[发明专利]使用具有交错式伪随机码码相位跟踪的GNSS系统及方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请主张2013年8月13日申请的第13/966,142号美国专利申请以及2012年9月17日申请的第61/702,031号美国临时专利申请的优先权，两个申请以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明主要涉及全球导航卫星系统(GNSS)接收器技术，且尤其是涉及使用平行相关内核模块及跟踪信号(例如L2C)以用于稳固性以及改进特定在接收器操作中断期间的基于GNSS的定位、弱信号及影响接收器性能的其它条件。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS)包含全球定位系统(GPS)，其由美国政府建立及操作且采用在近似20,200km的海拔处的明确界定的轨道中的24个或24个以上卫星的星座。这些卫星在三个频带中持续发射微波L带无线电信号，三个频带集中在1575.42MHz、1227.60MHz及1176.45MHz，分别表示为L1、L2及L5。所有GNSS信号包含相对于卫星的机载精密时钟的计时模式(其通过地面站而保持同步)以及提供卫星的精确轨道位置的导航消息。GPS接收器处理无线电信号，计算到GPS卫星的范围，及通过三角测量这些范围，GPS接收器确定其位置及其内部时钟误差。可取决于所使用的可观察量及所采用的校正技术来实现不同的准确度水平。举例来说，可使用具有单频率或双频率(L1及L2)接收器的实时动态(RTK)方法来实现在约2cm内的准确性。

GNSS还包含伽利略(Galileo)(欧洲)、全球导航卫星系统(GLONASS、俄罗斯)、北斗(Beidou)(中国)、指南针(Compass)(提议)、印度区域导航卫星系统(IRNSS)及QZSS(日本、提议)。伽利略将发射集中在表示为L1或E1的1575.42MHz、表示为E5a的1176.45MHz、表示为E5b的1207.14MHz、表示为E5的1191.795MHz及表示为E6的1278.75MHz的信号。GLONASS发射大致集中在分别表示为GL1及GL2的1602MHz及1246MHz的FDM信号群组。QZSS将发射集中在L1、L2、L5及E6的信号。GNSS信号群组在本文分组为“超带”。

为了获得可通过使用GNSS而实现的准确度的较佳理解，有必要了解可从GNSS卫星获得的信号的类型。一种类型的信号包含调制L1无线电信号的粗糙获取(C/A)代码以及调制L1及L2无线电信号两者的精密(P)代码两者。这些代码为提供与模式的接收器版本相比可为已知模式的伪随机数字代码。通过测量对准伪随机数字代码所需的时间移位，GNSS接收器能够计算到卫星的明确的伪范围。C/A及P代码两者具有分别为约300米(1微秒)及30米(1/10微秒)的相对较长的“波长”。因此，使用C/A代码及P代码得到仅在相对粗糙分辨率水平的位置数据。

用于位置确定的第二类型的信号是载波信号。如本文所使用的术语“载波”指在移除经调制伪随机数字代码(C/A及P)所引起的光谱含量之后保持在无线电信号中的主要频谱分量。L1及L2载波信号分别具有约19及24厘米的波长。GNSS接收器能够“跟踪”这些载波信号，并且在这样做时，使载波相位的测量值精确到完整波长的小部分，从而准许范围测量值精确到小于一厘米的准确性。

在不参考附近参考接收器的情况下确定接收器的位置坐标的独立GNSS系统中，位置确定的过程经受来自许多源的误差。这些误差包含卫星的时钟参考误差、轨道卫星的位置、电离层诱发的传播延迟误差及对流层折射误差。这些误差源的更详细论述提供于Yunck等人的第5,828,336号美国专利中。

为了克服独立GNSS的误差，许多动态定位应用利用多个GNSS接收器。定位于具有已知坐标的参考站点的参考接收器与通过远程接收器接收信号同时接收卫星信号。取决于分离距离，上述误差中的许多将针对两接收器而同等地影响卫星信号。通过获取在参考站点及在远程位置两者接收的信号之间的差，这些误差得以有效地消除。这有助于相对于参考接收器的坐标而准确确定远程接收器的坐标。差分信号的技术在此项技术中已知为差分GNSS(DGNSS)。DGNSS与载波相位的精确测量值的组合导致小于一厘米均方根(厘米级定位)的位置准确性。当利用载波相位的DGNSS定位在远程接收器潜在地运动时实时进行时，常常称为实时动态(RTK)定位。