同步導航電文的方法、接收機及裝置制造方法
【專利摘要】一種同步導航電文的方法、接收機及裝置。該同步導航電文的方法包括下列步驟：從接收機獲取第一同步信息，所述第一同步信息用于同步所述接收機從導航設備接收的第一導航電文；根據所述第一同步信息確定所述導航設備發送第二導航電文的發送時間；根據所述第二導航電文的發送時間計算第二同步信息，所述第二同步信息用于同步所述第二導航電文。與現有技術相比，本發明提供的同步導航電文的方法、接收機及裝置，能夠不需匹配子幀頭，快速同步導航電文，減少首次定位時間，提高TTFF性能。
【專利說明】同步導航電文的方法、接收機及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種衛星導航技術，特別涉及一種同步導航電文的方法、接收機及裝置。
【背景技術】
[0002]衛星導航系統(GlobalNavigation Satellite System,GNSS 系統)是一種用于在全球范圍內自動提供地理空間定位的系統。這種系統使得小型電子接收機通過時間信號將其位置(經度、緯度和高度)確定在幾米的范圍內，該時間信號以無線電波的形式按時間從衛星傳輸到接收機上。接收機計算精確的時間以及位置，所計算的時間和位置信息作為導航的數據基礎。
[0003]現有的導航系統，比如全球定位系統(Global Positioning System,簡稱GPS系統)和北斗(又稱羅盤)導航系統，需要從導航衛星獲取導航電文的精確發送時間，該發送時間可以根據子幀周內時間(Time Of Week,簡稱TOW)和子幀內導航比特計數值(bit count,簡稱bitcnt)來計算。導航電文的發送時間Ts可以通過以下公式(1)計算得出:
[0004]Ts=T0ff+bitcnt X cycle+Th(1)
[0005]其中，cycle表示子幀內導航比特計數值bitcnt的更新周期,對于GPS系統來說該更新周期為20 ms ;Th為更高精度的測量值。GPS系統中導航電文的信息結構為由5個子幀構成的1500bit長的主幀基本格式(也稱頁)，每一個子幀包含300bit (每個子幀長度為6秒)。GPS衛星的子幀周內時間TOW—個子幀更新一次，子幀內導航比特計數值bitcnt表示定位時刻收到最后一個導航比特(即當前比特)在一個TOW更新周期內的偏移量。因此在GPS系統中，子幀內導航比特計數值bitcnt的數值范圍為0-299。GPS系統中，子幀同步完成后，就能獲得子幀周內時間TOW和子幀內導航比特計數值bitcnt。
[0006]在傳統技術中，通過在導航數據流中逐一匹配子幀頭來完成子幀同步。例如，在GPS系統中，每個子幀的前N位為子幀頭。傳統的子幀同步方法是在導航數據流中匹配子幀頭，一旦匹配成功，則進一步校驗子幀中相同的字中的奇偶校驗位。一旦校驗通過，則衛星和接收機間的子幀同步完成，然后接收機開始對隨后接收的導航電文進行子幀內導航比特計數。當累計滿一個TOW更新周期(例如,300bits)后，bitcnt重新開始計數。
[0007]然而，現有的子幀同步方法中，由于需要匹配子幀頭，在某些情況下，子幀同步會耗費大量時間。在GPS系統中，每個子幀長度為6s。如果當前的子幀頭丟失，為了匹配下一個子幀頭，接收機要等待6s直到接收到下一個子幀。此外，現有的方法中，在子幀頭匹配后，需要校驗奇偶校驗位。在衛星接收到的信號較弱的情況下，校驗奇偶校驗位會較困難，從而，進一步增加了子幀同步的時間以及接收機首次定位的時間(Time To First Fix,簡稱 TTFF)。
【發明內容】
[0008]本發明要解決的技術問題在于提供一種同步導航電文的方法、接收機及裝置，能夠不需要匹配子幀頭，快速地同步導航電文，減少接收機首次定位時間，提供TTFF性能。
[0009]本發明提供了一種同步導航電文的方法，該方法包括下列步驟:從接收機獲取第一同步信息，其中第一同步信息用于同步接收機從導航設備接收的第一導航電文；根據第一同步信息確定導航設備發送第二導航電文的發送時間；根據第二導航電文的發送時間計算第二同步信息，其中第二同步信息用于同步所述第二導航電文。
[0010]本發明還提供了一種同步導航電文的接收機，該接收機包括電文同步模塊和同步信息存儲器，電文同步模塊包括發送時間計算器和同步信息計算器。發送時間計算器，用于從接收機的同步信息存儲器中獲取第一同步信息，并根據第一同步信息確定導航設備發送第二導航電文的發送時間，其中第一同步信息用于同步接收機從導航設備接收的第一導航電文；同步信息計算器，用于根據第二導航電文的發送時間計算第二同步信息，其中第二同步信息用于同步所述第二導航電文。
[0011]本發明還提供了一種同步導航電文的裝置，該裝置包括:發送時間計算器和同步信息計算器。發送時間計算器，用于從接收機獲取第一同步信息，并根據第一同步信息確定導航設備發送第二導航電文的發送時間，其中第一同步信息用于同步接收機從導航設備接收的第一導航電文；同步信息計算器，用于根據第二導航電文的發送時間計算第二同步信息，其中第二同步信息用于同步所述第二導航電文。
[0012]本發明提供的同步導航電文的方法、接收機及裝置，能夠不需匹配子幀頭，快速同步導航電文，減少首次定位時間，提高TTFF性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]以下通過對本發明的一些實施例結合其附圖的描述，可以進一步理解本發明的目的、具體結構特征和優點。
[0014]圖1所示為根據本發明一個實施例的導航電文同步系統的結構示意圖；
[0015]圖2所示為根據本發明一個實施例的圖1所示接收機的導航處理單元的結構示意圖；
[0016]圖3所示為根據本發明一個實施例的圖2所示導航處理單元的一種同步導航電文的方法流程圖；
[0017]圖4所示為根據本發明一個實施例的圖2所示導航處理單元的另一種同步導航電文的方法流程圖；
[0018]圖5所示為根據本發明一個實施例的圖2所示導航處理單元中的第一快速電文同步模塊的結構示意圖；
[0019]圖6所示為根據本發明一個實施例的圖5所示第一快速電文同步模塊的一種同步導航電文的方法流程圖；
[0020]圖7所示為根據本發明一個實施例的圖5所示第一快速電文同步模塊的另一種同步導航電文的方法流程圖；
[0021]圖8所示為根據本發明一個實施例的圖2所示導航處理單元中的第二快速電文同步模塊的結構示意圖；
[0022]圖9所示為根據本發明一個實施例的圖8所示第二快速電文同步模塊的一種同步導航電文的方法流程圖；[0023]圖10所示為根據本發明一個實施例的圖8所示第二快速電文同步模塊的另一種同步導航電文的方法流程圖；
[0024]圖11所示為根據本發明一個實施例的圖2所示導航處理單元中的第三快速電文同步模塊的結構示意圖；
[0025]圖12所示為根據本發明一個實施例的圖11所示第三快速電文同步模塊的一種同步導航電文的方法流程圖；
[0026]圖13所示為根據本發明一個實施例的圖11所示第三快速電文同步模塊的另一種同步導航電文的方法流程圖；以及
[0027]圖14所示為根據本發明一個實施例的導航處理單元的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]以下將對本發明的實施例給出詳細的參考。盡管本發明通過這些實施方式進行闡述和說明，但需要注意的是本發明并不僅僅只局限于這些實施方式。相反，本發明涵蓋后附權利要求所定義的發明精神和發明范圍內的所有替代物、變體和等同物。
[0029]另外，為了更好的說明本發明，在下文的【具體實施方式】中給出了眾多的具體細節。本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外一些實例中，對于大家熟知的方法、流程、元件和電路未作詳細描述，以便于凸顯本發明的主旨。
[0030]根據本發明的實施例，公開了一種不需要匹配子幀頭，快速同步導航電文的方法和裝置。本發明公開的方法和裝置可以減少首次定位時間TTFF和/或增加被捕獲到的用于導航的導航衛星數量，從而改善導航性能。此外，本發明公開了三種不同的快速導航電文同步方法，以適應需要同步導航電文的各種情況，如接收機的熱啟動、重啟、暫時性信號丟失、暫時性處理中斷等等。接下來將從各個方面舉例描述本發明的有益效果和新穎性，在以下描述中，本領域的技術人員可結合附圖理解本發明技術方案的【具體實施方式】等等。
[0031]圖1所示為根據本發明一個實施例的導航電文同步系統100的結構示意圖。導航電文同步系統100可以是，例如:GPS系統、北斗(羅盤)系統或其他適用的系統。導航電文同步系統100可以包括接收機102和一個或多個導航設備(如衛星104)，其中衛星104將調制的導航信號傳送至接收機102。導航電文可以通過碼分多址(Code Division MultipleAccess,簡稱CDMA)或其他擴頻技術進行編碼，從而使得每個衛星根據各自不同的編碼方法所獲得的導航電文能夠彼此相區別。
[0032]在這個實施例中，接收機102包括天線106、射頻(Radio-Frequency,簡稱RF)前端108、基帶處理單元110、導航處理單元112、本地時鐘114和顯示器116。接收機102可以是向用戶提供當前位置信息和時鐘信息的獨立電子設備或集成在另一個設備上的模塊，該另一個設備可以為但不限于一種便攜設備，例如:智能電話、平板電腦、游戲機、計算機或車輛。天線106從衛星104接收經調制的RF信號后，RF前端108將該信號轉換成頻率適合于數字信號處理的信號。基帶處理單元110可以包括一個或多個處理器，該處理器通過去除載波信號和粗捕獲碼(Coarse/Acquisition Code,簡稱C/A碼)來提取從每個衛星104接收的導航電文。
[0033]在這個實施例中，導航處理單元112解碼導航電文，并使用默認電文同步模塊118和一個或多個快速電文同步模塊120根據解碼后的信息確定衛星位置和發送時間。解碼后的信息包括:例如，衛星時鐘、時鐘關系、星歷和歷書等等。導航處理單元112還根據衛星位置和發送時間來計算接收機102的當前位置。接收機102中的本地時鐘114為導航處理單元112提供本地參考時間。本地時鐘114可以是與衛星時鐘同步過的，以達到一個時間基準，例如，時間基準可精確到Ims。
[0034]圖2所示為根據本發明一個實施例的圖1所示接收機102的導航處理單元112的結構示意圖。在這個實施例中，導航處理單元112包括默認電文同步模塊118、第一快速電文同步模塊202、第二快速電文同步模塊204、第三快速電文同步模塊206、切換模塊208、同步信息存儲器210和檢查模塊212。這里提到的“模塊”、“單元”是指任意適合的可執行軟件模塊、硬件、可執行的硬件程序或能完成所需功能的任意組合，如可編程處理器、分立邏輯器件，如狀態機等。
[0035]在這個實施例中，默認電文同步模塊118根據導航電文頭的匹配，在接收機102和一個或多個衛星104之間建立初始電文同步。在GPS系統中，如上所述，該初始電文同步通過子幀頭匹配和奇偶校驗位的校驗來完成。在一個實施例中，一旦接收機102開機或重啟，默認電文同步模塊118通過現有技術中已知的方法建立初始電文同步。在這個實施例中，一旦建立初始電文同步，接收機102開始工作，與電文同步相關的信息存儲在同步信息存儲器210中。該信息包括:例如，衛星104的星歷、計算得到的接收機102的當前位置、導航電文的發送時間(例如，子幀周內時間和導航比特計數)、與衛星時鐘和本地時鐘之間的時鐘同步相關的信息(例如，時鐘關系)、與本地時鐘相關的信息、或其他任意適合的信息。在這個實施例中，即使是在熱啟動或重啟后，信息仍會不斷更新并保存在同步信息存儲器210中。
[0036]在這個實施例中，第一快速電文同步模塊202、第二快速電文同步模塊204和第三快速電文同步模塊206用于在初始電文同步中斷情況下，從同步信息存儲器210中獲取與電文同步相關的信息，并根據所獲取的信息，在接收機102和衛星104之間重新建立電文同步。初始電文同步可能是因為各種不同原因中斷的，比如:熱啟動、重啟、暫時性GPS信號丟失或暫時性中斷處理。在不同原因導致的電文同步中斷情況下，從同步信息存儲器210中重新獲取的可用信息是不同的。在這個實施例中，切換模塊208根據初始電文同步中的可用信息來確定用哪一個快速電文同步模塊重新建立電文同步最合適。如何選擇合適的電文同步模塊的細節將會在后面描述。一旦經由第一快速電文同步模塊202、第二快速電文同步模塊204和第三快速電文同步模塊206中的一個模塊重新建立電文同步后，檢查模塊212將檢查同步信息的可靠性。在一個實施例中，如果從一個快速電文同步模塊中獲得的同步信息沒有通過測試，則切換模塊208會啟用另一個快速電文同步模塊來重新建立電文同步。通過了測試的同步信息(例如，子幀周內時間和導航比特計數)會存儲在同步信息存儲器210中。
[0037]圖3所示為根據本發明一個實施例的圖2所示導航處理單元的一種同步導航電文的方法300的流程圖。圖3將結合圖1和圖2進行描述。需要說明的是，除了本發明的實施例公開的模塊或單元，任意適合的模塊或單元也可包括在本實施例中。首先，在步驟302中，通過導航電文頭匹配(例如，GPS系統中的子幀頭匹配)在接收機和導航設備(例如，衛星104)之間建立電文同步。接收機從導航設備接收導航電文。如上所述，這一步驟可以由導航處理單元112中的默認電文同步模塊118完成。接下來，在步驟304中，檢測已建立的電文同步是否中斷。如上所述，這一步驟可以由導航處理單元112中的切換模塊208完成。如果檢測到電文同步中斷，則執行步驟306，從接收機重新獲取與電文同步相關的信息。在步驟308中，根據重新獲取的信息，在接收機和導航設備之間重新建立電文同步。如上所述，步驟306和308可以由導航處理單元112的第一快速電文同步模塊202、第二快速電文同步模塊204和第三快速電文同步模塊206中的一個模塊完成。
[0038]圖4所示為根據本發明一個實施例的圖2所示導航處理單元的另一種同步導航電文的方法400的流程圖。圖4將結合圖1和圖2進行描述。需要說明的是，除了本發明的實施例公開的模塊或單元，任意適合的模塊或單元也可包括在本實施例中。首先，在步驟402中，通過子幀頭匹配完成衛星和接收機之間的初始電文同步。如上所述，這一步驟可以由導航處理單元112中的默認電文同步模塊118完成。接下來，在步驟404中，存儲從初始電文同步中獲得的信息，該信息包括:例如，衛星104的星歷、計算得到的接收機102的當前位置、導航電文的發送時間(例如，子幀周內時間和導航比特計數)、與衛星時鐘和本地時鐘之間的時鐘同步相關的信息(例如，時鐘關系)、與本地時鐘相關的信息、或其他任意適合的信息。如上所述，這一步驟可以由導航處理單元112中的同步信息存儲器210完成。在步驟406中，根據從初始電文同步中獲取的可用信息，確定一種快速電文同步方法。換句話說，不同的快速電文同步方法可以適用于需要通過快速電文同步來重新建立電文同步的各種不同情況。如上所述，這一步驟可以由導航處理單元112中的切換模塊208完成。在步驟408中，根據從初始電文同步中獲取的可用信息，使用已確定的快速電文同步方法完成電文同步。這一步驟具體而言包括獲取同步信息(例如，子幀周內時間和導航比特計數)。如上所述，這一步驟可以由導航處理單元112的第一快速電文同步模塊202、第二快速電文同步模塊204和第三快速電文同步模塊206中的一個模塊完成。在步驟410中，驗證從快速電文同步獲取的同步信息，以確保快速電文同步的可靠性。如上所述，這一步驟可以由導航處理單元112中的檢查模塊212完成。在步驟412中，一旦獲取的同步信息通過驗證，則更新該獲取的同步信息并將其存儲在同步信息存儲器210中。
[0039]圖5所示為根據本發明一個實施例的圖2所示導航處理單元112中的第一快速電文同步模塊202的結構示意圖。在初始電文同步后，當衛星星歷、接收機位置以及時鐘同步信息均可用時，啟用第一快速電文同步模塊202。在一個實施例中，啟用第一快速電文同步模塊202可以減少接收機102熱啟動后的首次定位時間TTFF。在另一個實施例中，初始電文同步后，當接收機102移動到某些區域時，可能會出現GPS信號被遮擋或丟失的情況。一旦信號恢復，可以啟用第一快速電文同步模塊202，從而重新建立與上述情況下的衛星之間的電文同步。在這個實施例中，第一快速電文同步模塊202包括距離計算器502、發送時間計算器504和同步信息計算器506。
[0040]在一個實施例中，距離計算器502用于根據衛星104的星歷和接收機102的位置估算衛星104和接收機102之間的距離D。接收機102從衛星104接收導航電文。距離D可以通過下面的公式(2)計算:
[_] β = (2)
[0042]其中，Psv表示衛星104的位置，Pr表示接收機102的位置。
[0043]為計算該距離D，距離計算器502從接收機102的同步信息存儲器210獲取衛星104的星歷以及接收機102的位置。如果接收機102是在移動的情況下，接收機102的當前位置會與存儲在同步信息存儲器210中的接收機位置不同。根據導航比特的長度，接收機位置的偏移量應該低于閾值，以啟用第一快速電文同步模塊202。換句話說，當啟用第一快速電文同步模塊202時，相對于上一次電文同步來說，接收機102不能移動得太遠。在一個實施例中，當導航電文為2ms導航比特時，接收機位置的偏移量應低于200Km。在另一個實施例中，當導航電文為20ms導航比特時，接收機位置的偏移量應低于2000Km。
[0044]為了根據已存儲的星歷來估算衛星104的位置，需要使用衛星時鐘。在一個實施例中，已經建立了衛星時鐘和本地時鐘114間的時鐘同步。換句話說，衛星時鐘和本地時鐘114間的時鐘關系是已知的。假設本地時鐘114線性工作，為了計算衛星104的位置，可以利用本地時鐘114來估算衛星時鐘。
[0045]在一個實施例中，發送時間計算器504根據衛星104與接收機102之間的距離D來確定衛星104發送導航電文的發送時間Ts。發送時間Ts可以通過以下公式(3)來計算:
[0046]Ts=Tr-D/C(3)
[0047]其中，I；表示導航電文的接收時間，C為光速。因為本地時鐘114已經與衛星時鐘同步過，接收導航電文的本地時間可以作為公式(3)中的I；。導航電文從衛星104傳送到接收機102的傳送時間可以根據距離計算器502估算的距離D和光速C來計算。然后根據導航電文的傳送時間和導航電文的接收時間I；計算導航電文的發送時間Ts。
[0048]在一個實施例中，同步信息計算器506根據導航電文的發送時間Ts計算同步信息。如上文所述，同步信息包括子幀周內時間TOW和導航比特計數Nnavbit，該同步信息可用于同步導航電文。首先，同步信息計算器506根據導航電文的發送時間Ts，通過以下公式(4)計算子幀周內時間T0W:
【權利要求】
1.一種同步導航電文的方法，其特征在于，所述方法包括: 從接收機獲取第一同步信息，所述第一同步信息用于同步所述接收機從導航設備接收的第一導航電文； 根據所述第一同步信息確定所述導航設備發送第二導航電文的發送時間；以及 根據所述第二導航電文的發送時間計算第二同步信息，所述第二同步信息用于同步所述第二導航電文。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述導航設備包含衛星。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二同步信息包括所述第二導航電文的子幀周內時間和導航比特計數。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收機的本地時鐘在接收所述第一導航電文和接收所述第二導航電文之間的時間間隔內持續運行。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述確定所述導航設備發送第二導航電文的發送時間的步驟進一步包括: 從所述第一同步信息獲取第一導航電文的子幀周內時間和導航比特計數； 從所述接收機的本地時鐘獲取所述時間間隔；以及 根據所述第一導航電文的子幀周內時間和導航比特計數以及所述時間間隔，計算所述第二導航電文的發送時間。
6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述時間間隔小于I小時。
7.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，計算所述第二同步信息的步驟進一步包括: 根據所述第二導航電文的發送時間和子幀周內時間的更新周期，計算所述第二導航電文的子幀周內時間；以及 根據所述第二導航電文的發送時間，所述第二導航電文的子幀周內時間以及導航比特計數的更新周期，計算所述第二導航電文的導航比特計數。
8.一種同步導航電文的接收機，所述接收機包括電文同步模塊和同步信息存儲器，其特征在于，所述電文同步模塊包括: 發送時間計算器，用于從所述接收機的所述同步信息存儲器中獲取第一同步信息，并根據所述第一同步信息確定導航設備發送第二導航電文的發送時間，所述第一同步信息用于同步所述接收機從所述導航設備接受的第一導航電文；以及 同步信息計算器，用于根據所述第二導航電文的發送時間計算第二同步信息，所述第二同步信息用于同步所述第二導航電文。
9.根據權利要求8所述的接收機，其特征在于，所述導航設備包括衛星。
10.根據權利要求8所述的接收機，其特征在于，所述第二同步信息包括所述第二導航電文的子幀周內時間和導航比特計數。
11.根據權利要求8所述的接收機，其特征在于，所述接收機還包括本地時鐘，所述本地時鐘在接收所述第一導航電文和接收所述第二導航電文之間的時間間隔內持續運行。
12.根據權利要求11所述的接收機，其特征在于，所述發送時間計算器進一步用于: 從所述第一同步信息獲取所述第一導航電文的子幀周內時間和導航比特計數； 從所述接收機的本地時鐘獲取所述時間間隔；以及根據所述第一導航電文的子幀周內時間和導航比特計數以及所述時間間隔，計算所述第二導航電文的發送時間。
13.根據權利要求11所述的接收機，其特征在于，所述時間間隔小于I小時。
14.根據權利要求10所述的接收機，其特征在于，所述同步信息計算器進一步用于: 根據所述第二導航電文的發送時間和子幀周內時間的更新周期，計算所述第二導航電文的子幀周內時間；以及 根據所述第二導航電文的發送時間、所述第二導航電文的子幀周內時間以及導航比特計數的更新周期，計算所述第二導航電文的導航比特計數。
15.一種同步導航電文的裝置，其特征在于，所述裝置包括: 發送時間計算器，用于從接收機獲取第一同步信息，并根據所述第一同步信息確定導航設備發送第二導航電文的發送時間，所述第一同步信息用于同步所述接收機從所述導航設備接收的第一導航電文；以及 同步信息計算器，用于根據所述第二導航電文的發送時間計算第二同步信息，所述第二同步信息用于同步所述第二導航電文。
16.根據權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述導航設備包括衛星。
17.根據權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述第二同步信息包括所述第二導航電文的子幀周內時間和導航比特計數。
18.根據權利要求15所述 的裝置，其特征在于，所述接收機的本地時鐘在接收所述第一導航電文和接收所述第二導航電文之間的時間間隔內持續運行。
19.根據權利要求18所述的裝置，其特征在于，所述發送時間計算器進一步用于: 從所述第一同步信息獲取所述第一導航電文的子幀周內時間和導航比特計數； 從所述接收機的本地時鐘獲取所述時間間隔；以及 根據所述第一導航電文的子幀周內時間和導航比特計數以及所述時間間隔，計算所述第二導航電文的發送時間。
20.根據權利要求18所述的裝置，其特征在于，所述時間間隔小于I小時。
21.根據權利要求17所述的裝置，其特征在于，所述同步信息計算器進一步用于: 根據所述第二導航電文的發送時間和子幀周內時間的更新周期，計算所述第二導航電文的子幀周內時間；以及 根據所述第二導航電文的發送時間、所述第二導航電文的子幀周內時間以及導航比特計數的更新周期，計算所述第二導航電文的導航比特計數。
【文檔編號】G01S19/13GK103675839SQ201210321244
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年8月31日 優先權日:2012年8月31日
【發明者】鄒景華, 茍娟, 蘇衍榮 申請人:邁實電子(上海)有限公司