一种导航信号接收方法和接收机的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种导航信号接收方法和接收机，所述导航信号接收方法包括：根据接收机内部存储的卫星星历信息和本地时间计算当前历元时刻卫星星座的分布信息；根据当前历元时刻卫星星座的分布信息和上次导航定位信息计算当前可视卫星；选择一个或者多个可视卫星进行信号捕获和跟踪；根据所选择的可视卫星的信号解算接收机的位置和速度。本发明提供的导航信号接收方法和接收机能够大大提高GNSS信号的捕获性能，不但能缩短捕获时间，其能稳定跟踪GNSS信号。
【专利说明】
一种导航信号接收方法和接收机
技术领域
[0001 ]本发明属于导航技术领域，尤其涉及一种导航信号接收方法和接收机。
【背景技术】
[0002]随着技术及其应用的推广，全球卫星导航系统(GNSS)接收机已经成为机载电子装备中核心部件之一。GNSS接收机的性能一般通过精度、完好性、连续性和可用性等四个方面来进行评估。其中完好性主要是对接收机在应用的安全性方面的要求，因此在对安全要求较高的应用中，完好性是必须要解决的关键问题。
[0003]完好性一般定义为:完好性是一种概率，在特定时期、系统覆盖区域内的任一点，位置误差不超出告警门限(Alarm Limit)，不给用户在告警时限(Time To Alarm)内发出告警信息的概率。
[0004]完好性问题对于航空来说是关系重大的，因为用户正以高速航行，如果不能及时的检测并排除故障卫星的话，飞机就很可能会偏离航路。随着机载系统对安全性能要求的日益提高，飞机上的导航系统也呈现多信息化、智能化、集成化的发展趋势。精确性与安全可靠性成为机载导航系统的重要特点。而精确定位定姿、故障检测隔离，已成为机载导航领域的重要学科技术之一，越来越受到人们的重视，近几年来得到了迅猛的发展。
[0005]GNSS虽然有传统陆基无线电导航系统无法比拟的全球覆盖、高精度等性能，但目前在飞行器导航领域并没有得到普遍应用。不考虑政治方面的影响，从技术而言，精度、完好性、连续性及可用性四个方面都没有可满足所有飞行阶段的需求。从完好性方面看，GNSS系统本身能进行一定程度的完好性监测，但告警时间太长，通常需几个小时。从连续性和可用性方面看，GPS虽然能保证所有地区能有4颗以上可视卫星，但卫星几何结构仍然存在较差情况，如果加上完好性要求，其可用性会更差。
[0006]GNSS接收机进行完好性监测采用RA頂算法，其基本原理是利用卫星测量的冗余观测信息对接收机导航定位结果进行超差判定，因此单纯卫星导航接收机完好性能受接收机跟踪锁定卫星数量、卫星几何分布及告警门限制约，具体如下:
[0007](I )GNSS接收机完好性受限于可见卫星数
[0008]GNSS接收机通过基带处理单元可以输出接收机相对卫星的伪距，忽略噪声后，伪距是接收机三维位置和接收机钟差的函数，因此在进行三维导航时至少需要接收机跟踪4颗卫星才能解算出正确的接收机位置和钟差信息。假设只有一颗卫星出现故障，当观测到5颗卫星时，可以利用伪距间的冗余信息检测出对于当前飞行阶段，GNSS接收机存在不可接受的定位误差，但是由于没有其它信息，此时虽然可以给出超差告警，但不能锁定是哪颗卫星出现了故障；只有在同时观测到6颗以上卫星时才能确定出是哪颗卫星出现了故障。
[0009](2)GNSS接收机完好性受限于卫星几何分布
[0010]GNSS接收机完好性能除和可见卫星数有关外，还和可见卫星的几何分布密切相关。通常在跟踪4颗以上卫星的条件下，当卫星与接收机之间构成的多面体体积最大时定位性能最佳，这时卫星星座的精度因子(DOP)最小。卫星几何分布越理想，接收机定位结果估计越准确，就越不容易超差，同时对故障卫星的监测能力也越高。因此GNSS卫星几何分布对接收机完好性有重要影响。
[0011](3)GNSS接收机完好性受限于应用精度要求
[0012]GNSS接收机完好性是衡量接收机定位结果超差时的告警能力，因此完好性与告警门限密切相关，而告警门限的设定取决于实际的应用精度需求。
[0013]飞行器不同飞行阶段对GNSS导航的完好性能要求不同，随着GNSS导航在飞机精密进近阶段的应用研究，GNSS导航系统的精度和完好性能要求越来越高。
[0014]在精密进近阶段，尤其在3类精密进近阶段，对机载GNSS系统的完好性要求较高。考虑到卫星导航的体制局限性，单凭GNSS接收机算法优化很难满足要求。
【发明内容】
[0015]有鉴于此，本发明的一个目的是提供一种导航信号接收方法和接收机，由外部增强信息和辅助信息为GNSS导航系统提供更精确的测量信息和冗余测量信息，通过对捕获过程和跟踪过程进行改进，大大缩短了接收机的信号捕获时间，同时实现对信号的稳定跟踪。
[0016]为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
[0017]本发明提供了一种导航信号的接收方法，包括:
[0018]根据接收机内部存储的卫星星历信息和本地时间计算当前历元时刻卫星星座的分布信息；
[0019]根据当前历元时刻卫星星座的分布信息和上次导航定位信息计算当前可视卫星；
[0020]选择一个或者多个可视卫星进行信号捕获和跟踪；
[0021 ]根据所选择的可视卫星的信号解算接收机的位置和速度。
[0022]较佳地，在执行信号捕获时，是在一设置的搜索范围内进行信号捕获。
[0023]较佳地，在进行信号捕获之前，还包括:
[0024]判断是否接收机当前的位置距离上次导航定位距离在一预设范围之内，且存储的卫星星历信息处于有效期之内，如果是，则进入热启动模式，否则进入冷启动模式；
[0025]在热启动模式下，重新计算并更新接收机的信号捕获的搜索范围，然后再触发接收机执行信号捕获；
[0026]在冷启动模式下，触发接收机在当前设置的搜索范围内执行信号捕获。
[0027]较佳地，所述设置接收机的搜索范围包括:
[0028]利用惯性导航系统INS信号解算当前历元时刻接收机的位置和速度信息；
[0029]根据卫星星历数据解算卫星的位置和速度信息；
[0030]结合解算出的接收机和卫星的位置和速度信息计算出接收机至卫星视线方向的单位矢量和伪距?目息；
[0031]根据所述单位矢量和伪距信息计算视线方向上的多普勒频移和码相位偏移；
[0032]根据所述多普勒频移和码相位偏移确定搜索范围的中心，根据INS解算的位置和速度信息的不确定度来设定搜索范围。
[0033I较佳地，所述进行信号跟踪包括:
[0034]利用惯性导航系统INS信号解算当前历元时刻接收机的位置和速度信息；
[0035]根据卫星星历数据解算卫星的位置和速度信息；
[0036]根据解算出的接收机和卫星的位置和速度信息计算并预测视线方向上的多普勒频移信息；
[0037]将所述多普勒频移信息与载波环的环路滤波器输出值相加，将结果反馈至载波数字控制振荡器NCO中，以控制载波频率的输出。
[0038]本发明还提供了一种接收机，用于接收卫星导航信号进行导航定位，其特征在于，包括:
[0039]运算单元，用于根据接收机内部存储的卫星星历信息和本地时间计算当前历元时刻卫星星座的分布信息；以及根据当前历元时刻卫星星座的分布信息和上次导航定位信息计算当前可视卫星；
[0040]选择单元，与运算单元相连，用于从计算出的可视卫星中选择一个或者多个作为目的卫星；
[0041 ]捕获单元，与所述选择单元相连，用于对所选择的卫星进行信号捕获；
[0042]跟踪单元，与所述捕获单元相连，用于对所捕获的卫星信号进行跟踪；
[0043]定位单元，与所述跟踪单元相连，用于根据卫星信号解算接收机的位置和速度。
[0044]较佳地，还包括一参数设置单元:
[0045]所述参数设置单元，存储有一搜索范围的设置信息；
[0046]所述捕获单元，与所述参数设置单元相连，在所述搜索范围内进行信号捕获。
[0047 ] 较佳地，还包括模式判别单元、热启动单元和冷启动单元:
[0048]所述模式判别单元，用于判断是否接收机当前的位置距离上次导航定位距离在一预设范围之内，且存储的卫星星历信息处于有效期之内，如果是，则判断为热启动模式，触发热启动单元;如果否，则判断为冷启动模式，触发冷启动单元；
[0049]所述热启动单元，用于触发所述参数设置单元重新计算并更新存储的搜索范围信息，然后再触发所述捕获单元执行信号捕获；
[0050]所述冷启动单元，用于触发所述捕获单元执行信号捕获。
[0051 ] 较佳地，所述参数设置单元包括:
[0052]计算单元，用于利用惯性导航系统INS信号解算当前历元时刻接收机的位置和速度信息；根据卫星星历数据解算卫星的位置和速度信息；结合解算出的接收机和卫星的位置和速度信息计算出接收机至卫星视线方向的单位矢量和伪距信息;根据所述单位矢量和伪距信息计算视线方向上的多普勒频移和码相位偏移;根据所述多普勒频移和码相位偏移确定搜索范围的中心，根据INS解算的位置和速度信息的不确定度来设定搜索范围；
[0053]存储单元，用于存储所述搜索范围信息。
[0054]较佳地，所述跟踪单元包括:
[0055]计算单元，用于利用惯性导航系统INS信号解算当前历元时刻接收机的位置和速度信息;根据卫星星历数据解算卫星的位置和速度信息;根据解算出的接收机和卫星的位置和速度信息计算并预测LOS视线方向上的多普勒频移信息；
[0056]反馈单元，用于将所述多普勒频移信息与载波环的环路滤波器输出值相加，将结果反馈至载波NCO中，以控制载波频率的输出。
[0057]为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。
【附图说明】
[0058]图1是本发明实施例一种导航信号的接收方法流程图；
[0059]图2是本发明实施例一种设定频率搜索范围的方法流程图；
[0060]图3是本发明实施例一种具体的INS系统辅助GNSS信号捕获的结构图；
[0061 ]图4是本发明实施例一种信号跟踪方法流程图；
[0062]图5是本发明实施例一种具体的INS系统辅助GNSS信号跟踪的结构图；
[0063]图6是本发明实施例一种具体的GNSS接收机工作流程图；
[0064]图7是本发明实施例一种接收机结构示意图。
【具体实施方式】
[0065]以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
[0066]
【申请人】注意到，在飞行器运行过程中，各种传感器都在时刻探测着飞行器自身和外界信息，由于这些信息本身之间是飞行器所处环境的映射，因此其具有很强的关联性，这种关联性反映到数据之上就代表着其数据之间具有互补、冗余特性。利用数据之间的互补性来提升探测系统性能是数据融合的核心目的。
[0067]因此，
【申请人】在本申请中提出利用外部增强系统和传感器辅助信息提高卫星导航接收机输出导航信息完好性能。由外部增强信息和辅助信息为GNSS导航系统提供更精确的测量信息和冗余测量信息，从而提高机载导航设备的可用性和完好性。
[0068]
【申请人】通过深入分析导航系统的数据来源和关联性，提供一种多源信息融合的导航架构，下面将对本发明所选择的多源信息进行分析:
[0069](I)可利用惯性辅助提升机载完好性
[0070]惯性导航具有不受电磁干扰、独立自主输出载体导航信息和姿态信息的能力，其缺点是定位误差受初始对准精度影响较大，且误差随时间有积累。将惯导与卫星导航进行组合，可以利用卫星导航测量信息没有误差积累的优点对惯导误差进行修正，同时当采用紧组合方式时，短时间内可以在卫星数低于4颗情况下进行精确导航。惯导独立输出的定位结果给卫星导航提供了多种冗余信息，合理利用这些冗余信息不仅可以提高卫星导航定位精度，还可以对卫星测量伪距精度进行有效评估，从而可以提高机载卫星导航接收机的完好性。
[0071]当前卫星导航完好性大都是基于单颗卫星故障进行研究的，故障卫星越多需要的冗余信息越多，而惯导提供的冗余信息为多颗卫星故障监测提供了理想的解决途径。
[0072](2)星基辅助提升机载完好性:
[0073]现有的四大GNSS系统分别是:我国正在建设的北斗第二代导航系统、美国的GPS系统、俄罗斯GL0NASS系统和欧洲的GALILEO系统。随着全球卫星导航卫星系统的建设，可见卫星数目逐渐增多，同一历元时刻可见星从单GPS的10颗左右上升到近40颗。
[0074]星基辅助主要是指利用如GPS、GL0NASS、GALILE0等的其它卫星导航系统及伪卫星系统来改善北斗系统星座分布、提供冗余测量信息从而可以增强机载北斗接收机的完好性會K。
[0075]单星座导航系统由于卫星数目有限或是某些恶劣环境中信号受到严重干扰等问题，提供的卫星定位服务的精度、可靠性、安全性和可用性无法得到保障。同时，各个卫星导航系统单独工作时可能存在难以覆盖的空白带，而且用户在使用过程中会受到主控国的限制。
[0076]由于例如GPS、GL0NASS、GALILE0和北斗等这几种星基导航系统在系统构置、导航定位机理、工作频段、调制方式、信号和星历数据结构等在方面是基本相同和近似的，都以发射扩频测距码、测量卫星与用户之间的伪距来完成导航定位，所以就存在利用一部用户设备同时接收这四种卫星信号的可能性。如果能将多个系统组合使用，由于可用卫星数目增多，不仅能填补单一系统存在的覆盖空白问题，而且可使系统精度显著提高。
[0077]所谓星基组合定位，就是用一台接收机或者多个接收机同时接收和测量多个GNSS系统的卫星信号，然后进行数据融合处理。例如，目前可此采用GPS/GL0NASS/GALILE0/北斗组合定位，就是用一台接收机或者多个接收机同时接收和测量GPS、GL0NASS、GALILE0和北斗四种卫星信号，然后进行数据融合处理。从而实现在世界上任何地方、任何时间精确测出三维位置、三维速度、时间和姿态参数，为用户提供仅用单一卫星系统定位无法获得的性能。它将提高系统完善性、可靠性、定位精度以及导航连续性。
[0078]对于多星融合实现组合导航，需要进行如下设计:
[0079]1、共有接收射频资源设计:由于各GNSS系统，例如GPS/GL0NASS/GALILE0/北斗之间的载波频率和码率上是不同的，需要设计一个能同时得到各GNSS系统的本振频率和钟频频率的频率综合器。
[0080]2、时空归一化处理:由于各GNSS系统，例如GPS/GL0NASS/GALILE0/北斗系统的坐标系是不一致的，所以需要实现多星座系统的坐标系统一计算。同时上述四个系统的时间尺度也是不一致的，这也需要系统进行时间对准处理。而且在上述处理过程中不要将单一系统误差传递到最终的组合系统上来。
[0081]利用多卫星定位系统进行导航定位都是要基于一定的卫星几何分布，也就是首先需要知道卫星的空间位置，判断可用于导航定位的可见卫星数目和分布情况，再根据可见卫星的伪距或者载波相位等相关方法来求解用户位置。
[0082]卫星导航定位，是以卫星和用户接收机天线之间的距离观测量为基准，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收机天线的位置。卫星导航定位方法的实质是以星地空间距离为半径的三球交汇，因此，在一个观测站上，只需要3个独立距离观测量。
[0083]但是，由于各GNSS系统采用的都是单程测距原理，卫星钟与用户接收机时钟之间难以保持严格同步，受卫星钟和接收机时钟同步差的共同影响，实际上观测量不是观测站到卫星之间的真实距离，而是含有误差的伪距。当然，卫星钟差是可以通过卫星导航电文中所提供的相应钟差参数加以修正的，而接收机的钟差，由于精度低、随机性强，难以预先准确测定。所以，可将接收机的钟差作为一个未知参数与观测站坐标在数据处理中一并解出。因此，在一个观测站上，为了实时求解4个未知参数(3个用户坐标x、y、z和一个接收机时钟误差St)，至少需要同步观测4颗卫星。
[0084]在多星座组合导航定位中，需要同时接收多个卫星星座的导航电文信息，而由于各系统之间存在时间偏差，以及坐标系不同，而且接收机对不同系统信号的时延也不同，所以，在多星座组合导航中需要考虑时空统一问题，进而进行组合导航解算。
[0085]根据各个卫星星座仿真器输出的可见卫星的位置，给定用户初始近似位置信息，获得伪距观测量，按照上述介绍的多星座组合导航定位方法，进而可以求解含有定位误差的用户位置，实现多星座组合导航定位。
[0086]在我国不同玮度地区，GPS和GL0NASS卫星导航系统的可见卫星数目分布在5?8颗，而GALILEO系统分布在8?11颗。因此，与GPS和GL0NASS卫星导航系统相比，GALILEO系统具有一定的优势，相同环境下能观测到更多的可见卫星。与单星座系统相比，组合系统的可见卫星数目能增加几倍，在任何时段任何地点都能观测到18颗及以上的导航卫星，这样将有利于组成更好的卫星几何分布，在任何时段都能满足定位要求，提高定位精度。
[0087]本发明提出通过由飞行器上星基辅助提升导航信号的准确度，基于此，提供一种导航信号的接收方法，如图1所示，包括步骤:
[0088]步骤SlOl:根据接收机内部存储的卫星星历信息和本地时间计算当前历元时刻卫星星座的分布信息；
[0089]步骤S102:根据当前历元时刻卫星星座的分布信息和上次导航定位信息计算当前可视卫星；
[0090]步骤S103:选择一个或者多个可视卫星进行信号捕获和跟踪；
[0091]步骤S104:根据所选择的可视卫星的信号解算接收机的位置和速度。
[0092]执行步骤S103时，可以选择获取多种类型的GNSS导航卫星，例如GPS/GL0NASS/GALILEO/北斗。之后，将步骤S104得到的4种GNSS导航卫星的信号进行时空归一化处理，进行数据融合处理后输出作为GNSS系统的输出信号。通过多种类导航卫星组合定位，从而提高定位的准确度。
[0093]较佳地，在执行步骤S103中的信号捕获时，可以设定频率搜索范围，在有限的范围内进行搜索，从而缩短GNSS接收机信号捕获的时间，提高GNSS接收机信号捕获的性能。
[0094]较佳地，所述设定频率搜索范围的方法如图2所示，包括步骤:
[0095]步骤S201:利用惯性导航系统INS信号解算当前历元时刻接收机的位置和速度信息;
[0096]步骤S202:根据卫星星历数据解算卫星的位置和速度信息；
[0097]步骤S203:结合解算出的接收机和卫星的位置和速度信息计算出接收机至卫星视线方向的单位矢量和伪距信息；
[0098]步骤S204:根据所述单位矢量和伪距信息计算视线方向上的多普勒频移和码相位偏移；
[0099]步骤S205:根据所述多普勒频移和码相位偏移确定搜索范围的中心，根据INS解算的位置和速度信息的不确定度来设定搜索范围。
[0100]为了更形象的说明，参见图3，该图给出了本发明实施例一种具体的INS系统辅助GNSS信号捕获的结构，充分利用星历数据和INS系统提供的信息，计算频率搜索空间，控制本地码/载波数控振荡器在此范围内进行搜索，从而缩短GNSS接收机信号捕获时间，提高GNSS信号捕获性能。
[0101]较佳地，本发明实施例还设计了一种信号跟踪方法，应用于步骤S103中的信号跟踪，如图4所示，包括步骤:
[0102]步骤S401:利用惯性导航系统INS信号解算当前历元时刻接收机的位置和速度信息;
[0103]步骤S402:根据卫星星历数据解算卫星的位置和速度信息；
[0104]步骤S403:根据解算出的接收机和卫星的位置和速度信息计算并预测视线方向上(line of sight，简称LOS)的多普勒频移信息；
[0105]步骤S404:将所述多普勒频移信息与载波环的环路滤波器输出值相加，将结果反馈至载波数字控制振荡器(numerically controlled oscillator，简称NC0)中，以控制载波频率的输出。
[0106]为了更形象的说明，参见图5，该图给出了本发明实施例一种具体的INS系统辅助GNSS信号跟踪的结构，充分利用星历数据和INS系统特征，补偿GNSS导航系统的信号缺失，通过将本地产生的同相、正交载波信号分别与GNSS中频信号相乘，实现载波剥离功能，然后根据环路滤波器输出的频率误差和INS估计的多普勒频差不断调整复现本地信号的参数，从而实现对输入GNSS信号的稳定跟踪。
[0107]较佳地，在执行步骤S103进行信号捕获之前，还包括步骤S105(图中未示出):判断是否接收机当前的位置距离上次导航定位距离在一预设范围之内，且存储的卫星星历信息处于有效期之内，如果是，则进入热启动模式，否则进入冷启动模式;在热启动模式下，重新计算并更新接收机的信号捕获的搜索范围，然后再触发接收机执行信号捕获;在冷启动模式下，触发接收机在当前设置的搜索范围内执行信号捕获。
[0108]本发明实施例步骤S105中的热启动模式主要是由于信号载噪比低或载体高动态造成跟踪环路失锁从而使GNSS接收机处于重新捕获状态的场景而设置。热启动模式需要符合2个条件:一是收机当前的位置距离上次导航定位距离不能过远，距离过远会导致估算出的可视卫星与当前位置的实际可视卫星不一致;二是卫星星历信息处于有效期之内，否则计算出的卫星星座的分布情况与真实分布相差较大，不能达到快速导航定位的效果。
[0109]为了更形象的示出本发明实施例GNSS接收机工作流程给出一具体实例，参见图6，设置初始参数后，进行模式判断，如果是热启动模式，则根据星历和INS信息重新计算并更新接收机的信号捕获的搜索范围，之后触发信号捕获，如果是冷启动模式，则直接触发接收机根据当前设置的搜索范围进行信号捕获;对捕获的信号进行跟踪，当失锁时重新触发信号捕获;然后对跟踪的信号进行后续处理，包括:进行位同步;之后判断当前模式，如果是热启动模式，则计算伪距和伪距率，进行伪距预处理；如果是冷启动，则先进行子帧匹配后再计算伪距和伪距率，进行伪距预处理，同时还进行导航电文解调，据以计算卫星位置和速度;然后综合伪距预处理结果，和经导航电文计算出的卫星位置和速度，解算接收机的位置和速度，完成最终的导航定位。
[0110]与上述方法相对应，本发明实施例还提供了一种接收机，用于接收卫星导航信号进行导航定位，如图7所示，包括:
[0111]运算单元701，用于根据接收机内部存储的卫星星历信息和本地时间计算当前历元时刻卫星星座的分布信息；以及根据当前历元时刻卫星星座的分布信息和上次导航定位信息计算当前可视卫星；
[0112]选择单元702，与运算单元701相连，用于从计算出的可视卫星中选择一个或者多个作为目的卫星；
[0113]捕获单元703，与所述选择单元702相连，用于对所选择的卫星进行信号捕获；
[0114]跟踪单元704，与所述捕获单元703相连，用于对所捕获的卫星信号进行跟踪；
[0115]定位单元705，与所述跟踪单元704相连，用于根据卫星信号解算接收机的位置和速度。
[0116]较佳地，还包括一参数设置单元706，存储有一搜索范围的设置信息；
[0117]所述捕获单元703，与所述参数设置单元706相连，在所述搜索范围内进行信号捕获。
[0118]较佳地，还包括模式判别单元707、热启动单元708和冷启动单元709，其中:
[0119]所述模式判别单元707，用于判断是否接收机当前的位置距离上次导航定位距离在一预设范围之内，且存储的卫星星历信息处于有效期之内，如果是，则判断为热启动模式，触发热启动单元708;如果否，则判断为冷启动模式，触发冷启动单元709;
[0120]所述热启动单元708，用于触发所述参数设置单元706重新计算并更新存储的搜索范围信息，然后再触发所述捕获单元703执行信号捕获；
[0121]所述冷启动单元709，用于触发所述捕获单元703执行信号捕获。
[0122]较佳地，所述参数设置单元706包括:
[0123]计算单元7061(图中未示出)，用于利用惯性导航系统INS信号解算当前历元时刻接收机的位置和速度信息;根据卫星星历数据解算卫星的位置和速度信息；结合解算出的接收机和卫星的位置和速度信息计算出接收机至卫星视线方向的单位矢量和伪距信息;根据所述单位矢量和伪距信息计算视线方向上的多普勒频移和码相位偏移;根据所述多普勒频移和码相位偏移确定搜索范围的中心，根据INS解算的位置和速度信息的不确定度来设定搜索范围；
[0124]存储单元7062(图中未示出)，用于存储所述搜索范围信息。
[0125]较佳地，所述跟踪单元704包括:
[0126]计算单元7041(图中未示出)，用于利用惯性导航系统INS信号解算当前历元时刻接收机的位置和速度信息;根据卫星星历数据解算卫星的位置和速度信息;根据解算出的接收机和卫星的位置和速度信息计算并预测LOS视线方向上的多普勒频移信息；
[0127]反馈单元7042(图中未示出)，用于将所述多普勒频移信息与载波环的环路滤波器输出值相加，将结果反馈至载波NCO中，以控制载波频率的输出。
[0128]根据所述公开的实施例，可以使得本领域技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域技术人员来说，这些实施例的各种修改是显而易见的，并且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的范围和主旨的基础上应用于其他实施例。以上所述的实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种导航信号的接收方法，其特征在于，包括: 根据接收机内部存储的卫星星历信息和本地时间计算当前历元时刻卫星星座的分布信息； 根据当前历元时刻卫星星座的分布信息和上次导航定位信息计算当前可视卫星； 选择一个或者多个可视卫星进行信号捕获和跟踪； 根据所选择的可视卫星的信号解算接收机的位置和速度。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于: 在执行信号捕获时，是在一设置的搜索范围内进行信号捕获。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在进行信号捕获之前，还包括: 判断是否接收机当前的位置距离上次导航定位距离在一预设范围之内，且存储的卫星星历信息处于有效期之内，如果是，则进入热启动模式，否则进入冷启动模式； 在热启动模式下，重新计算并更新接收机的信号捕获的搜索范围，然后再触发接收机执行信号捕获； 在冷启动模式下，触发接收机在当前设置的搜索范围内执行信号捕获。4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述设置接收机的搜索范围包括: 利用惯性导航系统INS信号解算当前历元时刻接收机的位置和速度信息； 根据卫星星历数据解算卫星的位置和速度信息； 结合解算出的接收机和卫星的位置和速度信息计算出接收机至卫星视线方向的单位矢量和伪距?目息； 根据所述单位矢量和伪距信息计算视线方向上的多普勒频移和码相位偏移； 根据所述多普勒频移和码相位偏移确定搜索范围的中心，根据INS解算的位置和速度信息的不确定度来设定搜索范围。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行信号跟踪包括: 利用惯性导航系统INS信号解算当前历元时刻接收机的位置和速度信息； 根据卫星星历数据解算卫星的位置和速度信息； 根据解算出的接收机和卫星的位置和速度信息计算并预测视线方向上的多普勒频移信息； 将所述多普勒频移信息与载波环的环路滤波器输出值相加，将结果反馈至载波数字控制振荡器NCO中，以控制载波频率的输出。6.一种接收机，用于接收卫星导航信号进行导航定位，其特征在于，包括: 运算单元，用于根据接收机内部存储的卫星星历信息和本地时间计算当前历元时刻卫星星座的分布信息；以及根据当前历元时刻卫星星座的分布信息和上次导航定位信息计算当前可视卫星； 选择单元，与运算单元相连，用于从计算出的可视卫星中选择一个或者多个作为目的卫星； 捕获单元，与所述选择单元相连，用于对所选择的卫星进行信号捕获； 跟踪单元，与所述捕获单元相连，用于对所捕获的卫星信号进行跟踪； 定位单元，与所述跟踪单元相连，用于根据卫星信号解算接收机的位置和速度。7.如权利要求6所述的接收机，其特征在于，还包括一参数设置单元: 所述参数设置单元，存储有一搜索范围的设置信息； 所述捕获单元，与所述参数设置单元相连，在所述搜索范围内进行信号捕获。8.如权利要求7所述的接收机，其特征在于，还包括模式判别单元、热启动单元和冷启动单元: 所述模式判别单元，用于判断是否接收机当前的位置距离上次导航定位距离在一预设范围之内，且存储的卫星星历信息处于有效期之内，如果是，则判断为热启动模式，触发热启动单元;如果否，则判断为冷启动模式，触发冷启动单元； 所述热启动单元，用于触发所述参数设置单元重新计算并更新存储的搜索范围信息，然后再触发所述捕获单元执行信号捕获； 所述冷启动单元，用于触发所述捕获单元执行信号捕获。9.如权利要求7或8所述的接收机，其特征在于，所述参数设置单元包括: 计算单元，用于利用惯性导航系统INS信号解算当前历元时刻接收机的位置和速度信息；根据卫星星历数据解算卫星的位置和速度信息；结合解算出的接收机和卫星的位置和速度信息计算出接收机至卫星视线方向的单位矢量和伪距信息;根据所述单位矢量和伪距信息计算视线方向上的多普勒频移和码相位偏移;根据所述多普勒频移和码相位偏移确定搜索范围的中心，根据INS解算的位置和速度信息的不确定度来设定搜索范围； 存储单元，用于存储所述搜索范围信息。10.如权利要求6所述的接收机，其特征在于，所述跟踪单元包括: 计算单元，用于利用惯性导航系统INS信号解算当前历元时刻接收机的位置和速度信息；根据卫星星历数据解算卫星的位置和速度信息；根据解算出的接收机和卫星的位置和速度信息计算并预测LOS视线方向上的多普勒频移信息； 反馈单元，用于将所述多普勒频移信息与载波环的环路滤波器输出值相加，将结果反馈至载波NCO中，以控制载波频率的输出。
【文档编号】G01S19/28GK105954776SQ201610321449
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月14日
【发明人】徐靖然, 唐富春, 高锋, 谭双福, 衡国彬
【申请人】四川中卫北斗科技有限公司