[发明专利]组合测量值并判定时钟偏移

说明书

技术领域

本发明涉及卫星定位系统，更具体地说，涉及一种组合测量值并判定不同卫星定位系统之间的时钟偏移的方法和设备。 

背景技术

卫星定位系统(SPS)接收器使用来自几颗卫星的测量值来计算位置。SPS接收器通常通过计算卫星发射信号时刻与接收器(位于地球表面或者接近地球表面)接收信号时刻之间的时间延迟来确定其自身位置。将时间延迟与光速相乘，就可得到接收器与接收器可见的每颗卫星之间的距离。典型的卫星定位系统包括全球定位系统(GPS)、欧洲伽利略(GALILEO)系统、以及俄罗斯全球导航卫星(GLONASS)系统。 

在GPS中，每个商业用信号都利用直接序列扩展信号，所述直接序列扩展信号由具有1.023MHz扩展率的唯一伪随机噪音(PN)码(被称为粗略撷取(C/A)码)定义。每个PN码双向调制1575.42MHz的载波信号(被称为L1载波)，并唯一标识特定的卫星。PN码序列长度是1023个码片(chip)，对应于一毫秒的时间段。1023个码片的一次循环被称为PN帧或者历元(epoch)。 

GPS接收器通过比较所接收的PN码信号序列与内部生成的PN信号序列之间的时间位移，来判定信号的发射与接收之间的时间延迟。这些测量的时间延迟被称为“子毫秒伪距”，因为已知它们以1毫秒PN帧边界为模。通过分解与每个卫星的每次延迟相关的毫秒的整数，就可得到真实明确的伪距。一组四个伪距、发射GPS信号的绝对时间信息、以及与这些绝对时间相关的卫星位置足以确定GPS接收器的位置。发射(或接收)的绝对时间是必需的，以确定GPS卫星在发射时间的位置，从而计算GPS接收器的位置。 

 因此，每个GPS卫星都广播一种卫星轨道和时钟数据(也称为卫星导航消)。卫星导航消息是50比特/秒(bps)的数据流，与PN码模2相加，比特边界与PN帧的起始部分结合。每数据比特周期(20毫秒)有20个PN帧。卫星导航消息包括卫星定位数据，也称为“星历”数据，它标识卫星和它们的轨道，以及与卫星信号相关的绝对时间信息(在此也被称为“GPS系统时间”)。GPS系统时间信息是星期信号中的某一秒，被称为星期时间(TOW)。这种绝对时间信号允许接收器明确确定每个卫星何时发射每个所接收信号的时间标记。 

GPS卫星以大约3.9km/s移动，因此从地球上观察，卫星的范围以最大±800m/s的速率变化。绝对时间误差导致每毫秒的时间误差有高达0.8m的范围误差。这些范围误差在GPS接收器位置产生类似的尺寸误差。因此，10ms的绝对时间精度对近10m的位置精度来说足够了。10ms以上的绝对时间误差将会导致较大的位置误差，因此要求通常的GPS接收器的绝对时间具有近10毫秒的精度或者更高。 

与GPS定位密切相关的另一个时间参数是用于测量子毫秒伪距的时间基准中的子毫秒偏移。这种偏移同样地影响所有的测量值，由于这个原因它被称为“共模误差”。共模误差不应与绝对时间误差混淆。如上所述，1毫秒的绝对时间误差导致高达0.8米的范围误差，而1微秒的绝对时间误差会引起小于1毫米、几乎看不见的范围误差。但是，1微秒的共模误差会导致1微秒乘以光速(也就是，300米)的伪距误差。共模误差对伪距的计算有较大的影响，在实际中，很难校正共模误差。因此，传统的GPS接收器将共模误差当作未知数，一旦在特定的接收器处已经测量了足够数量的伪距，就必须解决随位置一起的共模误差。 

其他类型的卫星定位系统，例如伽利略系统和全球导航卫星系统使用类似于GPS的信号结构，可以用类似的方式定位接收器。在某些应用中，希望同时处理来自GPS卫星和其他卫星定位系统的卫星的信号。例如，由于信号强度很低，接收器可能不能接收和处理足够数量的GPS信号以进行定位。但是，这种其他的卫星定位系统通常使用与GPS不同的时间基准来操作。例如，GPS系统时间比国际原子时间(TAI)慢19秒，精度为大约20毫微秒，但是伽利略系统时间与TAI的偏移量小于33毫微秒。同时使用GPS和伽利信号、而 不补偿这两种系统使用的系统时间误差将会导致所计算的位置误差与光速成正比。例如，未补偿10毫微秒的偏移将会导致所计算的位置有10英尺的误差。 

因此，在该领域中需要一种组合多个卫星导航系统的测量值并补偿这些系统所使用的系统时间差值的方法和设备。 

发明内容