北斗导航接收机快速启动方法研究

发布时间：2020-05-13 17:19

【摘要】：随着全球卫星通信技术的快速发展,卫星导航定位已经成为影响人们日常生活甚至国家安全战略等各个领域的关键技术。其中我国自主研发的北斗卫星导航系统已经进入到第三阶段,凭借优异的性能和服务质量得到了广泛应用。随着信息技术和生活水平的快速提高,用户对导航产品快速启动定位的性能要求也越来越高。启动后的首次定位时间(TTFF)是卫星导航接收机十分关键的性能指标,也直接影响着用户对定位产品的使用体验。因此,本文以北斗卫星导航系统为基础,针对导航接收机的快速启动技术进行了研究。本文针对北斗卫星导航系统的特点,提出一种应用于北斗导航接收机的快速启动方法。重构信号发射时间法是目前接收机在热启动模式时最常被采用的一种方法,但是该方法在先验信息要求和误差方面的不足也很明显。本文通过北斗导航接收机对重构信号发射时间法与传统的热启动进行了实验分析,并指出该方法的局限性,尤其是本地时钟的影响,无论是传统的热启动还是重构信号发射时间法都对本地时钟具有依赖性。针对这一问题,本文给出了一种基于北斗卫星导航系统接收机的快速启动方法,该方法主要是利用北斗导航系统中GEO卫星子帧同步时间非常短的特点,快速获取其信号发射时间以判断星历是否有效,当接收机进入热启动模式下,再利用相对传输时间关系构造方程式解算出接收机位置。在星历有效,定位环境良好时,北斗导航接收机在没有本地时钟提供当前时间的情况下,使用该方法依然可以进行热启动,完成定位功能,减少了运算量,摆脱了热启动对本地时钟的依赖性,扩大了热启动模式的应用环境和适用范围。最后,在实验室北斗导航接收机系统平台上对本方法进行了验证,经过测试,北斗导航接收机在没有本地时钟RTC和网络辅助提供时间的条件下,实现了快速启动定位,并且在信号较好的情况下首次定位时间与传统热启动相接近,验证了本文所提出方法的可行性。
【图文】：

系统结构图,系统结构,接收机,辅助信息

图 3-3 A-GPS 系统结构Figure 3-3A-GPS system structure如图 3-3，A-GPS 系统是主要由远程服务器、用户接收机和移动网络基站构成通过移动网络基站向远程服务器提出定位请求，服务器接到请求后，将发出站位置作为用户的位置，参照当前服务器中的卫星数据，将轨道参数、时钟误星编号等辅助信息通过网络回传给用户接收机，由用户终端利用辅助信息完跟踪测算出伪距。此外，用户接收机既可以自己选择定位解算，也可以将可见信息传送给服务器，由其代为计算。A-GPS 技术为接收机提供卫星星历、时间和接收机位置等辅助信息，在此条接收机的所有启动模式都相当于是热启动，于是首次定位时间也由之前的 1降至6秒左右甚至更少。远程服务器通过移动基站预测当前用户的可见卫星信预测用户所需的多普勒频移和码相位，使接收机可以在很短的时间内完成卫捕获和跟踪。由于已经有完整的星历数据，，所以不必再实时的从卫星信号中

覆盖区域,导航电文,卫星

第四章 BDS 接收机快速启动方法研究大的误差。针对以上不足，结合北斗卫星导航系统的特点，本小节将提出一种接收机有本地 RTC 的情况下判断星历有效性的方法。在北斗导航系统中，MEO 和 IGSO 卫星采用 D1 导航电文，GEO 卫星采用 D2 航电文。D1 导航电文的速率为 50bps，每子帧持续时间需要 6s；而 D2 导航电文速为 500bps，每子帧持续时间仅为 0.6s（两种导航电文的更多具体信息在第二章已经出）。因此，MEO 和 IGSO 卫星子帧同步最多需要 6s，而 GEO 最多只需要 0.6s。GE卫星信号完成子帧同步所需的时间仅相当于 MEO 卫星信号子帧同步时间的十分之一此外，北斗系统中有 5 颗 GEO 静止轨道卫星，分布于赤道上空，覆盖了全国及边大部分地区，一般情况下可见性很好。如图 4-1 所示为位于赤道上空的三颗 GEO 星的覆盖区域（最小仰角为 5 度）。可以看出，所有的 GEO 卫星在我国绝大部分地都属于可见范围，而且我国的周边范围一般也有 3~4 颗可见 GEO 卫星[39]。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN965.5

【参考文献】