[发明专利]一种GNSS接收机及其中频数据处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及全球卫星定位系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)的接收机技术领域，尤其是一种GNSS接收机及其中频数据处理方法。

背景技术

全球导航卫星系统是所有全球导航卫星系统及其增强系统的集合名词，是利用全球的所有导航卫星所建立的覆盖全球的全天侯无线电导航系统。目前，GNSS包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的COMPASS(北斗)、欧盟的GALILEO系统，SBAS广域差分系统，DORIS星载多普勒无线电定轨定位系统，QZSS准天顶卫星系统，GAGAN GPS静地卫星增强系统等，可用的卫星数目达到100颗以上。以下针对四个主要的全球导航卫星系统进行介绍。

1.GPS系统

GPS卫星定位系统(Global Positioning Satellite)是由美国开发并运营的卫星系统。该系统可以向具有适当接收机设备的全球范围内的用户提供精确、连续的三维位置和速度信息。GPS卫星星座由6个轨道面上的24颗卫星组成，每一个平面上包括4颗卫星。系统利用单向到达时间测距的概念，使卫星以高精度的星载原子频率标准做基准进行发射，而星载原子频标是与GPS时间基准同步的。卫星采用码分多址的技术在两个频率上广播测距码和导航数据，也即L1(1575.42MHz)和L2(1227.6MHz)。

GPS信号采用直接序列扩频(DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum)和二进制相移键控(BPSK，Binary Phase Shift Keying)的调制方式。在L1频率的信号由C/A码和P码两个PRN(伪随机)码调制。C/A码的码速率是1.023MHz，采用长度为1023的GOLD码，每颗卫星对应于一个C/A码。而P码的码速率是10.23MHz，其只能为PPS用户所用(主要面向军用)。GPS PRN码具有良好的自相关和互相关特性，这决定了用户接收机可以通过选择本地码与接收码序列进行相关运算来分辨到底是哪颗卫星。

GPS的导航电文速率为每秒50比特。它由5个子帧共1500比特组成，每个子帧300比特。每一个子帧本身由10个30比特的字组成。导航电文中每一个字的最后6个比特用于奇偶校验，以便为用户设备提供解调时检测比特错误的能力。在正常的工作模式下，导航数据在2小时的时间内重复广播。子帧1包含了GPS星期数、卫星精度、健康数据和时钟校正等。子帧2和子帧3包含了星历参数。子帧4和子帧5包含卫星健康数据、特殊电文、卫星配置标志、电离层和UTC数据以及1-32颗卫星的历书。历书是卫星星历参数的简化子集，寿命为一周，每12.5分钟广播一次。

GPS接收机计算用户位置需要已知四颗卫星的星历信息和四颗卫星到用户的距离。这个距离是通过计算PN码的传输时间来获得的。由于GPS信号发射时刻和本地时刻起点不同，因此只能得到一个伪距。通过后续的迭代运算，可以得到这个起始时刻的差别，进而得到卫星到用户的真实距离。

2.GLONASS系统

GLONASS是Global Navigation Satellite System(全球导航卫星系统)的字头缩写，是前苏联从80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统，也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。现在由俄罗斯空间局管理。

GLONASS系统的卫星星座由24颗卫星(目前在轨17颗卫星)组成，均匀分布在3个近圆形的轨道平面上，每个轨道面8颗卫星，轨道高度19100公里，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8°。由于GLONASS卫星的轨道倾角大于GPS轨道倾角，所以在高纬度地区(50度以上)的可视性较好。

GLONASS卫星向空间发射两种载波信号。L1频率为1.602-1.616MHZ，L2频率为1.246-1.256MHZ，L1为民用，L1和L2为军用。各卫星之间的识别方法采用频分复用(FDMA)，L1频道间隔0.5625MHZ，L2频道间隔0.4375MHZ。FDMA占用频段较宽，24个卫星的L1频段占用约14MHZ。GLONASS也是采用直接序列扩频(DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum)和二进制相移键控(BPSK，Binary Phase Shift Keying)的调制方式。在L1频率的信号由ML码和P码两个PRN(伪随机)码调制。ML码的码速率是0.511MHz，码长度为511，周期为1ms。而P码的码速率是5.11MHz。