專利名稱：一種用于gps和北斗2代雙模式衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的快速冷啟動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及GPS/北斗2代雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及該雙模式接 收機(jī)的冷啟動方法。
背景技術(shù)：
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)已經(jīng)成為繼互聯(lián)網(wǎng)、移動通信之后發(fā)展最快的信息 產(chǎn)業(yè)之一。世界各國都在大力發(fā)展和建設(shè)各自的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，如美國的GPS、俄羅斯的 GL0NASS、歐洲的GALILEO、以及中國的北斗2系統(tǒng)等。隨著全球各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的興建，多 種衛(wèi)星系統(tǒng)的組合共用在性能、穩(wěn)定性和應(yīng)用范圍上的優(yōu)勢日益顯著，使得其近年來逐步 成為衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，多頻多模衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的綜合應(yīng)用也成為未來衛(wèi)星導(dǎo)航系 統(tǒng)的發(fā)展方向。
冷啟動過程是指衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)開機(jī)時，在沒有任何可利用信息，如接收機(jī)位置、 精確時間、衛(wèi)星軌道參數(shù)(如衛(wèi)星星歷或歷書)等的情況下，接收機(jī)搜索可見衛(wèi)星的過程。在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，由于空中的衛(wèi)星和地面接收機(jī)之間有相對運(yùn)動，根據(jù)多普勒 效應(yīng)原理，會產(chǎn)生多普勒頻移。即接收機(jī)接收到的衛(wèi)星信號頻率f；，并不是衛(wèi)星發(fā)射時的標(biāo) 準(zhǔn)頻率ft，而是ft加上多普勒頻移fd，fd的最大值可達(dá)到士5000Hz。由于冷啟動時沒有任 何可用信息，所以無法估算出當(dāng)前的衛(wèi)星多普勒頻移。從而導(dǎo)致在捕獲衛(wèi)星信號時，需要在 衛(wèi)星信號標(biāo)準(zhǔn)頻率附近進(jìn)行大范圍的頻域搜索。定位一個三維位置，至少需要用到4顆衛(wèi)星。冷啟動的首次定位時間，取決于找到 4顆可見衛(wèi)星的時間。由于可見衛(wèi)星及其多普勒頻移、載波相位等都是未知的，所以，需要花 費(fèi)大量的時間去嘗試所有可能?，F(xiàn)有衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)為提高冷啟動速度，主要有三種方法1.增加接收機(jī)的等效相關(guān)器數(shù)量在接收機(jī)中，使用捕獲通道捕獲衛(wèi)星，進(jìn)行時 域、頻域的搜索。而捕獲通道由等效相關(guān)器構(gòu)成，單位通道的等效相關(guān)器越多，搜索速度越 快；等效相關(guān)器總數(shù)越多，可構(gòu)成的捕獲通道數(shù)也越多，同一時刻可并行搜索的衛(wèi)星數(shù)也越 多。所以，增加等效相關(guān)器數(shù)量，能提高衛(wèi)星的搜索速度。2.動態(tài)計算衛(wèi)星的可見概率，優(yōu)先捕獲可見概率高的衛(wèi)星。首先，初始化所有衛(wèi)星 的可見概率為0，然后按衛(wèi)星號依次捕獲；假設(shè)捕獲到衛(wèi)星χ后，動態(tài)計算其他未捕獲到的 衛(wèi)星在衛(wèi)星χ可見的情況下的可見概率；將未捕獲到的衛(wèi)星的可見概率進(jìn)行排序，再優(yōu)先 捕獲可見概率高的衛(wèi)星；若又有衛(wèi)星y被捕獲到，需要重新計算未捕獲衛(wèi)星的可見概率并 排序選擇。3.采用其他手段獲取當(dāng)前可見衛(wèi)星及有效的衛(wèi)星星歷參數(shù)，從而提高冷啟動速 度。例如，接收機(jī)通過移動通信網(wǎng)絡(luò)獲得當(dāng)前位置的可見衛(wèi)星及有效的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)。上述方法一定程度上能提高冷啟動速度，但是，方法1增加了硬件成本，不適用于 成本敏感的應(yīng)用領(lǐng)域，如消費(fèi)電子類產(chǎn)品等；方法2計算量大、存儲量大，并且只針對單模衛(wèi)星系統(tǒng)，不適用于多模衛(wèi)星系統(tǒng)；方法3需要除導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)以外的其他通信手段支持，使用場景受限，并且增加了額外的軟硬件成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于GPS和北斗2代雙模式衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的快速冷啟動方 法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)硬件成本高、計算存儲量大、不能適用于多模式衛(wèi)星系統(tǒng)的問題，并 且不依賴于其他通信手段支持。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種用于GPS和北斗2代雙模式衛(wèi)星導(dǎo)航接 收機(jī)的快速冷啟動方法，依次包含如下步驟步驟一、將兩個系統(tǒng)中的所有非靜止軌道衛(wèi)星的狀態(tài)置為“可見”；步驟二、對北斗2代系統(tǒng)中的所有地球靜止軌道衛(wèi)星進(jìn)行捕獲，將捕獲不成功的 衛(wèi)星狀態(tài)修改為“不可見”；步驟三、判定與捕獲成功的衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的衛(wèi)星的可見性，并更新這些相關(guān)聯(lián)的衛(wèi) 星的狀態(tài)；步驟四、如果已經(jīng)成功捕獲到4顆衛(wèi)星，則輸出結(jié)果，冷啟動成功結(jié)束，否則進(jìn)入 步驟五；步驟五、在雙系統(tǒng)的所有非地球靜止軌道衛(wèi)星中選擇一顆狀態(tài)為“可見”的衛(wèi)星， 如果能夠找到，則進(jìn)入步驟六，否則進(jìn)入步驟七；步驟六、對該衛(wèi)星進(jìn)行捕獲，若捕獲不成功，則將該顆衛(wèi)星的狀態(tài)改為“不可見”， 轉(zhuǎn)到步驟五，若捕獲成功，則轉(zhuǎn)到步驟三；步驟七、判斷是否成功捕獲到3顆衛(wèi)星，且在最近一次的成功定位信息中存在一 顆與這3顆衛(wèi)星不相同的衛(wèi)星，如果是，則輸出這4顆衛(wèi)星的捕獲結(jié)果，冷啟動成功結(jié)束，否 則轉(zhuǎn)到步驟一。所述步驟五依次包括如下步驟1)將所有非地球靜止軌道衛(wèi)星按軌道分組，位于同一軌道的衛(wèi)星為一組；2)從第一軌道分組的第一顆衛(wèi)星開始，找到一顆狀態(tài)為“可見”且沒有被正在捕獲 的衛(wèi)星；3)對該衛(wèi)星進(jìn)行捕獲。所述步驟三包含如下步驟1)將本導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)中，與成功捕獲的衛(wèi)星同軌道且相位差大于180度的衛(wèi)星狀 態(tài)修改為“不可見”；2)將本導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)中，與成功捕獲的衛(wèi)星的軌道仰角差大于180度的衛(wèi)星狀態(tài) 修改為“不可見”；3)將另一導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)中，與成功捕獲的衛(wèi)星的軌道仰角差大于180度的衛(wèi)星狀 態(tài)修改為“不可見”。通過上述技術(shù)方案的描述可以看出，由于本發(fā)明的技術(shù)方案優(yōu)先捕獲北斗2的地 球靜止軌道衛(wèi)星，在不增加硬件資源開銷的基礎(chǔ)上，做到了快速捕獲；由于本發(fā)明的技術(shù)方 案在捕獲到一顆衛(wèi)星后，會利用GPS和北斗2兩套系統(tǒng)的衛(wèi)星軌道、仰角等信息，就能夠快 速篩除掉當(dāng)前不可見的衛(wèi)星，縮短了啟動時間；并且，本發(fā)明提出的技術(shù)方案，不依賴于其他的通信系統(tǒng)來提供輸入信息。


圖1為本發(fā)明提出的一種用于GPS和北斗2代雙模式衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的快速冷啟 動方法的總體流程圖；圖2為本發(fā)明選擇非地球靜止軌道衛(wèi)星中的可見星的流程圖。
具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，具體說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。本具體實(shí)施例中，由冷啟動控制程序模塊對各個捕獲通道進(jìn)行捕獲控制，并負(fù)責(zé) 更新各顆衛(wèi)星的狀態(tài)，判斷冷啟動是否成功。冷啟動控制程序控制各個捕獲通道并行的捕獲搜索衛(wèi)星，每一個通道的搜索過程 是相同的。冷啟動控制程序的工作步驟如下第一步初始化，將北斗2系統(tǒng)中的所有地球靜止軌道衛(wèi)星初始化為未被搜索過， 將雙系統(tǒng)中的所有非地球靜止軌道衛(wèi)星(GPS系統(tǒng)所有衛(wèi)星、北斗2系統(tǒng)非地球靜止軌道衛(wèi) 星)的狀態(tài)都初始化為“可見”，將雙系統(tǒng)中所有非地球靜止軌道衛(wèi)星按軌道進(jìn)行分組，位 于同一軌道的衛(wèi)星為一組。第二步冷啟動控制程序檢測到了一個空閑的捕獲通道，則首先向該捕獲通道提 供一個尚未被搜索過的北斗2靜止軌道衛(wèi)星信息，如果所有北斗2靜止軌道衛(wèi)星都已經(jīng)被 搜索過，則轉(zhuǎn)入第五步；第三步向該捕獲通道提供一顆狀態(tài)為“可見”且沒有被其他通道正在捕獲的兩個 系統(tǒng)中的非靜止軌道衛(wèi)星信息，如果所有非靜止軌道衛(wèi)星狀態(tài)都是“不可見”，則轉(zhuǎn)到第六
止
少；第四步如果捕獲成功，則冷啟動控制程序會判定與該捕獲成功的衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的 衛(wèi)星的可見性并更新這些相關(guān)聯(lián)的衛(wèi)星的狀態(tài)；第五步如果冷啟動控制程序檢測到已經(jīng)成功捕獲到了 4顆衛(wèi)星，則冷啟動成功， 冷啟動過程結(jié)束，如果成功捕獲的衛(wèi)星數(shù)目不足4顆，則轉(zhuǎn)到第三步；第六步如果成功捕獲到了 3顆衛(wèi)星，且本接收機(jī)保留的最近一次成功定位的衛(wèi) 星信息里面，至少有一顆衛(wèi)星與這三顆衛(wèi)星都不相同，則輸出這顆衛(wèi)星的捕獲信息，冷啟動 過程結(jié)束，否則轉(zhuǎn)到第一步。上述第三步中，提供非靜止軌道衛(wèi)星信息給捕獲通道時，按照第一步初始化時，對 所有非靜止軌道衛(wèi)星的分組來進(jìn)行，即是從第一軌道分組的第一顆衛(wèi)星到最后一個衛(wèi)星 中，依次尋找，找到一顆狀態(tài)為“可見”且沒有被正在捕獲的衛(wèi)星信息來提供給捕獲通道，如 果第一軌道分組沒有這樣的衛(wèi)星，則在下一軌道分組中，從第一顆到最后一顆依次尋找。上述第四步中，假設(shè)A系統(tǒng)(GPS系統(tǒng)或者北斗2系統(tǒng)中的一個)中的χ衛(wèi)星捕獲 成功，則所謂“與該捕獲成功的衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的衛(wèi)星”，就是指下面三類衛(wèi)星一是A系統(tǒng)中與χ衛(wèi)星同軌道，且相位差大于180°的衛(wèi)星；二是A系統(tǒng)中與χ衛(wèi)星軌道仰角差大于180°的所有衛(wèi)星；
三是B系統(tǒng)(與χ衛(wèi)星所屬的系統(tǒng)不相同的另一個導(dǎo)航系統(tǒng))中與χ衛(wèi)星軌道仰 角差大于180°的所有衛(wèi)星。本步驟中，對于這三類衛(wèi)星的處理，都是將其狀態(tài)修改為“不可見”。此外，上述第六步中，根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航定位的公知技術(shù)常識，在沒有任何歷史定位信 息的情況下，接收機(jī)要冷啟動成功，至少需要向坐標(biāo)定位解析模塊提供成功捕獲到的4顆 衛(wèi)星的信息。但是，如果衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)保留有最近一次成功定位的衛(wèi)星信息，而本冷啟動 過程又只成功捕獲了 3顆衛(wèi)星，則坐標(biāo)定位解析模塊有可能利用最近一次成功定位的衛(wèi)星 信息加上這3顆衛(wèi)星的信息來完成本次定位。具體地說，如果最近一次成功定位的衛(wèi)星里 面，至少存在一顆與本次成功捕獲的3顆衛(wèi)星都不相同的衛(wèi)星，則可以將這一顆衛(wèi)星的信 息與本次成功捕獲的3顆衛(wèi)星的信息一并提供給坐標(biāo)定位解析模塊，用于定位運(yùn)算。
權(quán)利要求
一種用于GPS和北斗2代雙模式衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的快速冷啟動方法，其特征在于依次包含如下步驟步驟一、將兩個系統(tǒng)中的所有非靜止軌道衛(wèi)星的狀態(tài)置為“可見”；步驟二、對北斗2代系統(tǒng)中的所有地球靜止軌道衛(wèi)星進(jìn)行捕獲，將捕獲不成功的衛(wèi)星狀態(tài)修改為“不可見”；步驟三、判定與捕獲成功的衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的衛(wèi)星的可見性，并更新這些相關(guān)聯(lián)的衛(wèi)星的狀態(tài)；步驟四、如果已經(jīng)成功捕獲到4顆衛(wèi)星，則輸出結(jié)果，冷啟動成功結(jié)束，否則進(jìn)入步驟五；步驟五、在雙系統(tǒng)的所有非地球靜止軌道衛(wèi)星中選擇一顆狀態(tài)為“可見”的衛(wèi)星，如果能夠找到，則進(jìn)入步驟六，否則進(jìn)入步驟七；步驟六、對該衛(wèi)星進(jìn)行捕獲，若捕獲不成功，則將該顆衛(wèi)星的狀態(tài)改為“不可見”，轉(zhuǎn)到步驟五，若捕獲成功，則轉(zhuǎn)到步驟三；步驟七、判斷是否成功捕獲到3顆衛(wèi)星，且在最近一次的成功定位信息中存在一顆與這3顆衛(wèi)星不相同的衛(wèi)星，如果是，則輸出這4顆衛(wèi)星的捕獲結(jié)果，冷啟動成功結(jié)束，否則轉(zhuǎn)到步驟一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于GPS和北斗2代雙模式衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的快速冷啟 動方法，其特征在于所述步驟五依次包括如下步驟1)將所有非地球靜止軌道衛(wèi)星按軌道分組，位于同一軌道的衛(wèi)星為一組；2)從第一軌道分組的第一顆衛(wèi)星開始，找到一顆狀態(tài)為“可見”且沒有被正在捕獲的衛(wèi)星；3)對該衛(wèi)星進(jìn)行捕獲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于GPS和北斗2代雙模式衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的快速冷啟 動方法，其特征在于所述步驟三包含如下步驟1)將本導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)中，與成功捕獲的衛(wèi)星同軌道且相位差大于180度的衛(wèi)星狀態(tài)修 改為“不可見”；2)將本導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)中，與成功捕獲的衛(wèi)星的軌道仰角差大于180度的衛(wèi)星狀態(tài)修改 為“不可見”；3)將另一導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)中，與成功捕獲的衛(wèi)星的軌道仰角差大于180度的衛(wèi)星狀態(tài)修 改為“不可見”。
全文摘要
本發(fā)明涉及GPS/北斗2代雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，包括如下步驟對所有北斗2系統(tǒng)中的地球靜止軌道衛(wèi)星進(jìn)行捕獲，對GPS和北斗2系統(tǒng)中的非靜止軌道衛(wèi)星進(jìn)行捕獲并修改與該衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的衛(wèi)星的可見性。本發(fā)明提出的冷啟動算法，能夠適用于GPS和北斗2雙模式衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，在沒有增加額外的硬件成本的同時，計算量小，提高了冷啟動的速度。
文檔編號G01S19/28GK101968544SQ20101024605
公開日2011年2月9日 申請日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者夏糧, 曾毅, 陳永剛 申請人:東莞市泰斗微電子科技有限公司