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一种北斗导航接收机定位引擎及定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种北斗导航接收机定位引擎及定位方法，涉及导航领域。本发明公开的定位引擎包括：卫星发射时间维护模块、位同步有效判断模块、伪距获取模块和导航定位模块，其中，伪距获取模块，在接收机信号失锁后快速定位有效时间内，且有位同步有效标识到达时，根据卫星发射位以下时间和所述卫星发射时间维护模块维护的卫星发射位以上时间，得到卫星发射时刻的准确时间，计算伪距信息；导航定位模块，根据所述伪距信息获取接收机定位解算，得到位置时间信息。本发明还公开了一种北斗导航接收机定位方法。本申请技术方案针对北斗卫星导航接收机正常定位过程中，突然出现信号失锁的情况，实行快速定位，大大缩短重定位时间。
【专利说明】一种北斗导航接收机定位引擎及定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及导航领域，具体涉及一种北斗导航接收机定位引擎及定位方法。
【背景技术】
[0002]北斗导航卫星信号接收机是一种用于接收导航卫星信号，完成对北斗卫星系统的捕获跟踪解调，完成本地实时位置速度解算与输出管理，实现导航定位等功能。
[0003]现有的北斗接收机在导航定位过程中，一旦发生卫星信号失锁的情况，必须重新进行位同步、帧同步。因此，接收机失锁重定位时间过长。按照现有技术，如果要实现快速定位，接收机必须维护一个准确度很高的本地时间系统，这样将大大增加接收机的成本。

【发明内容】

[0004]本发明所要解决的技术问题是，提供一种北斗卫星导航接收机定位引擎及定位方法，能够实现失锁后快速定位。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明公开了一种北斗导航接收机定位引擎，包括:
[0006]卫星发射时间维护模块，维护卫星发射位以上时间；
[0007]位同步有效判断模块，在接收机信号失锁后快速定位有效时间内，判断是否有位同步有效标识到达；
[0008]伪距获取模块，在接收机信号失锁后快速定位有效时间内，且有位同步有效标识到达时，根据卫星发射位以下时间和所述卫星发射时间维护模块维护的卫星发射位以上时间，得到卫星发射时刻的准确时间，计算伪距信息；
[0009]导航定位模块，根据所述伪距信息获取接收机定位解算，得到位置时间信息。
[0010]可选地，上述定位引擎中，所述卫星发射时间维护模块包括:
[0011]时钟NC0，产生采样脉冲，得到时间记数脉冲；
[0012]卫星发射时间累加器，累积所述时钟NCO的时间记数脉冲，维护卫星发射位以上时间。
[0013]可选地，上述定位引擎中，所述卫星发射时间维护模块还包括:
[0014]时钟NCO调整器，在接收机维护的卫星发射时间累加时刻与北斗时/协调世界时整秒偏离设定门限值时，调整所述时钟NCO累加时刻对准。
[0015]可选地，上述定位引擎中，所述时钟NCO在FPGA内实现，采用64比特，外部时钟为61MHz，输出频率为40Hz。
[0016]可选地，上述定位引擎中，所述位同步有效判断模块包括:
[0017]位同步查询单元，查询接收机的硬件位同步地址，得到位同步标识；
[0018]位同步清除单元，在信号失锁时，清除接收机的硬件位同步标识。
[0019]可选地，上述定位引擎中，所述伪距获取模块包括:
[0020]卫星发射时间获取单元，根据卫星发射位以下时间及所述卫星发射位以上时间，得到卫星发射时刻的准确时间；[0021]伪距计算单元，根据所述卫星发射时刻的准确时间计算定位解算所需的伪距量。
[0022]可选地，上述定位引擎中，所述伪距获取模块还包括:
[0023]判断单元，判断所述卫星发射时间维护模块维护的卫星发射位以上时间是否有效；
[0024]所述卫星发射时间获取单元，仅在所述卫星发射时间维护模块维护的卫星发射位以上时间有效时，得到卫星发射时刻的准确时间。
[0025]可选地，上述定位引擎中，所述快速定位有效时间为一个导航电文主帧的传播时间。
[0026]本发明还公开了一种北斗导航接收机定位方法，包括:
[0027]接收机正常工作过程中，接收机定位引擎维护卫星发射位以上时间；
[0028]当接收机信号失锁后，如果在快速定位有效时间内，有位同步有效标识到达，所述接收机定位引擎根据卫星发射位以下卫星时间和所维护的卫星发射位以上时间，得到卫星发射时刻的准确时间，计算定位解算所需要的伪距信息，再进行定位解算，得到位置时间信肩、O
[0029]可选地，上述方法中，所述接收机定位引擎维护卫星发射位以上时间的过程包括:
[0030]所述接收机定位引擎中时钟NCO产生采样脉冲，得到时间记数脉冲，所述接收机定位引擎中卫星发射时间累加器，累积所述时钟NCO的时间记数脉冲，维护卫星发射位以上时间。
[0031]可选地，上述方法还包括:
[0032]在接收机维护的卫星发射时间累加时刻与北斗时/协调世界时整秒偏离设定门限值时，所述接收机定位引擎中时钟NCO调整器还调整所述时钟NCO累加时刻对准。
[0033]可选地，上述方法中，所述时钟NCO在FPGA内实现，采用64比特，外部时钟为61MHz，输出频率为40Hz。
[0034]可选地，上述方法中，所述位同步有效标识到达指:
[0035]所述接收机定位引擎查询硬件位同步地址，得到位同步标识，并在定位后清除硬件位同步标识。
[0036]可选地，上述方法中，所述接收机定位引擎根据卫星发射位以下卫星时间和所维护的卫星发射位以上时间，得到卫星发射时刻的准确时间之前，还包括:
[0037]判断所述卫星发射时间维护模块维护的卫星发射位以上时间是否有效，仅当所述卫星发射时间维护模块维护的卫星发射位以上时间有效时，得到所述卫星发射时刻的准确时间。
[0038]可选地，上述方法中，所述快速定位有效时间为一个导航电文主帧的传播时间。
[0039]本申请技术方案在北斗卫星导航接收机正常定位过程中，针对突然出现信号失锁的情况，待接收机重新捕获跟踪信号后，利用快速定位引擎，能实行快速定位，大大缩短重定位时间，并且不会增加成本。
【专利附图】

【附图说明】
[0040]图1为本实施例中快速定位引擎工作流程示意图；[0041]图2为实施例中快速定位引擎的卫星发射时间维护模块工作流程示意图。
【具体实施方式】
[0042]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文将结合附图对本发明技术方案作进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
[0043]实施例1
[0044]本实施例提供一种北斗导航接收机的快速定位引擎，其至少包括卫星发射时间维护模块、位同步有效判断模块、伪距获取模块及导航定位模块。
[0045]其中，卫星发射时间维护模块，维护接收机本地的卫星发射时刻的时间，尤其是维护卫星发射位以上时间；
[0046]具体地，上述卫星发射时间维护模块至少包括:时钟NCO和卫星发射时间累积器；
[0047]时钟NCO用于产生采样脉冲，得到时间记数脉冲；
[0048]在本实施例中，时钟NCO可以在FPGA内实现，采用64比特，外部时钟为61MHz，其输出频率为40Hz ；
[0049]卫星发射时间累积器，用于累积时间记数脉冲，得到卫星发射位以上时间；
[0050]在本实例中，接收机正常定位后，卫星发射时间累积器启动初始化，开始正常工作；
[0051]另外，卫星发射时间维护模块还可以包括时钟NCO时间调整器，主要用于当接收机维护的卫星发射时间累加时刻与北斗时/协调世界时整秒偏离设定门限值时，调整时钟NCO累积步长使其累加时刻和北斗时/协调世界时整秒对准。
[0052]位同步有效判断模块，用于判断在信号失锁较短时间内，是否有位同步有效标识到达；
[0053]具体地，位同步有效判断模块包括:
[0054]位同步查询单元，
[0055]查询接收机的硬件位同步地址，得到位同步标志；
[0056]位同步清除单元，则在信号失锁时，用于清除接收机的硬件位同步标志，为下一次查询服务。
[0057]伪距获取模块，在接收机信号失锁后快速定位有效时间内，且有位同步有效标识到达时，根据卫星发射位以下时间加上本地维护的卫星发射位以上时间，得到卫星发射时刻的准确时间，从而计算出伪距信息；
[0058]具体地，伪距获取模块至少包括卫星发射时间获取单元和伪距计算单元；
[0059]卫星时间获取单元，用于根据硬件获取的卫星发射位以下时间加上本地维护的卫星发射位以上时间，得到卫星发射时刻的准确时间；
[0060]伪距计算单元，用于根据卫星发射时刻的准确时间计算卫星伪距信息，得到定位解算所需的伪距量。
[0061]本实施例中，对计算卫星伪距信息的具体过程不作任何限制，即根据卫星发射时刻的准确时间按照任意方式计算出卫星伪距信息均可。
[0062]另外，伪距获取模块还可以包括判断单元，判断维护的卫星发射位以上时间是否有效，是否可用来计算快速定位所需的伪距；此时，卫星发射时间获取单元，仅在维护的卫星发射位以上时间有效时，才获取卫星发射时刻的时间。增加了判断操作后，进一步提高了快速定位的可靠性。
[0063]导航定位解算模块，用于根据上述计算出的伪距信息获取接收机定位解算，得到位置时间信息等；
[0064]具体地，导航定位解算模块包括:解析导航电文和定位测速解算等，可以按现有技术实现，本文中不再赘述。
[0065]另外，考虑到时快速定位的时间限制，因此，上述快速定位引擎还包括快速定位有效时间限制模块。该模块用于判断当前操作时间是否超过快速定位有效时间，如果没有超过，则继续进行快速定位操作，如果超过，则重新定位。在本实施例中，快速定位引擎的快速定位有效时间为:失锁后，重新定位有效时间门限为一个电文主帧时间。即快速定位有效时间限制模块判断超过该门限值，则控制接收机按常规位同步、帧同步重新定位。
[0066]下面结合图1，介绍上述快速定位引擎的具体工作流程，包括以下步骤:
[0067]步骤101、北斗卫星导航接收机启动，正常定位；
[0068]步骤102、卫星发射时间维护模块初始化，累加器开始工作；
[0069]步骤103、判断卫星信号是否失锁，如果失锁，进入步骤104，如果没有失锁，进入步骤106 ；
[0070]步骤104、判断位同步标识是是否位有效，如果有效，则进入步骤105 ;如果没有效，则继续进行步骤104 ；
[0071]步骤105、判断失锁是否超过快速定位时间适用的门限值(本实施例中即为一个电文主帧时间)，如果超过，返回步骤102，如果没有超过，进入步骤106 ；
[0072]步骤106、根据本地维护的卫星发射位以上时间，加接收机实时位同步时间，得到卫星发射时间的准确时间，将得到的卫星发射时间，根据本地时间，得到伪距信息；
[0073]步骤107、接收机正常定位解算。
[0074]下面结合图2说明上述卫星发射时间维护模块的具体工作流程。如图2所示，该过程包括如下操作。
[0075]步骤201，卫星发射时间维护模块启动；
[0076]步骤202，判断接收机是否为首次定位，如果是，进入步骤203，如果不是，继续进行本步骤202 ；
[0077]步骤203，维护的卫星信号发射时间累积累初始化；
[0078]步骤204，判断时钟NCO产生的时钟脉冲是否到达，如果到达，则进入步骤205，否则继续进行步骤204的操作直到判断条件成立；
[0079]步骤205，判断失锁时间是否超过快速定位时间适用的门限值(本实施例中即为一个电文主帧时间)，如果未超过，将进入步骤206，如果超过，则返回到步骤203维护的卫星发射时间累积量初始化阶段；
[0080]步骤206，维护的卫星发射时间累加；
[0081]步骤207，判断是否已经正常定位(即判断快速定位引擎是否关闭)，如果快速定位引擎已经关闭(表明已正常定位)，则快速定位卫星发射时间维护模块结束，如果快速定位引擎未关闭(表示还没定位)，则返回步骤204，判断时钟NCO产生的时钟脉冲阶段。[0082]从上述流程可以看出，快速定位的条件是:重新位同步上，前面信号失锁的时间必须在一个时间限度内，否则将造成本地维护的卫星发射时间位以上时间不准确，造成错误定位。
[0083]实施例2
[0084]本实施例提供一种北斗导航接收机定位方法，包括如下操作:
[0085]接收机正常工作过程中，接收机定位引擎维护卫星发射位以上时间；
[0086]当接收机信号失锁后，如果在快速定位有效时间内，有位同步有效标识到达，所述接收机定位引擎根据卫星发射位以下卫星时间和所维护的卫星发射位以上时间，得到卫星发射时刻的准确时间，计算定位解算所需要的伪距信息，再进行定位解算，得到位置时间信肩、O
[0087]其中，接收机定位引擎维护卫星发射位以上时间的过程是:接收机定位引擎中时钟NCO产生采样脉冲，得到时间记数脉冲，所述接收机定位引擎中卫星发射时间累加器，累积所述时钟NCO的时间记数脉冲，维护卫星发射位以上时间。
[0088]另外，在接收机维护的卫星发射时间累加时刻与北斗时/协调世界时整秒偏离设定门限值时，接收机定位引擎中时钟NCO调整器还可以调整时钟NCO累加时刻对准。从而提高快速定位的可靠性。
[0089]具体地，时钟NCO可在FPGA内实现，采用64比特，外部时钟为61MHz，输出频率为40Hz。
[0090]上述方法中所涉及的位同步有效标识到达指:接收机定位引擎查询硬件位同步地址，得到位同步标识，并在定位后清除硬件位同步标识即可。
[0091]上述接收机定位引擎根据卫星发射位以下卫星时间和所维护的卫星发射位以上时间，得到卫星发射时刻的准确时间之前，还可以判断卫星发射时间维护模块维护的卫星发射位以上时间是否有效，仅当卫星发射时间维护模块维护的卫星发射位以上时间有效时，才得到卫星发射时刻的准确时间。
[0092]本实施例中，快速定位有效时间可以为一个导航电文主帧的传播时间。
[0093]从上述实施例可以看出，本申请技术方案在卫星信号失锁后，由接收机维护一个本地卫星发射时间，当信号重新位同步上后(即通过接收机的硬件同步地址得到位同步标志时)，马上就可以定位，避免收到星历后再定位，从而缩短了定位时间。
[0094]本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本申请不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
[0095]以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种北斗导航接收机定位引擎，其特征在于，包括: 卫星发射时间维护模块，维护卫星发射位以上时间； 位同步有效判断模块，在接收机信号失锁后快速定位有效时间内，判断是否有位同步有效标识到达； 伪距获取模块，在接收机信号失锁后快速定位有效时间内，且有位同步有效标识到达时，根据卫星发射位以下时间和所述卫星发射时间维护模块维护的卫星发射位以上时间，得到卫星发射时刻的准确时间，计算伪距信息； 导航定位模块，根据所述伪距信息获取接收机定位解算，得到位置时间信息。
2.如权利要求1所述的定位引擎，其特征在于，所述卫星发射时间维护模块包括: 时钟数字控制振荡器(NCO)，产生采样脉冲，得到时间记数脉冲； 卫星发射时间累加器，累积所述时钟NCO的时间记数脉冲，维护卫星发射位以上时间。
3.如权利要求2所述的定位引擎，其特征在于，所述卫星发射时间维护模块还包括: 时钟NCO调整器，在接收机维护的卫星发射时间累加时刻与北斗时/协调世界时整秒偏离设定门限值时，调整所述时钟NCO累加时刻对准。
4.如权利要求2所述的定位引擎，其特征在于， 所述时钟NCO在现场可编程门阵列(FPGA)内实现，采用64比特，外部时钟为61MHz，输出频率为40Hz。
5.如权利要求 1所述的定位引擎，其特征在于，所述位同步有效判断模块包括: 位同步查询单元，查询接收机的硬件位同步地址，得到位同步标识； 位同步清除单元，在信号失锁时，清除接收机的硬件位同步标识。
6.如权利要求1所述的定位引擎，其特征在于，所述伪距获取模块具体包括: 卫星发射时间获取单元，根据卫星发射位以下时间及所述卫星发射位以上时间，得到卫星发射时刻的准确时间； 伪距计算单元，根据所述卫星发射时刻的准确时间计算定位解算所需的伪距量。
7.如权利要求6所述的定位引擎，其特征在于，所述伪距获取模块还包括: 判断单元，判断所述卫星发射时间维护模块维护的卫星发射位以上时间是否有效；所述卫星发射时间获取单元，仅在所述卫星发射时间维护模块维护的卫星发射位以上时间有效时，得到卫星发射时刻的准确时间。
8.如权利要求1至7任一项所述的定位引擎，其特征在于， 所述快速定位有效时间为一个导航电文主帧的传播时间。
9.一种北斗导航接收机定位方法，其特征在于，包括: 接收机正常工作过程中，接收机定位引擎维护卫星发射位以上时间； 当接收机信号失锁后，如果在快速定位有效时间内，有位同步有效标识到达，所述接收机定位引擎根据卫星发射位以下卫星时间和所维护的卫星发射位以上时间，得到卫星发射时刻的准确时间，计算定位解算所需要的伪距信息，再进行定位解算，得到位置时间信息。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述接收机定位引擎维护卫星发射位以上时间的过程包括: 所述接收机定位引擎中时钟NCO产生采样脉冲，得到时间记数脉冲，所述接收机定位引擎中卫星发射时间累加器，累积所述时钟NCO的时间记数脉冲，维护卫星发射位以上时间。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 在接收机维护的卫星发射时间累加时刻与北斗时/协调世界时整秒偏离设定门限值时，所述接收机定位引擎中时钟NCO调整器还调整所述时钟NCO累加时刻对准。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于， 所述时钟NCO在FPGA内实现，采用64比特，外部时钟为61MHz，输出频率为40Hz。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述位同步有效标识到达指: 所述接收机定位引擎查询硬件位同步地址，得到位同步标识，并在定位后清除硬件位同步标识。
14.如权利要求9所述的 方法，其特征在于，所述接收机定位引擎根据卫星发射位以下卫星时间和所维护的卫星发射位以上时间，得到卫星发射时刻的准确时间之前，还包括: 判断所述卫星发射时间维护模块维护的卫星发射位以上时间是否有效，仅当所述卫星发射时间维护模块维护的卫星发射位以上时间有效时，得到所述卫星发射时刻的准确时间。
15.如权利要求9至14任一项所述的方法，其特征在于， 所述快速定位有效时间为一个导航电文主帧的传播时间。
【文档编号】G01S19/42GK103744093SQ201410005269
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月6日 优先权日:2014年1月6日
【发明者】不公告发明人 申请人:北京北斗星通导航技术股份有限公司