[发明专利]一种全球定位系统接收机导航电文的管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及全球卫星定位与导航领域，例如GPS系统，特别是一种用于全球定位系统接收机的导航电文管理方法的领域。

背景技术

全球卫星定位与导航系统，例如全球定位系统(GPS)，包括一组发送GPS信号的一个卫星星座(又被称为Navstar卫星)，该GPS信号能被接收机用来确定该接收机的位置。卫星轨道被安排在多个平面内，以便在地球上任何位置都能从至少四颗卫星接收该种信号。更典型的情况是，在地球上绝大多数地方都能从六颗以上卫星接收该种信号。

每一颗GPS卫星所传送的GPS信号都是直接序列扩频信号。商业上使用的信号与标准定位服务(SPS)有关，而且被称之为粗码(C/A码)的直接序列二相扩频信号，在1575.42MHz的载波下，具有每秒1.023兆码片的速率。伪随机噪声(PN)序列长度是1023个码片，对应于1毫秒的时间周期。每一颗卫星发射不同的PN码(Gold码)，使得信号能够从几颗卫星同时发送，并由一接收机同时接收，相互间几乎无干扰。术语“卫星星号”和这个PN码相关，可以用以标示不同的GPS卫星。

GPS的调制信号是导航电文(又被称为D码)和PN码的组合码。导航电文的速率为每秒50比特。D码的基本单位是一个1500比特的主帧，主帧又分为5个300比特的子帧。其中子帧一包含了标识码，星种数据龄期，卫星时钟修正参数信息。子帧二和子帧三包含了实时的GPS卫星星历(ephemeris)，星历是当前导航定位信息的最主要内容。利用子帧一至子帧三的信息即可以实现定位，完成定位的基本任务。子帧四和子帧五包含了1-32颗卫星的健康状况，UTC校准信息和电离层修正参数及1-32颗卫星的历书(almanac)。历书是卫星星历参数的简化子集，用于预测相对于接收机的可见卫星及其多普勒频偏。历书每12.5分钟广播一次，寿命为一周，可延长至2个月。

调和世界时(Coordinate Universal Time，UTC)是一种国际标准的时间标度。它由来自原子钟驱动的时间标度和以地球旋转速率为基准的时间标度UT1输入组成。来自原子钟的原子时具有刻度均匀的优点，而基于地球旋转速率的时间标度在很多应用场合同样重要。为调和两种时间，UTC的秒长严格等于原子时的秒长，同时国际地球旋转局(IERS)负责确定合适在UTC时间上加或减一个闰秒，使得UTC和世界时同步。

全球定位系统为满足精密定位与导航的需要，在系统设计与试验指出就建立了自己专用的时间系统。GPS系统时是以UTC(USNO)为参照的。UTC(USNO)是原子美国海军天文台(USNO)利用持有的20多个铯标准组，以及天文数据形成自己的UTC版本。UTC(USNO)保持处于UTC的1μs以内。GPS是个连续的时间标度，不用闰秒来调整。GPS系统时与UTC(NSNO)在1980年月6日0时是重合的。GPS控制区段调节GPS系统时使之处于UTC(NSNO)1μs内。

GPS接收机的主要目标之一是确定PN码的到达时间。术语“GPS到达之间”指GPS卫星PN码到达GPS接收机的时间。这是通过将本地产生的PN参考信号与接收的信号相比并且“滑动”本地基准直至与接收信号在时间上对齐来完成的。通过称之为“相关”的相乘和积分过程，将这两个信号相互比较。当两个信号在时间上是对齐时，输出的结果为最大。

包含在导航电文中的，与绝对时间信号相关联的周时间(TOW)数据使GPS接收机能够精确地和可靠地确定本地UTC时间。TOW数据由所有的卫星按6秒钟的时间间隔传送。GPS接收机可以使用绝对时间信号以准确地确定位置。一旦知道了位置所在，可以通过利用接收机和卫星之间的，可计算的传播延迟来补偿接收机从卫星导航电文中得到的明确的时间得到。

术语“GPS启动时间”是衡量GPS基带处理芯片性能的重要指标之一。GPS启动时间包括热启动时间、温启动时间和冷启动时间。术语“启动时间”是指GPS接收机从上电到输出首次定位结果的时间差。术语“热启动时间”是指在已知接收机位置和GPS卫星星历情况下的启动时间。术语“温启动时间”是指在已知接收机位置、用户时间及GPS卫星历书的启动时间。术语“冷启动时间”是指在无任何先验信息的启动时间。