CN1218190C - 改善网络辅助全球定位系统接收器接收性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布一种改善网络辅助GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)接收器接收性能的方法。根据当前CDMA/GPS信息确定当前时间是否可用于TLM/HOW相干积分。当TLM/HOW相干积分立即可用时，使用TLM/HOW相干积分执行GPS信号捕获搜索。然后，确定信号捕获搜索是否成功。如果信号捕获搜索失败，那么向基站请求导航数据位，这将增加相干积分周期。

Description

改善网络辅助全球定位系统接收器接收性能的方法
                          技术领域
本发明一般涉及全球定位系统(Global Positioning System，GPS)，特别涉及一种提高网络辅助GPS接收器灵敏性和性能的方法。
                          背景技术
网络辅助GPS接收器通过数据链接从基站接收GPS卫星信息，通过向网络辅助GPS接收器提供位置估算和接收灵敏性，这使得网络辅助GPS接收器优于通常的GPS接收器。
每个GPS卫星发送两种微波载波信号，L1和L2。1,575.42GHz频率L1包含对应相位的粗捕获码(coarse acquisition code，C/A码)和导航数据消息的调制数据。C/A码具有1ms的周期。
导航数据消息具有50bps(每秒位数)的传输速率，并且提供正在发送的GPS卫星轨道位置、离GPS时间的时钟偏移和其他系统参数。
图1示出导航数据消息的结构。导航数据消息以帧为基础进行发送。每帧含有五个子帧，每个子帧有300位。
GPS接收器对所接收的GPS卫星信号和自动生成的C/A码作范围为1ms的相干积分，并且将GPS卫星信号和自动生成的C/A码的积分值与阀值进行比较，以获取GPS卫星信号。
传统GPS系统限于在相干积分(coherent integration)中C/A码的积分周期(period)仅为1ms，因为它不知道50bps导航数据位在何时改变。
另一方面，由CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)或PCS(Personal Communication Services，个人通信服务)网络提供的CDMA系统时间精确地同步到GPS时间。因此，CDMA或PCS网络上的网络辅助GPS接收器能获得精确的GPS时间信息，并且对直到20ms且与导航数据位相同长的C/A码作相干积分。当C/A码的积分周期增加时，GPS信号的接收灵敏性就得到提高。20ms积分周期与1ms积分周期相比，提高接收灵敏性大约13dB。
为了将C/A码积分周期增加到20ms或更长，GPS接收器必须知道正在工作中的GPS卫星发送的导航数据位。这些导航数据位可以从先前接收的导航数据位得到，但是存在如下问题：
(1)短期数据，占导航数据位60％，有效期大约为1小时。这意味着导航数据位不能以每小时进行获取。目前不可能精确地估计卫星轨道信息在何时改变；
(2)长期数据，占导航数据位的40％，每5或6天进行更新。由于全部长期数据的传输时间为12.5秒，相应导航数据位不能在这个时间长度内获得；并且
(3)如果导航数据位传输时出现时延，或者服务基站没有提供导航数据位的功能，那么获取相应导航数据位是不可能的。
                          发明内容
因此，本发明的一个目的是通过将C/A码和导航数据位的积分时间维持在一个预定时间或更长提供一种提高GPS信号捕获搜索灵敏性的方法。
通过采用一种改善网络辅助GPS接收器接收性能的方法，可以达到上述目的。根据当前CDMA/GPS信息确定当前时间是否可用于TLM/HOW(Telemetry Word/Hand-Over Word，遥测字/切换字)相干积分。当TLM/HOW相干积分立即可用时，使用TLM/HOW相干积分执行GPS信号捕获搜索。然后，确定信号捕获搜索是否成功。如果GPS信号捕获搜索失败，向基站请求导航数据位增加相干积分周期。
通过采用另一种改善网络辅助GPS接收器接收性能的方法，也可以达到上述目的。该方法包括如下步骤：根据当前CDMA/GPS信息确定当前时间是否可用于遥测字/切换字TLM/HOW相干积分；当TLM/HOW相干积分不立即可用时，执行基于20ms相干积分的GPS信号捕获搜索；确定20ms相干积分信号捕获搜索是否成功；如果20ms相干积分信号捕获搜索失败或者TLM/HOW相干积分立即可用时，使用TLM/HOW相干积分执行GPS信号捕获搜索；确定TLM/HOW相干积分信号捕获搜索是否成功；和如果TLM/HOW相干积分信号捕获搜索失败，通过向基站请求导航数据位增加相干积分周期。
                         附图说明
通过结合附图进行如下详细描述，本发明的上述和其他目的、特性和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出导航数据位的结构；
图2示出包含在导航数据位中的GPS遥测字的结构；
图3示出包含在导航数据位中的切换字的结构；
图4是根据本发明的一个实施例示出网络辅助GPS接收器接收操作的流程图；
图5是根据本发明的另一个实施例示出网络辅助GPS接收器接收操作的流程图。
                        具体实施方式
下面将参照附图对本发明的优选实施例进行描述。在下面描述中，对熟知的功能或结构不作详细描述，因为它们将以不必要的细节使本发明变得难以理解。
本发明准备在获取GPS信号时使用从GPS卫星接收的遥测字(TLM)和切换字(HOW)增加信号搜索灵敏性。由于TLM和HOW的数据位能在任意时间进行估算，因此相干积分能使用TLM和HOW以预定时间，例如20ms或更长进行执行。
GPS导航数据消息以帧为基础进行发送。参照图1，导航数据消息的一帧具有五个子帧。一个子帧包含10个30位字。每个子帧的前两个字分别称作TLM和HOW。
如图1所示，子帧#1包含GPS星期号、航天器(space vehicle，SV)、准确性、卫星状况和SV时钟校正信息，以及TLM和HOW。25个导航数据帧，也就是125个子帧从#1到#5进行重复发送。这些导航数据帧形成时间范围为12.5秒的导航数据消息。
图2示出TLM的结构。
参照图2，TLM的最高有效八位(8个MSB)分配为前同步码，并且具有值10001011。TLM前同步码在每个子帧中相同，并且保持不变而不管卫星轨道或全部卫星轨道的变化。
由于前同步码的导航数据位能以任意时间进行估算，因此可以执行范围为160ms(＝20ms×8)的相干积分。该TLM相干积分与传统20ms相干积分相比，导致接收灵敏性提高大约9dB，计算如下：
          10log(位数)＝10log(8)≌9.03dB
图3示出包含在导航数据消息中的HOW的结构。
参照图3，HOW的MSB为17位，表示能通过CDMA系统时间进行计算的星期时间(time of week，TOW)信息。HOW的TOW与当前时间相关，并且不受卫星轨道或整个卫星轨道变化的影响。
由于HOW中的TOW导航数据位能进行估算，因此可以执行范围为340ms(＝20ms×17)的相干积分。该HOW相干积分与传统20ms相干积分相比，导致接收灵敏性提高大约12dB，计算如下：
          10log(位数)＝10log(17)≌12.3dB
上面TLM或HOW相干积分与传统20ms相干积分相比，在无需接收额外导航数据位的情况下，提高GPS信号的接收灵敏性大约9到12dB。
每6秒出现TLM和HOW。这意味着最长必须等待6秒。因此，网络辅助GPS接收器可以结合使用TLM或HOW相干积分方法和传统20ms相干积分方法。
图4是根据本发明的一个实施例示出网络辅助GPS接收器接收操作的流程图；
参照图4，在步骤410，网络辅助GPS接收器参照当前CDMA/GPS信息确定当前时间是否可用于TLM/HOW相干积分。
如果不可能立即使用TLM/HOW相干积分方法，在步骤420等待TLM/HOW相干积分可用时间，然后在可用时间执行TLM/HOW相干积分。
在步骤430，确定GPS信号是否成功获得。如果捕获搜索成功，过程结束。
在步骤440，如果信号捕获搜索失败，向基站请求额外导航数据位，以增加积分周期。在增加积分周期之后，执行另一GPS信号捕获搜索。如果GPS信号成功获得，那么成功终止另一GPS信号捕获搜索。然而，如果GPS信号捕获搜索没有通过另一GPS信号捕获搜索成功获得，那么表示当前GPS信号电平太低而不能由网络辅助GPS接收器获得，并且，也在这个情况下，终止另一GPS信号捕获搜索。
上述方法通过在用户能等待5到6秒，或由于软件/硬件问题等不适合与TLM/HOW相干积分一起使用传统20ms相干积分的情况下单独使用TLM/HOW相干积分进行实现。
图5是根据本发明的另一个实施例示出网络辅助GPS接收器接收操作的流程图。
参照图5，在步骤510，网络辅助GPS接收器参照当前CDMA/GPS信息确定当前时间是否可用于TLM/HOW相干积分。
在步骤520，如果不能立即使用TLM/HOW相干积分方法，那么执行传统20ms相干积分。在某些情况下，最好使用20ms相干积分执行GPS信号捕获搜索，而不要等待5到6秒直到TLM/HOW相干积分可用。
在步骤530，确定GPS信号是否成功获得。如果捕获搜索成功，过程结束。
在步骤540，如果GPS信号捕获搜索失败，那么参照当前CDMA/GPS信息确定当前时间是否可用于TLM/HOW相干积分。如果不能立即使用TLM/HOW相干积分方法，那么等待TLM/HOW相干积分变为可用。在基于20ms相干积分的信号搜索发生失败之后，在步骤520，需要适当设置用于20ms相干积分的操作时间，以立即进入基于TLM/HOW相干积分的搜索。
在步骤550，在可用时间执行TLM/HOW相干积分。
在步骤560，确定GPS信号是否成功获得。如果捕获搜索成功，过程结束。
在步骤570，如果信号捕获搜索失败，向基站请求额外导航数据位，以增加积分周期。在增加积分周期之后，执行另一GPS信号捕获搜索。如果GPS信号成功获得，那么成功终止另一GPS信号捕获搜索。然而，如果GPS信号捕获搜索没有通过另一GPS信号捕获搜索成功获得，那么表示当前GPS信号电平太低而不能由网络辅助GPS接收器获得，并且，也在这个情况下，终止另一GPS信号捕获搜索。
总之，上述方法结合使用TLM/HOW相干积分和传统20ms相干积分。
根据本发明，与传统20ms相干积分相比，使用TLM/HOW相干积分提高GPS信号的接收敏感性大约9到12dB。TLM和HOW相干积分非常稳定并且可靠，因为它们不受卫星导航信息变化的影响，并且排除了向基站请求额外导航数据位的需要。结合使用TLM/HOW相干积分和传统20ms相干积分，GPS信号捕获搜索可以进行立即执行。
尽管本发明是参照其特定的优选实施例来描述的，但本领域的技术人员应该清楚，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种修改。

Claims (5)

1.一种改善网络辅助全球定位系统GPS接收器接收性能的方法，包括如下步骤：
根据当前CDMA/GP信息确定当前时间是否可用于遥测字/切换字TLM/HOW相干积分；
当TLM/HOW相干积分立即可用时，使用TLM/HOW相干积分执行GPS信号捕获搜索；
确定信号捕获搜索是否成功；和
如果信号捕获搜索成功，结束GPS信号捕获搜索。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括如果TLM/HOW相干积分不立即可用，等待直到TLM/HOW相干积分可用的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：
如果GPS信号捕获搜索失败，向基站请求导航数据位；和
通过使用导航数据位增加相干积分周期，然后执行另一GPS信号捕获搜索。
4.一种改善网络辅助全球定位系统GPS接收器接收性能的方法，包括如下步骤：
根据当前CDMA/GPS信息确定当前时间是否可用于遥测字/切换字TLM/HOW相干积分；
当TLM/HOW相干积分不立即可用时，执行基于20ms相干积分的GPS信号捕获搜索；
确定20ms相干积分信号捕获搜索是否成功；
如果20ms相干积分信号捕获搜索失败或者TLM/HOW相干积分立即可用时，使用TLM/HOW相干积分执行GPS信号捕获搜索；
确定TLM/HOW相干积分信号捕获搜索是否成功；和
如果TLM/HOW相干积分信号捕获搜索失败，通过向基站请求导航数据位增加相干积分周期。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括如果在20ms相干积分信号捕获搜索失败之后TLM/HOW相干积分不立即可用，等待直到TLM/HOW相干积分可用的步骤。
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