CN104849734A - 一种组合导航接收机中辅助捕获方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合导航接收机中辅助捕获方法，所述组合导航接收机能够接收处理多个卫星信号，并且已经捕获跟踪到至少一个卫星信号，包括辅助信息产生步骤和卫星捕获跟踪步骤。辅助信息为组合导航接收机的时钟偏差，在捕获跟踪目标卫星时用于修正目标卫星的伪距，准确预测目标卫星的相位。它降低了捕获时间，提高了捕获精度；不仅能实现单个卫星导航系统卫星的辅助捕获，也可实现多个卫星导航系统之间卫星的相互辅助捕获。

Description

一种组合导航接收机中辅助捕获方法

技术领域

本发明涉及一种组合导航接收机中捕获方法，尤其涉及一种组合导航接收机中辅助捕获方法。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS)为用户提供定位导航服务，GNSS包括美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的Galileo系统、中国的北斗(BeiDou)系统以及其他一些增强系统。

在复杂环境中，地面接收到的GNSS卫星信号功率不同。卫星的信号由于树木、高楼等的遮挡，信号功率弱，接收机难以捕获和利用该卫星信号。即使在热启动时，接收机具有很多先验知识，如卫星星历、接收机粗略位置、粗略时间，但接收机仍然无法直接预测卫星的扩频码相位。主要原因在于，定位前接收机粗略时间的典型精度为毫秒至秒，远远超过扩频码片的分辨率(以GPS的L1C/A扩频码为例，其周期为1毫秒，包括1024个码片)。

如果能够准确的预测目标卫星的一级码(扩频码)相位，就可以在目标码相位处对卫星信号进行捕获，此时只需要搜索几个或几十个不确定码相位，与原来需要1024个不确定码相位相比，捕获时间可大大减少。另外，由于能够准确预测目标卫星的二级码(比特)相位，可以使用更长的相干积分时间，极大的提高捕获灵敏度。

通过外部时间辅助(如网络授时)可得到精度好于1毫秒的时间辅助值，进而实现精确地预测，但是需要额外的设备，增加了卫星导航接收机的成本，且限制了使用范围。

当前卫星导航接收机一般具有实时时钟(RTC)模块，在备份电池的支持下，可以在一段时间(典型的值是十几分钟)内保持时间偏差小于1毫秒，所以可以实现精确地预测。但是该方法只能在接收机断电后的一段时间内有效，例如是十几分钟。另外，由于RTC模块使用晶振，受温度、震动等外界环境影响，所以该方法有时会失效。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种组合导航接收机中辅助捕获方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种捕获时间短、灵敏度高端的组合导航接收机中辅助捕获方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种组合导航接收机中辅助捕获方法。

所述组合导航接收机能够接收处理多个卫星信号，并且已经捕获跟踪到至少一个卫星信号；其特征在于：包括辅助信息产生步骤和卫星捕获跟踪步骤：

所述辅助信息产生步骤包括以下步骤：

1-a：选择参考卫星：记录已捕获跟踪的卫星数目N，并选择一颗已捕获跟踪的卫星n作为参考卫星；

1-b：在所述参考卫星的测量时刻t_rcu,n，所述组合导航接收机锁存本地扩频码与所述参考卫星信号同步，测量所述参考卫星发射信号的卫星时间M_n ⁽¹⁾；产生码相位辅助信息

其中Pr_n ⁽¹⁾为所述参考卫星的伪距；

1-c：由所述参考卫星估计并记录所述组合导航接收机的时钟误差Δt_rcu，n：

1-d：判断是否还有其他已经跟踪的卫星没有作为参考卫星计算所述组合导航接收机的时钟偏差Δt_rcu,n，如果是，转向步骤a，否则，转向步骤e；

1-e：计算所述组合导航接收机的时钟偏差Δt_rcu：

${\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{rcu}}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{rcu},n}---\left(3\right)$

所述卫星捕获跟踪步骤包括以下步骤：

2-a：选择一个待捕获跟踪的卫星作为目标卫星；

2-b：计算所述目标卫星的伪距Pr⁽²⁾；

2-c：计算伪距修正值Pr'⁽²⁾：

Pr'⁽²⁾＝Pr⁽²⁾+Δt_rcu    (4)

2-d：以伪距修正值Pr'⁽²⁾为目标位置，捕获跟踪目标卫星。

在本发明的较佳实施方式中，所述组合导航接收机接收处理的多个卫星信号来自同一个卫星系统。

在本发明的另一较佳实施方式中，所述组合导航接收机接收处理的多个卫星信号来自同不同的卫星系统；选择一个卫星系统为参考卫星系统；所述组合导航接收机的的时钟误差Δt_rcu,n为：

其中Δt_sys为所述参考卫星所在的卫星系统与所述参考卫星系统之间的偏差；所述伪距修正值Pr'⁽²⁾为：

Pr'⁽²⁾＝Pr⁽²⁾+Δt_rcu+Δt'_sys    (6)

其中，Δt'_sys为所述目标卫星所在的卫星系统与所述参考卫星系统之间的偏差。

本发明的有益效果在于：

1、不仅能实现单个卫星导航系统卫星的辅助捕获，也可实现多个卫星导航系统之间卫星的相互辅助捕获。

2、降低了捕获时间，提高了捕获精度。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是卫星导航接收机辅助捕获示意图；

图2是辅助信息产生步骤；

图3是卫星捕获跟踪步骤流程图。

具体实施方式

实施例1：

一种组合导航接收机中辅助捕获方法，所述组合导航接收机能够接收处理多个卫星信号，并且已经捕获跟踪到至少一个卫星信号；其特征在于：包括辅助信息产生步骤和卫星捕获跟踪步骤：

所述辅助信息产生步骤包括以下步骤：

1-a：选择参考卫星：记录已捕获跟踪的卫星数目N，并选择一颗已捕获跟踪的卫星n作为参考卫星；

1-b：在所述参考卫星的测量时刻t_rcu,n，所述组合导航接收机锁存本地扩频码与所述参考卫星信号同步，测量所述参考卫星发射信号的卫星时间M_n ⁽¹⁾；产生码相位辅助信息

其中Pr_n ⁽¹⁾为所述参考卫星的伪距；

1-c：由所述参考卫星估计并记录所述组合导航接收机的时钟误差Δt_rcun：

1-d：判断是否还有其他已经跟踪的卫星没有作为参考卫星计算所述组合导航接收机的时钟偏差Δt_rcu,n，如果是，转向步骤a，否则，转向步骤e；

1-e：计算所述组合导航接收机的时钟偏差Δt_rcu：

${\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{rcu}}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{rcu},n}---\left(3\right)$

所述卫星捕获跟踪步骤包括以下步骤：

2-a：选择一个待捕获跟踪的卫星作为目标卫星；

2-b：计算所述目标卫星的伪距Pr⁽²⁾；

2-c：计算伪距修正值Pr'⁽²⁾：

Pr'⁽²⁾＝Pr⁽²⁾+Δt_rcu    (4)

2-d：以伪距修正值Pr'⁽²⁾为目标位置，捕获跟踪目标卫星。

如图1所示，在本实施例中，组合导航接收机接收多个卫星102a、102b、102c、102d的信号，这些卫星来自同一个卫星系统，如GPS或BeiDou，卫星102a为参考卫星，卫星102d为目标卫星。

组合导航接收机与卫星102a之间的直线距离为104a，组合导航接收机捕获并跟踪了卫星102a的信号，可得到其信号的测量值，通过该测量值可以计算卫星102a与接收机101之间的伪距104b。测量得到的伪距104b与直线距离104a是不同的，因为伪距104b包含了多种噪声影响，例如：电离层误差、对流层误差、多径误差、通道噪声等。

组合导航接收机101与卫星102d之间的直线距离为105a，伪距为105b。假设由于遮挡物103的遮挡，卫星102d的信号较弱，没有被接收机101捕获和跟踪。

通过已经跟踪到的卫星102a或/和102b、102c的测量值，预测未捕获的卫星102d在当前时刻的码相位状态，然后对卫星102d进行快速、高灵敏度的捕获。所述参考卫星和目标卫星的伪距由所述组合导航接收机中存储的参考卫星和目标卫星的星历、估算时间和估算位置计算得到。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于，所述组合导航接收机接收处理的多个卫星信号来自同不同的卫星系统；也可能是不同的卫星导航系统。选择一个卫星系统为参考卫星系统；所述组合导航接收机的时钟误差Δt_rcu,n为：

其中Δt_sys为所述参考卫星所在的卫星系统与所述参考卫星系统之间的偏差；所述伪距修正值Pr'⁽²⁾为：

Pr'⁽²⁾＝Pr⁽²⁾+Δt_rcu+Δt'_sys    (6)

其中，Δt'_sys为所述目标卫星所在的卫星系统与所述参考卫星系统之间的偏差。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种组合导航接收机中辅助捕获方法，所述组合导航接收机能够接收处理多个卫星信号，并且已经捕获跟踪到至少一个卫星信号；其特征在于，包括辅助信息产生步骤和卫星捕获跟踪步骤：

所述辅助信息产生步骤包括以下步骤：

1-a：选择参考卫星：记录已捕获跟踪的卫星数目N，并选择一颗已捕获跟踪的卫星n作为参考卫星；

1-b：在所述参考卫星的测量时刻t_rcu,n，所述组合导航接收机锁存本地扩频码与所述参考卫星信号同步，测量所述参考卫星发射信号的卫星时间M_n ⁽¹⁾；产生码相位辅助信息

其中Pr_n ⁽¹⁾为所述参考卫星的伪距；

1-c：由所述参考卫星估计并记录所述组合导航接收机的时钟误差Δt_rcu,n：

1-d：判断是否还有其他已经跟踪的卫星没有作为参考卫星计算所述组合导航接收机的时钟偏差Δt_rcu,n，如果是，转向步骤a，否则，转向步骤e；

1-e：计算所述组合导航接收机的时钟偏差Δt_rcu：

$\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{rcu}}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{rcu},n}---\left(3\right)$

所述卫星捕获跟踪步骤包括以下步骤：

2-a：选择一个待捕获跟踪的卫星作为目标卫星；

2-b：计算所述目标卫星的伪距Pr⁽²⁾；

2-c：计算伪距修正值Pr'⁽²⁾：

Pr'⁽²⁾＝Pr⁽²⁾+Δt_rcu          (4)

2-d：以伪距修正值Pr'⁽²⁾为目标位置，捕获跟踪目标卫星。

2.根据权利要求1所述的一种组合导航接收机中辅助捕获方法，其特征在于，所述组合导航接收机接收处理的多个卫星信号来自同一个卫星系统。

3.根据权利要求1所述的一种组合导航接收机中辅助捕获方法，其特征在于，所述组合导航接收机接收处理的多个卫星信号来自同不同的卫星系统；选择一个卫星系统为参考卫星系统；所述组合导航接收机的时钟误差Δt_rcu,n为：

其中Δt_sys为所述参考卫星所在的卫星系统与所述参考卫星系统之间的偏差；所述伪距修正值Pr'⁽²⁾为：

Pr'⁽²⁾＝Pr⁽²⁾+Δt_rcu+Δt'_sys          (6)

其中，Δt'_sys为所述目标卫星所在的卫星系统与所述参考卫星系统之间的偏差。