一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星导航定位技术，特别涉及一种基于北斗地球同步卫星的定位方 法。
【背景技术】
[0002] 全球定位导航GNSS接收机已经普遍用于军事以及我们的日常生活中。作为衡量 GNSS接收机性能的关键指标之一，首次定位时间（TTFF)的各种应用场景的提升，将会更好 地适应各种需求。
[0003] GNSS接收机定位的几个必要因素为:跟上不少于4颗卫星，并且获得这些卫星的星 历、发送时间和多普勒测量值。所以实现快速定位实际上就是实现不少于4颗卫星的快速捕 获跟踪，并且快速获得这些卫星的测量信息。
[0004] 传统GNSS接收机热启动定义为：重启时能获得高精度的时间（一般误差不超过 0.5ms)，有粗略的接收机位置信息(一般误差不超过150km)，至少4颗卫星星历没有过期。这 种方案下接收机热启动的TTFF时间大约是1 s，但是这种方案最大的难度在于高精度时间的 获取。一般采用32K RTC独立供电来获取时间，但是由于晶振自身的特性，这种方案下断电 约30分钟，时间精度就不能满足热启动要求，而且要求RTC-直不能断电，接收机的设计复 杂度也更高。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了解决传统的GNSS接收机在热启动过程中，高精度时间获取难 度大，断电一段时间后时间精度无法满足热启动要求的问题。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供一种基于北斗地球同步卫星的快速定位方法，包括 如下步骤：
[0007] 根据卫星的优先级关系、卫星伪码及频率指定捕获策略对接收的中频数据进行卫 星信号捕获，并对捕获到的卫星信号进行载波频率与相位的跟踪，获得定位所需的观测量， 所捕获的卫星信号至少包含4颗卫星，其中至少有一颗为地球同步卫星；
[0008] 根据跟踪结果对地球同步卫星信号进行位同步处理及帧同步处理，得到地球同步 卫星信号的发送时刻后进一步获得接收机的当前导航系统时刻，并根据当前导航系统时间 获得各个卫星的准确发送时刻；
[0009] 根据卫星导航系统的协议格式，解析得到卫星的星历、历书、电离层参数及UTC参 数，并通过定位结算模块得到接收机的位置、速度及本地时间。
[0010] -种优选的方案是，所述捕获策略为快速傅里叶并行捕获策略，进行捕获时，捕获 3颗地球同步卫星的卫星信号及3颗非地球同步卫星的卫星信号。
[0011] 具体地，所述接收机的当前导航系统时间Tr'根据公式
[0012] Tr'=Ts+D/C
[0013] 计算获得，其中，Ts为地球同步卫星信号的发送时间，D为地球同步卫星到接收机 的传输距离，c为光速。
[0014]具体地，所述卫星到接收机的传输距离通过公式
[0016] 计算获得，其中，其中Sx、Sy、Sz为地球同步卫星在ECEF坐标下的位置，根据发送时 间和地球同步卫星星历获得，Ux、Uy、Uz是接收机在ECEF坐标下的位置，根据接收机位置获 得。
[0017] 具体地，所述卫星的准确发送时间Ts根据公式
[0018] Ts=mod(Ts '，lms)+Tims
[0019]计算获得，其中，m〇d表示求模操作，Ts' =Tr'-D/C，Tlms指发送时间Ts的lms内的 部分，mod(Ts'，lms)指Ts的lms的整数倍部分。Tims来源于环路跟踪的结果，在不考虑跟踪 误差的情况下，我们可以认为Tims没有误差，这种情况下本发明的Ts的误差只来源于接收 机的位置误差。
[0020] 一般地，所述卫星星历、历书、电离层参数及UTC参数从接收机的Flash缓存中。
[0021] 本发明的有益效果是:本发明提供快速定位方法，利用GE0卫星快速获得接收机当 前导航系统时间，在实现定位过程中，不需要额外的单独供电的时间模块或者外部时间输 入，系统相对简单，生产成本较低。时间精度高，不容易出现错误位同步与错误子帧同步的 情况支持系统下电的时间长，原则上只要开机时可见并且星历不过期的卫星超过4颗都能 实现快速定位，无外部辅助的情况下，最长可以到4小时。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的基于北斗地球同步卫星的快速定位方法的原理示意图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。
[0024] 本发明针对现有技术中，GNSS接收机在热启动过程中，高精度时间获取难度大，断 电一段时间后时间精度无法满足热启动要求的问题，提供一种基于北斗地球同步卫星的快 速定位方法如图1所示，该方法包括如下步骤:首先，根据卫星的优先级关系、卫星伪码及频 率指定捕获策略对接收的中频数据进行卫星信号捕获，并对捕获到的卫星信号进行载波频 率与相位的跟踪，获得定位所需的观测量，所捕获的卫星信号至少包含4颗卫星，其中至少 有一颗为地球同步卫星;然后，根据跟踪结果对地球同步卫星信号进行位同步处理及帧同 步处理，得到地球同步卫星信号的发送时刻后进一步获得接收机的当前导航系统时刻，并 根据当前导航系统时间获得各个卫星的准确发送时刻;最后，根据卫星导航系统的协议格 式，解析得到卫星的星历、历书、电离层参数及UTC参数，并通过定位结算模块得到接收机的 位置、速度及本地时间。
[0025] 以下分别对本发明实现定位的各个过程做详细阐述。
[0026] 1、捕获
[0027]由于北斗GE0卫星为地球同步卫星，位置和相对于接收机的多普勒频率都相对恒 定，所以在已知接收机大致位置的情况下，可以知道这些GE0的可见性与频率。捕获时优先 捕获可见的北斗GEO卫星，并且频率可以缩小到很小的范围。增加捕获的成功率，缩短捕获 时间。由于定位至少需要4颗卫星，所以捕获通道的个数也会影响TTFF时间。以1个捕获为例 来说明：原理上若可以参与定位的卫星全是北斗GE0卫星，则卫星的分布很差，D0P非常大， 定位误差很大，一般不会作为接收机正常输出。所以还需要正常捕获其他ME0卫星。这里需 要衡量捕获确定可见的GE0卫星的个数与其他未知可见性的非GE0卫星的个数与优先级。北 斗II系统