[发明专利]GPS快速热启动方法

说明书

技术领域

本发明涉及GPS接收机的热启动开机，尤其是一种GPS快速热启动方法，属于GPS通信技术领域。

背景技术

GPS系统，是直接序列扩频(DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum)通信系统。它的主要特点在于，采用伪随机噪声码(Pseudo Random Noise Code)对载波进行扩频调制。所以，GPS接收机需要完成解扩和解调的操作后，获得卫星星历和伪距解算出接收机坐标。

GPS接收机的热启动开机过程，是在接收机概略位置、卫星星历和卫星历书均有效的基础上，多个通道并行进行基带信号处理，计算出多个卫星坐标和伪距，从而实现首次定位解算。在已有的方案中，通常每个通道都需要包括捕获(载波和C/A码)、比特同步、跟踪、子帧同步等主要基带信号处理环节，才能获得精确跟踪状态下的卫星信号的发射时刻。有了精确的卫星信号的发射时刻，就能获得卫星坐标和伪距，完成定位。按照上述过程，常规热启动方案的最长时间为8s，平均时间为5s。其中，子帧同步所占用的时间最长为6s，平均为3s，在整个开机时间中所占比重最大。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有GPS热启动过程时间较长的缺陷，提供一种GPS快速热启动方法，用于GPS接收机中热启动模式下，加快接收机热启动的首次定位速度，以实现接收机的快速定位。其发明点在于考虑到满足用户对接收机首次开机时间性能要求，充分利用同样具有时间信息的本地实时时钟单元RTC辅助热启动开机，不必等待基带子帧同步过程，计算卫星在轨位置和伪距，通过最小二乘法解算接收机位置，完成快速定位，以缩短首次定位时间。因为子帧同步过程，实际上是为了更新卫星发射时刻的历元时间信息。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：一种GPS快速热启动方法，设有包括信号捕获、比特同步、跟踪、子帧同步过程，其特征是：接收机热启动开机后，首先从本地实时时钟单元RTC读出当前的时间，判断上次关机时存储的星历和历书信息是否过期，如果星历和历书信息有效，并且也存有上次关机时刻的接收机坐标，那么就符合热启动的条件，进入热启动的基带信号处理环节；捕获状态时，进行扩频码-载波频率的二维捕获，将本地C/A码与接收到的码流基本对齐，偏差在0.5码片以内，载波频率与接收到的载波频率相差不超过100Hz，一旦捕获到信号后，即进行比特同步，以发现20ms的电文比特边界，一旦完成，将进入跟踪状态，使得本地扩频码发生器和本地载波发生器实时“跟踪”接收到的GPS码信号和载波信号。跟踪卫星信号之前，接收机先完成了比特同步，即完成了对20ms数据边界的判定，获得了卫星发射时刻20ms以内的时间精度。使用本地RTC，基于接收机和卫星概率距离，判定卫星发射时刻20ms以上的时间精度，那么就能够不需要等待子帧同步，完成首次的快速定位。

本地实时时钟单元，是一个记录并实时更新本地时间的数字电路模块。在上次关机时刻，根据最后一次的定位结果求出本地时间的偏差，校准本地时间；当热启动开机后，根据读出的时间信息，判断热启动条件，同时辅助进行首次定位解算。

在稳定跟踪状态下，根据本地实时时钟单元的时间信息及有效的卫星星历获得卫星的概略位置和20ms以内的卫星发射时间，获得准确的卫星信号发射时刻；获得卫星信号发射时刻后，重新计算准确的卫星坐标和卫星到接收机的伪距；当接收机获得至少4颗以上卫星的坐标和卫星到接收机的伪距时，通过最小二乘法解算接收机的坐标，完成首次热启动定位；重复上述过程，间隔一定时间后，进行下一次的解算。

本发明的优点及显著效果：本设计采用本地实时时钟单元辅助热启动开机，不必等待完成基带子帧同步过程，直接进入定位解算环节，计算卫星在轨位置和伪距，通过最小二乘法解算接收机位置，完成快速定位。实现对卫星发射时间的准确估计，并提供了失效检测的方案，保证系统稳定工作。

附图说明

图1是GPS系统模型图；

图2是GPS接收机的系统结构框图；

图3是多通道基带信号处理引擎的工作链路；

图4是快速热启动的接收机工作流程图；

图5是快速热启动的失效检测流程图。

具体实施方式