CN111352132B - 一种gnss接收机失锁重捕快速恢复定位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及卫星定位技术领域，公开了一种GNSS接收机失锁重捕快速恢复定位的方法包括：S1，卫星信号接收机判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S2，否则继续S1；S2，卫星信号接收机进行失锁计数，得到失锁时间，当失锁时间在第一阈值之内时继续S3，否则进入S4；S3，卫星信号接收机进行维持跟踪；S4，卫星信号接收机进行重捕获。应用本方法当失锁时间在第一阈值之内时，卫星信号接收机不需要进行重捕，直接进行维持跟踪，从失锁到正常跟踪卫星信号的流程大大简化，时间也缩小了很多，降低系统的运算量，可以保证卫星信号接收机从遮挡环境到不遮挡环境1s之内恢复对卫星信号的正常跟踪状态。

Description

一种GNSS接收机失锁重捕快速恢复定位的方法
技术领域
本发明涉及卫星定位技术领域，公开了一种GNSS接收机失锁重捕快速恢复定位的方法。
背景技术
在卫星基带信号处理的过程中，接收机收到卫星信号后，通过跟踪环路，实现对信号的载波和伪码的剥离。为了获得卫星的星历数据，必须对跟踪环路的IP支路进行位同步、帧同步处理，从多个信号电平中找到bit起始沿和帧起始位置，最终从中提取出星历信息。
由于遮挡或过隧道等原因，卫星信号接收机突然接收不到卫星信号，导致卫星信号接收机对原来锁定的卫星信号失锁，当遮挡消失后，突然又有了信号，一般卫星信号接收机需要通过环路重捕该卫星信号，然后再对该卫星信号进行跟踪、位同步、帧同步、解算出定位结果，现有的技术基本集中在研究如何快速实现重捕，但是这些仍需要花费比较长的时间，现有的应用均需要卫星信号接收机能够快速解算出定位结果。
因此，迫切需要一种解决上述问题的方法及系统。
发明内容
针对背景技术所面临的问题，本发明的目的在于提供一种GNSS接收机失锁重捕快速恢复定位的方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种GNSS接收机失锁重捕快速恢复定位的方法包括：S1：卫星信号接收机判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S2，否则继续S1；S2：卫星信号接收机进行失锁计数，得到失锁时间，当失锁时间在第一阈值之内时继续S3，否则进入S4；S3：卫星信号接收机进行维持跟踪；S4：卫星信号接收机进行重捕获。
优选的，S3具体为：S31，在失锁时间内一直进行码环跟踪；S32，在失锁时间内，卫星信号接收机的环路交替的进行锁频环跟踪和锁相环跟踪，且先进行锁频环跟踪后进行锁相环跟踪。
优选的，S32具体为：将失锁时间分为等份且连续的多段第一时间段；在每一个第一时间段内均进行码环跟踪，每一个第一时间段均由连续的第一数值时间段、第二数值时间段及第三数值时间段组成；在每一个第一数值时间段内，卫星信号接收机进行锁频环数据清空、锁相环数据清空及码环数据清空；在每一个第二数值时间段内，卫星信号接收机环路只进行锁频环跟踪；在每一个第三数值时间段内，卫星信号接收机环路只进行锁相环跟踪。
优选的，锁频环跟踪和锁相环跟踪时，环路滤波器均采用二阶。
优选的，锁频环跟踪的时间小于锁相环跟踪的时间。
优选的，第一阈值为10秒。
优选的，S3和S4均包括：每1ms都会对IQ_det进行检测判断，一旦检测到IQ_det>0.7则卫星信号接收机重新锁定卫星信号，卫星信号接收机转入正常跟踪状态。
优选的，S2还包括卫星信号接收机保存失锁前的相关星历信息，当卫星信号接收机转入正常跟踪状态时，利用该相关星历信息快速实现帧同步。
优选的，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
优选的，一种GNSS接收机失锁重捕快速恢复定位的系统包括：S10：判断失锁模块，用于卫星信号接收机判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S20，否则继续S10；S20：计数模块，用于卫星信号接收机进行失锁计数，得到失锁时间，当失锁时间在第一阈值之内时继续S30，否则进入S40；S30：维持跟踪模块，用于卫星信号接收机进行维持跟踪；S40：重捕模块，用于卫星信号接收机进行重捕获。
与现有技术相比，本发明提供了一种GNSS接收机失锁重捕快速恢复定位的方法包括：S1，卫星信号接收机判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S2，否则继续S1；S2，卫星信号接收机进行失锁计数，得到失锁时间，当失锁时间在第一阈值之内时继续S3，否则进入S4；S3，卫星信号接收机进行维持跟踪；S4，卫星信号接收机进行重捕获。应用本方法当失锁时间在第一阈值之内时，卫星信号接收机不需要进行重捕，直接进行维持跟踪，从失锁到正常跟踪卫星信号的流程大大简化，时间也缩小了很多，降低系统的运算量，可以保证卫星信号接收机从遮挡环境到不遮挡环境1s之内恢复对卫星信号的正常跟踪状态。
附图说明
图1为本发明一种GNSS接收机失锁重捕快速恢复定位的方法的流程示意图；
图2为本发明一种GNSS接收机失锁重捕快速恢复定位的方法系统的组成图。
通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
下文将详细的对示例性实施例进行说明，所提供的实施例中所描述的实施方式代表本发明的部分较佳实施方式，而并非全部实施方式。基于本发明中的实施例以及图文，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所能获得的所有其他实施例，都将在本发明保护的范围之内。
在遮挡严重的城市街道或者隧道较多的道路，卫星接收机所获取的卫星信号很不稳定，信号忽有忽无，可用性会降低，如图1，本发明的方法针对此问题提出一种GNSS接收机失锁重捕快速恢复定位的方法包括：S1，卫星信号接收机判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S2，否则继续S1；S2，卫星信号接收机进行失锁计数，得到失锁时间，当失锁时间在第一阈值之内时继续S3，否则进入S4；S3，卫星信号接收机进行维持跟踪；S4，卫星信号接收机进行重捕获。应用本方法当失锁时间在第一阈值之内时，卫星信号接收机不需要进行重捕，直接进行维持跟踪，从失锁到正常跟踪卫星信号的流程大大简化，时间也缩小了很多，降低系统的运算量，可以保证卫星信号接收机从遮挡环境到不遮挡环境1s之内恢复对卫星信号的正常跟踪状态。使得卫星信号接收机快速的进入正常跟踪状态，快速的解算出卫星信号接收机的定位结果，满足了人们对出隧道等环境时快速定位的需求。而且因为星历每两小时或每一小时更新一次，因此卫星信号突然失锁又恢复时可以不需要重新收齐星历信息才出定位结果。失锁前通道存有卫星信号发射时间以及其他历史信息，利用接收机本地时间，卫星信号接收机重新跟踪上该卫星信号时，很容易确定帧同步位置，解算出该接收机的定位坐标。更加使得卫星信号接收机能够快速解算出其自身的定位结果。这里的卫星信号接收机可以是任一用户装置上的卫星信号接收机，例如手机终端、汽车终端等上安装的卫星信号接收机。
本发明方法的卫星信号接收机刚开始时有锁定卫星的卫星信号，且该卫星信号接收机的通道储存有该对应卫星的星历信息，可以解算出该接收机的定位坐标。当该卫星信号接收机突然进入遮挡环境时，卫星信号接收机的天线无法接收到卫星的信号，该卫星信号接收机对本来锁定的卫星信号失锁。卫星信号接收机不断间隔的判断各个通道或者单通道对各自锁定的卫星信号是否有失锁。
S1，卫星信号接收机判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S2，否则继续S1；
判断是否存在卫星信号失锁的情况，判断该卫星信号失锁的方法具体为，在每个遍历周期，对卫星导航接收机的各个通道进行遍历，通过IQ_det的值来检测通道的失锁状态，其中，IQ_det的计算方法如下
Figure BDA0002424090930000051
式中Ip(n)为同向支路相干积分值，Qp(n)为正交支路相干积分值，门限th设置为0.7，即IQ_det>0.7判断为锁定状态，否则为失锁状态。当然，门限值也可以设置在0.7附近，均值本发明保护范围之内，如果检测判断出卫星信号接收机对某颗卫星的卫星信号失锁，则转入S2，否则继续遍历检测卫星信号接收机的通道是否对某颗卫星的卫星信号失锁。
S2，卫星信号接收机进行失锁计数，得到失锁时间，当失锁时间在第一阈值之内时继续S3，否则进入S4；当检测到卫星信号接收机的通道对某颗卫星的卫星信号失锁后，启动该通道的失锁计数器times_unlock进行累加计数，其中的计数来源于FPGA给过来的积分标识，每1ms增加1。times_unlock最大值为10000。利用该计数器得到失锁时间，当失锁时间在第一阈值内时转入S3，第一阈值为10秒，当然其他实施例中，第一阈值也可以是9秒或11秒都在本发明的保护范围之内，但是第一阈值不可以是很大的数值，因为第一阈值很大时，卫星信号接收机与卫星之间的距离或者卫星的动态可能发生了较大的变化，使得卫星信号接收机的环路无法直接进行维持跟踪，只能先进行捕获。卫星信号接收机保存有失锁前的相关星历信息，当卫星信号接收机转入正常跟踪状态时，利用该相关星历信息快速实现帧同步，从而快速的得到定位结果。
S3，卫星信号接收机进行维持跟踪；当失锁时间小于第一阈值时，失锁时间较短，卫星信号接收机不需要对卫星信号进行重捕，直接进行维持跟踪，维持跟踪的方法具体为：S31，在失锁时间内一直进行码环跟踪；S32，在失锁时间内，卫星信号接收机的环路交替的进行锁频环跟踪和锁相环跟踪，且先进行锁频环跟踪后进行锁相环跟踪。锁频环跟踪的时间小于锁相环跟踪的时间。
S32具体为：将失锁时间分为等份且连续的多段第一时间段；在每一个第一时间段内均进行码环跟踪，每一个第一时间段均由连续的第一数值时间段、第二数值时间段及第三数值时间段组成；在每一个第一数值时间段内，卫星信号接收机进行锁频环数据清空、锁相环数据清空、码环数据清空；在每一个第二数值时间段内，卫星信号接收机环路只进行锁频环跟踪；在每一个第三数值时间段内，卫星信号接收机环路只进行锁相环跟踪。一实施例中，失锁时间为10秒，每500ms进行循环一次，也就是把失锁时间分为等份的20段，每一第一时间段均为500ms，在每一个第一时间段内，刚开始将环路中积分器的数据进行分析，如果判定(times_unlock％500)<＝5，则对环路数据进行清空，即为环路失锁后时间段分为若干个500ms，每500ms的前5ms对环路数据(锁频环数据、锁相环数据、码环数据)进行清空，接着进行0.3秒到1秒的锁频环跟踪，将频率锁定后，再进行锁相环跟踪。在失锁时间内，环路一直交替的进行锁频环和锁相环跟踪，在此过程中，卫星信号接收机环路还一直判断卫星信号是否锁定，具体判断的方式为采用IQ_det,如果IQ_det大于门限th，则判断为接收机锁定该卫星信号，否则还是失锁。在此，判断卫星信号是否锁定的具体IQ_det大于门限th的取值与本发明中IQ_det大于门限的取值相等，在此不再重述。
具体的，如果判定5<(times_unlock％500)<＝300则开启锁频环跟踪，环路滤波器采用的是二阶，环路参数采用的是常用经典参数。如果判定(times_unlock％500)>300则开启锁相环跟踪，环路滤波器采用的是二阶，环路参数采用的是常用经典参数。在此不再叙述。如果判定(times_unlock％500)>5则开启码环跟踪，环路滤波器采用的是二阶，环路参数采用的常用经典参数，在此不再叙述。在此过程中，卫星信号接收机环路每1ms都会对IQ_det进行判断，判断卫星是否锁定，一旦检测到IQ_det>0.7则跳出维持态，转入正常跟踪状态。
其中IQ_det计算方法如下：
Figure BDA0002424090930000071
式中Ip(n)为同向支路相干积分值，Qp(n)为正交支路相干积分值，门限th设置为0.7，即IQ_det>0.7判断为锁定状态，否则为失锁状态。当然门限也可以设置为0.7附近的任意值，均在本发明保护范围之内。例如门限取值0.6或0.8。
本发明方法的环路维持跟踪周期设置为500ms，可以保证卫星从遮挡环境到不遮挡环境1s之内恢复锁定该卫星信号，本方法的流程大大简化，降低了系统的运算量，能耗较低，提高了卫星信号接收机系统的实时性。更加满足用户对快速定位的要求。
S4，卫星信号接收机进行重捕获。当失锁时间大于第一阈值时，失锁时间较长，卫星信号接收机没法对卫星信号直接进行维持跟踪，此时，就需要对卫星信号进行重捕，再进行跟踪、位同步、帧同步等步骤。
如图2，本发明还公开了一种GNSS接收机失锁重捕快速恢复定位的系统包括：S10：判断失锁模块，用于卫星信号接收机判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S20，否则继续S10；S20：计数模块，用于卫星信号接收机进行失锁计数，得到失锁时间，当失锁时间在第一阈值之内时继续S30，否则进入S40；S30：维持跟踪模块，用于卫星信号接收机进行维持跟踪；S40：重捕模块，用于卫星信号接收机进行重捕获。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一所述方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。
在符合本领域技术人员的知识和能力水平范围内，本文提及的各种实施例或者技术特征在不冲突的情况下，可以相互组合而作为另外一些可选实施例，这些并未被一一罗列出来的、由有限数量的技术特征组合形成的有限数量的可选实施例，仍属于本发明揭露的技术范围内，亦是本领域技术人员结合附图和上文所能理解或推断而得出的。
最后再次强调，上文所列举的实施例，为本发明较为典型的、较佳实施例，仅用于详细说明、解释本发明的技术方案，以便于读者理解，并不用以限制本发明的保护范围或者应用。
因此，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等而获得的技术方案，都应被涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种GNSS接收机失锁重捕快速恢复定位的方法，其特征在于，包括：
S1：卫星信号接收机判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S2，否则继续S1；
S2：卫星信号接收机进行失锁计数，得到失锁时间，当失锁时间在第一阈值之内时继续S3，否则进入S4；
S3：卫星信号接收机进行维持跟踪；所述S3具体为：S31，在失锁时间内一直进行码环跟踪；S32，在失锁时间内，卫星信号接收机的环路交替的进行锁频环跟踪和锁相环跟踪，且先进行锁频环跟踪后进行锁相环跟踪；S32具体为：将失锁时间分为等份且连续的多段第一时间段；在每一个第一时间段内均进行码环跟踪，每一个第一时间段均由连续的第一数值时间段、第二数值时间段及第三数值时间段组成；在每一个第一数值时间段内，卫星信号接收机进行锁频环数据清空、锁相环数据清空及码环数据清空；在每一个第二数值时间段内，卫星信号接收机环路只进行锁频环跟踪；在每一个第三数值时间段内，卫星信号接收机环路只进行锁相环跟踪；
S4：卫星信号接收机进行重捕获。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：锁频环跟踪和锁相环跟踪时，环路滤波器均采用二阶。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：锁频环跟踪的时间小于锁相环跟踪的时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第一阈值为10秒。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S3和S4均包括：每1ms都会对IQ_det进行检测判断，一旦检测到IQ_det>0.7则卫星信号接收机重新锁定卫星信号，卫星信号接收机转入正常跟踪状态。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：S2还包括卫星信号接收机保存失锁前的相关星历信息，当卫星信号接收机转入正常跟踪状态时，利用该相关星历信息快速实现帧同步。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述方法的步骤。
8.一种GNSS接收机失锁重捕快速恢复定位的系统，其特征在于，包括：
S10：判断失锁模块，用于卫星信号接收机判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S20，否则继续S10；
S20：计数模块，用于卫星信号接收机进行失锁计数，得到失锁时间，当失锁时间在第一阈值之内时继续S30，否则进入S40；
S30：维持跟踪模块，用于卫星信号接收机进行维持跟踪；所述卫星信号接收机进行维持跟踪具体为：S31，在失锁时间内一直进行码环跟踪；S32，在失锁时间内，卫星信号接收机的环路交替的进行锁频环跟踪和锁相环跟踪，且先进行锁频环跟踪后进行锁相环跟踪；S32具体为：将失锁时间分为等份且连续的多段第一时间段；在每一个第一时间段内均进行码环跟踪，每一个第一时间段均由连续的第一数值时间段、第二数值时间段及第三数值时间段组成；在每一个第一数值时间段内，卫星信号接收机进行锁频环数据清空、锁相环数据清空及码环数据清空；在每一个第二数值时间段内，卫星信号接收机环路只进行锁频环跟踪；在每一个第三数值时间段内，卫星信号接收机环路只进行锁相环跟踪；
S40：重捕模块，用于卫星信号接收机进行重捕获。
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