CN109633708A - 一种北斗导航接收机的热启动快速捕获方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种北斗导航接收机的热启动快速捕获方法，包括：S1、从非易失性存储读取上次定位时保存信息；S2、利用实时时间恢复同步时间；S3、热启动捕获初始化，以确定热启动捕获的搜索范围；S4、在步骤S3确定的搜索范围内进行单通道热启动预捕获，以获得同步时间偏差Dt；S5、利用步骤S4获得的同步时间偏差Dt，实施同步时间偏差校正后，进行多通道热启动捕获。根据本发明提供的方法，进行预捕获和同步时间偏差校正，缩小搜索范围，实现了快速的热启动捕获，加速热启动定位，改善了用户体验。

Description

一种北斗导航接收机的热启动快速捕获方法

技术领域

本发明属于卫星导航领域，特别是涉及一种北斗导航接收机终端芯片中热启动定位的加速方法。

背景技术

卫星导航系统已经成为当今世界国家综合国力及科学技术发展水平的重要标志，是国家经济基础的重要组成部分，它已经进入人们的日常生活中，与社会发展和经济建设息息相关。我国也已经投入大量的资金和人力，积极进行北斗卫星导航系统(BeiDouNavigation Satellite System，BDS)的研究。到2020年左右，我国将建成覆盖全球的北斗卫星导航系统，其将成为继美国GPS、俄罗斯GLONASS和欧洲Galileo之后的又一个全球全天候的卫星导航系统。卫星导航接收机典型的工作流程包括：捕获卫星信号，对卫星信号进行精细跟踪，定位解算后输出用户位置。在卫星的初始捕获过程中，需要对卫星信号、卫星的多普勒频率、卫星的PN码码相位三个方面进行三维搜索，耗费时间长，是影响从开机到接收机给出定位位置的开启时间的一个重要因素，并直接影响用户体验。

另一方面，各种导航接收机终端特别是移动终端，在不需要定位时，关闭接收机以降低平均功耗。当用户在短时间内(通常小于2小时)重新开机，可以利用上次定位时保存信息(卫星号、多普勒频率、码相位、星历、定位结果)，达到减少启动时间的目的，即所谓的热启动定位。更进一步，热启动定位第一个步骤为热启动捕获。由于可以参考上次定位时保存的有关卫星号、多普勒频率、PN码(Pseudo-Noise Code)相位等信息，热启动捕获时间可以缩短。在热启动定位的具体实施过程中，上次定位信息保存在非易失性存储中，供再次开机后读取使用；同时，通过利用一直在运行的实时时间(RTC)，再次开机后恢复接收机的同步时间。然而，在成本、功耗等因素的约束下，RTC时钟的精度有限，从而导致再次开机后所恢复的同步时间精度受限。随着关机时间增长，会累积更大的同步时间误差，从而导致更大的PN码相位搜索范围，增大热启动捕获的搜索时间。如何加速热启动捕获，从而加快热启动定位的开启过程，改善用户体验，一直是一个值得研究的课题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中在关机时间长，导致积累的同步时间误差大的情形下，热启动捕获的搜索时间线性增长，导致热启动的重定位时间慢，影响用户体验的问题，提出一种北斗导航接收机的热启动快速捕获方法。

为解决上述技术问题，本发明提出一种热启动快速捕获方法，包括：S1、从非易失性存储读取上次定位时保存信息；S2、利用实时时间恢复同步时间；S3、热启动捕获初始化，以确定热启动捕获的搜索范围；S4、在步骤S3确定的搜索范围内进行单通道热启动预捕获，以获得同步时间偏差Dt；S5、利用步骤S4获得的同步时间偏差Dt，实施同步时间偏差校正后，进行多通道热启动捕获。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：根据本发明提供的方法，进行预捕获和同步时间偏差校正，缩小搜索范围，实现了快速的热启动捕获，加速热启动定位，改善了用户体验。

附图说明

图1是本发明实施例的北斗导航接收机热启动定位的原理示意图。

图2是本发明实施例的基带捕获/跟踪引擎的原理示意图。

图3是本发明实施例的热启动捕获的流程图。

图4是同步误差校正示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式1

图1所示为本发明实施例的的北斗导航接收机热启动定位的原理示意图。首先，捕获引擎通过搜索得到卫星号、多普勒频率、PN码相位信息，完成初始同步工作。上述信息传递给跟踪引擎，进行更为精细的同步，并且对卫星信号进行持续的跟踪和解调导航电文。PN码同步时间以及导航电文信息输出到定位解算。当所跟踪的卫星数(通道数)达到4颗以及以上时，定位解算就可以计算出用户的定位位置。

当用户关机时，在主电源掉电前，系统控制把卫星号、多普勒频率、PN码相位等信息保存到非易失性存储，再切断主电源，但备用电源一直保持工作。当用户在短时间内再次开机时，系统控制首先从非易失性存储读取上次定位时保存的卫星信息。并且利用RTC恢复接收机的同步时间。系统控制利用恢复出的多普勒频率，PN码相位以及同步时间信息，启动捕获引擎，进行热启动捕获。热启动捕获完成后，启动跟踪引擎，最后定位解算给出定位位置，热启动完成。

图2所示是本发明实施例的基带捕获/跟踪引擎的原理示意图。捕获引擎包含Mc个搜索单元ACQ_1,ACQ_2,…ACQ_Mc。每个搜索单元可以对连续的Mw个PN码码元(Chip)进行并行搜索。捕获引擎可以任意组合这Mc个搜索单元，进行单卫星通道搜索，或者多通道搜索。总体的并行码相位搜索范围为M＝Mc*Mw。根据接收机对通道数的要求，选择合适的Mc和Mw。例如，当Mc＝Mw＝32，则一次可以并行搜索1024个Chip。搜索单元得到的搜索结果，包括PN码相关峰值以及对应的PN码同步位置信息，报告系统控制。根据捕获引擎提供的初始同步信息，跟踪引擎启动并进行牵引，同时，锁定检测单元开始工作。当锁定检测单元检测到环路锁定时，表明跟踪环路牵引成功，环路已经进入稳定工作状态。另一方面，如果长时间无法检测到环路锁定，则表明捕获为误捕，需要重新对该通道卫星进行捕获。锁定标示信号报告系统控制。

图3是本发明实施例的热启动捕获的流程图。当用户重新开机后，接收机开始热启动定位流程。第一步，进行热启动捕获的初始化。首先，根据上次关机保存的各个卫星通道的多普勒加速度，对所恢复的同步基准时间进行第一次校准。第k个通道的校准量为(Chip单位)(参照公式(1))

式中，为第k个通道的多普勒加速度(Hz/s),T为关机时间，f_c为PN码元速率，f₁为载波频率。

接下来，根据RTC时钟频率的最大偏差以及关机时间长度，来计算最大同步时间误差Sw1(Chip单位)(参照公式(2))。

S_w＝σ_t·T·f_c (2)

式中，σ_t为RTC的时钟频率偏差，T为关机时间，f_c为PN码元速率。例如，当σ_t＝1ppm，T＝20分钟，f_c＝1.023MHz时，S_w1＝1841(chip)。

更进一步，根据PN码跟踪环路码元速率波动的最大值，来估计同步时间误差Sw2(Chip单位)(参照公式(3))。

S_w2＝Δf_c·T (3)

式中，Δf_c为码速率的最大波动值(ppm)。

根据同步时间误差Sw1和Sw2，得到总的PN码漂移最大范围Sw＝Sw1+Sw2，为了对付此漂移，热启动捕获需要对码相位左右各Sw的范围进行搜索。

接下来，进行单通道的热启动预捕获，搜索范围为±Sw。首先，计算需要捕获的次数K(参照公式(4))。

K＝ceil(2·S_w/M) (4)

式中，ceil()表示向上取整。

利用Mc个搜索单元，进行K次搜索。搜索完成后，对热启动预捕获成功与否进行判断。本发明提供了两种判断方法。方案一，利用归一化相关峰值进行判断。搜索单元得到的相关峰值功率为Cp，其他相关的功率的平均值为Cn，归一化后的相关峰值为C＝Cp/Cn。当C大于预定门限Hth时(Hth通常取值为1.2～1.5)，则表明热启动预捕获成功；否则，返回进行再次的预捕获。方案二，利用跟踪环路进行判断。当预捕获完成后，启动跟踪引擎；当在预定时间内，锁定检测单元检测到环路锁定，表明该次预捕获成功；否则返回进行再次的预捕获。总之，预捕获成功与否进行判断，可以帮助接收机在早期识别可能的预捕获误捕，以避免后续处理耗费大量的时间，却无法正确地跟踪卫星。

预捕获成功后，通过计算预捕获得到的同步位置与初始同步位置之差，得到同步偏差Dt，并转入同步时间(初始同步位置)校正，亦即实施了同步时间偏差校正。参照图4，校正后的初始同步位置为(参照公式(5))。

P_I1＝P_I0+D_t (5)

其中，D_t为预捕获搜索得到的同步偏差，D_t∈{-S_w,S_w}。

接下来，进行多通道热启动捕获。参考图4，搜索中心位置为P_I1，搜索范围为+/-LM_w。由于RTC时钟偏差所带来的同步位置偏差已经得到了校正，PN码相位的漂移范围大大缩小，则同样地可以大大缩小PN码相位的搜索范围。例如，L＝1或则2，即搜索范围降低为32或者64，从而降低了热启动捕获的搜索时间。更进一步，支持最大Mc/L个卫星通道进行并行搜索。当L＝2，Mc＝32时，支持最大16个卫星通道，一次搜索便完成热启动捕获。

根据本发明提供的方法，进行预捕获和同步时间偏差校正，缩小搜索范围，实现了快速的热启动捕获，加速热启动定位，改善了用户体验。

Claims (7)

1.一种北斗导航接收机的热启动快速捕获方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、从非易失性存储读取上次定位时保存信息，获得热启动捕获所必需的初始化信息；

S2、利用实时时间恢复同步时间；获得热启动捕获的初始同步位置；

S3、热启动捕获初始化，以确定热启动捕获的搜索范围；

S4、在步骤S3确定的搜索范围内进行单通道热启动预捕获，以获得同步时间偏差Dt；

S5、利用步骤S4获得的同步时间偏差Dt，实施同步时间偏差校正后，进行多通道热启动捕获，以完成所有卫星通道的捕获工作。

2.根据权利要求1所述的一种北斗导航接收机的热启动快速捕获方法，其特征在于，步骤S3包括：

S31，利用各个卫星通道的多普勒加速度，对各个通道的同步基准时间进行第一次校准，即基准同步时间的校准；如下式：

式中，为第k个通道的多普勒加速度(Hz/s),T为关机时间，f_c为PN码元速率，f₁为载波频率；

S32、根据RTC的时钟偏差，估计最大同步时间误差,即下式同步时间误差的估算:

S_w＝σ_t·T·f_c

σ_t为RTC的时钟频率偏差，T为关机时间，f_c为PN码元速率；

S33、根据PN码跟踪环路码元速率波动的最大值，来估计同步时间误差Sw2，即下式同步时间误差的估算：

S_w2＝Δf_c·T

式中，为码速率的最大波动值,单位为ppm；

S34、计算PN码相位最大漂移Sw＝Sw1+Sw2，根据上述步骤估计的同步误差，确定PN码的搜索范围。

3.根据权利要求1所述的一种北斗导航接收机的热启动快速捕获方法，其特征在于，步骤S4包括：

S41、确定PN码搜索范围为±Sw，依下式计算搜索次数，计算单通道预捕获的参数，

K＝ceil(2·S_w/M)

式中，ceil()表示向上取整

S42、单通道预捕获，利用捕获引擎的Mc个捕获单元，进行K次搜索，实施预捕获；

S43、对单通道预捕获成功与否的判断，对预捕获结果进行确认，并判断是否需要再进行一次预捕获。

4.根据权利要求1所述的一种北斗导航接收机的热启动快速捕获方法，其特征在于，步骤S43为利用归一化相关峰值功率进行判断；归一化相关峰值功率C＝Cp/Cn,Cp为相关峰值功率，Cn为其他相关功率的平均值；归一化相关峰值功率C与预定门限Hth进行比较，大于门限判决为预捕获成功。

5.根据权利要求1所述的一种北斗导航接收机的热启动快速捕获方法，其特征在于，步骤S43为利用跟踪环路进行判断的方法；在预定时间内，跟踪环路锁定，判决为预捕获成功。

6.根据权利要求1所述的一种北斗导航接收机的热启动快速捕获方法，其特征在于，步骤S5包括：

S51、根据预捕获得到的同步时间偏差Dt，利用下式对初始同步位置进行校正，实施同步时间偏差校正，初始同步位置校正；

P_I1＝P_I0+D_t

其中，D_t为预捕获搜索得到的同步偏差，D_t∈{-S_w,S_w}；

S52、利用校正后的初始同步位置，进行多通道热启动捕获，搜索范围为L*Mw，L＝1或者2，以缩减搜索范围，加速热启动捕获，完成所有卫星通道的热启动捕获。

7.一种计算机可读存储介质，其存储有与计算设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1至6任一项所述方法。