CN105929410B - 一种gnss接收机状态调度方法和gnss接收机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种GNSS接收机状态调度方法和GNSS接收机，方法包括：步骤1，在所述GNSS接收机中设置用于记录卫星状态信息的卫星状态表，所述卫星状态信息包括卫星处理状态；步骤2，开始一个处理周期，所述GNSS接收机的通道根据初始预设状态进行工作；步骤3，在该处理周期结束后，检测通道当前状态，并根据所述卫星状态表和所述通道当前状态或确定下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态，返回步骤2，直至下一个处理周期所述通道的初始预设状态设为空闲。

Description

一种GNSS接收机状态调度方法和GNSS接收机

技术领域

本发明涉及GNSS卫星导航技术，具体地，涉及一种GNSS接收机状态调度方法和GNSS接收机。

背景技术

目前，随着GNSS全球导航卫星系统的发展，卫星导航技术的应用愈加广泛。卫星导航系统主要有三部分组成，分别是空间星座段、地面监控段和用户设备段，其中用户设备段指的就是GNSS接收机。人们通过接收机接收卫星信号，获得位置、速度及时间信息，它是人们日常生活中接触最为频繁的卫星导航组成部分。

接收机由捕获、跟踪和解算三个模块组成。捕获模块的功能是获得输入信号的载波频率和码相位，当GNSS信号被成功捕获之后，就会进入跟踪阶段。跟踪模块根据输入信号在接收机本地复现载波和扩频码，通过相关运算得到信号中纯净的导航电文信息。经过捕获和跟踪模块后，接收机获得信号准确的载波频率和码相位，在解算模块中对导航电文进行解调，获得卫星星历、历书的数据，从而计算卫星的位置，同时利用跟踪得到的码相位，计算出信号传输时间，乘以光速得到卫星与接收机间的距离。联立卫星位置与相对距离，即可得到接收机的位置。

传统的接收机对所有频段内的卫星进行处理，卫星信号顺序经过捕获、跟踪和解算三个状态，当遇到信号消失或严重干扰等特殊情况时，通过重新捕获的方法调整接收机状态。接收机中处理卫星信号的单元称为通道，当通道数大于卫星数时，上述的方法是可行的，但是当接收机的通道资源有限，无法同时处理所有的卫星时，仍然使用该方法就会存在不足：一种情况是某些卫星信号消失之后仍然占用有限的通道资源，二是接收机对于不可见的卫星会反复进行捕获，而捕获过程的计算量很大，这会造成接收机整体计算消耗的增加，降低性能。

针对这一情况，接收机需要采用合适的调度方法，对通道资源进行调度，一是合理地分配通道资源给卫星，保证通道不被浪费；二是及时调整处理卫星信号的通道状态，保证接收机始终能够有效地处理卫星信号。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种GNSS接收机状态调度方法和GNSS接收机。

根据本发明提供的一种GNSS接收机状态调度方法，包括：

步骤1，在所述GNSS接收机中设置用于记录卫星状态信息的卫星状态表，所述卫星状态信息包括卫星处理状态；

步骤2，开始一个处理周期，所述GNSS接收机的通道根据初始预设状态进行工作；

步骤3，在该处理周期结束后，检测通道当前状态，并根据所述卫星状态表和所述通道当前状态或确定下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态，返回步骤2，直至下一个处理周期所述通道的初始预设状态设为空闲。

作为一种优化方案，所述卫星状态信息包括可见性状态；步骤3进一步包括：

当所述通道当前状态为跟踪失锁时，检查该卫星对应的可见性状态，

若该卫星为不可见状态，则下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为空闲，忽略该卫星；

若该卫星为可见状态，则进一步判断辅助信息的有效性，

在辅助信息有效时，下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态设为根据所述辅助信息进行的热捕获状态，

在辅助信息无效时，下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态设为无辅助信息进行的盲捕获状态。

作为一种优化方案，所述卫星状态信息包括可见性状态；步骤3进一步包括：

当所述通道当前状态为空闲时，

若所述卫星处理状态为热捕获状态，则下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为盲捕获；

若所述卫星处理状态为盲捕获状态，则进一步检查该卫星对应的可见性状态，

若该卫星为不可见状态，则下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为空闲，忽略该卫星；

若该卫星为可见状态，则下一个处理周期所述通道的初始预设状态设为空闲，所述卫星处理状态设为等待处理状态。

作为一种优化方案，所述步骤3之后还包括：

步骤4，选定任一初始预设状态为空闲的通道对卫星处理状态为等待处理的卫星进行对应处理，将所述通道的初始预设状态更新为盲捕获状态，返回步骤2。

作为一种优化方案，步骤2和步骤3之间还包括：

当所述初始预设状态为盲捕获或热捕获时，

若所述GNSS接收机的通道在所述处理周期内成功捕获卫星，则在所述处理周期结束后根据处理状态将通道当前状态更新为比特同步、或迁入初始化、或迁入状态、或跟踪状态、或接收电文状态；

若所述GNSS接收机的通道在所述处理周期内未成功捕获卫星，则在所述处理周期结束后根据处理状态将通道当前状态更新为空闲。

基于同一发明构思，本发明还提供一种GNSS接收机，包括卫星状态表模块、通道状态更新模块；

所述卫星状态表模块中设置用于记录卫星状态信息的卫星状态表，所述卫星状态信息包括卫星处理状态；

所述通道状态更新模块用于：

开始一个处理周期，根据自所述卫星状态表模块获得的初始预设状态进行工作；

和，在该处理周期结束后，检测通道当前状态，并根据所述卫星状态表和所述通道当前状态确定下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态，返回步骤2，直至下一个处理周期所述通道的初始预设状态设为空闲。

作为一种优化方案，所述通道状态更新模块进一步包括状态判断子模块、空闲子模块、信号处理子模块；

所述卫星状态信息包括可见性状态；

所述状态判断子模块用于：

检测所述通道当前状态，且当所述通道当前状态为跟踪失锁时，检查该卫星对应的可见性状态，

若该卫星为不可见状态，则将下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为空闲，忽略该卫星；

若该卫星为可见状态，则进一步判断辅助信息的有效性，

在辅助信息有效时，将下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态设为根据所述辅助信息进行的热捕获状态，

在辅助信息无效时，将下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态设为无辅助信息进行的盲捕获状态；

所述空闲子模块响应设为空闲的所述通道的初始预设状态启动；

所述信号处理子模块响应设为热捕获状态或盲捕获状态的所述通道的初始预设状态启动。

作为一种优化方案，所述通道状态更新模块进一步包括状态判断子模块、空闲子模块、信号处理子模块；

所述卫星状态信息包括可见性状态；

所述状态判断子模块用于：

检测所述通道当前状态，且当所述通道当前状态为空闲时，

若所述卫星处理状态为热捕获状态，则将下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为盲捕获；

若所述卫星处理状态为盲捕获状态，则进一步检查该卫星对应的可见性状态，

若该卫星为不可见状态，则将下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为空闲，忽略该卫星；

若该卫星为可见状态，则将下一个处理周期所述通道的初始预设状态设为空闲，所述卫星处理状态设为等待处理状态；

所述空闲子模块响应设为空闲的所述通道的初始预设状态启动；

所述信号处理子模块响应设为盲捕获状态的所述通道的初始预设状态启动。

作为一种优化方案，所述通道状态更新模块进一步包括状态判断子模块、空闲子模块、信号处理子模块；

选定任一初始预设状态为空闲的通道对卫星处理状态为等待处理的卫星进行对应处理，将所述通道的初始预设状态更新为盲捕获状态；

所述空闲子模块响应设为空闲的所述通道的初始预设状态启动；

所述信号处理子模块响应设为盲捕获状态的所述通道的初始预设状态启动。

作为一种优化方案，所述通道状态更新模块还用于：

在所述初始预设状态为盲捕获或热捕获时，

若在所述处理周期内成功捕获卫星，则在所述处理周期结束后根据处理状态将通道当前状态更新为比特同步、或迁入初始化、或迁入状态、或跟踪状态、或接收电文状态；

若在所述处理周期内未成功捕获卫星，则在所述处理周期结束后根据处理状态将通道当前状态更新为空闲。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明为接收机提供合适的调度方法，对通道资源进行调度，一是合理地分配通道资源给卫星，保证通道不被浪费；二是及时调整处理卫星信号的通道状态，保证接收机始终能够有效地处理卫星信号。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是可选的一种GNSS接收机状态调度方法流程示意图；

图2是可选的一种通道状态切换图；

图3是可选的一种卫星处理状态变更过程示意图；

图4是可选的一种热捕获实现过程示意图。

具体实施方式

下文结合附图以具体实施例的方式对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，还可以使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。

在本发明提供的一种GNSS接收机状态调度方法的实施例中，如图1所示，包括：

步骤1，在所述GNSS接收机中设置用于记录卫星状态信息的卫星状态表，所述卫星状态信息包括卫星处理状态。

步骤2，开始一个处理周期，所述GNSS接收机的通道根据初始预设状态进行工作。

步骤3，在该处理周期结束后，检测通道当前状态，并根据所述卫星状态表和所述通道当前状态或确定下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态，返回步骤2，直至下一个处理周期所述通道的初始预设状态设为空闲。

步骤4，选定任一初始预设状态为空闲的通道对卫星处理状态为等待处理的卫星进行对应处理，将所述通道的初始预设状态更新为盲捕获状态，返回步骤2。

本发明解决的主要问题是在某些卫星信号消失之后解除对应通道的“绑定”，释放通道资源，对不可见的卫星忽略，避免了无辅助信息下的长时间进行捕获的大量计算工作，合理利用了接收机的通道资源，避免了通道的浪费和过度使用。

作为一种实施例，所述卫星状态信息包括可见性状态；步骤3进一步包括：

当所述通道当前状态为跟踪失锁时，检查该卫星对应的可见性状态，

若该卫星为不可见状态，则下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为空闲，忽略该卫星；

若该卫星为可见状态，则进一步判断辅助信息的有效性，

在辅助信息有效时，下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态设为根据所述辅助信息进行的热捕获状态，

在辅助信息无效时，下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态设为无辅助信息进行的盲捕获状态。

作为一种实施例，步骤3进一步包括：

当所述通道当前状态为空闲时，

若所述卫星处理状态为热捕获状态，则下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为盲捕获；

若所述卫星处理状态为盲捕获状态，则进一步检查该卫星对应的可见性状态，

若该卫星为不可见状态，则下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为空闲，忽略该卫星；

若该卫星为可见状态，则下一个处理周期所述通道的初始预设状态设为空闲，所述卫星处理状态设为等待处理状态。

步骤2和步骤3之间还包括：

当所述初始预设状态为盲捕获或热捕获时，

若所述GNSS接收机的通道在所述处理周期内成功捕获卫星，则在所述处理周期结束后根据处理状态将通道当前状态更新为比特同步、或迁入初始化、或迁入状态、或跟踪状态、或接收电文状态；

若所述GNSS接收机的通道在所述处理周期内未成功捕获卫星，则在所述处理周期结束后根据处理状态将通道当前状态更新为空闲。

本实施例中通道当前状态分别如图2所示包括：空闲状态、盲捕获、热捕获、比特同步、迁入初始化、迁入状态、跟踪状态、接收电文状态、跟踪失锁状态。其中，在通道处于比特同步、迁入初始化、迁入状态、跟踪状态、接收电文状态时，都是正常工作状态，无需对该通道资源的配置进行干预。而当通道处于空闲状态、盲捕获、热捕获、跟踪失锁状态时，则可能是遇到对应卫星被遮挡或不可见导致不处于正常工作状态，本发明针对这几种状态进行通道资源的调度。

以下提供一种具体的实施方案：

针对现有GNSS接收机设计的不足，本实施例提供了一种用于GNSS接收机的状态调度方法，能够在通道资源有限的情况下，实现对卫星信号的有效处理。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

在接收机内维持卫星状态表，记录每颗卫星的所属系统(北斗/GPS)、序列号、健康状况、可见状态、遮挡状态、星历状态、历书状态和卫星处理状态；

根据通道当前状态与卫星状态表中的卫星处理状态，确定状态转移路径，决定接收机通道在接下来的处理周期中的处理动作，如图3所示。

根据已有的辅助信息选择接收机某通道的启动方式是冷启动还是热启动：

当冷启动时，对通道内卫星信号执行无辅助信息的盲捕获；

当热启动时，对通道内卫星信号执行有辅助信息的捕获。

上述方案中，所述在接收机内维持卫星状态表，记录每颗卫星的所属系统(北斗/GPS)、PRN号、健康状况、可见性状态、遮挡状态、星历状态、历书状态和卫星处理状态包括：

在接收机开机时执行卫星状态表初始化程序，生成卫星状态表并赋初始值；

每次处理周期结束后，根据通道处理结果，更新卫星状态表；

PRN号对应卫星编号，对于北斗信号，范围从1到30，对于GPS信号，范围从1到32；

健康状况默认为1(即该卫星健康可用)，数值来自导航电文解调出的信息；

可见性状态默认为1(即该卫星可见)，由卫星位置和接收机位置(解算获得)联合计算得到，其中所述卫星位置由星历获得；

遮挡状态默认为0(即该卫星未被遮挡)，当卫星可见状态为1，但无法捕获时，设置为1；

星历状态初始为0(即该卫星尚无完整星历)，当接收机为热启动或接收到完整的星历数据后，设置为1，当原数据过期且未更新到最新的数据时，重置为0；

历书状态初始为0(即该卫星尚无完整历书)，当接收机为温启动或接收到完整的历书数据后，设置为1，当原数据过期且未更新到最新的数据时，重置为0；

卫星处理状态默认为等待处理，即该卫星没有被捕获过，也未确定可见性，在接收机通道资源富余的情况下，应考虑处理该卫星。其余状态还包括捕获(ACQ)、比特同步(BIT_SYNC)、跟踪迁入(PULLIN)、跟踪(TRACK)、跟踪失锁(LOSS_OF_LOCK)以及空闲(IDLE)等。

基于同一发明构思，本发明还提供一种GNSS接收机，包括卫星状态表模块、通道状态更新模块；

所述卫星状态表模块中设置用于记录卫星状态信息的卫星状态表，所述卫星状态信息包括卫星处理状态；

所述通道状态更新模块用于：

开始一个处理周期，根据自所述卫星状态表模块获得的初始预设状态进行工作；

在该处理周期结束后，检测通道当前状态，并根据所述卫星状态表和所述通道当前状态确定下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态，返回步骤2，直至下一个处理周期所述通道的初始预设状态设为空闲。

下一个处理周期所述通道的初始预设状态设为空闲即表示该由于长时间无法捕获对应的卫星，通道被释放，出现资源富余，若此刻存在卫星状态为等待处理的卫星，则用空闲的通道对卫星状态为等待处理的卫星进行对应处理。

所述通道状态更新模块进一步包括状态判断子模块、空闲子模块、信号处理子模块；

所述卫星状态信息包括可见性状态；

所述状态判断子模块用于：

检测所述通道当前状态，且当所述通道当前状态为跟踪失锁时，检查该卫星对应的可见性状态，

若该卫星为不可见状态，则将下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为空闲，忽略该卫星；

若该卫星为可见状态，则进一步判断辅助信息的有效性，

在辅助信息有效时，将下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态设为根据所述辅助信息进行的热捕获状态，

在辅助信息无效时，将下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态设为无辅助信息进行的盲捕获状态；

所述空闲子模块响应设为空闲的所述通道的初始预设状态启动；

所述信号处理子模块响应设为热捕获状态或盲捕获状态的所述通道的初始预设状态启动。

除此之外，所述信号处理还用于在跟踪状态下进行跟踪操作，和在跟踪失锁状态下进行跟踪失锁的相关操作。

上述方案中，所述根据通道当前状态与卫星状态表中的卫星处理状态，确定状态转移路径，决定接收机通道接下来的处理动作包括：

当卫星状态表中卫星处理状态是捕获，而通道当前状态是跟踪迁入时，表示接收机处于正常状态下的转移路线，信号处理模块得到多普勒频移与码相位，接收机的通道状态更新模块转入跟踪状态；

当卫星状态表中卫星处理状态是跟踪，而通道状态是跟踪失锁时，表示卫星信号在跟踪时失锁，此时根据卫星状态表确定卫星信号是否可见或被遮挡，决定是进入重新捕获还是空闲状态，同时判断卫星状态表中的星历或历书信息，若没有历书等辅助信息，则无法判断失锁原因，因此下一个处理周期直接转入盲捕获状态，删除之前的跟踪信息；若已经解调得到相关的历书(或星历)信息，并根据这些信息，得知失锁的原因是卫星被暂时遮挡，而非不可见，可见性状态仍为可见，因此下一个处理周期转入的是有辅助信息的热捕获状态。盲捕获和热捕获状态都由启动所述信号处理子模块负责工作。

当卫星状态表中卫星处理状态是捕获状态，而通道当前状态是空闲时，表示当接收机无法捕获到卫星信号时，可见性状态为不可见状态，该卫星将被认为不可见，接收机将忽略该卫星。

当卫星状态表中卫星处理状态是等待处理状态，而通道当前状态是空闲时，表示根据解算得到的历书信息与位置信息，原来某颗原本不可见的卫星重新出现在可见范围内，卫星状态表中该卫星的可见性状态为可见状态，在接收机通道资源有富余的情况下，需要对该等待处理状态的卫星重启处理过程，进入盲捕获。

上述方案中，所述根据已有的辅助信息选择接收机某通道的启动方式分为冷启动和热启动。当热启动时，对通道内卫星信号执行有辅助信息的热捕获；当冷启动时，对通道内卫星信号执行盲捕获，热捕获失败后启动盲捕获。其中，如图4所示是热捕获过程包括：

当接收机启动时，判断包括参考时间、参考位置和历书信息的辅助信息的有效性。

当这些辅助信息无效时，接收机对通道内的卫星信号执行盲捕获；

当这些辅助信息有效时，通过历书信息与接收机参考位置计算得到卫星仰角，对于仰角大于5°的卫星，认为可见，记录其多普勒频移的大小，缩小频率搜索范围进行热捕获。

上述参考时间是指后处理卫星信号文件时该段信号采集的时间；参考位置是指采集信号时天线的位置。时间与位置的精度都不需要很高，时间精度在分钟级，位置精度在10km级即可。每1km的位置误差导致卫星多普勒最大1Hz的误差。

下述内容为对GNSS接收机的状态调度方法更进一步的完整实施例介绍。

本实施例提供一种用于GNSS接收机的状态调度方法，具体地，是用于通道资源有限的GNSS软件接收机，保证接收机在复杂的情况下长时间有效地运行。为使本实施例的技术方案更加清楚明确，下面结合附图对本发明进行详细说明。这将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。

图1为本发明实施例GNSS接收机通道状态切换的流程示意图，为了便于理解，同时方便底层代码实现，无论是卫星状态表中的处理状态，还是接收机的通道状态，应使用一致的名称表示，状态名称与其对应的定义如表1所示。

表1 接收机状态定义

状态名称	说明
		IDLE	空闲状态，当接收机通道空闲，或卫星不可见时设置
WAIT_FOR_PROCESS	卫星等待处理
		COLD_ACQ	冷启动时进行的盲捕获，无辅助信息
WARM_ACQ	热启动时进行的热捕获，有辅助信息
		BIT_SYNC	比特同步
PULLIN_INI	迁入状态之前的初始化
		PULLIN	稳定跟踪前的迁入状态
TRACK	跟踪
		SUBFRAME_SYNCED	实现导航电文子帧同步，接收电文信息
LOSS_OF_LOCK	跟踪失锁

卫星状态表中卫星处理状态和接收机通道的所述通道当前状态均使用表1中定义的名称表征状态，接收机在每一个处理周期结束后，卫星状态表中的卫星处理状态大多数情况下与通道下一个周期的初始预设状态一致，通道当前状态为即时状态，联合初始预设状态与即时的通道当前状态，再加上卫星的可见性状态确定状态转移路径。仅在确定无法捕获卫星信号时，卫星处理状态和通道在下一个处理周期的初始预设状态出现差异，卫星处理状态为等待处理状态，而通道在下一个处理周期的初始预设状态则为空闲。在通道的初始预设状态确定过程中，通过结合卫星状态表中的其他状态，确定卫星的实时情况。卫星状态表的具体结构如表2所示：

表2 卫星状态表的定义

卫星状态表中各成员变量的变化如表3所示。

表3 卫星状态表成员变量取值变化

步骤S1接收机每个处理周期结束后，检测获取通道当前状态，同时查询通道内的卫星对应的卫星处理状态，进而确定状态转移路径，即通道在下一个处理周期中的初始预设状态，决定下一步的操作，具体的方法包括：

步骤S11当通道状态是空闲IDLE时，卫星状态表的处理状态是热捕获WARM_ACQ，说明接收机使用已有的辅助信息没有成功捕获到卫星信号，这说明辅助信息可能已经失效，下一步操作应该转入“盲”捕获(COLD_ACQ)，扩大捕获搜索范围。

步骤S12当通道当前状态是空闲IDLE时，卫星状态表的处理状态是盲捕获COLD_ACQ，说明接收机捕获卫星失败，此时根据历书状态判断卫星是否已经由历书信息计算出可见性状态，如果卫星可见，但捕获失败，则认为该卫星被遮挡，将其转入等待处理状态(WAIT_FOR_PROCESS)，等待接收机通道资源有富余时再次进行处理；如果判断卫星已经不可见，则捕获失败是符合实际情况的，卫星处理状态转入等待处理，通道下一个处理周期的初始预设状态转入空闲IDLE。

步骤S13当通道当前状态是迁入状态PULLIN时，卫星状态表的处理状态是捕获状态(盲捕获COLD_ACQ或热捕获WARM_ACQ)，说明接收机执行捕获程序成功，卫星信号经过捕获和比特同步正常转移到跟踪迁入状态，卫星状态表中的处理状态更新为迁入状态PULLIN。

步骤S14当通道当前状态是跟踪TRACK时，说明接收机已经正式进入了跟踪状态，转移路径正确，卫星状态表中的卫星处理状态更新为跟踪状态TRACK。

步骤S15当通道状态是SUBFRAME_SYNCED时，说明接收机对卫星信号导航电文的子帧同步已经完成，可以解调出电文信息，卫星处理状态和通道的初始预设状态都更新为SUBFRAME_SYNCED。

步骤S16当通道状态是跟踪失锁状态LOSS_OF_LOCK时，说明接收机在对卫星信号的跟踪过程中发生了信号失锁，此时根据星历或历书状态判断卫星是否已经计算出可见性状态，如果卫星可见或没有可见性信息均判断可见性状态为可见，认为发生失锁是因为暂时遮挡，卫星状态和通道初始预设状态设为捕获状态；如果卫星不可见，则认为失锁是因为卫星运动至仰角过低的不可见区域导致的，卫星状态设为等待处理，通道的初始预设状态转入空闲IDLE。

当卫星处理状态为跟踪状态(TRACK)，而通道当前状态为跟踪失锁(LOSS_OF_LOCK)，即跟踪状态转入失锁状态，意味着卫星信号在跟踪过程中失锁，涉及到以下两点：失锁判决和状态切换，现在分别详细描述这两点的具体实现。

跟踪环路是否失锁由锁定检测器来判断。锁定检测器位于跟踪的环路滤波器中，这样能最有效地利用环路的输出结果，它主要检测两个标志变量，一是每颗卫星丢失信号的信噪比(SNR)；二是每颗星丢失信号跟踪环路的锁相环输出的方差(sigma)。当信噪比过小，或方差过大时，认为该颗星失锁，将通道跟踪状态置为重新捕获，在进行完剩余的跟踪操作后，转入捕获程序。

失锁判决的门限阈值由经验值确定，其中SNR值每1s计算一次，sigma值每一个跟踪环路周期计算一次，因此sigma值更灵敏。下表中列出实验得到的部分数据。

数据1，北斗5号卫星，1810～1820s，失锁

SNR	8.711098	8.680324	8.655943	7.892002	5.477326	3.339202
							sigma	0.001296	0.002151	0.018296	0.023180	0.022149	0.021369

数据1，北斗5号卫星，3910～3920s，失锁

SNR	8.455834	8.572798	8.679974	7.817399	5.455472	3.237274
							sigma	0.001721	0.002311	0.017255	0.018594	0.021618	0.025315

数据1，北斗10号卫星，3910～3920s，失锁

SNR	16.638091	16.640973	16.594556	15.327456
					sigma	0.000159	0.000156	0.018503	0.015185

数据2，北斗12号卫星，未失锁，有干扰

SNR	15.77122	14.14444	12.20306	10.00224	8.346179	5.452883
							sigma	0.000051	0.000084	0.000155	0.000427	0.000361	0.000416

由以上数据可以看到，当接收机发生信号失锁时(前三个表格第三列开始)，sigma值比SNR变化的幅度要大(变大了一个数量级)，且不同情况下，数值变化不大(而SNR与不同信号数据密切相关)，而且在存在干扰(绿色数据)的情况下，SNR值变化较大，但sigma值仍然处于一个较小的范围内。因此锁定检测器的判决标准可以sigma为主，SNR为辅：

当sigma大于0.01时(换算成角度为)，失锁等级+2；

当SNR比上一次减小了2dB时，失锁等级+1；

当失锁等级大于等于2时，认为接收机跟踪失锁，将相应通道的初始预设状态置为盲捕获状态。另外，如果将sigma门限值设为25°，则应将阈值设定为0.005。

接收机的状态切换主要由通道结构体中的状态变量控制。失锁重捕时，状态变量的重新赋值在跟踪程序中进行，当失锁检测器认定接收机对于卫星信号已经失锁，则立即将通道的状态变量置为LOSS_OF_LOCK，且在接下来的跟踪过程中不会再次修改。接收机在进行完剩余的跟踪操作后，根据通道状态和卫星状态表进行调整。

当接收机通道资源有剩余时，查询卫星状态表中状态为等待处理WAIT_FOR_PROCESS的卫星，优先选取其中历书状态为可用的卫星进行处理，当没有状态为等待处理WAIT_FOR_PROCESS的卫星时，随机选取状态为空闲IDLE的卫星进行处理。

当卫星因为遮挡而造成信号失锁时可见性状态仍为可见，接收机进入重新捕获状态，此时根据接收机的运动速度判断此时是动态场景还是静态场景，当场景是动态时，遮挡比较短暂，重新捕获时间为2s；当场景是静态时，遮挡比较持久，重新捕获时间为2min；当没有接收机速度信息时，默认为动态场景，执行快速的重新捕获。

所述通道状态更新模块进一步包括状态判断子模块、空闲子模块、信号处理子模块；

所述卫星状态信息包括可见性状态；

所述状态判断子模块用于：

检测所述通道当前状态，且当所述通道当前状态为空闲时，

若所述卫星处理状态为热捕获状态，则将下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为盲捕获；

若所述卫星处理状态为盲捕获状态，则进一步检查该卫星对应的可见性状态，

若该卫星为不可见状态，则将下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为空闲，忽略该卫星；

若该卫星为可见状态，则将下一个处理周期所述通道的初始预设状态设为空闲，所述卫星处理状态设为等待处理状态；

所述空闲子模块响应设为空闲的所述通道的初始预设状态启动；

所述信号处理子模块响应设为盲捕获状态的所述通道的初始预设状态启动。

选定任一初始预设状态为空闲的通道对卫星处理状态为等待处理的卫星进行对应处理，将所述通道的初始预设状态更新为盲捕获状态；

所述空闲子模块响应设为空闲的所述通道的初始预设状态启动；

所述信号处理子模块响应设为盲捕获状态的所述通道的初始预设状态启动。

所述通道状态更新模块还用于：

在所述初始预设状态为盲捕获或热捕获时，

若在所述处理周期内成功捕获卫星，则在所述处理周期结束后根据处理状态将通道当前状态更新为比特同步、或迁入初始化、或迁入状态、或跟踪状态、或接收电文状态；

若在所述处理周期内未成功捕获卫星，则在所述处理周期结束后根据处理状态将通道当前状态更新为空闲。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种GNSS接收机状态调度方法，其特征在于，包括：

步骤1，在所述GNSS接收机中设置用于记录卫星状态信息的卫星状态表，所述卫星状态信息包括卫星处理状态；

步骤2，开始一个处理周期，所述GNSS接收机的通道根据初始预设状态进行工作；

步骤3，在该处理周期结束后，检测通道当前状态，并根据所述卫星状态表和所述通道当前状态或确定下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态，返回步骤2，直至下一个处理周期所述通道的初始预设状态设为空闲；

所述卫星状态信息包括可见性状态；步骤3进一步包括：

当所述通道当前状态为跟踪失锁时，检查该卫星对应的可见性状态，

若该卫星为不可见状态，则下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为空闲，忽略该卫星；

若该卫星为可见状态，则进一步判断辅助信息的有效性，

在辅助信息有效时，下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态设为根据所述辅助信息进行的热捕获状态，

在辅助信息无效时，下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态设为无辅助信息进行的盲捕获状态；

所述通道当前状态是否为跟踪失锁的判断方法为：

使用所述GNSS接收机的锁定检测器检测当前跟踪的卫星的信号的信噪比以及检测所述GNSS接收机的跟踪环路的锁相环输出的方差，根据所述信噪比和所述锁相环输出的方差判断所述通道当前状态是否为跟踪失锁，其中，所述锁相环输出的方差作为所述通道当前状态是否为跟踪失锁的主要判断标准，所述信噪比作为所述通道当前状态是否为跟踪失锁的辅助判断标准。

2.根据权利要求1所述的一种GNSS接收机状态调度方法，其特征在于，步骤3进一步包括：

当所述通道当前状态为空闲时，

若所述卫星处理状态为热捕获状态，则下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为盲捕获；

若所述卫星处理状态为盲捕获状态，则进一步检查该卫星对应的可见性状态，

若该卫星为不可见状态，则下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为空闲，忽略该卫星；

若该卫星为可见状态，则下一个处理周期所述通道的初始预设状态设为空闲，所述卫星处理状态设为等待处理状态。

3.根据权利要求1所述的一种GNSS接收机状态调度方法，其特征在于，所述步骤3之后还包括：

步骤4，选定任一初始预设状态为空闲的通道对卫星处理状态为等待处理的卫星进行对应处理，将所述通道的初始预设状态更新为盲捕获状态，返回步骤2。

4.根据权利要求1所述的一种GNSS接收机状态调度方法，其特征在于，步骤2和步骤3之间还包括：

当所述初始预设状态为盲捕获或热捕获时，

若所述GNSS接收机的通道在所述处理周期内成功捕获卫星，则在所述处理周期结束后根据处理状态将通道当前状态更新为比特同步、或迁入初始化、或迁入状态、或跟踪状态、或接收电文状态；

若所述GNSS接收机的通道在所述处理周期内未成功捕获卫星，则在所述处理周期结束后根据处理状态将通道当前状态更新为空闲。

5.一种GNSS接收机，其特征在于，包括卫星状态表模块、通道状态更新模块、状态判断子模块、空闲子模块、信号处理子模块；

所述卫星状态表模块中设置用于记录卫星状态信息的卫星状态表，所述卫星状态信息包括卫星处理状态；

所述通道状态更新模块用于：

开始一个处理周期，根据自所述卫星状态表模块获得的初始预设状态进行工作；

和，在该处理周期结束后，检测通道当前状态，并根据所述卫星状态表和所述通道当前状态确定下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态，返回步骤2，直至下一个处理周期所述通道的初始预设状态设为空闲；

所述卫星状态信息包括可见性状态；

所述状态判断子模块用于：

检测所述通道当前状态，且当所述通道当前状态为跟踪失锁时，检查该卫星对应的可见性状态，

若该卫星为不可见状态，则将下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为空闲，忽略该卫星；

若该卫星为可见状态，则进一步判断辅助信息的有效性，

在辅助信息有效时，将下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态设为根据所述辅助信息进行的热捕获状态，

在辅助信息无效时，将下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态设为无辅助信息进行的盲捕获状态；

所述空闲子模块响应设为空闲的所述通道的初始预设状态启动；

所述信号处理子模块响应设为热捕获状态或盲捕获状态的所述通道的初始预设状态启动；

所述状态判断子模块包括锁定检测器，所述锁定检测器位于所述GNSS接收机的跟踪环路的环路滤波器中，所述锁定检测器用于检测跟踪的卫星的信号的信噪比以及检测所述跟踪环路的锁相环输出的方差，并根据所述信噪比和所述锁相环输出的方差判断所述通道当前状态是否为跟踪失锁，其中，所述锁相环输出的方差作为所述通道当前状态是否为跟踪失锁的主要判断标准，所述信噪比作为所述通道当前状态是否为跟踪失锁的辅助判断标准。

6.根据权利要求5所述的一种GNSS接收机，其特征在于，

所述状态判断子模块用于：

检测所述通道当前状态，且当所述通道当前状态为空闲时，

若所述卫星处理状态为热捕获状态，则将下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为盲捕获；

若所述卫星处理状态为盲捕获状态，则进一步检查该卫星对应的可见性状态，

若该卫星为不可见状态，则将下一个处理周期所述通道的初始预设状态和所述卫星处理状态都设为空闲，忽略该卫星；

若该卫星为可见状态，则将下一个处理周期所述通道的初始预设状态设为空闲，所述卫星处理状态设为等待处理状态；

所述空闲子模块响应设为空闲的所述通道的初始预设状态启动；

所述信号处理子模块响应设为盲捕获状态的所述通道的初始预设状态启动。

7.根据权利要求5所述的一种GNSS接收机，其特征在于，

选定任一初始预设状态为空闲的通道对卫星处理状态为等待处理的卫星进行对应处理，将所述通道的初始预设状态更新为盲捕获状态；

所述空闲子模块响应设为空闲的所述通道的初始预设状态启动；

所述信号处理子模块响应设为盲捕获状态的所述通道的初始预设状态启动。

8.根据权利要求5所述的一种GNSS接收机，其特征在于，所述通道状态更新模块还用于：

在所述初始预设状态为盲捕获或热捕获时，

若在所述处理周期内成功捕获卫星，则在所述处理周期结束后根据处理状态将通道当前状态更新为比特同步、或迁入初始化、或迁入状态、或跟踪状态、或接收电文状态；

若在所述处理周期内未成功捕获卫星，则在所述处理周期结束后根据处理状态将通道当前状态更新为空闲。