[发明专利]基于卫星定位系统的时间测量方法和装置

说明书

发明的背景

本发明涉及使用从卫星定位系统(SPS)接收的信号来定位它们自己或确定日时间的系统。

诸如GPS(全球定位系统)接收机这样的SPS接收机，一般是通过计算诸如GPS(或NAVSTAR)卫星这样的多重卫星同时发射的信号的相对到达时间来确定它们的位置的。这些卫星发射作为它们的卫星数据消息的一部分的卫星定位数据和称为“天文历”的时钟定时数据。另外，它们发射周时间(即，time-of-week，TOW)信息，以便接收机可以明确地确定本地时间。每个接收的GPS信号(按C/A模式)是由1023个符号的通常称为“chip(时间片)”的高速率(1.023MHz)重复伪随机(PN)图样构成的。加在这个图样上的是50Hz的低速率数据。这个数据就是上面提到的周时间信息的源。搜索并捕获GPS信号、读取多重卫星的天文历数据和其它数据并且通过这个数据计算接收机的位置(和精确的日时间)的过程是很耗时的，通常需要几分钟。在很多情况下，这样长的处理时间是不能接受的，并且严重地限制了小型化便携应用中的电池寿命。

另外，在很多卫星信号受到阻塞的情况下，从GPS卫星接收的信号电平低到不能够无误地解调并读取卫星数据信号。这种情况可能在个人跟踪和其它高速移动应用中出现。在这种情况下，接收机仍然可能捕获并跟踪GPS信号。但是，在不使用这些数据的情况下来进行定位和精确的时间测量就需要有其它的方法。

如下所解释，跟踪GPS信号而不读取数据消息在时间上会导致1毫秒的不确定性。如前所述，这种不确定性在常规GPS接收机中通常是通过读取卫星数据消息来解决的。在非常低的接收信号电平上，可以跟踪伪随机图样，或者通过处理大量重复的这种信号(例如在1秒内重复1000次)提供不确定的系统定时。然而，除非在一个数据周期(20毫秒)上测量的信噪比高于大约12dB，否则在试图解调这个信号时将出现大量的错误。本发明在这种读取已经变得不可能或不现实的情况下提供另一种解决时间不确定性的方案。

发明概要

本发明提供一种测量和与卫星定位系统(如GPS或Glonass)一起使用的卫星数据消息相关的时间的方法和装置。一个实施例中的方法包括以下步骤：(1)在一个实体接收卫星数据消息的至少一部分的第一记录；(2)将第一记录与卫星数据消息的第二记录相比较，其中第一记录和第二记录至少在部分时间上重叠；和(3)通过比较步骤确定时间，该时间指示远端实体接收第一记录(例如，第一记录的源)的时间。在这个实施例的一个例子中，远端实体是一个移动SPS接收机，并且该实体是通过无线(也可能是有线)链路与移动SPS接收机通信的基站。本发明的方法可以仅仅在基站完成。

一个建立接收机定时的本发明的实施例是为接收机形成卫星数据消息的一部分的估计并且将这个估计发送到基站。在基站，这个估计与从其它GPS接收机接收的一个卫星数据消息记录或GPS信息源比较。假设这个记录是无误的。然后，这个比较确定基站的消息中的哪一部分与远端单元发射的数据最接近于匹配。因为基站已经无误地读取了卫星数据消息，它可以将那个消息的每个数据比特与一个绝对时间标记相关连，就如发射的卫星所看到的那样。因此在基站比较的结果为远端发射的估计数据赋予了一个正确的时间。如果希望，这个时间信息可以发射回远端。

上述方案的一种变化是基站向远端发送一个清楚记录的卫星数据消息，加上与这个消息的开始相关的绝对时间。在这种情况下，远端将这个记录与通过处理它所接收的GPS信号而形成的这个数据的估计相比较。这个比较将提供两个记录之间的时间偏移，并藉此建立本地采集的数据的绝对时间。

附图的简要描述

图1A是一个可以接收SPS信号并与基站建立通信的组合移动SPS和通信系统的主要组成的框图。

图1B表示图1A的RF到IF变换器和频率综合器的典型实现的框图。

图2是说明本发明的一种方法的流程图。

图3是表示本发明的另一种方法的流程图。

图4A表示在本发明的一种具体方法中移动SPS接收机执行的方法；图4B表示基站执行的相应方法。

图5A表示一个本发明的基站的实施例。

图5B表示另一个本发明的基站的实施例。

图6表示本发明的一个系统，它包括SPS接收机、蜂窝电话站点、基站、互联网和客户计算机系统。

图7表示本发明在移动SPS接收机处为了确定卫星数据消息的接收时间所典型完成的图样匹配的简化视图。

图8A表示在本发明的另一个具体实施例中移动SPS接收机执行的方法，而图8B表示基站执行的相应方法。