[發(fā)明專利]一種全球定位系統(tǒng)接收機(jī)導(dǎo)航電文的管理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810056632.4
• 申請(qǐng)日: 2008-01-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101493512A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭睿;陳杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): G01S1/02
• 分類號(hào): G01S1/02;G01S5/02;G01S5/14
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 周國(guó)城

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及全球衛(wèi)星定位與導(dǎo)航領(lǐng)域，例如GPS系統(tǒng)，特別是一種用于全球定位系統(tǒng)接收機(jī)的導(dǎo)航電文管理方法的領(lǐng)域。

背景技術(shù)

全球衛(wèi)星定位與導(dǎo)航系統(tǒng)，例如全球定位系統(tǒng)(GPS)，包括一組發(fā)送GPS信號(hào)的一個(gè)衛(wèi)星星座(又被稱為Navstar衛(wèi)星)，該GPS信號(hào)能被接收機(jī)用來(lái)確定該接收機(jī)的位置。衛(wèi)星軌道被安排在多個(gè)平面內(nèi)，以便在地球上任何位置都能從至少四顆衛(wèi)星接收該種信號(hào)。更典型的情況是，在地球上絕大多數(shù)地方都能從六顆以上衛(wèi)星接收該種信號(hào)。

每一顆GPS衛(wèi)星所傳送的GPS信號(hào)都是直接序列擴(kuò)頻信號(hào)。商業(yè)上使用的信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(SPS)有關(guān)，而且被稱之為粗碼(C/A碼)的直接序列二相擴(kuò)頻信號(hào)，在1575.42MHz的載波下，具有每秒1.023兆碼片的速率。偽隨機(jī)噪聲(PN)序列長(zhǎng)度是1023個(gè)碼片，對(duì)應(yīng)于1毫秒的時(shí)間周期。每一顆衛(wèi)星發(fā)射不同的PN碼(Gold碼)，使得信號(hào)能夠從幾顆衛(wèi)星同時(shí)發(fā)送，并由一接收機(jī)同時(shí)接收，相互間幾乎無(wú)干擾。術(shù)語(yǔ)“衛(wèi)星星號(hào)”和這個(gè)PN碼相關(guān)，可以用以標(biāo)示不同的GPS衛(wèi)星。

GPS的調(diào)制信號(hào)是導(dǎo)航電文(又被稱為D碼)和PN碼的組合碼。導(dǎo)航電文的速率為每秒50比特。D碼的基本單位是一個(gè)1500比特的主幀，主幀又分為5個(gè)300比特的子幀。其中子幀一包含了標(biāo)識(shí)碼，星種數(shù)據(jù)齡期，衛(wèi)星時(shí)鐘修正參數(shù)信息。子幀二和子幀三包含了實(shí)時(shí)的GPS衛(wèi)星星歷(ephemeris)，星歷是當(dāng)前導(dǎo)航定位信息的最主要內(nèi)容。利用子幀一至子幀三的信息即可以實(shí)現(xiàn)定位，完成定位的基本任務(wù)。子幀四和子幀五包含了1-32顆衛(wèi)星的健康狀況，UTC校準(zhǔn)信息和電離層修正參數(shù)及1-32顆衛(wèi)星的歷書(almanac)。歷書是衛(wèi)星星歷參數(shù)的簡(jiǎn)化子集，用于預(yù)測(cè)相對(duì)于接收機(jī)的可見(jiàn)衛(wèi)星及其多普勒頻偏。歷書每12.5分鐘廣播一次，壽命為一周，可延長(zhǎng)至2個(gè)月。

調(diào)和世界時(shí)(Coordinate?Universal?Time，UTC)是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間標(biāo)度。它由來(lái)自原子鐘驅(qū)動(dòng)的時(shí)間標(biāo)度和以地球旋轉(zhuǎn)速率為基準(zhǔn)的時(shí)間標(biāo)度UT1輸入組成。來(lái)自原子鐘的原子時(shí)具有刻度均勻的優(yōu)點(diǎn)，而基于地球旋轉(zhuǎn)速率的時(shí)間標(biāo)度在很多應(yīng)用場(chǎng)合同樣重要。為調(diào)和兩種時(shí)間，UTC的秒長(zhǎng)嚴(yán)格等于原子時(shí)的秒長(zhǎng)，同時(shí)國(guó)際地球旋轉(zhuǎn)局(IERS)負(fù)責(zé)確定合適在UTC時(shí)間上加或減一個(gè)閏秒，使得UTC和世界時(shí)同步。

全球定位系統(tǒng)為滿足精密定位與導(dǎo)航的需要，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)指出就建立了自己專用的時(shí)間系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)時(shí)是以UTC(USNO)為參照的。UTC(USNO)是原子美國(guó)海軍天文臺(tái)(USNO)利用持有的20多個(gè)銫標(biāo)準(zhǔn)組，以及天文數(shù)據(jù)形成自己的UTC版本。UTC(USNO)保持處于UTC的1μs以內(nèi)。GPS是個(gè)連續(xù)的時(shí)間標(biāo)度，不用閏秒來(lái)調(diào)整。GPS系統(tǒng)時(shí)與UTC(NSNO)在1980年月6日0時(shí)是重合的。GPS控制區(qū)段調(diào)節(jié)GPS系統(tǒng)時(shí)使之處于UTC(NSNO)1μs內(nèi)。

GPS接收機(jī)的主要目標(biāo)之一是確定PN碼的到達(dá)時(shí)間。術(shù)語(yǔ)“GPS到達(dá)之間”指GPS衛(wèi)星PN碼到達(dá)GPS接收機(jī)的時(shí)間。這是通過(guò)將本地產(chǎn)生的PN參考信號(hào)與接收的信號(hào)相比并且“滑動(dòng)”本地基準(zhǔn)直至與接收信號(hào)在時(shí)間上對(duì)齊來(lái)完成的。通過(guò)稱之為“相關(guān)”的相乘和積分過(guò)程，將這兩個(gè)信號(hào)相互比較。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)在時(shí)間上是對(duì)齊時(shí)，輸出的結(jié)果為最大。

包含在導(dǎo)航電文中的，與絕對(duì)時(shí)間信號(hào)相關(guān)聯(lián)的周時(shí)間(TOW)數(shù)據(jù)使GPS接收機(jī)能夠精確地和可靠地確定本地UTC時(shí)間。TOW數(shù)據(jù)由所有的衛(wèi)星按6秒鐘的時(shí)間間隔傳送。GPS接收機(jī)可以使用絕對(duì)時(shí)間信號(hào)以準(zhǔn)確地確定位置。一旦知道了位置所在，可以通過(guò)利用接收機(jī)和衛(wèi)星之間的，可計(jì)算的傳播延遲來(lái)補(bǔ)償接收機(jī)從衛(wèi)星導(dǎo)航電文中得到的明確的時(shí)間得到。

術(shù)語(yǔ)“GPS啟動(dòng)時(shí)間”是衡量GPS基帶處理芯片性能的重要指標(biāo)之一。GPS啟動(dòng)時(shí)間包括熱啟動(dòng)時(shí)間、溫啟動(dòng)時(shí)間和冷啟動(dòng)時(shí)間。術(shù)語(yǔ)“啟動(dòng)時(shí)間”是指GPS接收機(jī)從上電到輸出首次定位結(jié)果的時(shí)間差。術(shù)語(yǔ)“熱啟動(dòng)時(shí)間”是指在已知接收機(jī)位置和GPS衛(wèi)星星歷情況下的啟動(dòng)時(shí)間。術(shù)語(yǔ)“溫啟動(dòng)時(shí)間”是指在已知接收機(jī)位置、用戶時(shí)間及GPS衛(wèi)星歷書的啟動(dòng)時(shí)間。術(shù)語(yǔ)“冷啟動(dòng)時(shí)間”是指在無(wú)任何先驗(yàn)信息的啟動(dòng)時(shí)間。