[發明專利]一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統

有效

• 申請號: 201210182847.7
• 申請日: 2012-06-06
• 公開（公告）號: CN103472464A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 毛磊
• 申請（專利權）人: 東莞市泰斗微電子科技有限公司
• 主分類號: G01S19/24
• 分類號: G01S19/24;G01S19/27
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及衛星導航信號處理技術領域，尤其涉及一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統。

背景技術

全球導航衛星系統(Global?Navigation?Satellite?System，GNSS)利用導航衛星進行定時、定位和測距，能在全世界范圍內實現全天候、全方位連續為海上、陸地和空中的用戶提供實時高精度的三維空間、速度和時間信息。目前，GNSS包含了美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的Galileo系統、中國的北斗導航系統，以GPS系統為例，該系統主要由三部分組成，即空間部分、地面控制部分和用戶裝置部分。空間部分由24顆衛星組成，分布在6個道平面上。地面控制部分由負責管理、協調整個地面控制系統的工作的主控站、在主控站的控制下，向衛星注入尋電文的地面天線、作為數據自動收集中心的監測站和通訊輔助系統組成。用戶裝置部分主要由GPS接收機和衛星天線組成。?

欲準確地利用衛星定位技術計算出遠程接收器的位置，需要精確得知全球導航衛星系統的3個或4個衛星的星鐘(clock)及軌道信息，而GNSS接收裝置一般可由每一衛星每30秒重復廣播的星歷信息(ephemeris?infomation)來取得所需的信息內容。然而，由于會有許多因素影響著衛星軌道(orbit)，全球導航衛星系統廣播的星歷信息的有效期通常僅在接下來的2至4小時中維持有效。

因此，若GNSS接收裝置已持續一段時間無法接收更新的星歷信息(可能是因為被關閉(turned?off)或是停用(disabled))，當遠程接收器重新啟動(reactivate)時，任何之前已儲存的星歷信息將會失效(invalid)，以及在遠程接收器能夠開始計算其目前位置(current?position)之前，需要先從衛星取得更新的信息。啟動遠程接收器到計算出目前位置之間的延遲(delay)稱為首次定位時間(Time?To?First?Fix，TTFF)。由于任何的延遲都會影響使用者的使用，全球導航衛星系統(例如，全球定位系統(Global?Positioning?System，GPS))最重要的任務之一即是針對遠程接收器來延長或預測軌道的星歷以加速首次定位時間。????　　

目前對首次定位時間的改進主要集中在衛星星歷收集的時間優化上，例如一種一般性方法為采用服務器(server)持續收集過去許多天的星歷信息并計算延長的(extended)衛星軌道及星鐘信息。由于計算軌道具相當的復雜度且需要有一定的精確度(往往會應用擾動(perturbed)力學模型(force?model)來處理所接收的星歷信息)，所以需要在具有強大運算能力的中央服務器(central?server)中使用特殊軟件，以持續估測接下來許多天的延長的軌道(extended?trajectory)，并能保持估測結果在可接受的誤差范圍(acceptable?error?limit)內。每當GNSS接收裝置重新啟動時，遠程接收器可通過互聯網(Internet)或無線通信系統(wireless?communication?system)來從中央服務器接收延長的軌道信息，取代廣播的衛星信息(而不是等待衛星的重復廣播)，而大幅地縮短首次定位時間。還有另一種一般性方法為采用服務器連續地(continuously)收集并提供目前正在使用中的全球導航衛星系統的軌道及星鐘數據(其在接下來的一段延長時間中會是有效的)，并將其提供給GNSS接收裝置，然而，此解決方法需要GNSS接收裝置與服務器有連續的或至少經常性(frequent)的連接，并且遠程接收器需要具有足夠的數據儲存容量。

而事實上，GNSS接收裝置的首次定位時間由三個部分組成：衛星信號捕獲時間，比特同步時間，星歷收集時間。也就說，對首次定位時間的改進，還可以對衛星信號捕獲時間，比特同步時間的改進或者對三個部分的優化改進。

附圖1給出了GNSS衛星信號的結構示意：

GNSS信號由循環播放的五個子幀組成，對于衛星首次定位而言，需要收集前三個子幀中包含的星歷信息和導航比特邊界。

101為信號子幀流，五個子幀循環播放，每個子幀持續6秒時間；

102為子幀結構，每個子幀由300個導航比特組成；

103為導航比特結構，每個導航比特長度為20毫秒；

104為偽碼結構，偽碼碼長視不同的衛星系統而定（GPS為1023，北斗II為2046），總的持續時間為1毫秒；

而GNSS接收機的信號處理流程為：

1.???通過搜索偽碼相位，找到信號的整毫秒邊界；