CN100430749C - 高灵敏度卫星定位系统接收机和接收方法 - Google Patents

Abstract

一种导航卫星接收机方法确定接收机接通电源时手头上有什么navData、存在何种程度的时间不确定性和何种位置不确定性。利用室内和室外搜索引擎，它可以改变其搜索窗口和停留时间，以便提高接收机的灵敏度。所接收的信号存储在几个重放回路中，这些回路在面对时间和频率点巨大的不确定性的情况下，可以并行操作以便提高搜索的灵敏度，还能缩短首次定位时间。即使在navData数据太弱无法读出，也可以请求服务器帮助，实现卫星采集。

Description

高灵敏度卫星定位系统接收机和接收方法

技术领域

本发明涉及导航卫星接收机，更具体地说，涉及在微弱信号电平环境中操作导航卫星接收机的方法和系统。

背景技术

全球定位系统(GPS)是美国国防部花了超过130亿美元建造和运行的基于卫星的无线电导航系统。卫星定位系统(SPS)包括GPS和俄罗斯GLONASS导航系统。日本和欧共体提出了其他导航系统。

在GPS系统中，24个在20,200km高度上环绕地球的卫星相隔在这样的轨道上、使得客户任何一次都会至少看到六颗卫星。每一个这样的卫星都发送精确的时间和位置信号。GPS接收机测量到达它的信号的时间延迟，并由此算出接收机-卫星的表观距离。像这样的由至少4个卫星的测量使GPS接收机可以算出它的三维位置、速度和系统时间。

刚接通的导航卫星接收机并不知道它所看到的卫星准确的轨道位置，接收机本身何在，其晶体振荡器误差有多大，因而不知道它的调谐频率的误差有多大，也不知道当前的时间。但是，在几秒或更小的误差范围内可以知道时间以及在一百公里的误差范围内知道其大概的位置。这样的先行知识，尽管如此粗糙，但也大有用处。

准确的系统时间和所述卫星发出的表观载波频率是接收机找出并锁定发射所必需的，因此最初一般都需要搜索所有可能性。缩小可能性的范围直接导致更快的初始化。完全在一般客户有限的耐心范围内进行第一次位置固定是这样的设备的制造商的商业需要。

与蜂窝电话相联系的或可以通过因特网进行通信的GPS接收机可以用许多方法得到联接到已经完成卫星锁定和跟踪的其他GPS接收机的网络服务器的帮助。可以利用电话或网络通信信道来向导航卫星接收机提供信息的关键位，以便帮助它更迅速地初始化。本发明者之一，Paul McBurney等人已经提交了几份与协助GPS接收机客户有关的美国专利。这在表1中进行了汇总，而且所有这样的专利申请都转让给同一受让人，并包括在此作参考。

表1

律师行档案号	发明名称	发明人	UPSTO提交日期	USPTO序号
					734-01	卫星导航卫星接收机和方法	P.McBurney，A.Woo	00-10-11	09/687,044
734-02	卫星导航卫星接收机和方法的基础设施辅助	P.McBurney，A.Woo	01-02-28	09/797,521
					734-03	高灵敏度GPS接收机和接收	P.McBurney，A.Woo	02-02-19	10/079,245
734-04	总校正策略	Stephen J.，Edwards，P.McBurney	02-02-19	10/079,217
					734-05	从算出的时间计算位置的方法和系统	S.Edwards，P.McBurney	02-02-19	10/079,244
734-06	计算网络路径延迟这样准确的绝对时间可以从服务器提供给客户	H.Matsushita，P.McBurney	02-02-19	10/079,251
					734-07	无前导帧同步	AkiraKimura，P.McBurney	02-02-19	10/079,250

734-08	瘦客户	P.McBurney，C.Rasmussen，F.Vaucher，K.Victa	02-02-19	10/079,249
					734-09	软件晶体振荡器	H.Matsushita，P.McBurney	02-02-19	10/079,248
734-010	传感器的高灵敏度不寻常使用	P.McBurney，K.Victa	02-02-19	10/079,247
					734-011	实时时钟(RTC)	P.McBurney	02-02-19	10/079,253
734-012	共享基准站	C.Rypinski，M.Junkar	02-02-19	10/079,252
					734-013	客户协助的多普勒估算	P.McBurneyW.J.Morrison	02-08-07	10/215,138
734-015	高灵敏度卫星定位系统接收机用的合成导航数据	P.McBurney，W.J.Morrison	尚未提交

GPS卫星发射50bps(位/秒)的导航(NAV)数据消息，每12.5分钟重复一次。它包括对GPS接收机取得信号锁定和产生导航解很关键的系统时间、卫星的星历表和年鉴信息。共有25帧，每帧占30秒，每帧有5个子帧，每个子帧10个字。每个子帧开始时的z-计数给出它从卫星发射的时间。星历表是前三个子帧，子帧4-5是散布在50页上的年鉴数据。一个完整的数据帧的NAV数据是1500位长，因而要占用30秒来发送。

若其数据电平太弱，则NAV数据不能可靠地接收和解调。这可能出现在户内或在甲板下。于是高灵敏度接收机需要通过不同的信道从第三方获得信息上的协助，以便取得当前的NAV数据。若已知本地接收机的系统时间，则可以把z计数信息插入从这样的第三方获得的在其他方面一般的NAV数据消息中。

每个数据帧分成5个子帧1-5，而且每个子帧长300位，例如，10个30位字。于是它占用6秒来发射每个300位、10个字的子帧。每个子帧以30位的遥测(TLM)字开始，后跟30位的转交字(HOW)。两个30位字都包括24位的数据和6位奇偶性。每个子帧有8个字的数据有效负载。

每个300位的子帧前面的TLM字有8位前导。前导使子帧的起始可以被识别，其后提供接收机同步用的初始机制。

第一个300位子帧在TLM字和HOW之后发送人造卫星(SV)时钟校正数据。第二个子帧发送人造卫星星历表数据的第一部分。第三个子帧发送人造卫星星历表数据的第二部分。第4和5子帧用来发送系统数据的不同页。第四帧也以TLM字和HOW开始，而数据有效负载12.5分钟循环一次，以便关于发送电离层、UTC和其他数据的漫长的信息。一个完整的25帧的组，例如125子帧，构成完整的导航消息，它在这样的12.5分钟周期中发送。第五子帧以TLM字和HOW开始，它的数据有效负载也是12.5分钟循环一次，以便发送相当大的年鉴。

时钟数据参数描述人造卫星时钟以及它与GPS时间的关系。星历表数据参数描述卫星轨道短段的人造卫星轨道。一般，接收机每小时收集新的星历表数据，但是它可以使用旧的数据直至4小时也没有很大的误差。星历表参数与一种算法一起使用，所述算法计算在由星历表参数组描述的轨道周期内人造卫星任何时间的位置。年鉴是所有人造卫星用的近似的轨道数据参数。十参数年鉴描述在长时间周期内人造卫星的轨道，有时可以用几个月。

GPS接收机起动时信号采集时间可以由于具有可用的当前年鉴而显著加速。近似的轨道数据用来以星座中每一个人造卫星的近似位置和载波多普勒频率预置接收机。

在2001年5月29日颁发的美国专利6,239,742 B1“用于基于时间测量的卫星定位系统的方法和设备”中，Norman F.Krasner描述一种处理由于载波信号电平太弱而无法读出的NAV数据消息的方法。基站用来记录部分NAV数据消息，并且把这些消息与来自远程GPS接收机的类似数据比较。所述远程GPS接收机直接从它可见的卫星接收部分NAV数据消息。由所述基站记录的NAV数据包括它的正确的时间标识，所以匹配两个时间上重叠的部分即可协助远程SPS接收机找出它的正确系统时间。这样的比较并不在所述远程移动接收机进行，而是回到基站进行。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于协助导航卫星接收和接收机初始化的方法和系统。

本发明的另一目的是提供一种用于减少GPS和SPS接收机初始化所需时间的方法和系统。

本发明的再一个目的是提供一种效能价格合算的卫星导航系统。

简单地说，本发明的导航卫星接收机方法实施例确定接收机接通时手头上有什么导航数据(navData)、存在何种程度的时间不确定性和有多大的位置不确定性。采用可以改变其搜索窗口及停留时间以便增大接收机灵敏度的室内和室外搜索引擎。所接收的信号存储在几个重放回路中，所述重放回路可以并行操作以便在时间和频率上面对巨大的不确定性而能增大搜索灵敏度，而且仍能缩短第一次固定的时间。甚至在navData太弱以致无法读出时仍能通过向服务器请求帮助实现卫星采集。

本发明的一个优点是，提供一种系统和方法，所述系统和方法在本来无法初始化的衰减后的信号的衰减电平下提供导航卫星接收机的初始化。

本发明的另一个优点是提供一种降低与蜂窝移动电话相联系的导航卫星接收机的成本的系统和方法。

对于本专业的普通技术人员来说，在阅读对图解说明于各附图中的推荐的SPS接收机的以下详细描述之后，无疑将明白本发明的这些和其他目的和优点。

附图说明

图1是本发明网络导航系统实施例的原理框图；

图2是对图1的系统有用的本发明的方法实施例的流程图；

图3是也对图1的系统有用的本发明的广义的方法实施例的流程图；

图4是本发明的导航卫星接收机网络实施例中的自动客户、半客户、瘦客户和多用途客户的原理框图；以及

图5表示本发明的卫星定位系统接收机和支持系统实施例，其中高灵敏度接收机遭受不影响服务器的信号衰减。

具体实施方式

图1举例说明本发明一个实施例中的网络导航系统100，它包括基准站服务器系统102、GPS测量平台104、和诸如因特网等居中的计算机网络106。服务器系统102包括导航卫星接收机，它锁定在并跟踪导航人造卫星(SV)的星座108、110和112。这些人造卫星中某些人造卫星也可能是GPS测量平台104可见的。另一个导航卫星星座包括客户系统104可见的114和116。GPS测量平台104包括它自己的导航卫星接收机，但它尚未能锁定和跟踪它的导航卫星星座112，114和116。

本发明的导航卫星接收机方法实施例确定所述接收机接通时手头上有什么navData、存在什么程度的时间不确定性和有多大的位置不确定性。采用能够改变其搜索窗口和停留时间以便提高接收机灵敏度的室内和室外搜索引擎。所接收的信号存储在几个可以并行操作的重放回路中，以便在面对时间和频率巨大的不确定性的情况下提高搜索灵敏度，还要缩短首次定位时间。即使在navData太弱难以读出时仍能通过请求服务器的帮助而实现卫星采集。

一般说来，按测量平台能在多大程度上独立于服务器而运行进行分类，本发明有4种类型的GPS测量平台实施例。自主客户只需从服务器102获得最少的帮助，例如，微分校正数据，即能工作并向用户提供导航解决方案。半客户需要较多的帮助，例如，可简化星历表和时间偏置计算的多项式模型。瘦客户几乎所有导航计算都依赖服务器102，基本上只提供从它的SV星座观点看的观测结果。若有客户而且想看，则返回导航解供本机显示。第四种客户是作为客户104连接的高灵敏度GPS接收机，这里称作多用途客户(omni)。

图2表示本发明的利用接收机采集和跟踪导航卫星的搜索方法实施例，这里用总标号200标记。许多本文在以下讨论中用到的并非本领域技术人员一般技巧部分的技术和术语，在包括于此作为参考的几个美国专利中有详细解释。

方法200以导航接收机接通电源开始。步骤202确定有什么数据可用，存在多大的总的时间不确定性(sigmaTime)，有关本接收机当前位置的总的位置不确定性(sigmaPos)有多大。步骤202中所涉及的数据包括关于这些卫星(SV)的年鉴和星历表信息。数据的可用性取决于可否连接到服务器以及任何存储的数据新到什么程度。

数据源的质量分成几级：

a.所有SV的当前星历表处于最佳情况，而且这发生在能与覆盖全世界的服务器通信时。这样的更新之后，接收机可以自主运行4-6小时。由于星历表起的作用与年鉴相似，所以这样的数据便允许计算高度最高的卫星(高-N)。

b.接收机最近跟踪过并存储了从以前的服务器对话或跟踪对话获得的其他星历表，接收机中有某些SV的当前星历表和其他SV的下求模(down-moded)星历表。这样可以使用长达4-6小时或更长时间，用以形成高-N和预测多普勒数据。

c.没有当前星历表，但是仍有完整的年鉴，允许采集但不能固定，因为没有足够的SV位置和时钟准确度。若在室外，则不必利用服务器也可收集新的星历表；以及

d.启动之后并且在与服务器通信之前以及一般的冷启动时，客户中没有数据。

存在几种不同程度的时间不确定性(sigmaTime)：

a.在1ms以内，在未经校正地运行了不到一天的实时时钟(RTC)的情况下这是可能的；

b.从navData译码的实测z计数或者模式匹配可以把任何时间不确定性减少到10ms，这已经好到足以在没有U-dot V-DT项的情况下使位置解收敛；

c.20ms内，在未经校正地运行了几天至一周的实时时钟(RTC)的情况下这是可能的，而这一般已经好到足以避免无z固定；

d.网络延迟估计值和利用服务器作为时基，可以把sigmaTime减小到20-50ms，而这允许无z固定和利用经典的固定类型；

e.sigmaTime在一秒水平时，为提高完整性，大于一秒的大的DT估计值可能失去无z固定的资格；

f.人工输入的粗糙的时间或RTC准确度差到5分钟，这好到足以采集高-N的SV，并取得合理的多普勒数据，因而好到足以开始搜索，但需要z计数、模式匹配或延迟时间源来开始固定；以及

g.根本没有时间信息可用，这是基准站启动和其他冷启动时的缺省情况。

位转换时间(BTT)是整数毫秒的不足20毫秒部分的估计值。它可以用来对利用模式匹配算出的整数毫秒进行过滤或作为独立的校验器。通过收集NAV数据来测量Z计数和BTT。BTT用来清除代码相位roll-over。一般说来，不足20毫秒部分应该一致。有一位对BTT的噪音比z计数大。但是，z计数可能在短的时间周期内在接近代码相位roll-over处出现1毫秒的误差。

有三种等级的位置不确定性(sigmaPos)：

a.小于150km，在这种情况下即使没有每个SV的位转换时间(BTT)或z计数也可以固定；

b.大于150km但小于3000km，在这种情况下通过预测高-N SV的预测多普勒数据可以实现某些改善；

c.大于3000km，在这种情况下高-N和预测的多普勒信息是如此之差，以致还不如假定没有位置。

150km的阈值是在完成一个完整的C/A码序列所用时间内微波离开GPS卫星行进的物理距离的结果。若已知客户的位置优于150km不确定性，则不会有代码相位整数二义性的问题。但是，若未知客户的位置优于150km不确定性，则必须解决代码相位整数二义性问题。结果，这150km阈值高度依赖于伪随机数(PRN)码长的长度及其重复周期或时间片速率。GPS系统C/A码每毫秒重复一次，但是精确码(P码)具有长得多的长度，而且实际上没有整数二义性问题。其他导航卫星系统，例如，俄罗斯的GLONASS系统将会具有不同的阈值。

3000km的阈值是移动中的卫星多普勒效应的结果。若位置不确定性已知优于3000km，则以此为基础的多普勒估计会是有用的。但是若未知位置不确定性优于3000km，则以此不确定性水平为基础的多普勒估计可能是有害的。因此，3000km阈值是GPS系统及其卫星的特性。其他系统和应用可能会有不同的适当的阈值。

若位置不确定性小于150km，则没有z计数也能获得固定。位置不确定性小于150km，而且在SV上没有整数毫秒(intMs)可用时，可以采用GridFix方法。SigmaTime大于10ms时最好采用无z固定类型。

从SV接收的信号的信噪比(SNR)质量可以随着每一个SV而改变。定义了5个等级的SNR：一个室外(OD)和4个室内(ID1-ID4)。

表：信号衰减电平

	采集	跟踪	备注
				ODSNR≥-142dBm	室外搜索方法(0DSM)	时间跟踪状态机(TSM)	可靠的navData
ID1：-145dBm＜/＝SNR＜-142dBm	室内搜索方法(IDSM)	转交至TSM中的跟踪	TSM中的navData可能某些星历表，z计数和BTT
				ID2：-150dBm＜/＝SNR＜-145dBm	室内搜索方法(IDSM)	转交至TSM载波环路4(来自室内搜索法的载波，DLL运行)	可以取得BTT和某些模式匹配，但是太弱难以可靠地收集NAV数据
ID3：-155dBm＜/＝SNR＜-150dBm	室内搜索方法(IDSM)	太弱难以转交	无NAV数据、BTT或z计数
				ID4：SNR＜-155dBm	无法采集	无法跟踪	完全受障碍

在接收机信噪比(SNR)至少为-142dBm的情况下存在室外(OD)信号衰减电平。这里采用室外搜索法进行人造卫星采集，采用时间跟踪状态机(TSM)进行跟踪。不必使用室内搜索法，从而可以避免要求接收机有额外的时间和工作。这样的SNR产生可靠的navData，例如，星历表、z计数和BTT。

第一室内信号衰减电平(ID1)存在于SNR处于-145dBm和-142dBm之间。采用室内搜索法进行人造卫星采集，转交给TSM中的跟踪。转交过程之后使室内搜索法停止，以节省电力。用TSM可以获得navData，例如，某些星历表、z计数和BTT。

SNR处于-150dBm和-145dBm之间时，存在第二室内搜索法(ID2)。采用室内搜索法进行人造卫星采集，从室内搜索法，DLL运行的载波环路4载波转交给TSM中的跟踪。这样可以获得BTT和某些模式匹配，但一般说来，信号太弱，难以可靠收集navData。

SNR处于-155dBm和-150dBm之间时，存在第三室内搜索法(ID3)。采用室内搜索法进行人造卫星采集。信号太弱，不能进行跟踪转交，因而不能可靠地收集navData、BTT和z计数。

SNR弱于-150dBm时，定义第四室内搜索法(ID4)，并等价于整个信号被障碍。信号这样弱，几乎无法进行人造卫星采集和跟踪，从室内搜索法，DLL运行的载波环路4载波转交给TSM中的跟踪。

因此这里描述的本发明的SPS接收机把信号强度的有用范围向下扩展到SPS接收机的-150dBm。

并非任何一刻都需要把所有可见的人造卫星套入5个信号衰减电平分类，例如，OD和ID1-ID4。但若室外无障碍，类似于基准站，则超过高度几度的所有人造卫星都可以归入室外信号衰减电平模型。相反，若接收机确实深藏于室内，则来自所有人造卫星的信号都可以归入受障碍的ID4组。更一般地说，SNR环境可能是混合的。

例如，当接收机工作在深峡谷时，就可能出现直接人造卫星(室外，OD)、衰减人造卫星(ID1-ID3)和障碍人造卫星(ID4)的结合。在这样的环境下，头顶上强的人造卫星可能由于窄带室内搜索而对弱的和受障碍的人造卫星引起有害的交叉相关。交叉相关峰可能比被搜索的人造卫星还强。最好首先采用室外搜索法(ODSM)。ODSM带宽较宽，而且灵敏度较低。随着频率窗口增大交叉相关的几率增大。使这样的几率减到最小的最佳途径是搜索可能的最小频率窗口。

在建筑物内，但高于信号衰减电平ID4时，可能某些人造卫星可能呈现较强的接收信号电平。但交叉相关问题的几率降低，因为实际上没有直接人造卫星，即使是高度高的人造卫星，其直接波束也经受某种程度的衰减。在这样的环境下，室内搜索法工作得很好。

两个基本假设是可能的，H0：sigmaPos＜150km和时间误差足够小，使得多普勒数据正确；和H1:H0是错误的。

两个搜索方法和引擎都用在本发明的接收机实施例中，室内搜索法/引擎(ODSM)和室外搜索法/引擎(IDSM)。

在ODSM中，采用4种搜索假定类型：H0，H0&H1，H1a和H1na。H0高度可信信号假定采用±2kHz频率搜索，只用高-8，多普勒数据和软件补偿晶体振荡器(SCXO)对中。它针对最高灵敏度进行调谐，并只用高-N卫星。

对于ODSM H0&H1，H0仍有某种可信度，但是也尝试H1。它采用以高-8多普勒数据和晶体振荡器对中的±2kHz频率搜索，针对中灵敏度进行调谐。它搜索所有24个其他SV，高-8，并在发射和不发射组字之间利用满±4kHz扩频。高-N也可以用相同的宽频率窗口进行搜索，其他字中不包括这些SV。至少首先尝试高-N，但再对它们进行尝试是浪费时间。

对于ODSM H1a，不论时间还是位置都不知道。当前发射的SV从年鉴已知。关于24个SV的信息散布在3组字中。对于最优任何位置搜索时间，关于轨道平面的某些知识是有用的。

ODSM H1na与ODSM H1a相同，只是没有年鉴可用。这发生在带电池后备的存储器的自主客户上。

可以为了较高灵敏度或快时间完成而调节每一个搜索参数。

ODSM测量转交给TSM进行跟踪。OD模式在ODSM和TSM中工作得相当好。可能有混合SNR的某些情况，较弱的SV在IDSM中采集，而在TSM中跟踪较强的SV。一般客户也是如此。

在IDSM中，采用六种类型的搜索假定。IDSM零假定(H0)搜索是正常的IDSM，带有最小的合理频率窗口和最长合理停留时间。这样一般在手头上有良好的先有数据时采用。IDSM零假定扩展频率搜索(H0Ef)在晶体不确定性模式已经太乐观时扩展频率窗口。IDSM零假定扩展停留时间搜索(H0Ed)由于衰减电平比前面首先讲的严重因而需要较高的接收机灵敏度。IDSM零假定扩展频率和停留时间搜索(H0Efd)扩展频率和停留时间。当数据可信度较低或没有连接到服务器时，IDSM零假定扩展频率和缩短停留时间搜索(H0EfRd)增大频率范围，但是缩短停留时间。没有星历表，以非常长的停留时间进行搜索是没有价值的，因为SV不能使用，因此无法收集NAV数据。

IDSM替代假定(H1)搜索是当ODSM H1不能采集时，用于改善接收机灵敏度的后援。采用较大的频率窗口和较短的停留时间。对于两个缩短停留时间的因素中的每一个，搜索可以把频率窗口加大一倍。例如，从1秒变为250毫秒，就从-153dBm变到-150dBm，增大3dB。可以在以1秒停留时间进行搜索1kHz窗口的同时搜索4kHz窗口。这是自然电平，因为这是可以求出BTT的极限。但是我们在这里也不能取得NAV数据。这样进一步把停留时间缩短至80毫秒，达到-148.5dBm，两个中额外因素可以用来较快地搜索。IDSM H1搜索要求客户监视IDSM状态，并确定何时完成所有8个SV的窗口。必须针对不能采集的时间片，提交另一组SV，并重复直至所有24或32个SV完成。

在图2中，若sigmaPos可信度高，例如，优于150km，则步骤204进行IDSM H0。当ID1至ID4为真时，这是正确的路径。当我们至少有一个强SV时，若OD为真，则应该关心交叉相关。若OD为真，而且更快到TSM，则ODSM会是比较好。若超时之后没有固定，而且数据被信任，则继续在当前多普勒中心尝试同一SV。但若飘移估计是错误的，则增大频率窗口。若所述模型错误，则搜索永远找不到SV，于是尝试ODSM H1。若OD为真，则恢复所述搜索，但若是室内，则不恢复所述搜索。在没有采集到一个SV时某些超时之后，所有模式至少应该尝试一次ODSM H1。高度低的强SV可以表示包括所述高-N SV组是错误的。采集在当前位置和时间看不到的SV表示所述数据是错误的。这样应该根据强跟踪SV的星历表沉淀平均SV位置。

在步骤204，在选定的时间(Tsec)或周期数(Ncycles)尝试IDSMH0。若不成功，则步骤206尝试IDSM H0e并把飘移不确定性和/或停留时间增大Tsec或Ncycles。若这也不成功，则步骤208尝试IDSMH1a，并把飘移不确定性和/或停留时间增大Tsec或Ncycles。若仍旧采集不到SV，则返回步骤204。若任何一个步骤成功，则转交给跟踪步骤212，例如，TSM。

或者，若sigmaPos可信度高，则首先尝试ODSM H0并转交给TSM。若成功，则只需要TSM 212。若只采集到3-4个SV，则首先使用IDSM。但若能采集到5-6个SV，则可避免IDSM。当OD为真时，则实现最快的到采集时间(TimeToACQ)。当ID为真时，如图2所示，TimeToACQ比利用步骤204-210慢。若超时之后没有固定，则扩大频率不确定性定期尝试ODSM H1。

总而言之，另一种可供选择的策略在步骤204进行ODSM H0。一次尝试利用与IDSM H0相同的频率不确定性模型。然后在步骤206在某一段时间(Tsec)和/或若干个周期(Ncycles)，代之以IDSM H0。步骤208增大飘移不确定性，和/或把停留时间增大Tsec或Ncycles，代之以IDSM H0Efd。最后，在步骤210、在Tsec或Ncycles，利用ODSM H1作为另一种可供选择的假定。

参见图2，若来自步骤202的sigmaPos可信度中等，例如，在150km和3000km之间，则步骤214进行IDSM H0。要求全伪距固定，意味着在固定中必须对每个SV测量整数毫秒。对每一个SV需要BTT和至少一个z计数。于是，信号至少必须-150dBm，例如，ID2或更强。对只有BTT可用的SV利用一种算法预测整数毫秒，并且至少有一个SV有z计数和BTT。整数毫秒已经限定63-85毫秒的范围。较小的范围只出现在高度低的SV上。于是，对于强SV，所述范围小于20毫秒。利用BTT可信度高的SV帮助避免可能由BTT噪音引起的模300km线性化PR误差。

一般说来，对于SNR优于-150dBm的SV，OD，ID1和ID2可获得BTT。Z计数是可能的，但在ID2的情况下不可靠。然而，利用译码z计数或在这里提到的附此作参考的公开中描述的模式匹配技术可以直接获得z计数。

对于所有的接收机，NAV数据模式匹配均可用来尝试以高于-145dBm的灵敏度进行操作。由于必须利用全伪距解决方案，所以中等位置可信度策略永远不尝试无z解决方案，零假定比其他任何一种都更似为真，故首先利用手头上最高灵敏度搜索给出的数据。

若有可用的星历表，或者可以从几个服务器连接中获得模型，则为了仍旧取得BTT和整数毫秒，在不能完善地收集数据的电平下进行搜索是有意义的。

以为ID2配置的IDSM，例如高达-150dBm开始。较短的停留时间允许同样长的一段时间里，例如IDSM H0 ID2利用较宽的频率范围。若这失败了，则或者假定的衰减是错误的或者数据是错误的。若频率窗口扩大给定的位置不确定性，则在衰减比原来假定的更严重时采集最可能失败。这时，可以把停留时间扩大至较高灵敏度，仍旧保持同样的频率范围。

因此，在Tsec和/或Ncycles中数据良好的情况下，步骤214利用IDSM H0，ID3电平。若采集失败，则步骤216尝试IDSM H0Ef ID3。然后在步骤218尝试IDSM H0Ed ID2一段时间Tsec和/或Ncycles。最后在步骤220进行的尝试利用ODSM H1。若步骤220失败，则返回步骤214，再次尝试这整个序列。

当接收机位置无可信度可言时，步骤202转交步骤222。位置无可信度可言的原因可能是数据，最后的位置就是取得的太老，太陈旧了。在步骤222检查看服务器是否有数据可用，帮助提供必要的数据。若服务器可用，则利用IDSM H0Ef室内衰减水平2(ID2)进行搜索一段时间Tsec和/或Ncycles。还可以尝试IDSM H0。若失败，则用ODSM H1进行搜索。

在步骤224，完全没有数据、时间或位置信息。这样便无法产生H0假定。若有完整的年鉴，则搜索必须直接进到ODSM H1a，否则利用ODSM H1na。搜索的差异是明显的，搜索32个SV，而不是24个，把努力和时间加大25％。对于没有电池后援RAM存储器(BBRAM)的基准站，直接用ODSM H1开始是有意义的。对于灵敏度高的冷启动，IDSMH1是有意义的。

步骤226认识到完全缺先验数据，例如，冷启动。于是有两种搜索方案可选。首先是假定OD为真，运行ODSM。对于冷启动的基准站，这是最好的。第二个选项是利用宽的频率窗口、或许用较短的停留时间，运行IDSM。然后利用一小组prePos循环SV的整个过程，以便搜索全部SV。

图3表示本发明一般状态机方法实施例，本文中用总的标号300标识。方法300对所有客户类型都管用，包括基准站。在步骤302，状态矩阵是针对基于位置sigmaPos，(x)，例如，(a)x＜/＝150km，(b)150km＜x＜/＝3000km和(c)X＞3000km等所有3种搜索类型定义的。在步骤304，搜索的数目和类型可以在搜索类型矩阵范围内独立定义。可以定义每种状态的时间长度，以便运行最小时间周期和最小周期数。监视状态看哪一种搜索重新开始。搜索类型是ODSM：H0，H0&H1，H1a，H1na；和IDSM：H0，H0Ef，H0Ed，H0Efd，H1。在步骤306定义一个元素作为已经到达所述状态之后开始的循环的点。所述元素成为循环点的终点。在步骤308，另一个元素定义为跳转以便开始循环的点。所述元素定义循环起点。在步骤310，若它在所述路径上已经执行，则在所述循环状态下跳过任何元素，以便寻找循环的第一元素。在步骤312，每个状态只用3位来定义循环起点、循环终点和状态跳跃。在步骤314，一旦遇到第一次固定，便放弃状态机直至位置不确定性增大到150km为止。重新进入所述状态，并重新初始化。

图4表示本发明OMNI客户导航卫星接收机网络实施例，本文中用总的标号400标识。OMNI客户导航卫星接收机网络包括至少一个由网络服务器404支持的导航平台402。

每一个GPS测量平台402一般都包括GPS天线406、低噪音放大器(LNA)408、GPS表面声波(SAW)滤波器410、带有中频(IF)SAW滤波器414的射频(RF)应用专用集成电路(ASIC)412、数字信号处理器(DSP)416、基准晶体418和基准晶体温度传感器420。

自主客户(auto)422在几乎没有来自服务器404的帮助的情况下可以工作并向客户提供导航解。半自主(demi)客户4214需要帮助，例如，简化星历表和时间偏置计算的多项式模型。瘦(thin)客户426不能让本身的主机承担导航解处理的重担。它把几乎所有的导航计算任务都推给服务器404，基本上只提供从其SV星座的观点看的观测结果。若有客户，而且想看导航解，则将其返回本机显示。在瘦客户426中，DSP是与某些其他的非GPS应用共享的。因此，在所述客户中不必使用多线程应用程序，只须执行简单的程序循环。

在OMNI客户427中，运行几乎是完全自动化的，但是定期通过计算机网络收集完整的一套星历表。在掉电期间，有电力后援时，它仍在运行，以便使其位置不确定性、sigmaPos保持低于150km。这个条件使其可以高灵敏度运行，其中采用细小得多的搜索步距，找到信号功率，而且每一步停留时间都长。若晶体振荡器418利用由温度传感器420测得的温度测量值进行软件补偿，则OMNI客户427还会得到很大的好处。实时时钟保持运行，它准确到优于每次导航平台402通电时的真实时间的1毫秒。

本机基准晶体振荡器418具有随着温度而变化的频率飘移误差。基准晶体温度传感器420用来测量本机基准晶体振荡器418的温度。第一个用途是收集数据以便在对导航平台402进行初始化并跟踪SV时在生产标定过程中建立曲线。随后的用途是提供索引值，使得可以根据存储的系数计算9阶多项式方程，而同时对导航平台402进行初始化并尝试锁定在它的第一个SV上。

服务器404一般包括若干基准站天线428和430，天线428和430提供输入基准站管理器432的GPS信号。位置服务器434可以向半自主(demi)客户424、瘦(thin)客户426和OMNI客户427提供支持信息，以改善首次定位时间和位置质量。在运行于高灵敏度方式的OMNI客户427的情况下，所收集的星历表信息和由服务器404提供的信息使得无论任何地方都可以用来自SV的低于-150dBm的信号电平进行固定。

本发明方法实施例确定如何和何时服务器404与OMNI客户，例如客户104及导航平台402接触。服务器接触必须不频繁，并在许多情况下达到最少，因为每字节的通信费用高，或者所述网络只是定期可访问的。

信号强度高时，z计数和BTT实际上是通过收集NAV数据进行测量的。BTT用来清除任何代码相位roll-overs。一般低于20ms部分应该一致。有一位对BTT的噪音比对z计数大。但是，在接近代码相位roll-overs的地方z计数可以短时间关闭1ms。

OMNI客户需要良好的时间源，来把sigmaTime减少到1毫秒以下。50Hz的NAV数据可以用来进行模式匹配，并间接求出时间。当z计数无法译码时，这样便可以向GPS接收机提供适当的时间源。若在模式匹配中有足够的可信度，还可以在一台SV上确定整数毫秒、intMs。

若起始时间不确定性sigmaTime大于±10ms，则补助费解决固定中必须使用所谓大ΔT项(DT)。这样把要求的SV数目加大1。当SV上的位置不确定性sigmaPos低于150km，而且没有intMs可用时，可以采用gridFix方法。当sigmaTime大于10毫秒时，采用无z类型。

由服务器发送完整的GPS年鉴highAccAlm，带上星历表而不是所有GPS的SV的年鉴。可以由服务器发送另一套完整的GPS年鉴mixAccAlm，包括当前不跟踪的较老的星历表。

最好实现具有全部GPS星座连续可观测性的全球服务器(WWserver)。它具有足够的空间适当分布的基准站，以便在同一时间在全世界看到所有SV.

服务器404代表局部区域服务器(Laserver)，它具有只能观测全部GPS的SV星座的一个子集的一个或多个基准站。因此，Laserver无法提供highAccAlm，只能提供mixAccAlm。

接通电源之后，年鉴将包括星历表，后者实际上是年鉴。一个12小时的周期之后，年鉴将由基于星历表的年鉴代替。

来自GPS的SV的NAV数据可以直接收集电平低达-145dBm的信号。因此，在这个电平上可以推算出星历表、z计数和BTT。在这个电平上的SV可以独立于服务器运行，而且还可以用于对启动位置准确度无要求的固定，例如在任何位置的固定。在-145dBm下开始时需要模式匹配，并能在降到象-150dBm这样低的电平下进行。从而可以获得z计数或intMs，使得SV可以用在任何地方的固定中。但是，在这样的信号电平下，需要通过网络106从服务器102或它们的可供选择的源获得星历表。信号电平低于-150dBm时，NAV数据不能可靠到足于进行模式匹配。必须从服务器102或104获得NAV数据，而信号这样弱的SV只有在不确定性小于150km时才能参与固定。

在初始SV采集过程中，不需要星历表级准确度。年鉴或降级的星历表宜用来预测预定位(preposition)所必须的数据。星历表级准确度也并非固定所必要的。为用于定位的星历表年龄定义超时。若适当地对准确度随着时间而降低的函数建模，则这样的阈值可以放松并且仍旧维持相当好的预定位。年龄阈值可能是一个可控的参数，使得客户可以选择所需的性能等级。

第一次固定或设置时间需要来自服务器102的NAV数据子帧数据。此后客户不再要求子帧。由客户译码的NAV数据可以发送给服务器102供服务器进行模式匹配。

当有3个或3个以上的SV信号电平全都优于-145dBm时，OMNI客户104不必连接服务器。若必须收集星历表，则首次定位时间(TTFF)将较长。在某些情况下，以前收集的星历表可以使用。

当手头上有以前收集的SV星历表而且sigmaPos小于150km时，OMNI客户104不必连接服务器。需要的SV最小数目取决于sigmaTime。用对温度飘移进行软件补偿的实时时钟(RTC)可以减少这样的时间不确定性。于是采用这样的RTC需要3个SV，而没有RTC则需要4个SV。

否则，求出一个固定将需要OMNI客户104接触服务器102并要求某些信息。SV信号为-145dBm至-150dBm而sigmaPos＞150km时，需要NAV数据子帧。它们需要这些SV的intMs来参与第一次固定。若只有3个-145dBm或更弱的SV可用，而且没有其他更好的准确时间的手段，可以使用模式匹配。有4个SV则采用所谓无z计数。

当SV的信号不强于-145dBm而且它们的星历表已经超时时，就需要请求星历表。在这样的情况下，最快的TTFF可能是需要的。

主程序应用可以定期地接通GPS接收机，并取得固定。这样决定从最后一次固定之后接收机已经移动了多远，或者就决定GPS是否仍停留在预定的区域内。选择两次固定之间的时间间隔，以便使sigmaPos保持在150km以内，使得在-145dBm下的弱SV上不需要intMs。这样扩展了在不必连接服务器以请求NAV数据子帧的情况下保持高灵敏度固定的能力。服务器请求的定时是自适应的。当没有它也有适当性能时，这是提供寂静的客户/服务器连接所必需的。

OMNI客户必须评价它具有的数据、数据的年龄和采集成功的几率，例如，SV的数目和信号电平。然后OMNI客户决定是否进行连接以及请求什么数据。可以使自适应性失效，并用明确的命令连接服务器。主应用可以决定每一小时连接服务器。这样，对于每5分钟进行一次的固定，第12次固定要连接服务器。

在主应用收集数据然后将其通过API推入客户时，可以使用广播型星历表服务。任何时候在对话过程中客户可以被授权连接服务器。

本发明某些实施例使客户至服务器的转交过程可控制和可选择。向主应用的状态发送消息，它包括(a)星历表的年龄和当前高-N的某些SV是否已经超时，(b)SV的跟踪分类或子帧是否需要任何SV和(c)sigmaTime和sigmaPos。

只要有正在被跟踪的SV星历表可用，而且位置不确定性小于150km，使得不用z计数即可获得固定，就可以维持室内、高灵敏度运行。最好采用诸如实时时钟(RTC)等准确的时间源，因为无z固定方法使SV的数目增大1。例如，三维固定要用5个SV，而二维固定要4个SV。位置固定可以利用信号测量值计算，不然它就太弱难以对50bps的GPS导航数据流解调。

为了获得合理的首次定位时间(TTFF)，应该包括软件补偿的晶体振荡器(SCXO)。若TTFF不这样重要，则频率搜索窗口可以扩大，以便搜索出一个较大的频率误差。若信号强到足以可靠地解调接收机中的数据，则位置范围可以扩大到150km以外。

上述附此作参考的美国专利申请中描述的RTC，即使客户应用没有运行，一般可以维持从以前固定获得的1ms等级的准确度。其代价只是休眠功率消耗略有增加。

在本发明的实施例中，若信号足够强，则导航数据可以独立解调。在目前的STI或全球定位设计中，这样是不可能的，除非它们也增加传统的跟踪能力。

不用服务器，高灵敏度位置固定只有在像进行了最近的，例如，在最近4小时内的观测的像室外那样的信号的条件下才能实现。这是因为可见卫星是不断改变的，由以前的SV轨道获得的星历表准确度会退化。每个轨道的退化程度是一个重要的问题。航天飞机的轨道和卫星时钟的轨迹都必须准确建模。某些历史模型可以把星历表的可用性扩大到12-16小时的范围。这样便可以在某种程度上改善性能，但是固定的准确度仍难以预测。

图5表示本发明的卫星定位系统(SPS)接收机和支持系统的实施例，这里总体用标号500表示。例如，由美国政府运行的全球定位系统(GPS)和由俄罗斯政府运行的GLONASS系统都是这样的SPS系统。

所述系统500从SPS卫星502的头顶星座接收微波信号传输。信号504在其室外视线飞行过程中被衰减(506)，例如，被建筑物衰减而强度减弱。但高灵敏度SPS接收机508能够用这样的信号工作，尽管它已被强烈地衰减。衰减的结果之一是，50Hz数据消息可能无法辨别或不可靠。这样在本发明的某些SPS接收机中它可能必须由另一种装置获得。全强度信号510由基准站512接收，因此基准站512可以并可靠地对50Hz NAV数据消息进行解调。这样的基准站512还可以有一个实测位置，使之能将其SPS位置解与其真实位置进行比较。这样的比较将求出不同误差，例如，电离层和对流层造成的误差的大小和方向。

若已经有NAV数据消息信息，则SPS接收机508可以直接测量伪距。这是因为码分多址(CDMA)解调技术允许收集长的采样周期，并能利用相关处理增益的优点进行工作。无线电接收机514调谐到这样的发射，而相关处理器516测量到可见卫星的不同伪距。

在一个实施例中，导航处理器518从实时时钟(RTC)520和来自NAV数据合成器522的z计数、星历表和年鉴数据信息获得时间信息。2002年2月19日提交的序列号为10/079253的美国专利申请书较详细地提供了这样一种RTC的结构和使用。否则，时间、z计数、星历表和年鉴数据信息采用传统方法获得。

NAV数据合成器522重构适当的55帧NAV数据消息，若衰减不如此严重，这本来应该是由无线电接收机514接收的。远程基准站512不向客户524提供时间信息，而只提供当前的星历表和年鉴数据。因为与远程基准站的通信信道一般带宽比50Hz高得多，所以当前的星历表和年鉴数据可以用比卫星502传输它所需的正常的12.5分钟短得多的时间传输。

客户524接收星历表、年鉴、NAV数据和其他信息。Z计数和定时信息由NAV数据合成器522通过从RTC 520读取时间来计算。NAV数据合成器522把结合后的信息格式化为导航处理器518可以接收并自然地用以工作的消息。

RTC 520准确到3秒，于是z计数可以正确地写入合成后的NAV数据，因而避免整数的二义性。因此从导航处理器526可以获得位置解的输出526。当结合已经附此作参考的本发明人的其他发明和开发的技术时，尤为如此。

远程基准站512包括它自己的完整的导航卫星接收机528，它例行公事地并且连续地跟踪导航卫星星座502。在12.5分钟消息传输时间过程中提取整个NAV数据消息530，然后将其存储在本机存储器中。时间分离器532去掉时间信息，例如，z计数。星历表和年鉴NAV数据534被提取并可供网络服务器536使用。网络的其他通信系统连接538允许客户524请求信息，这将帮助它初始化和/继续计算位置解。

通信系统的连接538可能并不是总能得到的，于是本发明的SPS接收机可以通过与远程基准站512的不频繁的连接进行工作。

在本发明的商业模型实施例中，SPS接收机508的拥有者/使用者对这样的NAV导航辅助信息承担由所述远程基准站512的运营者收取的每次使用的费用或订金。

结果，本发明的接收机对室内使用和信号电平降到-145dbm以下的地方特别适用。

本发明SPS接收机的接收机初始化方法包括室内搜索法(IDSM)和室外搜索法(ODSM)。室内搜索法处理来自轨道SPS卫星的强烈衰减信号，所述信号弱到对传统的SPS接收机没有任何用处。室内搜索法和室外搜索法中的每一个都作为嵌入专用集成电路(ASIC)中的搜索引擎或作为微型计算机的软件实现。

转交(hand off)机制用来根据信号强度、时间信息、网络访问等在室内方法和室外方法之间进行选择。于是关键参数用来定义时间和频率初始搜索的大小。关键衰减电平用来定义在每个电平上信号如何获取和跟踪。

当它强到足以进行时间跟踪时，为了提高测量产出，每个SV都转交到TSM。但是它仍然保持在IDSM内部，以便在TSM找出BTT并完整地传送TSM的整体时提供测量值。对于非常弱的SV，有时频率环路可能需要较长时间推入，甚至完全不推入。于是，两个机器都并行操作，以避免在跟踪状态机之间转换过程中丢失任何SV。

时间跟踪状态机(TSM)跟踪相位准确到足以观察180度载波相位逆转。跟踪NAV数据，而Z计数可以从子帧提取。这使从卫星传递时间，黄金定时基准成为可能。

理想的是，约-145dbm或更强的卫星的所有长期跟踪都在时间跟踪引擎中进行。这样做的好处是，可以观测导航数据，而且任何地方客户都可以利用自主定位能力，因为整个伪距都可以确定。TSM采用高更新率载波频率跟踪回路，AFC或PLL，带有鉴相器，可以观测由NAV数据引起的180度相移。通过在代码相位上加上估计的毫秒移动时间，例如，给接收到的z计数加上时间标签，即可完成伪距。

另一个好处是，代码相位和频率是平均了的。定量误差减小了，因为接收机的处理是在低于其他空间中的误差(errors-in-space)的情况下进行的。这样的测量提供最佳准确度，因为相位和频率允许在真实相位附近抖动。这些相位是平均了的，以便产生其平均相位相当准确的测量值。每个SV的功率消耗降到最低，因为每个SV只需一次重放，而且使用的相关器数目最小。

当启动自动上升方式(auto-upmode)、自动分配(auto-allocation)逻辑时，TSM具有独立的输入，并直接从客户处或从其他状态机接收预定位信息。自动上升方式是可以配置的。对于瘦客户这些模式有一些好处，机器之间传输延迟时间短。可供选择的方法是，客户必须监视每个消息是否成功，并根据哪一个信号对资源最有利来显式地控制12个TSM工作空间。

若对先验信息略有信心，则可以用室外状态机(ODSM)对许多卫星进行快速搜索。对晶体振荡频率偏置需要有良好的估计，因为这为所有搜索设置了中心频率。对于频率和代码中心非常准确的卫星，直接进入IDSM或TSM的前提是高的可信度、较小的搜索，取决于预期的信号电平。

ODSM采用一组输入消息。通过设置3个32位组字中的一个的位，例如高-N、发射或不发射来定义SV。

表

ODSM特性

搜索从1至32个中心围绕漂移估计值的SV
	通过简单地添加清除或设置3个SV组字中的一个的位的信息包可以使各个前提(PREPOS)相加
通过定义，不提交任何多于12个SV位组的信息包。这样减少了完成搜索所需的RAM量。
	为高-N组提供附加的多普勒中心确定
我们为所有的各组确定公用的频率步距大小
	与其他两组无关，我们为高-N组确定频率步距数
在组字中间SV可以重复。若我们有高-N组的某些初始信息，而且我们想首先尝试小的中心定位良好的搜索，则这样做是有意义的
	每个搜索都是2记录搜索。我们不用hypMem
至于分类，对于最大校验数，对于每个频率我们采用所有8个最大值(4个最大值来自每10ms记录)
	所有频率都单独分选
在两个搜索记录结束时，去掉任何代码相位(单元)相同的分选最大

值。再没有相同代码峰值比较逻辑来去掉最大值。
	我们还定义附加分选参数来减少校验次数。这样做对最快的全面搜索时间是有用的，但要牺牲灵敏度
我们还定义某些附加的自适应参数，根据当前最佳校验结果减少校验次数。
	首先在屏幕上显示C3的校验结果。若通过，则屏幕显示最佳校验结果节约的最大功率。
在完整的校验完成之后，剩余的最佳校验为胜者。
	若C3屏幕显示刚好去掉强功率，节约了总的最大校验功率。若总的最大校验功率与屏幕显示的校验胜者不一致，则我们重新校验总的最大值，然后取最佳值。
若所遇到的功率大于早期结束阈值(earlyTermination threshold)，则认为所述SV的搜索完成，我们保存所述结果作为所述SV的测量值。这样的功率不必校验。
	早期结束阈值是这样定义的，即若搜索功率最大值的一个低于当前校验最大值的特定值，则这些搜索最大值不加入校验清单
这样定义另一个阈值，即若功率大于所述阈值，则只把这个最大值加入校验清单。
	一般的频率搜索范围是±5kHz，对各个SCXO模型带有良好的漂移估计值。于是，每个SV的搜索时间是0.01sec(每个PDI)*2(10msPDI)*100(频率)/20每10ms频率＝0.1sec。两个记录解释所述NAV数据以及100/20记录，因为100个频率搜索每个记录的20个频率。
每个高-N组包括多普勒估计值。于是，若我们对初始数据具有高的可信度，则可减少搜索次数，从而提高速度。
	可以从1Hz配置状态，或在每组字结束时并且还在校验结束时输出。
按照两个阈值可以把自动上升方式预先设置到TSM和IDSM中。若校验功率大于TSM输入阈值，则通过校验的SV可以自动上升方式至TSM。类似地，不自动上升方式至TSM，通过第二个并且最可能是较

弱的阈值的SV可以自动上升方式至IDSM。
	当所有SV或者搜索了全部频率范围或者自动上升方式，使得没有SV需要频率搜索时，自动重新启动逻辑将会自动重新启动引擎。
若有时隙可用，则SV可能只是自动上升方式至其他状态机。若有空间可用，则由固件逻辑产生工作空间。于是，导航平台需要监测工作空间分配。若SV不能自动上升方式，则导航平台监测信号相对强度并通过去掉较弱者在适当的引擎中形成空间，或搜索SV以便为较强的未分配的SV留出空间。
	通过使自动上升方式失效，把所述引擎用作一类完整的机器，它继续在SV上搜索较大的功率。这样做在都市峡谷中是必要的，在这里跟踪状态机会继续跟踪远离真正代码峰值的反射(因为所述反射源离所述天线非常远)，尽管直接波束再次变得可见。于是，状态消息提供区分搜索峰值和跟踪峰值的方法是很重要的。

室外采集引擎在客户代码中产生ODSM prePos参数值不同的4种方式。例如，SNR的OD SNR假设至少为-142dbm，位置不确定性假设可以是Ho：位置误差＜150km，时间误差小，使得多普勒数据正确

H1：Ho是错误的。

可以进行4种类型的搜索：Ho，Ho&H1，H1a和H1na。Ho高可信度单一假设采用±2kHz频率搜索，只带高-8、多普勒数据和对中的SCXO。调节最高灵敏度并且只采用高-N组字。

对于Ho&H1，对Ho尚有某种可信度，但也要尝试H1。它采用±2kHz，带高-8多普勒数据和对中的SCXO，调节中等灵敏度。它搜索其他SV中的所有24个SV，高-8，在发射和不发射组字中间采用全±4kHz扩展。也可以用相同的频率窗口，在其他字中不包括这些SV的情况下搜索高-N。至少首先尝试高-N，但再次对它们进行尝试是浪费时间。

对于H1a，时间和位置未知。当前发射的SV由年鉴得知。24散布在3组字中。对最优任何位置搜索时间，关于轨道平面的某些知识可能有用。

H1na和H1a相同，但没有年鉴可用。这发生在具有没有电池备份的存储器的自主客户中。

可以为高灵敏度或快时间完成(fast-time-to-completion)调节每个搜索参数。

ODSM测量值转交给TSM进行跟踪。OD方式在ODSM和TSM中工作得相当好。其中有某些混合SNR的情况，在IDSM中采集较弱的SV，而在TSM中跟踪较强的SV。

对于每个请求的代码相位和频率假设，IDSM固件都引导数字处理器进行非常长的积分。

IDSM有两个输入，组信息包和各个prePos。组prePos的接收使状态机完全复位。各个prePos可以取空时时隙或重写相同的SV。若所述SV正在跟踪，则若不强制则可忽略所述prePos。所述prePos或者以全代码窗口和特定频率数目进行搜索或者用15个频率一个weakMeas窗口进行搜索，就像采用室内测量机器那样，把大小相同的搜索窗口应用于所述组输入信息包。积分或停留时间对于所有SV来说都是相同的。当所观测的功率超过阈值时强SV早完成。搜索范围也一般化，每个SV搜索多达256个频率步距/SV。若允许，强的SV可以方式上升为timeTrack。弱测量跟踪具有不等间隔，以便在最佳频率估计值上设置较多的滤波器，但也覆盖进行同步函数积分所必需的范围。

若某些可以依靠的关键GSP参数可用，则可采用室内搜索方法。例如，位置误差约小于200km，而GSP时间误差小于10秒。但是，时间和位置不确定性这样高，就必须进行全代码搜索。而对于这样的代码量，则必须采用搜索数字信号处理器方式，它以31/64时间片间隔建立代码。

使用当前的GSP数据计算卫星位置和速度。卫星多普勒数据可以以每米位置误差1.14e-4m/s的位置误差进行预测。于是，对于100km，最大测距速率误差为11.4M/s，约60Hz。

必须考虑基准晶体振荡器的不确定性，例如，27.456MHz晶体。假定对于每个晶体存在精确的单独的模型(SCXO模型)，准确度约0.5ppm。在L1，1575.42MHz下，百万分之一(ppm)的一半是788Hz。

某些客户的动态过程必须考虑，但是这些影响通常比晶体振荡器不确定性的影响要小得多。车辆以100mph(160kph)的速度运动，产生45m/s＝236Hz。可以将其与最坏情况的频率误差788+60+236＝1084Hz相比。

利用粗略的估计，假定晶体振荡器不确定性为0.5PPM，则接收机在室内模式下必须每个SV搜索±1kHz，尽管这比模型短10％。从这个观点看，车辆运动和所有SV同符号的多普勒误差结合的几率是相当小的。

室内搜索和跟踪状态机并行地并且以较长的积分时间对8个SV搜索任意的频率窗口。搜索可以是±1kHz，或者若允许占用较长时间，则可以较大。IDSM中较宽的搜索可以采用较短的停留时间。在位置不确定性大于150km和停留时间较短而灵敏度逐渐退化的地方，需要BTT和z计数进行全伪距。较短的停留时间一般可以采集SV高达ID2(-150dBm)。但若不如此，则可以延长停留时间以改善SV的采集。

有6种IDSM搜索是有用的。IDSM Ho搜索是正常的IDSM搜索，合理频率窗口最小，合理停留时间最长。这一般用在手头上有良好的初始数据的时候。当晶体不确定性模型过于乐观时，IDSM HoEd搜索扩大频率窗口。IDSM HoEd搜索延长停留时间是因为衰减电平比最初预期的严重，或者要求接收机有更高的灵敏度。IDSM HoEfd搜索既扩大频率又延长停留时间。当数据可信度较低或不连接到服务器时，IDSM HoEfRd搜索扩大频率范围，但缩短停留时间。没有星历表，以很长的停留时间进行搜索是没有意义的，因为SV不能用，因此NAV数据无法收集。

当不采集ODSM H1搜索时，IDSM H1搜索是改进接收机灵敏度的后备手段。采用较大的频率窗口和较短的停留时间。对于缩短停留时间的两个因素中的每一个因素，搜索频率窗口可以扩大一倍。例如，从1秒到250毫秒，从高达-153dbm到取得-150dbm，给出3db。可以在以1秒停留时间搜索1kHz窗口的同时搜索4kHz窗口。这是自然水平，因为这是BTT可以找到的限度。但是，我们在这里也无法取得NAV数据。这样进一步把停留时间缩短到80ms，把我们带到-148.5dbm，因而可以利用所述两个额外因素来加快搜索。IDSM H1搜索要求客户监测IDSM状态并确定何时完成所有8个SV窗口。另一组SV必须提交不采集的时隙，并重复直至所有24或32个SV都完成为止。

有3个基本的接收信号强度电平，例如，(1)优于-145dbm，(2)在-145dbm和-150dbm之间，和(3)弱于-150dbm。在接收信号强度优于-145dbm的情况下，可以可靠地收集NAV数据，提取星历表、z计数和位转换时间(BTT)。在接收信号强度在-145dbm和-150dbm之间的情况下，若有良好的拷贝用来匹配，则刚好强到足以对NAV数据进行模式匹配。这样的匹配允许确定z计数和整数毫秒，因而允许把特定的人造卫星用于“任何位置”的固定。但是，在这种情况下，星历表信息必须从第三方来源获得，因为信号这样弱，在本机无法可靠地接收星历表。若接收信号强度弱于-150dbm，则位置不确定性必须小于150km，而NAV数据必须由第三方来源，例如，网络服务器贡献。

对于频率不确定性模型，要用的搜索频率是预期的多普勒数据加上客户速度作用和漂移模型中的误差的结合。

FreUnc＝SigmaDriftError+sigmaSvDoppler+车辆速度＝源和模型的函数+1.1e-4m/s*posError(m)*10e-3+maxVel＝源和模型的函数+1.1e-4m/s*posError(m)*10e-3+maxVel

＝SCXO模型误差+.6Hz*posError(km)+maxVel

SigmaSvDoppler项考虑来自位置误差的方向余弦中的误差引起的多普勒误差所引起的误差。频率误差的典型值作为位置误差的函数，10km＝6Hz，100km＝60Hz，150km＝90Hz，300km＝180Hz，600km＝360Hz，3,000km＝1800Hz，约在中途点上，其中多普勒误差是总搜索的一半，而6,000km＝3600Hz，这是一个SV平均SV位置的最坏情况。对于200km的车辆，max速度＝380Hz。优于0.5ppm的晶体模型导致750Hz。当位置误差小于150km时，±1kHz频率窗口是合适的。不知道位置和时间，需要±4kHz频率搜索以便与SV的多普勒sigma配合。

理想的是，约-145dbm和更强的所有长期的卫星跟踪都用时间跟踪引擎进行。这样的方法可以观测导航数据，因而利用客户的任何位置自主定位能力，因为所述方法可以确定总的伪距。TSM采用高更新速率载波频率跟踪回路(AFC或PLL)，带鉴相器，允许用来观测由NAV数据引起的180度相移。伪距通过用加有时间标签的接收z计数把估计的毫秒移动时间加在代码相位而完成。

求代码相位和频率的平均值，因此所述方法可以把接收机处理引起的定量误差减小到其他空间中的误差(error-in-space)以下。这是因为所述方法允许相位和频率在真实的相位周围抖动，而且所述方法求这些相位的平均值，以便产生其平均相位相当准确的测量值。

把每个SV的功率消耗减到最小，因为所述方法每个SV只需要一次重放，而且所述方法使用的相关器数目最小。

尽管已经根据当前推荐的SPS接收机描述了本发明，但显然，本公开不应被解释为限制。本专业的普通技术人员阅读上面的公开之后，各种变化和修改无疑都会变得显而易见，因此，后附权利要求书理应被解释为覆盖落在本发明的“真正”精神和范围内的所有变化和修改。

Claims (24)

1.一种方法，包括：

提供一种电路，用于将导航卫星接收机的位置不确定性分类为：A类，其中没有整数二义性问题要解决；B类，其中可以应用有用的多普勒估计值；和C类，其中位置具有如此大的不确定性、以致于为零的初始多普勒估计值可以产生较快的位置解的结果；

提供一种电路，用于根据所述位置不确定性符合所述3类中的哪一类，按照不同于直接从轨道人造卫星获得的途径获得人造卫星的星历表、年鉴和系统时间；以及

提供一种电路，用于根据所述位置不确定性符合所述3类中的哪一类，直接从所述轨道人造卫星采集微波信号传输。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述分类步骤产生所述A类的位置不确定性，则进一步包括：

提供一种电路，用于在不首先获得有关每个人造卫星的位转换时间或z计数的情况下求出位置固定。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述分类步骤产生所述B类的位置不确定性，则进一步包括：

提供一种电路，用于通过预测任何一个最高海拔人造卫星预期的多普勒数据，求出位置固定。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述分类步骤产生所述C类的位置不确定性，则进一步包括：

提供一种电路，用于假定根本就没有位置，求出位置固定。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述采集步骤还包括：

提供一种电路，用于通过读出本机实时时钟来减小任何初始时间不确定性。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集或获得步骤还包括：

提供一种电路，用于采用通过对导航数据消息进行解码来获得任何一个人造卫星的z计数的方法，减小任何初始时间不确定性。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得步骤还包括：

提供一种电路，用于采用通过对网络服务器提供的数据进行模式匹配来获得任何一个人造卫星的z计数的方法，减小任何初始时间不确定性。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得步骤还包括：

提供一种电路，用于通过获得由网络服务器提供的包括网络延迟时间计算的时间估计值来减小任何初始时间不确定性。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集步骤还包括：

提供一种电路，用于按照取决于室外或室内操作的假定的衰减电平，搜索来自人造卫星的信号。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集步骤还包括：

提供一种电路，用于若衰减电平是这样的、使得接收的信噪比强于-142dbm，则利用室外搜索方法来搜索来自人造卫星的信号；以及

提供一种电路，用于在不利用室内搜索方法的情况下，收集可靠的导航数据。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集步骤还包括：

提供一种电路，用于若衰减电平是这样的、使得接收的信噪比弱于-142dbm，则利用室内搜索方法来搜索来自人造卫星的信号；以及

提供一种电路，用于借助于服务器帮助，间接地接收至少某些导航数据。

12.一种导航卫星接收机网络，它包括：

全球定位系统测量平台，用以接收来自轨道全球定位系统卫星的信号并提供来自这样的信号的导航固定；

网络服务器，用以接收来自轨道全球定位系统卫星的信号并通过网络提供来自这样的信号的导航信息，以便帮助全球定位系统测量平台提供所述导航固定；

第一处理器，它包括在所述全球定位系统测量平台中，用以把位置不确定性分类为3类中的一类，包括小于150km的第一位置不确定性、在150km和3000km之间的第二位置不确定性和大于3000km的第三位置不确定性；以及

第二处理器，它包括在所述全球定位系统测量平台中，用以根据位置不确定性符合所述3类中的哪一类，从所述轨道全球定位系统卫星采集信号。

13.一种卫星定位系统接收机和支持系统，它包括：

高灵敏度卫星定位系统接收机，用以从轨道全球定位系统卫星接收已被衰减的信号并由这样的信号提供导航固定；

基准站，用以从轨道全球定位系统卫星接收信号并从这样的信号提供导航信息，以便辅助所述高灵敏度卫星定位系统接收机提供所述导航固定；

导航数据合成器，它包括在所述高灵敏度卫星定位系统接收机中，用以利用来自所述轨道全球定位系统卫星的、已经过分强烈衰减而无法直接获得的所述提供的导航信息来重构导航数据消息。

第一处理器，它包括在所述全球定位系统测量平台中，用以把位置不确定性分类为3类中的一类，包括小于150km的第一位置不确定性、在150km和3000km之间的第二位置不确定性和大于3000km的第三位置不确定性；以及

第二处理器，它包括在所述全球定位系统测量平台中，用以根据符合所述3类位置不确定性中的哪一类，从所述轨道全球定位系统卫星采集信号。

14.一种方法，包括：

把导航卫星接收机的位置不确定性分类为3类中的一类，所述3类包括：小于150km的第一位置不确定性、在150km和3000km之间的第二位置不确定性和大于3000km的第三位置不确定性；以及

根据符合所述3类位置不确定性中的哪一类，从所述人造卫星发射中采集信号。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于：若所述分类步骤产生所述第一位置不确定性，则还包括以下步骤：

在不首先获得每个人造卫星的位转换时间或z计数的情况下求出位置固定。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于：若所述分类步骤产生所述第二位置不确定性，则还包括以下步骤：

通过预测每个最高海拔人造卫星预期的多普勒数据求出位置固定。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于：若所述分类步骤产生所述第三位置不确定性，则还包括以下步骤：

假定根本没有位置，求出位置固定。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于：所述采集步骤还包括以下步骤：

通过读取本机实时时钟来减小任何初始的时间不确定性。

19.如权利要求14所述的方法，其特征在于：所述采集步骤还包括以下步骤：

采用通过对导航数据消息进行解码来获得对任何人造卫星的z计数的方法，减小任何初始的时间不确定性。

20.如权利要求14所述的方法，其特征在于：所述采集步骤还包括以下步骤：

采用通过对由服务器提供的数据进行模式匹配来获得对任何人造卫星的z计数的方法，减小任何初始的时间不确定性。

21.如权利要求14所述的方法，其特征在于：所述采集步骤还包括以下步骤：

通过获得由网络服务器提供的包括网络延迟计算的时间估计值来减小任何初始的时间不确定性。

22.如权利要求14所述的方法，其特征在于：所述采集步骤还包括以下步骤：

根据取决于是室内还是室外操作的衰减电平，搜索来自人造卫星的信号。

23.如权利要求14所述的方法，其特征在于：所述采集步骤还包括以下步骤：

若衰减电平是这样的、使得接收的信噪比强于-142dbm，则利用室外搜索法搜索来自人造卫星的信号；以及

不利用室内搜索法获得可靠的导航数据。

24.如权利要求14所述的方法，其特征在于：所述采集步骤还包括以下步骤：

若衰减电平是这样的、使得接收的信噪比弱于142dbm，则利用室内搜索法搜索来自人造卫星的信号；以及

借助于服务器，间接地获得至少某些导航数据。

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