[發明專利]時間基準系統

有效

• 申請號: 200980145475.7
• 申請日: 2009-09-17
• 公開（公告）號: CN102216801A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發明（設計）人: 雅克萊·佩塔·比克斯塔夫;埃斯特·奧盧盧·阿尼婭艾格布;彼得·馬克·弗萊明;杰拉爾德·溫特沃斯
• 申請（專利權）人: 意法愛立信有限公司
• 主分類號: G01S5/14
• 分類號: G01S5/14;G01S5/02;G01S1/00;G01S19/00
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 陳源;張天舒

技術領域

本發明涉及一種時間基準系統，用于根據全球導航衛星星座所產生的信號來生成時間基準。本發明主要要求的是在弱信號環境中獲得精確的時間基準。

背景技術

全球定位系統(GPS)被廣泛應用于定時。GPS定時接收器一般被用來為例如蜂窩式便攜電話基站中的電信系統提供時間基準。在這種情況下，需要精確到幾毫微秒以內的時間基準。通常，具有這種精度的已知接收器需要能夠清楚地看到天空。對于室內裝置，如大部分的電信設備的情況，上述需要就使得對室外天線、電纜以及相關聯的接口的使用成為必需。這種配置的成本和安裝時間都很高，從而制約了例如微微蜂窩(picocell)基站在室內的安裝。

傳統技術中，GPS系統從包含星期時間(TOW)數據序列的低頻衛星數據信號獲取時間基準。這具有足以確認發送數據幀結構的低分辨率。通過識別數據內的子幀邊緣獲得了針對時間的高分辨率，這使得時間的不定性從6秒減小到了20毫秒。另外還已知的是，為了檢測數據位邊緣，需將20ms的不定性減小到1ms，并且為使內部代碼基準與發送的傳播代碼校準并測量傳播代碼相位，需將不定性減小到不足1μs。實際中，這樣的測量類似于偽距測量，這些測量直到定位引擎(例如，卡爾曼濾波器)已產生出位置-速度-時間(PVT)解的收斂來考慮在信號通信過程中發生的從GPS星座中的多個衛星到接收器的信號延遲時間為止都含有未修正的誤差。

例如在建筑物之間或建筑物內部之類的狹窄空間中可能出現弱信號環境，在這樣的弱信號環境中不能使用上述方法，因為衛星信號太弱以致于無法對數據流進行解碼。無法對包含必要的衛星星歷及鐘差的數據進行解碼的問題可以通過將相同的信息經通信鏈路饋送到接收器的方式來克服。然而通常無法以這種方式發送精確的時間基準，并且一般來說所能實現的最佳情況是精確到大約1秒的粗略的時間基準。對于接收器來說該粗略的時間基準足夠用來建立對衛星在天空中位置的初始評估，但是對于精確的位置解來說則是不夠的。因此，用于弱信號環境中的GPS接收器必須執行其他處理來獲得更精確的時間基準。

對PVT解的計算包括求解一組等式，這些等式包含由來自不同衛星的連續到達時間的測量而得到的數據。該計算由卡爾曼濾波器來有效地執行，并且如果有足夠的時間則能夠導出精確的位置解。卡爾曼濾波器使關于每個觀察到的衛星而產生的模糊度歸結為一個單一且一致的集合，從而隨著時間的過去使該集合與初始位置、多普勒位移以及SV(宇宙飛船)移動相匹配。然而絕對時間的問題仍未解決，絕對時間不定性在+/-30ms的量級或更大。不精確性取決于許多方面的影響，不僅包括信號級，還包括多路徑影響以及其他類型的干擾。

發明內容

本發明的目的是針對弱信號環境提供基準時間解，從而避免了需要天線來清楚地看到天空。

根據本發明的第一方面，提供了一種用于根據全球導航衛星星座所產生的信號來生成時間基準的時間基準系統，包括：衛星信號接收器，其具有射頻級和相關器，其中射頻級用于從多個衛星接收編碼調制信號并對這些編碼調制信號進行降頻變換，相關器接收、跟蹤并解碼經降頻變換的衛星信號以提供包含了針對各個衛星的部分偽距測量的信號；以及數據處理裝置，用來從源接收包含輔助數據的信號，該信號是除了被接收并被降頻變換的衛星信號以及包含了部分偽距測量的信號以外的信號，該數據處理裝置還用來執行數據位同步，在該數據位同步中識別出由接收到的衛星信號所承載的低頻數據位流的位邊緣，該數據處理裝置還用來執行對低頻數據流中的預選數據序列的相關以求解出時間模糊度，并且該數據處理裝置還用來根據輔助數據、來自衛星信號接收器的部分偽距測量輸出和編碼跟蹤輸出、數據位同步以及數據序列相關來計算時間基準信號。

通常，輔助數據包含衛星星歷和/或衛星歷書信息，可將該信息從例如電信網絡饋送到數據處理裝置中，使用強信號環境中的遠程衛星信號接收器在別處生成該輔助數據。

該時間基準系統優選地包括鎖頻環，其至少部分地包含在衛星信號接收器中并可操作來生成多普勒位移信號用以表示由衛星運動引起的多普勒位移，其中系統的數據處理裝置被配置成響應多普勒位移信號來修改數據位同步。因此，為了補償任何頻率偏移，優選地在數據處理裝置中使用反饋回路來改善數據位同步的精確度。