一种全球定位系统接收机导航电文的管理方法

摘要

本发明涉及全球卫星定位与导航领域，例如GPS系统，特别是一种用于全球定位系统接收机的导航电文管理方法，其方法包括：接收机内部包含了三部分导航电文空间，一份用以放置解调数据，一份用于存储备份，一份用于解算。当解调完成且校验通过时，将解调导航电文空间中的导航电文更新解算导航电文，如果解调没有完成或校验没有通过，若在电文的有效期内，且符合一定的同步条件下，则用备份导航电文更新解算导航电文实现解算用户位置，直至解调导航电文可用。这种导航电文管理方法结构清晰，管理简单，安全可靠，能够在捕获卫星后大大降低定位所需时间，极大地提高热启动定位速度，温启动定位速度，和信号缺失后重定位速度。

权利要求

1.一种用于全球定位系统接收机的导航电文管理方法，其特征在于，接收机内部包含了三部分导航电文空间：用于放置解调出的导航电文的解调导航电文空间、用于存储备份解调完成且校验通过的导航电文的备份导航电文空间和用于解算接收机位置的导航电文的解算导航电文空间，具体步骤为：当导航电文解调完成且校验通过，则用解调出的电文更新解算导航电文空间的导航电文，实现接收机位置的解算；

利用解调出的电文更新备份导航电文空间的导航电文；

若解调没有完成或者校验不通过，检测该卫星的备份导航电文是否存在；

如果备份导航电文存在，则检测该卫星的备份导航电文是否处于有效期之内，否则等待解调导航电文完成解调且校验通过；

如果备份导航电文处于有效期内，在热启动和启动时间小于导航电文有效期的温启动，以及信号缺失后重定位两种情况下满足相应同步要求之后，更新解算导航电文，实现接收机位置的解算，直至解调导航电文完成解调且校验通过；

其中，所述热启动和启动时间小于导航电文有效期的温启动情况下使用备份导航电文包含以下步骤：捕获预测卫星；

如果捕获成功，则进行比特同步，如果不成功则继续实施捕获；

如果比特同步成功，则检测此刻是否存在帧同步先验知识；

如果无先验知识，则继续进行帧同步直至帧同步成功，否则，则利用先验知识更新秒计数器，完成帧同步；

读取相应卫星的备份导航电文；

检测备份导航电文是否过期；以及

如果备份导航电文没有过期，则利用备份导航电文更新解算导航电文，直至解调导航电文可用；

所述信号缺失后重定位下使用备份导航电文包含以下步骤：重捕信号缺失卫星；

如果捕获成功，则检测此刻是否有帧同步先验知识，如果不成功则继续实施捕获；

如果无比特同步先验知识，则继续进行比特同步直至比特同步成功，否则，则利用先验知识更新毫秒计数器，即完成比特同步；

利用帧同步先验知识更新秒计数器，完成帧同步；

读取相应卫星的备份导航电文；

检测备份导航电文是否过期；以及

如果备份导航电文没有过期，则利用备份导航电文更新解算导航电文，直至解调导航电文可用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解调导航电文空间每个跟踪通道分配一个。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述备份导航电文空间共32个，每颗卫星分配一个。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解算导航电文空间每个跟踪通道分配一个。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解调导航电文空间为硬件电文解调缓存。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解调导航电文空间存储在RAM中。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述备份导航电文空间存储在掉电非遗失存储器中。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述备份导航电文空间存储在Flash中。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解算导航电文空间存储在RAM中。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解调导航电文完成解调是指全部五帧导航电文中子帧一至子帧三解调完成。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述备份导航电文的更新速率可调，其更新速率和功耗成反比。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测备份导航电文是否过期的方法包含以下步骤：提取备份导航电文中的第一个TOW；

转换到以秒为单位；

从基带处理芯片中的实时时钟RTC中读取当前时间；

转换到本周内时间的秒数，即第二个TOW；

比较这两个TOW，如果其差值小于预设门限则认为该备份导航电文有效，如果大于预设门限则认为该备份导航电文已经超出有效期。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述帧同步先验信息是指已经完成帧同步的其他卫星子帧头起始码位置。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述帧同步先验信息是指来自精准的实时时钟的UTC/GPST时间坐标下的绝对秒级信息。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比特同步先验信息是已经完成比特同步的信号缺失前该卫星解调导航电文比特起始位置。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比特同步先验信息是来自精准的实时时钟的UTC/GPST时间坐标下的绝对毫秒级信息。

17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述门限小于等于导航电文有效期的数值。

18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述门限为1800秒到3600秒之间的数值。

19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述实时时钟RTC可以被基带芯片计算出的UTC时间更新。

说明书

一种全球定位系统接收机导航电文的管理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及全球卫星定位与导航领域，例如GPS系统，特别是一种用于全球定位系统接收机的导航电文管理方法的领域。

背景技术

[0002] 全球卫星定位与导航系统，例如全球定位系统(GPS)，包括一组发送GPS信号的一个卫星星座(又被称为Navstar卫星)，该GPS信号能被接收机用来确定该接收机的位置。卫星轨道被安排在多个平面内，以便在地球上任何位置都能从至少四颗卫星接收该种信号。更典型的情况是，在地球上绝大多数地方都能从六颗以上卫星接收该种信号。

[0003] 每一颗GPS卫星所传送的GPS信号都是直接序列扩频信号。商业上使用的信号与标准定位服务(SPS)有关，而且被称之为粗码(C/A码)的直接序列二相扩频信号，在1575.42MHz的载波下，具有每秒1.023兆码片的速率。伪随机噪声(PN)序列长度是1023个码片，对应于1毫秒的时间周期。每一颗卫星发射不同的PN码(Gold码)，使得信号能够从几颗卫星同时发送，并由一接收机同时接收，相互间几乎无干扰。术语“卫星星号”和这个PN码相关，可以用以标示不同的GPS卫星。

[0004] GPS的调制信号是导航电文(又被称为D码)和PN码的组合码。导航电文的速率为每秒50比特。D码的基本单位是一个1500比特的主帧，主帧又分为5个300比特的子帧。其中子帧一包含了标识码，星种数据龄期，卫星时钟修正参数信息。子帧二和子帧三包含了实时的GPS卫星星历(ephemeris)，星历是当前导航定位信息的最主要内容。利用子帧一至子帧三的信息即可以实现定位，完成定位的基本任务。子帧四和子帧五包含了1-32颗卫星的健康状况，UTC校准信息和电离层修正参数及1-32颗卫星的历书(almanac)。历书是卫星星历参数的简化子集，用于预测相对于接收机的可见卫星及其多普勒频偏。历书每12.5分钟广播一次，寿命为一周，可延长至2个月。

[0005] 调和世界时(Coordinate Universal Time，UTC)是一种国际标准的时间标度。它由来自原子钟驱动的时间标度和以地球旋转速率为基准的时间标度UT1输入组成。来自原子钟的原子时具有刻度均匀的优点，而基于地球旋转速率的时间标度在很多应用场合同样重要。为调和两种时间，UTC的秒长严格等于原子时的秒长，同时国际地球旋转局(IERS)负责确定合适在UTC时间上加或减一个闰秒，使得UTC和世界时同步。

[0006] 全球定位系统为满足精密定位与导航的需要，在系统设计与试验指出就建立了自己专用的时间系统。GPS系统时是以UTC(USNO)为参照的。UTC(USNO)是原子美国海军天文台(USNO)利用持有的20多个铯标准组，以及天文数据形成自己的UTC版本。UTC(USNO)保持处于UTC的1μs以内。GPS是个连续的时间标度，不用闰秒来调整。GPS系统时与UTC(NSNO)在1980年月6日0时是重合的。GPS控制区段调节GPS系统时使之处于UTC(NSNO)1μs内。

[0007] GPS接收机的主要目标之一是确定PN码的到达时间。术语“GPS到达之间”指GPS卫星PN码到达GPS接收机的时间。这是通过将本地产生的PN参考信号与接收的信号相比并且“滑动”本地基准直至与接收信号在时间上对齐来完成的。通过称之为“相关”的相乘和积分过程，将这两个信号相互比较。当两个信号在时间上是对齐时，输出的结果为最大。

[0008] 包含在导航电文中的，与绝对时间信号相关联的周时间(TOW)数据使GPS接收机能够精确地和可靠地确定本地UTC时间。TOW数据由所有的卫星按6秒钟的时间间隔传送。GPS接收机可以使用绝对时间信号以准确地确定位置。一旦知道了位置所在，可以通过利用接收机和卫星之间的，可计算的传播延迟来补偿接收机从卫星导航电文中得到的明确的时间得到。

[0009] 术语“GPS启动时间”是衡量GPS基带处理芯片性能的重要指标之一。GPS启动时间包括热启动时间、温启动时间和冷启动时间。术语“启动时间”是指GPS接收机从上电到输出首次定位结果的时间差。术语“热启动时间”是指在已知接收机位置和GPS卫星星历情况下的启动时间。术语“温启动时间”是指在已知接收机位置、用户时间及GPS卫星历书的启动时间。术语“冷启动时间”是指在无任何先验信息的启动时间。

[0010] 术语“GPS重捕时间”是衡量GPS基带处理芯片性能的重要指标之一。术语“重捕时间”是指GPS接收机在正常跟踪GPS卫星并定位的情况下，因各种原因卫星信号缺失，进而信号重现，从信号重现得时刻起，到重新捕获卫星时刻的时间差。类似的，术语“重定位时间”是指GPS接收机在正常跟踪GPS卫星并定位的情况下，因各种原因卫星信号缺失，进而信号重现，从信号重现得时刻起，到重新定位的时间差。

[0011] GPS接收机经常遇到GPS信号缺失的情况，特别是在GPS接收机运动和遮挡物较多的情况下。一个典型的场合是城市中行驶的车载GPS定位接收机。行驶的车辆经常遭遇各种桥梁、建筑物、隧道等遮挡物的遮挡，使接收机无法接收到足够信噪比的GPS信号。这些信号缺失的时间长度往往从秒级到数分钟不等。信号缺失之后重新出现时，GPS接收机的重捕和重定位时间是GPS用户关心的核心性能之一，因而吸引了相当多的研究。

发明内容

[0012] 本发明的目的是提供一种用于全球定位系统接收机的导航电文管理方法，其方法包括：接收机内部包含了三份导航电文空间，一份用以放置解调数据，一份用于存储备份，一份用于解算。当解调完成时，将解调导航电文中的内容更新解算导航电文，如果解调没有完整，若在电文的有效期内，且符合一定的同步条件下，则用备份导航电文更新解算导航电文。

[0013] 本发明提供了一种用于全球定位系统接收机的导航电文管理方法，其中，接收机内部包含了三部分导航电文空间，解调导航电文空间，备份导航电文空间，解算导航电文空间，具体步骤为：

[0014] 当导航电文解调完成且校验通过，则用解调出的电文更新解算导航电文空间的导航电文，实现接收机位置的解算；

[0015] 利用解调出的电文更新备份导航电文空间的导航电文；

[0016] 若解调没有完成或者校验不通过，检测该卫星的备份电文是否存在；

[0017] 如果备份导航电文存在，则检测改卫星的备份电文是否处于有效期之内，否则等待解调电文完成解调且校验通过；

[0018] 如果备份导航电文处于有效期内，在根据不同情景满足相应同步要求之后，更新解算导航电文，实现接收机位置的解算，直至解调电文完成解调且校验通过。

[0019] 进一步，所述解调导航电文空间用于放置解调出的导航电文。

[0020] 进一步，所述备份导航电文空间用于存储备份解调完成且校验通过的导航电文。

[0021] 进一步，所述解算导航电文空间用于解算接收机位置的导航电文。

[0022] 进一步，所述解调导航电文空间每个搜索通道分配一个。

[0023] 进一步，所述备份导航电文空间共32个，每颗卫星分配一个。

[0024] 进一步，所述解算导航电文空间每个搜索通道分配一个。

[0025] 进一步，所述解调导航电文空间为硬件电文解调缓存。

[0026] 进一步，所述解调导航电文空间存储在RAM中。

[0027] 进一步，所述备份导航电文空间存储在掉电非遗失存储器中。

[0028] 进一步，所述备份导航电文空间存储在Flash中。

[0029] 进一步，所述解算导航电文空间存储在RAM中。

[0030] 进一步，所述解调电文完成解调是指全部五帧导航电文中子帧一至子帧三解调完成。

[0031] 进一步，所述备份导航电文的更新速率可调，其更新速率和功耗成反比。

[0032] 进一步，所述检测备份电文是否过期的方法包含以下步骤：

[0033] 提取备份导航电文中的第一个TOW；

[0034] 转换到以秒为单位；

[0035] 从基带处理芯片中的实时时钟RTC中读取当前时间；

[0036] 转换到本周内时间的秒数，即第二个TOW；

[0037] 比较这两个TOW，如果其差值小于预设门限则认为该导航电文有效，如果大于预设门限则认为该导航电文已经超出有效期。

[0038] 进一步，所述同步场景包括热启动和启动时间小于导航电文有效期的温启动，以及信号缺失后重定位两种情况。

[0039] 进一步，所述热启动和启动时间小于导航电文有效期的温启动情况下使用备份导航电文包含以下步骤：

[0040] 捕获预测卫星；

[0041] 如果捕获成功，则进行比特同步，如果不成功则继续实施捕获；

[0042] 如果比特同步成功，则检测此刻是否存在帧同步先验知识；

[0043] 如果无先验知识，则继续进行帧同步直至帧同步成功，否则，则利用先验知识更新秒计数器，完成帧同步；

[0044] 读取相应卫星的备份导航电文；

[0045] 检测备份导航电文是否过期；

[0046] 如果备份导航电文没有过期，则利用备份导航电文更新解算导航电文，直至解调导航电文可用。

[0047] 进一步，所述信号缺失后重定位下使用备份导航电文包含以下步骤：

[0048] 重捕信号缺失卫星；

[0049] 如果捕获成功，则检测此刻是否有帧同步先验知识，如果不成功则继续实施捕获；

[0050] 如果无比特同步先验知识，则继续进行比特同步直至比特同步成功，否则，则利用先验知识更新毫秒计数器，即完成比特同步；

[0051] 利用帧同步先验知识更新秒计数器，完成帧同步；

[0052] 读取相应卫星的备份导航电文；

[0053] 检测备份导航电文是否过期；

[0054] 如果备份导航电文没有过期，则利用备份导航电文更新解算导航电文，直至解调导航电文可用。

[0055] 进一步，所述帧同步先验信息是指已经完成帧同步的其他卫星子帧头起始码位置。

[0056] 进一步，所述帧同步先验信息是指来自精准的实时时钟的UTC/GPST时间坐标下的绝对秒级信息。

[0057] 进一步，所述比特同步先验信息是已经完成比特同步的信号缺失前该卫星导航电文比特起始位置。

[0058] 进一步，所述比特同步先验信息是来自精准的实时时钟的UTC/GPST时间坐标下的绝对毫秒级信息。

[0059] 进一步，所述门限小于等于导航电文有效期的数值。

[0060] 进一步，所述门限为1800秒到3600秒之间的数值。

[0061] 进一步，所述实时时钟RTC可以被基带芯片计算出的UTC时间更新。

[0062] 本发明提出的这种导航电文管理方法结构清晰，管理简单，安全可靠，能够捕获卫星后大大降低定位所需时间，极大地提高热启动定位速度，温启动定位速度，和信号缺失后重定位速度。

附图说明

[0063] 图1是典型的全球定位系统接收机实现定位的示意图；

[0064] 图2是典型的GPS接收机定位流程；

[0065] 图3A是一个已有导航电文管理方法节拍一示意图；

[0066] 图3B是一个已有导航电文管理方法节拍二示意图；

[0067] 图4是另一个已有导航电文管理方法示意图；

[0068] 图5是本发明一个较优实施例的导航电文管理方法整体框图；

[0069] 图6是本发明一个较优实施例利用本发明导航电文管理方法应用于热启动和启动间隔较短的温启动的流程图；

[0070] 图7是本发明一个较优实施例利用本发明导航电文管理方法应用于信号缺失后重定位的流程图。

具体实施方式

[0071] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

[0072] GPS基带芯片是GPS接收机中处理基带信号的芯片，是整个GPS接收机中的核心。本发明的各种方法均在GPS基带芯片中实现。为方便起见，本发明中“接收机”均指“GPS基带芯片”。

[0073] 图1描述了一个典型的全球定位系统接收机实现定位的方法。已知四颗卫星的位置101以及这四颗卫星和接收机之间的伪距102，即可以通过所谓“伪距观测方程”计算出接收机的位置103和接收机时间相对卫星时间的误差值。如下式：

[0074]

[0075]

[0076]

[0077]

[0078] 其中：ρi为卫星和接收机之间的伪距；

[0079] xsati，ysati，zsati为各可见卫星在ECEF坐标系下的坐标；

[0080] xuser，yuser，zuser为接收机在ECEF坐标系下的坐标；

[0081] bu＝C·Δtbias C为光速，Δtbias为接收机时钟和用户时钟的差值。

[0082] 术语“ECEF坐标系”是指地心地球固连坐标系，其XY平面与地球赤道平面重合，X轴指向0经度方向，而Y轴指向东经90°方向，Z轴与赤道平面正交，指向地理北极。该坐标系随地球自转而旋转。

[0083] 在多于四颗卫星可见时，上述方程为超定方程，可以在最小二乘的前提下获得最优解。

[0084] 如上所述，获得卫星的位置和卫星距离接收机的伪距是实现定位的充要条件。而卫星位置可以通过调制在卫星发射的PN码上的导航电文结合该卫星的发射时间计算出来。具体的计算过程本领域内熟练人员都应熟悉，因为不在赘述。而伪距是可以由发射时间获得。因而，实现定位的充要条件可以转换为获得发射时间和导航电文，即：GPS系统需要至少4颗卫星的发射时间和导航电文才可以实现三维定位。如上文所述，ICD文件规定导航电文的有效期为两个小时。在热启动，启动时间间隔小于导航电文有效期的温启动，以及因卫星受遮挡而丢失进而重新捕获的情况下，由于离上次更新导航电文时间相差不远，上次更新的导航电文往往没有超过导航电文有效期，因而理论上是可以直接使用的。一旦在上述情况下且获得了正确的卫星发射时间，使用有效的上次存储电文而不用等待新的电文解调完整即可以实现定位解算，从而大大地减少了热启动时间，温启动时间和重定位时间。

[0085] 图2描述了一个典型的GPS接收机定位流程。图2所示过程是从接收机上电初始化201开始，直至解算出接收机位置206结束。通常接收机上电后进入捕获状态202，搜索视线内的卫星、该卫星的载波频率和PN码的码相位。这个状态下对载波频率的搜索是粗糙的，通常在数百赫兹的量级。之后进入频率牵引状态203，把本地频率牵引到和卫星载波频率相差几个赫兹的量级，同时进行比特同步。完成频率牵引后，接收机进入跟踪状态204，完成帧同步，即可以进入解调电文状态205，将载波上调制的电文解调出来用于在随后的解算状态206下计算接收机位置。

[0086] 图3A和图3B共同描述了一个已有导航电文管理方法设计示意图。该方法包含了两个完全相同的解调导航电文空间302和303，用两个节拍实现解调和计算同步进行。图3A描述的是节拍一的情况，图3B描述的节拍二的情况。节拍一时，如图3A所示，接收机解调去中频卫星信号301，将解调结果放置在解调导航电文空间1中，同时对上个节拍解调完成的，放置在解调导航电文空间2中的导航电文进行校验304，如果校验通过即解算接收机位置305。相应地，节拍二时，如图3B所示，接收机解调去中频卫星信号301，将解调结果放置在解调导航电文空间2中，同时对上个节拍解调完成的，放置在解调导航电文空间2中的导航电文进行校验304，如果校验通过即解算接收机位置305。电文空间的切换是利用时钟
306进行的，其切换时刻的间隔是固定的，为解调电文的时间，对于全部5帧导航电文而言，其时钟间隔为30秒。

[0087] 该种方法虽然结构简单，但是非常脆弱。在解调过程中如果一旦出现信号缺失或者解调错误，切换到下一个节拍的时候，校验电文时不通过即无法实现定位，而该时刻另一个导航电文空间中的导航电文很可能是完整可用的。另一方面，对于热启动、启动时间间隔小于导航电文有效期的温启动和信号缺失后重定位等情况，之前解调出来的电文非常有可能仍然可用。该方法对于这些情况只能被动地等待新电文解调完成，这通常需要至少18秒(子帧一至子帧三信息)的时间。典型的商用GPS接收机热启动时间都在10秒之内，而对于频繁遮挡的城市森林，持续18秒良好接收时间可能是无法实现的。

[0088] 图4描述了另一个已有导航电文管理方法示意图。该种方法针对图3所示的方法进行了改进。和图3所示方法类似，该方法也包含了两块导航电文空间：解调导航电文空间402和解算导航电文空间404。解调导航电文空间402专职用于解调导航电文，而解算导航电文空间404专职用于解算接收机位置。和图3所示方法类似，接收机解调去中频卫星信号
401，将解调结果放置在解调导航电文空间中，进而对导航电文进行校验403，如果校验不通过则继续解调；如果校验通过则用解调出的电文更新解算导航电文空间中的导航电文。这样一旦第一次解调正确之后，就一直有最新更新的导航电文用解算接收机位置，对于频繁遮挡的城市森林，只要遮挡时间不是很长就能够实现持续定位。

[0089] 但是该方法对于热启动、启动时间间隔小于导航电文有效期的温启动等情况，仍只能被动地等待新电文解调完成，该方法对于这些情况这通常需要至少18秒(子帧一至子帧三的卫星轨道信息)的时间。而接收机上次运行时解调出来的电文有可能仍然处于可用期之内。典型的商用GPS接收机热启动时间都在10秒之内。而对于频繁遮挡的城市森林，持续18秒良好接收时间可能是无法实现的。另一方面，在城市中，卫星被遮挡的时间可能很长，被遮挡卫星经过长时间遮挡而丢失后，可能被其他通道捕获，而原有解调电文仍然可用。该方法对于这种情况也只能被动地重新解调导航电文。

[0090] 图5是本发明一个较优实施例的导航电文管理方法整体框图。利用这种方法可以解决上述所有问题，能够在捕获卫星后大大降低定位所需时间，极大地提高热启动定位速度，温启动定位，和信号缺失后重定位速度。该方法包含有三块导航电文空间：解调导航电文空间502，专职用于放置解调出的导航电文，每个跟踪通道分配一个；备份导航电文空间，用于存储备份解调完整且校验通过的导航电文，每颗卫星分配一个，共32个；解算导航电文空间，用于放置用以解算接收机位置的导航电文，每个跟踪通道分配一个。解调导航电文空间可以是硬件实现的电文解调缓存，也可以是基带处理器片内或者片外RAM中分配的空间。类似的，解算导航电文可以是基带处理器片内或者片外RAM中分配的空间。和图4所示方法类似，接收机解调去中频卫星信号501，将解调结果放置在解调导航电文空间502中，进而对导航电文进行校验503。如果解调出五帧导航电文中的子帧一至子帧三信息且校验通过，则用解调出的电文更新解算导航电文空间504中的导航电文，进而解算接收机位置509。若校验不通过则继续解调。更新解算导航电文空间的同时更新备份导航电文空间503。备份导航电文空间是被存储在掉电后不易失存储器中的，如Flash存储器中，以保证掉电后重启动这些信息能够被保留而被使用。其更新的频率可调，且可以控制在在较低的更新频率上，如30秒一次或者更长，以延长Flash读写寿命和降低功耗。备份导航空间是和每颗GPS卫星直接相关的，而不是和接收机通道相关的。换而言之每颗卫星都用其相应的备份导航空间，以保证无论哪个通道捕获该卫星只要导航电文处于可用期之内都可以使用备份导航电文，从而解决了被遮挡卫星经过长时间遮挡而丢失后，可能被其他通道捕获而原有正确解调电文不能被利用的问题。

[0091] 当解调电文没有准备好时，如导航电文没有接收完成，或者校验不通过，则检测备份导航电文是否存在。术语“解调导航电文可用”指导航电文解调完整且校验通过。如果备份导航电文存在，且处于有效期之内，在满足特定的同步要求之后即可以用以更新解算导航电文，实现持续定位，直至解调导航电文可用。检测备份电文时候在有效期的方法如下：首先提取备份导航电文中的TOW(Time of Week，以6秒为单位)信息，并转换到以秒为单位的数量上。进一步地，从基带处理芯片中的实时时钟RTC中读取当前时间并转换到本周内时间的秒数，即第二个TOW，其计算公式为：

[0092] TOWRTC＝Date×86400+Hour×3600+Min×60+Sec

[0093] 其中Date是星期几，其取值范围为0～6，Hour为UTC小时数，Min为UTC分钟数，Sec为UTC秒数。

[0094] 实时时钟RTC被包含在GPS基带芯片内部。该实时时钟可被基带芯片计算出的UTC时间(协调世界时)更新。同时该时钟可以由片外电池独立供电，保证系统掉电的情况下仍能正常工作。

[0095] 进一步地，比较这两个TOW，如果其差值小于预设门限则认为该导航电文有效，如果大于预设门限则认为该导航电文已经超出有效期。该门限通常取小于等于导航电文有效期的数值，如2000秒。

[0096] 使用备份导航电文的同步要求根据不同的情况有不同等级的限制，主要分成热启动和启动时间间隔小于导航电文有效期的温启动以及信号缺失后重定位两种情况，其具体细节将在图6和图7中详细说明。

[0097] 图6描述的是本发明一个较优实施例利用本发明导航电文管理方法应用于热启动和启动时间间隔小于导航电文有效期的温启动的流程图，使用备份导航电文的同步条件判断包含在整个流程中。对于热启动和启动时间间隔小于导航电文有效期的温启动，启动初始化601之后，利用相应的预测算法预测启动卫星602，进而对这些卫星进行捕获603。如果捕获成功604，则进行比特同步605，如果不成功则继续实施捕获。众所周知，GPS C/A码信号中的导航电文是经过BPSK调制的，导航电文的每个数据位包含20个码周期，即每个数据码元的周期为20ms。在接收机完成了载波同步和伪码同步后，需要进行位同步，即找到数据位的起始码周期。如果比特同步成功，则检测此刻是否有帧同步先验知识，如果无先验知识则继续进行帧同步609。术语“帧同步”，是指找到导航电文子帧的起始码周期。帧同步对发射时间的贡献在于秒以上的部分。术语“帧同步先验知识”是指关于子帧头起始码位置，或者UTC/GPST时间坐标下的绝对秒级信息。这样的信息可以来自已经完成帧同步的其他卫星，也可以来自精准的实时时钟。如果有这样的先验信息存在可以跳过常规帧同步的环节，而直接利用先验信息更新秒计数器612，即完成了帧同步的过程。

[0098] 进一步地，在完成帧同步610或者更新秒计数器612之后，读取备份电文空间中相应卫星的备份导航电文611。进而读取本地时间613，利用图5中给出的方法判断备份电文是否可用614，如果可用，则用备份电文更新解算电文615，直至解调电文可用，进而使用解调出的解调电文更新解算电文；如果备份导航电文不可用，则等待解调导航电文可用616，进而使用解调出的解调导航电文更新解算导航电文。

[0099] 利用该方法可以最大限度地减少解调电文带来的定位延迟，可以大大地提高热启动和启动时间间隔小于导航电文有效期的温启动的定位时间。

[0100] 图7是本发明一个较优实施例利用本发明导航电文管理方法应用于信号缺失后重定位的流程图。其基本流程和图6所示过程基本相同，只是因为重捕时已经具备了很多先验信息，使用备份导航电文的同步要求更为宽泛，因为重捕时的定位速度更高。

[0101] 初始化重捕通道701之后，捕获丢失卫星702。如果捕获成功703，则进行比特同步605，如果不成功则继续实施捕获。如果捕获成功，则检测此刻是否有比特同步先验知识704，如果无先验知识则继续进行比特同步705。比特同步对发射时间的贡献在于秒和毫秒之间的部分。术语“比特同步先验知识”是指关于子导航电文比特起始位置，或者UTC/GPST时间坐标下的绝对毫秒级信息。这样的信息可以来自已经完成该卫星信号缺失前的比特同步信息，也可以来自精准的实时时钟。如果有这样的先验信息存在可以跳过常规比特同步
705的环节，而直接利用先验信息更新毫秒计数器708，即完成了比特同步。

[0102] 进一步地，在完成比特同步706或者更新毫秒计数器708之后，利用帧同步先验信息更新秒计数器707，即完成帧同步。这样的帧同步先验信息可以来自已经完成帧同步的其他卫星，也可以来自精准的实时时钟。进一步地，读取备份电文空间中相应卫星的备份导航电文709。进而读取本地时间710，利用图5中给出的方法判断备份电文是否可用711，如果可用，则用备份电文更新解算电文712，直至解调电文可用，进而使用解调出的解调电文更新解算电文；如果备份电文不可用，则等待解调电文可用713，进而使用解调出的解调电文更新解算电文。

[0103] 利用该方法可以最大限度地减少解调电文带来的定位延迟，可以大大地提高信号缺失后重定位速度。

[0104] 尽管本发明的方法和装置是参照GPS卫星来描述的，但应当理解，这些原理同样适用于采用假卫星(pseudolites)或卫星与假卫星的组合的定位系统。假卫星是一种基于地面的发射机，它传播调制在L频段在波信号上PN码(与GPS信号相似)，并且通常是与GPS时间同步的。每一发射机可以被赋予一个独特的PN码，从而允许由远端接收机进行识别。假卫星用在这样的情况下，即，来自轨道卫星的GPS信号缺失，如隧道、矿山、建筑物或者其他的封闭区及明显遮挡。这里所使用的术语“卫星”包括假卫星或假卫星的等效，而这里所使用的术语GPS信号包括来自假卫星或者假卫星等效的类似GPS的信号。

[0105] 在前面的讨论中，本发明是参照美国全球定位系统(GPS)来描述的。然而，应当理解，这些方法同样适用于类似的卫星定位系统，如俄罗斯的格洛纳斯(Glonass)系统，欧洲的伽利略(Galileo)系统和中国的北斗1及北斗2系统。所使用的术语“GPS”还包括这样一些卫星定位系统，如俄罗斯的格洛纳斯(Glonass)系统，欧洲的伽利略(Galileo)系统和中国的北斗1及北斗2系统。术语“GPS信号”包括来自另一些卫星定位系统的信号。

[0106] 上文中，已经描述了用于全球定位系统接收机的导航电文管理方法。尽管本发明是参照特定实施例来描述的，但很明显，本领域熟练人员，在不偏移权利要求书所限定的发明范围和精神的情况下，还可以对这些实施例作各种修改和变更。因此，说明书和附图是描述性的，而不是限定性的。