专利名称：一种北斗接收机及其热启动方法
技术领域：
本发明涉及北斗导航技术领域，特别涉及一种北斗接收机及其热启动方法。
背景技术：
卫星导航系统的应用越来越广泛，逐步向着高精度，高灵敏度，快速定位以及高动态导航方向发展。其中卫星导航接收机的快速定位能力是接收机应用的重要指标之一，在突发事件及军用领域的地位尤为重要。首次定位时间(TTFF)是指接收机启动后到获得第一个定位结果所需要经历的时间，在不同启动情况下，接收机的平均首次定位时间是不同的，短则几秒，长则60秒。
北斗卫星导航定位系统(GNSS,GlobalNavigation Satellite System)是一种以卫星为基础的无线电导航系统，也是一个采用伪随机噪声码进行扩频调制的通信系统。北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10米，测 速精度O. 2米/秒，授时精度10纳秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。北斗系统的基本定位原理是将高空中的运动的卫星瞬间位置作为已知的标校点数据，然后通过接收机测算各颗卫星距离用户的距离，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。接收机通过接收卫星发出的信息，解算出信号的发射时刻，然后用本地时间减去信号发射时刻，得到卫星信号从离开卫星到到达用户位置所用的传播时间，此时间段乘以光速就得到卫星到用户的距离。在得到4颗以上的卫星位置以及其到用户的距离后，就可以解算出用户的精确位置。接收机的启动过程需要经过盲捕获、跟踪、比特同步、子帧同步、解调导航电文的过程，其中捕获阶段最少需要2秒，跟踪及比特同步需要O. 5秒，子帧同步需要6秒，解析星历需要20-30秒，定位解算需要I秒，因此整个启动时间大概40秒左右。如果在信号较弱的城市环境，由于信号差导致误码率增大，跟踪不稳定等因素会使首次启动时间大大的加长，影响用户使用，甚至在突发情况下造成财产和人员损失。基于此，现有技术中提出了一种辅助北斗技术，辅助北斗技术与辅助GPS技术原理一样，为一种通信技术，是一种结合网络基站信息和北斗卫星信息对移动台进行定位的技术，既利用北斗卫星系统，又利用移动基站，可以在2代的G、C网络和3G网络中使用。现有的捕获算法如并行码相位搜索，并行频率搜索等算法，在采用大块相关器设计的方式下可以加强接收机的信号捕获速度，有利于提高首次定位时间(TTFF)，然而即使接收机捕获到了信号，可是因为载波环在对微弱信号进行数据解调的误码率很高，所以接收机需要很长时间才能或者根本不可能正确、完整的从实时卫星信号中解调出导航电文。因而具有大量相关器资源的接收机在室内环境中还是需要很长时间才能实现定位，有时根本不可能完成定位。如果外界能将接收机在信号捕获与定位解算过程中所需的接收机位置、时间、可见星序列、各颗可见星的时钟校正参数、星历、相对码相位延时量、多普勒频移及各种误差校正等数据信息提供给接收机，那么根据这些信息，接收机可以免除从接收到的卫星信号中实时的解调出星历参数的必要，从而加快信号捕获速度和一个良好的TTFF性能。我们把这种由外界提供接收机信号捕获与定位所需的信息数据的方式和技术成为辅助北斗技术。这种辅助技术一直以来都是通过各种数据通信网络将卫星星历等辅助信息数据提供给接收机，比如内嵌在手机中的卫星导航接收机可以通过无线通信网络获得辅助信息。辅助北斗技术的缺点在于由于需要无线通信网络接收系统，成本较高，并且会带来信号的干扰，影响本来就较弱的卫星信号。辅助技术只能提供可见星的多普勒等信息提高了捕获的速度，可见星的卫星星历，省去了解析星历的时间，但是只能把TTFF提高到6s左右，为了进行定位解算，还需要进行子帧同步过程。现有技术中还包括一种温启动技术，是指接收机没有有效星历但是却掌握着误差小于5分钟的当前时间、误差小于IOOkm的当地位置以及有效历书情况下的启动。根据所拥有的这些信息资源，接收机可以大致的确定三维搜索范围，从而为信号的快速捕获创造一个良好的条件，然而定位计算所必需的星历参数仍要靠实时的解调接收信号中的导航电文数据比特而一步步获得。
温启动技术的启动时间较长，一般需要40s左右，仍然不能满足北斗接收机快速启动的要求。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中的北斗接收机启动方案均不能满足快速启动的要求，亟需要一种北斗接收机快速启动的方法。

发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种北斗接收机及其热启动方法。所述技术方案如下一种北斗接收机热启动方法，所述方法包括北斗接收机获取本地接收卫星信号的时刻T' r ；根据所述本地接收卫星信号的时刻T' r计算粗略估计的卫星信号发射时刻Tte ;得到卫星在粗略估计的卫星信号发射时刻Tte时的坐标，计算卫星到上次定位用户位置的距离和传播时间；重构出有δ误差的卫星信号发射时刻T' t；根据所述卫星信号发射时刻T' t计算传播时间，与真实的卫星传播时间AT对t匕，得到所述误差δ的值，并将所述误差δ调整加入定位所需各颗卫星信号计算；计算伪距并进行最小二乘法解算定位结果，完成热启动。所述北斗接收机根据RTC或RTT计时，以及上次定位的时间信息，根据公式T' r =Tr+ δ tu+ δ trtc计算出含有误差的本地接收时刻T' r ;其中，Tr+ δ tu是上次定位时间，δ tu是定位后解出的时钟差修正参数，Strt。为计时器误差。该方法还包括所述本地接收卫星信号的时刻T' r减去卫星信号平均传播时间得到粗略估计的卫星信号发射时刻Tte。该方法还包括根据公式
权利要求
1.一种北斗接收机热启动方法，其特征在于，所述方法包括 北斗接收机获取本地接收卫星信号的时刻T, r ； 根据所述本地接收卫星信号的时刻T' r计算粗略估计的卫星信号发射时刻Tte ；得到卫星在粗略估计的卫星信号发射时刻Tte时的坐标，计算卫星到上次定位用户位置的距离和传播时间； 重构出有S误差的卫星信号发射时刻T, t； 根据所述卫星信号发射时刻T' t计算传播时间，与真实的卫星传播时间AT对比，得到所述误差S的值，并将所述误差S调整加入定位所需各颗卫星信号计算； 计算伪距并进行最小二乘法解算定位结果，完成热启动。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述北斗接收机根据RTC或RTT计时，以及上次定位的时间信息，根据公式T' r = Tr+ δ tu+ δ trtc计算出含有误差的本地接收时刻T' r ;其中，L+δ tu是上次定位时间，δ tu是定位后解出的时钟差修正参数，Strt。为计时器误差。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，该方法还包括 所述本地接收卫星信号的时刻T' r减去卫星信号平均传播时间得到粗略估计的卫星信号发射时刻Tte。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，该方法还包括 丰艮据公式
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，该方法还包括 卫星信号发射时刻T',根据公式T' t = T' r-Δ Tb-Te = Tt-δ计算；其中，ATbS卫星传播时间中整比特时长；TC为比特同步后得到的20毫秒内的准确时长；δ为计算出的卫星信号发射时刻Τ, t与真实的卫星信号发射时刻Tt的误差。
6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，该方法还包括 根据公式AT, =T, r-t t计算卫星信号传播时间； 根据公式δ = AT' -AT计算传播时间与真实的卫星传播时间AT之间的差值，即为误差S的值。
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于，该方法还包括 在对每颗卫星的发射时刻调整了误差δ后，计算出每颗卫星的传播时间，然后与其自身的精确传播时间Λ T相比较，消除整20或40毫秒误差。
8.一种北斗接收机，其特征在于，所述北斗接收机包括接收时刻单元、发射时刻估计单元、上次定位计算单元、发射时刻重构单元、误差调整单元和解算定位单元，其中 所述接收时刻单元，用于获取本地接收卫星信号的时刻T' r ； 所述发射时刻估计单元，用于根据所述本地接收卫星信号的时刻T' J十算粗略估计的卫星信号发射时刻Tte ； 所述上次定位计算单元，用于根据卫星在粗略估计的卫星信号发射时刻Tte时的坐标，计算卫星到上次定位用户位置的距离和传播时间；所述发射时刻重构单元，用于重构出有5误差的卫星信号发射时刻T, t； 所述误差调整单元，用于根据所述卫星信号发射时刻T' t计算传播时间，与真实的卫星传播时间λ T对比，得到所述误差δ的值，并将所述误差δ调整加入定位所需各颗卫星信号计算； 所述解算定位单元，用于计算伪距并进行最小二乘法解算定位结果，完成热启动。
9.如权利要求8所述的北斗接收机，其特征在于，所述北斗接收机还包括第二误差调整单元，用于在对每颗卫星的发射时刻调整了误差δ后，计算出每颗卫星的传播时间，然后与其自身的精确传播时间Λ T相比较，消除整20或40毫秒误差。
10.如权利要求8所述的北斗接收机，其特征在于，所述上次定位计算单元进一步包括距离计算子单元和传播时间计算子单元，其中， 所述距离计算子单元，用于计算卫星到上次定位用户位置的距离； 所述传播时间计算子单元，用于计算卫星到上次定位用户位置的信号传播时间。
全文摘要
本发明公开了一种北斗接收机及其热启动方法，包括获取本地接收卫星信号的时刻T′r；根据T′r计算粗略估计的卫星信号发射时刻Tte；得到卫星在粗略估计的卫星信号发射时刻Tte时的坐标，计算卫星到上次定位用户位置的距离和传播时间；重构出有δ误差的卫星信号发射时刻T′t；根据卫星信号发射时刻T′t计算传播时间，与真实的卫星传播时间ΔT对比，得到误差δ的值，并将误差δ调整加入定位所需各颗卫星信号计算；计算伪距并进行最小二乘法解算定位结果，完成热启动。本发明能够提高北斗接收机首次定位时间，实现开机快速定位。
文档编号G01S19/27GK102778683SQ20121023740
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者刘竞超, 尹露, 席岳, 李晓敏, 杨磊, 王冠一, 董慧, 詹中伟, 邓中亮 申请人:北京邮电大学