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深度解析 | GNSS模块冷/热启动是什么?

  • 分类:技术文章
  • 作者:司南导航
  • 来源:司南导航
  • 发布时间:2022-03-29 16:34
  • 访问量:

【概要描述】

深度解析 | GNSS模块冷/热启动是什么?

【概要描述】

  • 分类:技术文章
  • 作者:司南导航
  • 来源:司南导航
  • 发布时间:2022-03-29 16:34
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模块为什么开机很长时间后才获得定位数据?
 
在解答这个问题之前,我们首先要知道搜到多少颗卫星才可以定位成功。
 

GNSS的基本定位原理是卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息,用户在接收到这些信息后,经过计算得出模块的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。因此至少需要4颗卫星才可以实现精准定位,输出三维位置信息。基本要求如下:

卫星数

能否定位

备注

0

无法定位

-

1

无法定位

可以更新UTC时间和日期

2

无法定位

-

3

可实现2D Fix,输出经纬度

不可输出海拔信息

4

可实现3D Fix

可输出正确海拔信息

>4

可实现3D Fix

可输出伪距

通常情况下,定位模块上电开机后,利用天线搜索卫星,然后解析卫星发射的数据(导航电文),内部生成星历。经过复杂的计算,最终得到当前精确的位置。这个过程称之为"冷启动"。
 
由于信号强度、芯片运算能力的差异,通常耗时几十秒到几分钟不等。在这个过程中,搜星和生成星历文件耗时最久。而模块定位时间的长短与模块启动的方式及所处环境有关。将模块定位时长按快慢进行排序:热启动>温启动>冷启动
 
冷启动、温启动和热启动分别是什么?
 
冷启动
冷启动,通俗的讲,是通过硬件的方式进行强制性的启动。冷启动时模块清空了所有的历史信息,也就是本地的flash中未存储任何星历。当失去卫星参数,或者现存的参数和实际接收到的卫星参数相差过多,导致模块无法进行定位,就需要重新获得卫星提供的坐标数据。但是由于失去了之前的卫星信息,重新获得数据将花费较长的时间。例如,模块在初次使用时,因为电池耗尽导致星历信息丢失,或者是恢复出厂设置之后重新启动,要重新计算一次星历数据,一般情况下需要30多秒钟才能正常定位。
 
温启动

温启动是指在上次定位时间超过2个小时后的启动,其搜星定位时间介于冷启动和热启动之间。模块中储存有最后时刻计算的卫星位置、历书以及UTC时间,但关机时间超过两小时,星历发生了变化,其保存内容与当前可视卫星的数据不一致,在此之前的卫星又无法接收,需要通过重新搜星将位置信息补充完整。所以温启动的搜星时间介于冷启动与热启动之间。而通过现有技术,冷启动与温启动之间的模式参数已经可以非常接近,所以逐步取消了温启动。

 
热启动

热启动是指在上次关机的地方没有过多地移动模块,且距离上次定位时间必须小于2个小时,模块保存有最后计算的可视卫星的位置、历书和UTC时间,在重启以后,模块以保存的上述内容为基础获取和计算当前卫星的最新位置,即通过软件的方式,进行一些启动前的保存和关闭等准备工作后的重新启动。

 

为什么K8系列模块冷启动能在20s内?

司南导航K8系列模块内置一体化高精度SoC芯片,对基带卫星跟踪算法进行了深度优化,可以在短时间内跟踪捕获卫星信号,对弱信号跟踪的稳定性、观测量的精度和数据的质量也有很大的提升,既能保证跟踪到更多的卫星,也能确保这些卫星能够正常解算使用。
 
基带处理部分是对卫星信号进行解码,获得卫星报文。每颗卫星的信号需要一个单独的通道进行处理,如果有100颗卫星,2个频段,就需要200个通道才能有效处理这些信息。通道数越多,可以获得的卫星观测值也就越丰富,定位精度也就越高。司南导航SoC芯片共拥有965个通道,可并行处理全球范围内所有卫星导航系统的民用GNSS及未来信号。
 
解码的过程,分为搜索-锁定-跟踪三步。首先生成每颗卫星的伪码,然后与信号进行自相关操作,相关度达到一定程度就可以锁定卫星,然后进行码锁定、位同步、帧同步,最终提取出报文。这个过程要持续进行,因为多普勒效应,信号的频率会不断变化,所以本地生成的伪码也要不断变换频率去适配卫星的变化。一旦失去锁定,就会丢失信号,也就无法正常定位。
 

司南导航K8系列模块在开阔环境下冷启动可以保持在20S内,主要是归功于在基带卫星跟踪算法中增加了对B2b信号的跟踪和解析。因为B2b播发星历的周期短,利用B2b解析出的电文信息进行定位,可以快速收齐星历和星钟信息,冷启动时间自然也就短了。

司南导航官网www.sinognss.com

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