[發(fā)明專利]用于SPS接收機(jī)的衛(wèi)星時間確定

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210413583.1
• 申請日: 2008-12-22
• 公開（公告）號: CN102928859A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·W·波恩
• 申請（專利權(quán)）人: 高通股份有限公司
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 陳煒

本申請是申請日為2008年12月22日申請?zhí)枮榈?00880127688.2號發(fā)明名稱為“用于SPS接收機(jī)的衛(wèi)星時間確定”的中國專利申請的分案申請。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2008年2月29日提交且題為“IMPLIED?TIME?SETTING?FOR?GPS?RECEIVER（用于GPS接收機(jī)的隱含式時間設(shè)定）”的美國臨時申請No.61/032,852的權(quán)益，其全部內(nèi)容通過援引納入于此。

背景

許多無線通信系統(tǒng)利用直接序列擴(kuò)頻來傳達(dá)信息。用來擴(kuò)展信號的碼典型情況下是偽隨機(jī)碼。接收機(jī)典型情況下通過將擴(kuò)展碼與本地生成的碼相關(guān)來恢復(fù)潛藏的信息。

接收機(jī)有時可利用與這些碼相關(guān)聯(lián)的時間偏移來建立定時參考，定時參考可被用來執(zhí)行定位?；趶慕?jīng)偽隨機(jī)擴(kuò)展的信號建立的定時的位置確定在各種定位系統(tǒng)中執(zhí)行。

全球定位系統(tǒng)（GPS）導(dǎo)航系統(tǒng)是采用位于環(huán)地軌道中的衛(wèi)星的衛(wèi)星定位系統(tǒng)（SPS）的示例。GPS的任何用戶無論其在地球上哪里均可推導(dǎo)出包括三維位置、三維速度、以及時間的精確導(dǎo)航信息。GPS系統(tǒng)包括最多達(dá)32顆衛(wèi)星，這些衛(wèi)星部署在關(guān)于赤道傾斜55°且彼此間隔120°的六個平面中的半徑為26,600千米的圓形軌道中。典型情況下，在這六個軌道平面之中的每個軌道平面內(nèi)有4到6顆衛(wèi)星均勻間隔。使用GPS的位置測量是基于對從這些軌道衛(wèi)星向GPS接收機(jī)廣播的GPS信號的傳播延遲時間的測量。正常情況下，在4個維度（緯度、經(jīng)度、海拔和時間）上的精確位置確定需要接收來自4顆衛(wèi)星的信號。一旦接收機(jī)已測得相應(yīng)各個信號傳播延遲，就通過將每個延遲乘以光速來演算至每顆衛(wèi)星的距離。接著，通過求解納入了這些測得距離和這些衛(wèi)星的已知位置的具有四個未知量的四元方程組來找到位置和時間。GPS系統(tǒng)的精確能力是借助于每顆衛(wèi)星的機(jī)載原子鐘以及藉由持續(xù)監(jiān)視并校正衛(wèi)星時鐘和軌道參數(shù)的地面跟蹤站來維持的。

每顆GPS衛(wèi)星在L頻帶中發(fā)射至少兩個經(jīng)直接序列編碼的擴(kuò)頻信號。即1.57542GHz載波頻率處的L1信號和1.2276GHz處的L2信號。L1信號由以相位正交的方式調(diào)制的兩個相移鍵控（PSK）擴(kuò)頻信號構(gòu)成。即P碼信號（P代表精確）和C/A碼信號（C/A代表粗略/捕獲）。L2信號僅包含P碼信號。P碼和C/A碼是被調(diào)制到載波上的重復(fù)性偽隨機(jī)位（亦稱為“碼片”）序列。這些碼的類時鐘本質(zhì)被接收機(jī)在作出時間延遲測量時加以利用。每顆衛(wèi)星的碼是唯一性的，從而即使這些碼全都在相同的頻率，仍允許接收機(jī)能區(qū)分出哪顆衛(wèi)星發(fā)射了給定碼。還被調(diào)制到每個載波上的是包含關(guān)于為導(dǎo)航演算所需的系統(tǒng)狀態(tài)和衛(wèi)星軌道參數(shù)的信息的50位/秒數(shù)據(jù)流。P碼信號被加密，并且一般不可為商業(yè)和私人用戶所用。C/A信號則可供所有用戶使用。

在GPS接收機(jī)中所執(zhí)行的操作絕大部分是在任何直接序列擴(kuò)頻接收機(jī)中所執(zhí)行的那些操作中的典型操作。偽隨機(jī)碼調(diào)制的擴(kuò)展效果必須在稱為解擴(kuò)的過程中通過將每個信號乘以該碼的時間對準(zhǔn)的本地生成的副本的方式來從該信號移除。由于在接收機(jī)啟動時不太可能已知恰適的時間對準(zhǔn)或碼延遲，因而必須在GPS接收機(jī)操作的初始“捕獲”階段期間通過搜索來確定恰適的時間對準(zhǔn)或碼延遲。一旦確定，就在GPS接收機(jī)操作的“跟蹤”階段期間維持正確的碼時間對準(zhǔn)。

一旦收到信號被解擴(kuò)，每個信號就由中頻載波頻率處的50位/秒PSK信號構(gòu)成。由于衛(wèi)星與終端單元之間的相對運(yùn)動導(dǎo)致的多普勒效應(yīng)以及本地接收機(jī)GPS時鐘參考誤差，因而此信號的確切頻率是不確定的。在初始信號捕獲期間，還必須搜尋此多普勒頻率，因?yàn)槠湓诓东@之前通常是未知的。一旦多普勒頻率被恰適地確定，接著就進(jìn)行載波解調(diào)。

在載波解調(diào)之后，藉由位同步環(huán)路來推導(dǎo)數(shù)據(jù)位定時并最終檢出數(shù)據(jù)流。一旦已捕獲到并鎖定到來自4顆衛(wèi)星的信號、已作出必要的時間延遲和多普勒測量、并且已接收到充分?jǐn)?shù)目個數(shù)據(jù)位（足以確定GPS時間參考和軌道參數(shù)），就可以著手進(jìn)行導(dǎo)航演算。