，n表示该时刻相对于当前RTC周期起始参考点（一般选取上升沿或下降沿）的时间段内所包含的系统时钟周期的个数；所述TRTC≈N*TSYS，为体现该方法的优势，取N为大于2的整数。
相较于现有技术，本发明改进了传统的单纯利用RTC时间进行热启动的不足。通过引进RTC时钟相位，获取关机前及开机后的RTC时间和时钟相位，得出了更为精确的关机时间间隔，并进一步减少了系统时间误差，从而提高了热启动的定位速度。
附图说明
图1是本发明的一种加快卫星导航接收机热启动定位速度的方法实施例的流程示意图；
图2是本发明的RTC时钟与系统时钟关系示意图；
图3是本发明的接收机关机前的RTC时钟与系统时钟关系示意图；
图4是本发明的接收机重新开机后的RTC时钟与系统时钟关系示意图；
图5是本发明的一种加快卫星导航接收机热启动定位速度的系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合其中的较佳实施方式对本发明方案进行详细阐述。图1中示出了本发明一种加快卫星导航接收机热启动定位速度的方法实施例的流程示意图。
如图1所示，本实施例中的方法包括步骤：
S101：获取接收机上一次关机时的RTC时间TR1和时钟相位TRP1。
接收机定时存储热启动所需要的信息，包括用户位置、速度和各可见星星历及历书等信息，特别的应当包括RTC时间TR1和时钟相位TRP1。这些信息应当存储到非易失存储器中，以保证接收机关机后这些信息不会丢失。
如图2所示， RTC时间TR可以表示为TR=m*TRTC，其中TRTC 表示一个RTC时钟周期，m表示该时刻相对于时间零点参考点的时间段内所包含的RTC时钟周期的个数； RTC时钟相位TRP，可以表示成TRP=n*TSYS，其中TSYS表示一个系统时钟周期，n表示该时刻相对于当前RTC周期起始参考点（一般选取上升沿或下降沿）的时间段内所包含的系统时钟周期的个数； TRTC≈N*TSYS，为体现该方法的优势，取N为大于2的整数。
如图3所示，表示的是关机前RTC时钟和系统时钟的关系图，此时系统时钟周期为TSYS1。
S102：获取接收机重新开机时的RTC时间TR2和时钟相位TRP2。
接收机在关机状态下应当保证RTC时间正常工作，以维持接收机的本地时间。当接收机重新开机时，获取当前的RTC时间TR2和时钟相位TRP2。
如图4所示，表示的是重新开机后RTC时钟和系统时钟的关系图，此时系统时钟周期为TSYS2。
S103：计算关机时间间隔ΔT。
接收机一般情况下的RTC时钟和系统时钟是非同步的，而且一般满足以下关系：TRTC≈N*TSYS，取N为大于2的整数。接收机总是通过系统时钟间接地获取RTC时间，这样就存在时钟非同步误差。
由于传统RTC时间统计的是RTC时钟周期数，即传统RTC时间TR=m*TRTC，因此无论获取RTC时间时实际时间处在同一个RTC时钟周期的任何相位，所获得的RTC时间是一样的。这种情况下，单次获取RTC时间的非同步误差范围是(-TRTC/2 ~ +TRTC /2)，两次获取RTC时间求其间隔的误差范围就是(-TRTC ~ + TRTC)。此时，
其关机时间间隔ΔT = (TR2 –TR1)；
其关机时间间隔误差δ=δ1+δ2；δ2=(-TRTC ~ + TRTC )。
其中δ1为RTC时钟晶振频偏累积误差，时间越短其影响越不明显，由于时钟频偏误差是系统必然存在的误差，这里不做展开阐述。。δ2为RTC时钟与系统时钟的非同步误差，关机时间间隔越短其影响越明显，本发明主要解决这个问题。
为了减少时钟非同步误差，本发明引入了RTC时钟相位。其主要方法是利用高频的系统时钟以一个RTC时钟周期为周期进行计数，即TRP=n*TSYS。这样，接收机在获取RTC时间的同时，也能获取对应时刻的RTC时钟相位。采用本发明的方法后，
其关机时间间隔ΔT = (TR2 –TR1) + (TRP2– TRP1)；
其关机时间间隔误差：δ=δ1+δ2；δ2=[-(TSYS1+TSYS2)/2, +(TSYS1+TSYS2)/2]。
如图3所示，TSYS1为关机前的系统时钟周期；如图4所示，TSYS2为重新开机后的系统时钟周期。
对比本发明和现有技术使用的方法，由于一般情况下有
TRTC >> TSYS1，TRTC >> TSYS2，得TRTC= (TRTC+TRTC)/2>> (TSYS1+TSYS2)/2，
因此非同步误差可以变得非常小，关机时间间隔ΔT的精度得到了提高。
S104：根据关机时间间隔ΔT进行热启动。
利用较精确的关机时间间隔，结合关机前记录的可见星星历等信息，可以计算得到较精确的卫星信号发射时间，并进一步计算获得较精确的卫星当前位置。利用较精确的卫星当前位置结合接收机捕获跟踪功能，实现较快速的热启动定位。
作为更好的实施方式，利用S103求得的关机时间间隔误差δ，还可以进一步确定跟踪所需进行的跟踪同步类型。跟踪同步类型的确定，以GPS为例：
1、时间误差小于6s，可以直接同步导航电文子帧，需要跟踪进行导航比特同步；
2、时间误差小于20ms，可以直接同步导航比特，需要跟踪进行C/A码同步；
3、时间误差小于1ms，可以直接同步C/A码，需要跟踪进行C/A码相位同步；
4、时间误差小于1us，可以直接同步C/A码相位。
由于跟踪同步C/A码相位、C/A码、导航比特和数据帧所需的时间时逐步增长的，所以关机时间间隔误差越小则跟踪同步所需花费的时间就越少。
实现跟踪同步后，就可以进一步进行精确的伪距和多普勒频率计算。获取了上述的卫星当前位置、伪距和多普勒频率计算等的结果后，系统即可以实现快速热启动定位。
图5中示出了本发明的一种加快卫星导航接收机热启动定位速度的系统结构示意图。
一种加快卫星导航接收机热启动定位速度的系统，包括：RTC数据获取模块，用于获取接收机上一次关机时的RTC时间TR1和时钟相位TRP1与接收机重新开机时的RTC时间TR2和时钟相位TRP2；数据处理模块，用于计算关机时间间隔ΔT = (TR2 –TR1) + (TRP2– TRP1)；热启动定位模块，根据所述关机时间间隔ΔT和误差δ进行卫星当前位置、伪距、多普勒等一系列运算，进行热启动定位。
所述关机时间间隔还包含关机时间间隔误差δ=δ1+δ2；其中，δ1为RTC时钟晶振频偏累积误差；δ2为RTC时钟与系统时钟的非同步误差，其误差范围为[-(TSYS1+TSYS2)/2, +(TSYS1+TSYS2)/2]，TSYS1表示关机前的系统时钟周期，TSYS2重新开机后的系统时钟周期。
所述RTC时间TR，可以表示为TR=m*TRTC，其中TRTC 表示一个RTC时钟周期，m表示该时刻相对于时间零点参考点的时间段内所包含的RTC时钟周期的个数；所述RTC时钟相位TRP，可以表示成TRP=n*TSYS，其中TSYS表示一个系统时钟周期，n表示该时刻相对于当前RTC周期起始参考点（一般选取上升沿或下降沿）的时间段内所包含的系统时钟周期的个数；所述TRTC≈N*TSYS，为体现该方法的优势，取N为大于2的整数。
本系统应用了本发明实施例的方法，带来的好处与方法实施例中的内容相同，此处不再展开描述。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种加快卫星导航接收机热启动定位速度的方法，其特征在于，包括步骤：
获取接收机上一次关机时的RTC时间TR1和时钟相位TRP1；获取接收机重新开机时的RTC时间TR2和时钟相位TRP2；
计算关机时间间隔ΔT，所述ΔT＝(TR2-TR1)+(TRP2–TRP1)；所述关机时间间隔ΔT还包含关机时间间隔误差δ＝δ1+δ2；其中，δ1为RTC时钟晶振频偏累积误差；δ2为RTC时钟与系统时钟的非同步误差，其误差范围为[-(TSYS1+TSYS2)/2,+(TSYS1+TSYS2)/2]，TSYS1表示关机前的系统时钟周期，TSYS2重新开机后的系统时钟周期；
根据所述关机时间间隔ΔT和时间间隔误差δ进行热启动，若时间间隔误差小于6s，直接同步导航电文子帧，需要跟踪进行导航比特同步。
2.根据权利要求1所述的加快卫星导航接收机热启动定位速度的方法，其特征在于：若时间间隔误差小于20ms，直接同步导航比特，需要跟踪进行C/A码同步。
3.根据权利要求2所述的加快卫星导航接收机热启动定位速度的方法，其特征在于：若时间间隔误差小于1ms，直接同步C/A码，需要跟踪进行C/A码相位同步。
4.根据权利要求1-3中任一所述的加快卫星导航接收机热启动定位速度的方法，其特征在于：若时间误差小于1us，直接同步C/A码相位。
5.根据权利要求1所述的加快卫星导航接收机热启动定位速度的方法，其特征在于：所述RTC时间TR＝m*TRTC，其中TRTC表示一个RTC时钟周期，m表示该时刻相对于时间零点参考点的时间段内所包含的RTC时钟周期的个数；所述RTC时钟相位TRP＝n*TSYS，其中TSYS表示一个系统时钟周期，n表示该时刻相对于当前RTC周期起始参考点的时间段内所包含的系统时钟周期的个数；所述TRTC≈N*TSYS，取N为大于2的整数。
6.一种加快卫星导航接收机热启动定位速度的系统，其特征在于，包括：
RTC数据获取模块，用于获取接收机上一次关机时的RTC时间TR1和时钟相位TRP1与接收机重新开机时的RTC时间TR2和时钟相位TRP2；
数据处理模块，用于计算关机时间间隔ΔT和关机时间间隔误差δ，其中，ΔT＝(TR2–TR1)+(TRP2–TRP1)，关机时间间隔误差δ＝δ1+δ2；δ1为RTC时钟晶振频偏累积误差；δ2为RTC时钟与系统时钟的非同步误差，其误差范围为[-(TSYS1+TSYS2)/2,+(TSYS1+TSYS2)/2]，TSYS1表示关机前的系统时钟周期，TSYS2重新开机后的系统时钟周期；
热启动定位模块，根据所述关机时间间隔ΔT和时间间隔误差δ进行热启动定位，若时间间隔误差小于6s，直接同步导航电文子帧，需要跟踪进行导航比特同步。
7.根据权利要求6所述的加快卫星导航接收机热启动定位速度的系统，其特征在于：若时间间隔误差小于20ms，直接同步导航比特，需要跟踪进行C/A码同步。
8.根据权利要求7所述的加快卫星导航接收机热启动定位速度的系统，其特征在于：若时间间隔误差小于1ms，直接同步C/A码，需要跟踪进行C/A码相位同步。
9.根据权利要求6-8中任一所述的加快卫星导航接收机热启动定位速度的系统，其特征在于：若时间误差小于1us，直接同步C/A码相位。
10.根据权利要求6所述的加快卫星导航接收机热启动定位速度的系统，其特征在于：所述RTC时间TR＝m*TRTC，其中TRTC表示一个RTC时钟周期，m表示该时刻相对于时间零点参考点的时间段内所包含的RTC时钟周期的个数；所述RTC时钟相位TRP＝n*TSYS，其中TSYS表示一个系统时钟周期，n表示该时刻相对于当前RTC周期起始参考点的时间段内所包含的系统时钟周期的个数；所述TRTC≈N*TSYS，取N为大于2的整数。
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