基于RTC守时BDS用户终端的热启动方法研究

张腾

（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）

0 引言

快速定位是作为衡量卫星导航用户终端性能的一个非常重要的指标，因此研究快速定位也是当下以及未来卫星导航用户终端的一个重要发展方向。卫星导航用户终端的快速定位能力，主要取决于首次定位时间。提高首次定位时间，无论是在民用领域（车载导航等），还是在军用领域（机载、弹载、舰艇等平台）均尤为重要[1]。

用户终端的快速定位方法有多种，而热启动定位是最常用的一种方式。本文介绍了 BDS用户终端冷启动的实现方法、基于RTC守时热启动原理及具体实现方法、与冷启动的首次定位时间进行对比统计。

1 BDS用户终端冷启动

目前 BDS用户终端大多采用冷启动方式进行定位解算，首先需进行捕获处理及环路跟踪获取卫星的发射时间；再需从导航电文中解析时间信息和星历信息；首次定位时间较长，不能满足特殊条件下用户的使用。

BDS用户终端在冷启动条件下，实现定位解算的主要步骤如下：

（1）加电启动后，通过卫星捕获处理，环路跟踪，第i颗卫星帧同步后可获得精确的发射时间Tsi；

（2）从D1/D2导航电文中解析时间信息（包含周内秒计数Tsow、整周计数Twn），从而可按照式（1）计算出第i颗卫星到用户终端的伪距[2]：

（3）从D1/D2导航电文中解析星历信息，可计算出发射时刻Tsi的卫星位置信息

基于上述过程，当获得了4颗以上的卫星位置坐标和卫星到用户终端的伪距后，可进行最小二乘解算出用户终端的精确位置。具体流程如图1所示。

图1 BDS用户终端冷启动流程示意图

BDS用户终端冷启动定位解算过程中，从导航电文中解析卫星基本导航信息(包括周计数和星历信息，周期为 30s[3])需要花费较长时间，从而导致首次定位时间过长。

2 基于RTC守时的热启动

基于RTC守时的热启动采用并行处理方式，无需从导航电文中解析周计数和星历信息的时间。而是通过I2C总线读取守时芯片时间周计数，通过非易失存储器读取有效星历信息，通过捕获处理、环路跟踪获得发射时间、通过D2导航电文解析周内秒计数，即可完成定位解算。

BDS用户终端在热启动条件下，实现定位解算的主要步骤如下：

（1）用户终端加电启动后，通过总线的方式从非易失存储器中读取星历信息；

（2）通过卫星的捕获调度处理，环路跟踪，第i颗卫星帧同步后可获得精确的发射时间Tsi；

（4）判断星历信息有效后，可计算卫星发射时刻Tsi的卫星位置坐标

基于上述过程，当获得了4颗以上的卫星位置坐标和卫星到用户终端的伪距后，可进行最小二乘解算出用户终端的精确位置。具体流程如图2所示。

图2 基于RTC守时BDS用户终端热启动流程示意图

表1 首次定位时间对比(单位：s)

基于RTC守时的热启动方法，无需从导航电文中解析卫星基本导航信息，只需从D2导航电文中解析周内秒计数(周期 0.6s)，从守时芯片获取本地周计数，从非易失存储器中获得有效星历信息，从而大幅度缩短了BDS用户终端的首次定位时间。

3 仿真结果

通过试验对基于RTC守时BDS用户终端热启动方法和 BDS用户终端冷启动的首次定位时间进行对比。所选取用两台同一型号的BDS用户终端，在同一时间，分别对两台 BDS用户终端进行上电开机，并记录首次定位时间，重复 20次。统计结果如表1所示。

4 结论

本文对基于RTC守时BDS用户终端热启动原理及具体实现方法进行了详细阐述。并通过大量试验及型号平台的验证，证明其可以明显缩短 BDS用户终端的首次定位时间。具有较高的工程应用价值。

参考文献：

[1]王力. 北斗双频接收机快速热启动策略研究[Z]. CNKI,2016.1.

[2]谢钢. GPS 原理与接收机设计[M]. 北京: 电子工业出版社, 2012.

[3]中国卫星导航系统管理办公室. 北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件(公开服务信号2.0版)[Z]. 2013.