温热启动算法说明.docx

冷启动、温启动和热启动算法 1概述 卫星导航接收机的快速定位能力主要由首次定位时间 （time to first fix , TTFF）这项指 标决定。提高首次定位时间这项性能，无论是对于车载导航领域，还是导弹导航等军事领域 都具有很大的意义。 因此，深入研究该技术就显得非常重要。 在相同的卫星信号条件下，信 号搜索范围的大小和首次定位所需时间的长短与接收机的启动方式有很大的关联。 根据接收 机启动时所掌握的各种数据信息状况的不同， 影响首次定位所需时间长短的接收机启动方式 通常可分成3种： 1） 冷启动。在冷启动时，接收机不知道当前的时间及其所处的位置，并且在存储器上也 没有保存任何有效的卫星星历和历书， 因此，冷启动后的接收机只能处于盲捕状态， 它的首 次定位时间最长，一般在 60 s左右。 2） 温启动。指接收机含有有效的卫星历书信息、本地概略位置和概略时间信息。历书是 一种不精确的卫星位置表， 可以得知当前时间（误差小于5 min）、当前位置（误差小于100 km）天空中卫星的概略分布状况，接收机可以大致确定三维搜索的范围，从而为信号的快 速捕获创造良好的条件。温启动的首次定位时间较短，一般在 45 s左右。 3） 热启动。如果接收机不但具备温启动的条件，而且还保存着有效的星历，那么接收机 就可以进行热启动。热启动的首次定位时间一般为 12 s,甚至更短。热启动的基本思想就是 在比特同步的情况下，正确求得各颗卫星的准确发射时间，从而求得位置。 冷启动、温启动和热启动的先验信息条件如表 1所示。 表1.各启动模式数据要求 辅助信息 冷启动 温启动 热启动 星历 - - V 历书 - V V 概略位置 - V V 概略时间 - V V 其中，"V”表示信息有效，“-”表示信息无效；卫星星历的有效期为两个小时； 历书的有效期为一个月；概略位置是指上次定位的用户位置，当用户位置没有发生 10公里 的移动时该位置视为有效；概略时间是指上次定位时本地接收时间，精确到毫秒级。 2总体流程 图1系统总体流程图 1、 星历有效条件：上次定位时间与本地时间差小于 2小时，但从定位精度来看， 本地时 间与上次定位时间差要小于 30分钟，才能满足精度要求，所以合成条件为小于 30 分钟。 2、 历书有效时间：历书时间应该小于 1个星期才有效。 3、 本地时间表达：本地有一个基于纽扣电池的守时模块，时间分辨率可达毫秒级。因此， 对概略位置、时间，历书、星历的有效性判断就有了时间基础参考。 （这里可能需要考虑时 间发散对算法的影响） 4、开机本地时间计算方法：时间=上次定位精确时间+开机本地RTC （整机断电后继续 保持时间）精确到秒的时间 5、存储设备需要保存上次定位的信息表。 定位精确时间 卫星1 疋位位置 星历参数信息 历书参数信息 卫星2 疋位位置 星历参数信息 历书参数信息  OOOOO 卫星2 疋位位置 星历参数信息 历书参数信息 3温启动算法 温启动算法的基本思想就是，在历书有效的情况下， 根据本地时间，获得卫星位置，结 合接收机概略位置，获得卫星的仰角，从而捕获仰角达到要求的卫星，流程如下： 开始 图2温启动流程图 其中，根据时间和历书算卫星坐标参看专门文献。 4热启动算法 热启动的核心算法思想就是快速获得卫星发射的准确时间， 在比特同步后，帧同步前完 成发射时刻的确定。 1、 热启动本地时间计算方法：时间计算时刻为某颗星的比特同步标志为 1（ CCBF中 B=1 ），时间=上次定位精确时间+本地RTC （整机断电后继续保持时间）精确到秒的时间 + 开机后精确到亚毫秒的本地计时器。 2、 算法描述： 设GNSS信号1比特时间为Tbit。设某颗卫星的比特同步标志为 1时，接收机时间为TU， 此时接收机收到卫星的信息是通过空间传播时间 T前卫星发射的，设此时卫星时间为 Ts， 则： Ts 二 Tu -T TU可由RTC和其他先验信息，求得，只要求得 T，卫星发射时刻即可求得， T由整 数个Tbit和小数个Tbit组成，设整数部分为nint个Tbit，小数部分为Tfrac，贝V T — nintTbit Tfrac 其中，码同步后，则Tfrac可求得，则问题就归结为求 n讯。 根据星历信息和某颗卫星比特同步时本地时间 Tu （单位为毫秒）和星历参数，获得 卫星在此时的坐标（Xs，ys，Zs）,结合此时本地概略坐标 （Xu, yu,乙）,得出此时的某颗星的伪 距「二■.（x^Xu/ （y^ yu/ （Zs -Zjr，则卫星的发射时刻为Ts = Tu - ?i /c,所以 nnt =Ceil（（Ts TO-Tfrac）/Tbit）,所以再计算T = n ntG+Tfrac,所以修正后的卫星发射 时刻为Ts二人-T，利用热启动的方式进行定位