一種基于北斗地球同步衛(wèi)星的快速定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)，特別涉及一種基于北斗地球同步衛(wèi)星的定位方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 全球定位導(dǎo)航GNSS接收機(jī)已經(jīng)普遍用于軍事以及我們的日常生活中。作為衡量 GNSS接收機(jī)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，首次定位時間（TTFF)的各種應(yīng)用場景的提升，將會更好 地適應(yīng)各種需求。
[0003] GNSS接收機(jī)定位的幾個必要因素為:跟上不少于4顆衛(wèi)星，并且獲得這些衛(wèi)星的星 歷、發(fā)送時間和多普勒測量值。所以實(shí)現(xiàn)快速定位實(shí)際上就是實(shí)現(xiàn)不少于4顆衛(wèi)星的快速捕 獲跟蹤，并且快速獲得這些衛(wèi)星的測量信息。
[0004] 傳統(tǒng)GNSS接收機(jī)熱啟動定義為：重啟時能獲得高精度的時間（一般誤差不超過 0.5ms)，有粗略的接收機(jī)位置信息(一般誤差不超過150km)，至少4顆衛(wèi)星星歷沒有過期。這 種方案下接收機(jī)熱啟動的TTFF時間大約是1 s，但是這種方案最大的難度在于高精度時間的 獲取。一般采用32K RTC獨(dú)立供電來獲取時間，但是由于晶振自身的特性，這種方案下斷電 約30分鐘，時間精度就不能滿足熱啟動要求，而且要求RTC-直不能斷電，接收機(jī)的設(shè)計復(fù) 雜度也更高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)的GNSS接收機(jī)在熱啟動過程中，高精度時間獲取難 度大，斷電一段時間后時間精度無法滿足熱啟動要求的問題。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種基于北斗地球同步衛(wèi)星的快速定位方法，包括 如下步驟：
[0007] 根據(jù)衛(wèi)星的優(yōu)先級關(guān)系、衛(wèi)星偽碼及頻率指定捕獲策略對接收的中頻數(shù)據(jù)進(jìn)行衛(wèi) 星信號捕獲，并對捕獲到的衛(wèi)星信號進(jìn)行載波頻率與相位的跟蹤，獲得定位所需的觀測量， 所捕獲的衛(wèi)星信號至少包含4顆衛(wèi)星，其中至少有一顆為地球同步衛(wèi)星；
[0008] 根據(jù)跟蹤結(jié)果對地球同步衛(wèi)星信號進(jìn)行位同步處理及幀同步處理，得到地球同步 衛(wèi)星信號的發(fā)送時刻后進(jìn)一步獲得接收機(jī)的當(dāng)前導(dǎo)航系統(tǒng)時刻，并根據(jù)當(dāng)前導(dǎo)航系統(tǒng)時間 獲得各個衛(wèi)星的準(zhǔn)確發(fā)送時刻；
[0009] 根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的協(xié)議格式，解析得到衛(wèi)星的星歷、歷書、電離層參數(shù)及UTC參 數(shù)，并通過定位結(jié)算模塊得到接收機(jī)的位置、速度及本地時間。
[0010] -種優(yōu)選的方案是，所述捕獲策略為快速傅里葉并行捕獲策略，進(jìn)行捕獲時，捕獲 3顆地球同步衛(wèi)星的衛(wèi)星信號及3顆非地球同步衛(wèi)星的衛(wèi)星信號。
[0011] 具體地，所述接收機(jī)的當(dāng)前導(dǎo)航系統(tǒng)時間Tr'根據(jù)公式
[0012] Tr'=Ts+D/C
[0013] 計算獲得，其中，Ts為地球同步衛(wèi)星信號的發(fā)送時間，D為地球同步衛(wèi)星到接收機(jī) 的傳輸距離，c為光速。
[0014]具體地，所述衛(wèi)星到接收機(jī)的傳輸距離通過公式
[0016] 計算獲得，其中，其中Sx、Sy、Sz為地球同步衛(wèi)星在ECEF坐標(biāo)下的位置，根據(jù)發(fā)送時 間和地球同步衛(wèi)星星歷獲得，Ux、Uy、Uz是接收機(jī)在ECEF坐標(biāo)下的位置，根據(jù)接收機(jī)位置獲 得。
[0017] 具體地，所述衛(wèi)星的準(zhǔn)確發(fā)送時間Ts根據(jù)公式
[0018] Ts=mod(Ts '，lms)+Tims
[0019]計算獲得，其中，m〇d表示求模操作，Ts' =Tr'-D/C，Tlms指發(fā)送時間Ts的lms內(nèi)的 部分，mod(Ts'，lms)指Ts的lms的整數(shù)倍部分。Tims來源于環(huán)路跟蹤的結(jié)果，在不考慮跟蹤 誤差的情況下，我們可以認(rèn)為Tims沒有誤差，這種情況下本發(fā)明的Ts的誤差只來源于接收 機(jī)的位置誤差。
[0020] 一般地，所述衛(wèi)星星歷、歷書、電離層參數(shù)及UTC參數(shù)從接收機(jī)的Flash緩存中。
[0021] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供快速定位方法，利用GE0衛(wèi)星快速獲得接收機(jī)當(dāng) 前導(dǎo)航系統(tǒng)時間，在實(shí)現(xiàn)定位過程中，不需要額外的單獨(dú)供電的時間模塊或者外部時間輸 入，系統(tǒng)相對簡單，生產(chǎn)成本較低。時間精度高，不容易出現(xiàn)錯誤位同步與錯誤子幀同步的 情況支持系統(tǒng)下電的時間長，原則上只要開機(jī)時可見并且星歷不過期的衛(wèi)星超過4顆都能 實(shí)現(xiàn)快速定位，無外部輔助的情況下，最長可以到4小時。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的基于北斗地球同步衛(wèi)星的快速定位方法的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0024] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中，GNSS接收機(jī)在熱啟動過程中，高精度時間獲取難度大，斷 電一段時間后時間精度無法滿足熱啟動要求的問題，提供一種基于北斗地球同步衛(wèi)星的快 速定位方法如圖1所示，該方法包括如下步驟:首先，根據(jù)衛(wèi)星的優(yōu)先級關(guān)系、衛(wèi)星偽碼及頻 率指定捕獲策略對接收的中頻數(shù)據(jù)進(jìn)行衛(wèi)星信號捕獲，并對捕獲到的衛(wèi)星信號進(jìn)行載波頻 率與相位的跟蹤，獲得定位所需的觀測量，所捕獲的衛(wèi)星信號至少包含4顆衛(wèi)星，其中至少 有一顆為地球同步衛(wèi)星;然后，根據(jù)跟蹤結(jié)果對地球同步衛(wèi)星信號進(jìn)行位同步處理及幀同 步處理，得到地球同步衛(wèi)星信號的發(fā)送時刻后進(jìn)一步獲得接收機(jī)的當(dāng)前導(dǎo)航系統(tǒng)時刻，并 根據(jù)當(dāng)前導(dǎo)航系統(tǒng)時間獲得各個衛(wèi)星的準(zhǔn)確發(fā)送時刻;最后，根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的協(xié)議格 式，解析得到衛(wèi)星的星歷、歷書、電離層參數(shù)及UTC參數(shù)，并通過定位結(jié)算模塊得到接收機(jī)的 位置、速度及本地時間。
[0025] 以下分別對本發(fā)明實(shí)現(xiàn)定位的各個過程做詳細(xì)闡述。
[0026] 1、捕獲
[0027]由于北斗GE0衛(wèi)星為地球同步衛(wèi)星，位置和相對于接收機(jī)的多普勒頻率都相對恒 定，所以在已知接收機(jī)大致位置的情況下，可以知道這些GE0的可見性與頻率。捕獲時優(yōu)先 捕獲可見的北斗GEO衛(wèi)星，并且頻率可以縮小到很小的范圍。增加捕獲的成功率，縮短捕獲 時間。由于定位至少需要4顆衛(wèi)星，所以捕獲通道的個數(shù)也會影響TTFF時間。以1個捕獲為例 來說明：原理上若可以參與定位的衛(wèi)星全是北斗GE0衛(wèi)星，則衛(wèi)星的分布很差，D0P非常大， 定位誤差很大，一般不會作為接收機(jī)正常輸出。所以還需要正常捕獲其他ME0衛(wèi)星。這里需 要衡量捕獲確定可見的GE0衛(wèi)星的個數(shù)與其他未知可見性的非GE0衛(wèi)星的個數(shù)與優(yōu)先級。北 斗II系統(tǒng)