[发明专利]时间基准系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种时间基准系统，用于根据全球导航卫星星座所产生的信号来生成时间基准。本发明主要要求的是在弱信号环境中获得精确的时间基准。

背景技术

全球定位系统(GPS)被广泛应用于定时。GPS定时接收器一般被用来为例如蜂窝式便携电话基站中的电信系统提供时间基准。在这种情况下，需要精确到几毫微秒以内的时间基准。通常，具有这种精度的已知接收器需要能够清楚地看到天空。对于室内装置，如大部分的电信设备的情况，上述需要就使得对室外天线、电缆以及相关联的接口的使用成为必需。这种配置的成本和安装时间都很高，从而制约了例如微微蜂窝(picocell)基站在室内的安装。

传统技术中，GPS系统从包含星期时间(TOW)数据序列的低频卫星数据信号获取时间基准。这具有足以确认发送数据帧结构的低分辨率。通过识别数据内的子帧边缘获得了针对时间的高分辨率，这使得时间的不定性从6秒减小到了20毫秒。另外还已知的是，为了检测数据位边缘，需将20ms的不定性减小到1ms，并且为使内部代码基准与发送的传播代码校准并测量传播代码相位，需将不定性减小到不足1μs。实际中，这样的测量类似于伪距测量，这些测量直到定位引擎(例如，卡尔曼滤波器)已产生出位置-速度-时间(PVT)解的收敛来考虑在信号通信过程中发生的从GPS星座中的多个卫星到接收器的信号延迟时间为止都含有未修正的误差。

例如在建筑物之间或建筑物内部之类的狭窄空间中可能出现弱信号环境，在这样的弱信号环境中不能使用上述方法，因为卫星信号太弱以致于无法对数据流进行解码。无法对包含必要的卫星星历及钟差的数据进行解码的问题可以通过将相同的信息经通信链路馈送到接收器的方式来克服。然而通常无法以这种方式发送精确的时间基准，并且一般来说所能实现的最佳情况是精确到大约1秒的粗略的时间基准。对于接收器来说该粗略的时间基准足够用来建立对卫星在天空中位置的初始评估，但是对于精确的位置解来说则是不够的。因此，用于弱信号环境中的GPS接收器必须执行其他处理来获得更精确的时间基准。

对PVT解的计算包括求解一组等式，这些等式包含由来自不同卫星的连续到达时间的测量而得到的数据。该计算由卡尔曼滤波器来有效地执行，并且如果有足够的时间则能够导出精确的位置解。卡尔曼滤波器使关于每个观察到的卫星而产生的模糊度归结为一个单一且一致的集合，从而随着时间的过去使该集合与初始位置、多普勒位移以及SV(宇宙飞船)移动相匹配。然而绝对时间的问题仍未解决，绝对时间不定性在+/-30ms的量级或更大。不精确性取决于许多方面的影响，不仅包括信号级，还包括多路径影响以及其他类型的干扰。

发明内容

本发明的目的是针对弱信号环境提供基准时间解，从而避免了需要天线来清楚地看到天空。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于根据全球导航卫星星座所产生的信号来生成时间基准的时间基准系统，包括：卫星信号接收器，其具有射频级和相关器，其中射频级用于从多个卫星接收编码调制信号并对这些编码调制信号进行降频变换，相关器接收、跟踪并解码经降频变换的卫星信号以提供包含了针对各个卫星的部分伪距测量的信号；以及数据处理装置，用来从源接收包含辅助数据的信号，该信号是除了被接收并被降频变换的卫星信号以及包含了部分伪距测量的信号以外的信号，该数据处理装置还用来执行数据位同步，在该数据位同步中识别出由接收到的卫星信号所承载的低频数据位流的位边缘，该数据处理装置还用来执行对低频数据流中的预选数据序列的相关以求解出时间模糊度，并且该数据处理装置还用来根据辅助数据、来自卫星信号接收器的部分伪距测量输出和编码跟踪输出、数据位同步以及数据序列相关来计算时间基准信号。

通常，辅助数据包含卫星星历和/或卫星历书信息，可将该信息从例如电信网络馈送到数据处理装置中，使用强信号环境中的远程卫星信号接收器在别处生成该辅助数据。

该时间基准系统优选地包括锁频环，其至少部分地包含在卫星信号接收器中并可操作来生成多普勒位移信号用以表示由卫星运动引起的多普勒位移，其中系统的数据处理装置被配置成响应多普勒位移信号来修改数据位同步。因此，为了补偿任何频率偏移，优选地在数据处理装置中使用反馈回路来改善数据位同步的精确度。