[發明專利]混合型衛星定位接收機

有效

• 申請號: 201010610169.0
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN102141626A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 安德烈·提爾;邁克爾·阿曼
• 申請（專利權）人: U布洛克斯股份公司
• 主分類號: G01S19/30
• 分類號: G01S19/30
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華

技術領域

本發明涉及一種用于全球導航衛星系統(Global?Navigation?Satellite?System，GNSS)的接收機，且涉及為這樣的接收機處理接收到的衛星信號的方法。特別地，本發明與全球定位系統(Global?Positioning?System，GPS)有關。

背景技術

GPS是基于衛星的導航系統，由多達32顆位于六個不同軌道平面中的軌道衛星(被稱為太空交通工具，“SV”)的網絡構成。該系統設計要求24顆衛星，但是更多的衛星提供改進的覆蓋范圍。所述衛星是不斷運動的，使得在幾乎不超過24小時內產生圍繞地球的兩個完整軌道。

由衛星發送的GPS信號是一般已知為直接序列擴頻的形式的，直接序列擴頻采用以有規律的方式連續重復的偽隨機碼。所述衛星廣播的若干信號具有不同的擴頻碼，包括公眾可自由利用的粗捕獲碼即C/A碼以及通常留作軍事應用的受限制的精碼即P碼。C/A碼是長度為1023比特的偽隨機碼，以1.023MHz的碼率廣播，每毫秒重復。每顆衛星發送獨特的C/A碼，這樣使得該衛星能夠被唯一地識別出。

每顆衛星在C/A碼上調制數據消息，該數據消息包括重要的信息諸如用于發射衛星的詳細軌道參數(被稱為星歷)、衛星時鐘的錯誤信息、衛星的狀態(健康或者不健康)、當前日期和時間。信號的該部分對于GPS接收機確定精確的定位是至關重要的。每顆衛星為自身僅發送星歷和詳細的時鐘校正參數，因此，獨立的GPS接收機必須處理其在定位計算中期望使用的各衛星的數據消息的適當部分。

該數據消息還包括所謂的歷書，歷書包括關于所有其它衛星的低精度信息，且歷書是低頻率更新的。歷書數據使得GPS接收機能夠估算一整天中任意時候每顆GPS衛星應在的位置，從而該接收機能夠選擇搜索哪些衛星是更高效的。每顆衛星發送示出系統中各衛星的軌道信息的歷書數據。

傳統的實時GPS接收機讀取發送來的數據消息，并存儲星歷、歷書以及其它數據，用于連續使用。該信息還可被用于設置(或者校正)該GPS接收機內的時鐘。

為確定定位，GPS接收機比較衛星發送信號的時間與該GPS接收機接收到該信號的時間。該時間差使得該GPS接收機知道距離該特定的衛星有多遠。針對該衛星的星歷，使得該GPS接收機能夠精確地確定該衛星的位置。通過將距多顆衛星的距離測量結果與這些衛星的已知位置相結合，可以通過三邊測量法獲得該定位。利用至少三顆衛星，GPS接收機可以確定維度/經度位置(2D定位)。利用四顆或者更多顆衛星，GPS接收機可以確定3D位置，包括維度、經度和高度。從所述衛星接收的信息也可被用于設置(或校正)該GPS接收機內的時鐘。

通過處理來自所述衛星的信號的明顯的多普勒頻移，GPS接收機也可以精確地提供移動的速度和方向(被稱為“地速”和“地面軌跡”)。

來自衛星的完整數據信號由37500比特的導航消息構成，這樣以50bps的速度發送需要12.5分鐘。所述數據信號被劃分成25個30s的幀，每幀具有1500比特，且這1500比特被劃分成五個6s的子幀。每個6s的子幀被劃分成十個30位字。用于定位所必須的所有信息(星歷等)包含在每幀內，因此，GPS接收機從所謂的冷啟動產生定位通常需要30s。這通常被稱為“首次定位時間(TTFF)”。

第一子幀給出時鐘校正數據，第二子幀和第三子幀給出星歷數據，而歷書數據在第四子幀和第五子幀中。

所述SV都在相同頻率上廣播。為區分來自特定衛星的信號，接收機需要生成已知為該衛星所使用的C/A碼的副本，并將其校準成，使得與該進入的信號同步，主要由于所述進入的信號在從該衛星傳輸至該接收機期間的傳輸時間，該信號將被延遲未知量(典型地，大約0.07s)。通常，接收機不可能精確地預算使得該副本與該進入的信號同步所必須的調整，因此需要一些形式的搜索，通過依次嘗試若干調整，選擇最佳匹配的調整。評估若干候選的調整的過程通常被稱為相關，因為接收機依次在接收到的信號與對于各衛星已知的C/A碼之間執行相關函數，以確定所述接收到的信號是否包含具有來自特定SV的C/A碼的部分。必須對于多個相關計時計算該相關函數，且當找到相關峰值時，該相關峰值對應于特定的計時和特定的SV。所發現的計時又對應于距所述SV的特定距離。