專利名稱：Gps快速重定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于GPS (衛(wèi)星定位系統(tǒng))技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及GPS快速重定位方法。
背景技術(shù)：
如圖l， GPS宏觀結(jié)構(gòu)包含的兩個核心部分是星歷數(shù)據(jù)和傳輸時間。衛(wèi)星 星歷數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星的星期數(shù)、周時間、衛(wèi)星健康狀態(tài)、衛(wèi)星的軌道參數(shù)、電離層 修正參數(shù)和衛(wèi)星時間修正參數(shù)，根據(jù)衛(wèi)星星歷，可以計算出衛(wèi)星的坐標(biāo)。
GPS星歷數(shù)據(jù)可以分為兩類短期數(shù)據(jù)星歷數(shù)據(jù)的第1-3子幀，每30s重
復(fù)一次，正常情況下約12小時更新一次。長期數(shù)據(jù)星歷數(shù)據(jù)的第4-5幀，經(jīng) 過25幀的長度后才能完整地傳完，稱為"超幀"。每750s重復(fù)一次，正常情況 下每周更新一次。由于是用來計算衛(wèi)星的粗略位置，所以有效時間比較長。如圖 2中前三幀21為短時星歷，后兩幀22為長期星歷。每一幀包含10個word,每 個word包含30個bit。長期星歷必須包含25幀的數(shù)據(jù)才能保證含有全部衛(wèi)星 的長期星歷數(shù)據(jù)，被稱為"超幀"。
傳輸時間指衛(wèi)星信號到達(dá)接收機需要的時間，由公式1，根據(jù)信號傳輸時間， 我們可以獲得衛(wèi)星到接收機的距離。
但是由于衛(wèi)星時鐘和用戶時鐘存在偏差，必須對此進(jìn)行修正，修正后結(jié)果見 公式2。
d = c * (tr - t0); 公式1
d = c *(tr+nt - t0) 公式2
d = c * (U + nt) 公式3式中，d表示衛(wèi)星到接收機的實際距離，c表示光速，tO表示衛(wèi)星發(fā)射信號 的時間，tr表示接收機接收信號的時間，nt表示接收機與衛(wèi)星的時間不同步誤 差，公式3中，tt表示衛(wèi)星信號的傳輸時間，其中tt = tr-t0。
將nt當(dāng)成另外一個未知量時，就不用擔(dān)心衛(wèi)星和接收機的時間誤差問題了， 因為不管誤差有多大，都會計算出nt來對其進(jìn)行修正。這時只需關(guān)心各個衛(wèi)星 信號到達(dá)接收機的時間差，也就是偽距，就可以了。相對偽距表示方法如圖4， 圖中每個點表示一個C/A碼，時間lms，點表示的C/A碼的個數(shù)稱為"碼數(shù)"。 碼數(shù)和偽距時同一個概念的不同表述，通過檢測跳變點的位置來獲得。假設(shè)距離 用戶最近的衛(wèi)星(標(biāo)號41處)到達(dá)接收機耗時為第0個點(0ms)，則圖中另一 顆衛(wèi)星(標(biāo)號42處)的距離(圖中標(biāo)記為43)為第9個點(9ras)。經(jīng)過nt修正 后，近處的衛(wèi)星到達(dá)接收機的時間為ntms，圖中標(biāo)記為41，則遠(yuǎn)處衛(wèi)星信號到 達(dá)接收機的時間為nt+9ms，圖中標(biāo)記為42。
由于定位過程中，難免受到周圍較高建筑物的影響，導(dǎo)致正在參與定位運算 的衛(wèi)星暫時失鎖，必須進(jìn)行重新捕獲。如果可用來定位的衛(wèi)星數(shù)目不夠，就不能 夠進(jìn)行正常的定位過程。這時，盡快地重新捕獲失鎖的衛(wèi)星，對定位過程的連續(xù) 進(jìn)行有十分關(guān)鍵的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種GPS快速重定位方法，從而使用戶接收機在衛(wèi)星 失鎖時也能夠進(jìn)行快速正常的定位。
本發(fā)明的目的可通過以下的技術(shù)措施來實現(xiàn) 一種GPS快速重定位方法，包 括以下步驟
(1)、當(dāng)GPS軟件系統(tǒng)判斷衛(wèi)星處于失鎖狀態(tài)時，根據(jù)長期星歷數(shù)據(jù)得出衛(wèi) 星當(dāng)前相對于用戶的仰角；并且判斷所述的仰角是否大于預(yù)先給定的閥值，如果 仰角在給定閥值以下，認(rèn)定衛(wèi)星已經(jīng)變?yōu)椴豢梢?，跟蹤其他衛(wèi)星代替；如果衛(wèi)星可見，則按以下步驟處理；
(2) 、從跟蹤環(huán)讀取多普勒和C/A碼相位，根據(jù)讀取的多普勒和C/A碼相位 進(jìn)行搜索，獲得最大能量對應(yīng)的多普勒和C/A碼相位；
(3) 、用最大能量對應(yīng)的多普勒和相位設(shè)置跟蹤通道，然后判斷衛(wèi)星是否鎖
定；
(4) 、如果判斷沒有鎖定，則回到第步驟(1);如果判斷為鎖定，根據(jù)當(dāng)前 的C/A碼相位和失鎖前的相位差值，對失鎖前的碼數(shù)進(jìn)行調(diào)整；
(5) 、根據(jù)周數(shù)、周時間、C/A碼數(shù)和C/A碼相位進(jìn)行重定位。
所述步驟(1)的失鎖判斷過程為當(dāng)多次C/A碼跳變點間隔不滿足20或者 20的倍數(shù)時，判定為失鎖。
所述步驟(2)的多普勒搜索范圍為(d叩pler-0.2 ， doppler+0.2)，步 長為0.05，其中d叩pler為跟蹤環(huán)讀取的多普勒。
所述步驟(2)的C/A碼相位搜索過程為C/A碼相位的整數(shù)部分不變，只 對小數(shù)進(jìn)行搜索，掃描0.25和0.75兩個點。
所述步驟(2)的C/A碼相位搜索采用一個通道搜索不同的范圍段或多個通 道同時搜索不同的范圍段。
本發(fā)明方法第(1)步驟還可以有進(jìn)一步的改進(jìn)所述失鎖判斷方法可以為 判斷是否有連續(xù)10個C/A碼沒有發(fā)生跳變；或者判斷是否有連續(xù)7個C/A碼沒 有發(fā)生跳變。
步驟(6)所述的對碼數(shù)的調(diào)整過程為如果碼相位已經(jīng)越過1023而重新從 0開始，則碼數(shù)自動增加1;如果碼相位不斷減小，越過了 0而已經(jīng)從1023開始， 則碼數(shù)自動減l。
本發(fā)明方法第(7)步驟的周時間也可以直接利用其他衛(wèi)星的同步的周時間
來獲得。本發(fā)明利用失鎖前的多普勒和相位值縮小了搜索的范圍、利用多通道并行搜 索減小了搜索耗時、應(yīng)用連C/A碼連續(xù)無跳變的小概率來減小判斷鎖定的時間、 利用了短時間內(nèi)相對偽距變化甚微和各衛(wèi)星時間同步原理快速合成剛鎖定的衛(wèi) 星的偽距和衛(wèi)星時間信息，全方位壓縮了重新定位所需的時間。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法能夠?qū)崿F(xiàn)快速的重新定位，如果衛(wèi)星失鎖后被 遮擋的時間沒有超過1秒鐘，用戶就根本感覺不到失鎖的情況。


圖1為GPS定位技術(shù)的宏觀結(jié)構(gòu)圖示意圖； 圖2為GPS導(dǎo)航電文的格式示意圖;
圖3為解調(diào)C/A碼示意圖4為相對偽距表示方法；
圖5為C/A碼碼相位的組成結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明的GPS快速重定位方法流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明根據(jù)GPS快速重定位方法為基礎(chǔ)，由于衛(wèi)星的頻率多普勒和相位都可 以由跟蹤環(huán)得到，如果某顆衛(wèi)星由于暫時的遮擋而失鎖，可以通過以下具體實施
方式的步驟進(jìn)行重定位操作
參見圖6所示的本發(fā)明的GPS快速重定位方法流程圖，在跟蹤的過程中，GPS
軟件系統(tǒng)會不斷的判斷衛(wèi)星是否已經(jīng)失鎖。判斷的依據(jù)是在正常的理想跟蹤狀
態(tài)，C/A碼的跳變點間隔為20或20的倍數(shù)。GPS信號調(diào)制前使用偽隨機碼CA進(jìn) 行擴頻。每bit的導(dǎo)航信息占時20ms，而每個完整的C/A碼占時lms，這樣，每 bit的導(dǎo)航數(shù)據(jù)用20個循環(huán)的C/A碼進(jìn)行擴頻。參圖3 (圖中31為C/A碼的輸入信號，32號解調(diào)后的C/A碼)，C/A碼的相位反轉(zhuǎn)時幅度的變化情況為1 ， 0 ， 1 ，同理，GPS電文的lbit持續(xù)20ms才會反轉(zhuǎn)，用CA碼擴頻后幅度值 變 化 情 況 為
下解調(diào)后的C/A碼應(yīng)該也保持這種規(guī)律。在正常的理想跟蹤狀態(tài)，C/A碼的跳變 點間隔為20或20的倍數(shù)。偶爾出現(xiàn)一兩個毛刺不影響正常的定位過程，不應(yīng)滿 足失鎖的條件。只有連續(xù)的好多次(具體的次數(shù)根據(jù)硬件的性能試驗決定)跳變 點位置都不滿足間隔20或20的倍數(shù)的，才應(yīng)該判斷為失鎖。當(dāng)衛(wèi)星失鎖時，先 根據(jù)長期星歷數(shù)據(jù)計算出衛(wèi)星當(dāng)前相對于用戶的仰角，如果仰角在預(yù)先給定的閥 值以下，認(rèn)定衛(wèi)星已經(jīng)變?yōu)椴豢梢?，跟蹤其它衛(wèi)星代替，仰角閥值范圍處于地 平線以上。如果是由于暫時地遮擋而導(dǎo)致的失鎖，那么衛(wèi)星肯定還可見。這時， 由于多普勒和相位漂移的幅度相當(dāng)小，可以從跟蹤環(huán)讀取精度較高的多普勒和 C/A碼相位；從跟蹤環(huán)環(huán)中獲得當(dāng)前的C/A碼的相位，稱為"碼相位"。
搜索的過程就是對多普勒和C/A碼相位進(jìn)行掃描的過程，對從跟蹤環(huán)讀取的 精度較高的多普勒和C/A碼相位進(jìn)行搜索，獲得最大能量對應(yīng)的多普勒和C/A碼 相位。由于衛(wèi)星是剛剛失鎖，碼相位和多普勒的漂移都還比較小，得到了當(dāng)前相 對精度較高的多普勒(下文用doppler表示)和C/A碼相位(下文用phase表示)， 所以掃描的范圍可以大幅度的減小。分別用doppler和phase來表示多普勒和 C/A碼相位，則多普勒搜索范圍可以為(doppler-0.2 ， doppler+0. 2)，步長 為0.05，根據(jù)鎖相環(huán)精度的高低，該范圍可以適當(dāng)?shù)脑贉p小，也可以根據(jù)失鎖 前多普勒的變化方向進(jìn)一步將搜索范圍壓縮為(doppler - 0.2 ， doppler)或 者(d叩pler ， doppler+0.2)。 phase的整數(shù)部分不變，只對小數(shù)進(jìn)行搜索，掃 描0. 25和0. 75兩個點。每一步搜索過程耗時2ms，最短時間總計16ms。
由于現(xiàn)在的GPS移動設(shè)備中基本都有十幾個到幾十個不等的通道。如果用多 個通道同時搜索不同的范圍段，耗時成倍減少。所以多通道同時搜索是可行的。如果3個通道同時搜索，耗時僅為6ms。
搜索完后用獲得最大能量對應(yīng)的多普勒和C/A碼相位來設(shè)置跟蹤通道，然后
判斷衛(wèi)星是否鎖定。確認(rèn)鎖定的依據(jù)是通過檢查C/A碼跳變點的間隔是否為
20或20的倍數(shù)。另外，由于失鎖的時候，C/A碼為0或為1的概率是一樣的， 隨機出現(xiàn)10個連續(xù)1或連續(xù)0的幾率約為0. 002。所以，還可以通過判斷是否 有連續(xù)10個C/A碼沒有發(fā)生跳變，來判斷是否鎖定。或者為了更省時間，只需 要判斷連續(xù)的7個C/A不跳變，來判斷是否鎖定，這樣，所耗時間最短僅為7ms。 鎖定以后，C/A碼的相位也比較穩(wěn)定、精確。如果在判斷為鎖定之前已經(jīng)被判斷 為失鎖，則按照上述步驟重復(fù)一次。
如果，判斷為鎖定，根據(jù)當(dāng)前的C/A碼相位和失鎖前的相位差值，對失鎖前 的碼數(shù)進(jìn)行調(diào)整。如圖5， 一個C/A碼的時間為lms，包含1023個碼相位，每個 碼相位占用的時間為1/1023 ms。碼相位的大小為0.00 - 1022.99，包括兩位 有效小數(shù)。碼相位和碼數(shù)之間的關(guān)系有點像個位和十分位之間的關(guān)系，當(dāng)不斷遞 增的相位從1022.99變化到0.00時，碼數(shù)就會加l;反之，當(dāng)不斷遞減的相位 從0.00變化到1022.99時，碼數(shù)就會減l。理論和實驗數(shù)據(jù)表明，在幾分鐘的 時間內(nèi)，碼相位變化的速度不會超過lms。所以，碼數(shù)仍然可以用失鎖之前的碼 數(shù)來表示，而只在檢測到碼相位出現(xiàn)上述進(jìn)位或借位變化時再對碼數(shù)進(jìn)行調(diào)整。 該碼數(shù)調(diào)整方法類似于加減運算里進(jìn)位和借位的方法。具體調(diào)整過程如果碼相 位已經(jīng)越過1023而重新從0開始，則碼數(shù)自動增加l;如果碼相位不斷減小， 越過了0而己經(jīng)從1023開始，則碼數(shù)自動減l。
這樣，由于衛(wèi)星在短時間失鎖后重新鎖定，再根據(jù)周數(shù)、周時間、C/A碼數(shù) 和C/A碼相位進(jìn)行重定位。上述周數(shù)、碼數(shù)都相對于失鎖前不變，周時間可以根 據(jù)C/A碼的個數(shù)來實時統(tǒng)計；只需根據(jù)碼相位的變化適當(dāng)調(diào)整碼數(shù)就可以使該衛(wèi) 星重新回到正常鎖定、可以正常定位的狀態(tài)，耗時不到15ms。如果衛(wèi)星失鎖后 被遮擋的時間沒有超過l秒鐘，用戶就根本感覺不到失鎖的情況。
權(quán)利要求
1.一種GPS快速重定位方法，其特征在于包括以下步驟(1)、當(dāng)GPS軟件系統(tǒng)判斷衛(wèi)星處于失鎖狀態(tài)時，根據(jù)長期星歷數(shù)據(jù)得出衛(wèi)星當(dāng)前相對于用戶的仰角；并且判斷所述的仰角是否大于預(yù)先給定的閥值，如果仰角在給定閥值以下，認(rèn)定衛(wèi)星已經(jīng)變?yōu)椴豢梢?，跟蹤其他衛(wèi)星代替；否則，按以下步驟處理；(2)、從跟蹤環(huán)讀取多普勒和C/A碼相位，根據(jù)讀取的多普勒和C/A碼相位進(jìn)行搜索，獲得最大能量對應(yīng)的多普勒和C/A碼相位；(3)、用最大能量對應(yīng)的多普勒和相位設(shè)置跟蹤通道，然后判斷衛(wèi)星是否鎖定；(4)、如果判斷沒有鎖定，則回到第步驟(1)；如果判斷為鎖定，根據(jù)當(dāng)前的C/A碼相位和失鎖前的相位差值，對失鎖前的碼數(shù)進(jìn)行調(diào)整；(5)、根據(jù)周數(shù)、周時間、C/A碼數(shù)和C/A碼相位進(jìn)行重定位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS快速重定位方法，其特征在于所述步驟(1) 的失鎖判斷過程為當(dāng)多次C/A碼跳變點間隔不滿足20或者20的倍數(shù)時，判定 為失鎖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS快速重定位方法，其特征在于所述步驟(2) 的多普勒搜索范圍為(doppler-0.2 ， doppler+0. 2)，步長為0.05，其中doppler為跟蹤環(huán)讀取的多普勒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS快速重定位方法，其特征在于所述步驟(2) 的C/A碼相位搜索過程為C/A碼相位的整數(shù)部分不變，只對小數(shù)進(jìn)行搜索，掃 描0. 25和0. 75兩個點。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的GPS快速重定位方法，其特征在于所述步 驟(2)的C/A碼相位搜索采用一個通道搜索不同的范圍段或多個通道同時搜索 不同的范圍段。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS快速重定位方法，其特征在于:所述失鎖判斷過程為判斷是否有連續(xù)10個C/A碼沒有發(fā)生跳變。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS快速重定位方法，其特征在于所述失鎖判斷過程為判斷是否有連續(xù)7個C/A碼沒有發(fā)生跳變。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS快速重定位方法，其特征在于所述步驟(4)的對碼數(shù)的調(diào)整過程為如果碼相位巳經(jīng)越過1023而重新從0開始，則碼數(shù)自動增加1;如果碼相位不斷減小，越過了 0而已經(jīng)從1023開始，則碼數(shù)自動減1。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS快速重定位方法，其特征在于所述第(5)步驟的周時間直接利用其他衛(wèi)星的同步的周時間來獲得。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種GPS快速重定位方法，包括以下步驟GPS軟件系統(tǒng)判斷衛(wèi)星是否已經(jīng)失鎖、根據(jù)長期星歷數(shù)據(jù)計算出衛(wèi)星當(dāng)前相對于用戶的仰角、從跟蹤環(huán)讀取精度較高的多普勒和C/A碼相位、對多普勒和C/A碼相位進(jìn)行細(xì)搜索、對失鎖前的碼數(shù)進(jìn)行調(diào)整、再根據(jù)周數(shù)、周時間、C/A碼數(shù)和C/A碼相位進(jìn)行重定位。本發(fā)明利用失鎖前的多普勒和相位值縮小了搜索的范圍、利用多通道并行搜索減小了搜索耗時、應(yīng)用連C/A碼連續(xù)無跳變的小概率來減小判斷鎖定的時間、利用了短時間內(nèi)相對偽距變化甚微和各衛(wèi)星時間同步原理快速合成剛鎖定的衛(wèi)星的偽距和衛(wèi)星時間信息，全方位壓縮了重新定位所需的時間。
文檔編號G01S5/02GK101672909SQ200910192650
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者楊海珠, 胡勝發(fā) 申請人:安凱(廣州)微電子技術(shù)有限公司