1)．工作时段搜星流程
图3 工作时段的TTFF策略
工作时段搜索策略如图 3所示。在工作时段内（如8:00-18:00），如果心跳程序没有完成定位，则“休息”一段时间，然后再次搜星，直至定位成功，该过程可能会反复进行。搜星时间必须保证足以完成星历下载和解调。心跳程序的“搜星时间”和“休息时间”可根据实际情况更改。
2)．非工作时段搜星流程
非工作时段搜索策略如图 4所示。在非工作时段内（如18:00-24:00和00:00-8:00），如果GPS没有完成定位，则心跳程序只在PDA电源键被按下，使Windows Mobile系统电源状态处于On时才执行规定次数的定位工作，具体流程如下：在规定时间内检查卫星数，如果卫星数符合要求则继续进行定位，否则退出，如果在规定时间内定位失败则进入休息，重复上述过程直到完成规定次数的定位工作或者定位成功。
在室内环境下，一般卫星信号很弱，定位往往无法完成。在工作时段，假设搜星时间设为2 min、休息时间设为8 min，在1 h内，将搜星6次，总计耗费12 min的时间进行卫星搜索。如果不采用该策略，则将耗费1 h进行定位搜索。根据经验，在信号正常的情况下，完成首次定位（温启动）的时间一般为40～50 s，因此将“搜星时间”设为大于1 min即可。
中学组一等奖作品
图4 非工作时段的TTFF策略
3)．耗电计算
使用心跳程序的PDA在待机条件下（即背光灯关闭、系统电源处于Unattended）的使用时间计算如下[2]。
参数（时间单位：s，电流单位：mA）： ? T：总持续时间
? Tg：每周期GPS搜索时间 ? Ng：搜索次数 ? Ti：休息间隔
? Ni：休息次数，等于Ng ? Q：电池电量
? Ig：GPS设备电流
? Ip：Unattended模式下系统电流 根据上述分析，可得： Q=Ig*Tg*Ng+Ip*(Tg+Ti)*Ng 联立下面两式：
Q1=Ig*T1*[Tg1/(Tg1+Ti1)]+Ip*T1 Q2=Ig*T2*[Tg2/(Tg2+Ti2)]+Ip*T2 可解Ig和Ip。
根据定性分析中的例子，在1 h内，心跳程序将进行6次卫星搜索，该过程
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均匀分布在一个小时之内。由于心跳程序的“搜星时间”和“休息时间”均可更改，因此根据耗电公式，可以进行各项的参数优化，进而找到最佳的定位搜索策略，从而达到两个目的：1）提高定位的成功率；2）提高节电效率。
4 试验分析
图 5为无GPS信号条件下，PDA耗电对比图。其中，蓝色线条为不采用TTFF策略的电量消耗曲线，粉色线条为采用TTFF策略的电量消耗曲线。TTFF采用“2-8”搜索与休息策略，即搜索时间为2 min，休息时间为8 min。从图中可以看出，TTFF搜索策略使得PDA的电池使用时间延长了3倍多，达到11 h 45 min，基本满足了警员的正常工作需要。此外，试验表明，不同的TTFF策略（参数不同）对应的使用时间也不同。
图5 无GPS信号状况下耗电情况对比图
5 结论
针对GNSS智能终端电源消耗问题，研究了GNSS搜星策略，开展了对比试验，取得了较好的应用效果。
1)、根据用户的工作特点，制定了工作时段和非工作时段的GNSS搜星具体策略，既可提高用户定位的成功率，又可有效节约终端的电源消耗。
2)、利用仅使用心跳软件的PDA开展了耗电对比试验。采用本文提出的TTFF搜星策略时，PDA的电池使用时间延长了3倍多，达到11 h 45 min，基本满足了警员的工作需要。
3)、本次试验的研究对象是GNSS中的GPS。在实际应用中，可以将研究成果直接推广到其它GNSS中，特别是我国的“北斗”。
中学组一等奖作品
不同行业对智能终端耗电管理的应用需求不一致，本文下一步拟在搜星策略参数优化的基础上，集成远程遥控等功能，并开发跨平台的心跳软件。 6 致谢
感谢指导教师吴才聪副教授的悉心指导，感谢褚天行、傅成、苏怀洪等所做的前期工作。
论文得到了国家科技支撑计划课题“公共安全与应急反应管理系统研发（2007BAH12B06）”的资助。
参考文献
[1] 傅成．基于PDA的移动监控技术研究．北京大学本科生毕业论文，2010：11-19
[2] Arjun Anand, Constantine Manikopoulos, Quentin Jones, and Cristian Borcea. A Quantitative Analysis of Power Consumption for Location-Aware Applications on Smart Phones. In Proceedings of the 2007 IEEE International Symposium on Industrial Electronics. 2007:1986-1991
[3] Joel Ivory Johnson：Windows Mobile Power Management，《THE CODE PROJECT》，http://www.codeproject.com/KB/windows/WiMoPower1.aspx，2011年2月19日
[4] 田蓓．基于Windows Mobile操作系统手机的GPS模块设计与实现．硕士学位论文，2008：63-64
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第二届“北斗杯”全国青少年科技创新大赛优秀作品
第二届“北斗杯”全国青少年科技创新大赛优秀作品（大学组）
项目建议书
基于北斗卫星系统的自航系统的研发建议和基本原理实验
作者：任政儒，刘媛，姜帆 指导教师：宗智，倪少玲
（大连理工大学船舶工程学院，辽宁 大连 116024）
【摘要】 本文主要提出的是通过以北斗导航卫星为主体，以监测卫星、地面实时数据、历年观测数据为依托，构造完整地域数据库，从而形成一个精确性高，实时性好，操纵性好，安全可靠的无人海上交通系统构想。本系统的研发将有利于企业降低营运风险、劳动力成本、运营成本及管理成本，有利于政府综合监管与指挥和掌控军事主动权和话语权。本文指出该项目核心研究问题与方案，并初步通过实验模拟，验证方案的可行性。
【关键词】 北斗卫星，船舶，航线划分，避障，自航
一、项目背景
1.1国内外本项目领域科技创新发展概况和最新发展趋势[1][2]
在当今船舶和海洋工程研究领域，卫星导航系统和无人驾驶船是两个重要的研究课题。卫星导航系统，是主要采用最新GPS技术在导航通讯领域的最新应用系统。国内外的学者也一直在研究其在海洋工程方面的应用，现已开发包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位，海平面升降监测等方面的应用，我国也在卫星导航系统上做了相关研究。我国的北斗导航系统，将主要用于国家经济建设，为我国的交通运输、气象、海洋、灾害预报、通信等众多行业提供高效的导航定位服务。 无人驾驶船，国际上是以美国、以色列为主导开始研究，至今约十年时间，而中国在这方面的研究才刚刚起步。无人船驾驶有两种方式，一种是人工遥控，另一种为自动驾驶——可按预定航线形式，如途中遇到障碍物可通过目标搜索识别系统和处理系统进行避让航行。无人船的研究，对应对海洋突发事件和在海洋、大型湖泊等方面的环境监测以及灾害预警等具有重大意义。
1.2项目研究的目的、意义