[发明专利]利用GPS卫星系统快速而精确的蜂窝式电话机地理定位

说明书

本发明涉及这样的系统，它通过把全球定位系统(GPS)技术与终端用户的终端的主无线方式的新颖的组合，提供终端用户的无线终端的快速地理定位。

GPS系统已广为人知，并且有许多出版物解释了它的整个运行过程。例如见由Van Nostrand Reinhold所著的1992年纽约T.Logsdon出版的题为卫星导航全球定位系统(Navstar Global Positioning System)和由E.D Kaplan所著的1996 Artech House出版的GPS原理和应用的理解(Understanding GPSPrinciples and Appliction)的教科书。还可见Proceedings of the IEEE，Vol.82，No.9，September 1994，pages 1431-1466的由William Wu等发表的题为移动卫星通信(Mobile SatelliteCommunications)的文章。

正如人们所得知的那样，GPS全球定位卫星应用21个卫星和三个备份卫星在对赤道平面成55°倾斜的12-Hr轨道上，离地面大约10,898海里(20183km)的高度上不停绕地球转动。在与地球赤道按60°间隔相交的六个轨道平面中的每一个都有四个卫星。每个卫星以两个频率广播，即表示为L₁的1575.42MHz和表示为L₂的1227.6MHz。两种频率都以“P”码调制，“P”代表精确(precise)或受保护(protected)。这频率和码用于美军的军事行动，在本应用中不使用。还利用可以被公众用于民用的C/A或没加密搜索码(Clear Acquisition)来调制L1频率。C/A码有1.023Mb/s的削波(chipping)速率和1023位重复间隔。它也用于获得很长的“P”码，因此有时称之为“过程(course)搜索(acquisition)码”。C/A码用来扩展含有导航数据的50bps数据流，这数据流在30秒总时间内组成五个每个有六秒(300位)的子帧。C/A码对于每个卫星是特有的，并有特殊的特征，即当与以准确的正确相位重复的C/A码相关时，模2按位加法将产生大的正的和数(理论上达1023)而任何其它码或不同步的同一码将产生零(或接近零)的和。在自相关函数中的这种尖峰对于GPS运行十分重要，在这运行中，多个卫星利用这种码分多址(CDMA)技术以相同频率发送而不相互干扰。

从每一个SV(卫星航天器)以50位/秒的速度广播通过相移键控叠加在所述代码上的导航数据。所述导航信息数据被分成许多不同长度的时间帧。一帧包括五个子帧，它们是：1)时钟修正和卫星质量，2)和3)卫星星历数据，4)年历，电离层和UTC修正，和5)年历数据。每二十五个30秒的帧构成一个超帧，并含有一整套年历数据。每个子帧提供遥测字(TLM)，后者含有：八位报头，用于子帧同步；  “转移字”(HOW)，它含有计时数据和用于子帧的适当的导航数据。

如所熟知的，GPS卫星播送能为任何有适当接收装置的设备所接收的信号。载波必须被下变频到基带，信号在码、位、子帧和帧的层次上互相关和同步。在典型的GPS接收机中，必须把来自起码三个不同的卫星的起码头三个消息解码，以产生二维的GPS地理定位解，这时假定第三维是已知的。除了计算三维(X，Y，Z)位置外，这处理过程在接收机中用典型软件完成。GPS系统根据多边(multilateration)原理工作，其中，用户根据GPS信号决定距离测量结果的交叉点。同时进行距离测量，以区分所有工作在相同基本频带的GPS卫星，由于与每个卫星相关的多卜勒效应，上述的基本频带有微小的频移。因此，接收机或用户能够从交叉点决定和探知他的以纬度、经度和高度表示的位置。正如所知道的，GPS卫星在轨道上不停运动，因此，就地面位置而言，卫星在不断变化。此外，卫星的正常状况(health)和基本星历数据在改变，要求以周期速率更新和重新分配数据。除了上面简单描述外，指出下面这一点就足够了，即有许多专利和文章介绍GPS系统及其相关的问题。