专利名称：一种捕获卫星信号的方法及接收机的制作方法
技术领域：
本发明涉及定位领域，特别涉及一种捕获卫星信号的方法及接收机。
背景技术：
在卫星定位时，接收机处于室内等低信噪比环境下信号能量会受到削弱，其可靠性和定位精度会大大降低，而室内等低信噪比环境却是人类活动最主要的环境之一，在这种环境下的定位需求越来越多。高灵敏度定位技术是为满足这一需求孕育而生的，其中卫星信号捕获技术是高灵敏度定位技术的核心和关键。现有技术中接收机捕获卫星信号是利用数字相关器在时域内对所指定卫星信号的多普勒频移和码相位这两维进行扫描式搜索。在确定卫星信号多普勒频移的搜索范围后，从该频率搜索范围中间值所对应点频带出发开始搜索。例如，假设多普勒频移的搜索范围为2±10kHz，搜索步长设置为500Hz，那么接收机从多普勒频移为2kHz的中间频带开始搜索，然后依次搜索中心频率为1. 5kHz, 2. 5kHz,1. OkHz等总共41个频带。在当前某个频带内搜索信号时，接收机复制一个频率值为该频带中心频率的载波信号，并让其与接收信号混频，以捕获实际频率值位于该频带之内的接收信号。接收机还需要复现当前搜索的卫星所发射的卫星信号中的PRN码，然后移动这个复现码的码相位，在确定了码相位的搜索范围以后，以一定的顺序依次搜索该范围内的各个码相位，直到与该卫星的PRN码发生相关为止。若某颗卫星在二维搜索过程中实际得到的在各个搜索单元上的非相干积分值，其中位于二维搜索范围中的某个单元上出现峰值，不但明显高于其余搜索单元上的检测量幅值，而且又超过捕获门限值，这样该卫星信号被成功捕获。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题现有技术中确定的卫星信号多普勒频移的搜索范围过大，需要对所有卫星的所涉及的频带进行搜索，其中很多卫星并不在接收机当前所处位置的可见范围内，因此导致捕获时间过长并且产生较多的冗余搜索过程，捕获卫星的时间久且效率低。
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捕获卫星信号的方法及接收机。所述技术方案如下—方面，提供了一种捕获卫星信号的方法，所述方法包括根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星；对所述当前可见的卫星计算卫星多普勒频移的频点，设置多普勒频移搜索范围；根据设置的所述多普勒频移搜索范围和预设的码相位的搜索范围，对所述当前可见的卫星进行二维搜索，捕获所述当前可见的卫星的卫星信号。其中，所述根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星，包括
根据当前时间以及预先存储的卫星历书，计算各个卫星在地心地固坐标系中的位置；获取预设的本地粗略位置，并将所述本地粗略位置转化成为地心地固坐标系中的位置；根据所述本地粗略位置在地心地固坐标系中的位置和所述各个卫星在地心地固坐标系中的位置，计算各个卫星相对于接收机的仰角；将相对于接收机的仰角超过预设阈值的卫星确定为当前可见的卫星。其中，所述对所述当前可见的卫星计算卫星多普勒频移的频点，设置多普勒频移搜索范围，包括根据所述当前可见的卫星对应的卫星历书中的轨道参数确定所述当前可见的卫星的速度；根据所述速度，预先保存的所述当前可见的卫星发射的卫星信号的波长以及所述当前可见的卫星与接收机的镜像单位向量计算卫星多普勒频移的频点；将所述计算得到的卫星多普勒频移的频点，以及根据预设搜索步长选定所述计算得到的卫星多普勒频移的频点前一个频点和所述计算得到的卫星多普勒频移的频点后一个频点，设置所述当前可见的卫星的多普勒频移搜索范围。其中，所述根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星，具体为按预设周期执行根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星。另一方面，提供了一种捕获卫星信号的接收机，所述接收机包括确定模块，用于根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星；计算模块，用于对所述当前可见的卫星计算卫星多普勒频移的频点，设置多普勒频移搜索范围；捕获模块，用于根据设置的所述多普勒频移搜索范围和预设的码相位的搜索范围，对所述当前可见的卫星进行二维搜索，捕获所述当前可见的卫星的卫星信号。其中，所述确定模块，包括第一计算单元，用于根据当前时间以及预先存储的卫星历书，计算各个卫星在地心地固坐标系中的位置；第一处理单元，用于获取预设的本地粗略位置，并将所述本地粗略位置转化成为地心地固坐标系中的位置；第二计算单元，用于根据所述本地粗略位置在地心地固坐标系中的位置和所述各个卫星在地心地固坐标系中的位置，计算各个卫星相对于接收机的仰角；第一确定单元，用于将相对于接收机的仰角超过预设阈值的卫星确定为当前可见的卫星。其中，所述计算模块，包括第二确定单元，用于根据所述当前可见的卫星对应的卫星历书中的轨道参数确定所述当前可见的卫星的速度；
第三计算单元，用于根据所述速度，预先保存的所述当前可见的卫星发射的卫星信号的波长以及所述当前可见的卫星与接收机的镜像单位向量计算卫星多普勒频移的频占.设置单元，用于将所述计算得到的卫星多普勒频移的频点，以及根据预设搜索步长选定所述计算得到的卫星多普勒频移的频点前一个频点和所述计算得到的卫星多普勒频移的频点后一个频点，设置所述当前可见的卫星的多普勒频移搜索范围。其中，所述确定模块具体用于按预设周期执行根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星，对当前可见的卫星设置多普勒频移搜索范围和码相位搜索范围并进行二维搜索，可以快速捕获当前可见的卫星的卫星信号，节省了时间提高了捕获卫星信号的效率。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例一提供的捕获卫星信号的方法流程图；图2是本发明实施例二提供的捕获卫星信号的方法流程图；图3是本发明实施例三提供的捕获卫星信号的接收机结构示意图；图4是本发明实施例四提供的捕获卫星信号的接收机结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。实施例一本发明实施例提供了一种捕获卫星信号的方法，参见图1，方法流程包括101 :根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星；102:对所述当前可见的卫星计算卫星多普勒频移的频点，设置多普勒频率搜索范围；103:根据设置的所述多普勒频率搜索范围和预设的码相位的搜索范围，对所述当前可见的卫星进行二维搜索，捕获所述当前可见的卫星的卫星信号。本发明实施例根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星，对当前可见的卫星设置多普勒频移搜索范围和码相位搜索范围并进行二维搜索，可以快速捕获当前可见的卫星的卫星信号，节省了时间提高了捕获卫星信号的效率。
实施例二本发明实施例提供了一种捕获卫星信号的方法，参见图2，方法流程包括201 :根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星。步骤201中确定当前可见的卫星的过程可以具体为2011 :根据当前时间以及预先存储的卫星历书，计算各个卫星在地心地固坐标系中的位置。当前时间即为接收机所在位置的本地时间，可以为用户预先设置的时间，也可以通过其他方式对接收机中的时间进行校准，例如通过网络对接收机中的时间进行校准，在此并不对此进行限定。预先存储的卫星历书是保存在接收机中的接收到的各个卫星曾经发送的卫星信号的导航电文中解调出的卫星历书，它是卫星轨道参数与瞬间坐标以及对应的时间的数据集合，记录着不同时刻卫星在ECEF (Earth-Centered, Earth-Fixed,地心地固)坐标系中所对应的位置。2012 :获取预设的本地粗略位置，并将所述本地粗略位置转化成为地心地固坐标系中的位置。
本地粗略位置一般为用户预先在接收机中设置的位置，例如用户位于北京市内，则预先将接收机中的本地粗略位置设置为“北京市”，接收机则可根据用户的设置的“北京市”这一本地粗略位置，获取到预 设的“北京市”的经纬度。并将经纬度转化成为地心地固坐标系中的位置，用于计算当前可见的卫星。2013 :根据所述本地粗略位置在地心地固坐标系中的位置和所述各个卫星在地心地固坐标系中的位置，计算各个卫星相对于接收机的仰角。确定了接收机的位置以及各个卫星的位置后，则可以在地心地固这个三轴坐标系中，通过两个点的位置计算得到两个点与水平面之间的角度，即卫星相对于接收机的仰角。2014:将相对于接收机的仰角超过预设阈值的卫星确定为当前可见的卫星。确定当前可见的卫星，则可以减少多普勒频移搜索范围，减小接收机捕获卫星的时间，无需对所有的卫星都进行多普勒频移搜索，提高了捕获卫星的效率。进一步的，由于部分卫星是非地球静止轨道的卫星，这些卫星相对于地球是运动的，因此在一段时间捕获到当前可见的卫星的卫星信号，在经过一段时间后并不一定所有的捕获到的卫星信号可以再让接收机捕获到，因此需要定期进行捕捉，不断更新可见卫星集合，以及相应的多普勒频移，以保证可以快速捕获卫星信号。因此，需要按预设周期执行根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星，即按预设周期重复执行步骤201-203的过程。202:对所述当前可见的卫星计算卫星多普勒频移的频点，设置多普勒频移搜索范围。接收机接收到的卫星载波的多普勒频移为
权利要求
1.一种捕获卫星信号的方法，其特征在于，所述方法包括 根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星； 对所述当前可见的卫星计算卫星多普勒频移的频点，设置多普勒频移搜索范围； 根据设置的所述多普勒频移搜索范围和预设的码相位的搜索范围，对所述当前可见的卫星进行二维搜索，捕获所述当前可见的卫星的卫星信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星，包括 根据当前时间以及预先存储的卫星历书，计算各个卫星在地心地固坐标系中的位置； 获取预设的本地粗略位置，并将所述本地粗略位置转化成为地心地固坐标系中的位置； 根据所述本地粗略位置在地心地固坐标系中的位置和所述各个卫星在地心地固坐标系中的位置，计算各个卫星相对于接收机的仰角； 将相对于接收机的仰角超过预设阈值的卫星确定为当前可见的卫星。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述当前可见的卫星计算卫星多普勒频移的频点，设置多普勒频移搜索范围，包括 根据所述当前可见的卫星对应的卫星历书中的轨道参数确定所述当前可见的卫星的速度； 根据所述速度，预先保存的所述当前可见的卫星发射的卫星信号的波长以及所述当前可见的卫星与接收机的镜像单位向量计算卫星多普勒频移的频点； 将所述计算得到的卫星多普勒频移的频点，以及根据预设搜索步长选定所述计算得到的卫星多普勒频移的频点前一个频点和所述计算得到的卫星多普勒频移的频点后一个频点，设置所述当前可见的卫星的多普勒频移搜索范围。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星，具体为 按预设周期执行根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星。
5.一种捕获卫星信号的接收机，其特征在于，所述接收机包括 确定模块，用于根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星； 计算模块，用于对所述当前可见的卫星计算卫星多普勒频移的频点，设置多普勒频移搜索范围； 捕获模块，用于根据设置的所述多普勒频移搜索范围和预设的码相位的搜索范围，对所述当前可见的卫星进行二维搜索，捕获所述当前可见的卫星的卫星信号。
6.根据权利要求5所述的接收机，其特征在于，所述确定模块，包括 第一计算单元，用于根据当前时间以及预先存储的卫星历书，计算各个卫星在地心地固坐标系中的位置； 第一处理单元，用于获取预设的本地粗略位置，并将所述本地粗略位置转化成为地心地固坐标系中的位置；第二计算单元，用于根据所述本地粗略位置在地心地固坐标系中的位置和所述各个卫星在地心地固坐标系中的位置，计算各个卫星相对于接收机的仰角； 第一确定单元，用于将相对于接收机的仰角超过预设阈值的卫星确定为当前可见的卫星。
7.根据权利要求5所述的接收机，其特征在于，所述计算模块，包括 第二确定单元，用于根据所述当前可见的卫星对应的卫星历书中的轨道参数确定所述当前可见的卫星的速度； 第三计算单元，用于根据所述速度，预先保存的所述当前可见的卫星发射的卫星信号的波长以及所述当前可见的卫星与接收机的镜像单位向量计算卫星多普勒频移的频点； 设置单元，用于将所述计算得到的卫星多普勒频移的频点，以及根据预设搜索步长选定所述计算得到的卫星多普勒频移的频点前一个频点和所述计算得到的卫星多普勒频移的频点后一个频点，设置所述当前可见的卫星的多普勒频移搜索范围。
8.根据权利要求5所述的接收机，其特征在于，所述确定模块具体用于 按预设周期执行根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星。
全文摘要
本发明公开了一种捕获卫星信号的方法及接收机，属于定位领域。所述方法包括根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星；对所述当前可见的卫星计算卫星多普勒频移的频点，设置多普勒频移搜索范围；根据设置的所述多普勒频移搜索范围和预设的码相位的搜索范围，对所述当前可见的卫星进行二维搜索，捕获所述当前可见的卫星的卫星信号。本发明根据当前时间，预先存储的卫星历书以及预设的本地粗略位置，确定当前可见的卫星，对当前可见的卫星设置多普勒频移搜索范围和码相位搜索范围并进行二维搜索，可以快速捕获当前可见的卫星的卫星信号，节省了时间提高了捕获卫星信号的效率。
文档编号G01S19/29GK103064094SQ201210544638
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者邓中亮, 席岳, 尹露, 杨磊, 詹中伟, 董慧, 王冠一 申请人:北京邮电大学