CN107819534B - 导航信息广播方法、发射机、接收方法、接收机和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种导航信息广播方法、发射机、接收方法、接收机和系统，其中导航信息广播方法包括：发射机接收并解调导航卫星信号，获取解调结果；根据所述解调结果同步发射机自身基准时间及校准发射机自身时钟频率；根据所述解调结果和周期性发送广播信号，所述广播信号由至少两个连续的子广播信号组成，每个所述子广播信号均包括所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文，所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为所述测距码，所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置和所述导航卫星的星历中的至少一个。本发明解决导航信号捕获过程中导航电文延迟导致的灵敏度低的问题。

Description

导航信息广播方法、发射机、接收方法、接收机和系统

技术领域

本发明涉及无线导航技术领域，特别是涉及导航信息广播方法、发射机、接收方法、接收机和系统。

背景技术

在传统的无线导航定位系统中，传统的单纯天基卫星的接收机一般在室内难以实现定位。AGPS(Assisted GPS：辅助全球卫星定位系统)结合公共陆地移动通信网络(包括第二代、第三代移动通信系统及其后续演进)与传统卫星定位，利用移动通信网络的地面基站代送辅助卫星信息，借以缩减GPS芯片获取卫星信号的延迟时间，受遮盖的室内也能借地面基站信号进行弥补，减轻GPS芯片对卫星的依赖度。然而，移动通信网的通信本质使得只能采用“请求-应答”方式进行导航辅助，无法连续的向导航接收机提供实时原始导航电文，导航接收机只能依据历史导航电文猜测当前导航电文的值，无法全部正确猜测。此外，移动通信网络向导航接收机提供参考频率辅助，导航信号捕获中的相干累积时间受限于导航接收机的时钟稳定度。

数字音频广播最重要的两个部分是调频(FM)频段音频广播的数字化和调幅(AM)频段音频广播的数字化。在FM频段，可用频谱资源为88～108MHz，由于FM位于较低的频段，因此，FM本身具有传播距离远、绕射和传输能力强的特点，如何利用FM的特点，实现室内导航定位中导航电文的持续、实时接收，提高室内导航定位的灵敏度和准确度，是无线导航技术领域亟待解决的技术问题。

发明内容

基于此，有必要针对室内导航中导航电文无法持续、实时接收的问题，提供一种能够持续、实时接收导航电文的高灵敏度的导航信息广播方法及发射机、导航信息接收方法及接收机。

为达到本发明的目的，一种导航信息广播方法，所述方法包括如下步骤：

发射机接收并解调导航卫星信号，获取解调结果，所述解调结果包括可见导航卫星编号、原始导航电文、测距码；

根据所述解调结果同步发射机自身基准时间及校准发射机自身时钟频率；

根据所述解调结果周期性发送广播信号，所述广播信号由至少两个连续的子广播信号组成，每个所述子广播信号均包括所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文，所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为所述测距码，所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置和所述导航卫星的星历中的至少一个。

在其中一个实施例中，所述广播信号中，除所述第一个子广播信号外，剩余的至少一个子广播信号的起始位置为所述测距码。

在其中一个实施例中，所述广播信号中的至少一个子广播信号还包括所述发射机的覆盖半径。

本发明还提供一种导航信息接收方法，所述方法包括：

接收机接收并解调发射机周期性广播的广播信号，所述广播信号由至少两个连续的子广播信号组成，每个所述子广播信号均包括所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文，所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为所述测距码，所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置和所述导航卫星的星历中的至少一个；

根据所述发射机的位置、所述测距码、所述测距码的起始基准时间、所述接收机的辅助定位信息和本地晶振频率，确定接收机自身位置和当前基准时间；

根据所述接收机自身位置、所述当前基准时间、所述导航卫星的星历、所述测距码、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差、载波多普勒和多普勒变化率；

根据所述时钟频率误差、所述载波多普勒、所述多普勒变化率、所述测距码、所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文捕获导航信号。

在其中一个实施例中，所述根据所述发射机的位置、所述测距码、所述测距码的起始基准时间、辅助定位信息和本地晶振频率，确定接收机自身位置和当前基准时间，具体包括：

将所述发射机的位置确定为自身初始化粗位置；

根据所述自身初始化粗位置和所述辅助定位信息，确定接收机自身位置，所述辅助定位信息包括移动通信网络定位信息和/或无线网络定位信息；

根据所述接收机自身位置、所述发射机的位置、本地晶振频率、所述测距码和所述测距码的起始基准时间，确定当前基准时间。

在其中一个实施例中，所述根据所述接收机自身位置、所述发射机的位置、本地晶振频率、所述测距码和所述测距码的起始基准时间，确定当前基准时间，具体包括：

根据所述接收机自身位置和所述发射机的位置，确定所述广播信号的传播时延；

根据所述测距码的起始基准时间和所述广播信号的传播时延，确定所述广播信号的参考基准时间；

获取相邻测距码之间的本地晶振周期数，根据所述本地晶振周期数和本地晶振频率，确定偏移时间；

根据所述参考基准时间和所述偏移时间，确定当前基准时间。

在其中一个实施例中，所述根据所述接收机自身位置、所述当前基准时间、所述导航卫星的星历、所述测距码、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差，具体包括：

获取相邻测距码之间的本地晶振周期数；

根据至少两个所述本地晶振周期数，计算本地晶振周期平均数；

根据所述本地晶振周期平均数、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差。

在其中一个实施例中，所述根据所述时钟频率误差、所述载波多普勒、所述多普勒变化率、所述测距码、所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文捕获导航信号，具体包括：

根据所述多普勒变化率修正本地载波频率；

根据所述载波多普勒预设第一频点，根据所述第一频点、所述测距码和所述时钟频率误差，对导航信号进行累积并获取累积结果；

判断所述累积结果中是否接收到所述导航电文，若已接收到所述导航电文，则将至少两个累积结果剔除导航电文后求和，获取求和结果；

比较所述求和结果和预设的捕获门限值，若所述求和结果超过所述预设的捕获门限值，则确定捕获到导航信号。

本发明提供一种发射机，所述发射机包括：

接收解调模块，用于接收并解调导航卫星信号，获取解调结果，所述解调结果包括可见导航卫星编号、原始导航电文、测距码；

同步校准模块，用于据所述解调结果同步发射机自身基准时间及校准发射机自身时钟频率；

发送模块，用于根据所述解调结果周期性发送广播信号，所述广播信号由至少两个连续的子广播信号组成，每个所述子广播信号均包括所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文，所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为所述测距码，所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置和所述导航卫星的星历中的至少一个。

在其中一个实施例中，所述发送模块，还用于发送所述广播信号中，除所述第一个子广播信号外，剩余的至少一个子广播信号的起始位置为所述测距码。

在其中一个实施例中，所述发送模块，还用于发送所述广播信号，且所述广播信号中的至少一个子广播信号还包括所述发射机的覆盖半径。

本发明还提供一种接收机，所述接收机包括：

接收解调模块，用于接收机接收并解调发射机周期性广播的广播信号，所述广播信号由至少两个连续的子广播信号组成，每个所述子广播信号均包括所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文，所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为所述测距码，所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置和所述导航卫星的星历中的至少一个；

粗位置及当前基准时间模块，用于根据所述发射机的位置、所述测距码、所述测距码的起始基准时间、所述接收机的辅助定位信息和本地晶振频率，确定接收机自身位置和当前基准时间；

时钟频率误差及多普勒模块，用于根据所述接收机自身位置、所述当前基准时间、所述导航卫星的星历、所述测距码、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差、载波多普勒和多普勒变化率；

捕获模块，用于根据所述时钟频率误差、所述载波多普勒、所述多普勒变化率、所述测距码、所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文捕获导航信号。

在其中一个实施例中，所述粗位置及当前基准时间模块，包括：

粗位置单元，用于将所述发射机的位置确定为自身初始化粗位置；根据所述自身初始化粗位置和所述辅助定位信息，确定接收机自身位置，所述辅助定位信息包括移动通信网络定位信息和/或无线网络定位信息；

当前基准时间单元，用于根据所述接收机自身位置、所述发射机的位置、本地晶振频率、所述测距码和所述测距码的起始基准时间，确定当前基准时间。

在其中一个实施例中，所述当前基准时间单元，具体用于：

根据所述接收机自身位置和所述发射机的位置，确定所述广播信号的传播时延；

根据所述测距码的起始基准时间和所述广播信号的传播时延，确定所述广播信号的参考基准时间；

获取相邻测距码之间的本地晶振周期数，根据所述本地晶振周期数和本地晶振频率，确定偏移时间；

根据所述参考基准时间和所述偏移时间，确定当前基准时间。

在其中一个实施例中，所述时钟频率误差及多普勒模块，包括时钟频率误差单元，所述时钟频率误差单元，具体用于：

获取相邻测距码之间的本地晶振周期数；

根据至少两个所述本地晶振周期数，计算本地晶振周期平均数；

根据所述本地晶振周期平均数、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差。

在其中一个实施例中，所述捕获模块，具体用于：

根据所述多普勒变化率修正本地载波频率；

根据所述载波多普勒预设第一频点，根据所述第一频点、所述测距码和所述时钟频率误差，对导航信号进行累积并获取累积结果；

判断所述累积结果中是否接收到所述导航电文，若已接收到所述导航电文，则将至少两个累积结果剔除导航电文后求和，获取求和结果；

比较所述求和结果和预设的捕获门限值，若所述求和结果超过所述预设的捕获门限值，则确定捕获到导航信号。

本发明还提供一种导航信息广播系统，包括发射机和接收机：

所述发射机接收并解调导航卫星信号，获取解调结果，所述解调结果包括可见导航卫星编号、原始导航电文、测距码；根据所述解调结果同步发射机自身基准时间及校准发射机自身时钟频率；根据所述解调结果和预设时长周期性发送广播信号，所述广播信号由至少两个连续的子广播信号组成，每个所述子广播信号均包括所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文，所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为所述测距码，所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置和所述导航卫星的星历中的至少一个；

所述接收机接收并解调所述广播信号；根据所述发射机的位置、所述测距码、所述测距码的起始基准时间、辅助定位信息和本地晶振频率，确定接收机自身位置和当前基准时间；根据所述接收机自身位置、所述当前基准时间、所述导航卫星的星历、所述测距码、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差、载波多普勒和多普勒变化率；根据所述时钟频率误差、所述载波多普勒、所述多普勒变化率、所述测距码、所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文捕获导航信号。

本发明的有益效果包括：

本发明所提供的导航信息广播方法，将发射机解调到的导航信息结合数字调频广播信号进行周期性的广播发送，尤其将可见导航卫星编号和原始导航电文进行周期性、持续的、实时的发送，并结合测距码、发射机的位置、测距码的起始基准时间等其他导航信息，解决导航信号捕获过程中由于导航电文延迟导致的灵敏度低的问题，有效提高卫星导航信号的室内可用性。

附图说明

图1为一个实施例中的导航信息广播方法的流程示意图；

图2为一个实施例中的导航信息接收方法的流程示意图；

图3为一个实施例中的导航信息接收方法确定接收机自身位置的流程示意图；

图4为一个实施例中的导航信息接收方法确定当前基准时间的流程示意图；

图5为一个实施例中的导航信息接收方法计算时钟频率误差的流程示意图；

图6为一个实施例中的导航信息接收方法确定捕获到导航信号的流程示意图；

图7为一个实施例中的发射机的结构示意图；

图8为一个实施例中的接收机的结构示意图；

图9为一个实施例中的导航信息广播系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明导航信息分发方法及服务终端、分享方法及终端集群进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为一个实施例中的导航信息广播方法的流程示意图，如图1所示的一个实施例中的导航信息广播方法包括如下步骤：

步骤S100，发射机接收并解调导航卫星信号，获取解调结果，所述解调结果包括可见导航卫星编号、原始导航电文、测距码。

具体的，发射机接收并解调来自导航卫星的导航信号，所述导航卫星包括GPS导航A6、北斗导航卫星A7、格洛纳斯导航卫星和欧洲的伽利略导航卫星。通常，为了实现与导航卫星的时间同步，发射机一般接收四颗以上导航卫星信号。本发明所提供的发射机在调频频段发射数字调频广播信号，该数字调频广播信号中有导航辅助信息。本实施例中，该导航辅助信息可从GPS导航A6和北斗导航卫星A7中获得，所述导航辅助信息包括可见导航卫星编号、原始导航电文、测距码和测距码的起始基准时间。

步骤S200，根据所述解调结果同步发射机自身基准时间及校准发射机自身时钟频率。

具体的，所述基准时间一般为世界协调时，也可以是GPS(Global PositioningSystem)时或者是北斗时、原子时。

所述的校准发射机自身时钟频率的方法，包括使用导航接收机的秒脉冲与本地晶振的计数差去调整本地晶振的压控端的电压。部分高级的导航接收机内置了该功能，能够直接输出经过卫星导航校准的参考时钟。

步骤S300，根据所述解调结果周期性发送广播信号，所述广播信号由至少两个连续的子广播信号组成，每个所述子广播信号均包括所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文，所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为所述测距码，所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置和所述导航卫星的星历中的至少一个。

具体的，若子广播信号是持续时间为Te的等长帧，至少两个子广播信号组成广播信号，则广播信号的持续时间，即预设时长＝Te×子广播信号的个数。

在每个子广播信号中，均携带所述发射机在上一个或之前的Te的持续时间内所跟踪到的，可见导航卫星编号和所述原始导航电文，实现原始导航电文在最短时间内发送，用于实现持续的、实时的发送原始导航电文，解决导航信号捕获过程中由于导航电文延迟导致的灵敏度低的问题。所述的可见导航卫星编号，是一个顺序号，将不同导航星座的卫星按照顺序编号。如GPS卫星编号从1开始，从1到32，与GPS卫星的编号一一对应；北斗编号则在此基础上从33开始，33对应北斗导航系统的1号卫星。

所述发射机自身的位置，可以基于地心地固坐标系，也可以基于地理坐标系。

所述的测距码一般为伪随机码(序列)，也称作PN码(序列)，为改善性能还可以使用Zadoff-Chu码(序列)。由于测距码通常还是同步头，在所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为所述测距码，用于广播信号的同步。

除测距码外，所述可见导航卫星编号、所述原始导航电文、所述测距码的起始基准时间和所述发射机的位置、所述发射机的覆盖半径等信息，在所述子广播信号中进行信息编排时，其相互的位置顺序可根据需要任意设定。

在实际的应用中，所述Te的时长不超过1秒，所述预设时长一般不超过30秒。

本发明所提供的导航信息广播方法，发射机将解调到的导航信息结合数字调频广播信号进行周期性的广播发送，尤其将可见导航卫星编号和原始导航电文进行周期性、实时的发送，并结合测距码、发射机的位置、测距码的起始基准时间等其他导航信息，以解决导航信号捕获过程中由于导航电文延迟导致的灵敏度低的问题，有效提高卫星导航信号的室内可用性。

在一个实施例中，所述广播信号中剩余的至少一个子广播信号的起始位置为所述测距码，或所述广播信号中所有子广播信号的起始位置为所述测距码均可，可以根据实际的需求进行设定。

所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置。为提高表示测距码的起始时刻对应的基准时间所需的比特位数，所述子广播信号的起始时刻最好与基准时间整秒对齐，至少应与基准时间整毫秒对齐。

本实施例通过按照Te周期性发送所述子广播信号，提高所述广播信号中测距码的密度，能够提高利用所述广播信号进行导航的接收机的同步速度，并进一步提高导航的精度。

在一个实施例中，所述子广播信号中还包括所述发射机的覆盖半径，接收到所述广播信号的接收机可以通过所述发射机的覆盖半径，对接收机自身的信号强度进行估算，降低初始定位所需的时间。所述发射机覆盖半径为预设值，单位包括公里。

本实施例通过在所述广播信号中携带所述发射机的覆盖半径信息，能够提高利用所述广播信号进行导航的接收机的定位精度。

图2为一个实施例中的导航信息接收方法的流程示意图，在图2所示的导航信息接收方法包括如下步骤：

步骤R100，接收机接收并解调发射机周期性广播的广播信号，所述广播信号由至少两个连续的子广播信号组成，每个所述子广播信号均包括所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文，所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为所述测距码，所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置和所述导航卫星的星历中的至少一个。

具体的，本发明所提供的导航信息接收方法，接收机接收并解调的是本发明所提供的发射机所发送的广播信号，所述广播信号，包括发射机解调到的卫星导航信号和发射机所提供的辅助导航信息。

步骤R200，根据所述发射机的位置、所述测距码、所述测距码的起始基准时间、所述接收机的辅助定位信息和本地晶振频率，确定接收机自身位置和当前基准时间。

具体的，接收机根据发射机的位置和辅助定位信息确定接收机自身位置，根据所述接收机自身位置、所述测距码、所述测距码的起始基准时间和本地晶振频率，确定当前基准时间。

步骤R300，根据所述接收机自身位置、所述当前基准时间、所述导航卫星的星历、所述测距码、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差、载波多普勒和多普勒变化率。

具体的，根据所述测距码、所述相邻测距码的基准时间间隔和所述本地晶振频率，计算所述时钟频率误差；

根据所述当前基准时间、所述导航卫星的星历和所述接收机自身位置，计算载波多普勒和多普勒变化率。在导航卫星星历已知、当前参考时间已知、接收机位置已知的情况下，计算可见导航卫星的载波多普勒和多普勒变化率是导航中的现成方法。在本发明中，所述的需要导航卫星星历来自所述导航卫星的星历、当前参考时间来自前述步骤中的所述当前基准时间，接收机位置来自前述步骤中的所述接收机自身位置。

步骤R400，根据所述时钟频率误差、所述载波多普勒、所述多普勒变化率、所述测距码、所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文捕获导航信号。

具体的，本步骤所对应的导航信号捕获是一个时频二位搜索过程，对于每一个搜索频点，搜索测距码相位的方法包括时域相关串行搜索和基于快速傅里叶变换的并行搜索。对于给定的频点和测距码相位，在累积结果中寻找相关峰，如果没有检测到相关峰，换一个频点再进行搜索。并且，在上述相干累计步骤中，可以增加非相干累积步骤：先进行相干累积，再进行非相干累积。

本发明所提供的导航信息接收方法，通过解调接收到的广播信号，能够持续的、实时的接收到发射机跟踪到的原始导航电文，从而允许更长时间的相关运算，从而捕获更加微弱的导航信号。利用本发明所述的方法，导航电文的实际延迟小于3倍的Te，即，导航电文的延迟小于三倍的等长帧的持续时间。在低延迟的调频数据广播系统中，优化后的实际值小于1秒。

在一个实施例中，如图3所示，图3为一个实施例中的导航信息接收方法确定接收机自身位置的流程示意图，上述导航信息接收方法中步骤R200包括以下步骤：

步骤R210，将所述发射机的位置确定为自身初始化粗位置。

具体的，由于接收机位于所述发射机的覆盖范围之内，将所述发射机的位置确定为自身初始化粗位置，进行接收机自身位置的初步定位。

步骤R220，根据所述自身初始化粗位置和所述辅助定位信息，确定接收机自身位置，所述辅助定位信息包括移动通信网络定位信息和/或无线网络定位信息。

具体的，接收机通过配置移动通信网络模块和/或无线网络(WIFI WIreless-Fidelity无线保真)定位模块，接收移动通信网络信号和/或WIFI信号，并通过识别移动通信网络的小区号码或计算信号到达时间差等，获取移动通信网络定位信息，或通过识别WIFI接入网的网络标识，获取无线网络定位信息。

利用辅助定位信息，可对自身初始化粗位置进行进一步的修正。本发明还可通过进一步搜索其他可用于定位的有用信号改进接收机自身位置。

步骤R230，根据所述接收机自身位置、所述发射机的位置、本地晶振频率、所述测距码和所述测距码的起始基准时间，确定当前基准时间。

具体的，利用接收机自身位置、所述发射机的位置，结合测距码的相关信息，可以确定接收机的当前基准时间。

本实施例所提供的导航信息接收方法，通过利用发射机的位置和辅助定位信息，能够快速获取到更加精确的接收机自身位置信息，由于所述接收机自身位置信息是后续进行导航信号捕获的关键参数，因此本实施例所提供的接收机接收机自身位置信息的确定方法，可以提高接收机捕获导航信号的速度和精度。

在一个实施例中，如图4所示，图4为一个实施例中的导航信息接收方法确定当前基准时间的流程示意图，上述导航方法中步骤R230包括以下步骤：

步骤R231，根据所述接收机自身位置和所述发射机的位置，确定所述广播信号的传播时延。

具体的，根据所述接收机自身位置和解调出的所述发射机的位置，计算发射机和接收机之间的距离，再结合广播信号的传播速度，可以得出所述广播信号的传播时延。

步骤R232，根据所述测距码的起始基准时间和所述广播信号的传播时延，确定所述广播信号的参考基准时间。

具体的，将所述测距码的其实基准时间与所述广播信号的传播时延相加，即可确定所述广播信号的参考基准时间。

步骤R233，获取相邻测距码之间的本地晶振周期数，根据所述本地晶振周期数和本地晶振频率，确定偏移时间。

具体的，本地晶振频率F1O是已知值，通过记录相邻的两个测距码之间的本地晶振周期数，将所述本地晶振周期数除以本地晶振频率即可获得偏移时间。

步骤R234，根据所述参考基准时间和所述偏移时间，确定当前基准时间。

具体的，所述参考基准时间加上所述偏移时间，可获得所述接收机的当前基准时间。

本实施例所提供的导航信号接收方法，通过接收到的所述广播信号中的测距码，结合本地晶振频率，确定接收机当前基准时间，由于所述广播信号中的测距码以Te为周期持续的发送，使得接收机能够快速的确定当前基准时间的计算，由于在后续的导航信号的捕获过程中，所述当前基准时间是关键的基础参数，因此，本实施例提供的接收机确定当前基准时间的方法能够提高接收机捕获导航信号的速度和精度。

在一个实施例中，如图5所示，图5为一个实施例中的导航信息接收方法计算时钟频率误差的流程示意图，上述导航方法中步骤R300包括以下步骤：

步骤R310，获取相邻测距码之间的本地晶振周期数。

具体的，连续捕获测距码并记录相邻测距码之间的本地晶振划过的周期数。

步骤R320，根据至少两个所述本地晶振周期数，计算本地晶振周期平均数。

具体的，计算多个相邻测距码之间本地晶振划过周期数的平均值Nf。

步骤R330，根据所述本地晶振周期平均数、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差。

具体的，相邻测距码的基准时间间隔T_pn、本地晶振频率F_1O为已知值，则时钟频率误差Fe＝(Tpn－Nf/F1O)/Tpn。

本实施例所提供的导航信号接收方法，通过接收到的所述广播信号中的测距码，结合本地晶振频率，计算接收机时钟频率误差，由于所述广播信号中的测距码以Te为周期持续的发送，使得接收机能够快速的计算时钟频率误差，由于在后续的导航信号的捕获过程中，所述时钟频率误差是关键的基础参数，因此，本实施例提供的接收机计算时钟频率误差的方法能够提高接收机捕获导航信号的速度和精度。

在一个实施例中，如图6所示，图6为一个实施例中的导航信息接收方法确定捕获到导航信号的流程示意图，上述导航方法中步骤R400包括以下步骤：

步骤R410，根据所述多普勒变化率修正本地载波频率。

步骤R420，根据所述载波多普勒预设第一频点，根据所述第一频点、所述测距码和所述时钟频率误差，对导航信号进行累积并获取累积结果。

步骤R430，判断所述累积结果中是否接收到所述导航电文，若已接收到所述导航电文，则将至少两个累积结果剔除导航电文后求和，获取求和结果。

具体的，对于过去N个累积结果进行导航电文剔除并求和的过程本质上是进行长度为N的相干累积。由于GPS和北斗的一个卫星导航信号扩频码时间长度均为0.001秒。因此长度为N的相干累积即意味着相关累积时间为N/1000秒。导航接收机实际上捕获的导航信号的载波频率是导航卫星与导航接收机的相对运动导致的载波多普勒、所述发射机自身时钟频率误差共同作用的结果。在之前计算所述多普勒变化率的时候，由于导航接收机的运动特征未知，可按照导航接收机静止计算的所述多普勒变化率。因此导航接收机自身运动导致的额外多普勒变化率决定了上述频率搜索范围。相干累积的时长主要受限于频率搜索间隔。假设频率搜索间隔为df，则一般要求N*df/1000<π/2。发射机自身时钟频率误差和所述多普勒变化率在这里起的关键作用是减少和频率搜索的范围，从而允许更小的频率搜索间隔，也就意味着允许更大的N，即更高的导航信号捕获灵敏度。在导航接收机不晕的情况下，N甚至可以为1000-2000。

步骤R440，比较所述求和结果和预设的捕获门限值，若所述求和结果超过所述预设的捕获门限值，则确定捕获到导航信号。

本实施例所提供的导航信息接收方法，通过解调出的广播信号中的相关导航信息，进行导航信号的捕获，由于所述广播信号以很小的周期持续的发送，能够实时的获取原始导航电文，且时钟频率误差和所述多普勒变化率能够减少和频率搜索的范围，因此，本实施例提供的接收机进行导航信号捕获的方法能够提高接收机捕获导航信号的速度、精度和灵敏度。

图7为一个实施例中的发射机的结构示意图，如图7所示的一个实施例中的发射机100包括：

接收解调模块110，用于接收并解调导航卫星信号，获取解调结果，所述解调结果包括可见导航卫星编号、原始导航电文、测距码；

同步校准模块120，用于据所述解调结果同步发射机自身基准时间及校准发射机自身时钟频率；

发送模块130，用于根据所述解调结果周期性发送广播信号，所述广播信号由至少两个连续的子广播信号组成，每个所述子广播信号均包括所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文，所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为所述测距码，所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置和所述导航卫星的星历中的至少一个；还用于发送所述广播信号，且所述广播信号中，除所述第一个子广播信号外，剩余的至少一个子广播信号的起始位置为所述测距码；还用于发送所述广播信号，且所述广播信号中的至少一个子广播信号还包括所述发射机的覆盖半径。

由于本实施例所提供的发射机100是本发明所提供的导航信息发送方法所对应的装置，本发明中所述的导航信息发送方法所对应的各实施例均相应的适用于本发射机100，不再赘述。

本实施例所提供的发射机将解调到的导航信息结合数字调频广播信号进行周期性的广播发送，尤其将可见导航卫星编号和原始导航电文进行周期性、实时的发送，并结合测距码、发射机的位置、测距码的起始基准时间等其他导航信息，解决导航信号捕获过程中由于导航电文延迟导致的灵敏度低的问题，有效提高卫星导航信号的室内可用性。

进一步的，本实施例所提供的发射机通过加大所述广播信号中测距码的密度，能够提高利用所述广播信号进行导航的接收机的同步速度，并进一步提高导航的精度；通过在所述广播信号中携带所述发射机的覆盖半径信息，能够提高利用所述广播信号进行导航的接收机的定位精度。

图8为一个实施例中的接收机的结构示意图，如图8所示的一个实施例中的接收机200包括：

接收解调模块210，用于接收机接收并解调发射机周期性广播的广播信号，所述广播信号由至少两个连续的子广播信号组成，每个所述子广播信号均包括所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文，所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为所述测距码，所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置和所述导航卫星的星历中的至少一个。

粗位置及当前基准时间模块220，用于根据所述发射机的位置、所述测距码、所述测距码的起始基准时间、所述接收机的辅助定位信息和本地晶振频率，确定接收机自身位置和当前基准时间。

时钟频率误差及多普勒模块230，用于根据所述接收机自身位置、所述当前基准时间、所述导航卫星的星历、所述测距码、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差、载波多普勒和多普勒变化率。

捕获模块240，用于根据所述时钟频率误差、所述载波多普勒、所述多普勒变化率、所述测距码、所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文捕获导航信号；具体用于根据所述多普勒变化率修正本地载波频率；根据所述载波多普勒预设第一频点，根据所述第一频点、所述测距码和所述时钟频率误差，对导航信号进行累积并获取累积结果；判断所述累积结果中是否接收到所述导航电文，若已接收到所述导航电文，则将至少两个累积结果剔除导航电文后求和，获取求和结果；比较所述求和结果和预设的捕获门限值，若所述求和结果超过所述预设的捕获门限值，则确定捕获到导航信号。

所述粗位置及当前基准时间模块220，包括：

粗位置单元221，用于将所述发射机的位置确定为自身初始化粗位置；根据所述自身初始化粗位置和所述辅助定位信息，确定接收机自身位置，所述辅助定位信息包括移动通信网络定位信息和/或无线网络定位信息；

当前基准时间单元222，用于根据所述接收机自身位置、所述发射机的位置、本地晶振频率、所述测距码和所述测距码的起始基准时间，确定当前基准时间。具体用于：根据所述接收机自身位置和所述发射机的位置，确定所述广播信号的传播时延；根据所述测距码的起始基准时间和所述广播信号的传播时延，确定所述广播信号的参考基准时间；获取相邻测距码之间的本地晶振周期数，根据所述本地晶振周期数和本地晶振频率，确定偏移时间；根据所述参考基准时间和所述偏移时间，确定当前基准时间。

所述时钟频率误差及多普勒模块230，包括时钟频率误差单元231，所述时钟频率误差单元，具体用于：获取相邻测距码之间的本地晶振周期数；根据至少两个所述本地晶振周期数，计算本地晶振周期平均数；根据所述本地晶振周期平均数、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差。

由于本实施例所提供的接收机200是本发明所提供的导航信息接收方法所对应的装置，本发明中所述的导航信息接收方法所对应的各实施例均相应的适用于本接收机200，不再赘述。

本发明所提供的接收机，通过解调接收到的广播信号，能够持续的、实时的接收到发射机跟踪到的原始导航电文，从而允许更长时间的相关运算，从而捕获更加微弱的导航信号。利用本发明所述的方法，导航电文的实际延迟小于3倍的Te，即，导航电文的延迟小于三倍的等长帧的持续时间。在低延迟的调频数据广播系统中，优化后的实际值小于1秒。

进一步的，本发明所提供的接收机，通过利用发射机的位置和辅助定位信息，能够快速获取到更加精确的接收机自身位置信息，通过接收到的所述广播信号中的测距码，结合本地晶振频率，快速的计算接收机时钟频率误差和当前基准时间，由于在后续的导航信号的捕获过程中，所述接收机自身位置信息、时钟频率误差和当前基准时间是关键的基础参数，因此，本实施例提供的接收机计算时钟频率误差的方法能够提高捕获导航信号的速度和精度。

进一步的，本发明所提供的接收机通过解调出的广播信号中的相关导航信息，进行导航信号的捕获，由于所述广播信号以很小的周期持续的发送，能够实时的获取原始导航电文，且时钟频率误差和所述多普勒变化率能够减少和频率搜索的范围，因此，本实施例提供的接收机进行导航信号捕获的方法能够提高捕获导航信号的速度、精度和灵敏度。

图9为一个实施例中的导航信息广播系统的结构示意图，如图9所示的一个实施例中的导航信息广播系统包括发射机100和接收机200：

所述发射机100接收并解调导航卫星信号，获取解调结果，所述解调结果包括可见导航卫星编号、原始导航电文、测距码；根据所述解调结果同步发射机自身基准时间及校准发射机自身时钟频率；根据所述解调结果和预设时长周期性发送广播信号，所述广播信号由至少两个连续的子广播信号组成，每个所述子广播信号均包括所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文，所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为所述测距码，所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置和所述导航卫星的星历中的至少一个；

所述接收机200接收并解调所述广播信号；根据所述发射机的位置、所述测距码、所述测距码的起始基准时间、辅助定位信息和本地晶振频率，确定接收机自身位置和当前基准时间；根据所述接收机自身位置、所述当前基准时间、所述导航卫星的星历、所述测距码、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差、载波多普勒和多普勒变化率；根据所述时钟频率误差、所述载波多普勒、所述多普勒变化率、所述测距码、所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文捕获导航信号。

具体的，如图9所示，本发明所提供的导航信号广播系统，包括至少一个接收机200，利用数字调频广播进行导航辅助的系统包括一个广播发射机A1，它接收来自导航卫星的导航信号。导航卫星的例子如GPS导航卫星A5和北斗导航卫星A6。GPS和北斗在我国是最常用的，有时为了改善导航定位性能还使用俄罗斯的格洛纳斯和欧洲的伽利略导航卫星。通常，为了实现与导航卫星的时间同步，广播发射机A1一般接收四颗以上导航卫星信号。广播发射机A1在调频频段发射根据数字调频广播信号，该信息从GPS导航卫星A5和北斗导航卫星A6中获得。数字调频广播信号经过无线传播发送给发射机A1的覆盖范围A7内的所有接收机A2、A3和A4。

本实施例所提供的导航信息广播系统，将导航信息结合数字调频广播信号进行周期性的广播发送，尤其将可见导航卫星编号和原始导航电文进行周期性、实时的发送，并结合测距码、发射机的位置、测距码的起始基准时间等其他导航信息，解决导航信号捕获过程中由于导航电文延迟导致的灵敏度低的问题，有效提高卫星导航信号的室内可用性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种导航信息广播方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

发射机接收并解调导航卫星信号，获取解调结果，所述解调结果包括可见导航卫星编号、原始导航电文、测距码；

根据所述解调结果同步发射机自身基准时间及校准发射机自身时钟频率；

根据所述解调结果周期性发送广播信号，所述广播信号由至少两个连续的子广播信号组成，每个所述子广播信号均包括所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文，所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为所述测距码，或所述广播信号中，除所述第一个子广播信号外，剩余的至少一个子广播信号的起始位置为所述测距码，或所述广播信号中所有子广播信号的起始位置为所述测距码，所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置和所述导航卫星的星历中的至少一个。

2.根据权利求1所述的导航信息广播方法，其特征在于，所述广播信号中的至少一个子广播信号还包括所述发射机的覆盖半径。

3.一种导航信息接收方法，其特征在于，所述方法包括：

接收机接收并解调发射机周期性广播的广播信号，所述广播信号由至少两个连续的子广播信号组成，每个所述子广播信号均包括可见导航卫星编号和原始导航电文，所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为测距码，所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置和所述导航卫星的星历中的至少一个；

根据所述发射机的位置、所述测距码、所述测距码的起始基准时间、所述接收机的辅助定位信息和本地晶振频率，确定接收机自身位置和当前基准时间；

根据所述接收机自身位置、所述当前基准时间、所述导航卫星的星历、所述测距码、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差、载波多普勒和多普勒变化率；

根据所述时钟频率误差、所述载波多普勒、所述多普勒变化率、所述测距码、所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文捕获导航信号。

4.根据权利要求3所述的导航信息接收方法，其特征在于，所述根据所述发射机的位置、所述测距码、所述测距码的起始基准时间、所述接收机的辅助定位信息和本地晶振频率，确定接收机自身位置和当前基准时间，具体包括：

将所述发射机的位置确定为自身初始化粗位置；

根据所述自身初始化粗位置和所述辅助定位信息，确定接收机自身位置，所述辅助定位信息包括移动通信网络定位信息和/或无线网络定位信息；

根据所述接收机自身位置、所述发射机的位置、本地晶振频率、所述测距码和所述测距码的起始基准时间，确定当前基准时间。

5.根据权利要求4所述的导航信息接收方法，其特征在于，所述根据所述接收机自身位置、所述发射机的位置、本地晶振频率、所述测距码和所述测距码的起始基准时间，确定当前基准时间，具体包括：

根据所述接收机自身位置和所述发射机的位置，确定所述广播信号的传播时延；

根据所述测距码的起始基准时间和所述广播信号的传播时延，确定所述广播信号的参考基准时间；

获取相邻测距码之间的本地晶振周期数，根据所述本地晶振周期数和本地晶振频率，确定偏移时间；

根据所述参考基准时间和所述偏移时间，确定当前基准时间。

6.根据权利要求3所述的导航信息接收方法，其特征在于，所述根据所述接收机自身位置、所述当前基准时间、所述导航卫星的星历、所述测距码、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差，具体包括：

获取相邻测距码之间的本地晶振周期数；

根据至少两个所述本地晶振周期数，计算本地晶振周期平均数；

根据所述本地晶振周期平均数、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差。

7.根据权利要求3所述的导航信息接收方法，其特征在于，所述根据所述时钟频率误差、所述载波多普勒、所述多普勒变化率、所述测距码、所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文捕获导航信号，具体包括：

根据所述多普勒变化率修正本地载波频率；

根据所述载波多普勒预设第一频点，根据所述第一频点、所述测距码和所述时钟频率误差，对导航信号进行累积并获取累积结果；

判断所述累积结果中是否接收到所述导航电文，若已接收到所述导航电文，则将至少两个累积结果剔除导航电文后求和，获取求和结果；

比较所述求和结果和预设的捕获门限值，若所述求和结果超过所述预设的捕获门限值，则确定捕获到导航信号。

8.一种发射机，其特征在于，所述发射机包括：

接收解调模块，用于接收并解调导航卫星信号，获取解调结果，所述解调结果包括可见导航卫星编号、原始导航电文、测距码；

同步校准模块，用于据所述解调结果同步发射机自身基准时间及校准发射机自身时钟频率；

发送模块，用于根据所述解调结果周期性发送广播信号，所述广播信号由至少两个连续的子广播信号组成，每个所述子广播信号均包括所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文，所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为所述测距码，或所述广播信号中，除所述第一个子广播信号外，剩余的至少一个子广播信号的起始位置为所述测距码，或所述广播信号中所有子广播信号的起始位置为所述测距码，所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置和所述导航卫星的星历中的至少一个。

9.根据权利要求8所述的发射机，其特征在于：

所述发送模块，还用于发送所述广播信号，且所述广播信号中的至少一个子广播信号还包括所述发射机的覆盖半径。

10.一种接收机，其特征在于，所述接收机包括：

接收解调模块，用于接收机接收并解调发射机周期性广播的广播信号，所述广播信号由至少两个连续的子广播信号组成，每个所述子广播信号均包括可见导航卫星编号和原始导航电文，所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为测距码，所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置和所述导航卫星的星历中的至少一个；

粗位置及当前基准时间模块，用于根据所述发射机的位置、所述测距码、所述测距码的起始基准时间、所述接收机的辅助定位信息和本地晶振频率，确定接收机自身位置和当前基准时间；

时钟频率误差及多普勒模块，用于根据所述接收机自身位置、所述当前基准时间、所述导航卫星的星历、所述测距码、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差、载波多普勒和多普勒变化率；

捕获模块，用于根据所述时钟频率误差、所述载波多普勒、所述多普勒变化率、所述测距码、所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文捕获导航信号。

11.根据权利要求10所述的接收机，其特征在于，所述粗位置及当前基准时间模块，包括：

粗位置单元，用于将所述发射机的位置确定为自身初始化粗位置；根据所述自身初始化粗位置和所述辅助定位信息，确定接收机自身位置，所述辅助定位信息包括移动通信网络定位信息和/或无线网络定位信息；

当前基准时间单元，用于根据所述接收机自身位置、所述发射机的位置、本地晶振频率、所述测距码和所述测距码的起始基准时间，确定当前基准时间。

12.根据权利要求11所述的接收机，其特征在于，所述当前基准时间单元，具体用于：

根据所述接收机自身位置和所述发射机的位置，确定所述广播信号的传播时延；

根据所述测距码的起始基准时间和所述广播信号的传播时延，确定所述广播信号的参考基准时间；

获取相邻测距码之间的本地晶振周期数，根据所述本地晶振周期数和本地晶振频率，确定偏移时间；

根据所述参考基准时间和所述偏移时间，确定当前基准时间。

13.根据权利要求10所述的接收机，其特征在于：所述时钟频率误差及多普勒模块，包括时钟频率误差单元，所述时钟频率误差单元，具体用于：

获取相邻测距码之间的本地晶振周期数；

根据至少两个所述本地晶振周期数，计算本地晶振周期平均数；

根据所述本地晶振周期平均数、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差。

14.根据权利要求10所述的接收机，其特征在于，所述捕获模块，具体用于：

根据所述多普勒变化率修正本地载波频率；

根据所述载波多普勒预设第一频点，根据所述第一频点、所述测距码和所述时钟频率误差，对导航信号进行累积并获取累积结果；

判断所述累积结果中是否接收到所述导航电文，若已接收到所述导航电文，则将至少两个累积结果剔除导航电文后求和，获取求和结果；

比较所述求和结果和预设的捕获门限值，若所述求和结果超过所述预设的捕获门限值，则确定捕获到导航信号。

15.一种导航信息广播系统，其特征在于，包括发射机和接收机：

所述发射机接收并解调导航卫星信号，获取解调结果，所述解调结果包括可见导航卫星编号、原始导航电文、测距码；根据所述解调结果同步发射机自身基准时间及校准发射机自身时钟频率；根据所述解调结果和预设时长周期性发送广播信号，所述广播信号由至少两个连续的子广播信号组成，每个所述子广播信号均包括所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文，所述广播信号中的第一个子广播信号的起始位置为所述测距码，所述广播信号中的至少一个子广播信号包括所述测距码的起始基准时间、所述发射机的位置和所述导航卫星的星历中的至少一个；

所述接收机接收并解调所述广播信号；根据所述发射机的位置、所述测距码、所述测距码的起始基准时间、辅助定位信息和本地晶振频率，确定接收机自身位置和当前基准时间；根据所述接收机自身位置、所述当前基准时间、所述导航卫星的星历、所述测距码、本地晶振频率、相邻测距码的基准时间间隔，计算时钟频率误差、载波多普勒和多普勒变化率；根据所述时钟频率误差、所述载波多普勒、所述多普勒变化率、所述测距码、所述可见导航卫星编号和所述原始导航电文捕获导航信号。