CN105093242B - 一种卫星接收机失锁后快速捕获和定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种卫星接收机失锁后快速捕获和定位方法，步骤如下：判断卫星正常跟踪过程中是否失锁，若失锁对失锁的卫星进行重新捕获，若未失锁，则继续保持卫星正常跟踪状态；将卫星置为重捕状态，并判断重捕次数是否超过重捕次数门限，若没有超过门限，则开始对卫星进行重新捕获，否则认为卫星此时不可见，释放捕获通道；判断卫星是否捕获成功；卫星进行位同步；计算当前时刻卫星的伪距；根据计算得到的伪距，进行定位解算，得到卫星的位置，实现快速重捕和定位。本发明能够实现1s内快速重捕和定位，提高了卫星接收机的工作效率和降低了设计成本。

Description

一种卫星接收机失锁后快速捕获和定位方法

技术领域

本发明涉及一种卫星接收机失锁后快速捕获和定位方法，本发明涉及卫星导航技术领域。

背景技术

卫星导航***在高速载体上已经广泛应用，但是载体在高动态的环境下，卫星导航接收机的跟踪环路容易失锁。而在实际应用中，要求接收机能够在失锁后快速重定位。通常的解决办法有：

(1)采用快速恢复的方式，不占用捕获通道，从失锁前的状态中推算出多普勒频率、码相位和导航比特边界。

(2)采用估算帧计数的方式。卫星正常进行捕获，在卫星完成位同步后，设定伪距估算值70ms，计算出卫星发射时间，然后计算卫星位置。计算卫星位置后，与接收机位置计算出伪距，然后计算出大于数据码长的时间。根据该时间估算帧计数。

第一种方法在实际动态环境下，估计准确率低，可靠性较差，一方面导致卫星失锁，不能完成定位，另一方面可能会使定位结果产生比较大的跳变。第二种方法一方面要求捕获时间短，在多***接收机中，会增加捕获时间。另一方面在高动态环境下，帧计数估计会不准确。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种卫星接收机失锁后快速捕获和定位方法，本发明优先捕获失锁卫星，缩短卫星的捕获时间，达到快速捕获的目的以及能够在高动态环境下比较准确的计算出伪距，从而快速完成定位解算，实现1s内重新重捕和定位。

本发明的技术解决方案是：

一种卫星接收机失锁后快速捕获和定位方法，其特征在于步骤如下：

(1)判断卫星正常跟踪过程中是否失锁，若失锁则对失锁的卫星进行重新捕获，并进入步骤(2)，若未失锁，则继续保持卫星正常跟踪状态；

(2)将卫星置为重捕状态，并判断重捕次数是否超过重捕次数门限，若没有超过门限，则卫星开始进行重新捕获，并进入步骤(3)，否则认为卫星此时不可见，释放捕获通道；

(3)判断卫星是否捕获成功，若捕获成功，则进入步骤(4)，否则返回步骤(2)；

(4)卫星进行位同步，若位同步成功则进入步骤(5)，否则判断位同步次数是否超过门限，若超过则返回步骤(2)，否则继续进行位同步,直到成功进入步骤(5)；

(5)计算当前时刻卫星的伪距；

(6)根据步骤(5)计算得到的伪距，进行定位解算，得到卫星的位置，实现快速重捕和定位。

步骤(5)中计算当前时刻卫星伪距的具体方式如下：

(5a)计算失锁重捕卫星在失锁前相邻时刻的伪距差和失锁时间，估算出当前时刻的伪距；

ρ₁＝Δρ*t₀+ρ₀

其中，Δρ表示失锁前相邻测距时刻的伪距差，ρ₀表示失锁前的伪距，t₀表示失锁时间；

(5b)估算大于数据码长的时间T₁：

T₁＝T-0.01-ρ₁/C-t_ms

其中，T表示当前时刻的本地时，t_ms表示小于数据码长的时间；

(5c)计算当前时刻卫星伪距ρ₂：

t₁＝[T₁/0.02]

T₂＝(t₁+1)*0.02+t_ms

ρ₂＝T-T₂

其中，t₁表示大于数据码长的时间计数取整；T₂表示发射时。

进行卫星重新捕获和步骤(3)中判断是否捕获成功的具体实现方式如下：

(2a)在进行重捕时，多普勒频率设置为失锁前的值，如果捕获成功，跳出重捕状态，否则进入步骤(2b)；

(2b)偏移多普勒频率，偏移量为20KHz±10KHz，如果捕获成功，跳出重捕状态，否则进入步骤(2c)；

(2c)偏移多普勒频率，偏移量为-20KHz±10KHz，如果捕获成功，跳出重捕状态，否则重捕次数加1，进入步骤(2)重新捕获。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明通过优先捕获失锁的卫星以及通过将多普勒频率设定为失锁前的多普勒频率，能够实现1s内快速重捕和定位，提高了卫星的工作效率和降低了设计成本。

(2)本发明通过设定多普勒频率的左右偏移量，能够在速度≤6000m/s，加速度≤100g，加加速度≤100g/s的高动态环境下实现快速重捕和定位，提高了本发明的适用性和通用性，能够应付复杂环境下的快速捕获。

(3)相对于现有技术来说，本发明采用的伪距估算算法不会导致定位结果产生比较大的跳变，能够使得定位结果迅速稳定下来，保证了计算的准确性和可靠性。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明卫星重捕流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

如图1所示，一种卫星接收机失锁后快速重捕和定位方法，其特征在于步骤如下：

(1)判断卫星正常跟踪过程中是否失锁，若失锁则对失锁的卫星进行重新捕获，并进入步骤(2)，若未失锁，则继续保持卫星正常跟踪状态；

(2)将卫星置为重捕状态，并判断重捕次数是否超过重捕次数门限，若没有超过门限，则卫星开始进行重新捕获，并进入步骤(3)，否则认为卫星此时不可见，释放捕获通道；

(3)判断卫星是否捕获成功，若捕获成功，则进入步骤(4)，否则返回步骤(2)；

如图2所示，进行卫星重新捕获和判断是否捕获成功的具体实现方式如下：

(2a)在进行重捕时，多普勒频率设置为失锁前的值，如果捕获成功，跳出重捕状态，否则进入步骤(2b)；

(2b)偏移多普勒频率，偏移量为20KHz±10KHz，如果捕获成功，跳出重捕状态，否则进入步骤(2c)；

(2c)偏移多普勒频率，偏移量为-20KHz±10KHz，如果捕获成功，跳出重捕状态，否则重捕次数加1，进入步骤(2)重新捕获。

(4)卫星进行位同步，若位同步成功则进入步骤(5)，否则判断位同步次数是否超过门限，若超过则返回步骤(2)，否则继续进行位同步，直到成功进入步骤(5)；

(5)计算当前时刻卫星的伪距；

计算当前时刻卫星伪距的具体方式如下：

(5a)计算失锁重捕卫星在失锁前相邻时刻的伪距差和失锁时间，估算出当前时刻的伪距；

ρ₁＝Δρ*t₀+ρ₀

其中，Δρ表示失锁前相邻测距时刻的伪距差，ρ₀表示失锁前的伪距，t₀表示失锁时间；

(5b)估算大于数据码长的时间T₁：

T₁＝T-0.01-ρ₁/C-t_ms

其中，T表示当前时刻的本地时，t_ms表示小于数据码长的时间，C表示光速；

(5c)计算当前时刻卫星伪距ρ₂：

t₁＝[T₁/0.02]

T₂＝(t₁+1)*0.02+t_ms

ρ₂＝T-T₂

其中，t₁表示大于数据码长的时间计数取整；T₂表示发射时。

(6)根据步骤(5)计算得到的伪距，进行定位解算，得到卫星的位置，实现快速重捕和定位。

下面一个具体实施例对本发明的工作过程和工作原理做进一步解释和说明：

以GPS卫星接收机为例，选取某一天为参考，在17时27分42秒48断开接收机的输入信号，接收机失锁，失锁前接收机收到的卫星有2、3、6、9、10、12、17、23、28。在17时27分47秒88恢复信号，接收机开始对失锁的卫星进行重新捕获。在17时27分47秒98，3号星捕获成功并完成位同步，在17时27分48秒58，17号星捕获成功并完成位同步，17时27分48秒78，9、10和23号星捕获成功并完成位同步。此时，有五颗星可以进行伪距计算，也就可以完成定位解算。在0.9秒内完成了失锁重捕和定位。

对3、9、10、17和23号星代入公式进行计算，具体如下：

(1)计算失锁时间：t₀₀₃＝47.98-42.48＝5.5s,t₀₀₉＝48.78-42.48＝6.3s,t₀₁₀＝48.78-42.48＝6.3s,t₀₁₇＝48.58-42.48＝6.1s，t₀₂₃＝48.78-42.68＝6.1s式中下标的后两位代表卫星号，以下相同。由于卫星信号断开后，有的卫星判断失锁会有延时，比如23号星，在17时27分42秒68判断出失锁。

(2)初步估算当前时刻的伪距：

由公式ρ₁＝Δρ*t₀+ρ₀初步估算当前时刻的伪距。由于Δρ和ρ₀在跟踪状态记录的值，直接代入进行计算，Δρ和ρ₀在此例中分别为：Δρ₀₃＝49.51和ρ₀₀₃＝22678177.46；Δρ₀₉＝-53.01和ρ₀₀₉＝24438724.95；Δρ₁₀＝-64.35和ρ₀₁₀＝21894656.59；Δρ₁₇＝1.35和ρ₀₁₇＝20552709.54；Δρ₂₃＝-29.81和ρ₀₂₃＝24354583.10。上述的伪距差和失锁前的伪距都是时间乘以光速后的值。伪距差为两次测距时刻之间差值，由于本例中接收机是0.1s进行一次测距和定位解算，因此将失锁时间转化为次数，分别是t₀₀₃＝55，t₀₀₉＝63，t₀₁₀＝63，t₀₁₇＝61，t₀₂₃＝61。将所有参数代入公式，得到初步估算的伪距分别是：ρ₁₀₃＝22680900.51，ρ₁₀₉＝24435385.32，ρ₁₁₀＝21890602.54，ρ₁₁₇＝20552791.89，ρ₁₂₃＝24352764.69。

(3)估算大于数据码长的时间：

由公式T₁＝T-0.01-ρ₁/C-t_ms估算大于数据码长的时间。以GPS为例，GPS的数据码长是20ms，也就是大于20ms的时间。对于北斗的GEO卫星，数据码长是2ms。t_ms由跟踪环路得到，在此例中分别为：t_ms03＝0.007，t_ms09＝0.001，t_ms10＝0.010，t_ms17＝0.014，t_ms23＝0.002。T为本地时，对应各卫星计算该时间时的本地时，此例中分别为：T₀₃＝120481.88，T₀₉＝120482.78，T₁₀＝120482.78，T₁₇＝120482.58，T₂₃＝120482.78，将各参数代入公式，得到大于数据码长的时间分别是：T₁₀₃＝120481.79，T₁₀₉＝120482.69，T₁₁₀＝120482.69，T₁₁₇＝120482.49，T₁₂₃＝120482.69。

(4)计算当前时刻的伪距：

由公式t₁＝[T₁/0.02]、T₂＝(t₁+1)*0.02+t_ms和ρ₂＝T-T₂计算当前时刻伪距。式中的0.02为数据码长的时间。对于北斗GEO星，将式中的0.02更改为0.002。最后计算得到的伪距分别是：ρ₂₀₃＝0.076，ρ₂₀₉＝0.082，ρ₂₁₀＝0.073，ρ₂₁₇＝0.069，ρ₂₂₃＝0.081。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种卫星接收机失锁后快速捕获和定位方法，其特征在于步骤如下：

(1)判断卫星正常跟踪过程中是否失锁，若失锁则对失锁的卫星进行重新捕获，并进入步骤(2)，若未失锁，则继续保持卫星正常跟踪状态；

(2)将卫星置为重捕状态，并判断重捕次数是否超过重捕次数门限，若没有超过门限，则卫星开始进行重新捕获，并进入步骤(3)，否则认为卫星此时不可见，释放捕获通道；

(3)判断卫星是否捕获成功，若捕获成功，则进入步骤(4)，否则返回步骤(2)；

(4)卫星进行位同步，若位同步成功则进入步骤(5)，否则判断位同步次数是否超过门限，若超过则返回步骤(2)，否则继续重捕步骤(4)进行位同步；

(5)计算当前时刻卫星的伪距；具体为：

(5a)计算失锁重捕卫星在失锁前相邻时刻的伪距差和失锁时间，估算出当前时刻的伪距；

ρ₁＝Δρ*t₀+ρ₀

其中，Δρ表示失锁前相邻测距时刻的伪距差，ρ₀表示失锁前的伪距，t₀表示失锁时间；

(5b)估算大于数据码长的时间T₁：

T₁＝T-0.01-ρ₁/C-t_ms

其中，T表示当前时刻的本地时，t_ms表示小于数据码长的时间，C表示光速；

(5c)计算当前时刻卫星伪距ρ₂：

t₁＝[T₁/0.02]

T₂＝(t₁+1)*0.02+t_ms

ρ₂＝T-T₂

其中，t₁表示大于数据码长的时间计数取整；T₂表示发射时；

(6)根据步骤(5)计算得到的伪距，进行定位解算，得到卫星的位置，实现快速重捕和定位。

2.根据权利要求1所述的一种卫星接收机失锁后快速捕获和定位方法，其特征在于：所述步骤(2)中进行卫星重新捕获和步骤(3)中判断是否捕获成功的具体实现方式如下：

(2a)在进行重捕时，多普勒频率设置为失锁前的值，如果捕获成功，跳出重捕状态，否则进入步骤(2b)；

(2b)偏移多普勒频率，偏移量为20KHz±10KHz，如果捕获成功，跳出重捕状态，否则进入步骤(2c)；

(2c)偏移多普勒频率，偏移量为-20KHz±10KHz，如果捕获成功，跳出重捕状态，否则重捕次数加1，进入步骤(2)重新捕获。