一种卫星导航系统技术方案

一种导航系统，包括蜂窝电话、基站和网络服务器。它们中的每一个都有一个ＧＰＳ接收机配对。蜂窝电话的ＧＰＳ接收机得到从基站和网络服务器收到的信息的帮助，从而可减少卫星搜索的不确定性。时间差和／或频率差测量结果跟收集的数据一起使用，蜂窝电话和它的ＧＰＳ接收机假设它们是精确的时间和频率。将修正信息用于对蜂窝电话计算出来的速度解进行后处理，从而为系统获得更加精确的解。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星导航接收机和系统，具体而言涉及这样一种低价格的现场设备，它获得由网络提供的与精确时间和频率的有关信息的辅助，从而缩短首次定位时间(time-to-first-fix)，提高精度，以及降低制造成本。全球定位系统(GPS)接收机利用从通常是三个或者更多的地球轨道卫星收到的信号来确定位置和速度这样的导航数据。在全球范围内都可以收到GPS信号而不需要任何费用，现在已经越来越多和更加经常地将它用来确定汽车的位置，其精度达到一个街区的大小或者更好。双载频GPS接收机通常都跟踪与GPS卫星相关的一对无线电载波L1和L2，以便从这些载波上调制的P码产生累积的增量距离测量结果(ADR)，并且与此同时还跟踪L1 C/A代码以便产生代码相位测量结果。所分配的载波频率L1是1575.42MHz，载波频率L2是1227.78MHz。便宜的接收机通常只接收一个频率的载波，因此没有足够的信息用来计算作为位置误差出现的本地对流层和电离层信号传播延迟。在这些频率上，无线电载波信号以视线方式传播。因此建筑物、山和地平线会阻挡信号传播，多径反射会造成干扰而使得不能良好地进行接收。地球轨道上GPS卫星群中的每一个卫星以码分多址(CDMA)方式发射32个唯一识别码中的一个。从而，使所有GPS卫星都能够在同样的频率上以扩频方式发射信号，这个频率要加上或者减去由于卫星存在相对运动而产生的多普勒频移。通过将1023个“码片”代码跟预先分配给每个GPS卫星的32个伪随机数(PRN)序列代码中的一个进行相关运算，可以从得到的混合信号和噪声中找出某些卫星。这些代码没有必要以同相的方式发射。因此，一开始为了“找到”GPS卫星需要搜索各个载波频率，为此要将多普勒频移和本地晶体振荡器的不精确性考虑在内。这一搜索还需要用1023个不同的代码相位和20个或者更多可能的相关代码模板对代码进行匹配处理。最大的不确定性来源于开机的时候本地振荡器频率的随机性。因此，视在多普勒频率的搜索范围很大。知道实际的多普勒频率并不会有很大的帮助，因为本地振荡器有可能跟它自己的标称值相差很远。从用户的角度来看，现有技术中的GPS接收机至少有两项工作特性不那么尽如人意。这些传统的接收机在室内常常会停止工作，因为建筑物将本地信号场强降低到低于接收机的最大灵敏度。并且在冷启动的时候，大多数接收机都需要很长时间来产生定位结果。GPS接收机所要进行的大量计算要求有很高的时钟速度和大量昂贵的存储器。这些因素导致硬件成本很高。制造商和用户喜欢更轻巧的导航解决方案，它们能够使用便宜的平台，或者共享为了其它应用而已经存在平台。因特网还提供一种方式，用来让单个的GPS接收机能监视它所在区域的差分修正数据，并且将计算量很大的计算任务交给具有高性能处理器的区域网络服务器。SnapTrack有限公司(San Jose，CA)是一个无线辅助GPS(WAG)的提供商。可以从移动无线网络提取时间、频率和近似的位置数据来帮助导航接收机处理GPS信号。这种技术在已转让给SnapTrack的多项美国专利中都进行了描述，这些专利包括5945944，5663734，5781156，5825327，5831574，5841396，5812087，5874914，5884214等等。另外，还可以参考第6078290号美国专利。本专利技术的另外一个目的是提供一种卫星导航接收机，它在每次冷启动以后能够非常迅速地进行定位。本专利技术的再一个目的是提供一种便宜的卫星导航系统。本专利技术的又一个目的是提供一种能够跟因特网连接的卫星导航系统。简而言之，本专利技术的一个系统实施方案包括一个蜂窝电话、一个蜂窝电话基站和一个网络服务器。它们中的每一个都配有一个GPS接收机。与蜂窝电话相关的GPS接收机得到从蜂窝基站和网络服务器收到的信息的帮助，该信息帮助减少卫星搜索过程中的不确定性。时差和/或频率差测量结果是利用蜂窝电话和它的GPS接收机收集到的数据计算出来的，它们被假设是精确的时间和频率。将修正系数用于由蜂窝电话计算得到的速度的后处理，从而获得更加精确地结果。本专利技术的一个优点是提供了一种系统和方法，它能够降低用户导航设备的成本。本专利技术的另外一个优点是提供了一种系统和方法，它能够提高灵敏度，缩短首次定位时间，足以用于城市峡谷和室内。本专利技术的另外一个优点是提供了一种系统和方法，它能够在因特网上提供高级数据库服务，这些数据跟实时和历史用户定位有关。参考附图读完下面对本专利技术优选实施方案的详细描述以后，本专利技术的这些目的和优点以及其它目的和优点对于本领域中的普通技术人员而言将会是显而易见的。附图说明图1说明本专利技术一个实施方案中的系统100，它包括一个基站102、至少一个蜂窝电话104和一个网络服务器106。这个基站102包括一个蜂窝收发信机108和它的基准时钟110以及一个GPS接收机112。这个蜂窝电话有一个蜂窝电话业务频带内的接收机114，用于跟踪它从蜂窝基站102收到的信号的频率和相位。蜂窝电话104也有它自己的GPS接收机115。网络服务器106通过数据网络116从基站和蜂窝电话GPS接收机接收和发布时间信息和其它数据，将它们的位置以及时间和频率跟GPS时间之间的偏移收集起来构成一个数据库118供以后使用。本专利技术中的被动网络同步实施方案利用基站GPS接收机将基站时钟跟GPS时间同步起来。然后就可以用网络服务器通过网络基础设施(例如因特网)将蜂窝电话GPS接收机时钟和蜂窝电话时钟跟GPS时间同步起来。典型的GPS接收机产生出每秒种一个脉冲(1-PPS)的时间基准，后者可以利用timeDiff(时间差)电路跟从每个基站和蜂窝电话电路无线电载波获得的1-PPS时钟进行比较和相关联。除了1秒钟以外的其它测量间隔也可以采用同样的方式来使用，但是使用1秒钟时间间隔的时候数学表达式更加简单一些。在本专利技术的实施方案中可以采用三条不同的通信链路来传送时间和频率数据。一条链路将基站102的GPS基准接收机112跟网络服务器106连接起来。第二条链路在蜂窝电话114和蜂窝电话中的GPS接收机115之间实现第二个载波软件应用程序接口(API)或者数据包通信，这可以是在蜂窝电话中直接进行或者是通过网络服务器间接地进行。在各个接收机之间的数据共享改进了系统性能。第三个连接将网络服务器106和蜂窝电话跟蜂窝电话和GPS接收机链接起来。网络服务器106也可以放置在基站102内，通过蜂窝电话系统收发信机108和114进行通信。到达时间差测量结果(TDOA)(例如从基站到蜂窝电话之间的时间差)可以用于在组合在一起的蜂窝电话和GPS接收机中进行定位，使它能够在更多的地方进行定位，同时定位精度更高。从基站发送给蜂窝电话的时间标记可以跟基站位置、基站的时钟偏差和基站相对GPS时间的漂移这些先验知识结合起来。这些时间标记可以用来从基站向蜂窝电话传送时间信息，其精度只受蜂窝电话和基站之间无线电信号传播距离的影响。蜂窝电话载波频率综合器环的修正的频率偏移可以被用来估计GPS接收机的频率偏移。这个估计被用于减少频率不确定性，从而缩短首次定位时间，提高接收机灵敏度，和/或缩小硬件体积，降低功耗。数控振荡器(NCO)和模拟压控振荡器(VCO)常常被用于这种载波频率综合器环。temp本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星导航系统，包括，第一个卫星导航接收机，用于提供第一个位置解；第一个无线通信装置，它跟第一个卫星导航接收机在一起，并且跟第一个卫星导航接收机连接，以便跟它共享时间和频率测量结果中的至少一个；第二个卫星导航接收机，用于提供精 确的时间和频率估计；第二个无线通信装置，它跟第二个卫星导航接收机在一起，并且可以跟第一个无线通信装置进行无线联系；和一个网络服务器，用于利用所述精确的时间和频率估计对第一个位置解进行后处理，并且为第一个卫星导航接收机提取更加精确的第 二个位置解，以及借助于一个数据网络跟第二个卫星导航接收机和第二个无线通信装置连接。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：PW麦博尼，AN沃，
申请(专利权)人：伊莱德公司，精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：US[美国]