[发明专利]用于卫星定位系统时间分辨的方法和装置

说明书

技术领域

本公开涉及卫星定位系统。更特别地，本公开涉及卫星定位系统时间分辨。

背景技术

目前，在全球定位系统(GPS)中，能够基于两个信息片来获得GPS接收机位置。第一信息片是来自不同卫星的信号的相对传播延迟时间，也称为伪范围。对于三维空间定位可能需要来自至少四个卫星的传播延迟。第二信息片是每个卫星发射其信号时的位置。一旦可获得该信息，则能够对位置方程组求解。位置方程具有四个变量：三个用于接收机的位置(xu，yu，zu)且第四个用于接收机时钟与GSP系统时钟之间的时间偏移(Tu)。使用作为卫星轨道的改进模型的星历表信息来确定每个卫星位置(xi，yi，zi)。可以通过数据解码直接从卫星或从例如从GPS辅助服务器的其它源获得此信息。

一旦可获得星历表信息，则唯一缺少的信息片是时间。必须知道卫星发射信号时的GPS时间系统中的绝对时间以便计算位置。通过用来自卫星的强射频(RF)信号在独立GPS接收机中对来自卫星的星期时间(TOW)信息进行解码来获得时间信息。此信息指示下一个GPS子帧的开始的绝对GPS时间。每个子帧持续6秒且可以使用称为前导的特殊比特序列来确定其开始。如果对于每个卫星而言准确地在每个子帧开始时进行伪范围测量，则可以使用来自前一子帧的TOW信息来计算传输时的每个卫星的位置。在实践中，不需要使用每个子帧的开始时刻来进行伪范围测量。实际上，如果在给定子帧内已知信号的位置，则可以在时间方面的该位置与子帧的开始之间补偿时间偏移。

因此，可能需要确定子帧内的接收信号的给定时刻的相对位置。此时刻将在伪范围方程中使用。此时间提取过程中的误差可能出于两个不同的原因在最后计算的位置精确度中具有严重后果。第一原因与卫星以约4km/s的速度运动这一事实有关。所使用的所有卫星共同的1ms的时间失准将导致约4m的卫星位置误差，这将导致接收机位置计算中的相同数量级的误差。第二原因更加严重。如果一个卫星相对于其它卫星具有仅1μs的时间提取误差，则这对于该特定卫星的范围而言将对应于300米的误差，这将导致最终计算的接收机位置中的相同数量级的误差。

GPS L1信号由经1023码片长伪随机噪声(PN)序列二相调制的RF载波(1.57542GHz)组成。其为码分多址(CDMA)系统，其中，每个卫星具有其自己的唯一PN序列，该PN序列充当标识符并允许分离来自不同卫星的信号。码片速率是1.023Mcps(兆码片每秒)，因此，整个序列的传输用时1ms。每20个PN循环一次(20ms)，可以使也可以不使相位反转，这组成50bps数据调制。30个数据比特组成一个字(600ms)，并且10个字组成一个子帧(6s)。五个子帧组成一页(30s)。前3个子帧载送位置计算所需的信息，而最后2个子帧载送通过在12.5分钟内变换的25页发射的其它参数集合。通常，GPS接收机将具有将尝试使在内部生成的PN序列与传入信号对准的相关器。找到相关性中的峰值提供1ms持续时间的PN序列内的时间对准的良好测量。如果信号强到足以使得能够适当地对数据进行解调，并且如果数据捕捉窗口足够长，则可以获得TOW且可以确定子帧内的任何给定1ms长的PN循环的精确位置。

在其它情况下，由于不适宜的RF条件，信号可能未强到足以用于逐比特数据解调，但是可以强到足以使得仍能确定PN相关性中的峰值。由于较长积分时间的使用，这是可能的。在典型接收机中，这在用于每个卫星的传入信号强度在-142dBm以下且仍在某一阈值以上时发生，所述阈值通常可以在-155dBm范围内。在其它情况下，数据获取时间窗口可能是小的，不允许正确地确定GPS数据流内的特定短比特序列的位置。

在这些情况下，由于码片对准，仍可以在1ms时间窗口的PN序列内找到时间信息的一部分，其也称为代码相位信息。然而，该特定PN序列的位置在GPS数据流内不是已知的。在6秒长的子帧的情况下，存在6,000种对准可能性。这类似于具有只有分针、而没有时针的损坏的手表。在本公开的背景下，将这称为GPS中的时间模糊问题。

在辅助GPS(A-GPS)系统中，当提供粗略时间辅助信息时，出于说明的目的可以将其假设为+/-2秒准确-时域中的搜索空间变得局限于4秒宽的窗口。此窗口可以位于一个或两个6秒长的子帧内。可以从相关行过程获得1ms持续时间的PN序列内的信号的位置。然而，仍存在使在4秒窗口中的子帧内开始的给定PN序列对准的问题，其提供4,000种可能性。已知可以用来尝试解决此模糊的方法，例如在美国专利No.6,346,911中由Mike King提出的方法，但考虑到大数目的时间对准可能性，其可能要求大量的处理。