计算机软件及应用一种导航接收机启动策略的优化方案

首次定位时间(TTFF)是导航接收机快速定位能力的重要指标之一,首次定位时间与导航接收机的冷、温、热启动策略密切相关。基于我国自主研制的北斗卫星导航系统,根据其特点,提出了一种最佳的启动策略。启动策略充分利用接收机的硬件资源,合理分配和利用各信道搜索卫星信号,充分利用已知信息,缩小接收机的搜索范围,提高卫星信号获取的成功率。实验结果表明,该启动策略能有效缩短导航接收机的首次定位时间。介绍北斗卫星导航系统1是我国除美国GPS、俄罗斯GLONASS和欧盟伽利略系统外,拥有自主知识产权的全天候、全时全球卫星导航系统。

具有短消息通信功能。这是北斗系统的独特功能。目前,北斗系统已具备为整个亚太地区提供正式服务的能力。卫星导航定位功能是推导出用户使用功能的基本功能。缩短卫星导航接收机的首次修复时间是提高用户体验指数的重要环节。目前,我国GPS导航接收机大多使用。第一次定位时间通常是冷启动模式,信息很少。启动过程为几分钟,温度启动约45秒,热启动约9秒2秒。以北斗导航系统为基础,分析了首次定位的启动原理,提出了结合北斗导航接收机缩短首次定位时间的新策略。

北斗导航接收机的实验表明,该方法缩短了用户的首次定位时间。_ 2常规启动策略的原理和缺点第一次定位时间是指导航接收机通电与第一次定位结果输出之间的时间差。导航接收机的启动一般分为冷启动、暖启动和热启动三种。冷启动是指卫星导航接收机在没有任何可用信息的情况下打开时对卫星的采集和跟踪。由于在冷启动过程中没有可用的先验信息,常规冷启动的第一次定位时间可能需要几分钟。温度启动是指星历信息无效时使用的启动方式,但星历、精确时间和接收位置均有效。

在暖启动状态下,通过历法计算,可以得到当前时刻所有卫星的近似位置。这样,卫星接收机可以在搜索卫星时瞄准卫星,缩短获取卫星信号的时间。常规温度启动的第一次定位时间一般为45秒左右。热启动是指接收器重启之间的短时间间隔,当星历表、星历表、精确时间和接收器的位置都有效时。基于这些先验信息,可以预测载波多普勒和伪码相位,实现卫星的快速捕获和跟踪,并利用有效星历信息计算出用户位置。常规热启动的第一次定位时间一般为9秒左右,甚至更短。

冷态启动、暖态启动和热态启动的先验信息条件见表1。其中,“”表示必要条件,“-”表示信息无效。然而,传统启动策略的实施也存在一些问题。首先,如果前一种启动模式失败(捕获的卫星少于4颗),后一种模式的第一次定位时间必然会增加。第二,通道数量不足。传统的热启动和热启动采集跟踪卫星可能只有4-6个,而一般导航接收机的信道数超过12个,浪费了大量的信道资源。三是三种启动方式之间的相关性没有得到充分利用。_启动策略优化针对传统启动方式的不足,充分利用硬件和信息资源,优化启动策略,在保持初始定位精度的基础上,减少首次定位时间。

热启动和热启动可以缩短第一次定位时间的原因是接收器的信道可以利用已知的信息来搜索获得高成功率的卫星。如果根据卫星采集成功率对所有卫星进行分类,并根据卫星的优先级搜索接收器的所有信道,则可以充分利用信道资源。卫星分类是实现这一想法的关键。_ 3.1根据星历表和信噪比分类,搜索的第一类卫星是具有有效星历表的卫星。在这些卫星中,由于信噪比(CNR)是用来确定导航卫星信号质量的再参考信息45,因此可以使用信噪比(CNR)估计来选择卫星进行采集。

最后一个位置的估计载波噪声比(CNR)可以存储在接收器的闪存中,以便下次搜索。本文采用宽频带和窄带的信噪比估计方法来计算信噪比估计。载波噪声比估计的具体处理流程如图2所示。(2)在没有辅助信息的情况下,应首先捕获地球观测卫星、IGSO卫星和MEO卫星,然后捕获IGSO卫星。5GEO+5IGSO卫星星座组合是BDS系统为中国及其周边地区服务的一个星座。(3)一旦导航接收机被激活,所有搜索信道将根据已建立的卫星信息的优先级搜索卫星信号,并充分利用信道资源,无论是否有足够的辅助信息。

(4)载噪比高的卫星和海拔40度左右的卫星优先捕获,卫星信号更可靠。4实验结果作者的研究小组开发了一个BDS用户接收器。该接收机基于FPGA+ARM的体系结构。硬件物理图如图5和图6所示。图7描述了与物理对象相对应的硬件框图。嵌入式处理器(ARM)主要实现导航消息解析、PVT计算和信号处理模块调度。FPGA的主要功能是对信号进行解调和解压,形成导航信息子帧格式。系统还包括ARM的闪存和FPGA,主要实现了ARM的存储、FPGA程序及相关参数的存储。

RTC模块以第二精度提供本地时间。当星历表和星历表失效时,平均TTFF时间为41.9秒,通用GPS模块冷启动时间约为1分钟。可以看出,与普通GPS接收机相比,实验型BDS接收机的冷启动时间明显缩短。这是因为首先,BDS系统服务的卫星数量为14个,而GPS的数量为30个,盲搜索范围小于GPS。其次,BDS接收机优先采用地理卫星搜索,实验区长沙纬度不高,采集成功率高。用星历表辅助定位时,TTFF的平均时间为32.1秒,通用GPS模块的温度启动时间约为38秒,略有增加。

结果表明,40高程附近的卫星优先搜索,且捕获成功率较高,可有效缩短首次定位时间。当星历表和星历表都有效时,TTFF时间为7.1秒,而通用GPS模块的热启动时间为9秒,改进较少。7-8秒时间主要是位同步、子帧同步和位置计算所消耗的时间。从以上实验结果可以看出,本文提出的启动策略与传统的启动策略相比有一定的改进。5结论本文提出的新启动策略是基于BDS系统的特点和我国及周边地区区位服务的优化启动策略。启动策略充分利用接收机的硬件资源,合理分配各信道,搜索卫星信号。

同时,利用传统冷、热、暖启动之间的相关性,充分利用已知信息,缩小接收机的搜索范围,提高获取卫星信号的成功率。实验结果表明,该启动策略能有效地缩短导航接收机,尤其是北斗导航接收机的首次定位时间。参考文献:1.杨新春,李正航,吴云,北斗卫星导航系统星座与XPL性能分析,测绘学报,2011,4068-72。2秦芬。东南大学GPS接收机快速定位技术研究与应用,2009.3。三。王梦丽,陈华明,王飞雪。GPS日历数据的有效年龄J.遥测和遥控,2007,(03)12-26.4沙拉维M S,AKOS D M,ALOI D N.gpsc/n0估计存在干扰和有限量化水平。

IEEE航空和电子系统汇刊,2007,43(1)227-238。5.阿里扎·帕扎维、德莫兹·格布雷·埃齐亚布、丹尼斯·M·阿克斯。跟踪GPS信号的载波环路结构。《美国电气工程师协会电子空间与电子系统汇刊》,2008年,44(02)697-710。。

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