[发明专利]全球导航卫星系统接收器的定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及导航接收器，尤其涉及全球导航卫星系统(GNSS)接收器中坐标的测定方法。目前实务上有几种全球导航卫星系统，美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯全球导航卫星系统(Glonass)、欧洲的伽利略(Galileo)导航系统、以及中国的北斗(Beidou)或者罗盘(Compass)定位系统。

背景技术

导航接收器接收全球导航卫星系统接收器航空器(SVs)发出的信号，测量这些信号的参数，即虚拟距离和载波频率的多普勒频移。虚拟距离的测量通过对无线电信号副载波的相位测定来进行，该包括有一伪随机序列(或伪随机码)的副载波借助于相位调制覆迭到载波上。例如，在全球定位系统中，副载波是片码速率为1.023兆赫(MHz)，周期为1毫秒(ms)的黄金码(Gold codes)。在俄罗斯全球导航卫星系统(Glonass)中，副载波是一最大长度序列(M sequence)，其同样具有1毫秒周期，但是其片码速率是511千赫(kHz)。

此外，在全球导航卫星系统中，于同一信号中，航空器发送有关航空器轨道的数据、板上参考振荡频率以及时标(星历数据)。数据借助具有每秒传送位数的相位调制于信号中传输，例如，在全球定位系统和俄罗斯全球导航卫星系统中，每秒传送位数(bit-per-second，bps)为50。数据被归类成一些有规律的重复格式。

在全球定位系统中，数据格式包括“字(word)”(0.6秒长)、“子帧(sub-frame)”(10个字，6秒长)、“帧(frame)”(30秒长)、以及“超帧(super-frame)”(12.5分钟长)。每一个子帧的第一个字包括握手字(Handover Word，HOW)，其包含星期时间(Time of Week，TOW)，握手字能够测定测量出的虚拟距离和多普勒频移参考所必须的，具有精确度的接收器中的时间。每一个数据帧的第一、第二和第三子帧包括有星历数据。

在俄罗斯全球导航卫星系统中，数据格式包括“行”(2秒长)、“帧”(30秒长)以及“超级帧”(2.5分钟长)。星历数据被放置于每个俄罗斯全球导航卫星系统数据帧的头四行中。每个数据行携带星历数据的几个参数。时序信息在每个数据帧第一行的tk参数中。

导航接收器中数据的接收，从数据位边缘的同步开始。纵然虚拟随机噪声码(Pseudo Random Noise code，PRN Code)的同步定义了码周期(1毫秒)内信号的到达时间，但是，没有给出相应50位速率的数据传输速率的20毫秒位持续时间内位边缘位置的信息。完成数据位同步之后，接收器开始解调数据位，借助于误差校正码对接收到的位进行校验，把校验位嵌入到数据中。最后，数据码流被译码以撷取出数据格式(在全球定位系统中，数据格式为：字、子帧、帧、超帧)

全球导航卫星系统的航空器在大约20000公里的高度绕地球运行。相应地，信号从航空器到接收器典型的传递时间大约是60-80毫秒。因此，在80毫秒以下范围内，一个完整的(明确的)虚拟距离一定可以被传递(测量)。源于信号撷取过程的虚拟随机噪声码同步完成后，即可得到1毫秒不明确(或不完整)的虚拟距离测量值。1毫秒不明确(或不完整)的虚拟距离测量值意指测量出的虚拟距离在1毫秒部分是正确的，但是并不包括为了虚拟距离完整的表现而必须被加到不完整(不明确)虚拟距离上的未知整数数量的1毫秒间隔。因此，对于全球导航卫星系统(全球定位系统、俄罗斯全球导航卫星系统)信号，同步的初始阶段后，可以得到1毫秒虚拟距离。

取得在全球导航卫星系统(全球定位系统、俄罗斯全球导航卫星系统)信号中传输的卫星数据位的同步，允许虚拟距离明确表现的间隔延伸到20毫秒。如此一来，在接收器中即可取得20毫秒(仍然是不完整)的虚拟距离。

在全球导航卫星系统接收器中，至少从全球导航卫星系统的一个航空器接收时序数据(全球定位系统中为星期时间，俄罗斯全球导航卫星系统中为tk)后，才进行完整的虚拟距离测量。