一种接收机及实现接收机启动的方法与流程

本文涉及但不限于信号处理技术，尤指一种接收机及实现接收机启动的方法。

背景技术：

全球卫星导航系统(GNSS)在人们的日常生活中发挥着越来越不可替代的重要作用，尤其在导航、定时、测绘等领域得到越来越多的应用。目前，全球卫星导航系统主要包括美国的全球定位系统(GPS)、中国的北斗(BD)系统、俄罗斯的全球导航卫星定位系统(GLONASS)，以及欧洲的伽利略(Galileo)系统。在中国和亚太地区，GPS和北斗系统应用较为广泛；而在俄罗斯，以GPS和GLONASS应用较多。由于伽利略系统远未成熟，尚不可提供正式服务。上述四个主要的卫星导航系统中，GPS、BD和伽利略均采用码分多址(CDMA，Code Division Multiple Access)信号制式，只有GLONASS系统采用频分多址(FDMA，Frequency Division Multiple Access)信号制式。

除了基本的软硬件处理器之外，相关技术中的导航接收机(后续简称为接收机)的基本配置还包括一颗非易失性存储器和一个内置的实时时钟(RTC，real-time clock)。非易失性存储器一般包括闪存(Flash)或电可擦写可编程只读(EEPROM)存储器，用来保存接收机上次关机之前的位置、速度、时间、日期、星历和历书等数据信息，以供接收机下一次启动使用。但星历信息的有效期通常较短，如GPS星历的有效期只有4小时，而历书信息的有效期却较长，可达半年以上。RTC在接收机关机的时间里依旧继续运行，以维持对时间信息的掌握。

以何种方式启动对导航接收机来说至关重要。启动方式不同，接收机的操作就不同，接收机的启动时间(首次定位时间)也就不同，接收机的捕获性能也将存在差异。接收机的启动方式一般分为：冷启动、温启动和热启动。冷启动时，接收机不知道当前的时间及其所处的位置，在非易失性存储器上也未保存任何有效的星历信息与历书信息，首次定位所需时间最长。温启动是指接收机没有有效的星历信息，但在误差小于5分钟的当前时间、误差小于100千米(km)的位置信息以及有效的历书信息情况下的启动。如果接收机不但具备温启动的条件，而且还保存着有效的星历信息，那么接收机就可以进行热启动。在上述三种启动方式中，冷启动方式对应的捕获操作最为复杂，因此该方式所需的首次定位时间也最长；由于没有任何有效的卫星信息，冷启动后的接收机只能处于盲捕状态，即它只能在整个导航系统(如GPS)星座中逐个依次地搜索所有卫星，并对每颗卫星进行最大范围的二维搜索。

相关技术中，接收机启动时，一般是根据非易失性存储器和RTC提供的时间差，选定启动方式。当接收机开机后，从非易失性存储器中读出上次关机时保存的时间信息，再读取RTC当前的时间信息，计算RTC当前的时间信息与上次关机时保存的时间信息之间的时间差，记为TimeDiff，通过TimeDiff判断启动类型。图1为相关技术中接收机启动的方法的流程图，如图1所示，包括：从非易失性存储器中读出上次关机时保存的时间信息和实时时钟(RTC)当前的时间信息，计算RTC当前的时间信息与关机时保存的时间信息的时间差；时间差大于星历信息的有效时长，则进行冷启动，即对所有卫星进行“盲捕获”处理；如果时间差小于或等于有效时长，且大于预设时长，接收机启动方式为温启动；如果时间差小于或等于预设时长，接收机启动方式为热启动。相关技术中也有进一步判断历书信息的有效性，如果历书信息有效，则采用历书信息辅助接收机的启动操作。温启动、热启动方式的选择也是根据时间差的具体取值来决定的。例如、如果时间差小于8小时但大于2小时，则选择温启动；如果时间差小于2小时，则选择热启动。

综上所述，因为冷启动时没有任何可用的卫星信息，接收机冷启动时，采用盲捕获方式耗费时间长，影响接收机的适用。

技术实现要素：

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本发明实施例提供一种接收机及实现接收机启动的方法，能够减少冷启动的耗时，提升盲捕获的工作效率。

本发明实施例提供了一种实现接收机启动的方法，包括：

接收机采用冷启动之前，获取无效的星历信息和/或历书信息；

根据获取的无效的星历信息和/或历书信息生成用于冷启动的参考星空图；

根据生成的参考星空图按照预设的捕获顺序进行接收机的冷启动；

其中，所述参考星空图中包括：可见卫星、未知卫星、不可见卫星。

可选的，未获取得到所述无效的星历信息和历书信息时，所述方法还包括：

采用冷启动方式启动所述接收机。

可选的，所述根据获取的无效的星历信息和/或历书信息生成用于冷启动的参考星空图包括：

从非易失性存储器中读取所述接收机的在前一次关机时的关机位置；

根据读取的所述接收机的在前一次关机时的关机位置，结合获取的无效的星历信息和/或历书信息计算所有卫星在在前一次关机时的空间位置；

根据计算获得的所有卫星在在前一次关机时的空间位置，确定在前一次关机时的在前星空图；

计算接收机在前一次关机时的在前实时时钟RTC时间与当前RTC时间的时间间隔；

根据确定的在前星空图、计算得到的时间间隔，结合卫星运动规律信息确定用于接收机冷启动的包含所有卫星的空间位置的参考星空图。

可选的，所述空间位置包括：在所述关机位置，以扩展仰角表示的各卫星在空间中的位置；

其中，所述扩展仰角为大于等于0度、小于360度。

可选的，所述根据生成的参考星空图按照预设的捕获顺序进行接收机的冷启动包括：

根据生成的参考星空图，按照可见卫星、未知卫星、不可见卫星的捕获顺序进行接收机的冷启动。

另一方面，本发明实施例还提供一种接收机，包括：获取单元、生成单元和启动处理单元；其中，

获取单元用于，采用冷启动之前，获取无效的星历信息和/或历书信息；

生成单元用于，根据获取的无效的星历信息和/或历书信息生成用于冷启动的参考星空图；

启动处理单元用于，根据生成的参考星空图按照预设的捕获顺序进行接收机的冷启动；

其中，所述参考星空图中包括：可见卫星、未知卫星、不可见卫星。

可选的，所述启动处理单元还用于：未获取得到所述无效的星历信息和历书信息时，采用冷启动方式启动。

可选的，所述生成单元具体用于：

从非易失性存储器中读取所述接收机的在前一次关机时的关机位置；

根据读取的所述接收机的在前一次关机时的关机位置，结合获取的无效的星历信息和/或历书信息计算所有卫星在在前一次关机时的空间位置；

根据计算获得的所有卫星在在前一次关机时的空间位置，确定在前一次关机时的在前星空图；

计算接收机在前一次关机时的在前实时时钟RTC时间与当前RTC时间的时间间隔；

根据确定的在前星空图、计算得到的时间间隔，结合卫星运动规律信息确定用于接收机冷启动的包含所有卫星的空间位置的所述参考星空图。

可选的，所述空间位置包括：在所述关机位置，以扩展仰角表示的各卫星在空间中的位置；

其中，所述扩展仰角为大于等于0度、小于360度。

可选的，所述启动处理单元具体用于：

根据生成的参考星空图，按照可见卫星、未知卫星、不可见卫星的捕获顺序进行接收机的冷启动。

与相关技术相比，本申请技术方案包括：接收机采用冷启动之前，获取无效的星历信息和/或历书信息；根据获取的无效的星历信息和/或历书信息生成用于冷启动的参考星空图；根据生成的参考星空图按照预设的捕获顺序进行接收机的冷启动；其中，参考星空图中包括：可见卫星、未知卫星、不可见卫星。本发明实施例通过无效的星历信息和/或历书信息生成用于冷启动的参考星空图，提升了冷启动时的捕获效率，缩短了冷启动所需的时长。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为相关技术中接收机启动的方法的流程图；

图2为本发明实施例实现接收机启动的方法的流程图；

图3为本发明实施例接收机的结构框图；

图4为本发明应用示例的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图2为本发明实施例实现接收机启动的方法的流程图，如图2所示，包括：

步骤200、接收机采用冷启动之前，获取无效的星历信息和/或历书信息；

需要说明的是，本发明实施例无效的星历信息包括：接收机启动之前，对星历信息进行是否可用的判断(星历信息可用相当于星历信息健全，可以参照相关技术中系统中已有的判断方法实现；也可以通过设置标识后，通过设置的标识信息确定星历信息是否连续，以确定星历信息是否健全)后，对可用的星历信息参照系统设置的星历信息的有效时长，在接收器需要启动时，如果接收机在前一次关机时的在前RTC时间和当前RTC时间的时间间隔大于星历信息的有效时长，确定星历信息无效；无效的历书信息包括：接收机启动之前，对历书信息进行是否可用的判断(历书信息可用相当于历书信息健全，可以参照相关技术中系统中已有的判断方法实现；也可以通过设置标识后，通过设置的标识信息确定历书信息是否连续，以确定历书信息是否健全)后，对可用的历书信息参照系统设置的历书信息的有效时长，在接收器需要启动时，如果接收机在前一次关机时的在前RTC时间和当前RTC时间的时间间隔大于历书信息的有效时长，确定历书信息无效。

步骤201、根据获取的无效的星历信息和/或历书信息生成用于冷启动的参考星空图；

其中，参考星空图中包括：可见卫星、未知卫星、不可见卫星。

可选的，本发明实施例，根据获取的无效的星历信息和/或历书信息生成用于冷启动的参考星空图包括：

从非易失性存储器中读取接收机的在前一次关机时的关机位置；

根据读取的接收机的在前一次关机时的关机位置，结合获取的无效的星历信息和/或历书信息计算所有卫星在在前一次关机时的空间位置；

根据计算获得的所有卫星在在前一次关机时的空间位置，确定在前一次关机时的在前星空图；

计算接收机在前一次关机时的在前实时时钟(RTC)时间与当前RTC时间的时间间隔；

根据确定的在前星空图、计算得到的时间间隔，结合卫星运动规律信息确定用于接收机冷启动的包含所有卫星的空间位置的参考星空图。

需要说明的时，参照相关技术，卫星运动规律信息包括：卫星导航系统中的每颗卫星的运行规律，譬如每一颗卫星按照一定的轨道和一定的运行周期绕着地球旋转。以全球定位系统(GPS，Global Positioning System)为例，GPS的空间星座部分由21颗工作卫星和3颗备用卫星构成，处于正常运行状态的实际卫星数目为30颗左右；其中，24颗卫星分布在6个轨道上，每个轨道上不均匀地分布着4颗卫星。每个轨道面与地球赤道面的夹角约为55度，相邻两个轨道面的升交点经度相差60度，而在相邻轨道上邻近卫星的升交点角距又相差30度。GPS卫星属于地球中轨卫星，卫星轨道的平均高度约为20200千米(km)，运行轨道是一个很接近于正圆的椭圆，运行周期为11小时58分。考虑到周期为24小时的地球自转，那么相对于地面上的一个固定观测点来讲，卫星的运行和分布状况大约每隔23小时56分重复一次。相对于地面观测点(例如关机位置)，卫星相邻两次重复出现的时间间隔是一个十分重要的卫星运行参数，本发明实施例中称之为观测点卫星运行周期(本发明实施例可以记为Period)。本发明实施例根据时间间隔和卫星运动规律信息可以实现将在前星空图转化为参考星空图。

可选的，本发明实施例中的空间位置包括：在关机位置，以扩展仰角表示的各卫星在空间中的位置；

其中，扩展仰角为大于等于0度、小于360度。

需要说明的时，本发明实施例，在前星空图根据在前一次关机时所有卫星的空间位置确定，即在关机位置，根据确定的水平位置确定各卫星与水平位置构成的夹角；本发明实施例确定的水平位置和相关技术中计算卫星仰角的水平位置相同，本发明实施例采用扩展仰角表示各个卫星在空间中的位置，对所有卫星的位置通过扩展仰角进行了表示。本发明实施例，当卫星从不可见逐渐变为可见时，与地平面对齐时定义为0度，然后随着卫星逐渐升高，扩展仰角逐渐变大，当到用户头顶时为90度，之后卫星高度下降，扩展仰角变为钝角，直至180度，再往后变为不可见，随着卫星继续运转，扩展仰角变为从180度～360度；下一个周期开始后，重复0～360度的变化。需要说明的是，根据历书，可以直接计算出不可见卫星的扩展仰角；但根据星历，需要根据卫星在轨道上的分布，推断出不可见卫星的扩展仰角。计算出所有在轨卫星的扩展仰角后，就获得了星空图。本发明实施例，可见卫星可以包括：扩展仰角处于5度～175度范围内的卫星；当扩展仰角处于0～5度、175～185度、355～360度范围内时，可认为不可见卫星；其它未星为未知卫星。本发明实施例可以获得所有在轨卫星对应的扩展仰角。

步骤202、根据生成的参考星空图按照预设的捕获顺序进行接收机的冷启动；

可选的，本发明实施例，未获取得到无效的星历信息和历书信息时，本发明实施例方法还包括：

采用冷启动方式启动接收机。

这里，未获取无效的星历信息和历书信息时，采用冷启动方式启动接收机是指：参照相关技术的冷启动方式，采用盲捕获的方式启动接收机。

可选的，本发明实施例根据生成的参考星空图按照预设的捕获顺序进行接收机的冷启动包括：

根据生成的参考星空图，按照可见卫星、未知卫星、不可见卫星的捕获顺序进行接收机的冷启动。

需要说明的是，参照上述扩展仰角的定义，可见卫星可以是扩展仰角处于5度～175度范围内的卫星；本发明实施例可以是从任意一个可见星开始冷启动的捕获，也可以是从扩展仰角为90的卫星开始逐步向扩展仰角逐渐变大和变小的位置进行冷启动捕获。

本发明实施例通过无效的星历信息和/或历书信息生成用于冷启动的参考星空图，提升了冷启动时的捕获效率，缩短了冷启动所需的时长。

图3为本发明实施例接收机的结构框图，如图3所示，包括：获取单元、生成单元和启动处理单元；其中，

获取单元用于，采用冷启动之前，获取无效的星历信息和/或历书信息；

生成单元用于，根据获取的无效的星历信息和/或历书信息生成用于冷启动的参考星空图；

可选的，本发明实施例生成单元具体用于：

从非易失性存储器中读取接收机的在前一次关机时的关机位置；

根据读取的接收机的在前一次关机时的关机位置，结合获取的无效的星历信息和/或历书信息计算所有卫星在在前一次关机时的空间位置；

根据计算获得的所有卫星在在前一次关机时的空间位置，确定在前一次关机时的在前星空图；

计算接收机在前一次关机时的在前实时时钟RTC时间与当前RTC时间的时间间隔；

根据确定的在前星空图、计算得到的时间间隔，结合卫星运动规律信息确定用于接收机冷启动的包含所有卫星的空间位置的参考星空图。

需要说明的时，参照相关技术，卫星运动规律信息包括：卫星导航系统中的每颗卫星的运行规律，譬如每一颗卫星按照一定的轨道和一定的运行周期绕着地球旋转。以全球定位系统(GPS，Global Positioning System)为例，GPS的空间星座部分由21颗工作卫星和3颗备用卫星构成，处于正常运行状态的实际卫星数目为30颗左右；其中，24颗卫星分布在6个轨道上，每个轨道上不均匀地分布着4颗卫星。每个轨道面与地球赤道面的夹角约为55度，相邻两个轨道面的升交点经度相差60度，而在相邻轨道上邻近卫星的升交点角距又相差30度。GPS卫星属于地球中轨卫星，卫星轨道的平均高度约为20200千米(km)，运行轨道是一个很接近于正圆的椭圆，运行周期为11小时58分。考虑到周期为24小时的地球自转，那么相对于地面上的一个固定观测点来讲，卫星的运行和分布状况大约每隔23小时56分重复一次。相对于地面观测点(例如关机位置)，卫星相邻两次重复出现的时间间隔是一个十分重要的卫星运行参数，本发明实施例中称之为观测点卫星运行周期(本发明实施例可以记为Period)。本发明实施例根据时间间隔和卫星运动规律信息可以实现将在前星空图转化为参考星空图。

可选的，空间位置包括：在关机位置，以扩展仰角表示的各卫星在空间中的位置；

其中，扩展仰角为大于等于0度、小于360度。

需要说明的时，本发明实施例，在前星空图根据在前一次关机时所有卫星的空间位置确定，即在关机位置，根据确定的水平位置确定各卫星与水平位置构成的夹角；本发明实施例确定的水平位置和相关技术中计算卫星仰角的水平位置相同，本发明实施例采用扩展仰角表示各个卫星在空间中的位置，对所有卫星的位置通过扩展仰角进行了表示。本发明实施例，当卫星从不可见逐渐变为可见时，与地平面对齐时定义为0度，然后随着卫星逐渐升高，扩展仰角逐渐变大，当到用户头顶时为90度，之后卫星高度下降，扩展仰角变为钝角，直至180度，再往后变为不可见，随着卫星继续运转，扩展仰角变为从180度～360度；下一个周期开始后，重复0～360度的变化。需要说明的是，根据历书，可以直接计算出不可见卫星的扩展仰角；但根据星历，需要根据卫星在轨道上的分布，推断出不可见卫星的扩展仰角。计算出所有在轨卫星的扩展仰角后，就获得了星空图。本发明实施例，可见卫星可以包括：扩展仰角处于5度～175度范围内的卫星；当扩展仰角处于0～5度、175～185度、355～360度范围内时，可认为不可见卫星；其它未星为未知卫星。本发明实施例可以获得所有在轨卫星对应的扩展仰角。

启动处理单元用于，根据生成的参考星空图按照预设的捕获顺序进行接收机的冷启动；

可选的，本发明实施例，启动处理单元还用于：未获取得到无效的星历信息和历书信息时，采用冷启动方式启动。

这里，未获取无效的星历信息和历书信息时，采用冷启动方式启动接收机是指：参照相关技术的冷启动方式，采用盲捕获的方式启动接收机。

其中，参考星空图中包括：可见卫星、未知卫星、不可见卫星。

需要说明的是，本发明实施例无效的星历信息包括：接收机启动之前，对星历信息进行是否可用的判断(星历信息可用相当于星历信息健全，可以参照相关技术中系统中已有的判断方法实现；也可以通过设置标识后，通过设置的标识信息确定星历信息是否连续，以确定星历信息是否健全)后，对可用的星历信息参照系统设置的星历信息的有效时长，在接收器需要启动时，如果接收机在前一次关机时的在前RTC时间和当前RTC时间的时间间隔大于星历信息的有效时长，确定星历信息无效；无效的历书信息包括：接收机启动之前，对历书信息进行是否可用的判断(历书信息可用相当于历书信息健全，可以参照相关技术中系统中已有的判断方法实现；也可以通过设置标识后，通过设置的标识信息确定历书信息是否连续，以确定历书信息是否健全)后，对可用的历书信息参照系统设置的历书信息的有效时长，在接收器需要启动时，如果接收机在前一次关机时的在前RTC时间和当前RTC时间的时间间隔大于历书信息的有效时长，确定历书信息无效。

可选的，本发明实施例启动处理单元具体用于：

根据生成的参考星空图，按照可见卫星、未知卫星、不可见卫星的捕获顺序进行接收机的冷启动。

需要说明的是，参照上述扩展仰角的定义，可见卫星可以是扩展仰角处于5度～175度范围内的卫星；本发明实施例可以是从任意一个可见星开始冷启动的捕获，也可以是从扩展仰角为90的卫星开始逐步向扩展仰角逐渐变大和变小的位置进行冷启动捕获。

本发明实施例通过无效的星历信息和/或历书信息生成用于冷启动的参考星空图，提升了冷启动时的捕获效率，缩短了冷启动所需的时长。

以下通过具体应用示例对本发明实施例方法进行清楚详细的说明，应用示例仅用于陈述本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

应用示例

图4为本发明应用示例的方法流程图，如图4所示，本发明应用示例将本发明上述实施例和相关技术结合，包括：

步骤400、读取非易失性存储器中中存储的星历信息和历书信息；

步骤401、判断读取的星历信息是否可用；

星历信息可用时，执行步骤4020；星历信息不可用时，执行步骤4030；

步骤4020、判断星历信息是否有效；

星历信息有效时，执行步骤40210；星历信息无效时，执行步骤40220；

步骤40210、对接收机执行热启动；

步骤40220、判断历书信息是否可用；

历书信息可用时，执行步骤402210；历书信息不可用时，执行步骤402220；

步骤402210、判断历书信息是否有效；

历书信息有效时，执行步骤4022110；历书信息无效时，执行步骤4022120；

步骤4022110、采用温启动方式启动接收机；

步骤4022120、利用无效的星历信息和历书信息、结合卫星运动规律信息确定包含所有卫星的空间位置的参考星空图；

这里，本发明实施例星历信息不一定包含所有卫星的信息，因此，利用无效的星历信息结合卫星运动规律信息确定包含所有卫星的空间位置的参考星空图时，如果星历信息不包含所有卫星的信息时，可以采用历书信息进行补充确定。

完成步骤4022120之后，执行步骤402221。

步骤402220、利用无效的星历信息、结合卫星运动规律信息确定包含所有卫星的空间位置的参考星空图；

步骤402221、利用确定的参考星空图启动接收机；

可选的，按照可见卫星、未知卫星、不可见卫星的顺序，进行接收机的冷启动捕获处理。

步骤4030、判断历书信息是否可用；

历书信息可用时，执行步骤40310；历书信息不可用时，执行步骤40320；

步骤40310、判断历书信息是否有效；

历书信息有效时，执行步骤403110；历书信息无效时，执行步骤403120；

步骤403110、采用温启动方式启动接收机；

步骤403120、利用无效的历书信息、结合卫星运动规律信息确定包含所有卫星的空间位置的参考星空图；

完成步骤403120之后，执行步骤402221。

步骤40320、采用冷启动方式启动接收机，接收机进行盲捕获。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件(例如处理器)完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的每个模块/单元可以采用硬件的形式实现，例如通过集成电路来实现其相应功能，也可以采用软件功能模块的形式实现，例如通过处理器执行存储于存储器中的程序/指令来实现其相应功能。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。