CN111366955A - 一种gnss接收机长时间失锁重捕快速恢复定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星定位技术领域，公开了一种GNSS接收机长时间失锁重捕快速恢复定位的方法，其特征在于，包括：S1：卫星信号接收机锁定卫星信号时，储存锁定态数据；S2：在每个遍历周期，对卫星信号接收机的各通道进行遍历，判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S3，否则继续S2；S3：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S4，否则踢掉失锁通道；S4：重捕卫星信号后，结合锁定态数据推测出帧同步字，利用帧同步字解算出卫星信号接收机的定位结果。本发明采用推测帧同步字可以直接参与定位解算，省略位同步，帧同步步骤从而快速得到定位结果。

Description

一种GNSS接收机长时间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接收机长时间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，重捕卫星信号后，现有的应用均需要卫星信号接收机重新进行帧同步，找到帧起始位置以解算出定位结果，但是进行帧同步需要花费较长时间，不利于快速恢复定位。

因此，迫切需要一种解决上述问题的方法。

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接收机长时间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接收机长时间失锁重捕快速恢复定位的方法包括：S1：卫星信号接收机锁定卫星信号时，储存锁定态数据；S2：在每个遍历周期，对卫星信号接收机的各通道进行遍历，判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S3，否则继续S2；S3：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S4，否则踢掉失锁通道；S4：重捕卫星信号后，结合锁定态数据推测出帧同步字，利用帧同步字解算出卫星信号接收机的定位结果。

优选的，锁定态数据包括第一数值个码相位、第一数值个码相位字改变量及卫星信号的帧同步字，该锁定态数据为失锁前最后时刻时的锁定态数据。

优选的，S4具体为：对锁定态20s的数据进行二阶非线性拟合，获取码相位字code与接收机本地时间T的二次方程关系；重捕卫星信号后，根据新的接收机本地时间和该二次方程，推算出码相位的改变量code_change；由码相位的改变量code_change、储存的锁定态时的码相位字code20和帧同步字bit20，获取推测出的code_pre和bit_pre；卫星信号被重捕后得到准确的code_now，结合推测的code_pre和bit_pre与真实的code_now，可以推测出帧同步字bit_now。

优选的，推算出码相位的改变量code_change具体计算方法如下：

CH_code1＝code1-code1；

CH_code2＝code2-code1；

...........

CH_code20＝code20-code1；

其中code1到code20为接收机输出的原始数据码相位。

优选的，code_pre与code_now的差值的绝对值小于0.2个码片。

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1小时。

优选的，判断是否存在卫星信号失锁的情况具体为：每1ms都会对IQ_det进行检测判断，一旦检测到IQ_det＜0.7，则卫星信号接收机对卫星信号失锁，否则，没有失锁。

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。

一种GNSS接收机长时间失锁重捕快速恢复定位的系统，其特征在于，包括：S10：存储模块，用于卫星信号接收机锁定卫星信号时，储存锁定态数据；S20：判断模块，用于在每个遍历周期，对卫星信号接收机的各通道进行遍历，判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S30，否则继续S20；S30：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S40，否则踢掉失锁通道；S40：推测模块，用于重捕卫星信号后，结合锁定态数据推测出帧同步字，利用帧同步字解算出卫星信号接收机的定位结果。

与现有技术相比，本发明提供了一种GNSS接收机长时间失锁重捕快速恢复定位的方法，其特征在于，包括：S1：卫星信号接收机锁定卫星信号时，储存锁定态数据；S2：在每个遍历周期，对卫星信号接收机的各通道进行遍历，判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S3，否则继续S2；S3：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S4，否则踢掉失锁通道；S4：重捕卫星信号后，结合锁定态数据推测出帧同步字，利用帧同步字解算出卫星信号接收机的定位结果。该方法对卫星信号传播时间进行非线性拟合，利用拟合出的数据和捕获上的卫星信号得到的数据推测出帧同步的位置，本发明采用推测帧同步字可以直接参与定位解算，省略位同步，帧同步步骤从而快速得到定位结果。本发明的方法适用于长时间失锁场景，失锁时长可达到1小时，之后仍然能够快速恢复解算，提高了卫星信号接收机应对复杂场景的能力，具有较高的应用价值。

附图说明

图1为本发明一种GNSS接收机长时间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接收机长时间失锁重捕快速恢复定位系统的组成图。

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长的道路，卫星信号接收机所获取的卫星信号很不稳定，信号可能较长一段时间都无法被接收到，当用户走出隧道后，或离开遮挡严重区域时，对卫星信号重捕，再进行位同步、帧同步，在进行解算得到定位坐标，需要花费较长时间才能得到定位结果，越来越不符合现代社会对快速定位的需求，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接收机长时间失锁重捕快速恢复定位的方法，其特征在于，包括：S1：卫星信号接收机锁定卫星信号时，储存锁定态数据；S2：在每个遍历周期，对卫星信号接收机的各通道进行遍历，判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S3，否则继续S2；S3：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S4，否则踢掉失锁通道；S4：重捕卫星信号后，结合锁定态数据推测出帧同步字，利用帧同步字解算出卫星信号接收机的定位结果。该方法对卫星信号传播时间进行非线性拟合，利用拟合出的数据和捕获上的卫星信号得到的数据推测出帧同步的位置，本发明采用推测帧同步字可以直接参与定位解算，省略位同步，帧同步步骤从而快速得到定位结果。本发明的方法适用于长时间失锁场景，失锁时长可达到1小时，之后仍然能够快速恢复解算，提高了卫星信号接收机应对复杂场景的能力，具有较高的应用价值。快速的得到卫星信号接收机的定位结果，满足了人们对出隧道时等环境快速定位的需求。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，可以直接应用卫星信号失锁之前的星历信息。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，且失锁时间较长，甚至长达一小时。卫星信号接收机的通道锁定卫星信号时，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：卫星信号接收机锁定卫星信号时，储存锁定态数据；

卫星信号接收机刚开始对某几颗卫星的卫星信号处于锁定状态，卫星信号接收机不断存储锁定态数据。这些锁定态数据随着卫星信号接收机的移动或时间变化而不断变化。锁定态数据指的是卫星信号接收机对卫星信号锁定时的码相位值，帧起始位置等应用于解算出接收机定位结果的数据。锁定态数据包括第一数值个码相位、第一数值个码相位字改变量及卫星信号的帧同步字，该锁定态数据为失锁前最后时刻时的锁定态数据。本实施例中，取第一数值为20，当然也可以是其他值，在此不为限制。具体的，包括20个码相位字改变量CH_code1到CH_code20，20个码相位code1到code20，卫星的帧同步字bit20，由于锁定态数据会不断随着时间的变化而更新，存储的锁定态数据一直是最新时刻的锁定态数据。

S2：在每个遍历周期，对卫星信号接收机的各通道进行遍历，判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S3，否则继续S2；

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

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，均在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S3，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。

S3，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S4，否则踢掉失锁通道；

当检测到卫星信号接收机对卫星信号失锁时，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S4，否则踢掉失锁通道；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S4，第一阈值为60分，当然其他实施例中，第一阈值也可以是58分、59分都在本发明的保护范围之内，第一阈值最大可取60分或者60分附近的61分、62分，第一阈值的取值不可以更大，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，重新跟踪上卫星信号时，卫星信号接收机保存的失锁前的星历数据等锁定态数据已经不再适用，此时的星历数据等与失锁前保存的锁定态数据已经差别很大。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。所以，当失锁时间超过第一阈值时，踢掉失锁通道。

S4：重捕卫星信号后，结合锁定态数据推测出帧同步字，利用帧同步字解算出卫星信号接收机的定位结果。

S4具体为：对锁定态20s的数据进行二阶非线性拟合，获取码相位字code与接收机本地时间T的二次方程关系；

重捕卫星信号后，根据新的接收机本地时间和该二次方程，推算出码相位的改变量code_change；

由码相位的改变量code_change、储存的锁定态时的码相位字code20和帧同步字bit20，获取推测出的code_pre和bit_pre；

卫星信号被重捕后得到准确的code_now，结合推测的code_pre和bit_pre与真实的code_now，可以推测出帧同步字bit_now。

卫星信号接收机离开遮挡环境后，当失锁时间在第一阈值内时，卫星信号接收机的通道进入快速重捕状态，卫星信号接收机对卫星信号失锁后，卫星信号接收机的计数器对失锁时长进行记录，在输出频率为1hz，单位为1s。若输出频率为xhz，则单位就为1/x秒。假设卫星失锁时长为time_unlock秒。对卫星失锁之前的锁定态20s的数据，进行二阶非线性拟合，(之后的说明都以1HZ为例，多HZ类推)，从而获取码相位字code与时间T_local的二次方程关系:

P(x)＝a0+a1*x+a2*x^2,式子中P(x)为码相位的改变量，x为T_local。

其中，T_local为接收机本地时间，单位为1s(1hz)。

卫星重捕上之后，根据新的T_local和上述的二次方程，推算出码相位的改变量code_change(绝对值可大于一个码长)。由锁定状态时记录的码相位字code20和帧同步字bit20,加上code_change去获取推测的code_pre和bit_pre。为了保证系统的推测bit值的正确性，限制code_pre与code_now绝对值在0.2个码片之内，也就是code_pre与code_now的差值的绝对值小于0.2个码片。如下：

|code_pre-code_now|<0.2code_length

或|code_pre-code_now|>0.8code_length(有借进位问题时情况)

卫星信号接收机采用推测的帧同步字直接参与解算，从而解算出卫星信号接收机的定位结果。可以省略掉常规的位同步、帧同步步骤。

重捕的过程中，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。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则跳出重捕状态。

其中IQ_det计算方法如下：

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。

本发明方法码相位的改变量code_change的计算方法如下：

CH_code1到CH_code20的计算方法如下：

CH_code1＝code1-code1；

CH_code2＝code2-code1；

...........

CH_code20＝code20-code1；

其中code1到code20为接收机输出的原始数据码相位。CH_code1、CH_code2、CH_code20分别表示1秒码相位的改变量，2秒码相位的改变量、20秒码相位的改变量。

另外，由于接收机内部会定期周跳，会对锁定态数据的连续性造成影响，因此会对钟跳的数据进行过滤，钟跳发生后，数据更新会重新开始计数，计数到20才更新，若在此期间发生失锁，则采用钟跳之前记录的20个数据。

如图2，本发明还公开了10.一种GNSS接收机长时间失锁重捕快速恢复定位的系统，其特征在于，包括：S10：存储模块，用于卫星信号接收机锁定卫星信号时，储存锁定态数据；S20：判断模块，用于在每个遍历周期，对卫星信号接收机的各通道进行遍历，判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S30，否则继续S20；S30：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S40，否则踢掉失锁通道；S40：推测模块，用于重捕卫星信号后，结合锁定态数据推测出帧同步字，利用帧同步字解算出卫星信号接收机的定位结果。

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 (10)

1.一种GNSS接收机长时间失锁重捕快速恢复定位的方法，其特征在于，包括：

S1：卫星信号接收机锁定卫星信号时，储存锁定态数据；

S2：在每个遍历周期，对卫星信号接收机的各通道进行遍历，判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S3，否则继续S2；

S3：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S4，否则踢掉失锁通道；

S4：重捕卫星信号后，结合锁定态数据推测出帧同步字，利用帧同步字解算出卫星信号接收机的定位结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：锁定态数据包括第一数值个码相位、第一数值个码相位字改变量及卫星信号的帧同步字，该锁定态数据为失锁前最后时刻时的锁定态数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：S4具体为：对锁定态20s的数据进行二阶非线性拟合，获取码相位字code与接收机本地时间T的二次方程关系；

重捕卫星信号后，根据新的接收机本地时间和该二次方程，推算出码相位的改变量code_change；

由码相位的改变量code_change、储存的锁定态时的码相位字code20和帧同步字bit20，获取推测出的code_pre和bit_pre；

卫星信号被重捕后得到准确的code_now，结合推测的code_pre和bit_pre与真实的code_now，可以推测出帧同步字bit_now。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：推算出码相位的改变量code_change具体计算方法如下：

CH_code1＝code1-code1；

CH_code2＝code2-code1；

...........

CH_code20＝code20-code1；

其中code1到code20为接收机输出的原始数据码相位。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：code_pre与code_now的差值的绝对值小于0.2个码片。

6.根据权利要求2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。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第一阈值为1小时。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：判断是否存在卫星信号失锁的情况具体为：每1ms都会对IQ_det进行检测判断，一旦检测到IQ_det＜0.7，则卫星信号接收机对卫星信号失锁，否则，没有失锁。

9.一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1-8任一项所述方法的步骤。

10.一种GNSS接收机长时间失锁重捕快速恢复定位的系统，其特征在于，包括：

S10：存储模块，用于卫星信号接收机锁定卫星信号时，储存锁定态数据；

S20：判断模块，用于在每个遍历周期，对卫星信号接收机的各通道进行遍历，判断是否存在卫星信号失锁的情况，如果是，则继续S30，否则继续S20；

S30：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S40，否则踢掉失锁通道；

S40：推测模块，用于重捕卫星信号后，结合锁定态数据推测出帧同步字，利用帧同步字解算出卫星信号接收机的定位结果。

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