一种降低GNSS接收机功耗的方法、装置及接收机与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种降低GNSS接收机功耗的方法、装置及接收机。

背景技术：

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)是一个综合的概念，泛指全球所有运行的卫星导航系统，包括全球卫星导航系统、广域增强系统和区域系统。目前正在运行和计划实施的全球定位系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS(Global Navigation Satellite System)、欧盟的GALILEO以及中国的BDS(Beidou Navigation Satellite System)。而增强系统分布在多个国家，如美国的WAAS(Wide Area Augmentation System)、欧洲的EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay Service)、俄罗斯的SDCM(System of Differential Correction and Monitoring)。此外，还有区域系统，例如日本的QZSS(Quasi-Zenith Satellite System)和印度的IRNSS(Indian Regional Navigation Satellite System)。多种卫星导航系统的发展使得导航接收机可用于定位的卫星数量大幅增加，极大的改善了用户在复杂环境下的体验，使得定位的精确度、稳定性和完好性都有巨大的提高。

图1为现有技术中GNSS接收机的结构示意图。如图1所示，该GNSS接收机包括天线1、射频模块2、前处理模块3、捕获模块4、跟踪模块5和PVT(Position、Velocity、Time，位置、速度、时间)解算模块6，其中，射频模块2把天线1接收到的卫星信号经过放大和下变频成为中频信号，最后经过模数(A/D)转换成为离散时间的数字中频信号；前处理模块3负责对数字中频信号的预处理，包括采样率转换，增益控制等；捕获模块4负责卫星信号的捕获；跟踪模块5负责跟踪捕获到的卫星信号，它包含很多独立的通道，一个通道跟踪一路卫星信号；PVT解算模块6利用跟踪通道跟踪的信号计算接收机的位置、速度和时间信息。

其中，接收机的采样率一般为十几兆到几十兆赫兹，进而跟踪通道中的相关器需要以十几兆赫兹的频率不间断的进行相关运算并将相关运算的结果输出到跟踪通道中的跟踪环路，然而，跟踪环路输出到PVT解算模块6进行PVT解算的工作频率通常为几赫兹到零点几赫兹。上述PVT解算模块6与其前段模块工作频率相差较大的工作方式，导致GNSS接收机的功耗较大，无法满足接收机低功耗、长时间工作的要求。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种降低GNSS接收机功耗的方法、装置及接收机。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种降低GNSS接收机功耗的方法，该方法包括：

分别获取所述接收机的移动速度和所述接收机中各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比；

根据所述移动速度和所述各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比，确定所述跟踪通道以及所述接收机中的射频模块和前处理模块的工作时间在所述接收机中PVT解算模块工作周期中的占比值，其中，所述占比值小于或等于1；

判断所述接收机是否收集到完整的星历参数和历书参数；

如果所述接收机收集到完整的星历参数和历书参数，则控制所述跟踪通道、所述射频模块和所述前处理模块按照所述占比值对应的工作时间进行卫星信号处理。

可选地，根据所述移动速度和所述各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比，确定所述跟踪通道以及所述接收机中的射频模块和前处理模块的工作时间在所述接收机中PVT解算模块工作周期中的占比值，包括：

获取所述移动速度所处的速度阈值范围；

获取所述各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比处于各载噪比阈值范围的分类卫星数目；

根据所述移动速度所处的速度阈值范围和所述分类卫星数目，确定所述跟踪通道以及所述接收机中的射频模块和前处理模块的工作时间在所述接收机中PVT解算模块工作周期中的占比值。

可选地，所述方法还包括：

判断所述星历参数是否超出星历有效期；

若果所述星历参数超出星历有效期，则控制所述跟踪通道、所述射频模块和所述前处理模块按照正常工作频率重新收集完整的星历参数。

可选地，所述方法还包括：

判断所述历书参数是否超出历书有效期；

若果所述历书参数超出历书有效期，则控制所述跟踪通道、所述射频模块和所述前处理模块按照正常工作频率重新收集完整的历书参数。

可选地，分别获取所述接收机的移动速度和所述接收机中各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比之前，还包括：

利用选星算法，从所述接收机的所有跟踪通道所跟踪的卫星中选出参与PVT解算的卫星；

关闭所有所述跟踪通道中参与PVT解算的卫星对应跟踪通道之外的跟踪通道。

可选地，关闭所有所述跟踪通道中参与PVT解算的卫星对应跟踪通道之外的跟踪通道之后，还包括：

判断是否到达可见星捕获时间；

如果到达可见星捕获时间，则控制所述接收机中的捕获模块进行可见卫星捕获；

根据所述捕获模块所捕获的可见卫星，控制所述接收机中的跟踪通道进行所述捕获模块所捕获的可见卫星的跟踪。

可选地，控制所述接收机中的捕获模块进行可见卫星捕获，包括：

控制所述接收机中的捕获模块进行从不可见变为可见的卫星捕获。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种降低GNSS接收机功耗的装置，该装置包括：

信号参数获取模块：用于分别获取所述接收机的移动速度和所述接收机中各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比；

工作时间确定模块：根据所述移动速度和所述各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比，确定所述跟踪通道以及所述接收机中的射频模块和前处理模块的工作时间在所述接收机中PVT解算模块工作周期中的占比值，其中，所述占比值小于或等于1；

星历参数判断模块：用于判断所述接收机是否收集到完整的星历参数和历书参数；

低功耗控制模块：用于如果所述接收机收集到完整的星历参数和历书参数，则控制所述跟踪通道、所述射频模块和所述前处理模块按照所述占比值对应的工作时间进行卫星信号处理。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种GNSS接收机，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为：

分别获取所述接收机的移动速度和所述接收机中各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比；

根据所述移动速度和所述各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比，确定所述跟踪通道以及所述接收机中的射频模块和前处理模块的工作时间在所述接收机中PVT解算模块工作周期中的占比值，其中，所述占比值小于或等于1；

判断所述接收机是否收集到完整的星历参数和历书参数；

如果所述接收机收集到完整的星历参数和历书参数，则控制所述跟踪通道、所述射频模块和所述前处理模块按照所述占比值对应的工作时间进行卫星信号处理。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种降低GNSS接收机功耗的方法、装置及接收机，根据接收机的移动速度和接收机中各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比，确定所述跟踪通道以及所述接收机中的射频模块和前处理模块的工作时间在所述接收机中PVT解算模块进行PVT解算的工作周期中的占比值，并且，在接收机收集到完整的星历参数和历书参数时，则控制接收机中的跟踪通道、射频模块和前处理模块按照该占比值对应的工作时间进行卫星信号处理。本发明实施例，根据接收机的运动状态以及接收卫星信号的强度，动态选择接收机中PVT解算模块之前的各模块的开关间隔时间使其以低功耗模式工作，同时，根据卫星星历和历书信息更新的特点，选择接收机进入低功耗模式的时间，以保证接收机收集到最新的星历和历书信息，这样，既保证了PVT解算模块所计算出的PVT精度，又尽可能地降低了整个接收机的功耗。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中GNSS接收机的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的降低GNSS接收机功耗的方法的流程示意图；

图3为本发明实施例二提供的降低GNSS接收机功耗的方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种降低GNSS接收机功耗的装置的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

基于目前的GNSS接收机需要搜索并不间断地跟踪所有接收到信号的可见卫星，并通过选星算法选择一部分卫星参与PVT解算，来计算接收机的位置、速度和时间信息的工作方式导致接收机功耗较大的问题，本发明实施例根据接收机的移动速度和接收卫星信号的强度，动态调整接收机开通和关闭时间，其基本原理是：统计高载噪比的卫星数目，如果高载噪比卫星数目多，则可以采用更短的接收机工作时间以降低功耗，同时，接收机移动速度较低时，相邻两次定位之间位置变化较小，可以采用更短的接收机工作时间以降低功耗，通过上述方式，在接收机的功耗和定位精度之间取得平衡。

图2为本发明实施例一提供的降低GNSS接收机功耗的方法的流程示意图。如图2所示，该方法具体包括如下步骤：

S110：分别获取所述接收机的移动速度和所述接收机中各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比。

在接收机开机开始工作后，接收机中的捕获模块便会搜索所有的卫星并跟踪搜索到的卫星，然后将跟踪结果发送给PVT解算模块，由PVT解算模块计算出接收机的位置、速度和时间信息。

同时，接收机中的捕获模块中的跟踪通道会计算所跟踪卫星信号的载噪比，其中，载噪比反应了卫星信号的强度，卫星信号的强度越大，则用户测距误差越小。

S120：根据所述移动速度和所述各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比，确定所述跟踪通道以及所述接收机中的射频模块和前处理模块的工作时间在所述接收机中PVT解算模块工作周期中的占比值，其中，所述占比值小于或等于1。

具体的，由于接收机移动速度较低时，相邻两次定位之间位置变化较小，因此可以采用更短的接收机工作时间(本发明实施例为了描述方便将接收机中的跟踪通道、射频模块和前处理模块的工作时间简称为接收机工作时间)以降低功耗；同时，统计高载噪比的卫星数目，如果高载噪比卫星数目多，则定位准确，相应的，便可以采用更短的接收机工作时间以降低功耗。

本发明实施例采用对接收机的移动速度和各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比划分段位的方式，确定所述接收机工作时间在PVT解算工作周期中的开关间隔时间。

首先，获取接收机移动速度所处的速度阈值范围；其次，获取各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比处于各载噪比阈值范围的分类卫星数目；最后，根据所述移动速度所处的速度阈值范围和所述分类卫星数目，确定所述接收机中的跟踪通道、射频模块和前处理模块的工作时间在所述接收机中PVT解算模块工作周期中的占比值。

例如，如果PVT解算输出定位信息的工作频率为1Hz，即工作周期为1s，同时，PVT解算需要的卫星数目为8个。将取接收机的移动速度设为0～1m/s和大于1m/s两个速度阈值范围；将卫星信号的载噪比划分为0～24、24～36和大于36三个载噪比阈值范围。

如果各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比大于36(即处于大于36的载噪比阈值范围)的卫星数目大于6个时，若该接收机的移动速度为0～1m/s速度阈值范围中的任一值，则设定该接收机的工作时间在PVT解算模块工作周期中的占比值为20％，即在PVT解算工作周期中跟踪通道、射频模块和前处理模块的工作时间为200ms(1s*20％)、其余时间处于关闭状态，并按该开关间隔时间循环工作，另外，若该接收机的移动速度为大于1m/s速度阈值范围中的任一值，则设定该接收机的工作时间设为500ms；如果各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比大于24(即处于24～36和大于36的两个载噪比阈值范围)的卫星数目大于6个时，若该接收机的移动速度为0～1m/s速度阈值范围中的任一值，则设定该接收机的工作时间设为400ms，若该接收机的移动速度为大于1m/s速度阈值范围中的任一值，则设定该接收机的工作时间设为600ms。当然，并不限于上述划分方式。

S130：判断所述接收机是否收集到完整的星历参数和历书参数。

接收机接收的卫星信号中包含了载波、伪码和数据码(又称导航电文)三个信号层次，其中，数据码中包含了接收机计算卫星位置和信号传输时间所提供的必须的信息，比如卫星星历参数、卫星工作状态、系统时间、电离层参数等。下面以GPS导航电文为例介绍导航电文的格式和内容，格洛纳斯、伽利略和北斗系统的导航电文格式与此类似。

GPS导航电文码率为50bps，每颗卫星以帧为单位向外广播。每帧长度为1500bit，包含5个子帧，每个子帧长度为300bit。第1子帧包含卫星时钟校正参数和健康状况等信息。第2和第3子帧包含卫星自身的星历参数。第4和第5子帧包含所有卫星的历书参数、电离层延时校正参数、GPS时间与UTC时间之间的关系以及卫星健康状况等信息。第4和第5子帧采用了分页存储的方法，一个周期为25页，需要750s才能将25个页面全部播放完。以上信息中，第1至3帧每30s重复一次，其星历参数每隔约2h更新一次；第4和5子帧每30s翻转一页、12.5min完整地播发一次，然后再重复，其内容仅在卫星注入新的导航数据后才更新。

由于接收机进行PVT运算需要根据解析到完整的星历或者历书信息后可以计算卫星的位置，而如果接收机进入到低功耗模式以后，由于其工作频率较低，无法接收到完整的星历参数和历书参数，因此，接收机在定位后必须等待获得完整的星历和历书参数才能进入低功耗模式。

S140：如果所述接收机收集到完整的星历参数和历书参数，则控制所述跟踪通道、所述射频模块和所述前处理模块按照所述占比值对应的工作时间进行卫星信号处理。

进一步的，在接收机进入低功耗模式后，当所跟踪的某颗卫星的星历达到有效时间后，则控制所述跟踪通道、所述射频模块和所述前处理模块按照正常工作频率重新收集完整的星历参数，当接收完新的星历参数后，再重新按照步骤S140进入低功耗模式。同样的，当所跟踪的某颗卫星的历书达到有效时间后，则控制所述跟踪通道、所述射频模块和所述前处理模块按照正常工作频率重新收集完整的历书参数，当接收完新的历书参数后，再重新按照步骤S140进入低功耗模式。

本发明实施例提供的降低GNSS接收机功耗的方法，根据接收机的移动速度和接收机中各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比，确定所述跟踪通道以及所述接收机中的射频模块和前处理模块的工作时间在所述接收机中PVT解算工作周期中的占比值，并且，在接收机收集到完整的星历参数和历书参数，则控制接收机中的跟踪通道、射频模块和前处理模块按照该占比值对应的工作时间进行卫星信号处理。本发明实施例，根据接收机的运动状态以及接收卫星信号的强度，动态选择接收机中PVT解算模块之前的各模块的开关间隔时间使其以低功耗模式工作，同时，根据卫星星历和历书信息更新的特点，选择接收机进入低功耗模式的时间，以保证接收机收集到最新的星历和历书信息，这样，既保证了PVT解算模块所计算出的PVT精度，又尽可能地降低了整个接收机的功耗。

近几年来，随着北斗和伽利略系统部署的在轨卫星越来越多，多星座系统的可见星数目可以达到20几颗甚至30颗以上，同时跟踪这么多卫星需要大量的相关运算器，而PVT解算并不需要这么大量的卫星。由于多星座系统每个星座都是独立设计的，同一时刻在相同方位可能存在多颗卫星，这些冗余的卫星不仅不能带来更多的有效信息量，还导致接收机的功耗较大。

基于上述问题，本发明实施例还提供了另一种降低GNSS接收机功耗的方法，图3为本发明实施例二提供的降低GNSS接收机功耗的方法的流程示意图。如图3所示，该方法包括如下步骤：

S210：利用选星算法，从所述接收机的所有跟踪通道所跟踪的卫星中选出参与PVT解算的卫星。

其中，上述选星算法的具体选星过程可以包括如下步骤：

1)剔除所有跟踪通道所跟踪的卫星中不健康的卫星。

2)剔除仰角低于阈值的卫星。

接收机解析到完整的星历或者历书信息后可以计算卫星的位置，根据接收机和卫星位置可以计算卫星的仰角和方位角。

3)剔除多径影响严重的卫星。

4)合并仰角和方位角相差预设角度以内的卫星，只保留信号质量最好的一颗卫星。

5)在剩余可见卫星中，利用仰角大小分为低仰角、中仰角和高仰角三组，在三组中分别选星。首先在高仰角组中选择仰角最高的和信号质量最高的两颗卫星。然后在低仰角组中选择方位角差别最大的最多四颗卫星。如果选中卫星数量不足，在中仰角组中选择距离低仰角组中卫星方位角差别最大的卫星补足，最终得到参与PVT解算的卫星。

当然并不限于上述选星算法，在具体实施中，还可以选用其它的算法，本发明实例在此不再赘述。

S220：关闭所有所述跟踪通道中参与PVT解算的卫星对应跟踪通道之外的跟踪通道。

通过关闭不参与PVT解算的跟踪通道，这样GNSS接收机只跟踪参与PVT解算部分的卫星信号，减少了跟踪通道开放数量，进而可以降低GNSS接收机的功耗。

S230：分别获取所述接收机的移动速度和所述接收机中各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比。

S240：根据所述移动速度和所述各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比，确定所述跟踪通道以及所述接收机中的射频模块和前处理模块的工作时间在所述接收机中PVT解算模块工作周期中的占比值。

S250：判断所述接收机是否收集到完整的星历参数和历书参数。

S260：如果所述接收机收集到完整的星历参数和历书参数，则控制所述跟踪通道、所述射频模块和所述前处理模块按照所述占比值对应的工作时间进行卫星信号处理。

S270：判断是否到达可见星捕获时间。

S280：如果到达可见星捕获时间，则控制所述接收机中的捕获模块进行可见卫星捕获。

如果到达可见星捕获时间，则控制该接收机退出低功耗工作模式，重新进行可见星的捕获。进一步的，为了提高接收机的功耗，捕获模块只搜索从不可见到可见的卫星。

S290：根据所述捕获模块所捕获的可见卫星，控制所述接收机中的跟踪通道进行所述捕获模块所捕获的可见卫星的跟踪。

根据重新跟踪的可见星，再返回步骤S210，利用选星算法进行重新选星。

通过上述方法，可以使在城市“峡谷”等环境中被建筑物遮挡的卫星在重新捕获到后可以参与PVT解算，以提高接收机的可靠性和精度。

基于上述方法，本发明还提供了一种降低GNSS接收机功耗的装置。图4为本发明实施例提供的一种降低GNSS接收机功耗的装置的结构示意。如图4所示，该装置包括：

信号参数获取模块41：用于分别获取所述接收机的移动速度和所述接收机中各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比。

工作时间确定模块42：用于根据所述移动速度和所述各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比，确定所述跟踪通道以及所述接收机中的射频模块和前处理模块的工作时间在所述接收机中PVT解算模块工作周期中的占比值，其中，所述占比值小于或等于1。

星历参数判断模块43：用于判断所述接收机是否收集到完整的星历参数和历书参数。

低功耗控制模块44：用于如果所述接收机收集到完整的星历参数和历书参数，则控制所述跟踪通道、所述射频模块和所述前处理模块按照所述占比值对应的工作时间进行卫星信号处理。

基于上述实施例提供的降低GNSS接收机功耗的方法及装置，本发明实施例还提供了一种GNSS接收机，该接收机包括处理器和用于存储处理器可执行指令的存储器，并且所述处理器能够执行降低GNSS接收机功耗的方法，所述方法包括：

分别获取所述接收机的移动速度和所述接收机中各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比；

根据所述移动速度和所述各跟踪通道所跟踪卫星信号的载噪比，确定所述跟踪通道以及所述接收机中的射频模块和前处理模块的工作时间在所述接收机中PVT解算模块工作周期中的占比值，其中，所述占比值小于或等于1；

判断所述接收机是否收集到完整的星历参数和历书参数；

如果所述接收机收集到完整的星历参数和历书参数，则控制所述跟踪通道、所述射频模块和所述前处理模块按照所述占比值对应的工作时间进行卫星信号处理。

进一步的，本发明实施例中的处理器还可以包括PVT解算模块，并执行PVT运算过程。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。