CN101101331A - 一种确定周期性gps信号发射时间的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用卫星传输周期性事件信息来确定周期性GPS信号发射时间的方法，通过选择一种已知的GPS周期性事件信号；将该周期性事件信号与GPS信号及进行相干积分，并对相干积分值进行时域和频域的峰值检测，在等待一个周期性事件的周期后，当仍可以检测到该周期性事件信号，则判断接收到了周期性事件的信号，然后根据周期性事件和GPS系统时间的函数，得出基于周期性事件的卫星发射时的GPS系统精确时间。本发明在GPS信号功率与噪声功率谱密度低于30dB-Hz甚至20dB-Hz时，仍旧可以获得此信号发射时的GPS精确系统时间，这样GPS接收机就可以在微弱信号的环境下，仍然可以准确定位。

Description

一种确定周期性GPS信号发射时间的方法

技术领域

本发明涉及一种在微弱信号情况下，确定周期性GPS信号发射时间的方法。

背景技术

GPS(全球卫星定位系统)的定位需要精确的系统时间和本地时间。GPS信号中包含的时间是GPS卫星上精确的绝对时间。显然，GPS所有卫星上的系统时间都由地面参考站进行同步，将绝对时间误差控制在几纳秒的数量级。

GPS接收机可以通过GPS绝对时间信号精确确定时间和位置。一旦知道接收机的大概位置，GPS接收机的绝对时间可以由GPS接收机检测到的卫星广播的精确时间以及接收机和卫星间可计算的延时相加得到。这样，GPS用户就可以得到准确的时间。

50BPS(比特/秒)的导航数据消息包含一个周时间(TOW)值，GPS接收机根据这个值和绝对时间信号就能准确的确定本地时间。然而，GPS接收机并不一定总是能从GPS卫星广播的导航数据信号中得到准确的GPS系统时间。由于GPS用户的移动特性，如：GPS接收机常应用于蜂窝电话和车载设备，而这些车辆经常在城市的高楼间和其它的一些环境中行进，这使得卫星信号受到阻碍或者衰落很大。在这些环境中，接收到的50BPS导航数据中的绝对时间是不可靠的。

50比特/秒的中的TOW数据由所有的卫星以6秒的间隔传输。TOW数据能否被截获是由信号的幅度确定。GPS信号在一定幅度是可以测量到的，但是在信号低于30dB-Hz时，是几乎不可能解码50BPS导航数据信号的。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种基于卫星传输周期性事件信息来确定GPS系统精确时间的方法，在GPS信号功率与噪声功率谱密度低于30dB-Hz甚至20dB-Hz时，仍旧可以获得此信号发射时的GPS精确系统时间。这样GPS接收机就可以在微弱信号的环境下，仍然可以准确定位。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的。

一种确定周期性GPS信号发射时间的方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：接收不能正确解算的卫星导航数据，选择一种已知的GPS周期性事件信号；将两者进行传输码长所需时间的相干积分；

步骤2：对相干积分值进行时域和频域的峰值检测，当大于一个阈值时，执行步骤3；

步骤3：等待一个周期性事件的周期后，当仍可以检测到该周期性事件信号，则判断接收到了周期性事件的信号，执行步骤4；当检测出的两个周期性事件之间没有关联，则表示没有检测到周期性事件信号，返回步骤1继续进行相干积分及峰值检测；

步骤4：根据周期性事件和GPS系统时间的函数，得出基于周期性事件的卫星发射时的GPS系统精确时间。

上述方案中，所述的阈值为为噪声平均功率的2到3倍；所述的周期性事件和GPS系统时间的函数为：N*6.0+Δ；式中：N为本周期开始的传输的子帧数目；Δ为事件初始传输时间修正量；所述的两个周期性事件可以通过不同的卫星接收。

本发明的优点是，根据上述方法得到的GPS准确的系统时间，在微弱信号下仍然可以进行GPS接收机的准确定位。定位方法可根据本发明方法得到的系统精确时间和储存的接收机前次的定位信息计算出本地粗略时间，然后根据本地粗略时间就可以求出伪距，最后根据伪距和星历便可以准确定位了。

附图说明

图1是本发明利用卫星传输周期性事件来确定GPS系统精确时间的方法步骤框图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

在本发明中，我们通过下面的方法确定GPS系统时间：将卫星定位系统的接收机与GPS卫星传输信号的周期性事件进行同步，然后基于本地有一个精度为1秒的实时时钟电路，而卫星信号到达地面的延时也是100微秒左右，因此我们就完全可以用GPS信号上的周期性事件来确定精确的发射时间。然后再利用此数据定位。

本发明的方法并不是要解码出导航信息来直接获得GPS系统时间，当卫星导航数据信号的信噪比低于30dB-Hz，在一般的GPS接收机上，则无法正确解码卫星的导航数据，也就无法得知精确的GPS系统时间，本发明的方法只需要通过已知的周期性事件信号来进行相干积分，然后通过峰值检测来判断是否接收到周期性信号。具体步骤如图1所示。

很多周期性GPS事件可以用来确定时间。导航数据是由5个300比特长的子帧组成的1500比特长的帧。需要30秒来传输5个子帧，6秒每个子帧。每一次子帧由10个30比特长的字组成。首先传输每个字的最高有效位(MSB)。每个子帧包含一个遥感勘测(TLM)字和一个移交(HOW)字，两个都是由GPS卫星产生并以TLM/HOW对的形式产生。首先传输TLM字，然后立即传输HOW字。在HOW之后传输8个数据字。在一帧中，每30比特包含6个奇偶校验比特和24个信息比特。每个字需要0.6秒传输。10个字的一个组称为一个子帧。一个子帧需要6秒传输。一个超帧由6个子帧1到5组成，每隔30秒传一次。子帧4和5复接25次才能完成完整的数据消息传输。这25个的子帧4和5称为每个子帧的第1页到25页。

两个参量每周时间(TOW)和周数(WN)表示出GPS系统时间。TOW参量是基于从每周开始的秒数的，TOW域每周从0变化到604,800秒。每周的结束，定义为星期六GMT[格林尼治标准时间]的午夜，TOW参量重新清零并且周数增加1。GPS的周数从1980年1月5日开始为0。

导航数据的消息结构包括许多可以检测的周期性事件，如表1所示，这些事件可以用来确定GPS系统时间。

表14种适合使用的周期性事件类型

事件类型	重复时间	时间的等式
			导言	6秒	N*6.0+0.160
导言+2个处理“00”比特	6秒	N*6.0-0.160
			TLM字同步	6秒	N*6.0+0.48
TOW字同步	6秒	N*6.0+0.940

表1中的时间的等式也就是周期性事件和GPS系统时间的函数，可表示为：N*6.0+Δ；Δ为事件初始传输时间修正量，对于不同的时间类型，修正两不同，如表1中自上而下四种事件的修正量Δ分别为：+0.160、-0.160、+0.48、+0.940。

例如，观察8比特导言“10001011”的到达时间检测导言消息的到达时间。这个序列由每个卫星每6.0秒发送一次来通知子帧的边界的开始。检测器是逐一比特的比较，当每一个比特都同“10001011”相一致，那么输出脉冲记录下有6秒精度的时间，这个脉冲的时间就是从这周开始的第N*6秒。但是有可能一个随机的8比特序列匹配“10001011”导言数据，因此需要一种方法来保证收到的是导言数据。这个方法就是两个连续的导言模式每隔6秒可以准确收到。

这里N是从本周期开始的传输的子帧数目。由于导言是在子帧的第一个字的1-8比特位置传输的，因此，只有在子帧开始的8*0.020＝0.160秒之后才开始检测整个导言。

当两次都确认检测到周期性信号时，就可以说确认接收到了这个周期性信号。然后就可以通过表1中周期性事件和其GPS卫星发射时间的函数关系，就可以精确的知道周期性事件在卫星发射时的GPS系统精确时间。

当然在表1中，GPS信号其他的周期性事件也可以被用来作为确定系统精确时间的方法。另外，本发明还可以通过从两个或多个卫星收到相同的事件到达时间来获得确认。

以下通过一个具体实例来说明本发明的方法：

步骤1：接收不能正确解算的卫星导航数据，如信号功率与噪声功率谱密度为20dB-Hz时，选择周期性事件信号，如导言；将两者进行0.160秒相干积分，得出相干积分值；

步骤2：对相干积分值进行时域和频域的峰值检测，当大于噪声平均功率3倍的阈值时，执行步骤3；

步骤3：等待上述导言一个周期6秒后，当仍可以检测到该导言信号，则判断接收到了信号，执行步骤4；当检测出的第二个周期事件不是该导言，也就是说峰值检测的阈值没有大于噪声平均功率的3倍，则表示没有检测到信号，返回步骤1继续进行相干积分及峰值检测；

步骤4：根据表1导言和GPS系统时间的等式N*6.0+0.160，当N＝1，得出导言的从卫星发射时的GPS系统精确时间为0小时0分6.160秒。

Claims (4)

1.一种确定周期性GPS信号发射时间的方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：接收不能正确解算的卫星导航数据，选择一种已知的GPS周期性事件信号；将两者进行传输码长所需时间的相干积分；

步骤2：对相干积分值进行时域和频域的峰值检测，当大于一个阈值时，执行步骤3；

步骤3：等待一个周期性事件的周期后，当仍可以检测到该周期性事件信号，则判断接收到了周期性事件的信号，执行步骤4；当检测出的两个周期事件之间没有关联，则表示没有检测到周期性事件信号，返回步骤1继续进行行相干积分及峰值检测；

步骤4：根据周期性事件和GPS系统时间的函数，得出基于周期性事件的卫星发射时的GPS系统精确时间。

2.根据权利要求1所述的确定周期性GPS信号发射时间的方法，其特征在于，所述的阈值为噪声平均功率的2到3倍。

3.根据权利要求1所述的确定周期性GPS信号发射时间的方法，其特征在于，所述的周期性事件和GPS系统时间的函数为：N*6.0+Δ；式中：N为本周期开始的传输的子帧数目；Δ为事件初始传输时间修正量。

4.根据权利要求1所述的确定周期性GPS信号发射时间的方法，其特征在于，所述的两个周期事件可以通过不同的卫星接收。

Images