專利名稱：一種衛星捕獲方法、系統及接收設備的制作方法
技術領域：
本發明屬于衛星導航技術領域，尤其涉及一種衛星捕獲方法、系統及接收設備。
背景技術：
在全球導航衛星系統(GlobalNavigation Satellite System，GNSS)接收機的啟 動過程中，首次定位時間(TTFF)是一個關鍵指標，該時間一般包括衛星信號捕獲時間和衛 星星歷下載時間。其中，衛星星歷只有當衛星信號捕獲之后才可獲得。GNSS衛星信號的捕 獲是一個從衛星PRN號、偽碼碼片相位、多普勒頻率三個維度進行搜索的過程，例如，GPS衛 星PRN號有32個、C/A偽碼碼片相位有2046個半碼片位置、多普勒頻率則覆蓋-IOkHz至 +10kHz，在沒有任何先驗信息的情況下，該三維搜索過程花費的時間較長，極大地影響到首 次定位時間(TTFF)。GNSS系統由空間部分、地面控制部分和用戶部分所組成。GNSS的空間部分是由 GNSS工作衛星所組成，這些GNSS工作衛星共同組成了 GPS衛星星座。比如GPS衛星目前 有32顆，分布在6個軌道面內，每個軌道面上有5至6顆衛星。衛星軌道面相對地球赤道 面的傾角約為55度，每個軌道平面升交點的赤經相差60度。衛星的運行周期約為12恒星 時。每顆GPS工作衛星都發出用于導航定位的信號。GPS用戶正是利用這些信號來進行工 作的。GNSS衛星發射一種或多種頻率的載波信號，在這些載波上上分別調制著多種偽碼 信號和導航電文數據。例如，GPS的這些信號主要有C/A碼、P(Y)碼、導航數據。其中C/A 碼稱為粗捕獲碼，它調制在Ll載波上，是IMHz的偽隨機噪聲碼(Gold碼)，其碼長為1023 位(周期為lms)。C/A碼是用戶用以測定測站到衛星間的距離的一種主要的信號。導航數 據的信號頻率為50Hz，包含有GPS衛星的軌道參數、衛星鐘改正參數和其它一些系統參數， 用戶一般需要利用此導航信息來計算某一時刻GPS衛星在地球軌道上的位置。由于GNSS衛星在高速運動，其與接收機之間存在徑向移動，會產生多普勒效應。 因此對于地面運動的GNSS接收機而言，衛星信號到達接收機經過下變頻之后轉換為中頻 信號，中頻信號的頻率等于中頻頻率加上多普勒頻率。為完成某一衛星導航數據的解調，必 須搜索到該衛星和接收機之間所產生的多普勒頻率的數值。另一方面，由于GNSS衛星信號大多采用碼分多址(CDMA)技術，采用不同的偽隨機 碼(即衛星PRN號)對不同衛星的導航數據進行擴頻調制。為接收某一衛星的導航數據， 就必須復現調制該導航數據的偽隨機碼，將復現的偽碼同輸入偽碼在不同相位誤差上做相 關運算，使二者同步，從而完成對導航數據的解擴。要縮短衛星信號的捕獲時間，可以從兩個方面考慮，一是提高捕獲速度，二是降低 捕獲范圍。當前主要采用提高捕獲速度的方法，即通過增加捕獲過程中的相關器運算能力 來縮短捕獲時間，比如增加相關器數目、FFT并行捕獲等。其中，增加相關器數目是最直接 的方法，在相同時間內完成盡量多的相關運算，從而減少捕獲過程所用的時間。而FFT并行捕獲實際上是利用FFT運算來等效相關運算，通過FFT算法的快速運算特性降低運算復雜 度，一次計算可以得到某一頻率下的所有碼相位相關值。除了增加運算能力外，還可以利用先驗信息來縮短三維搜索窗的搜索范圍，比如 經常提到的冷啟動、溫啟動、熱啟動三種啟動方式實際就是針對不同搜索范圍的啟動方式。 冷啟動是指在沒有任何先驗信息的情況下的接收機啟動過程，在該啟動過程中，三維搜索 窗的搜索范圍無法得到任何的縮小；溫啟動是指接收機啟動時已經獲取了當前的大概位 置和時間，以及衛星的大致軌道參數，在啟動過程中，接收機可以大致計算出當前的可見衛 星集合，從而縮短三維搜索窗中衛星號搜索窗的大小；熱啟動則是指接收機啟動時已經獲 取了較準確的當前位置和時間，以及衛星的準確軌道參數，在該啟動過程中，接收機除了可 以計算出當前的可見衛星集合外，還可以大致給出衛星的多普勒頻偏和偽碼碼片的粗略位 置，從而在衛星號、碼片相位、多普勒頻偏三個維度上都縮短搜索窗的大小，可以大大降低 捕獲時間。同時，熱啟動時由于已經有準確的軌道參數，接收機可以在捕獲到3 4顆衛星 后立即進行定位結算，而不需要等待完成衛星星歷下載，這進一步降低了 TTFF時間。但是，不論是提高相關器的數量還是采用FFT并行捕獲，這兩種提高搜索速度的 方法都需要占用大量的計算資源，這也意味著更多的硬件電路、更高的CPU運行時鐘，同時 也會導致更高的功耗、更大的電路面積和更高的實現成本。而現有的冷啟動、溫啟動、熱啟動方式則在啟動時刻根據當前所擁有的信息機械 的選擇啟動方式，而在啟動過程中缺乏動態的調整，而且對先驗信息的使用也不夠完善。

發明內容
本發明實施例的目的在于提供一種衛星捕獲方法，旨在解決現有技術中所采用的 縮短衛星捕獲時間的方法成本高、不夠完善的問題。本發明實施例是這樣實現的，一種衛星捕獲方法，所述方法包括下述步驟判斷讀取衛星歷書、當前時間和本地坐標的數據是否成功，是則計算星空圖、多普 勒和碼相位數據，并捕獲目標衛星；否則根據在衛星軌道面上對衛星的排序，遍歷捕獲第一 衛星；當捕獲到所述第一衛星后，估算本地坐標，并根據所述估算的本地坐標計算衛星 高度角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲；判斷是否捕獲到大于或等于3顆衛星，是則捕獲指定碼相位和多普勒的目標衛 星；否則返回計算本地坐標和衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛 星的捕獲。本發明實施例的另一目的在于提供一種衛星捕獲系統，所述系統包括第一判斷模塊，用于判斷讀取衛星歷書、當前時間和本地坐標的數據是否成功；目標衛星第一捕獲模塊，用于計算星空圖、多普勒和碼相位數據，并捕獲目標衛 星；第一衛星遍歷捕獲模塊，用于根據在衛星軌道面上對衛星的排序，遍歷捕獲第一 衛星；以及目標衛星第二捕獲模塊，用于當捕獲到所述第一衛星后，估算本地坐標，并根據估 算的本地坐標計算衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲；
5
當所述目標衛星第二捕獲模塊捕獲到大于或等于3顆衛星時，所述目標衛星第一 捕獲模塊捕獲指定碼相位和多普勒的目標衛星。本發明實施例的另一目的在于提供一種接收設備，所述接收設備包括一衛星捕獲 系統，所述系統包括第一判斷模塊，用于判斷讀取衛星歷書、當前時間和本地坐標的數據是否成功；目標衛星第一捕獲模塊，用于計算星空圖、多普勒和碼相位數據，并捕獲目標衛第一衛星遍歷捕獲模塊，用于根據在衛星軌道面上對衛星的排序，遍歷捕獲第一 衛星；以及目標衛星第二捕獲模塊，用于當捕獲到所述第一衛星后，估算本地坐標，并根據估 算的本地坐標計算衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲；當所述目標衛星第二捕獲模塊捕獲到大于或等于3顆衛星時，所述目標衛星第一 捕獲模塊捕獲指定碼相位和多普勒的目標衛星。在本發明實施例中，判斷讀取衛星歷書、當前時間和本地坐標的數據是否成功，是 則計算星空圖、多普勒和碼相位數據，并捕獲目標衛星；否則根據在衛星軌道面上對衛星的 排序，遍歷捕獲第一衛星；當捕獲到所述第一衛星后，估算本地坐標，并根據估算的本地坐 標計算衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲；判斷是否捕 獲到大于或等于3顆衛星，是則捕獲指定碼相位和多普勒的目標衛星；否則計算衛星高度 角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲，有效的縮短了捕獲衛星的時 間。


圖1是本發明實施例提供的衛星捕獲方法的實現流程圖；圖2是本發明第一實施例提供的在衛星軌道面上對衛星的排序的實現流程圖；圖3是本發明第二實施例提供的在衛星軌道面上對衛星的排序的實現流程圖；圖4是本發明實施例提供的衛星軌道及地球位置示意圖；圖5(a)是本發明第一實施例提供的衛星的投影平面圖；圖5(b)是本發明第二實施例提供的衛星的投影平面圖；圖6是本發明實施例提供的軌道面上衛星的分布示意圖；圖7是本發明第一實施例提供的當捕獲到所述第一衛星后，估算本地坐標，并根 據所述估算計算衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲的實 現流程圖；圖8是本發明第二實施例提供的當捕獲到所述第一衛星后，估算本地坐標，并根 據所述估算計算衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲的實 現流程圖；圖9是本發明實施例提供的衛星捕獲系統的結構框圖；圖10是本發明實施例提供的目標衛星第二捕獲模塊的結構框圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。在本發明實施例中，判斷讀取衛星歷書、當前時間和本地坐標的數據是否成功，是 則計算星空圖、多普勒和碼相位數據，并捕獲目標衛星；否則根據在衛星軌道面上對衛星的 排序，遍歷捕獲第一衛星；當捕獲到所述第一衛星后，估算本地坐標，并根據估算的本地坐 標計算衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲；判斷是否捕 獲到大于或等于3顆衛星，是則捕獲指定碼相位和多普勒的目標衛星；否則計算衛星高度 角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲。圖1示出了本發明實施例提供的衛星捕獲方法的實現流程，其詳細步驟如下所 述在步驟SlOl中，判斷讀取衛星歷書、當前時間和本地坐標的數據是否成功，是則 執行步驟S102，否則執行步驟S103。在本發明實施例中，當系統開機之后，就需要執行上述步驟S101，對衛星歷書、當 前時間和本地坐標的數據進行判斷讀取，其中，該當前時間可以是世界標準時間或GPS時 間，在此不用以限制本發明。在步驟S102中，計算星空圖、多普勒和碼相位數據，并捕獲目標衛星。在本發明實施例中，當捕獲到一顆衛星時，可獲得本地當前時間，當捕獲到大于或 等于3顆衛星時，可獲得本地當前時間和本地坐標，由此可開始計算其他剩余衛星的碼相 位和多普勒，當計算得到其他剩余衛星的星空圖、多普勒以及碼相位數據后，可執行捕獲指 定的具有某個多普勒以及碼相位數據的衛星。在步驟S103中，根據在衛星軌道面上對衛星的排序，遍歷捕獲第一衛星。在本發明實施例中，以GPS衛星為例進行說明，但不用以限制本發明，GPS衛星總 共有32顆，分布在6個軌道面上，每個軌道面有5至6顆衛星，衛星軌道面相對于地球赤道 面的傾斜角約為55度，每個軌道面升交點的赤經相差60度。按照某個特定的方式對不同軌道面上的32顆衛星進行排序遍歷，以最快的速度 捕獲到第一個衛星，其詳細的實現流程下述，在此不再贅述。在步驟S104中，估算本地坐標，并根據估算的本地坐標計算衛星高度角，并按照 衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲。在本發明實施例中，當捕獲到第一衛星后，估算本地坐標，并根據所述估算計算衛 星高度角，并按照衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲的實現方式有兩種，即以獲 取到當前時間和位置信息作為界點，下面有詳細描述，在此不再贅述。其中，在該步驟中，捕獲到的第一衛星有可能是目標衛星，當捕獲到的第一衛星為 目標衛星，則結束該流程。在步驟S105中，判斷是否捕獲到大于或等于3顆衛星，是則執行步驟S102，否則執 行步驟S104。在本發明實施例中，在沒有查找到目標衛星之前，該流程是一直循環的，當查找到 目標衛星，利用該目標衛星進行工作時，則可以結束該流程，在此不用以限制本發明。
作為本發明的一個實施例，當捕獲到某個衛星或目標衛星時，通過載波鎖相環和 碼鎖相環對所述衛星載波相位和碼相位進行跟蹤，對衛星進行原始觀測量的測量，對衛星 的導航電文進行解析；對原始觀測量和導航電文進行位置、速度和時間解算，獲取并保存本 地坐標和速度信息，當下次開啟該功能時，自動讀取上次保存的本地坐標和速度信息，作為 先驗信息，減少捕獲目標衛星的時間。圖2示出了本發明第一實施例提供的在衛星軌道面 上對衛星的排序的實現流程，其詳細步驟如下所述在步驟S201中，查找第一軌道面、與第一軌道面不相鄰的第三軌道面和第五軌道 面上的三顆衛星，其中，三顆衛星之間的升交距角之差為120度。在步驟S202中，判斷是否捕獲到第一衛星，是則結束；否則執行步驟S203。在步驟S203中，當沒有捕獲到目標衛星時，繼續查找第一軌道面、與第一軌道面 不相鄰的第三軌道面和第五軌道面上剩余的衛星。在步驟S204中，判斷是否捕獲到第一衛星，是則結束；否則執行步驟S205。在本發明實施例中，當查找捕獲到第一衛星后，此處的結束為該流程結束，而在目 標衛星捕獲過程中，該查找到的第一衛星是繼續查找捕獲的基礎，在此不用以限制本發明。在步驟S205中，當還是沒有捕獲到目標衛星時，按照查找第一軌道面、與第一軌 道面不相鄰的第三軌道面和第五軌道面上衛星的方式查找第二軌道面、與第二軌道面不相 鄰的第四軌道面和第六軌道面上的衛星。在本發明實施例中，該第二軌道面、與第二軌道面不相鄰的第四軌道面和第六軌 道面上的衛星的查找方式與上述步驟S201至S203中的步驟類似，首先選取查找該第二軌 道面、與第二軌道面不相鄰的第四軌道面和第六軌道面上三顆升交距角之差為120度的衛 星，然后，繼續查找第一軌道面、與第一軌道面不相鄰的第三軌道面和第五軌道面上剩余的 衛星。在該實施例中，該排序查找過程是循環的，直至查找第一衛星為止。在本發明實施例中，上述在查找過程中選取的不相鄰的軌道面，當然，在該實施例 中，也可以查找相鄰軌道面上的衛星，只要達到本發明的目的即可，在此不用以限制本發明。圖3示出了本發明第二實施例提供的在衛星軌道面上對衛星的排序的實現流程， 其詳細步驟如下所述在步驟S301中，查找第一軌道面、與所述第一軌道面不相鄰的第三軌道面和第五 軌道面上的三顆衛星，其中，該三顆衛星之間的升交距角之差為120座。在步驟S302中，判斷是否捕獲到第一衛星，是則結束；否則執行步驟S303。在步驟S303中，當沒有捕獲到第一衛星時，繼續查找第二軌道面、與第二軌道面 不相鄰的第四軌道面和第六軌道面上的升交距角之差為120度的三顆衛星。在步驟S304中，判斷是否捕獲到第一衛星，是則結束；否則執行步驟S305。在步驟S305中，當沒有捕獲到第一衛星時，按照首先查找第一軌道面、與第一軌 道面不相鄰的第三軌道面和第五軌道面上剩余衛星，再次查找第二軌道面、與第二軌道面 不相鄰的第四軌道面和第六軌道面上的剩余衛星的方式繼續捕獲第一衛星。在該實施例中，該排序查找過程是循環的，直至查找第一衛星為止。作為本發明的一個具體實施例，以GPS為例進行說明，但不用以限制本發明，GPS 衛星有32顆衛星，分布在6個軌道面，每個軌道上有5至6顆衛星，衛星軌道面相對于地球
赤道面的傾斜角約為55度，每個軌道面升交點的赤經相差60度，其具體計算如下如圖4所示，假設地球為圓球，半徑OA = 6368km，衛星軌道為圓圈，半徑OS = 26560km，即衛星高度為OS-OA = 20192km，其中，衛星軌道的圓心和地球的球心重合，其中 由此可知，衛星覆蓋地球的最大弧度為152度，因此在同一軌道面上的相隔120度 的三顆衛星即可覆蓋該軌道面與地球交線上的所有位置，但是，在與軌道面垂直的地球兩 極，卻是信號盲區。如圖5(a)所示，從垂直于軌道面方向(T方向)觀看地球，圓錐體和地球的交線為 圓，投影到平面上后是一條直線。α = 76 度 如圖5(b)所示，同一軌道面上相隔120度的三顆衛星，按照垂直方面在地球上的 投影平面圖，其中三角形ABC為等邊三角形，由此可知 衛星軌道面的傾角為55度，軌道面旋轉軸于赤道的夾角為35度。0點位于地球緯 度35度上，因此，該軌道面上衛星信號盲區經度線上的最大跨度為線段⑶，其中， 該緯度圈的半徑r⑶為
在該緯度圈上將形成一個等腰三角形，兩腰為緯度圈半徑ιγ35，一邊為⑶線段，因 此，經度線上的最大跨度數值AL為 因為每個軌道平面升交點的赤經相差60度，所以即使用相鄰的兩個軌道面，一共 6顆衛星，理論上衛星信號可以覆蓋到地球所有地方。圖6以A至F的6個軌道面，每個軌道面4顆衛星為例進行說明，對上述圖2和圖 3所示的方法步驟進行說明在圖6中，首先，確定某一軌道面(例如A)，選取A軌道面上的3顆衛星(例如 A1、A3、A4)，其中，該3顆衛星之間的升交距角之差約為120度；然后，選取軌道面(例如C)， 按照同樣的方法選取(例如C1、C3、C4)，并同樣選取軌道面E上的衛星El、E3、E4。如果沒有觀測到第一衛星，則可以采用下述2種不同的方法捕獲第一衛星1.選擇軌道面々、(』剩下的衛星42、02』2。如果還是沒有觀測到第一衛星，則選擇剩下軌道面上的衛星(例如B1、B2、B4 ； D1、D3、D4 ；F1、F3、F4)。如果仍然沒有觀測到第一衛星，則選取剩下衛星B3、D2、F2。則在方法1中遍歷衛星的順序如下A1、A3、A4 ；C1、C3、C4 ；E1、E3、E4 ；A2、C2、E2 ；B 1、B2、B4 ；D1、D3、D4 ；F1、F3、F4 ；B3、D2、F2。2、按照如上過程，選擇軌道面B、D、F上的衛星，例如=BU B2、B4 ；DU D3、D4 ；FU F3、F4。如果仍然沒有觀測到第一衛星，則選取剩下衛星A2、C2、E2 ；B3、D2、F2。則在方法2中遍歷衛星的順序如下A1、A3、A4 ；C1、C3、C4 ；E1、E3、E4 ；B 1、B2、B4 ；D1、D3、D4 ；F1、F3、F4 ；A2、C2、E2 ； B3、D2、F2。 在本發明實施例中，上述排序遍歷算法是循環執行，直至查找捕獲到第一衛星為止。作為本發明的另一個實施例，圖7示出了本發明第一實施例提供的當捕獲到所述 第一衛星后，估算本地坐標，并根據所述估算計算衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大 小次序進行目標衛星的捕獲的實現流程，其詳細步驟如下所述在步驟S701中，對衛星分布進行時間上的分段處理。在步驟S702中，估算每一時間段衛星分布下的本地坐標，并根據該對本地坐標的 估算，計算衛星高度角。在步驟S703中，按照衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲。在本發明實施例中，衛星的運行周期約為11小時58分，因此可以將衛星分布分為 12段，一段大約為1個小時，當捕獲到第一衛星時，首先計算本地坐標，當然在該實施例中， 該本地坐標也可以是大體的坐標位置；然后計算這12段衛星分布的衛星高角度，并按照衛 星高角度排序給出相應的權重，并按照該先后次序進行衛星的捕獲，當然，在該實施例中， 也可以將衛星的運行周期分為其他段數，在此不用以限制本發明。在本發明實施例中，本地坐標的估算方法可以有多種，例如，可以直接將捕獲到的 第一衛星投影到地球表面，然后取平均數，即為本地坐標，在此不用以限制本發明。作為本發明的另一個實施例，圖8示出了本發明第二實施例提供的當捕獲到所述 第一衛星后，估算本地坐標，并根據所述估算計算衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大 小次序進行目標衛星的捕獲的實現流程，其詳細步驟如下所述在步驟S801中，對當前捕獲的衛星進行跟蹤，幀同步后，通過解析導航電文獲取 當前時間。在本發明實施例中，當捕獲到某個衛星或目標衛星時，通過載波鎖相環和碼鎖相 環對所述衛星載波相位和碼相位進行跟蹤，對衛星進行原始觀測量的測量，對衛星的導航 電文進行解析，即獲取到當前的大概時間信息。在步驟S802中，計算當前時間的衛星分布。在本發明實施例中，當獲取到當前的時間之后，可以通過歷書或衛星星歷計算當 前時刻的衛星的位置和速度，計算當前時間的衛星分布。在步驟S803中，估算本地坐標，并根據估算的本地坐標計算衛星高度角。在本發明實施例中，根據當前時刻的衛星的位置和速度，估算本地坐標以及根據 該估算計算衛星高角度。在步驟S804中，按照衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲。圖9示出了本發明實施例提供的衛星捕獲系統的結構框圖，為了便于說明，圖中僅給出了與本發明實施例相關的部分，其中，該衛星捕獲系統可以內置于移動終端的軟件 單元、硬件單元或軟硬件結合單元。第一判斷模塊11判斷讀取衛星歷書、當前時間和本地坐標的數據是否成功；當第 一判斷模塊11判斷讀取成功時，目標衛星第一捕獲模塊12計算星空圖、多普勒和碼相位數 據，并捕獲目標衛星；當第一判斷模塊11判斷讀取不成功時，第一衛星遍歷捕獲模塊13根 據在衛星軌道面上對衛星的排序，遍歷捕獲第一衛星；當第一衛星遍歷捕獲模塊13捕獲到 所述第一衛星后，目標衛星第二捕獲模塊14估算本地坐標，并根據所述估算計算衛星高度 角，并按照衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲；當目標衛星第二捕獲模塊14捕獲 到大于或等于3顆衛星時，目標衛星第一捕獲模塊12捕獲指定碼相位和多普勒的目標衛 星 。在本發明實施例中，當上述目標衛星第一捕獲模塊12、第一衛星遍歷捕獲模塊13 或目標衛星第二捕獲模塊14捕獲到衛星時，衛星跟蹤模塊15通過載波鎖相環和碼鎖相環 對衛星載波相位和碼相位進行跟蹤，對衛星進行原始觀測量的測量和衛星的導航電文進行 解析；解算保存模塊16對原始觀測量和導航電文進行位置、速度和時間解算，獲取并保存 本地坐標和速度信息。作為本發明的一個實施例，圖10示出了本發明實施例提供的目標衛星第二捕獲 模塊的結構框圖，為了便于說明，圖中僅給出了與本發明實施例相關的部分。分段處理模塊141對衛星分布進行時間上的分段處理；當前時間獲取模塊142對 當前捕獲的第一衛星進行跟蹤，幀同步后，通過解析導航電文獲取當前時間；當前時間衛星 分布計算模塊143計算當前時間的衛星分布；計算模塊144估算本地坐標，并根據估算的本 地坐標計算衛星高度角；捕獲模塊145按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲。 在本發明實施例中，判斷讀取衛星歷書、當前時間和本地坐標的數據是否成功，是 則計算星空圖、多普勒和碼相位數據，并捕獲目標衛星；否則根據在衛星軌道面上對衛星的 排序，遍歷捕獲第一衛星；當捕獲到所述第一衛星后，估算本地坐標，并根據估算的本地坐 標計算衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲；判斷是否捕 獲到大于或等于3顆衛星，是則捕獲指定碼相位和多普勒的目標衛星；否則計算衛星高度 角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲，有效的縮短了捕獲衛星的時 間。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種衛星捕獲方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟判斷讀取衛星歷書、當前時間和本地坐標的數據是否成功，是則計算星空圖、多普勒和碼相位數據，并捕獲目標衛星；否則根據在衛星軌道面上對衛星的排序，遍歷捕獲第一衛星；當捕獲到所述第一衛星后，估算本地坐標，并根據估算的本地坐標計算衛星高度角，同時按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲；判斷是否捕獲到大于或等于3顆衛星，是則捕獲指定碼相位和多普勒的目標衛星；否則返回計算本地坐標和衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述當捕獲到所述第一衛星后，估算本地坐 標，并根據所述估算計算衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的 捕獲的步驟具體為對衛星分布進行時間上的分段處理；估算每一時間段衛星分布下的本地坐標，并根據對本地坐標的估算計算衛星高度角； 按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述當捕獲到所述第一衛星后，估算本地坐 標，并根據所述估算計算衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的 捕獲的步驟具體為對當前捕獲的第一衛星進行跟蹤，幀同步后，通過解析導航電文獲取當前時間； 計算當前時間的衛星分布；估算本地坐標，并根據估算的本地坐標計算衛星高度角； 按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述在衛星軌道面上對衛星的排序的步驟 具體包括下述步驟查找第一軌道面、與所述第一軌道面不相鄰的第三軌道面和第五軌道面上的三顆衛 星，所述三顆衛星之間的升交距角之差為120度；當沒有捕獲到第一衛星時，繼續查找所述第一軌道面、與所述第一軌道面不相鄰的第 三軌道面和第五軌道面上剩余的衛星；當還是沒有捕獲到第一衛星時，查找第二軌道面、與所述第二軌道面不相鄰的第四軌 道面和第六軌道面上的三顆衛星，所述衛星之間的升交距角之差為120度。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述在衛星軌道面上對衛星的排序的步驟 具體包括下述步驟查找第一軌道面、與所述第一軌道面不相鄰的第三軌道面和第五軌道面上的三顆衛 星，所述三顆衛星之間的升交距角之差為120度；當沒有捕獲到第一衛星時，繼續查找第二軌道面、與所述第二軌道面不相鄰的第四軌 道面和第六軌道面上的升交距角之差為120度的三顆衛星；當還是沒有捕獲到第一衛星時，按照首先查找第一軌道面、與所述第一軌道面不相鄰 的第三軌道面和第五軌道面上剩余衛星，然后查找第二軌道面、與所述第二軌道面不相鄰 的第四軌道面和第六軌道面上的剩余衛星的方式繼續捕獲第一衛星。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括下述步驟當捕獲到衛星時，通過載波鎖相環和碼鎖相環對所述衛星載波相位和碼相位進行跟 蹤，對所述衛星進行原始觀測量的測量，對所述衛星的導航電文進行解析；對所述原始觀測量和導航電文進行位置、速度和時間解算，獲取并保存本地坐標和速度{曰息。
7.—種衛星捕獲系統，其特征在于，所述系統包括第一判斷模塊，用于判斷讀取衛星歷書、當前時間和本地坐標的數據是否成功； 目標衛星第一捕獲模塊，用于計算星空圖、多普勒和碼相位數據，并捕獲目標衛星； 第一衛星遍歷捕獲模塊，用于根據在衛星軌道面上對衛星的排序，遍歷捕獲第一衛星；以及目標衛星第二捕獲模塊，用于當捕獲到所述第一衛星后，估算本地坐標，并根據所述估 算的本地坐標計算衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲；當所述目標衛星第二捕獲模塊捕獲到大于或等于3顆衛星時，所述目標衛星第一捕獲 模塊捕獲指定碼相位和多普勒的目標衛星。
8.如權利要求7所述的系統，其特征在于，所述目標衛星第二捕獲模塊具體包括 分段處理模塊，用于對衛星分布進行時間上的分段處理；當前時間獲取模塊，用于對當前捕獲的第一衛星進行跟蹤，幀同步后，通過解析導航電 文獲取當前時間；當前時間衛星分布計算模塊，用于計算當前時間的衛星分布； 計算模塊，用于估算本地坐標，并根據估算的本地坐標計算衛星高度角；以及 捕獲模塊，用于按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲。
9.如權利要求7所述的系統，其特征在于，所述系統還包括衛星跟蹤模塊，用于當捕獲到衛星時，通過載波鎖相環和碼鎖相環對所述衛星載波相 位和碼相位進行跟蹤，對所述衛星進行原始觀測量的測量，對所述衛星的導航電文進行解 析；以及解算保存模塊，用于對所述原始觀測量和導航電文進行位置、速度和時間解算，獲取并 保存本地坐標和速度信息。
10.一種接收設備，其特征在于，所述接收設備包括一衛星捕獲系統，所述系統包括 第一判斷模塊，用于判斷讀取衛星歷書、當前時間和本地坐標的數據是否成功；目標衛星第一捕獲模塊，用于計算星空圖、多普勒和碼相位數據，并捕獲目標衛星； 第一衛星遍歷捕獲模塊，用于根據在衛星軌道面上對衛星的排序，遍歷捕獲第一衛星；以及目標衛星第二捕獲模塊，用于當捕獲到所述第一衛星后，估算本地坐標，并根據所述估 算計算衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲；當所述目標衛星第二捕獲模塊捕獲到大于或等于3顆衛星時，所述目標衛星第一捕獲 模塊捕獲指定碼相位和多普勒的目標衛星。
全文摘要
本發明適用于衛星導航技術領域，提供了一種衛星捕獲方法、系統及接收設備，所述方法包括下述步驟判斷讀取衛星歷書、當前時間和本地坐標的數據是否成功，是則計算星空圖、多普勒和碼相位數據，并捕獲目標衛星；否則根據在衛星軌道面上對衛星的排序，遍歷捕獲第一衛星；當捕獲到所述第一衛星后，估算本地坐標，并根據估算的本地坐標計算衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲；判斷是否捕獲到大于或等于3顆衛星，是則捕獲指定碼相位和多普勒的目標衛星；否則返回計算本地坐標和衛星高度角，并按照所述衛星高度角的大小次序進行目標衛星的捕獲，有效的縮短了捕獲衛星的時間。
文檔編號G01S5/02GK101893700SQ200910147600
公開日2010年11月24日 申請日期2009年6月10日 優先權日2009年5月19日
發明者姚忠邦, 敖翔, 杭大明 申請人:深圳市華穎銳興科技有限公司