專利名稱：一種全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星搜索調(diào)度方法
技術領域：
本發(fā)明涉及全球衛(wèi)星定位與導航領域，例如GPS系統(tǒng)，尤其涉及一種 用于全球定位系統(tǒng)接收機的衛(wèi)星搜索調(diào)度方法的領域。
背景技術：
全球衛(wèi)星定位與導航系統(tǒng)，例如全球定位系統(tǒng)(GPS)，包括一組發(fā)送 GPS信號的一個衛(wèi)星星座(又被稱為Navstar衛(wèi)星)，該GPS信號能被接 收機用來確定該接收機的位置。衛(wèi)星軌道被安排在多個平面內(nèi)，以便在地 球上任何位置都能從至少四顆衛(wèi)星接收該種信號。更典型的情況是，在地 球上絕大多數(shù)地方都能從六顆以上衛(wèi)星接收該種信號。
每一顆GPS衛(wèi)星所傳送的GPS信號都是直接序列擴頻信號。商業(yè)上使 用的信號與標準定位服務(SPS)有關，而且被稱之為粗碼(C/A碼)的 直接序列二相擴頻信號，在1575.42MHz的載波下，具有每秒1.023兆碼 片的速率。偽隨機噪聲(PN)序列長度是1023個碼片，對應于1毫秒的 時間周期。每一顆衛(wèi)星發(fā)射不同的PN碼(Gold碼)，使得信號能夠從幾 顆衛(wèi)星同時發(fā)送，并由一接收機同時接收，相互間幾乎無干擾。術語"衛(wèi) 星星號"和這個PN碼相關，可以用以標示不同的GPS衛(wèi)星。
GPS的調(diào)制信號是導航電文(又被稱為D碼)和PN碼的組合碼。導航電 文的速率為每秒50比特。D碼的基本單位是一個1500比特的主幀，主幀 又分為5個300比特的子幀。其中子幀一包含了標識碼，星種數(shù)據(jù)齡期， 衛(wèi)星時鐘修正參數(shù)信息。子幀二和子幀三包含了實時的GPS衛(wèi)星星歷 (ephemeris)，星歷是當前導航定位信息的最主要內(nèi)容。利用子幀一至子 幀三的信息即可以實現(xiàn)定位，完成定位的基本任務。子幀四和子幀五包含 了 1-32顆衛(wèi)星的健康狀況，UTC校準信息和電離層修正參數(shù)及1-32顆
8衛(wèi)星的歷書(almanac)。歷書是衛(wèi)星星歷參數(shù)的簡化子集，用于預測相對 于接收機的可見衛(wèi)星及其多普勒頻偏。歷書每12.5分鐘廣播一次，壽命為 一周，可延長至2個月。
GPS接收機的主要目標之一是確定PN碼的到達時間。術語"GPS到 達之間"指GPS衛(wèi)星PN碼到達GPS接收機的時間。這是通過將本地產(chǎn) 生的PN參考信號與接收的信號相比并且"滑動"本地基準直至與接收信 號在時間上對齊來完成的。通過稱之為"相關"的相乘和積分過程，將這 兩個信號相互比較。當兩個信號在時間上是對齊時，輸出的結果為最大。
術語"GPS啟動時間"是衡量GPS基帶處理芯片性能的重要指標之一。 GPS啟動時間包括熱啟動時間、溫啟動時間和冷啟動時間。術語"啟動時 間"是指GPS接收機從上電到輸出首次定位結果的時間差。術語"熱啟動 時間"是指在已知接收機位置和GPS衛(wèi)星星歷情況下的啟動時間。術語"溫 啟動時間"是指在已知接收機位置、用戶時間及GPS衛(wèi)星歷書的啟動時間。 術語"冷啟動時間"是指在無任何先驗信息的啟動時間。
術語"GPS重捕時間"是衡量GPS基帶處理芯片性能的重要指標之一。 術語"重捕時間"是指GPS接收機在正常跟蹤GPS衛(wèi)星并定位的情況下， 因各種原因衛(wèi)星信號缺失，進而信號重現(xiàn)，從信號重現(xiàn)得時刻起，到重新 捕獲衛(wèi)星時刻的時間差。類似的，術語"重定位時間"是指GPS接收機在 正常跟蹤GPS衛(wèi)星并定位的情況下，因各種原因衛(wèi)星信號缺失，進而信號 重現(xiàn)，從信號重現(xiàn)得時刻起，到重新定位的時間差。
GPS接收機經(jīng)常遇到GPS信號缺失的情況，特別是在GPS接收機運動 和遮擋物較多的情況下。一個典型的場合是城市中行駛的車載GPS定位接 收機。行駛的車輛經(jīng)常遭遇各種橋梁、建筑物、隧道等遮擋物的遮擋，使 接收機無法接收到足夠信噪比的GPS信號。這些信號缺失的時間長度往往 從秒級到數(shù)分鐘不等。信號缺失之后重新出現(xiàn)時，GPS接收機的重捕和重 定位時間是GPS用戶關心的核心性能之一，因而吸引了相當多的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種引用于全球定位系統(tǒng)接收機的衛(wèi)星搜索調(diào)度方法。
該方法包括以下步驟更新衛(wèi)星信息；
根據(jù)衛(wèi)星信息為衛(wèi)星分類；
對于遮擋衛(wèi)星，則對其實施維持重捕；
對于非遮擋衛(wèi)星，則使用歸類衛(wèi)星概率調(diào)度；
利用衛(wèi)星信息預測衛(wèi)星信噪比；
根據(jù)預測信噪比使用選擇不同靈敏度捕獲方法對調(diào)度衛(wèi)星進行搜索。
進一步地，衛(wèi)星信息包括該衛(wèi)星是否被遮擋。
進一步地，衛(wèi)星信息包括該衛(wèi)星的仰角，方位角。
進一步地，衛(wèi)星信息包括該衛(wèi)星信號的多普勒頻偏，PN碼碼相位。
進一步地，衛(wèi)星信息包括該衛(wèi)星信號的強度。
進一步地，是否被遮擋的判斷標準為該衛(wèi)星之前處于跟蹤狀態(tài)，進而跟 蹤環(huán)失鎖，且失鎖時衛(wèi)星仰角大于遮擋仰角閾值，則認為該衛(wèi)星被遮擋； 反之則認為該衛(wèi)星沒有被遮擋。
進一步地，遮擋仰角閾值與接收機跟蹤不受遮擋衛(wèi)星信號失鎖時最大仰 角相關。
進一步地，遮擋仰角閾值比接收機跟蹤不受遮擋衛(wèi)星信號失鎖時最大仰 角大。
進一步地，衛(wèi)星信息中是否正在被搜索，是否被跟蹤的部分從捕獲通道 和跟蹤通道獲得。
進一步地，衛(wèi)星信息中處于跟蹤狀態(tài)衛(wèi)星的仰角，方位角由星歷精密計 算獲得。進一步地，衛(wèi)星信息中未處于跟蹤狀態(tài)的衛(wèi)星的仰角，方位角由歷書預 測獲得。
進一步地，衛(wèi)星信息中處于跟蹤狀態(tài)衛(wèi)星的衛(wèi)星信號的多普勒頻偏，PN 碼碼相位由跟蹤通道測量獲得。
進一步地，衛(wèi)星信息中未處于跟蹤狀態(tài)衛(wèi)星的衛(wèi)星信號的多普勒頻偏， PN碼碼相位由歷書預測獲得。
進一步地，衛(wèi)星分類方法將衛(wèi)星分成可見衛(wèi)星、被遮擋衛(wèi)星和不可見衛(wèi) 星三類。
進一步地，衛(wèi)星歸類概率搜索調(diào)度方法包括以下步驟 讀取衛(wèi)星狀態(tài)參數(shù)； 為衛(wèi)星分類； 統(tǒng)計可見衛(wèi)星數(shù)量； 統(tǒng)計跟蹤衛(wèi)星數(shù)量； 推測當前搜索場景；
根據(jù)搜索場景為各個衛(wèi)星分配搜索權重； 根據(jù)搜索權重調(diào)度搜索衛(wèi)星； 根據(jù)衛(wèi)星的類型生成搜索空間； 預測待搜衛(wèi)星的信噪比；
利用衛(wèi)星的預測信噪比自適應選擇不同靈敏度的捕獲方法搜索。 進一步地，衛(wèi)星分類包括可見衛(wèi)星和不可見衛(wèi)星兩類。進一步地，搜索場景分為遮擋嚴重場景，部分遮擋場景，低信噪比搜索
場景和搜索完備場景。
進一步地，搜索場景的判別依據(jù)為可見衛(wèi)星數(shù)量和跟蹤衛(wèi)星數(shù)量的組 合。
進一步地，搜索場景的判別依據(jù)為可見衛(wèi)星數(shù)量和跟蹤衛(wèi)星數(shù)量的差值。
進一步地，遮擋嚴重場景的判別依據(jù)為該場景下可見衛(wèi)星數(shù)量和跟蹤衛(wèi) 星數(shù)量差值大于遮擋嚴重閾值。
進一步地，部分遮擋場景的判別依據(jù)為該場景下可見衛(wèi)星數(shù)量和跟蹤衛(wèi) 星數(shù)量差值大于部分遮擋閾值。
進一步地，低信噪比搜索場景的判別依據(jù)為該場景下可見衛(wèi)星數(shù)量和跟 蹤衛(wèi)星數(shù)量差值大于低信噪比搜索閾值。
進一步地，搜索完備場景的判別依據(jù)為該場景下可見衛(wèi)星數(shù)量和跟蹤衛(wèi) 星數(shù)量差值大于等于搜索完備閾值。
進一步地，判定遮擋嚴重場景的遮擋嚴重閾值在5 8之間取值。 進一步地，判定部分遮擋場景的部分遮擋閾值在3 6之間取值。 進一步地，判定低信噪比搜索場景的低信噪比閾值在1 4之間取值。 進一步地，判定搜索完備場景的搜索完備閾值在0 2之間取值。 進一步地，對于遮擋嚴重場景增大高仰角高信噪比衛(wèi)星的搜索權重。 進一步地，對于部分遮擋場景增大各可見衛(wèi)星搜索權重。 進一步地，對于低信噪比搜索場景增大各低信噪比衛(wèi)星的搜索權重。 進一步地，根據(jù)搜索場景為各個衛(wèi)星分配搜索權重的步驟對于完備搜索場景關閉各搜索通道和沒有處于跟蹤狀態(tài)的跟蹤通道。
進一步地，非可見衛(wèi)星的搜索權重大于o。
進一步地，利用衛(wèi)星搜索權重調(diào)度方法包含以下步驟 讀取各可用衛(wèi)星的搜索權重；
以搜索權重的數(shù)值為次數(shù)將該衛(wèi)星號寫進調(diào)度數(shù)組；
生成一個在o至所有未占用衛(wèi)星搜索權重之和減一范圍內(nèi)的隨機指
針；
利用隨機指針對調(diào)度數(shù)組進行尋址，尋址結果即是調(diào)度衛(wèi)星結果。 進一步地，調(diào)度矩陣長度為所有未占用衛(wèi)星搜索權重之和。 進一步地，根據(jù)衛(wèi)星的類型生成搜索空間包括頻率搜索空間和碼相位搜 索空間。
進一步地，頻率搜索空間包括頻率搜索空間以預測的多普勒頻偏為原 點，向正負兩個方向延伸，覆蓋頻率搜索范圍。 進一步地，頻率搜索空間的搜索步長可變。
進一步地，碼相位搜索空間包括碼相位搜索空間以預測的多普勒頻偏為
原點，向正負兩個方向延伸，覆蓋碼相位搜索范圍。
進一步地，根據(jù)衛(wèi)星的類型生成搜索空間對于可見衛(wèi)星使用縮小的頻率
搜索空間和碼相位搜索空間，對于不可見衛(wèi)星使用完整的頻率搜索空間和
碼相位搜索空間。
進一步地，完整頻率搜索空間覆蓋可能的多普勒頻偏范圍。
進一步地，完整頻率搜索空間覆蓋可能的碼相位范圍。
進一步地，縮小的頻率搜索空間覆蓋預測多普勒頻偏的誤差最大范圍。進一步地，完整頻率碼相位空間覆蓋可能的預測碼相位的誤差最大范 圍。
進一步地，遮擋衛(wèi)星維持搜索調(diào)度方法包括以下步驟 讀取衛(wèi)星狀態(tài)參數(shù)； 維持計數(shù)器增一； 檢測維持計數(shù)器是否溢出；
如果沒有溢出，則利用上次處于跟蹤狀態(tài)的多普勒頻偏和碼相位生 成縮小的搜索空間進行搜索； 預測衛(wèi)星信噪比；
利用衛(wèi)星的預測信噪比自適應選擇不同靈敏度的捕獲方法搜索； 如果捕獲成功則轉入跟蹤；
如果捕獲失敗且維持計數(shù)器未溢出時，重新從第一步驟開始執(zhí)行， 實現(xiàn)維持重捕；
如果捕獲失敗且維持計數(shù)器未溢出時，重置遮擋標志，轉入未遮擋 歸類搜索衛(wèi)星調(diào)度方法進行調(diào)度。
進一步地，維持重捕成功后可以用跟蹤失鎖前的先驗信息實現(xiàn)快速同步。
進一步地，同步包括比特同步和幀同步。
通過靈活使用這三種方法可以大大提高搜索衛(wèi)星的成功幾率，減少搜 索衛(wèi)星所消耗的時間，大大提高啟動定位速度、重捕定位精度，降低功耗， 解決了衛(wèi)星調(diào)度算法中的魯棒性和可靠性的問題，進而提高接收機在遮擋 嚴重的城市森林中可用性，極大地提高用戶體驗。說


圖1是一個已有衛(wèi)星搜索調(diào)度方法示意圖2是一個改進的已有衛(wèi)星搜索調(diào)度方法示意圖3是另一個改進的已有衛(wèi)星搜索調(diào)度方法示意圖4是本發(fā)明提出的衛(wèi)星搜索調(diào)度方法整體框圖5是本發(fā)明提出的非遮擋衛(wèi)星歸類概率搜索調(diào)度方法示意圖6是本發(fā)明提出的遮擋衛(wèi)星維持搜索調(diào)度方法示意圖7是本發(fā)明提出的概率調(diào)度方法實現(xiàn)細節(jié)示意圖8是本發(fā)明的一個較優(yōu)實施例的基于預測多普勒的完整頻率搜索空 間示意圖9是本發(fā)明的一個較優(yōu)實施例的基于預測多普勒的縮小頻率搜索空 間示意圖IO是本發(fā)明的一個較優(yōu)實施例的基于預測碼相位的完整碼相位搜索 空間示意圖11是本發(fā)明的一個較優(yōu)實施例的基于預測碼相位的縮小頻率搜索空 間示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實 施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
為方便起見，下文中接收機均指全球定位系統(tǒng)接收機的基帶處理芯片， 或者實現(xiàn)等同功能的部件。假設基帶接收機需要搜索全部1 32號衛(wèi)星， 基帶芯片的捕獲和跟蹤通道均為12個。其他數(shù)目捕獲和跟蹤通道的基帶 芯片可以以此類推，本發(fā)明對不同數(shù)目搜索和跟蹤通道的基帶芯片其基本 思想都是一致的，只是具體實現(xiàn)上某些參量略有不同。
圖1描述了一個巳有衛(wèi)星搜索調(diào)度方法示意圖。衛(wèi)星搜索空間101包 含了 32個衛(wèi)星號102，這些衛(wèi)星號按照1 32順序排列。圖中帶點方框內(nèi)200810056631.X
的衛(wèi)星號103是當前被占用的衛(wèi)星。所謂"被占用衛(wèi)星"是指該衛(wèi)星正在 被搜索或者被跟蹤。當某個捕獲通道搜索某個衛(wèi)星失敗需要搜索一顆新的 衛(wèi)星時，只搜索那些未被占用的衛(wèi)星。圖中斜線方框內(nèi)的衛(wèi)星號104是搜 索失敗的衛(wèi)星，這時對該衛(wèi)星搜索的捕獲通道需要換到一顆未被占用的衛(wèi)
星開始新的搜索。調(diào)度指針105用以輸出待搜索的衛(wèi)星號，所輸出的衛(wèi)星
號即是捕獲通道即將搜索的新衛(wèi)星的衛(wèi)星號。所有捕獲通道共用一個指 針，保證捕獲通道不會對同一顆衛(wèi)星進行捕獲。該指針在衛(wèi)星搜索空間內(nèi)
循環(huán)移動，即當指針指向衛(wèi)星搜索空間最后一個位置，即第32個地址時， 下一次調(diào)度操作，該指針將從衛(wèi)星搜索空間的第一個地址開始進行。
以圖1中所描繪的情況對一個典型的衛(wèi)星調(diào)度過程的細節(jié)進行解釋。 本圖中被占用衛(wèi)星號以及未被占用的衛(wèi)星號的具體數(shù)值只是說明性的，用 以解釋衛(wèi)星搜索調(diào)度原理，實際情況可能多種多樣，但其基本原理是相同 的。如前所設定的假設，使用該種調(diào)度算法的基帶處理芯片擁有12個捕 獲通道，其中一個捕獲通道搜索17號衛(wèi)星，且搜索失敗，需要換到一顆 新的衛(wèi)星進行搜索。這時調(diào)度指針指向搜索失敗的衛(wèi)星105。調(diào)度開始時， 指針增一，并檢測該指針所指向的衛(wèi)星號是否被占用，如果被占用則繼續(xù) 增一直至指向一個未被占用的衛(wèi)星106。該衛(wèi)星即是衛(wèi)星搜索的調(diào)度結果。 對于圖一所示的情況，捕獲通道下一個搜索的衛(wèi)星為21號衛(wèi)星。
這種方法結構簡單，邏輯清晰，有著32顆衛(wèi)星均能覆蓋到，不會出現(xiàn) 漏星的優(yōu)點，但是也有著非常大的局限性。首先，對于某一時刻，天空中 可見衛(wèi)星通常遠遠小于32顆，絕大多數(shù)時間內(nèi)處于7 14顆的范圍內(nèi)。術 語"可見衛(wèi)星"是指衛(wèi)星相對接收機的仰角大于O的衛(wèi)星，即相對接收機視線內(nèi)的衛(wèi)星。只有可見衛(wèi)星的信號才有可能被接收機捕獲進而跟蹤。衛(wèi) 星導航電文中的歷書信息可以用以計算衛(wèi)星的仰角，進而獲知哪些衛(wèi)星是 相對接收機可見的。具體的計算方法本領域內(nèi)熟練人員都能掌握，在此不 再贅述。在可以獲知可見衛(wèi)星號的前提下，全部搜索所有的32顆衛(wèi)星是 對資源的巨大浪費，同時也會大大延長捕獲正確衛(wèi)星的時間，降低定位速
另一方面，當捕獲通道搜索某顆衛(wèi)星時，該顆衛(wèi)星很有可能被遮擋而 導致捕獲失敗，或者處于跟蹤狀態(tài)的衛(wèi)星因為信號缺失而失鎖。而這種遮 擋導致的信號缺失時間往往只維持數(shù)秒到數(shù)分鐘的級別。這種情況在遮擋 嚴重的城市森林中尤為普遍。在這種情況下，該種調(diào)度算法需要搜索完剩 下的所有未占用衛(wèi)星，才會重新搜索該顆被遮擋的衛(wèi)星。對于搜索速度較 慢的捕獲通道而言，這樣的搜索時間往往是用戶難以忍受的，同時也會大 大降低接收機在城市中的可用性。
圖2描述了一個改進的己有衛(wèi)星搜索調(diào)度方法示意圖。該種方法對圖1
所示的方法進行了改進。類似地，衛(wèi)星搜索空間201包含了 32個衛(wèi)星號 202。圖中帶點方框內(nèi)的衛(wèi)星號203是當前被占用的衛(wèi)星。圖中斜線方框 內(nèi)的衛(wèi)星號204是搜索失敗的衛(wèi)星，對該衛(wèi)星搜索的捕獲通道需要搜索一 顆未被占用的衛(wèi)星。調(diào)度指針205用以輸出待搜索的衛(wèi)星號，所輸出的衛(wèi) 星號即是捕獲通道即將搜索的衛(wèi)星的星號。所有捕獲通道共用一個指針， 保證捕獲通道不會對同一顆衛(wèi)星進行捕獲。該指針在衛(wèi)星搜索空間內(nèi)循環(huán) 移動，即當指針指向衛(wèi)星搜索空間最后一個位置，即第32個地址時，下 一次調(diào)度操作，該指針將從衛(wèi)星搜索空間的第一個地址開始進行。但是放置在衛(wèi)星搜索空間中的星號不再是按照1 32順序排列，而是 根據(jù)一定的優(yōu)先級進行排列，其優(yōu)先級的來源于利用歷書預測的衛(wèi)星相對 接收機的仰角。仰角越高，優(yōu)先級越高。
和圖1所示方法類似地，以圖2中所描繪的情況對一個典型的改進衛(wèi) 星調(diào)度過程進行解釋。本圖中被占用衛(wèi)星號以及未被占用的衛(wèi)星號的具體 數(shù)值只是說明性的，用以解釋改進衛(wèi)星搜索調(diào)度原理，實際情況可能多種 多樣，但其基本原理是相同的。如前所設定的假設，使用該種調(diào)度算法的
基帶處理芯片擁有12個捕獲通道，其中一個捕獲通道搜索17號衛(wèi)星，且
搜索失敗，需要換到一顆新的衛(wèi)星進行搜索。這時調(diào)度指針指向搜索失敗
的衛(wèi)星205，調(diào)度開始時，指針增一，并檢測該指針所指向的衛(wèi)星號是否 被占用，如果被占用則繼續(xù)增一直至指向一個未被占用的衛(wèi)星206。該衛(wèi) 星即是衛(wèi)星搜索的調(diào)度結果，對于圖2描述的情況，待搜索的衛(wèi)星為31 號衛(wèi)星?；具^程雖然和圖l所述方法類似，但衛(wèi)星調(diào)度的結果不再是順 序的，而是包含了優(yōu)先級的信息的。因為該種方法的捕獲成功幾率特別是 啟動時的捕獲成功幾率較圖1所示方法有較大提高。
這種方法同樣擁有結構簡單，邏輯清晰，32顆衛(wèi)星均能覆蓋到，不會 出現(xiàn)漏星的優(yōu)點，但是同樣有著非常大的局限性。對于衛(wèi)星被遮擋而捕獲 失敗的情況依然沒有很好的解決，使用這種調(diào)度方法的接收機在城市森林 中的可用性仍然不高。另外該方法對所有的可見衛(wèi)星等同對待，對高信噪 比和低信噪比的衛(wèi)星使用相同的搜索方法進行搜索，效率不高。
圖3描述了另一個改進的已有衛(wèi)星搜索調(diào)度方法示意圖。該種方法對
18圖1、圖2所示的方法進行了改進，使用了縮小的衛(wèi)星搜索空間?？s小的
衛(wèi)星搜索空間301只包含了預測的可見衛(wèi)星302，而不是圖1、圖2所示 的完整32顆衛(wèi)星。預測可見衛(wèi)星的方法和圖1、圖2所示的方法相同。圖 中帶點方框內(nèi)的衛(wèi)星號303是當前被占用的衛(wèi)星。圖中斜線方框內(nèi)的衛(wèi)星 號304是搜索失敗的衛(wèi)星，對該衛(wèi)星搜索的捕獲通道需要搜索一顆未被占 用的衛(wèi)星。調(diào)度指針305用以輸出當前待搜索的衛(wèi)星號，所輸出的衛(wèi)星號 即是捕獲通道下一個搜索的衛(wèi)星。所有捕獲通道共用一個指針。該指針在 衛(wèi)星搜索空間內(nèi)循環(huán)移動，即當指針指向搜索空間最后一個地址時，下一 次調(diào)度操作，該指針從第一個地址開始進行。
和圖2所示方法類似地，以圖3中所描繪的情況對一個典型的改進衛(wèi) 星調(diào)度過程進行解釋。本圖中被占用衛(wèi)星號以及未被占用的衛(wèi)星號的具體 數(shù)值只是說明性的，用以解釋改進衛(wèi)星搜索調(diào)度原理，實際情況可能多種 多樣，但其基本原理是相同的。如前所設定的假設，使用該種調(diào)度算法的 基帶處理芯片擁有12個捕獲通道，其中一個捕獲通道搜索17號衛(wèi)星，且 搜索失敗，需要換到一顆新的衛(wèi)星進行搜索。這時調(diào)度指針指向搜索失敗 的衛(wèi)星305，調(diào)度開始時，指針增一，并檢測該指針所指向的衛(wèi)星號是否 被占用，如果被占用則繼續(xù)增一直至指向一個未被占用的衛(wèi)星306。該衛(wèi) 星即是衛(wèi)星搜索的調(diào)度結果，對于圖2描繪的情況，待搜索的衛(wèi)星為31 號衛(wèi)星。基本過程雖然和圖2所述方法類似，但由于搜索空間較小，因而 捕獲的成功幾率和效率都較圖2所示方法有較大提高。
但是本方法有著非常大的局限性，特別是本方法不夠健壯，魯棒性不
夠好，可靠性不高。 一旦出現(xiàn)預測錯誤，所預測衛(wèi)星并不可見，就會出現(xiàn)一直搜索錯誤衛(wèi)星導致無法定位或者捕獲衛(wèi)星數(shù)目小于理論值的情況。而 預測錯誤的情況由于歷書過老，接收機位置有較大變化，接收機時鐘誤差 等情況而時常出現(xiàn)。 一旦出現(xiàn)這種情況，使用該種調(diào)度算法的接收機可能 出現(xiàn)無法定位的錯誤。
另一方面，對于處于跟蹤狀態(tài)的衛(wèi)星因為受到遮擋而跟蹤失鎖，進而 重新搜索的情況，信號缺失前衛(wèi)星跟蹤是可以獲得很多先驗信息，在重捕 獲時可以用來實現(xiàn)快速同步。而該方法常常出現(xiàn)跟蹤失鎖衛(wèi)星和重捕獲衛(wèi) 星的通道不相同的現(xiàn)象，這對實現(xiàn)快速同步是非常不利的。
圖4描述了本發(fā)明提出的衛(wèi)星搜索調(diào)度方法整體框圖。該種方法綜合 使用了歸類衛(wèi)星概率調(diào)度，遮擋衛(wèi)星維持重捕，和自適應靈敏度捕獲三種 方法實現(xiàn)了捕獲效率和成功率，性能和功耗之間的最優(yōu)化，大大提高了定 位速度，解決了衛(wèi)星調(diào)度算法中的魯棒性和可靠性的問題。該方法包括以 下步驟首先更新衛(wèi)星信息401。這些信息包括是否正在被搜索，是否被 跟蹤，是否被遮擋，衛(wèi)星的仰角，方位角，衛(wèi)星信號的多普勒頻偏，PN 碼碼相位，以及衛(wèi)星信號的強度。是否正在被搜索，是否被跟蹤這些信息 從捕獲和跟蹤通道獲知。如果某顆衛(wèi)星之前處于跟蹤狀態(tài)，突然跟蹤環(huán)失 鎖，且失鎖時衛(wèi)星仰角大于遮擋仰角閾值，則認為該衛(wèi)星被遮擋；反之則 認為該衛(wèi)星沒有被遮擋。眾所周知，衛(wèi)星信號強度和其相對于接收機的仰 角近似的成反比。遮擋仰角閾值與接收機跟蹤不受遮擋衛(wèi)星信號失鎖時最 大仰角相關。通常為了保有一定余量，遮擋仰角閾值比接收機接收不受遮 擋衛(wèi)星信號失鎖時最大仰角略大。對于已經(jīng)處于跟蹤狀態(tài)的衛(wèi)星，衛(wèi)星的
仰角，方位角，衛(wèi)星信號的多普勒頻偏，PN碼碼相位等信息可以從衛(wèi)星精密的星歷和跟蹤通道的參數(shù)精確獲得。而對于沒有處于跟蹤狀態(tài)的衛(wèi) 星，可以從精度稍差的歷數(shù)中預測獲得。
進一步地，根據(jù)衛(wèi)星信息為衛(wèi)星分類402，將衛(wèi)星分成可見衛(wèi)星、被遮
擋衛(wèi)星和不可見衛(wèi)星。對于遮擋衛(wèi)星403，則對其實施維持重捕304，對 于非遮擋衛(wèi)星則使用歸類衛(wèi)星概率調(diào)度，輸出需要搜索的衛(wèi)星。
進一步地，利用衛(wèi)星信息預測需要搜索的衛(wèi)星或者維持重捕的衛(wèi)星的 信號信噪比406。預測的依據(jù)可以是仰角，或者利用仰角和衛(wèi)星的型號的 組合。這里的預測不用非常精細，只要能分辨出大概的級別即可。將預測 可見衛(wèi)星的信噪比對同一顆衛(wèi)星而言，衛(wèi)星信號強度和其仰角成正比，其 不受遮擋情況下的信噪比可以近似地建立和， 一般來說。另一方面衛(wèi)星仰 角越高，越不容易被遮擋。目前在軌的衛(wèi)星主要有II型，IIA型，IIR星， 未來還有IIF型和III型，新一代的衛(wèi)星信號強度要大大高于前一代的衛(wèi)星， 大概2 3dB左右。。衛(wèi)星號對應著唯一的衛(wèi)星型號，其具體的對應關系， 可以在NASA的網(wǎng)站上找到。利用衛(wèi)星的型號和其仰角，或者更簡單地， 利用衛(wèi)星仰角，可以近似地預測衛(wèi)星的信噪比，或者分成若干等級，如高 信噪比可見衛(wèi)星和低信噪比可見衛(wèi)星。實施上本發(fā)明的一個較優(yōu)實施例考 慮到簡化計算復雜度，僅使用仰角作為考察量進行區(qū)分，將衛(wèi)星分成高信 噪比可見衛(wèi)星和低信噪比可見衛(wèi)星兩類。而本發(fā)明的另一個較優(yōu)實施例側 重提高性能，內(nèi)部包含了一個衛(wèi)星號到衛(wèi)星型號的映射表，從而實現(xiàn)了對 衛(wèi)星型號和仰角的綜合量進行考察，進而將可見衛(wèi)星分成高信噪比衛(wèi)星和 次低信噪比衛(wèi)星，低信噪比衛(wèi)星和極低信噪比衛(wèi)星四類。區(qū)分高信噪比衛(wèi) 星和低信噪比衛(wèi)星的門限依據(jù)是接收機常規(guī)捕獲方法和高靈敏度捕獲方法的重合的靈敏度部分，或者是常規(guī)捕獲方法的靈敏度極限。
進一步地，利用預測衛(wèi)星信噪比自適應地選擇不同靈敏度的捕獲方法 進行搜索406。接收機基帶芯片中通常是通過增加相干和非相干累加時間 來增加靈敏度，這兩種方法或其組合都會大幅度地增加捕獲所需的時間和 功耗。根據(jù)不同信噪比的衛(wèi)星使用不同靈敏度的方法進行捕獲，可以在時 間功耗和靈敏度之間做到最優(yōu)。當使用低靈敏度方法捕獲失敗時，下次搜 索時使用高靈敏度的方法進行捕獲。利用不同次數(shù)的相干和非相干累加次 數(shù)的組合可以形成非常豐富的捕獲方法。本發(fā)明的一個較優(yōu)實施例使用兩 個不同的相干和非相干累加次數(shù)組合來實現(xiàn)高速但相對低靈敏度的捕獲 方法和高靈敏度但耗時很長的高靈敏度捕獲方法，針對不同信噪比的衛(wèi)星 使用不同的捕獲方法。本發(fā)明的另一個實施例使用了多達4種不同的靈敏 度方法，根據(jù)待搜衛(wèi)星的靈敏度進行自適應地配置。無論是那種捕獲方法，
一旦捕獲成功408則轉入跟蹤狀態(tài)409，否則，則重新進行整個調(diào)度過程， 繼續(xù)捕獲。
圖5描述了本發(fā)明提出的非遮擋衛(wèi)星歸類概率搜索調(diào)度方法示意圖， 該圖描述了調(diào)度算法的細節(jié)，該流程是圖4描述的整體流程的一部分，當 判斷當前搜索失敗或者跟蹤丟失的衛(wèi)星為非遮擋衛(wèi)星時，即進入該流程。 首先讀取衛(wèi)星狀態(tài)參數(shù)501。衛(wèi)星狀態(tài)在圖4的401步驟中被更新，其更 新的速率可調(diào)，以降低功耗。讀取衛(wèi)星狀態(tài)參數(shù)之后即利用衛(wèi)星狀態(tài)為衛(wèi) 星分類，這里的分類是403過程的子集，利用仰角將衛(wèi)星分成可見衛(wèi)星和 非可見衛(wèi)星，同時利用仰角和衛(wèi)星的型號，或者僅靠仰角，將預測可見衛(wèi)星的信噪比。
進一步地，統(tǒng)計可見衛(wèi)星的數(shù)目503，統(tǒng)計處于跟蹤狀態(tài)的衛(wèi)星即捕獲
成功的衛(wèi)星數(shù)目504，利用這兩個量推斷當前的搜索場景505。典型的場
景有四個
1) 遮擋嚴重場景該場景下可見衛(wèi)星數(shù)量和跟蹤衛(wèi)星數(shù)量差值大于遮
擋嚴重閾值。該閾值在5 8之間取值，如6顆。這時接收機往往處于被
長時間遮擋的情況，例如經(jīng)過較長的隧道。這種情況下需要盡快搜索高信 噪比高仰角的衛(wèi)星，優(yōu)先保證定位。同時兼顧不可見衛(wèi)星，防止可見衛(wèi)星 預測錯誤。
2) 部分遮擋場景該場景下可見衛(wèi)星數(shù)量和跟蹤衛(wèi)星數(shù)量差值大于部
分遮擋閾值。該閾值在3 6之間取值，如3顆。這時接收機往往處于被
部分遮擋的情況，例如接收機處于建筑腳下，部分衛(wèi)星被遮擋。這種情況 下需要均勻搜索各可見未捕獲衛(wèi)星，同時兼顧不可見衛(wèi)星，防止可見衛(wèi)星 預測錯誤。
3) 低信噪比搜索場景該場景下可見衛(wèi)星數(shù)量和跟蹤衛(wèi)星數(shù)量差值大
于低信噪比閾值。該閾值在1 4之間取值，如1顆。這時接收機往往處
于少數(shù)低仰角低信噪比衛(wèi)星沒有被捕獲。這種情況下需要著重搜索低信噪 比衛(wèi)星，同時利用高靈敏度的方法對這些衛(wèi)星進行搜索。
4) 搜索完備場景該場景下可見衛(wèi)星數(shù)量和跟蹤衛(wèi)星數(shù)量差值等于搜
索完備閾值。該閾值在0 2之間取值，如0顆。這種情況下接收機處于
沒星可搜的情況，各搜索通道和沒有處于跟蹤狀態(tài)的跟蹤通道可以被關閉 以降低功耗。同時該閾值可調(diào)，以在系統(tǒng)功耗和定位精度之間做平衡。進一步地，以搜索場景為每顆衛(wèi)星分配搜索權重506，以實現(xiàn)各種搜索 場景下的不同策略搜索，即加大優(yōu)先搜索衛(wèi)星的權重。進而利用搜索權重
調(diào)度搜索衛(wèi)星507，該調(diào)度方法使得搜索權重高的衛(wèi)星搜索次數(shù)高。其利 用搜索概率的調(diào)度過程將在圖7中詳細描述。
進一步地，預測搜索衛(wèi)星的多普勒頻偏和PN碼碼相位，并利用衛(wèi)星的 類型生成頻率搜索空間和碼相位搜索空間508。預測多普勒頻偏和PN碼 碼相位的方法本行業(yè)內(nèi)的熟練人員都應掌握，在此不再贅述。對于不可見 衛(wèi)星，使用完整的搜索空間，覆蓋整個可能的多普勒頻偏范圍以保證沒有 遺留。完整的頻率搜索空間將在圖8中詳細描述。通常對于低動態(tài)的應用 而言，這個多普勒頻偏的范圍在正負五千赫茲左右。對于可見衛(wèi)星，使用 縮小的搜索空間，僅搜索預測頻偏附近的幾個頻點，以提高搜索效率。對 于碼相位也是類似的方式進行搜索。完整的碼相位搜索空間將在圖9中詳 細描述。
進一步地，預測待搜衛(wèi)星的信噪比509，并根據(jù)預測的信噪比自適應地 選擇不同靈敏度的捕獲方法進行搜索510，以在時間功耗和靈敏度之間做 到最優(yōu)。這兩個步驟和圖4所示步驟中的408、 409步驟是相同的。
圖6是本發(fā)明提出的遮擋衛(wèi)星維持搜索調(diào)度方法示意圖。該圖描述了 持續(xù)重捕的細節(jié)，該流程是圖4描述的整體流程的一部分，當判斷跟蹤丟 失的衛(wèi)星為遮擋衛(wèi)星時，即進入該流程。其判斷的依據(jù)是如果某時刻衛(wèi)星 之前處于跟蹤狀態(tài)，突然跟蹤環(huán)失鎖，且失鎖時衛(wèi)星仰角大于遮擋仰角閾 值，則認為該衛(wèi)星被遮擋；反之則認為該衛(wèi)星沒有被遮擋。持續(xù)重捕方法包含以下步驟首先讀取衛(wèi)星狀態(tài)參數(shù)601。衛(wèi)星狀態(tài)在圖4的401步驟 中被更新，其更新的速率可調(diào)，以降低功耗。隨后根據(jù)被遮擋衛(wèi)星的仰角
設置最大維持重捕的次數(shù)602。仰角越高的衛(wèi)星相對而言越不容易被遮擋，
對這類衛(wèi)星維持重捕的最大次數(shù)相應增大，對于低仰角的衛(wèi)星，可能一段 時間內(nèi)頻繁被遮擋，因而維持的最大次數(shù)被設置在較低的水平上。對于這 類衛(wèi)星而言一旦維持重捕失敗，將會被重置為非遮擋衛(wèi)星，進而被歸入非 遮擋衛(wèi)星的調(diào)度過程中，仍然可以被以較高的概率搜索。
進一步地，維持計數(shù)器增一 603，進而檢測維持計數(shù)器是否溢出604。 如果沒有溢出，則利用上次處于跟蹤狀態(tài)的多普勒頻偏和碼相位生成縮小 的搜索空間607，只在上次多普勒頻偏和碼相位附近幾個頻點和碼相位進 行搜索，提高效率。搜索覆蓋的范圍和預測多普勒和碼相位的最大誤差相 關。縮小的頻率搜索空間將在圖9中詳細描述。縮小的碼相位搜索空間將 在圖11中詳細描述。如果維持計數(shù)器溢出，則生成完整的搜索空間606 覆蓋整個可能的多普勒頻偏范圍和碼相位以保證沒有遺留。完整的頻率搜 索空間將在圖8中詳細描述。完整的碼相位搜索空間將在圖10中詳細描 述。通常對于低動態(tài)的應用而言，這個多普勒頻偏的范圍在正負五千赫茲 左右。無論是生成何種搜索空間，進而，都預測待搜索衛(wèi)星的信噪比607、 608，進而根據(jù)預測衛(wèi)星的信噪比自適應地分配不同靈敏度的捕獲方法。 609、 610。 一個典型的實現(xiàn)為判斷待搜衛(wèi)星是否為低信噪比衛(wèi)星，如果是， 則用高靈敏度的方法捕獲，否則，則用常規(guī)方法捕獲。對于計數(shù)器沒有溢 出的情況而言，如果捕獲成功611，即轉入跟蹤狀態(tài)613，如果失敗則重 新進入該流程，維持重捕該衛(wèi)星，最多對該衛(wèi)星以預設維持重捕最大值次數(shù)進行重捕。對于維持計數(shù)器溢出的情況，如果捕獲成功612，則進入跟 蹤狀態(tài)613，否則，將該衛(wèi)星復位為非遮擋衛(wèi)星，進入非遮擋衛(wèi)星調(diào)度方
法614。
之所以單獨設置維持重捕的方法，而不是將其融入在非遮擋衛(wèi)星調(diào)度 算法中是因為該衛(wèi)星在被遮擋之前已經(jīng)處于跟蹤狀態(tài)，該狀態(tài)下跟蹤通道 己經(jīng)獲得了相當多的先驗信息，這些信息在重新捕獲該衛(wèi)星后可以被用來 實現(xiàn)快速同步，直至快速定位。所述同步包括比特同步和幀同步。
圖7是本發(fā)明提出的概率調(diào)度方法實現(xiàn)細節(jié)示意圖。該種方法相對于 其他方法有著簡單高效，方便硬件實現(xiàn)，不需要浮點計算甚至不需要乘除 運算的優(yōu)點，同時有著足夠長的時間下，小搜索權重衛(wèi)星也會被調(diào)度的性 能優(yōu)勢。701為調(diào)度數(shù)組，其長度為所有未占用衛(wèi)星搜索權重之和。702 為未被占用的衛(wèi)星號，703為其在調(diào)度數(shù)組中的地址，704為調(diào)度指針。 該方法包含以下步驟首先讀取各可用衛(wèi)星的搜索權重，進而以搜索權重 的數(shù)值將該衛(wèi)星號寫進調(diào)度數(shù)組。如11號衛(wèi)星的搜索權重是15，則連續(xù) 15次將11號寫入調(diào)度矩陣連續(xù)地址的單元中。最終調(diào)度矩陣中將包含所 有未占用衛(wèi)星搜索權重之和個元素。如果使用軟件調(diào)度，則調(diào)度矩陣被存 儲在處理器的RAM中，其長度可以用所有未占用衛(wèi)星搜索權重之和動態(tài) 分配，如果使用硬件實現(xiàn)調(diào)度功能，則將調(diào)度矩陣的長度設置成所有未占 用衛(wèi)星搜索權重之和可能的最大值。
進一步地，生成一個在O至所有未占用衛(wèi)星搜索權重之和-l范圍內(nèi)的 隨機指針704，對調(diào)度矩陣進行尋址，尋址的結果即為調(diào)度的帶搜衛(wèi)星號706。聲稱隨機指針的方法多種多樣，本發(fā)明的一個較優(yōu)實施例使用硬件
使用移位寄存器實現(xiàn)偽隨機數(shù)；本發(fā)明的另一個較優(yōu)實施例使用軟件生成
偽隨機數(shù)。該種調(diào)度方法簡單可靠，輸出的調(diào)度的幾率和該衛(wèi)星的搜索權 重成正比，同時在足夠長的時間內(nèi)，所有小搜索權重的衛(wèi)星都會被調(diào)度到， 保證了覆蓋所有的衛(wèi)星。這樣即使在可見衛(wèi)星預測錯誤的情況下，仍能搜 索到所有的衛(wèi)星，避免了僅搜索預測衛(wèi)星的情況，大大增強了系統(tǒng)的可靠 性和魯棒性。
圖8描繪了本發(fā)明的一個較優(yōu)實施例的基于預測多普勒的完整頻率搜
索空間示意圖。圖中的f是生成搜索空間是預測的待搜衛(wèi)星多普勒頻偏。
A為頻率搜索的步長。搜索頻點以預測的頻偏為原點，向正負兩個方向間 覆蓋衛(wèi)星信號可能產(chǎn)生的最大多普勒頻率偏移范圍。這個范圍針對低動態(tài) 接收機典型范圍為-5千赫茲到+5千赫茲，對于高動態(tài)接收機而言典型值 為-10千赫茲到+10千赫茲。搜索空間的搜索步長是可變的。事實上，本 發(fā)明的一個較優(yōu)實施例使用了固定的搜索步長。本發(fā)明的另一個較優(yōu)實施 例使用了可變的搜索步長，以實現(xiàn)在預測頻點密集搜索，在遠離預測頻點 的部分稀疏搜索。
圖9描繪了本發(fā)明的一個較優(yōu)實施例的基于預測多普勒的縮小頻率搜 索空間示意圖。類似圖8所示的頻率搜索空間，圖中的f是生成搜索空間 是預測的待搜衛(wèi)星多普勒頻偏。A為頻率搜索的步長。但是該搜索空間僅 搜索相對較小的頻率范圍。該范圍由預測多普勒頻偏的最大誤差決定。該范圍可變以實現(xiàn)搜索效率和捕獲成功率的最優(yōu)化。本發(fā)明的一個較優(yōu)實施 例使用正負500赫茲作為維持重捕的搜索空間覆蓋范圍，使用正負1500 赫茲作為利用歷書預測的非遮擋衛(wèi)星搜索空間的覆蓋范圍。搜索空間的搜 索步長同樣是可變的。事實上，本發(fā)明的一個較優(yōu)實施例使用了固定的搜 索步長。本發(fā)明的另一個較優(yōu)實施例使用了可變的搜索步長，以實現(xiàn)在預 測頻點密集搜索，在遠離預測頻點的部分稀疏搜索。
圖io描繪了本發(fā)明的一個較優(yōu)實施例的基于預測碼相位的完整碼相位
搜索空間示意圖。圖中的P是生成搜索空間是預測的待搜衛(wèi)星碼相位。A
為碼相位搜索的步長單位。碼相位的搜索步長和捕獲通道的結構有關，通 常為半個碼片，但這不是限定性的，可以根據(jù)捕獲通道的結構靈活改變。
搜索步長以預測的碼相位為原點，正負兩個方向逐步延伸，直至覆蓋PN 碼的整個碼相位范圍。這個范圍對以于半碼片為搜索步長的結構有2046 個搜索節(jié)點。
圖11描繪了本發(fā)明的一個較優(yōu)實施例的基于預測碼相位的縮小碼相位 搜索空間示意圖。類似圖IO所示的碼相位搜索空間，圖中的P是生成搜 索空間是預測的待搜衛(wèi)星碼相位，A為碼相位搜索步長。但是該搜索空間 僅搜索相對較小的碼相位范圍。該范圍由預測碼相位頻偏的最大誤差決 定。該范圍可變以實現(xiàn)搜索效率和捕獲成功率的最優(yōu)化。本發(fā)明的一個較 優(yōu)實施例使用正負200個半碼片作為維持重捕的碼相位搜索空間覆蓋范 圍，使用正負500個半碼片為利用歷書預測的非遮擋衛(wèi)星碼相位搜索空間的覆蓋范圍。
盡管本發(fā)明的方法和裝置是參照GPS衛(wèi)星來描述的，但應當理解，這
些原理同樣適用于采用假衛(wèi)星(pseudolites)或衛(wèi)星與假衛(wèi)星的組合的定 位系統(tǒng)。假衛(wèi)星是一種基于地面的發(fā)射機，它傳播調(diào)制在L頻段在波信號 上PN碼(與GPS信號相似)，并且通常是與GPS時間同步的。每一發(fā)射 機可以被賦予一個獨特的PN碼，從而允許由遠端接收機進行識別。假衛(wèi) 星用在這樣的情況下，即，來自軌道衛(wèi)星的GPS信號缺失，如隧道、礦山、 建筑物或者其他的封閉區(qū)及明顯遮擋。這里所使用的術語"衛(wèi)星"包括假 衛(wèi)星或假衛(wèi)星的等效，而這里所使用的術語GPS信號包括來自假衛(wèi)星或者 假衛(wèi)星等效的類似GPS的信號。
在前面的討論中，本發(fā)明是參照美國全球定位系統(tǒng)(GPS)來描述的。 然而，應當理解，這些方法同樣適用于類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，如俄羅斯的 格洛納斯(Glonass)系統(tǒng)，歐洲的伽利略(Galileo)系統(tǒng)和中國的北斗l 及北斗2系統(tǒng)。所使用的術語"GPS"還包括這樣一些衛(wèi)星定位系統(tǒng)，如 俄羅斯的格洛納斯(Glonass)系統(tǒng)，歐洲的伽利略(Galileo)系統(tǒng)和中國 的北斗1及北斗2系統(tǒng)。術語"GPS信號"包括來自另一些衛(wèi)星定位系統(tǒng) 的信號。
上文中，已經(jīng)描述了一種全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星搜索調(diào)度方法。盡管本發(fā) 明是參照特定實施例來描述的，但很明顯，本領域熟練人員，在不偏移權 利要求書所限定的發(fā)明范圍和精神的情況下，還可以對這些實施例作各種 修改和變更。因此，說明書和附圖是描述性的，而不是限定性的
權利要求
1、一種全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星搜索調(diào)度方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟更新衛(wèi)星信息；根據(jù)衛(wèi)星信息為衛(wèi)星分類；對于遮擋衛(wèi)星，則對其實施維持重捕；對于非遮擋衛(wèi)星，則使用歸類衛(wèi)星概率調(diào)度；利用衛(wèi)星信息預測衛(wèi)星信噪比；根據(jù)預測信噪比使用選擇不同靈敏度捕獲方法對調(diào)度衛(wèi)星進行搜索。
2、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述衛(wèi)星信息包括該衛(wèi)星是否被遮擋，衛(wèi)星仰角、方位角，該衛(wèi)星信號的多普勒頻偏，PN碼碼相位以及衛(wèi)星信號的強度。
3、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述是否被遮擋的判斷標準為該衛(wèi)星之前處于跟蹤狀態(tài)，進而跟蹤環(huán)失鎖，且失鎖時衛(wèi)星仰角大于遮擋仰角閾值，則認為該衛(wèi)星被遮擋；反之則認為該衛(wèi)星沒有被遮擋。
4、 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述遮擋仰角閾值與接收機跟蹤不受遮擋衛(wèi)星信號失鎖時最大仰角相關。
5、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述衛(wèi)星信息中是否正在被搜索，是否被跟蹤的部分從捕獲通道和跟蹤通道獲得。
6、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述衛(wèi)星信息中處于跟蹤狀態(tài)衛(wèi)星的仰角，方位角由星歷精密計算獲得。
7、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述衛(wèi)星信息中未處于跟蹤狀態(tài)的衛(wèi)星的仰角，方位角由歷書預測獲得。
8、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述衛(wèi)星信息中處于跟蹤狀態(tài)衛(wèi)星的衛(wèi)星信號的多普勒頻偏，PN碼碼相位由跟蹤通道測量獲得。
9、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述衛(wèi)星信息中未處于跟蹤狀態(tài)衛(wèi)星的衛(wèi)星信號的多普勒頻偏，PN碼碼相位由歷書預測獲得。
10、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述衛(wèi)星分類方法將衛(wèi)星分成可見衛(wèi)星、被遮擋衛(wèi)星和不可見衛(wèi)星三類。
11、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述衛(wèi)星歸類概率搜索調(diào)度方法包括以下步驟讀取衛(wèi)星狀態(tài)參數(shù)；為衛(wèi)星分類；統(tǒng)計可見衛(wèi)星數(shù)量；統(tǒng)計跟蹤衛(wèi)星數(shù)量；推測當前搜索場景；根據(jù)搜索場景為各個衛(wèi)星分配搜索權重；根據(jù)搜索權重調(diào)度搜索衛(wèi)星；根據(jù)衛(wèi)星的類型生成搜索空間；預測待搜衛(wèi)星的信噪比；利用衛(wèi)星的預測信噪比自適應選擇不同靈敏度的捕獲方法搜索。
12、 根據(jù)權利要求ll所述的方法，其特征在于，所述衛(wèi)星分類包括可見衛(wèi)星和不可見衛(wèi)星兩類。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，所述搜索場景分為遮擋嚴重場景，部分遮擋場景，低信噪比搜索場景和搜索完備場景。
14、 根據(jù)權利要求ll所述的方法，其特征在于，所述搜索場景的判別依據(jù)為可見衛(wèi)星數(shù)量和跟蹤衛(wèi)星數(shù)量的組合。
15、 根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，所述搜索場景的判別依據(jù)為可見衛(wèi)星數(shù)量和跟蹤衛(wèi)星數(shù)量的差值。
16、 根據(jù)權利要求ll所述的方法，其特征在于，所述遮擋嚴重場景的判別依據(jù)為該場景下可見衛(wèi)星數(shù)量和跟蹤衛(wèi)星數(shù)量差值大于遮擋嚴重
17、 根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，所述部分遮擋場景的判別依據(jù)為該場景下可見衛(wèi)星數(shù)量和跟蹤衛(wèi)星數(shù)量差值大于部分遮擋閾值。
18、 根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，所述低信噪比搜索場景的判別依據(jù)為該場景下可見衛(wèi)星數(shù)量和跟蹤衛(wèi)星數(shù)量差值大于低信噪比搜索閾值。
19、 根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，所述搜索完備場景的判別依據(jù)為該場景下可見衛(wèi)星數(shù)量和跟蹤衛(wèi)星數(shù)量差值大于等于搜索完備閾值。
20、 根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，所述判定遮擋嚴重場景的遮擋嚴重閾值在5 8之間取值。
21、 根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，所述判定部分遮擋場景的部分遮擋閾值在3 6之間取值。
22、 根據(jù)權利要求ll所述的方法，其特征在于，所述判定低信噪比搜索場景的低信噪比閾值在1 4之間取值。
23、 根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，所述判定搜索完備場景的搜索完備閾值在0 2之間取值。
24、 根據(jù)權利要求ll所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)搜索場景為各個衛(wèi)星分配搜索權重對于遮擋嚴重場景增大高仰角高信噪比衛(wèi)星的搜索權重。
25、 根據(jù)權利要求ll所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)搜索場景為各個衛(wèi)星分配搜索權重對于部分遮擋場景增大各可見衛(wèi)星搜索權重。
26、 根據(jù)權利要求ll所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)搜索場景為各個衛(wèi)星分配搜索權重的步驟對于低信噪比搜索場景增大各低信噪比衛(wèi)星的搜索權重。
27、 根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)搜索場景為各個衛(wèi)星分配搜索權重的步驟對于完備搜索場景關閉各搜索通道和沒有處于跟蹤狀態(tài)的跟蹤通道。
28、 根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，所述利用衛(wèi)星搜索權重調(diào)度方法包含以下步驟讀取各可用衛(wèi)星的搜索權重；以搜索權重的數(shù)值為次數(shù)將該衛(wèi)星號寫進調(diào)度數(shù)組；生成一個在0至所有未占用衛(wèi)星搜索權重之和減一范圍內(nèi)的隨機指針；利用隨機指針對調(diào)度數(shù)組進行尋址，尋址結果即是調(diào)度衛(wèi)星結果。
29、 根據(jù)權利要求28所述的方法，其特征在于，所述調(diào)度矩陣長度為所有未占用衛(wèi)星搜索權重之和。
30、 根據(jù)權利要求28所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)衛(wèi)星的類型生成搜索空間包括頻率搜索空間和碼相位搜索空間。
31、 根據(jù)權利要求28所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)衛(wèi)星的類型生成搜索空間對于可見衛(wèi)星使用縮小的覆蓋可能的多普勒頻偏范圍的頻率搜索空間和碼相位搜索空間，對于不可見衛(wèi)星使用完整的頻率搜索空間和覆蓋可能的碼相位范圍的碼相位搜索空間。
32、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述遮擋衛(wèi)星維持搜索調(diào)度方法包括以下步驟讀取衛(wèi)星狀態(tài)參數(shù)；維持計數(shù)器增一；檢測維持計數(shù)器是否溢出；如果沒有溢出，則利用上次處于跟蹤狀態(tài)的多普勒頻偏和碼相位生成縮小的搜索空間進行搜索；預測衛(wèi)星信噪比；利用衛(wèi)星的預測信噪比自適應選擇不同靈敏度的捕獲方法搜索；如果捕獲成功則轉入跟蹤；如果捕獲失敗且維持計數(shù)器未溢出時，重新從第一步驟開始執(zhí)行，實現(xiàn)維持重捕；如果捕獲失敗且維持計數(shù)器未溢出時，重置遮擋標志，轉入未遮擋歸類搜索衛(wèi)星調(diào)度方法進行調(diào)度。
33、 根據(jù)權利要求32所述的方法，其特征在于，所述維持重捕成功后用跟蹤失鎖前的先驗信息實現(xiàn)快速同步。
34、 根據(jù)權利要求32所述的方法，其特征在于，所述同步包括比特同步和幀同步。
全文摘要
本發(fā)明涉及全球衛(wèi)星定位與導航領域，特別是一種全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星搜索調(diào)度方法，其方法包括獲取衛(wèi)星信息進而判斷衛(wèi)星的狀態(tài)，并利用衛(wèi)星狀態(tài)為每顆衛(wèi)星分類，進而推測搜索場景，根據(jù)衛(wèi)星類別和搜索場景為每顆衛(wèi)星設置不同搜索權重進行搜索的歸類衛(wèi)星概率調(diào)度方法；持續(xù)搜索被遮擋衛(wèi)星的維持重捕方法以及針對不同信噪比的衛(wèi)星使用不同靈敏度的捕獲方法的自適應靈敏度捕獲方法三個部分。通過靈活使用這三種方法可以大大提高搜索衛(wèi)星的成功幾率，減少搜索衛(wèi)星所消耗的時間，大大提高啟動定位速度、重捕定位精度，降低功耗，解決了衛(wèi)星調(diào)度算法中的魯棒性和可靠性的問題，進而提高接收機在遮擋嚴重的城市森林中可用性，極大地提高用戶體驗。
文檔編號G01S1/02GK101493511SQ20081005663
公開日2009年7月29日 申請日期2008年1月23日 優(yōu)先權日2008年1月23日
發(fā)明者睿 鄭, 杰 陳 申請人:中國科學院微電子研究所