[发明专利]卫星导航接收机以及利用卫星导航接收机进行定位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星导航技术，尤指一种卫星导航接收机以及利用卫星导航接收机进行定位的方法。 

背景技术

全球定位系统(Global Positioning System，GPS系统)是一种用于向GPS接收机提供位置信息的卫星系统。GPS系统包括至少24颗绕地周期大约为12小时的地球卫星和若干地面控制站。 

GPS卫星广播的数据被称为导航电文。导航电文包含有星历、历书、卫星时间(卫星上时钟的时间)以及卫星时间相对于GPS系统时间(其在整个系统中作为参考的标准时间)的时间差。卫星时间相对于GPS系统时间的时间差相对固定，并预先存储于GPS接收机内。GPS接收机可以根据卫星时间、前一时刻的定位结果以及预存的卫星时间相对于GPS系统时间的时间差获得GPS系统时间。前一时刻的定位结果是指通过对GPS接收机进行定位而得到的某个前一时刻的位置。基于该定位结果，可以根据卫星和GPS接收机之间的距离决定一个传输延时。将GPS卫星时间、传输延时和时间差相加，便能获得GPS系统时间。 

导航电文由一系列的导航比特所构成。每个比特的结尾处同时也是下一个比特的开始处，此处被称为导航比特边界。导航电文以帧结构进行传送，每帧的长度是1500比特。每传送一个比特需要大约20毫秒，每传送一个帧需要大概30秒。每个帧被划分为5个子帧，每个子帧包含300个导航比特。每个卫星都 根据自己的卫星时间，在每分钟和每半分钟时开始传送一个帧。在传送之前，导航电文先与一个高码率的伪随机码(Pseudo-Random Noise，PRN码)调制，然后再与一个高频载波信号调制。 

在GPS接收机上，接收到的GPS信号首先被下变频到期望的频率，然后在一个预设的采样率下进行数字化转换。变频和数字化后的信号即数字中频信号。数字中频信号通过剥离载波信号和伪随机码进行解调，从而恢复导航电文。为了获得导航电文里的信息，GPS接收机需要判定导航比特边界。 

GPS接收机需要获得至少4个卫星的信息以计算GPS接收机的当前位置。GPS接收机从开机到计算出当前位置所需要的时间被称为首次定位时间(Time To First Fix，TTFF)。 

图1所示为现有技术的一种GPS接收机100的方框示意图。GPS接收机100被划分为主系统域102和实时时钟域104。 

在主系统域102中，通过天线106接收GPS信号，并传送到射频前端108。射频前端108通过采样时钟110对GPS信号进行变频和数字化转换，以得到数字中频信号。基带处理单元112在控制单元114的控制下处理数字中频信号，以实现卫星信号的捕获、跟踪和定位等多种功能。主系统域102中的部件由系统电源116供电。 

在实时时钟域104中，本地时间时钟120用于驱动实时时钟电路124。实时时钟电路124提供本地时间(例如，用于指示当前的年、月、日、时、分、秒)。实时时钟域104中的部件由电池126供电。 

一般来讲，实时时钟电路124提供的本地时间精度较低，只具有秒级的精度。当GPS接收机100处于关机状态，实时时钟电路124由电池126供电并持续提供本地时间。当GPS接收机100开机时，具有秒级精度的本地时间可以用于判断卫星的可见性，即判断哪些卫星对于GPS接收机100是可见。GPS接收机100开始捕获GPS卫星信号。为了获得GPS卫星信号中的导航电文信息以计算当前位置，GPS接收机100需要判定导航电文的导航比特边界。

根据现有技术中的方法，判定导航比特边界需要产生多个积分结果，每个积分结果对应一个可能的比特边界位置。然后通过比较各个积分结果判定比特边界位置。这种传统方法耗时较长，因此首次定位时间会相对较长。 

此外，上述传统方法还要求接收到的GPS卫星信号的信噪比(Signal Noise Ratio，SNR)必须高于一个阈值(比如26db-Hz)。因此，对于信号强度较弱的GPS卫星信号，GPS接收机100也许不能从导航电文中获得相关信息，从而增加首次定位时间。 

发明内容