本发明专利技术一种在ＧＰＳ信号缺失情况下实现快速重新捕获进而实现快速定位的方法，涉及全球卫星定位与导航领域，例如ＧＰＳ系统。该方法根据信号缺失时间的长短使用不同的策略实现快速重捕和定位。对于较短的信号缺失，例如小于２秒，使用伪跟踪环实现卫星的持续跟踪和持续定位；如果超过伪跟踪环维持时间，则使用基于先验知识的重捕方式对卫星进行直接重新捕获。对于更长的信号缺失，例如数分钟，使用基于预测的混合热重捕实现快速捕获和定位。利用该种方法在绝大多数信号缺失情况下可以实现快速的重捕。这种快速重捕与定位方法适用于任意类型的ＧＰＳ接收机基带处理芯片，能够大大提高启动和定位速度，并且结构简单，芯片面积开销小，成本低，移植方便。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及全球卫星定位与导航领域，例如GPS系统，特别是一种在 GPS信号缺失情况下实现快速重新捕获，进而实现快速定位的方法。
技术介绍
全球卫星定位与导航系统，例如全球定位系统(GPS)，包括一组发送 GPS信号的一个卫星星座(又被称为Navstar卫星)，该GPS信号能被接 收机用来确定该接收机的位置。卫星轨道被安排在多个平面内，以便在地 球上任何位置都能从至少四颗卫星接收该种信号。更典型的情况是，在地 球上绝大多数地方都能从六颗以上卫星接收该种信号。每一颗GPS卫星所传送的GPS信号都是直接序列扩频信号。商业上使 用的信号与标准定位服务(SPS)有关，而且被称之为粗码(C/A码)的 直接序列二相扩频信号，在1575.42MHz的载波下，具有每秒1.023兆码 片的速率。伪随机噪声(PN)序列长度是1023个码片，对应于l毫秒的 时间周期。每一颗卫星发射不同的PN码(Gold码)，使得信号能够从几 颗卫星同时发送，并由一接收机同时接收，相互间几乎无干扰。术语"卫 星星号"和这个PN码相关，可以用以标示不同的GPS卫星。GPS的调制信号是导航电文(又被称为D码)和PN码的组合码。导航电 文的速率为每秒50比特。D码的基本单位是一个1500比特的主帧，主帧 又分为5个300比特的子帧。其中子帧一包含了标识码，星种数据龄期， 卫星时钟修正参数信息。子帧二和子帧三包含了实时的GPS卫星星历 (ephemeris)，星历是当前导航定位信息的最主要内容。子帧四和子帧五 包含了 1-32颗卫星的健康状况，UTC校准信息和电离层修正参数及l-32 颗卫星的历书(almanac)。历书是卫星星历参数的简化子集。其每12.5分钟广播一次，寿命为一周，可延长至2个月。GPS接收机的主要目标之一是确定PN码的到达时间。术语"GPS到 达之间"指GPS卫星PN码到达GPS接收机的时间。这是通过将本地产 生的PN参考信号与接收的信号相比并且"滑动"本地基准直至与接收信 号在时间上对齐来完成的。通过称之为"相关"的相乘和积分过程，将这 两个信号相互比较。当两个信号在时间上是对齐时，输出的结果为最大。 如果每半个码片的时间里作一次这样的比较，那么在一个PN信号出现时 间里，需要完成搜索2046次比较。必须对所有卫星都进行这样的搜寻以 确定哪些卫星在视线之内。另外，接收信号频率的误差(这个偏差是由卫 星相对于接收机运动产生的多普勒效应导致)经常要求对信号频率的各种 假设进行附加的搜寻。换而言之，这个搜索过程需要通过搜索取定三个未 知量可见的卫星星号，该卫星的载波频率和PN码的码相位。搜索过程 在商业化接收机(基带处理芯片)通常采取大规模相关器并行的方式加速 捕获过程。然而，这样的搜索和捕获过程依然很费时。同时过大规模的并 行相关器还会导致功耗和成本的大幅度增加等诸多负面问题。术语"GPS重捕时间"是衡量GPS基带处理芯片性能的重要指标之一。 术语"重捕时间"是指GPS接收机在正常跟踪GPS卫星并定位的情况下， 因各种原因卫星信号缺失，进而信号重现，从信号重现得时刻起，到重新 捕获卫星时刻的时间差。类似的，术语"重定位时间"是指GPS接收机在 正常跟踪GPS卫星并定位的情况下，因各种原因卫星信号缺失，进而信号 重现，从信号重现得时刻起，到重新定位的时间差。通常GPS基带芯片在没有任何先验信息的前提下需要通过下一系列过 程才能正常定位首先进入捕获状态搜索卫星，这个过程包括搜索用户可 见的卫星号和该卫星发射信息的频率。 一旦搜索到可用的卫星，则通过一 个频率牵引过程转入跟踪状态，使接收机的频率和码相位和捕获的GPS 卫星一致。在跟踪状态下，接收机可以解调载波信息获得GPS广播的星历 和历书信息，同时计算GPS卫星到达时间。获得上述信息后，接收机即可 解算出接收机位置。当接收机在信号缺失进行重新捕获时，如果没有任何 先验信息则需要完全经历这样一个过程。这个过程通常耗时很长(>2分 钟)，GPS用户往往期望更高的启动速度。GPS接收机经常遇到GPS信号缺失的情况，特别是在GPS接收机运动和遮挡物较多的情况下。一个典型的场合是城市中行驶的车载GPS定位接收机。行驶的车辆经常遭遇各种桥梁、建筑物、隧道等遮挡物的遮挡，使接收机无法接收到足够信噪比的GPS信号。这些信号缺失的时间长度往往 从秒级到数分钟不等。信号缺失之后重新出现时，GPS接收机的重捕和重 定位时间是GPS用户关心的核心性能之一，因而吸引了相当多的研究。 很多情况下，GPS信号缺失前后有强烈的相关性，这些相关性包括 接收机启动时所在的位置和接收机最后正常跟踪的位置相差不大(例如小 于15千米)；接收机启动时和接收机最后一次运行时间间隔较小(几秒到 数分钟)，接收机最后正常跟踪的卫星仍在视线之内；最后接收的星历依 然有效；GPS信号缺失和重现时的时间已知。在这些前提下，GPS可以获 得一系列先验信息，从而可以通过各种方式大大提高重捕和定位速度。如 何提高接收机的重捕和重定位速度是GPS基带处理的一个重要研究方向。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种在GPS信号缺失情况下实现快速重新捕获进而 实现快速定位的方法，涉及全球卫星定位与导航领域，例如GPS系统，。 该方法根据信号缺失时间的长短使用不同的策略实现快速重捕和定位。对 于较短的信号缺失，例如小于2秒，使用伪跟踪环实现卫星的持续跟踪和 接收机的持续定位；对于较长的信号缺失，例如大于10秒，使用基于预 测的混合热重捕实现快速捕获和定位。采用本专利技术所述方法的全球定位系统接收机包含了一个实时时钟，该 实时时钟被接收机计算出的UTC时间进行校准，并被接收机随时读取， 同时该接收机通过外部电池供电保证接收机掉电后继续工作。进一步，出现信号缺失时，首先使用伪跟踪方法维持跟踪状态，信号 缺失下的伪跟踪维持时间小于预设的维持时间，在该预设维持时间之内信 号重现，则退出伪跟踪，转入正常跟踪；超过该预设维持时间信号依然缺 失，则退出伪跟踪，利用直接重新捕获方法进行重捕，进而实现快速重定 位；直接重捕失败时，使用混合热重捕方法进行重新捕获和重定位；混合 热重捕失败后，隔一定时间间隔重新进行混合热重捕，直到捕获到卫星为止，该重捕时间间隔是变化的，且随着混合热重捕失败次数的增加而增加。 进一步，所述是否出现信号缺失情况的判断是以接收信号强度的估计 为依据的接收信号强度的估计低于预设阈值，则认为存在信号缺失；接 收信号强度的估计高于预设的阈值，则认为接收信号正常。所述接收信号 强度的估计为接收信号载噪比、码锁定指示器、载波相位锁定指示器中的 一种、两种或三种的组合。进一步，所述伪跟踪方法包括以下步骤 判断是否出现信号缺失情况；信号正常时，正常跟踪，计算并存储卫星信号跟踪信息；信号缺失时，利用信号正常时存储的卫星信号跟踪信息在接收机中产 生复现载波和复现码，维持对卫星信号的跟踪状态，即实现伪跟踪。 进一步，所述卫星跟踪信息是在信号正常时的正常跟踪情况下存储在伪跟踪环内的硬件寄存器内，或随机读写存储器(RAM)内。进一步，所述卫星信号跟踪信息包括接收机复现载波频率和接收机复现码频率、卫星载波多普勒频率偏移、卫星码多普勒频偏其中的一种、两种、三种或者本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种全球定位系统接收机信号缺失情况下快速重捕和定位的方法，其特征在于，组合了伪跟踪，直接重新捕获和混合热重捕三种方法，实现快速重新捕获和重定位，所述方法包括： 出现信号缺失时，首先使用伪跟踪方法维持跟踪状态，信号缺失下的伪跟踪维持时间 小于预设的维持时间，在该预设维持时间之内信号重现，则退出伪跟踪，转入正常跟踪；超过该预设维持时间信号依然缺失，则退出伪跟踪，利用直接重新捕获方法进行重捕，进而实现快速重定位；直接重捕失败时，使用混合热重捕方法进行重新捕获和重定位；混合热重捕失败后，隔一定时间间隔重新进行混合热重捕，直到捕获到卫星为止，该重捕时间间隔是变化的，且随着混合热重捕失败次数的增加而增加。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑睿，陈杰，李金海，李健，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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