用于GPS软件接收机的初始定位方法技术

本发明专利技术提供一种用于GPS软件接收机的初始定位方法，预先跟踪处理两个子帧长度的数据，从中提取出初始帧号；根据初始帧号有选择地处理接下来的导航数据，舍弃与初始定位无关的帧，从而大大减少了跟踪阶段的数据处理量和资源开销，提高了初始定位的效率、缩短冷启动时间。

Initial positioning method for GPS software receiver

The present invention provides a method for the initial positioning of the GPS software receiver, pre tracking two sub frame length data extracted from the initial frame number; according to the initial frame number of selectively processing navigation data next, abandon has nothing to do with the initial positioning frame, thereby greatly reducing the amount of data processing and tracking and the resource cost, improve efficiency, shorten the initial position of cold start time.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全球导航卫星系统GNS S (Global Navigation Satellite Sy stem) 软件导航接收机，尤其涉及用于GPS软件接收机的初始定位方法。
技术介绍
随着嵌入式移动平台存储和运算能力的迅速提高，为GPS软件接收机便携化提供了巨大的发展空间，但由于基带处理中大量复杂运算的存在，软件接收机的实时化仍是目前面临的最大挑战。在整个软件接收机基带信号处理中，耗时最大以及消耗资源最多的环节是卫星信号的跟踪操作，目前提高跟踪操作效率的方法主要有几种，一种是针对于降低 GPS接收机测量中的热噪声误差和动态应力误差，以提高跟踪结果的准确性，另外的方法几乎都是针对加快跟踪速度的，包括多核多线程的并行算法，以及其它形式的并行模式，这些处理方法的问题在于应用在性能高的PC机上效果比较好，但是对于资源和运算能力都比较差的嵌入式设备则效果不好，尤其是现在主流的嵌入式设备还都是单核，不支持多核或者多线程任务。针对嵌入式平台上的实时化导航，如何提高跟踪阶段的效率、快速完成GPS接收机的初始定位，缩短冷启动时间TTFF (Time To First Fix)是GPS软件接收机实现实时化的重要任务。接收机进行的初始定位的快慢也是衡量一个接收机性能的关键指标。在GPS接收机中为了完成初始定位，必须获得4颗以上的卫星星历数据，而这些包含卫星轨道位置数据的星历分布在导航数据的前三个子帧当中，为了接收1、2、3子帧的完整数据，传统的方法是完整跟踪解调全部5个子帧，由于接收机开始接收的随机性以及跟踪环路的锁定时间的随机性，考虑到首个子帧的不完整性，实际必须跟踪6个子帧才能确保其中包含完整的1、2、3子帧数据，这无疑加重了跟踪环路的处理量和运算时间，增加了资源开销，不适合在嵌入式平台上实现快速冷启动。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种可以用于GPS软件接收机的快速初始定位方法，减少跟踪环路的处理量和运算时间，提高卫星跟踪阶段的效率，缩短冷启动时间。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的本专利技术提出了一种GPS软件接收机的初始定位方法，首先，不同于现有技术只是降低跟踪环路的运算复杂度，而没有减少处理的数据量，本专利技术提供的方法是从原始导航数据源出发来减少跟踪环路的数据处理量，通过先跟踪并解调两个子帧长度的导航数据来确定初始帧的帧号，然后根据初始帧号有选择地处理接下来的导航数据，舍弃与初始定位无关的帧，从而大大减少了跟踪阶段的数据处理量，所以能显著缩短冷启动的平均时间，另外，由于读入数据的减少，也大幅度的减少了内存开销。实验结果验证了该方法的可行性，减少了跟踪阶段的处理时间以及资源开销，大幅提高了初始定位效率，为后期的嵌入式平台上的实时化导航奠定了基础。 附图说明以下参照附图对本专利技术实施例作进一步说明，其中图1是为根据本专利技术实施例的GPS导航数据子帧前两个字码遥测字和交接字的示意图；图2是为根据本专利技术实施例的错过第一子帧的帧头，检测到第二子帧的起始端的示意图；图3是为根据本专利技术实施例的检测到第一子帧和第二子帧的起始端的示意图；图4是为根据本专利技术实施例的GPS软件接收机的性能效率的示意图；图5是为根据本专利技术实施例的GPS软件接收机的资源效率的示意图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术， 并不用于限定本专利技术。为了更好地理解本专利技术，下面简单介绍几个基本的概念GPS软件接收机定位的基本工作过程包括由GPS天线接收到从GPS卫星上发射的 GPS信号；经射频前端将其下变频到中频，经模数转换以及采样后得到中频数字基带信号； 然后对基带信号进行信号捕获、跟踪、数据解调(包括位同步和帧同步)，得到导航电文数据，根据GPS电文数据格式获取星历数据，进一步计算GPS软件接收机的位置。导航数据的解调，是将数据从接收信号中分离、提取出来的过程。这个过程包括数据解调、位同步、帧同步、校验等。当C/A码跟踪环路锁定时，从同相臂的瞬时支路就可以解调出包含完整数据的二进制码流。这个二进制码流就是最原始的卫星导航数据。位同步，对上述从跟踪环路输出的最原始的卫星导航数据进行两个方面的处理 找到数据跳变起始端，以及把IKHZ数据转为50Hz数据。在跟踪环锁定的状态下，环路的输出为lbit/ms。而导航数据的比特长度是20ms，因此每20个输出数据要转化为1个导航数据，也就是完成从IKHz的数据变换到50Hz的数据。要完成正确的转换，关键问题是找到每个导航数据的比特的正确的起始和结束边界。采用过零检测法，利用导航数据是每20ms才可能发生一次跳变的规律，寻找比特跳变的位置，可以很容易找到所有的跳变位置。当跟踪环此毫秒输出大于零则转化为1，否则转化为0，然后比较前后两个值的差，如果不相等则判断数据跳变位发生，这样lOOObit/s的跟踪输出就可以转化为50bit/s的导航电文，即数据跳变位之后连续20个输出点作为1个值代替。把跟踪环路的输出值转换为0和1的序列。当然，20ms的间隔只是数据位跳变的理论值，在信噪比差的情况下总会有些偏差，造成误码。因此在用过零检测法判断出整段数据所有的数据位跳变位置后，还需要采用概率统计的方法进行处理，以获得适当的误码容限。根据数据跳变周期等固定规律对这些数据的跳变位置进行二次判断，最终决定出概率最大的数据位跳变位置。帧同步，是在位同步之后，找到GPS导航数据的子帧起点。GPS导航数据有其固定的电文格式五个导航数据子帧组成一个完整的导航页，5个子帧，每子帧10个字，每字30bit，每子帧300bit，共1500bit。所有子帧的前两个字都是相同的，分别是遥测字TLM和交接字HOW ；图1是GPS导航数据子帧前两个字码遥测字TLM (telemetry)和交接字HOW (hand over word)的示意图；每个导航字包含30比特的二进制数据，如图1所示，TLM字的开头是一个8位的前导码，接下来是16位的保留位和6位的奇偶校验位。前导码的格式将会用来匹配导航数据以检测子帧的开始，即10001011，如果多个连续子帧都能匹配该前导码，就说明找到了子帧的起点，这个过程就是帧同步。由于锁相环具有180度的相位翻转，因此前导码可能翻转成01110100，所以帧的起始可能是正常的前导码，也可能是翻转的前导码。HOW字被分为四部分前17比特是周时间计数TOW (truncated time of week), 它提供了以6秒为单位的时间计数；接下来的两比特(18，19)是旗帜位，对于卫星001配置(block II卫星)第18位是一个警报位，第19位是反欺骗位，大多数block I卫星都是实验型的，所有在轨卫星都来自block II，当第18位等于1的时候意味着卫星用户的位置精度可能尚不如子帧1预示的准确，第19位等于1意味着反欺骗模式打开；接下来的三位 (20-22)是子帧ID,它们的值分别是1，2，3，4，5 (001，010，011，100，101)以用来标示是第几帧数据，这些数据将会用来做子帧匹配；最后的八位(23-30)将会用来做奇偶校验。根据帧同步头的特殊标志，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于ＧＰＳ软件接收机的初始定位方法，包括以下步骤：步骤１，预先跟踪解调两个子帧长度的导航数据，根据导航数据的电文格式从中提取出初始帧的帧号；步骤２，根据所述初始帧的帧号，从步骤１解调的导航数据及后续的导航数据中挑选出第１子帧、第２子帧和第３子帧，跳过与初始定位无关的帧；步骤３，根据所述第１、２、３子帧的数据来计算ＧＰＳ软件接收机的位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚相振，覃新贤，崔绍龙，方金云，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：11