《一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統》是東莞市泰斗微電子科技有限公司於2012年6月6日申請的專利，該專利的申請號為2012101828477，公布號為CN103472464A，授權公布日為2013年12月25日，發明人是毛磊。
《一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統》提供一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法，所述方法包括：捕獲衛星信號，獲取衛星信號的整毫秒邊界信息；對相鄰整毫秒邊界內數據進行相干積分，獲得相干積分值；根據所述相干積分值確定導航比特邊界，並同時對相干積分符號進行存儲；確定比特邊界後，進行導航比特調解，獲得最終的比特符號；收集衛星星曆，並完成定位解算。採用該發明的技術方案後，能在相對較小的資源開銷和不需要額外的建設成本基礎上，有效的縮短GNSS接收裝置的首次定位時間，提高接收裝置的定位效率。
2016年12月7日，《一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統
- 公布號：CN103472464A
- 授權日：2013年12月25日
- 申請號：2012101828477
- 申請日：2012年6月6日
- 申請人：東莞市泰斗微電子科技有限公司
- 地址：廣東省東莞市松山湖高新技術產業開發區總部二路17號A410-A411室
- 發明人：毛磊
- Int.Cl.：G01S19/24(2010.01)I；G01S19/27(2010.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System，GNSS）利用導航衛星進行定時、定位和測距，能在全世界範圍內實現全天候、全方位連續為海上、陸地和空中的用戶提供實時高精度的三維空間、速度和時間信息。截至2012年6月，GNSS包含了美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的Galileo系統、中國的北斗導航系統，以GPS系統為例，該系統主要由三部分組成，即空間部分、地面控制部分和用戶裝置部分。空間部分由24顆衛星組成，分布在6個道平面上。地面控制部分由負責管理、協調整個地面控制系統的工作的主控站、在主控站的控制下，向衛星注入尋電文的地面天線、作為數據自動收集中心的監測站和通訊輔助系統組成。用戶裝置部分主要由GPS接收機和衛星天線組成。
欲準確地利用衛星定位技術計算出遠程接收器的位置，需要精確得知全球導航衛星系統的3個或4個衛星的星鐘（clock）及軌道信息，而GNSS接收裝置一般可由每一衛星每30秒重複廣播的星曆信息（ephemeris infomation）來取得所需的信息內容。然而，由於會有許多因素影響著衛星軌道（orbit），全球導航衛星系統廣播的星曆信息的有效期通常僅在接下來的2至4小時中維持有效。
因此，若GNSS接收裝置已持續一段時間無法接收更新的星曆信息（可能是因為被關閉（turnedoff）或是停用（disabled）），當遠程接收器重新啟動（reactivate）時，任何之前已儲存的星曆信息將會失效（invalid），以及在遠程接收器能夠開始計算其目前位置（current position）之前，需要先從衛星取得更新的信息。啟動遠程接收器到計算出目前位置之間的延遲（delay）稱為首次定位時間（Time To FirstFix，TTFF）。由於任何的延遲都會影響使用者的使用，全球導航衛星系統（例如，全球定位系統（Global Positioning System，GPS））最重要的任務之一即是針對遠程接收器來延長或預測軌道的星曆以加速首次定位時間。
截至2012年6月，對首次定位時間的改進主要集中在衛星星曆收集的時間最佳化上，例如一種一般性方法為採用伺服器（server）持續收集過去許多天的星曆信息並計算延長的（extended）衛星軌道及星鐘信息。由於計算軌道具相當的複雜度且需要有一定的精確度（往往會套用擾動（perturbed）力學模型（forcemodel）來處理所接收的星曆信息），所以需要在具有強大運算能力的中央伺服器（centralserver）中使用特殊軟體，以持續估測接下來許多天的延長的軌道（extended trajectory），並能保持估測結果在可接受的誤差範圍（acceptable error limit）內。每當GNSS接收裝置重新啟動時，遠程接收器可通過網際網路（Internet）或無線通信系統（wireless communication system）來從中央伺服器接收延長的軌道信息，取代廣播的衛星信息（而不是等待衛星的重複廣播），而大幅地縮短首次定位時間。還有另一種一般性方法為採用伺服器連續地（continuously）收集並提供2012年6月前正在使用中的全球導航衛星系統的軌道及星鐘數據（其在接下來的一段延長時間中會是有效的），並將其提供給GNSS接收裝置，然而，此解決方法需要GNSS接收裝置與伺服器有連續的或至少經常性（frequent）的連線，並且遠程接收器需要具有足夠的數據儲存容量。
而事實上，GNSS接收裝置的首次定位時間由三個部分組成：衛星信號捕獲時間，比特同步時間，星曆收集時間。也就說，對首次定位時間的改進，還可以對衛星信號捕獲時間，比特同步時間的改進或者對三個部分的最佳化改進。
附圖1給出了GNSS衛星信號的結構示意：
GNSS信號由循環播放的五個子幀組成，對於衛星首次定位而言，需要收集前三個子幀中包含的星曆信息和導航比特邊界。
101為信號子幀流，五個子幀循環播放，每個子幀持續6秒時間；
102為子幀結構，每個子幀由300個導航比特組成；
103為導航比特結構，每個導航比特長度為20毫秒；
104為偽碼結構，偽碼碼長視不同的衛星系統而定（GPS為1023，北斗II為2046），總的持續時間為1毫秒；
而GNSS接收機的信號處理流程為：
1.通過搜尋偽碼相位，找到信號的整毫秒邊界；
2.在整毫秒邊界位置開始相干積分；
3.在連續的整毫秒積分值的基礎上進行比特同步，其目的是確定每個導航比特的起始邊界；
4.在導航比特邊界位置開始進行相干積分，積分長度為一個導航比特長度（20毫秒），具體操作可以是從導航比特邊界處作20個整毫秒累加，避免重複計算；
5.根據20毫秒相干積分值的符號確定導航比特（正值對應0，負值對應1）；
6.收集前三個子幀的導航比特序列解析星曆；
7.定位解算。
從上面7個步驟的描述不難看出，每一步的輸入信息，都是上一步的輸出結果，因為時間上的因果關係，所以接收機在首次定位時間為上述步驟消耗時間的總和，也就是說，理論上存在對上述步驟進行合理的統籌最佳化，以減少首次定位時間的可能性，而《一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統》正是基於這樣的研究思路，提出的一種新的縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統。
發明內容
專利目的
《一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統》的目的是提供一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統，能夠有效縮短GNSS接收裝置首次定位時間。
技術方案
《一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統》所述方法包括：捕獲衛星信號，獲取衛星信號的整毫秒邊界信息；對相鄰整毫秒邊界內數據進行相干積分，獲得相干積分值；根據所述相干積分值確定導航比特邊界，並同時對相干積分符號進行存儲；確定比特邊界後，進行導航比特調解，獲得最終的比特符號；收集衛星星曆，並完成定位解算。
更進一步，所述對相鄰整毫秒邊界內數據進行相干積分的長度為1毫秒。
更進一步，所述的導航比特邊界是指從每連續的20個整毫秒邊界中確定的導航比特邊界。
更進一步，所述比特調解是指從比特邊界的位置開始進行長度為20毫秒的符號累加，得到所述最終的比特符號。
更進一步，所述最終的比特符號，如果是負號，對應的導航比特為1；如果是正號，對應的導航比特為0。
更進一步，所述GNSS接收裝置為北斗2代接收裝置。
《一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統》還提供一種套用所述縮短GNSS接收裝置首次定位時間方法的縮短GNSS接收裝置首次定位時間系統。
更進一步，所述對相鄰整毫秒邊界內數據進行相干積分的長度為1毫秒。
更進一步，所述的導航比特邊界是指從每連續的20個整毫秒邊界中確定的導航比特邊界。
更進一步，所述比特調解是指從比特邊界的位置開始進行長度為20毫秒的符號累加，得到所述最終的比特符號。
更進一步，所述最終的比特符號，如果是負號，對應的導航比特為1；如果是正號，對應的導航比特為0。
更進一步，所述GNSS接收裝置為北斗2代接收裝置。
改善效果
採用《一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統》的技術方案後，能在相對較小的資源開銷和不需要額外的建設成本基礎上，有效的縮短GNSS接收裝置的首次定位時間，提高接收裝置的定位效率。
附圖說明
圖1是GNSS衛星信號的一般結構示意圖；
圖2是《一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統》實施例實現裝置結構框圖；
圖3是該發明實施例流程示意圖。
技術領域
《一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統》涉及衛星導航信號處理技術領域，尤其涉及一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統。
權利要求
1.一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法，其特徵在於，所述方法包括:捕獲衛星信號，獲取衛星信號的整毫秒邊界信息;對相鄰整毫秒邊界內數據進行相干積分，獲得相干積分值;根據所述相干積分值確定導航比特邊界，並同時對相干積分符號進行存儲;確定比特邊界後，進行導航比特調解，獲得最終的比特符號;收集衛星星曆，並完成定位解算。
2.根據權利要求1所述的縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法，其特徵在於，所述對相鄰整毫秒邊界內數據進行相干積分的長度為1毫秒。
3.根據權利要求1或2所述的縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法，其特徵在於，所述的導航比特邊界是指從每連續的20個整毫秒邊界中確定的導航比特邊界。
4.根據權利要求1所述的縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法，其特徵在於，所述比特調解是指從比特邊界的位置開始進行長度為20毫秒的符號累加，得到所述最終的比特符號。
5.根據權利要求4所述的縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法，其特徵在於，所述最終的比特符號如果是負號，對應的導航比特為1;如果是正號，對應的導航比特為0。
6.根據權利要求1或2或4或5所述的縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法，其特徵在於，所述GNSS接收裝置為北斗2代接收裝置。
實施方式
在《一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統》實施例中，如附圖2所示，201為衛星信號捕獲單元，完成可見衛星捕獲工作，輸出所捕獲的衛星信號的整毫秒邊界信息。該單元可以有各種不同的方法實現，該單元與該方案描述的工作原理無直接關係，所以不需要詳細說明。
202為積分單元，其作用是根據捕獲單元獲得的整毫秒邊界信息，對整毫秒邊界內的數據進行長度為1毫秒的相干積分，輸出相干積分值。
203為導航比特同步單元，該單元從202的運算結果中獲得相干積分值來確定導航比特邊界，衛星信號的時長為1毫秒。根據GNSS衛星信號的特點，衛星星曆通過導航比特傳播，每個導航比特的長度為20毫秒，該單元所要完成的工作便是從每連續的20個整毫秒邊界中確定導航比特的邊界，且，在不知道比特邊界的前提下，因為沒有解調的起始位置，205還不能開始工作。
204為存儲單元，在203工作的同時，205已經可以獲取整毫秒信號的相干積分結果了，但是在不知道導航比特邊界的情況下系統暫時不能對其進行解調處理。所以該單元將所有整毫秒相干積分的符號進行存儲，符號為正號或者負號，假設203需要的處理的時間為n秒鐘，那么即存儲了n秒鐘的符號數據，以便在203確定導航比特邊界之後，205直接調用相干積分符號數據用於解調導航比特和收集星曆，從而省去了重新獲取整毫秒相干積分符號的時間。
205為比特解調單元，該單元的作用是從導航比特邊界位置開始進行長度為20毫秒的符號累加，得到最終的比特符號，如果為負對應的導航比特為1，如果為正，對應的導航比特為0。
206為星曆收集單元，根據GNSS衛星信號的幀結構特點，該單元從205中獲取導航比特，收集信號前三個子幀中的導航比特序列數據來解析星曆。
207為定位解算單元，利用206的星曆信息進行定位解算。
附圖3是《一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統》實施例的流程示意圖：
衛星信號捕獲301後，對衛星信號進行相干積分302，然後進行導航比特同步303的同時，對相干積分302輸出的相干積分符號存儲304，當導航比特同步303結束後，利用導航比特同步303得到的導航比特邊界和相干積分符號存儲304中存儲的相干積分符號進行導航比特調解305，得到最終的比特符號，再進行星曆收集306後，進行定位解算307，得到最終的定位結果，完成首次定位。
需要說明的是303和304並行執行；305的執行起點為303的執行結束點；304的執行時間由303的執行時間決定，即304存儲的數據長度為303執行時間；該方案節省的時間長度等於303執行的時間。
榮譽表彰
2016年12月7日，《一種縮短GNSS接收裝置首次定位時間的方法和系統》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
