一种全球卫星导航定位系统中接收机的定位方法与接收的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种全球卫星导航定位系统中接收机的定位方法与接收机，所述方法包括：获取本次参与所述接收机定位的至少4颗卫星中每颗卫星对应的第一本地时间，所述第一本地时间为接收机接收到卫星本次参与所述接收机定位时发送的导航电文的时刻；确定每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值，所述第二本地时间为卫星上次参与所述接收机定位时发送的导航电文的时刻；根据所述差值和所述每颗卫星上次参与所述接收机定位时发送导航电文的时刻，确定每颗卫星本次参与定位时发射导航电文的时刻；根据所述每颗卫星本次参与定位时发射导航电文的时刻确定所述接收机的位置。本发明中，不需要进行导航电文的帧同步，提高接收机定位速度。
【专利说明】一种全球卫星导航定位系统中接收机的定位方法与接收机
【技术领域】
[0001]本发明涉及卫星通信与导航【技术领域】，特别是涉及一种全球卫星导航定位系统中接收机的定位方法与接收机。
【背景技术】
[0002]随着当代社会经济的发展，交通运输业的日益成熟和人类出行方式的多样化，人们与外界交流的范围越来越广。在道路交通日新月异的今天，路况信息日益复杂，但是随着GPS (Global Posit1ning System，全球定位系统)的出现，人们的出行时只要有一个GPS接收机就可以不再受到地域范围距离的限制，可以在一个完全陌生的城市自由穿梭。
[0003]GPS接收机的启动方式可以分为冷启动、暖启动和热启动三种。GPS接收机的热启动一般是指接收机启动时还保存有卫星的完整有效星历的启动过程。对于使用GPS接收机的用户来说，最能体现用户体验的就是GPS接收机启动后完成首次定位的速度。参考图1所示，为现有技术中GPS接收机热启动时进行接收机定位的流程图，GPS接收机捕获到卫星发送的导航电文之后，只要有足够的跟踪通道完成导航电文帧同步，利用已保存的有效星历即可实现接收机的定位。
[0004]采用热启动的方式，在进行帧同步时，接收机至少要完整的接收到一个子帧的数据，才能计算出符合要求(接收机热启动的性能要求)的接收机位置坐标。参考图2所示，如2为导航电文的格式示意图，导航电文一个完整帧包括5个子帧，每个子帧包括10个字，每个字包括30个导航比特，每个导航比特由20个重复的C/A伪码构成。一个伪码占用Ims的时间长度，那么，每个子帧的长度就是6s，由导航电文帧同步得到本次卫星发射信号时间的过程一般大概需要6秒的时间，这对于用户使用接收机进行定位来说，接收机热启动进行定位的时间较长，定位速度慢、效率低，用户体验较差。
【发明内容】
[0005]为了加快接收机启动后定位的速度，本发明提供一种全球卫星导航定位系统中接收机的定位方法与接收机，以解决现有技术中，采用导航电文的帧同步的方式进行接收机的定位，导致定位时间较长，定位速度慢、效率低的技术问题。
[0006]本发明提供了一种全球卫星导航定位系统中接收机的定位方法与接收机，不需要进行导航电文的帧同步，就能解算出导航电文的发送时刻，解算过程是一个线性计算，复杂度较低，计算量小，速度较快，从而实现GPS接收机快速定位。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供一种全球卫星导航定位系统中接收机的定位方法与接收机，本发明提供如下技术方案:
[0008]一种全球卫星导航定位系统中接收机的定位方法，该方法包括:
[0009]获取本次参与所述接收机定位的至少4颗卫星中每颗卫星对应的第一本地时间，所述第一本地时间为接收机接收到卫星本次参与所述接收机定位时发送的导航电文的时刻；
[0010]确定所述每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值，所述第二本地时间为所述卫星上次参与所述接收机定位时发送的导航电文的时刻；
[0011]根据所述差值和所述每颗卫星上次参与所述接收机定位时发送导航电文的时刻，确定每颗卫星本次参与定位时发射导航电文的时刻；
[0012]根据所述每颗卫星本次参与定位时发射导航电文的时刻确定所述接收机的位置，以完成接收机的定位。
[0013]优选的，所述确定每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值之后，还包括:
[0014]对每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值进行归一化处理，归一化公式为:
[0015](Trtc_cur-Tinner_20_cur) - (Trtc_last-Tinner_20_last),
[0016]其中，Trtc_cur为卫星的第一本地时间，Tinner_20_cur为卫星本次参与定位时一导航比特之内的时间，所述一导航比特之内的时间为20ms之内的时间，Trtc_last为卫星的第二本地时间，Tinner_20_last为卫星上次参与定位一导航比特之内的时间；
[0017]将归一化后的差值作为每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值。
[0018]优选的，将归一化后的差值作为每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值之后，还包括:
[0019]确定每颗卫星对应的归一化后的差值包括的导航比特数，公式为:
[0020]nBits=f10r(Trtc_span/20),
[0021]其中，nBits为导航比特数,floor表示取小于Trtc_span/20的最大整数值，Trtc_span为每颗卫星对应的归一化后的差值；
[0022]则所述卫星本次参与定位时发射导航电文时刻具体根据归一化后的差值包括的导航比特数和卫星上次参与所述接收机定位时发送导航电文的时刻确定。
[0023]优选的，在获取导航比特数时考虑接收机本地时钟的误差，对确定的导航比特数进行修正，则所述导航比特数的计算公式为:
[0024]nBits=floor ( (Trtc_span+a)/20),其中a为接收机本地时钟的修正值。
[0025]优选的，卫星本次参与定位时发射导航电文的时刻为Tsat_last_Tinner_20_last+nBits*20+Tinner_20_cur,其中Tsat_last为卫星上次参与所述接收机定位时发送导航电文的时刻。
[0026]本发明实施例还提供一种接收机，所述接收机包括:
[0027]获取模块，用于获取本次参与所述接收机定位的至少4颗卫星中每颗卫星对应的第一本地时间，所述第一本地时间为接收机接收到卫星本次参与所述接收机定位时发送的导航电文的时刻；
[0028]差值确定模块，用于确定所述每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值，所述第二本地时间为所述卫星上次参与所述接收机定位时发送的导航电文的时刻；
[0029]导航电文发送时刻确定模块，用于根据所述差值和所述每颗卫星上次参与所述接收机定位时发送导航电文的时刻，确定每颗卫星本次参与定位时发射导航电文的时刻；
[0030]定位模块，用于根据所述每颗卫星本次参与定位时发射导航电文的时刻确定所述接收机的位置，以完成接收机的定位。
[0031]优选的，所述接收机还包括:
[0032]归一化模块，用于确定每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值之后，对每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值进行归一化处理，归一化公式为:
[0033](Trtc_cur-Tinner_20_cur) - (Trtc_last-Tinner_20_last),
[0034]其中，Trtc_cur为卫星的第一本地时间，Tinner_20_cur为卫星本次参与定位时一导航比特之内的时间，所述一导航比特之内的时间为20ms之内的时间，Trtc_last为卫星的第二本地时间，Tinner_20_last为卫星上次参与定位一导航比特之内的时间；
[0035]则所述差值确定模块，具体用于将归一化后的差值作为每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值。
[0036]优选的，所述接收机还包括:
[0037]比特数确定模块，用于将归一化后的差值作为每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值之后，确定每颗卫星对应的归一化后的差值包括的导航比特数，公式为:
[0038]nBits=f10r(Trtc_span/20),
[0039]其中，nBits为导航比特数,floor表示取小于Trtc_span/20的最大整数值，Trtc_span为每颗卫星对应的归一化后的差值；
[0040]则所述导航电文发送时刻确定模块，具体用于根据归一化后的差值包括的导航比特数和卫星上次参与所述接收机定位时发送导航电文的时刻，确定卫星本次参与定位时发射导航电文时刻。
[0041]优选的，比特数确定模块还用于在获取导航比特数时考虑接收机本地时钟的误差，对确定的导航比特数进行修正，则所述导航比特数的计算公式为:
[0042]nBits=f10r ( (Trtc_span+a)/20)
[0043]其中a为接收机本地时钟的修正值。
[0044]优选的，导航电文发送时刻确定模块获取的卫星本次参与定位时发射导航电文的时刻为:
[0045]Tsat_last-Tinner_20_last+nBits*20+Tinner_20_cur,其中 Tsat_last 为卫星上次参与所述接收机定位时发送导航电文的时刻。
[0046]本发明的技术方案中，获取本次参与所述接收机定位的至少4颗卫星中每颗卫星对应的第一本地时间和第二本地时间，所述第一本地时间为接收机接收到卫星本次参与所述接收机定位时发送的导航电文的时刻；所述第二本地时间为所述卫星上次参与所述接收机定位时发送的导航电文的时刻；然后得到第一本地时间与第二本地时间的差值，所述差值即为卫星上次发送导航电文与本次发送导航电文的时间间隔，根据接收机中保存的卫星上次发送导航电文的时刻，即可确定卫星本次发送导航电文的时刻。根据卫星本次发送导航电文的时刻，以及保存的卫星有效星历数据，再结合接收机位置的解算方法就可以确定接收机的位置，完成对接收机的定位。在接收机的整个定位过程中，只需要进行导航电文的位同步，确保卫星跟踪状态良好，然后，根据本地时钟确定的相邻两次接收机接收到导航电文的时间间隔就可以，并不需要对导航电文进行帧同步，使得接收机在热启动状态下，完成接收机首次定位(TTFF，Time to First Fix)能够在Is之内完成，定位速度快、效率高，完全能够满足接收机对热启动的性能要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0047]为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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。
[0048]图1为现有技术中接收机热启动定位的方法流程图；
[0049]图2导航电文的格式示意图；
[0050]图3为GPS接收机定位原理示意图；
[0051]图4为本发明一种全球卫星导航定位系统中接收机的定位方法实施例1的流程图；
[0052]图5为本发明一种全球卫星导航定位系统中接收机的定位方法实施例2的流程图；
[0053]图6为本发明一种全球卫星导航定位系统中接收机的定位方法实施例3的流程图；
[0054]图7为本发明一种接收机实施例1的结构示意图；
[0055]图8为本发明一种接收机实施例2的结构示意图；
[0056]图9为本发明一种接收机实施例3的结构示意图；
[0057]图10为本发明实施例中用到的各时刻的关系示意图。
【具体实施方式】
[0058]为了使本【技术领域】的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059]为了便于对本发明实施方式的描述以及对本发明实施方式的理解，本发明中的实施例均以GPS接收机为例进行说明，但是本发明的技术方案除了应用于GPS卫星导航系统之外，同样能够应用于北斗卫星导航系统(BDS)、Galileo卫星导航系统和GL0NASS卫星导航系统。
[0060]一般GPS接收机能够完成定位必须能够至少同时捕获四个卫星的信号，当然，捕获到的卫星信号越多，接收机的定位越精确。在开始介绍本发明的技术方案之前，对GPS接收机定位的基本原理进行简单介绍。以接收机捕获4个卫星为例，参考图3所示，为GPS接收机定位原理示意图，假设GPS接收机对应的空间直角坐标为(X，Y，Z)，其捕获到的4个卫星的空间直角坐标分别为(XI，Yl，Zl)、(X2，Y2，Z2)、(X3，Y3，Z3)和(X4，Y4，Z4)，接收机位置的计算公式如下:
【权利要求】
1.一种全球卫星导航定位系统中接收机的定位方法，其特征在于，所述方法包括: 获取本次参与所述接收机定位的至少4颗卫星中每颗卫星对应的第一本地时间，所述第一本地时间为接收机接收到卫星本次参与所述接收机定位时发送的导航电文的时刻；确定所述每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值，所述第二本地时间为所述卫星上次参与所述接收机定位时发送的导航电文的时刻； 根据所述差值和所述每颗卫星上次参与所述接收机定位时发送导航电文的时刻，确定每颗卫星本次参与定位时发射导航电文的时刻； 根据所述每颗卫星本次参与定位时发射导航电文的时刻确定所述接收机的位置，以完成接收机的定位。
2.根据权利要求1任一项所述的方法，其特征在于，所述确定每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值之后，还包括: 对每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值进行归一化处理，归一化公式为:
(Trtc_cur_Tinner_20_cur) - (Trtc_last_Tinner_20_last), 其中，Trtc_cur为卫星的第一本地时间，Tinner_20_cur为卫星本次参与定位时一导航比特之内的时间，所述一导航比特之内的时间为20ms之内的时间，Trtc_last为卫星的第二本地时间，Tinner_20_last为卫星上次参与定位一导航比特之内的时间； 将归一化后的差值作为每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将归一化后的差值作为每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值之后，还包括: 确定每颗卫星对应的归一化后的差值包括的导航比特数，公式为: nBits=f10r(Trtc_span/20), 其中，nBits为导航比特数,floor表示取小于Trtc_span/20的最大整数值,Trtc_span为每颗卫星对应的归一化后的差值； 则所述卫星本次参与定位时发射导航电文时刻具体根据归一化后的差值包括的导航比特数和卫星上次参与所述接收机定位时发送导航电文的时刻确定。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在获取导航比特数时考虑接收机本地时钟的误差，对确定的导航比特数进行修正，则所述导航比特数的计算公式为: nBits=floor ( (Trtc_span+a) /20),其中a为接收机本地时钟的修正值。
5.根据权利要求3或4任一项所述的方法，其特征在于，卫星本次参与定位时发射导航电文的时刻为 Tsat_last_Tinner_20_last+nBits*20+Tinner_20_cur,其中 Tsat_last 为卫星上次参与所述接收机定位时发送导航电文的时刻。
6.一种接收机，其特征在于，所述接收机包括: 获取模块，用于获取本次参与所述接收机定位的至少4颗卫星中每颗卫星对应的第一本地时间，所述第一本地时间为接收机接收到卫星本次参与所述接收机定位时发送的导航电文的时刻； 差值确定模块，用于确定所述每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值，所述第二本地时间为所述卫星上次参与所述接收机定位时发送的导航电文的时刻； 导航电文发送时刻确定模块，用于根据所述差值和所述每颗卫星上次参与所述接收机定位时发送导航电文的时刻，确定每颗卫星本次参与定位时发射导航电文的时刻； 定位模块，用于根据所述每颗卫星本次参与定位时发射导航电文的时刻确定所述接收机的位置，以完成接收机的定位。
7.根据权利要求6所述的接收机，其特征在于，所述接收机还包括: 归一化模块，用于确定每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值之后，对每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值进行归一化处理，归一化公式为:(Trtc_cur_Tinner_20_cur) - (Trtc_last_Tinner_20_last), 其中，Trtc_cur为卫星的第一本地时间，Tinner_20_cur为卫星本次参与定位时一导航比特之内的时间,所述一导航比特之内的时间为20ms之内的时间，Trtc_last为卫星的第二本地时间，Tinner_20_last为卫星上次参与定位一导航比特之内的时间； 则所述差值确定模块，具体用于将归一化后的差值作为每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值。
8.根据权利要求7所述的接收机，其特征在于，所述接收机还包括: 比特数确定模块，用于将归一化后的差值作为每颗卫星对应的第一本地时间与第二本地时间的差值之后，确定每颗卫星对应的归一化后的差值包括的导航比特数，公式为:nBits=f10r(Trtc_span/20), 其中，nBits为导航比特数,floor表示取小于Trtc_span/20的最大整数值,Trtc_span为每颗卫星对应的归一化后的差值； 则所述导航电文发送时刻确定模块，具体用于根据归一化后的差值包括的导航比特数和卫星上次参与所述接收机定位时发送导航电文的时刻，确定卫星本次参与定位时发射导航电文时刻。
9.根据权利要求8所述的接收机，其特征在于，比特数确定模块还用于在获取导航比特数时考虑接收机本地时钟的误差，对确定的导航比特数进行修正，则所述导航比特数的计算公式为:
nBits=f10r ( (Trtc_span+a)/20) 其中a为接收机本地时钟的修正值。
10.根据权利要求8或9任一项所述的接收机，其特征在于，导航电文发送时刻确定模块获取的卫星本次参与定位时发射导航电文的时刻为:Tsat_last-Tinner_20_last+nBits*20+Tinner_20_cur,其中Tsat_last为卫星上次参与所述接收机定位时发送导航电文的时刻。
【文档编号】G01S19/42GK104181566SQ201310191152
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月21日 优先权日:2013年5月21日
【发明者】胡斌, 冯云庆, 胡胜发 申请人:安凯(广州)微电子技术有限公司