CN101424733A - 全球定位系统信号短暂缺失条件下的非完备定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种在信号短暂缺失条件下的非完备定位的方法，涉及全球卫星定位与导航领域，例如GPS系统。所述方法包括：利用正常定位时各可见卫星的PN码发射时间外推信号缺失时丢失的卫星伪随机噪声码发射时间，并用处于有效状态卫星的发射时间进行修正；结合信号缺失前存储的导航电文实现定位，以及判定该定位方法精度是否在接受的范围内的方法。这种不完备条件下定位方法适用于任意类型的GPS接收机的基带处理芯片。该方法能够明显地减少由于信号缺失导致无法定位的情况，特别适合城市和茂密森林等遮挡物多的应用环境。

Description

全球定位系统信号短暂缺失条件下的非完备定位方法

技术领域

本发明涉及全球卫星定位与导航系统领域，尤其涉及针对全球定位系统定位信号缺失情况下的实现非完备定位的领域。

背景技术

全球卫星定位与导航系统，例如全球定位系统(GPS)，包括一组发送GPS信号的一个卫星星座(又被称为Navstar卫星)，该GPS信号能被接收机用来确定该接收机的位置。卫星轨道被安排在多个平面内，以便在地球上任何位置都能从至少四颗卫星接收该种信号。更典型的情况是，在地球上绝大多数地方都能从六颗以上卫星接收该种信号。

每一颗GPS卫星所传送的GPS信号都是直接序列扩展频信号。商业上使用的信号与标准定位服务(SPS)有关，而且被称之为粗码(C/A码)的直接序列二相扩展信号，在1575.42MHz的载波下，具有每秒1.023兆码片的速率。伪随机噪声(PN)序列长度是1023个码片，对应于1毫秒的时间周期。每一颗卫星发射不同的PN码(Gold码)，使得信号能够从几颗卫星同时发送，并由一接收机同时接收，相互间几乎无干扰。术语“卫星星号”和这个PN码相关，可以用以标示不同的GPS卫星。

GPS实现解算接收机位置的充要条件是获得GPS卫星的导航电文和PN码发射时间。导航电文(又被称为D码)的速率为每秒50比特。GPS卫星发射的调制信号即是导航电文和PN码的组合码。D码的基本单位是一个1500比特的主帧，主帧又分为5个300比特的子帧。其中子帧一包含了标识码，星种数据龄期，卫星时钟修正参数信息。子帧二和子帧三包含了实时的GPS卫星星历(ephemeris)，星历是当前导航定位信息的最主要内容。子帧四和子帧五包含了1-32颗卫星的健康状况，UTC校准信息和电离层修正参数及1-32颗卫星的历书(alamanc)。历书是卫星星历参数的简化子集。其每12.5分钟广播一次，寿命为一周，可延长至2个月。

GPS信号所包含的数据的详细信息可以在接口控制文件(InterfaceControl Document)ICD-GPS-200C中找到，该文件于1993年制定，于2003年更新，由Rockwell Internation Corporation出版。

确定可见卫星PN码的发射时间是GPS接收机的另一个主要目标。术语“GPS发射时间”指GPS卫星发射PN码的时间。这是通过将(每一接收信号)本地产生的PN参考信号与接收的信号相比并且“滑动”本地基准直至与接收信号在时间上对齐来完成的。通过称之为“相关”的相乘和积分过程，将这两个信号相互比较。当两个信号在时间上是对齐时，输出的结果为最大，此时接收机本地时间即为该卫星的PN码发射时间。

利用发射时间和导航电文可以计算出卫星的位置和卫星与接收机之间的伪距。术语“伪距”是指包含了由卫星钟和接收机钟之间的钟差引入的误差的接收机和卫星之间的距离。在获得四颗或者四颗以上卫星位置和各卫星与接收机间的伪距之后，即可联立方程组计算出接收机的经纬度、高度和钟差4个未知量。在存在高程辅助的情况下可以利用三颗卫星的位置和伪距实现二维定位。但是少于三颗卫星时，一般接收机即不能实现定位。因而实现定位的充要条件是获得足够数量的发射时间和导航电文。定义获得发射时间且导航电文接收完整的卫星为“有效卫星”。术语“非完备定位”指利用少于三颗有效卫星实现满足导航精度要求的定位。

GPS接收机经常遇到GPS信号缺失的情况，特别是在GPS接收机运动和遮挡物较多的情况下。一个典型的场合是城市中行驶的车载GPS定位接收机。行驶的车辆经常遭遇各种桥梁、建筑物、隧道等遮挡物的遮挡，使接收机无法接收到足够信噪比的GPS信号，很多情况下只有一颗或者两颗卫星处于跟踪状态，进而出现定位中断的情况。而绝大多数情况下，这种定位中断维持的时间很短，通常在数秒到数分钟级别。由于物体运动的性质，GPS信号缺失前后接收机状态有强烈的相关性，这些相关性包括：信号缺失前后接受机位置是连续的，接收机速度不会突变，以及接收机运动方向不会突变。如何利用这些相关性，以及仍然处于跟踪状态的一颗或者两颗卫星实现定位是GPS接收一个重要的研究方向。

有些接收机通过和电子地图结合实现单星或者双星定位。一个典型的应用是汽车在一条笔直的电子地图上有标示的公路上行驶，接收机可以通过电子地图被预先设定的标志获知汽车处于公路上，因为汽车运动轨迹应该为近似直线的。如果此时只有一颗卫星或者两颗卫星可见，可以在汽车做直线运动的前提下进行定位。这种方法的弊端非常明显：必须有电子地图支持，而且只能针对直行的区域，应用场合非常有限。

另外一些接收机在信号缺失时通过额外的传感器辅助外推(DeadReckoning简称DR方法)的方法短暂地持续输出定位结果。但缺点同样明显：由于没有使用处于跟踪状态的卫星，丢失了有用信息，额外传感器引入使得导航定位系统成本大幅度上升，同时不宜集成在手持设备中，应用场合有限。还有一些方法不是用额外的传感器辅助，仅靠计算接收机运动状态外推，但是这些方法外推定位结果的误差通常很大，而且有效的外推时间非常有限。

发明内容

本发明目的是提供一种在针对全球定位系统信号短暂缺失情况下的实现非完备定位的方法。

本发明提出的方法包括：利用正常定位时各可见卫星的PN码发射时间外推信号缺失时丢失的卫星PN码发射时间，并用处于有效状态卫星的发射时间进行修正；结合信号缺失前存储的导航电文实现定位，以及判定该定位方法精度是否在接受的范围内。具体步骤包括：

正常定位时存储各有效卫星导航信息和发射时间；

信号缺失时外推无效卫星的发射时间；

利用预测的无效卫星和正常的有效卫星的导航信息和发射时间，通过多星定位方法或三星定位方法实现定位；

在中断信号出现时终止非完备定位。

进一步，所述存储的卫星导航信息为卫星轨道参数，或者为卫星导航电文，或者为卫星轨道参数和卫星导航电文的组合。

进一步，所述所存储的发射时间是发射时间的绝对值，或者其等效量，或者相邻发射时间的增量。

进一步，所述信号缺失时无效卫星的发射时间外推方法是基于存储的各自信号缺失前的卫星发射时间。包括以下步骤：

对存储的各自信号缺失前的卫星发射时间拟合；

计算出拟合方程系数；

外推出信号缺失时的发射时间。

进一步，所述信号缺失时无效卫星的发射时间外推方法为信号缺失前最后时刻的发射时间加上正常定位时发射时间的增量。并且利用信号缺失时正常跟踪卫星的发射时间变化进行修正。

进一步，所述信号缺失时实现定位的条件是，正常卫星数目和维持卫星数目之和大于或等于3。

进一步，所述信号缺失时定位方法是指，正常卫星数目和维持卫星数目之和大于3时，使用多星定位方法实现三维定位。正常卫星数目和维持卫星数目之和等于3时，使用高程辅助的三星定位方法实现二维定位。

进一步，所述三星定位方法的高程辅助是高度计，或具有高度信息的电子地图匹配值，或正常定位时获得的高度值。

进一步，所述中断信号来自内部中断计数器，进行非完备定位时，内部中断计数器增1，内部中断计数器溢出时，中断信号有效。

进一步，所述中断信号来自外部状态传感器，外部状态传感器检测到接收机运动状态变化范围超过阈值时，中断信号有效。

进一步，所述中断信号来自内部中断计数器和外部状态传感器的组合。

这种不完备条件下定位方法适用于任意类型的GPS接收机的基带处理芯片。该方法能够明显地减少由于信号缺失导致无法定位的情况，特别适合城市和茂密森林等遮挡物多的应用环境。该方法相对其他方法简单易用，方便灵活，复杂度大大降低，同时可以和其他各种定位外推方法组合。

附图说明

图1是典型的全球定位系统接收机实现定位的示意图；

图2是典型的GPS接收机定位流程；

图3是典型的GPS接收机计算接收机位置的流程；

图4是经典的跟踪通道结构；

图5是本发明的一个较优实施例的信号缺失下实现非完备定位的流程；

图6是描述了单一通道维持发射时间的流程。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1描述了一个典型的全球定位系统接收机实现定位的方法。已知四颗卫星的位置101以及这四颗卫星和接收机之间的伪距102，即可以通过所谓“伪距观测方程”计算出接收机的位置103和接收机时间相对卫星时间的误差值。如下式：

${\mathrm{\ρ}}_1=\sqrt{{(x_{\mathrm{sat}1}-x_{\mathrm{user}})}^2+{(y_{\mathrm{sat}1}-y_{\mathrm{user}})}^2+{(z_{\mathrm{sat}1}-z_{\mathrm{user}})}^2}+\mathrm{bu}$

${\mathrm{\ρ}}_2=\sqrt{{(x_{\mathrm{sat}2}-x_{\mathrm{user}})}^2+{(y_{\mathrm{sat}2}-y_{\mathrm{user}})}^2+{(z_{\mathrm{sat}2}-z_{\mathrm{user}})}^2}+\mathrm{bu}$

${\mathrm{\ρ}}_3=\sqrt{{(x_{\mathrm{sat}3}-x_{\mathrm{user}})}^2+{(y_{\mathrm{sat}3}-y_{\mathrm{user}})}^2+{(z_{\mathrm{sat}3}-z_{\mathrm{user}})}^2}+\mathrm{bu}$

${\mathrm{\ρ}}_4=\sqrt{{(x_{\mathrm{sat}4}-x_{\mathrm{user}})}^2+{(y_{\mathrm{sat}4}-y_{\mathrm{user}})}^2+{(z_{\mathrm{sat}4}-z_{\mathrm{user}})}^2}+\mathrm{bu}$

其中：ρ_i为卫星和接收机之间的伪距；

x_sati，y_sati，z_sati为各可见卫星在ECEF坐标系下的坐标；

x_user，y_user，z_user为接收机在ECEF坐标系下的坐标；

bu＝C·Δt_bias C为光速，Δt_bias为接收机时钟和用户时钟的差值。

术语“ECEF坐标系”是指地心地球固连坐标系，其XY平面与地球赤道平面重合，X轴指向0经度方向，而Y轴指向东经90°方向，Z轴与赤道平面正交，指向地理北极。该坐标系岁地球自转而旋转。

在多于四颗卫星可见时，上述方程为超定方程，可以在最小二乘的前提下获得最优解。

有些接收机可以在有高程辅助的情况下可以利用三颗卫星实现二维定位。其原理是在上述伪距观测方程的基础上增加椭球约束方程联合求解，如下式所示：

$\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\ρ}}_i=\sqrt{{(x_{\mathrm{sati}}-x_{\mathrm{user}})}^2+{(y_{\mathrm{sati}}-y_{\mathrm{user}})}^2+{(z_{\mathrm{sati}}-z_{\mathrm{user}})}^2}+\mathrm{bu}& (i=\mathrm{1,2},...,n)\\ \frac{x^2+y^2}{{(a+h)}^2}+\frac{z^2}{{(b+h)}^2}=1& \end{array}\right.$

其中：h为用户接收机离地球基准椭球的高度；

a，b分别为地球基准椭球的半长轴和半短轴。

如上所述，获得卫星的位置和卫星距离接收机的伪距是实现定位的充要条件。而卫星位置可以通过调制在卫星发射的PN码上的导航电文结合该卫星的发射时间计算出来。具体的计算过程本领域内熟练人员都应熟悉，因为不在赘述。而伪距是可以由发射时间获得。因而，实现定位的充要条件可以转换为获得发射时间和导航电文，即：GPS系统需要至少4颗卫星的发射时间和导航电文才可以实现三维定位，需要至少3颗卫星的发射时间和导航电文才可以实现二维定位。当少于3颗卫星可见时，不依靠额外信息即不能实现定位。由于遮挡等原因，很多情况下接收机可见卫星数目小于3颗。而这种情况往往仅维持数秒钟到数分钟的级别。一个典型的例子是载有GPS接收机的汽车经过一段两侧高楼严密遮挡的公路。由于物体运动的性质，GPS信号缺失前后接收机状态有强烈的相关性，这些相关性包括：信号缺失前后接受机位置是连续的，接收机速度不会突变，以及接收机运动方向不会突变。如何利用这些先验信息进行定位是现代接收机一个重要的研究方向。有些接收机通过和电子地图结合实现单星或者双星定位。但是必须要求有电子地图支持，而且只能针对直行的区域，应用场合非常有限。另外一些接收机在信号缺失时通过外推的方法短暂地持续输出定位结果。但缺点同样明显：由于没有使用处于跟踪状态的卫星，丢失了有用信息，外推定位结果的误差通常很大，而且有效的外推时间很短。

图2描述了一个典型的GPS接收机定位流程。图2所示过程是从接收机上电初始化201开始，直至解算出用户位置206结束。通常接收机上电后进入捕获状态202，搜索视线内的卫星、该卫星的载波频率和PN码的码相位。这个状态下对载波频率的搜索是粗糙的，通常在数百赫兹的量级。之后进入频率牵引状态203，把本地频率牵引到和卫星载波频率相差几个赫兹的量级，同时进行比特同步。完成频率牵引后，接收机进入跟踪状态204，完成帧同步，即可以进入解调电文状态205，将载波上调制的电文解调出来用于在随后的解算状态206下计算接收机位置。

图3描述了一个典型的GPS接收机计算接收机位置的流程。首先计算有效的卫星数301，所述“有效”是指该卫星处于跟踪状态，完成了比特同步和帧同步，同时接收到完整的导航电文。进一步地，判断有效卫星数是否大于3 302，如果大于3，则使用常规解算方法。即首先计算各卫星PN码的发射时间304，获得解调出的导航电文305。进一步地，利用发射时间计算伪距306，利用发射时间和导航电文计算卫星的位置307。最后利用图1中所述的解算方程计算接收机的位置308。如果有效卫星等于3，则需要获取额外的辅助高程303，进而使用三星定位方程实现定位。其中，三星定位方程使用相同的304-307步骤，只是在步骤308中使用了不同的解算方程。步骤303中的外部的高程辅助可以是任意形式的外部高度计，例如气压高度计、惯导系统给出的高度信息；也可以是在高度变化不大的前提下，使用的三维定位计算出的高度值。

图4描述的是经典的跟踪通道结构。该部分对应图2中的106，是获得发射时间的关键，同时也为随后的同步和解调电文提供了基础。该结构有一定的代表性，目前很多产品都使用了类似的结构。该跟踪通道实质上是可调的载波跟踪环和PN码跟踪环的组合，也被称为载波环辅助的码环。数字中频信号401由图1所示的射频前端102获得之后，进入捕获通道被分为同相(I路)和正交相(Q路)两路，分别和本地复现载波403的余弦分量和正弦分量相乘402。进一步地，进入各自的相关器404进行相关运算。其相关运算的参考量是由本地复现伪码405，而相关运算(或者类似的匹配运算过程)的结果交由检测器410检测，通过相应的算法控制PN码的数字频率合成(码NCO)407和载波频率合成(载波NCO)409的输出频率。本发明中码NCO包含了一个采样率寄存器，可以通过修改该采样率寄存器的值实现对码NCO基准频率的改变。码发生器406是由码NCO驱动的，用以生成本地复现的PN码供给相关器运算。码NCO的输出频率直接影响了码发生器产生的本地复现PN码的速率。这样，相关器、检测器、码NCO、码发生器形成了一个码环。同时检测器控制了载波NCO的输出频率，经过sin/cos映射408，将方波转换成正弦波和余弦波形成本地复现载波，进而进入乘法器和数字中频信号进行乘法运算。但是sin/cos映射并不是本发明的必须模块，载波NCO的输出也可以被直接映射成了方波信号，以供下变频用。这样，乘法器，相关器、检测器、载波NCO、sin/cos映射形成了一个载波环。

图5描述了本发明的一个较优实施例的信号缺失下实现非完备定位的流程。由图1所述可见，实现定位的充要条件是要获取至少3颗卫星的发射时间和导航电文。导航电文通常有数小时的有效期，在信号短暂缺失的前提下，信号缺失前的电文在信号缺失期间同样有效。同时由于接收机运动速度方向的连续性，发射时间不会突变，各卫星在短期内的发射时间是单调变化的，通过处于可见状态卫星发射时间变化的校准，可以通过一定的方法在信号缺失期间外推发射时间，即所谓的“维持发射时间”。利用维持发射时间和存储的导航电文，结合处于正常有效状态卫星的发射时间和导航电文，即可以实现少于三颗有效卫星下的定位。

具体的步骤如下：首先检测处于有效状态的卫星是否小于3颗，若否则使用图4所示的正常解算流程502，获得精确的定位结果。若是则计算处于维持状态的卫星数503。所谓“维持状态”是指在信号缺失后利用相应方法外推信号缺失前处于有效状态卫星的发射时间的状态。关于维持状态的细节将在图6中详细描述。每个通道有一个维持状态标志，当该通道处于维持状态则该维持状态标志将置有效。通过统计维持状态标志的数目即可以计算处于维持状态的卫星数。进一步地检测是否存在外部终止504，若存在则退出流程，否则继续执行。外部终止信号是由外部的传感器给出的。如接收机运动速度或者运动方向发生较大突变，维持发射时间的外推可能带来较大误差，在这种能够情况下外部终止信号有效。

进一步地，检测有效的卫星数和维持的卫星数之和是否大于等于3，如果大于3，则使用常规解算方法用以解算用户位置。即首先获得各卫星PN码的发射时间508，获得正常发射时间509，读取导航电文510。进一步地，利用发射时间计算伪距511，利用发射时间和导航电文计算卫星的位置512。最后利用图1中所述的解算方程计算接收机的位置513。该过程和图4中304-308的过程是类似的，只是用维持的发射时间代替了信号缺失通道的正常发射时间，用存储的电文代替了信号缺失通道实时解调的最新电文。如果有效卫星等于3，则需要获取额外的辅助高程507，进而使用三星定位方程实现定位。和图4所示类似其中，三星定位方程使用相同的508-512步骤，只是在步骤513中使用了不同的解算方程。步骤507中的外部的高程辅助同样可以是任意形式的外部高度计，例如气压高度计、惯导系统给出的高度信息；电子地图中高程匹配值；也可以是在高度变化不大的前提下，使用的三维定位计算出的高度值。

图6描述了单一通道维持发射时间的流程。首先检测信号是否缺失602：若是，则继续随后流程。若否，则正常计算发射时间603，并将计算结果存入FIFO 604以备信号缺失时维持发射时间所用，进一步地将维持标志设置无效601，重新检测信号是否缺失。信号缺失是通过接收机估算卫星信号的载噪比以判断是否出现载噪比过低的情况来判断的。术语“载噪比”被定义为载波与噪声谱密度之比(“carrier-to-noise density”ratio，即载波功率与噪声功率谱密度的比)C/N₀

C/N₀＝(SNR)(B)[ratio-Hz]

由于扩频信号的信噪比SNR在解扩前后差别很大，因而，将信噪比SNR归一化到1Hz带宽内，从而得到一个与带宽相关联的信噪比作为衡量信号强度的标准。适用于GPS接收机的载噪比估计有很多方法，在本发明的一个较优实施例中是通过如下的公式进行估计，但并不限定必须采用下述方法：

${\mathrm{WBP}}_k={\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}(I_i^2+Q_i^2)\right)}_k$

${\mathrm{NBP}}_k={\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i\right)}_k^2+{\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i\right)}_k^2$

${\mathrm{NP}}_k=\frac{{\mathrm{NBP}}_k}{{\mathrm{WBP}}_k}$

其中I为某通道同向采样信号，Q为某通道正交项采样信号，K＝50，M＝20。

在本发明的一个实施例中，采用码锁定指示器作为信号强度的判断依据。术语“码锁定指示器”是指用于判断伪码同步状态的一种物理量，是扩频通信领域专业人员所熟知的用语。适用于GPS接收机的码锁定指示器估计有很多方法，在本发明的一个较优实施例中是通过如下的公式进行估计，但并不限定必须采用下述方法。

${\mathrm{WBP}}_k={\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}(I_i^2+Q_i^2)\right)}_k$

${\mathrm{NBP}}_k={\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i\right)}_k^2+{\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i\right)}_k^2$

${\mathrm{NP}}_k=\frac{{\mathrm{NBP}}_k}{{\mathrm{WBP}}_k}$

其中I为某通道同向采样信号，Q为某通道正交项采样信号，K＝50，M＝20。

在本发明的一个实施例中，采用相位锁定指示器作为信号强度的判断依据。术语“载波相位锁定指示器”是指用于判断载波相位同步状态的一种物理量，是扩频通信领域专业人员所熟知的用语。适用于GPS接收机的载波相位锁定指示器估计有很多方法，在本发明的一个较优实施例中是通过如下的公式进行估计，但并不限定必须采用下述方法。

${\mathrm{NBD}}_k={\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i\right)}_k^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i\right)}_k^2$

${\mathrm{NBP}}_k={\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i\right)}_k^2+{\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i\right)}_k^2$

$C2{\mathrm{\φ}}_k=\frac{{\mathrm{NBD}}_k}{{\mathrm{NBP}}_k}$

其中I为某通道同向采样信号，Q为某通道正交项采样信号。

本发明中，以信号强度低于一个阈值作为信号缺失的判决条件。这个阈值和所使用的接收机捕获灵敏度有关，即信号强度如果低于所用GPS接收机能够捕获到的最低信噪比则认为信号缺失。

进一步地，检测是否存在外部终止605，若存在，则将维持标志设置无效，重新检测信号是否缺失；若不存在，则维持计数器增1。外部终止信号的生成和图5所述的外部终止信号一致，同样是由外部的传感器给出的。如接收机运动速度或者运动方向发生较大突变，维持发射时间的外推可能带来较大误差，在这种能够情况下外部终止信号有效。

进一步地，检测维持计数器是否溢出，若溢出则将维持标志设置无效，若没有溢出则利用存储的正常跟踪发射时间计算发射时间拟合多项式系数608。本发明的一个较优实施例使用最小二乘意义下的二阶多项式进行拟合，当然也可以使用一阶线形拟合。本发明的一个突出降低计算复杂度的较优实施例使用简单的滑动平均进行拟合。存储的正常跟踪发射时间可以是发射时间的绝对值，或者其等效量，或者相邻发射时间的增量。

进一步地，根据拟合多项式的系数外推发射时间609，即所谓的维持发射时间。为了减少计算量，还可以利用信号缺失前最后时刻的发射时间加上正常定位时发射时间的增量的方法简化，但是预测精度将有所降低。进而，利用仍然有效的卫星发射时间的变化对外推发射时间进行修正610，以减少由于接收机运动速度和方向运动变化引入的额外误差。同时有效维持标志位

尽管本发明的方法和装置是参照GPS卫星来描述的，但应当理解，这些原理同样适用于采用假卫星(pseudolites)或卫星与假卫星的组合的定位系统。假卫星是一种基于地面的发射机，它传播调制在L频段在波信号上PN码(与GPS信号相似)，并且通常是与GPS时间同步的。每一发射机可以被赋予一个独特的PN码，从而允许由远端接收机进行识别。假卫星用在这样的情况下，即，来自轨道卫星的GPS信号缺失，如隧道、矿山、建筑物或者其他的封闭区及明显遮挡。这里所使用的术语“卫星”包括假卫星或假卫星的等效，而这里所使用的术语GPS信号包括来自假卫星或者假卫星等效的类似GPS的信号。

在前面的讨论中，本发明是参照美国全球定位系统(GPS)来描述的。然而，应当理解，这些方法同样适用于类似的卫星定位系统，如俄罗斯的格洛纳斯(Glonass)系统，欧洲的伽利略(Galileo)系统和中国的北斗1及北斗2系统。所使用的术语“GPS”还包括这样一些卫星定位系统，如俄罗斯的格洛纳斯(Glonass)系统，欧洲的伽利略(Galileo)系统和中国的北斗1及北斗2系统。术语“GPS信号”包括来自另一些卫星定位系统的信号。

上文中，已经描述了全球定位系统信号短暂缺失条件下的非完备定位的方法。尽管本发明是参照特定实施例来描述的，但很明显，本领域的普通技术人员，在不偏移权利要求书所限定的发明范围和精神的情况下，还可以对这些实施例作各种修改和变更。因此，说明书和附图是描述性的，而不是限定性的。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种全球定位系统的信号短暂缺失条件下的非完备定位方法，其特征在于，包括：

正常定位时存储各有效卫星导航信息和发射时间；

信号缺失时外推无效卫星的发射时间；

利用预测的无效卫星和正常的有效卫星的导航信息和发射时间，通过多星定位方法或三星定位方法实现定位；

在中断信号出现时终止非完备定位。

2.根据权利要求1所述的非完备定位方法，其特征在于，所述存储的卫星导航信息为卫星轨道参数，或者为卫星导航电文，或者为卫星轨道参数和卫星导航电文的组合。

3.根据权利要求1所述的非完备定位方法，其特征在于，所述所存储的发射时间是发射时间的绝对值，或者其等效量，或者相邻发射时间的增量。

4.根据权利要求1所述的非完备定位方法，其特征在于，所述信号缺失时无效卫星的发射时间外推方法是基于存储的各自信号缺失前的卫星发射时间。

5.根据权利要求1所述的非完备定位方法，其特征在于，所述信号缺失时无效卫星的发射时间外推方法包括以下步骤：

对存储的各自信号缺失前的卫星发射时间拟合；

计算出拟合方程系数；

外推出信号缺失时的发射时间。

6.根据权利要求1所述的非完备定位方法，其特征在于，所述信号缺失时无效卫星的发射时间外推方法为信号缺失前最后时刻的发射时间加上正常定位时发射时间的增量。

7.根据权利要求1所述的非完备定位方法，其特征在于，所述信号缺失时无效卫星的发射时间外推方法是利用信号缺失时正常跟踪卫星的发射时间变化进行修正。

8.根据权利要求1所述的非完备定位方法，其特征在于，所述信号缺失时实现定位的条件是，正常卫星数目和维持卫星数目之和大于或等于3。

9.根据权利要求1所述的非完备定位方法，其特征在于，所述信号缺失时定位方法是指，正常卫星数目和维持卫星数目之和大于3时，使用多星定位方法实现三维定位。

10.根据权利要求1所述的非完备定位方法，其特征在于，所述信号缺失时定位方法是指，正常卫星数目和维持卫星数目之和等于3时，使用高程辅助的三星定位方法实现二维定位。

11.根据权利要求10所述的非完备定位方法，其特征在于，所述三星定位方法的高程辅助是高度计。

12.根据权利要求10所述的非完备定位方法，其特征在于，所述三星定位方法的高程辅助是具有高度信息的电子地图匹配值。

13.根据权利要求10所述的非完备定位方法，其特征在于，所述三星定位方法的高程辅助是正常定位时获得的高度值。

14.根据权利要求1所述的非完备定位方法，其特征在于，所述中断信号来自内部中断计数器，进行非完备定位时，内部中断计数器增1，内部中断计数器溢出时，中断信号有效。

15.根据权利要求1所述的非完备定位方法，其特征在于，所述中断信号来自外部状态传感器，外部状态传感器检测到接收机运动状态变化范围超过阈值时，中断信号有效。

16.根据权利要求1所述的非完备定位方法，其特征在于，所述中断信号来自内部中断计数器和外部状态传感器的组合。

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