[发明专利]一种应用于增强型自主GPS的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及定位系统，更具体地说，涉及使用远端接收器中的长寿命卫星追踪数据。

背景技术

全球定位系统(GPS)接收器使用来自几颗卫星的测量值来计算位置。GPS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。GPS卫星向接收器发送卫星定位数据，也就是所谓的“星历”数据。除了星历数据，卫星还会向接收器发送与卫星信号相关联的绝对时间信息，也就是将绝对时间信号排在周信号之后发送。这种绝对时间信号使得接收器能够明确地确定时间标签，该标签是关于每个接收信号是在何时由每颗卫星发出的。通过获得每个信号的精确传输时间，接收器可使用星历数据来计算每颗卫星在发射信号时处于何处。最后，接收器将有关卫星位置的信息与计算得出的到卫星的距离相结合，以此来计算接收器的位置。

具体来说，GPS接收器接收轨道GPS卫星发出的、包含唯一伪随机噪声(PN)码的GPS信号。通过比较所接收PN码信号序列和内部生成的PN信号序列之间的时间移位(shift)，GPS接收器便可确定信号发射时刻和接收时刻之间的时间延迟。

每个发送的GPS信号都是直接序列扩频信号。标准定位服务给出了将这种信号应用于商业应用的版本。这些信号将1.023MHz扩频率的直接序列扩频信号应用于1575.42MHz(L1频率)的载波上。每颗卫星发射唯一的PN码(也称为C/A码)，用于标识具体的卫星，并允许接收器同时接收由几颗卫星同时发出的信号，且信号彼此之间的干扰很小。PN码序列的长度是1023个码片(chip)，对应于1毫秒的时间周期。1023个码片的一次循环称为一个PN帧。每个接收的GPS信号都是从1.023MHz重复的1023个码片的PN类型中构建的。即使信号很弱，也能观察到PN类型，通过处理、求许多PN帧的平均值来提供明确的时间延迟测量值。这些测量的时间延迟称为“亚毫秒伪距”，因为他们是对1毫秒PN帧边界求模后得到的。通过求解每颗卫星的每次时间延迟的毫秒数的整数值，就可得到真实明确的伪距。求解明确伪距的过程称为“毫秒数整数的模糊度解算”。

在掌握了一组四个伪距、GPS信号的绝对发射时间和在这些绝对时间卫星所处的位置之后，足以求出GPS接收器的位置。发射的绝对时间是用来确定发射信号时卫星所处的位置的，通过这些信息可确定GPS接收器的位置。GPS卫星以接近3.9km/s的速度移动，因此，当从地球上观测时，这些卫星的范围以最多+/-800m/s的速度变化。绝对时间误差所导致的位置误差，对于每毫秒时间误差而言可高达0.8m。这些位置误差在GPS接收器位置方面也会造成近似大小的误差。因此，对于10m的位置精确度而言，10ms的绝对时间误差就已足够了。多于10ms的绝对时间误差会造成更大的位置误差，所以通常的GPS接收器的精确度都要求接近10ms或者更好。

GPS接收器从卫星上下载星历数据通常会很慢(18秒以上)，经常是非常困难的，有时甚至是不可能的(在信号强度很弱的环境中)。出于这些原因，长寿命以来，多通过其他方式向GPS接收器发送卫星轨道和时钟数据，而不是等待卫星发射数据。这种向GPS接收器提供卫星轨道和时钟数据或“辅助数据”的技术通常称为“辅助GPS”或A-GPS。

在一类A-GPS系统中，GPS接收器测量伪距并将其发往服务器，服务器确定GPS接收器的位置。本文将这种系统称为“移动辅助”系统。在移动辅助系统中，对于每次位置计算，需要在GPS接收器和服务器之间进行四次信息交互，包括：接收器请求服务器提供帮助；从服务器向接收器发送辅助信息；从接收器向服务器发送伪距测量值；最后，从服务器向接收器发送位置信息。在多数移动辅助系统中，在每个新位置需要发送新请求和新辅助信息，这是因为辅助数据只在很短的一段时间(例如几分钟)内有效。因此，对于移动辅助系统而言，用于确定位置的总时间受到接收器和服务器之间信息交互次数的负面影响。此外，如果接收器在发送辅助数据的网络的服务区外漫游，则接收器必须自主获取卫星信号并计算位置，假设接收器具有自主操作的能力。