CN110794430A

CN110794430A - 一种gps-l1c或bds-b1c频点卫星导航接收机冷启动方法

Info

Publication number: CN110794430A
Application number: CN201910925990.2A
Authority: CN
Inventors: 张静; 李晓; 高敏; 黄喆; 郭欣
Original assignee: Beijing Research Institute of Telemetry; Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Research Institute of Telemetry; Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd; Beijing Institute of Telemetry Technology
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2020-02-14

Abstract

本发明涉及一种GPS‑L1C或BDS‑B1C频点卫星导航接收机冷启动方法，属于卫星导航技术领域。该方法对GPS‑L1C频点和BDS‑B1C频点的导频分量和数据分量进行联合跟踪解调，利用导频分量的子码相位，结合其导航电文结构设计特点，使用拼接相邻电文帧策略，可有效减少卫星导航接收机收集完整星历的时间，大大缩短了卫星导航接收机GPS‑L1C频点和BDS‑B1C频点的冷启动时间。

Description

一种GPS-L1C或BDS-B1C频点卫星导航接收机冷启动方法

技术领域

本发明涉及一种GPS-L1C或BDS-B1C频点卫星导航接收机冷启动方法，属于卫星导航技术领域。

背景技术

冷启动时间是接收机在无外界辅助条件下从加电开机到输出第一个有效定位结果的时间，是卫星导航接收机的一项关键性能指标。冷启动时间包括捕获跟踪卫星信号时间、收集完整星历时间和导航解算时间，其中完整星历收集时间所占比重最大，因此减少完整星历收集时间可有效缩短接收机的冷启动时间。

GPS-L1C/A频点和BDS-B1频点非GEO卫星导航信号一帧时长为6s，需要连续接收完整的三帧，才能收集完整的星历，所需最长时间为30s。现代化GPS-L1C频点和BDS-B1C频点的卫星导航信号一帧时长为18s，如果按照传统的设计思路，必须从头至尾接收完整一帧，那么所需最长时间为36s，这样反而增加了完整星历收集时间，因此需结合其电文设计特点，充分利用其结构优势，研究一种减少完整星历收集时间的方法以缩短冷启动时间，提高接收机的性能。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种GPS-L1C或BDS-B1C频点卫星导航接收机冷启动方法，缩短收集完整的星历的时间，实现快速冷启动。

本发明的技术解决方案是：一种GPS-L1C或BDS-B1C频点卫星导航接收机冷启动方法，该方法通过以下步骤实现：

(1)、对GPS-L1C或BDS-B1C频点信号导频分量进行信号捕获、跟踪以及位同步处理，实现导频分量的位同步后，同时对导频分量和数据分量进行数据解调，进入步骤(2)；

(2)、将导频分量解调得到的导频子码比特存入导频子码缓冲区，将数据分量解调得到的导航电文比特存入导航电文缓冲区，与此同时，一边对接收的导航电文比特进行计数，一边在导频子码缓冲区中搜索卫星子码序列前N比特，一旦检测到导频子码缓冲区中连续N比特与卫星子码序列前N比特相匹配，则将当前时刻接收电文计数值记为匹配时刻已接收电文计数值M1，并进入步骤(3)，否则，继续执行步骤(2)；

(3)、基于相邻导航电文帧中的第二子帧内容不变，采用相邻帧拼帧的方法得到完整的第二子帧的原理，由匹配时刻已接收电文计数值M1计算收齐完整第一子帧和第二子帧最少待接收电文数M2，之后，继续将导频分量解调得到的导频子码比特存入导频子码缓冲区，将数据分量解调得到的导航电文比特存入导航电文缓冲区，直到收齐完整第一子帧和第二子帧最少待接收电文，进入步骤(4)；

(4)、根据导频子码是否翻转，以及接收的导频子码所在相位，把导航电文缓冲区中接收的导航电文拼接成完整的一帧导航电文；

(5)、将拼接后的导航电文帧进行解交织处理，得到导航电文数据，按照电文编排格式对原始电文进行解码处理，得到星历参数，利用其完成定位解算。

所述匹配是指两个序列完全相同或者第一序列与第二序列取反完全相同。

所述判断导频子码是否翻转的方法为：

检测到导频子码缓冲区中连续N比特构成的第一序列与卫星子码序列前N比特构成的第二序列相匹配时，两序列完全相同，导频子码不翻转；第一序列与第二序列取反完全相同，导频子码翻转。

所述N小于等于导航电文第一子帧的长度M0。

所述N不低于30。

所述最少待接收电文数M2的计算表达式为：

当N≤M1<L-(M0-N)时，M2＝L-M1；

当M1≥L-(M0-N)时，M2＝M0-N；

其中，L为一帧导航电文的总长度。

所述步骤(4)拼接的具体方法为：

当M1＝N时，无需拼接，此时电文缓冲区中的电文即为完整的一帧导航电文；

当N<M1<L-(M0-N)时，将电文缓冲区中的前M1-N比特电文拼接至后L-(M1-N)比特电文之后即完成拼接；

当M1≥L-(M0-N)时，将电文缓冲区中的前L-M0比特电文拼接至后M0比特电文之后即完成拼接。

所述导频子码缓冲区和电文缓冲区采用移位方式存储电文，缓冲区长度均为一帧导航电文的总长度L。

所述步骤(2)采用固定窗口匹配的方式搜索卫星子码序列的前N位。

所述步骤(1)先对导频分量信号进行捕获，得到导频分量信号多普勒频率和码相位的估计值，之后对捕获得到的多普勒频率和码相位进行进一步检测、确认，实现导频分量相位锁定以及位同步，最后利用导频分量和数据分量相位的正交性，同时完成导频分量和数据分量的数据解调。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明通过利用导频分量的子码相位，结合GPS-L1C频点和BDS-B1C频点导航电文结构设计特点，使用拼接相邻电文帧策略，可有效减少卫星导航接收机收集完整星历的时间，最长减少18s，大大缩短了卫星导航接收机GPS-L1C频点和BDS-B1C频点的冷启动时间。

(2)、本发明利用导频分量子码匹配时相位翻转状态直接确定导航电文的信号翻转情况，提高了相位翻转判断效率。

(3)、本发明通过导频分量的捕获与跟踪引导数据分量的捕获与跟踪，大大节约了信号处理的资源，加快了数据分量捕获与跟踪处理速度。

附图说明

图1为本发明中GPS-L1C频点和BDS-B1C频点编码后未交织前的导航电文帧结构；

图2为本发明的卫星导航接收机冷启动方法的流程图；

图3为本发明所使用的导频子码缓冲区和电文缓冲区存储方式示意图；

图4为本发明的电文接收及拼接过程情况1示意图；

图5为本发明的电文接收及拼接过程情况2示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

GPS-L1C频点和BDS-B1C频点的卫星导航信号中心频点位于1575.42MHz，包含导频分量和数据分量，二者相位是正交的。其中：

(1)、导频分量中调制子码，子码码长为1800bit，子码周期为18s，每颗卫星的子码序列是已知且重复的。

(2)、数据分量中调制导航电文，每帧电文长度为1800bit，播发周期为18s，编码后未交织前的电文帧结构如图1所示，每一电文帧包含3个长度不同的子帧，其中第一子帧固定播发卫星编号和小时内秒计数，第二子帧固定播发星钟参数和星历参数等基本导航信息，第三子帧基于页面类型播发变化的数据块信息。接收机冷启动完成定位解算需要的电文数据在第一子帧和第二子帧中提取，每一电文帧的第一子帧是不同的，不可在相邻帧之间拼接；而除星历更新时刻之外，相邻帧中的第二子帧是相同的，可在相邻帧之间拼接。(注：接收机接收的电文是在图1所示帧结构基础上第二子帧和第三子帧按照接口控制文件中的约定进行交织构成。)

(3)、导频分量中的子码周期与数据分量中的导航电文帧周期相等且保持同步，即起始时刻严格对齐。

由以上GPS-L1C频点和BDS-B1C频点导航电文结构设计可知，对导频分量和数据分量进行跟踪解调，根据导频分量跟踪解调的子码相位对数据分量中的导航电文进行拼接，能有效减少完整星历收集时间。因此，本发明设计了一种通过拼接相邻电文帧来减少收集完整星历的时间，进而缩短卫星导航接收机GPS-L1C频点和BDS-B1C频点冷启动时间的方法，其具体实现流程图如图2所示。

如图2所示，本发明中缩短卫星导航接收机GPS-L1C频点和BDS-B1C频点冷启动时间的方法通过以下步骤实现：

(1)、对信号导频分量进行信号捕获、跟踪以及位同步处理，实现导频分量的位同步后，同时对导频分量和数据分量进行数据解调，进入步骤(2)；

由于导频分量和数据分量存在固定的相位关系，为了节约硬件资源，可以先对导频分量信号进行捕获，得到导频分量信号多普勒频率和码相位的估计值，之后对捕获得到的多普勒频率和码相位进行进一步检测、确认，实现导频分量相位锁定以及位同步，最后利用导频分量和数据分量相位的正交性，同时完成导频分量和数据分量的数据解调。

(2)、将导频分量解调得到的导频子码比特存入导频子码缓冲区，将数据分量解调得到的导航电文比特存入导航电文缓冲区，与此同时，一边对接收的导航电文比特进行计数，一边在导频子码缓冲区中采用固定窗口匹配的方式搜索卫星子码序列前N比特，一旦检测到导频子码缓冲区中连续N比特与卫星子码序列前N比特相匹配，则将当前时刻接收电文计数值记为匹配时刻已接收电文计数值M1，并进入步骤(3)，否则，继续执行步骤(2)；

所述N需满足高效率和高可靠性要求，N不可过长否则计算量较大而影响效率，也不可过短否则容易造成误判，作为优选方案，N的取值范围为不低于30，且不高于导航电文第一子帧的长度M0。

所述导频子码缓冲区和电文缓冲区采用移位方式存储电文，缓冲区长度均为导航电文的总长度。

所述收齐完整第一子帧和第二子帧最少待接收电文数M2的计算表达式为：

当N≤M1<L-(M0-N)时，M2＝L-M1；

当M1≥L-(M0-N)时，M2＝M0-N；

其中，L为一帧导航电文的总长度。

判断导频子码是否翻转的方法为：

具体的拼接方法为：

当N<M1<1800-(M0-N)时，将电文缓冲区中的前M1-N比特电文拼接至后1800-(M1-N)比特电文之后即完成拼接；

当M1≥1800-(M0-N)时，将电文缓冲区中的前1800-M0比特电文拼接至后M0比特电文之后即完成拼接。

实施例：

下面以某导航接收机接收GPS-L1C频点为例，对本发明进行进一步解释说明。本实施例中GPS-L1C频点一帧导航电文的总长度为1800，第一子帧的长度为72。

本实施例卫星导航接收机接收GPS-L1C频点信号冷启动方法的具体步骤如下：

(1)、卫星导航接收机首先对GPS-L1C导频分量信号进行捕获、跟踪以及位同步处理，实现导频分量的位同步后，同时对导频分量和数据分量进行数据解调。

(2)、将导频分量解调得到的导频子码比特存入导频子码缓冲区，将数据分量解调得到的导航电文比特存入导航电文缓冲区，与此同时，一边对接收的导航电文比特进行计数，一边在导频子码缓冲区中采用固定窗口匹配的方式搜索卫星子码序列前N比特，一旦检测到导频子码缓冲区中连续N比特与卫星子码序列前N比特相匹配，则将当前时刻接收电文计数值记为匹配时刻已接收电文计数值M1，并进入步骤(3)，否则，继续执行步骤(2)。本实施例中选取N为72，即第一子帧的长度，示意图如图3所示。

(3)、由匹配时刻已接收电文计数值M1计算最少待接收电文数M2，之后，继续将导频分量解调得到的导频子码比特存入导频子码缓冲区，将数据分量解调得到的导航电文比特存入导航电文缓冲区，直到收齐最少待接收电文，进入步骤(4)。

M2的计算表达式为：

当N≤M1<1800时，M2＝1800-M1，如图4所示；

当M1≥1800时，M2＝0，如图5所示。

具体的拼接方法为：

当M1＝72时，无需拼接，此时电文缓冲区中的电文即为完整的一帧导航电文；

当N<M1<1800时，将电文缓冲区中的前M1-72比特电文拼接至后1800-(M1-72)比特电文之后即完成拼接；

当M1≥1800时，将电文缓冲区中的前1728比特电文拼接至后M0比特电文之后即完成拼接。

(5)、将拼接后的导航电文帧进行解交织处理，得到导航电文数据，按照电文编排格式对原始电文进行解码处理，得到星历参数，利用其完成定位解算，实现卫星导航接收机GPS-L1C频点信号冷启动。

本实施例利用GPS-L1C频点导航电文子帧播发顺序固定、第二子帧中的基本导航信息播发周期固定、播发内容不变的特点，提供一种相邻帧拼接策略，无需从头至尾接收完整的一帧，实现18s即可收集完整的星历，进而缩短冷启动时间。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims

1.一种GPS-L1C或BDS-B1C频点卫星导航接收机冷启动方法，其特征在于通过以下步骤实现：

2.根据权利要求1所述的一种GPS-L1C或BDS-B1C频点卫星导航接收机冷启动方法，其特征在于所述匹配是指两个序列完全相同或者第一序列与第二序列取反完全相同。

3.根据权利要求1所述的一种GPS-L1 C或BDS-B1C频点卫星导航接收机冷启动方法，其特征在于所述判断导频子码是否翻转的方法为：

4.根据权利要求1所述的一种GPS-L1C或BDS-B1C频点卫星导航接收机冷启动方法，其特征在于所述N小于等于导航电文第一子帧的长度M0。

5.根据权利要求4所述的一种GPS-L1C或BDS-B1C频点卫星导航接收机冷启动方法，其特征在于所述N不低于30。

6.根据权利要求1所述的一种GPS-L1C或BDS-B1C频点卫星导航接收机冷启动方法，其特征在于所述最少待接收电文数M2的计算表达式为：

当N≤M1<L-(M0-N)时，M2＝L-M1；

当M1≥L-(M0-N)时，M2＝M0-N；

其中，L为一帧导航电文的总长度。

7.根据权利要求6所述的一种GPS-L1C或BDS-B1C频点卫星导航接收机冷启动方法，其特征在于所述步骤(4)拼接的具体方法为：

8.根据权利要求1所述的一种GPS-L1C或BDS-B1C频点卫星导航接收机冷启动方法，其特征在于所述导频子码缓冲区和电文缓冲区采用移位方式存储电文，缓冲区长度均为一帧导航电文的总长度L。

9.根据权利要求1所述的一种GPS-L1C或BDS-B1C频点卫星导航接收机冷启动方法，其特征在于所述步骤(2)采用固定窗口匹配的方式搜索卫星子码序列的前N位。

10.根据权利要求1所述的一种GPS-L1C或BDS-B1C频点卫星导航接收机冷启动方法，其特征在于所述步骤(1)先对导频分量信号进行捕获，得到导频分量信号多普勒频率和码相位的估计值，之后对捕获得到的多普勒频率和码相位进行进一步检测、确认，实现导频分量相位锁定以及位同步，最后利用导频分量和数据分量相位的正交性，同时完成导频分量和数据分量的数据解调。