CN105549054A - 一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法 - Google Patents

一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105549054A
CN105549054A CN201610131787.4A CN201610131787A CN105549054A CN 105549054 A CN105549054 A CN 105549054A CN 201610131787 A CN201610131787 A CN 201610131787A CN 105549054 A CN105549054 A CN 105549054A
Authority
CN
China
Prior art keywords
satellite
receiver
time
satellites
geostationary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610131787.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105549054B (zh
Inventor
苟娟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hwa Create Technology Corp Ltd
Original Assignee
Hwa Create Technology Corp Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hwa Create Technology Corp Ltd filed Critical Hwa Create Technology Corp Ltd
Priority to CN201610131787.4A priority Critical patent/CN105549054B/zh
Publication of CN105549054A publication Critical patent/CN105549054A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105549054B publication Critical patent/CN105549054B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/421—Determining position by combining or switching between position solutions or signals derived from different satellite radio beacon positioning systems; by combining or switching between position solutions or signals derived from different modes of operation in a single system
    • G01S19/423—Determining position by combining or switching between position solutions or signals derived from different satellite radio beacon positioning systems; by combining or switching between position solutions or signals derived from different modes of operation in a single system by combining or switching between position solutions derived from different satellite radio beacon positioning systems

Abstract

本发明涉及卫星导航定位技术，目的是为了解决传统的GNSS接收机在热启动过程中，高精度时间获取难度大，断电一段时间后时间精度无法满足热启动要求的问题。本发明提供一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法，包括如下步骤：首先，对接收的中频数据进行卫星信号捕获，并对捕获到的卫星信号进行载波频率与相位的跟踪，获得定位所需的观测量；然后，根据跟踪结果对地球同步卫星信号进行位同步处理及帧同步处理，得到地球同步卫星信号的发送时刻后进一步获得接收机的当前导航系统时刻，并根据当前导航系统时间获得各个卫星的准确发送时刻；最后，根据卫星的星历、历书、电离层参数及UTC参数，通过定位结算模块进行快速定位。本发明适用于北斗导航定位。

Description

一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法
技术领域
本发明涉及卫星导航定位技术，特别涉及一种基于北斗地球同步卫星的定位方法。
背景技术
全球定位导航GNSS接收机已经普遍用于军事以及我们的日常生活中。作为衡量GNSS接收机性能的关键指标之一，首次定位时间(TTFF)的各种应用场景的提升，将会更好地适应各种需求。
GNSS接收机定位的几个必要因素为：跟上不少于4颗卫星，并且获得这些卫星的星历、发送时间和多普勒测量值。所以实现快速定位实际上就是实现不少于4颗卫星的快速捕获跟踪，并且快速获得这些卫星的测量信息。
传统GNSS接收机热启动定义为：重启时能获得高精度的时间(一般误差不超过0.5ms)，有粗略的接收机位置信息(一般误差不超过150km)，至少4颗卫星星历没有过期。这种方案下接收机热启动的TTFF时间大约是1s，但是这种方案最大的难度在于高精度时间的获取。一般采用32KRTC独立供电来获取时间，但是由于晶振自身的特性，这种方案下断电约30分钟，时间精度就不能满足热启动要求，而且要求RTC一直不能断电，接收机的设计复杂度也更高。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统的GNSS接收机在热启动过程中，高精度时间获取难度大，断电一段时间后时间精度无法满足热启动要求的问题。
为达到上述目的，本发明提供一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法，包括如下步骤：
根据卫星的优先级关系、卫星伪码及频率指定捕获策略对接收的中频数据进行卫星信号捕获，并对捕获到的卫星信号进行载波频率与相位的跟踪，获得定位所需的观测量，所捕获的卫星信号至少包含4颗卫星，其中至少有一颗为地球同步卫星；
根据跟踪结果对地球同步卫星信号进行位同步处理及帧同步处理，得到地球同步卫星信号的发送时刻后进一步获得接收机的当前导航系统时刻，并根据当前导航系统时间获得各个卫星的准确发送时刻；
根据卫星导航系统的协议格式，解析得到卫星的星历、历书、电离层参数及UTC参数，并通过定位结算模块得到接收机的位置、速度及本地时间。
一种优选的方案是，所述捕获策略为快速傅里叶并行捕获策略，进行捕获时，捕获3颗地球同步卫星的卫星信号及3颗非地球同步卫星的卫星信号。
具体地，所述接收机的当前导航系统时间Tr’根据公式
Tr'＝Ts+D/C
计算获得，其中，Ts为地球同步卫星信号的发送时间，D为地球同步卫星到接收机的传输距离，C为光速。
具体地，所述卫星到接收机的传输距离通过公式
D = ( s x - u x ) 2 + ( s y - u y ) 2 + ( s z - u z ) 2
计算获得，其中，其中Sx、Sy、Sz为地球同步卫星在ECEF坐标下的位置，根据发送时间和地球同步卫星星历获得，Ux、Uy、Uz是接收机在ECEF坐标下的位置，根据接收机位置获得。
具体地，所述卫星的准确发送时间Ts根据公式
Ts＝mod(Ts'，1ms)+T1ms
计算获得，其中，mod表示求模操作，Ts'＝Tr’-D/C，T1ms指发送时间Ts的1ms内的部分，mod(Ts’,1ms)指Ts的1ms的整数倍部分。T1ms来源于环路跟踪的结果，在不考虑跟踪误差的情况下，我们可以认为T1ms没有误差，这种情况下本发明的Ts的误差只来源于接收机的位置误差。
一般地，所述卫星星历、历书、电离层参数及UTC参数从接收机的Flash缓存中。
本发明的有益效果是：本发明提供快速定位方法，利用GEO卫星快速获得接收机当前导航系统时间，在实现定位过程中，不需要额外的单独供电的时间模块或者外部时间输入，系统相对简单，生产成本较低。时间精度高，不容易出现错误位同步与错误子帧同步的情况支持系统下电的时间长，原则上只要开机时可见并且星历不过期的卫星超过4颗都能实现快速定位，无外部辅助的情况下，最长可以到4小时。
附图说明
图1为本发明的基于北斗地球同步卫星的快速定位方法的原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。
本发明针对现有技术中，GNSS接收机在热启动过程中，高精度时间获取难度大，断电一段时间后时间精度无法满足热启动要求的问题，提供一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法如图1所示，该方法包括如下步骤：首先，根据卫星的优先级关系、卫星伪码及频率指定捕获策略对接收的中频数据进行卫星信号捕获，并对捕获到的卫星信号进行载波频率与相位的跟踪，获得定位所需的观测量，所捕获的卫星信号至少包含4颗卫星，其中至少有一颗为地球同步卫星；然后，根据跟踪结果对地球同步卫星信号进行位同步处理及帧同步处理，得到地球同步卫星信号的发送时刻后进一步获得接收机的当前导航系统时刻，并根据当前导航系统时间获得各个卫星的准确发送时刻；最后，根据卫星导航系统的协议格式，解析得到卫星的星历、历书、电离层参数及UTC参数，并通过定位结算模块得到接收机的位置、速度及本地时间。
以下分别对本发明实现定位的各个过程做详细阐述。
1、捕获
由于北斗GEO卫星为地球同步卫星，位置和相对于接收机的多普勒频率都相对恒定，所以在已知接收机大致位置的情况下，可以知道这些GEO的可见性与频率。捕获时优先捕获可见的北斗GEO卫星，并且频率可以缩小到很小的范围。增加捕获的成功率，缩短捕获时间。由于定位至少需要4颗卫星，所以捕获通道的个数也会影响TTFF时间。以1个捕获为例来说明：原理上若可以参与定位的卫星全是北斗GEO卫星，则卫星的分布很差，DOP非常大，定位误差很大，一般不会作为接收机正常输出。所以还需要正常捕获其他MEO卫星。这里需要衡量捕获确定可见的GEO卫星的个数与其他未知可见性的非GEO卫星的个数与优先级。北斗II系统还存在一类IGSO卫星，这类卫星在亚太地区高概率可见。制定捕获策略时也可以考虑这一点。不同的接收机捕获方案可能不同。采用FFT并行捕获方案，强信号下单颗卫星的捕获时间约在100ms内。假设捕上3颗GEO卫星，捕获7次非GEO卫星，其中3次成功，则捕上6颗卫星耗时约1s。而且6星定位的DOP一般很小，能满足首次定位输出精度的要求。
2、北斗II卫星的位同步
北斗II系统特有的NH码，使得北斗卫星的位同步都很快，一般在20ms左右，GPS或其他系统的位同步可能需要几秒。
3、北斗GEO卫星的子帧同步
北斗GEO卫星的码率是其他非GEO卫星，GPS卫星的10倍。所以北斗MEO卫星与GPS卫星的子帧同步需要6s左右，而GEO卫星只需要0.6s。
4、通过GEO卫星获得当前导航系统时间
根据子帧同步信息与跟踪结果，可以得到卫星信号的发送时刻Ts。则接收机的当前导航系统时刻Tr’为：
Tr'＝Ts+D/C(1)
其中，D为卫星到接收机的传输距离，C为光速，
D = ( s x - u x ) 2 + ( s y - u y ) 2 + ( s z - u z ) 2 - - - ( 2 )
其中，其中Sx、Sy、Sz为地球同步卫星在ECEF坐标下的位置，根据发送时间和地球同步卫星星历获得，Ux、Uy、Uz是接收机在ECEF坐标下的位置，根据接收机位置获得。
Tr’相比真实的当前导航系统时间Tr存在误差，该误差的最大的来源就是式(2)中接收机的位置。要使Tr’误差不超过0.5ms，则接收机位置误差不能超过150km。
从上面分析可知，通过北斗GEO卫星获得当前导航系统时间最快需要约0.8s。
5、通过当前导航系统时间获得各类卫星准确的发送时刻Ts。
首先计算根据公式
Ts'＝Tr’-D/C(3)
计算非GEO卫星的初略发送时刻Ts'，D的获得方式同式(2)。
跟据前5步，获得了非GEO卫星的初略发送时刻Ts'，并且该时刻的误差不超过0.5ms。从跟踪环路中，我们可以获得1ms内较为精确的时间T1ms，从而：
Ts＝mod(Ts'，1ms)]＋.T1ms(4)
其中，Mod表示求摸操作,T1ms指发送时间Ts的1ms内的部分，mod(Ts’,1ms)指Ts的1ms的整数倍部分。T1ms来源于环路跟踪的结果，在不考虑跟踪误差的情况下，我们可以认为T1ms没有误差，这种情况下本发明的Ts的误差只来源于接收机的位置误差。该算法解决的是1ms以上的模糊问题。
综上所述，本发明TTFF的主要耗时集中在步骤2～4，考虑到捕获通道资源等情况，利用本发明的接收机TTFF时间一般可达2s左右。

Claims (6)

1.一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据卫星的优先级关系、卫星伪码及频率指定捕获策略对接收的中频数据进行卫星信号捕获，并对捕获到的卫星信号进行载波频率与相位的跟踪，获得定位所需的观测量，所捕获的卫星信号至少包含4颗卫星，其中至少有一颗为地球同步卫星；
根据跟踪结果对地球同步卫星信号进行位同步处理及帧同步处理，得到地球同步卫星信号的发送时刻后进一步获得接收机的当前导航系统时刻，并根据当前导航系统时间获得各个卫星的准确发送时刻；
根据卫星导航系统的协议格式，解析得到卫星的星历、历书、电离层参数及UTC参数，并通过定位结算模块得到接收机的位置、速度及本地时间。
2.如权利要求1所述的一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法，其特征在于，所述捕获策略为快速傅里叶并行捕获策略，进行捕获时，捕获3颗地球同步卫星的卫星信号及3颗非地球同步卫星的卫星信号。
3.如权利要求2所述的一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法，其特征在于，所述接收机的当前导航系统时间Tr’根据公式
Tr'＝Ts+D/C
计算获得，其中，Ts为地球同步卫星信号的发送时间，D为地球同步卫星到接收机的传输距离，C为光速。
4.如权利要求3所述的一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法，其特征在于，所述卫星到接收机的传输距离通过公式
D = ( s x - u x ) 2 + ( s y - u y ) 2 + ( s z - u z ) 2
计算获得，其中，其中Sx、Sy、Sz为地球同步卫星在ECEF坐标下的位置，根据发送时间和地球同步卫星星历获得，Ux、Uy、Uz是接收机在ECEF坐标下的位置，根据接收机位置获得。
5.如权利要求4所述的一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法，其特征在于，所述卫星的准确发送时间Ts根据公式
Ts＝mod(Ts′，1ms)+T1ms
计算获得，其中，mod表示求模操作，Ts′＝Tr′-D/C，T1ms指发送时间Ts的1ms内的部分，mod(Ts’,1ms)指Ts的1ms的整数倍部分。
6.如权利要求1至5任意一项所述的一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法，其特征在于，所述卫星星历、历书、电离层参数及UTC参数从接收机的Flash缓存中。
CN201610131787.4A 2016-03-09 2016-03-09 一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法 Active CN105549054B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610131787.4A CN105549054B (zh) 2016-03-09 2016-03-09 一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610131787.4A CN105549054B (zh) 2016-03-09 2016-03-09 一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105549054A true CN105549054A (zh) 2016-05-04
CN105549054B CN105549054B (zh) 2018-06-12

Family

ID=55828354

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610131787.4A Active CN105549054B (zh) 2016-03-09 2016-03-09 一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105549054B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109669197A (zh) * 2019-02-28 2019-04-23 西安开阳微电子有限公司 一种用于北斗接收机热启动快速定位的方法
CN112558117A (zh) * 2020-11-30 2021-03-26 上海航天控制技术研究所 一种无外部辅助重构卫星信号发射时间的快速热启动方法
CN112600610A (zh) * 2020-12-09 2021-04-02 内蒙古电力(集团)有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司 北斗通讯模块的测试方法、装置、设备及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014194398A1 (en) * 2013-06-05 2014-12-11 Rx Networks Inc. Methods and apparatus for detecting gnss satellite signals in signal degraded environments
CN104281048A (zh) * 2014-08-26 2015-01-14 重庆九洲星熠导航设备有限公司 车载北斗双模卫星通信定位授时系统及方法
CN104570022A (zh) * 2014-12-26 2015-04-29 北京理工雷科电子信息技术有限公司 一种基于dsp的多系统兼容gnss接收机及其接收系统
CN104570023A (zh) * 2015-01-23 2015-04-29 桂林电子科技大学 一种基于北斗卫星信号转gps模拟信号方法与系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014194398A1 (en) * 2013-06-05 2014-12-11 Rx Networks Inc. Methods and apparatus for detecting gnss satellite signals in signal degraded environments
CN104281048A (zh) * 2014-08-26 2015-01-14 重庆九洲星熠导航设备有限公司 车载北斗双模卫星通信定位授时系统及方法
CN104570022A (zh) * 2014-12-26 2015-04-29 北京理工雷科电子信息技术有限公司 一种基于dsp的多系统兼容gnss接收机及其接收系统
CN104570023A (zh) * 2015-01-23 2015-04-29 桂林电子科技大学 一种基于北斗卫星信号转gps模拟信号方法与系统

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109669197A (zh) * 2019-02-28 2019-04-23 西安开阳微电子有限公司 一种用于北斗接收机热启动快速定位的方法
CN112558117A (zh) * 2020-11-30 2021-03-26 上海航天控制技术研究所 一种无外部辅助重构卫星信号发射时间的快速热启动方法
CN112558117B (zh) * 2020-11-30 2023-02-17 上海航天控制技术研究所 一种无外部辅助重构卫星信号发射时间的快速热启动方法
CN112600610A (zh) * 2020-12-09 2021-04-02 内蒙古电力(集团)有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司 北斗通讯模块的测试方法、装置、设备及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN105549054B (zh) 2018-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5957025B2 (ja) ユーザ受信機の位置決定方法
CN102037378B (zh) 利用机会信号和辅助信息来减少首次定位时间的gnss接收器
CN102713674B (zh) 使用低成本单频gnss接收器的厘米级定位
CN109709591A (zh) 一种面向智能终端的gnss高精度定位方法
CN101464508B (zh) 一种gps的c/a码信号的捕获方法
CN102193095B (zh) 全球导航卫星系统接收器的定位方法
US20090219202A1 (en) Satellite Time Determination for SPS Receiver
CN101755223B (zh) 无定时信息的导航定位
CA2437340A1 (en) Satellite-based positioning system receiver for weak signal operation
RU2625819C1 (ru) Способ вспомогательного захвата в приемнике объединенной навигационной системы
CN101937089B (zh) 用于在定位系统中弱数据位同步的方法和装置
US6417800B1 (en) Method for determining reference time error and an electronic device
US20150022398A1 (en) Method and program of detecting positioning signals, positioning signal reception device, positioning apparatus and information equipment terminal
CN105527635A (zh) 一种捕获微弱信号的方法和装置
CN110515109A (zh) 一种基于多信息源融合自主pnt时间的方法及装置
CN105549054A (zh) 一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法
CN101498784A (zh) 用于跟踪卫星信号的设备和方法
CN107064969B (zh) 一种gnss接收机码相位估计与补偿方法
CN101430373B (zh) 全球定位系统接收机信号缺失下持续跟踪和定位方法
TW201445163A (zh) 定位模組、定位裝置和衛星定位方法
CN101726723B (zh) 对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法
US6618006B1 (en) Method for defining the error of reference time and an electronic device
Seo et al. Spoofing signal generation based on manipulation of code delay and doppler frequency of authentic gps signal
CN115015980A (zh) 一种gnss导航接收机卫星扩展支持方法
CN112540389A (zh) 一种利用卫星历书的时间同步方法和装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant