[发明专利]一种加速GNSS接收装置首次定位时间的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航信号处理技术领域，尤其涉及一种加速GNSS接收装置首次定位时间的方法和系统。

背景技术

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)利用导航卫星进行定时、定位和测距，能在全世界范围内实现全天候、全方位连续为海上、陆地和空中的用户提供实时高精度的三维空间、速度和时间信息。目前，GNSS包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo系统、中国的北斗导航系统，以GPS系统为例，该系统主要由三部分组成，即空间部分、地面控制部分和用户装置部分。空间部分由24颗卫星组成，分布在6个道平面上。地面控制部分由负责管理、协调整个地面控制系统的工作的主控站、在主控站的控制下，向卫星注入寻电文的地面天线、作为数据自动收集中心的监测站和通讯辅助系统组成。用户装置部分主要由GPS接收机和卫星天线组成。 

欲准确地利用卫星定位技术计算出远程接收器的位置，需要精确得知全球导航卫星系统的3个或4个卫星的星钟(clock)及轨道信息，而GNSS接收装置一般可由每一卫星每30秒重复广播的星历信息(ephemeris infomation)来取得所需的信息内容。然而，由于会有许多因素影响着卫星轨道(orbit)，全球导航卫星系统广播的星历信息的有效期通常仅在接下来的2至4小时中维持有效。

因此，若GNSS接收装置已持续一段时间无法接收更新的星历信息(可能是因为被关闭(turned off)或是停用(disabled))，当远程接收器重新启动(reactivate)时，任何之前已储存的星历信息将会失效(invalid)，以及在远程接收器能够开始计算其目前位置(current position)之前，需要先从卫星取得更新的信息。启动远程接收器到计算出目前位置之间的延迟(delay)称为首次定位时间(Time To First Fix，TTFF)。由于任何的延迟都会影响使用者的使用，全球导航卫星系统(例如，全球定位系统(Global Positioning System，GPS))最重要的任务之一即是针对远程接收器来延长或预测轨道的星历以加速首次定位时间。    　　

目前对首次定位时间的改进主要集中在卫星星历收集的时间优化上，例如一种一般性方法为采用服务器(server)持续收集过去许多天的星历信息并计算延长的(extended)卫星轨道及星钟信息。由于计算轨道具相当的复杂度且需要有一定的精确度(往往会应用扰动(perturbed)力学模型(force model)来处理所接收的星历信息)，所以需要在具有强大运算能力的中央服务器(central server)中使用特殊软件，以持续估测接下来许多天的延长的轨道(extended trajectory)，并能保持估测结果在可接受的误差范围(acceptable error limit)内。每当GNSS接收装置重新启动时，远程接收器可通过互联网(Internet)或无线通信系统(wireless communication system)来从中央服务器接收延长的轨道信息，取代广播的卫星信息(而不是等待卫星的重复广播)，而大幅地缩短首次定位时间。还有另一种一般性方法为采用服务器连续地(continuously)收集并提供目前正在使用中的全球导航卫星系统的轨道及星钟数据(其在接下来的一段延长时间中会是有效的)，并将其提供给GNSS接收装置，然而，此解决方法需要GNSS接收装置与服务器有连续的或至少经常性(frequent)的连接，并且远程接收器需要具有足够的数据储存容量。

而事实上，GNSS接收装置的首次定位时间由三个部分组成：卫星信号捕获时间，比特同步时间，星历收集时间。也就说，对首次定位时间的改进，还可以对卫星信号捕获时间，比特同步时间的改进或者对三个部分的优化改进。

附图1给出了GNSS卫星信号的结构示意：

GNSS信号由循环播放的五个子帧组成，对于卫星首次定位而言，需要收集前三个子帧中包含的星历信息和导航比特边界。

101为信号子帧流，五个子帧循环播放，每个子帧持续6秒时间；

102为子帧结构，每个子帧由300个导航比特组成；

103为导航比特结构，每个导航比特长度为20毫秒；

104为伪码结构，伪码码长视不同的卫星系统而定（GPS为1023，北斗II为2046），总的持续时间为1毫秒；

而GNSS接收机的信号处理流程为：

1.   通过搜索伪码相位，找到信号的整毫秒边界；