TWI425238B - 全球導航衛星系統（ｇｎｓｓ）接收器的定位方法 - Google Patents

全球導航衛星系統（ｇｎｓｓ）接收器的定位方法 Download PDF

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Description

全球導航衛星系統(GNSS)接收器的定位方法
本發明涉及導航接收器，尤其涉及全球導航衛星系統(GNSS)接收器中座標之測定方法。目前實務上有幾種全球導航衛星系統，美國的全球定位系統(GPS)、俄羅斯全球導航衛星系統(Glonass)、歐洲的伽利略(Galileo)導航系統、以及中國的北斗(Beidou)或者羅盤(Compass)定位系統。
導航接收器接收全球導航衛星系統接收器航空器(SVs)發出的訊號，測量這些訊號的參數，即虛擬距離和載波頻率的都卜勒頻移。虛擬距離的測量係通過對無線電訊號副載波之相位測定來進行，該包括有一偽隨機序列(或偽隨機碼)之副載波係借助於相位調製覆疊到載波上。例如，在全球定位系統中，副載波是片碼速率為1.023兆赫(MHz)，週期為1毫秒(ms)的黃金碼(Gold codes)。在俄羅斯全球導航衛星系統(Glonass)中，副載波是一最大長度序列(M sequence)，其同樣具有1毫秒週期，但是其片碼速率是511千赫(kHz)。
此外，在全球導航衛星系統中，於同一訊號中，航空器發送有關航空器軌道的資料、板上參考振盪頻率以及時標(星曆資料)。資料借助具有每秒傳送位元數的相位調製於訊號中傳輸，例如，在全球定位系統和俄羅斯全球導航衛星系統中，每秒傳送位元數(bit-per-second,bps)為50。資料被歸類成一些有規律的重複格式。
在全球定位系統中，資料格式包括“字(word)”(0.6秒長)、“子訊框(sub-frame)”(10個字，6秒長)、“訊框(frame)”(30秒長)、以及“超訊框(super-frame)”(12.5分鐘長)。每一個子訊框的第一個字包括握手字(Handover Word,HOW)，其包含星期時間(Time of Week,TOW)，握手字能夠測定測量出的虛擬距離和都卜勒頻移參考所必須的，具有精確度的接收器中的時間。每一個資料訊框的第一、第二和第三子訊框包括有星曆資料。
在俄羅斯全球導航衛星系統中，資料格式包括“行”(2秒長)、“訊框”(30秒長)以及“超級訊框”(2.5分鐘長)。星曆資料被放置于每個俄羅斯全球導航衛星系統資料訊框的頭四行中。每個資料行攜帶星曆資料的幾個參數。時序信息在每個資料訊框第一行的tk參數中。
導航接收器中資料的接收，從資料位邊緣的同步開始。縱然虛擬隨機噪聲碼(Pseudo Random Noise code，PRN Code)的同步定義了碼週期(1毫秒)內訊號的到達時間，但是，沒有給出相應50位元速率的資料傳輸速率的20毫秒位元持續時間內位元邊緣位置的信息。完成資料位元同步之後，接收器開始解調資料位元，借助於誤差校正碼對接收到的位元進行校驗，把校驗位嵌入到資料中。最後，資料碼流被解碼以擷取出資料格式(在全球定位系統中，資料格式為：字、子訊框、訊框、超訊框)。
全球導航衛星系統的航空器在大約20000公里的高度繞地球運行。相應地，訊號從航空器到接收器典型的傳遞時間大約是60-80毫秒。因此，在80毫秒以下範圍內，一個完整的(明確的)虛擬距離一定可以被傳遞(測量)。源於訊號擷取過程的虛擬隨機噪聲碼同步完成後，即可得到1毫秒不明確(或不完整)的虛擬距離測量值。1毫秒不明確(或不完整)的虛擬距離測量值意指測量出的虛擬距離在1毫秒部分是正確的，但是並不包括為了虛擬距離完整的表現而必須被加到不完整(不明確)虛擬距離上的未知整數數量的1毫秒間隔。因此，對於全球導航衛星系統(全球定位系統、俄羅斯全球導航衛星系統)訊號，同步的初始階段後，可以得到1毫秒虛擬距離。
取得在全球導航衛星系統(全球定位系統、俄羅斯全球導航衛星系統)訊號中傳輸之衛星資料位元的同步，允許虛擬距離明確表現的間隔延伸到20毫秒。如此一來，在接收器中即可取得20毫秒(仍然是不完整)的虛擬距離。
在全球導航衛星系統接收器中，至少從全球導航衛星系統的一個航空器接收時序資料(全球定位系統中為星期時間，俄羅斯全球導航衛星系統中為tk)後，才進行完整的虛擬距離測量。
為了能夠進行完整的虛擬距離測量，在接收器中進行資料位元同步和時序資料的接收需要花費一定的時間。花費時間的多少有賴於接收器的特性和接收訊號的環境條件。大概地，取得位元同步的時間可能從一秒的一小部分到幾秒。相比之下，時序資料通過全球導航衛星系統航空器(全球定位系統中為星期時間，俄羅斯全球導航衛星系統中為tk)的傳輸有一個重複週期，在全球定位系統中該重複週期為6秒，在俄羅斯全球導航衛星系統中為30秒。除此之外，有鑒于於接收器中接收開始的隨機性和應用，通常，為了改善接收器中資料的可靠性，會進行一些附加資料的檢測，即使在無障礙的全球導航衛星系統訊號接收環境條件下(強訊號)，也可能試驗性地花費10-40秒從事時序資料的接收。
在有障礙的全球導航衛星系統訊號接收環境條件下，例如：室內、或者郊外的峽谷，信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)下降可能導致為得到完整虛擬距離而花費的時間成倍增加，或者甚至根本就不可能得到完整虛擬距離。與此同時，即便是弱訊號，模糊虛擬距離通常可以通過接收器被測量，且星曆資料可以從替代來源(alternate sources)中獲得。例如：在全球導航衛星系統中，接收器旨在追蹤交通工具，交通工具即將運行的整段時間內的星歷資料可以預先植入接收器中。另一個例子是目前廣泛應用之技術，全球導航衛星系統接收器內部星曆表的長期(幾天時間)預測技術。
如此一來，在全球導航衛星系統接收器中採用不完整的(模糊的)虛擬距離對接收器定位是當前重大的一個問題。
美國專利第7,535,414號公開了一種解決這個問題的方法，其假設在計算導航接收器的座標時，通過將不完整虛擬距離測量值的不確定因子列入預估參數的向量來解決不完整虛擬距離測量值的不確定因子問題。並且，使用都卜勒測量來獲取接收器座標的初始近似值和被選航空器參考訊號的虛擬距離測量不確定因子數值。只有當用以計算虛擬距離的不確定因子整數數值的精確度達至明確，虛擬距離的不確定因子整數數值才能被固定。這種方法之缺陷可被列舉如下：其計算比較複雜；需要形成額外的虛擬距離差異測量組合；計算涉及到一個大的矩陣；以及極可能解決不完整虛擬距離的不確定因子需要多套一般的時間測量，這可能導致固定全球導航衛星系統接收器的第一座標所需的時間增加。與傳統的具有完整虛擬距離的全球導航衛星系統接收器座標計算方法相比，這些缺陷顯得此方法相當複雜。
美國專利第6,417,801號公開了另外一種方法，其通過將測量時間的修正加入到預估參數的向量，以解決不完整虛擬距離的不確定因子問題。測試所有可能的不確定因子整數組合，通過最小化殘差的標準選出適合的一個。然而，該方法儘管簡單，也存在顯著的缺陷。一方面，必須獲得足夠準確的全球導航衛星系統接收器的初始座標信息，例如：從移動通信基地台。這意味著全球導航衛星系統接收器接收這資料的複雜性。另一方面，為了找到允許使用該方法計算全球導航衛星系統接收器座標的這些座標，需要橫跨這套初始座標進行一個很長的搜索。這搜索包括從一些可能的初始近似值的組合計算出模範虛擬距離值，到真正的全球導航衛星系統接收器座標值，這是全球導航衛星系統接收器的座標測定中一個最資源密集型的過程。
因此，本發明之一目的，在於提供一種應用於全球導航衛星系統接收機中的快速、精確的座標測定方法。其沒有上述悉知技術方法中的缺陷，也就是，與具備完整虛擬距離的座標測定相比，其不需要附加外部信息，不需要冗長的橫跨虛擬距離測量之不確定因子的搜索，亦不需要很複雜的計算結構。
本發明得到的技術結果是：在航空器訊號的時間修正資料的解碼時間間隔內測定全球導航衛星系統接收器的座標是不可能的，因此，對於全球導航衛星系統時間標度測量的精確時間標記是不存在的，且該測量是不完整的，也就是，該測量是以1毫秒模數或20毫秒模數完成。
本發明的技術方案如下，一種全球導航衛星系統(GNSS)移動接收器之測定座標方法，其中該接收器接收和處理的複數訊號係來自於複數航空器，該方法基於所述處理，執行虛擬距離與都卜勒頻移的測量，擷取星曆資料，以及根據所述之測量值來測定全球導航衛星系統接收器之一座標，包含以下步驟：步驟一：由該全球導航衛星系統接收器之一初始座標之一誤差δ 以定義一模糊模數N；步驟二：隨著該模糊模數大於或者等於N，對複數個測量的虛擬距離進行計數，當該虛擬距離計數不足以進行該全球導航衛星系統接收器之座標測定時，由複數都卜勒測量值調節該初始座標，調節之後，基於一初始之全球導航衛星系統接收器座標、一測量時間之初始近似值以及該星曆資料，按後續步驟執行全球導航衛星系統接收器之座標計算的迭代過程；步驟三：計算複數模擬的虛擬距離值、複數虛擬距離殘差以及一衍生矩陣，該虛擬距離殘差係定義為複數測量值與以模數N毫秒取模得到的複數模擬值之間的一偏差，而該衍生矩陣係通過複數調節參數而得；步驟四：通過于該複數虛擬距離殘差之複數計算值上增加或者減去N毫秒進行該複數虛擬距離殘差之最小化，最小化處理後，隨著該複數虛擬距離測量值，按後續步驟執行該全球導航衛星系統接收器之座標計算的迭代過程；步驟五：由該模糊模數N限度之內可能的該複數殘差之所有組合、由該複數調節參數而得的該衍生矩陣及該複數殘差之所有組合中的一最小化修正值集計算該全球導航衛星系統接收器的複數座標修正值；步驟六：通過該複數虛擬距離殘差與該衍生矩陣計算全球導航衛星系統接收器座標之複數修正值；以及步驟七：將該複數修正值加到該全球導航衛星系統接收器之該座標上；當第一次迭代時，步驟四之後，執行步驟五和步驟七，在後續的迭代中，步驟四之後，執行步驟六和步驟七，當該全球導航衛星系統接收器之該複數座標修正值變得足夠小，以能滿足該全球導航衛星系統接收器座標計算所需之精確度時，迭代中斷；否則，返回到步驟三，然後，當由最後一次迭代所得的該全球導航衛星系統移動接收器的該座標被認為是起點時，進一步的迭代被完成。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉若干較佳實施例，並配合所附圖示，做詳細說明於後。
參閱圖1所示的模塊原理圖，將通過對全球導航衛星系統接收器功能解釋的例子對本發明方法的最佳實施例進行進一步的描述。類比前端1.2放大、轉換為中頻、選擇以及數位化，也就是將該訊號轉換為一序列數位取樣訊號，通過天線1.1被收集的全球導航衛星系統訊號。並且，類比前端1.2利用來自參考振盪器1.3之訊號，參考振盪器1.3之訊號還提供全球導航衛星系統接收器之時標訊號。數位降頻器1.4通過處理器1.9的控制將全球導航衛星系統訊號取樣轉換為基頻，通常還執行一些附加的處理，例如：訊號干擾抑制、改變取樣率(例如取樣優化)、附加數位濾波。基頻轉換之取樣儲存於訊號記憶體1.5中。取樣寫入訊號記憶體1.5之速率必須與所選訊號之頻寬相匹配，且滿足通常被接受之奈奎斯特(Nyquist)定理。因此，對於虛擬隨機噪聲碼之片碼率接近1兆赫的全球定位系統C/A訊號，其合成數位取樣的速率必須至少不低於2兆赫。取樣從訊號記憶體1.5中被讀到相關器引擎1.6中的速率高於寫入訊號記憶體1.5中的速率。如此一來，對不同訊號參數假設之複數相關係數累加之加速即完成，這是對弱的全球導航衛星系統訊號進行有效處理過程所需的。相關器引擎1.6中獲得的相關係數累加被儲存於累加記憶體1.8中。頻域引擎1.7將序列的相關係數累加變換為訊號功率的光譜。本發明之最佳實施例中，所述頻域引擎1.7系採用快速傅立葉變換(FFT)。作為所述頻域引擎1.7中的一個變換例子，可以使用一個64點的快速傅立葉變換。功率光譜的中間儲存係於累加記憶體1.8中完成。模塊1.9控制全球導航衛星系統接收器的操作和各種演算法的執行以及計算步驟，其包括有一個處理器，該處理器具有相關的程式和資料記憶體、以及使外部資料能通過資料介面1.10進行傳送之資料介面控制器。
在本發明的一個可行的實施例中，相關器引擎1.6包括複數並行的相關器通道。如圖2所示為一個相關器通道的例子。從訊號記憶體1.5中讀取的訊號取樣2.10饋入混碼器2.3的輸入端。數控振盪器碼2.1和數控振盪器載波2.4根據來自處理器1.9，包括有訊號複本之頻率與相位的控制訊號2.11及2.12生成本地複本訊號成分。數控振盪器碼2.1產生的複本訊號成分通過虛擬隨機噪聲碼產生器2.2進入混碼器2.3，而數控振盪器載波2.4產生的複本訊號成分直接進入載波混合器2.5。混碼器2.3的輸出連接到載波混合器2.5的第二輸入端。載波混合器2.5中的複數乘法結果饋入同相累加器2.6和正交累加器2.7，生成相關統計信息(累加)2.13，2.14。從數控振盪器碼2.1，虛擬隨機噪聲碼產生器2.2和載波混合器2.4中得到的當前值分別鎖存入觀測虛擬距離寄存器2.9和觀測載波寄存器2.8中，相應地，其輸出為虛擬距離2.16和都卜勒測量值2.15。虛擬距離2.16是一個以1毫秒取模的不完整虛擬距離。基於相關統計信息(累加)2.13、2.14，執行資料位邊緣的同步化和資料接收與解碼(資料格式的解碼)。接收和儲存星曆資料係通過處理器1.9來完成。
接收器中全球導航衛星系統訊號的同步化階段參見圖3的時序圖所示。在圖3所示時間標度中，從接收器接通3.1開始，開始進行如下的階段：訊號擷取(虛擬隨機噪聲碼同步)3.5，數據位同步化3.6，數據接收和解碼3.7。
在航空器訊號之數據位同步階段期間，可得到不完整的1毫秒虛擬距離測量值。在航空器訊號之數據接收和解碼階段期間，即事件3.3之後，事件3.4之前，可以得到對這些航空器訊號之不完整的20毫秒虛擬距離測量值。事件3.4之後，能夠得到完整的虛擬距離測量值。當獲得足夠數目的全球導航衛星系統航空器訊號不完整虛擬距離測量值，和這些航空器的星歷資料出現時，本發明方法即可實現于取得完整虛擬距離之前獲得定位解決方案。
從圖3所示的時序圖中可以看出，從接收器接通直到具有完整虛擬距離的第一固定定位的時間間隔(TTFF,Time-to-First Fix)，即從一個全球導航衛星系統航空器中接收星期時間(全球定位系統)或tk(俄羅斯全球導航衛星系統)訊號的事件3.4之前，包括數據位同步(3.6)的時間，其可以達到幾秒，以及數據的接收和解碼3.7(關於全球導航衛星系統時間信息)的時間，其可以達到，舉例而言，10-40秒。另一方面，具有1毫秒虛擬距離的第一固定定位的時間間隔係通過到達事件3.2的時間間隔來定義。鑒於現代的接收器中訊號的擷取(虛擬隨機噪聲碼同步)時間可能更短，例如，取決於訊號的強度和接收器的位置與時間之先驗信息的品質，從1秒的小部分到數秒的單元，很清楚地，使用不完整虛擬距離測量進行座標測定與使用完整虛擬距離相比，可數倍減少第一固定定位的時間間隔。
本發明之重點如圖4資料流程圖所示。如上所述，測量都卜勒效應4.1係於相關器引擎1.6中完成。虛擬距離測量值4.9的測量虛擬距離4.2係基於從相關器引擎1.6接收到的1毫秒虛擬距離、在步驟3.6中獲得的有關數據位邊緣同步的信息以及數據接收和解碼步驟3.7中獲得的星期時間(全球定位系統)或tk(俄羅斯全球導航衛星系統)，於處理器1.9中完成。據此，獲得不完整的1毫秒、20毫秒虛擬距離或者完整的虛擬距離。值得注意的是，都卜勒效應測量和虛擬距離測量永遠伴隨著全球導航衛星系統接收器內部時標的時間點。依據先驗座標與時間4.14之誤差，從所有的虛擬距離測量值4.9中選出適當的虛擬距離測量值4.16。
星歷資料4.10從提供星歷資料模塊4.3進入虛擬距離殘差計算模塊4.5。星歷資料4.10在數據接收與解碼步驟3.7中被接收，或者是從替代來源接收。例如：在全球導航衛星系統中，接收器旨在追蹤交通工具，交通工具即將運行的整段時間內的星歷資料可以預先植入接收器中。另一個例子是目前廣泛應用之技術，全球導航衛星系統接收器內部星曆表的長期(幾天時間)預測技術。
更精確的座標和時間初始近似值4.11系於初始調節器4.4中由都卜勒測量值4.8、星歷表資料4.10和先驗座標與時間4.14計算而得，該更精確的初始近似值4.11進一步被儲存於模塊4.7中。
利用選定虛擬距離測量值4.16及調節過的座標與時間初始近似值4.11，加上星歷資料4.10，完成虛擬距離殘差計算4.5。
由來自模塊4.5的虛擬距離殘差值4.12，進行時間與座標之修正值4.13的計算4.6。於模塊4.7中，完成座標和時間的修正請求以及儲存全球導航衛星系統接收器的座標和時間。
圖5的流程圖表示出了本發明方法的應用步驟。
如前所述，全球導航衛星系統接收器接收並處理來自航空器的訊號，從而為全球導航衛星系統的航空器測量不完整的1毫秒、20毫秒虛擬距離、完整的虛擬距離、都卜勒頻移，並提供星曆資料。一般而言，接收器中存在有關先驗座標與時間4.14的信息，該信息通常伴隨著定位誤差δ的估計。
由已接收並處理過的L個航空器訊號，於模塊5.1中完成虛擬距離與都卜勒頻移之測量，以及星曆資料之提供。
在模塊5.2中，按如下方法由定位誤差δ計算模糊模數N(毫秒)，δ＜150公里時，N=1；150公里δ＜3000公里時，N=20。
在模塊5.3中，對於大於或等於N之模糊模數，選擇M個虛擬距離。邏輯模塊5.4進行檢測判斷虛擬距離數量M是否已足夠計算接收器的座標。
在模塊5.5中，使用如下修正向量Δ D ，由都卜勒測量值調節初始位置。
其中，Δx, Δy, Δz 為初始座標修正值；為初始速度修正值；ΔF 為參考振盪器1.3的頻率修正；t 為時間；ΔT 為測量的時間修正。
在模塊5.5中，計算Δ D 之方程式可以表示如下：
其中，Δ為測量出的都卜勒測量值與其模擬值的偏差的向量，為L維；G 係由調整過的參數而得的衍生矩陣，其中第L行表示如下：
R 为第i個航空器模擬距離；i =1,...,L；x,y,z 為初始座標。
在模塊5.5中，使用來自模塊5.1的星曆資料，計算已測量出的虛擬距離與模擬值之間偏差的向量Δ、以及衍生矩陣G。在模塊5.5中，修正向量Δ D 在多次迭代中被加到初始座標上，直到初始座標修正Δ D 變得足夠小，足以達到初始座標調節所需求之精確度，迭代才中止，例如，在1公里以下。通過都卜勒測量值調節，初始座標誤差δ 通常顯著地小於150公里。
有著減小座標誤差δ 的方程式(2)的解以及，相應地，初始座標之調節可能發生或者不發生，此係通過邏輯模塊5.6的檢測判斷。模塊5.1、5.2、5.3、5.5以及5.6以循環方式執行，直到模塊5.4中的檢測允許轉到具有M個虛擬距離之座標計算。
接下來的步驟中，基於初始座標值、測量時間之初始近似值、以及來自模塊5.1的星曆資料，在模塊5.7中計算虛擬距離的模擬值、衍生矩陣H、和虛擬距離殘差ΔR j (j =1,...,M )。衍生矩陣H將于後面進行定義，虛擬距離殘差ΔR j (j =1,...,M )等於測量出的虛擬距離與虛擬距離的模擬值之間的偏差。由於座標誤差δ 小於N/2*c公里(c為光速，N=1時，N/2*c等於150公里；而N=20時，N/2*c等於3000公里)，ΔR j 的偏差必定小於N/2毫秒。如果任何一個殘差ΔR j 大於N/2毫秒，則在模塊5.8中減去N毫秒。如果任何一個殘差ΔR j 小於-N/2毫秒，則在模塊5.8中加上N毫秒。以這種方式，模塊5.8輸出為最小化的殘差ΔR 。
由於任何殘差均可能存在±N毫秒的不確定因子，於是在進一步的處理過程中，整組可能的ΔR j , ΔR j +N, ΔR j -N, 均有可能被使用。
由虛擬距離測量值，使用修正向量Δ P =( Δx, Δy, Δz, Δt, ΔT) 計算接收器之座標。
計算修正向量Δ P 的方程可以表示為：
H ‧Δ P =ΔR, 　(3)
其中，衍生矩陣H係通過調節參數於模塊5.7中計算而得，其M行表示如下：
其中，j =1 ,...,M ;Δt 為全球導航衛星系統接收器之時標修正。
為解方程式(3)，通過邏輯模塊5.13控制，應用一個迭代過程。第一次迭代過程中，由邏輯模塊5.9控制，對於虛擬距離殘差ΔR j , ΔR j +N, ΔR j -N, 的所有組合以及衍生矩陣H，於模塊5.10中計算所有可能的修正向量Δ P 。對應虛擬距離殘差ΔR j , ΔR j +N, ΔR j -N, 中最小之修正向量Δ P 為模塊5.10之輸出，其並為模塊5.12中座標和時間的更新所用。在除了第一次以外的其他所有迭代中，自殘差向量ΔR 和衍生矩陣H於模塊5.11中計算修正向量Δ P 。模塊5.7-5.12以循環方式執行，直到邏輯模塊5.13中的檢測顯示修正向量Δ P 小至足以達到座標計算之精確度需求，例如：小於0.1米。
模塊5.14輸出全球導航衛星系統接收器之座標。
如上所述，本發明係通過採用比美國專利第7,535,414揭露之方法更簡單的方法，由不完整(模糊)的測量虛擬距離來解決全球導航衛星系統接收器之座標定位問題。本發明的方法簡單是因為如下因素：將時間參數△T納入向量Δ P 中，這避免了引入參考航空器，避免了由於虛擬距離偏差而導致附加之測量值組合的測定，且於自都卜勒測量值調節接收器座標時，避免了參考航空器之不完整(模糊)虛擬距離不確定值的測定。基於查找殘差△R j , △R j +N, △R j -N, 減少的組合，最小化修正值Δ P 到初始座標之標準，這可以避免引入不完整虛擬距離的不確定因子到修正向量Δ P 中，這能夠使得計算中涉及的矩陣維數減少，且提高了自不完整虛擬距離的單一即時測量中測定全球導航衛星系統接收器座標的概率。
利用由都卜勒測量值(模塊5.5)進行初始位置調節與最小化修正值到初始座標之標準取代最小化虛擬距離殘差之標準，相較於美國專利第6,417,801中揭露的方法，這明顯減少了計算的量。計算量的減少主要是因為消除了橫跨所有初始近似值到座標值之模擬虛擬距離計算，這是全球導航衛星系統接收器座標測定的常規方法中最費工的一個過程。
雖然本發明已以若干較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1.1．．．天線
1.2．．．類比前端
1.3．．．參考振盪器
1.4．．．數位降頻器
1.5．．．訊號記憶體
1.6．．．相關器引擎
1.7．．．頻域引擎
1.8．．．累加記憶體
1.9．．．處理器
1.10．．．資料介面
2.1．．．數控振盪器碼
2.2．．．虛擬隨機噪聲碼產生器
2.3．．．混碼器
2.4．．．數控振盪器載波
2.5．．．載波混合器
2.6‧‧‧同相累加器
2.7‧‧‧正交累加器
2.8‧‧‧觀測載波寄存
2.9‧‧‧觀測虛擬距離寄存器
圖1係使用本發明方法之全球導航衛星系統接收器主要部分的模塊框圖。
圖2係使用本發明方法之全球導航衛星系統接收器的相關器引擎的模塊框圖。
圖3係全球導航衛星系統接收器中傅立葉變換的時序特徵圖。
圖4係本發明方法的其中一個實施例的資料流程圖。
圖5係本發明方法操作之邏輯順序流程圖。

Claims (4)

  1. 一種全球導航衛星系統(GNSS)接收器之測定座標方法，其中該接收器接收和處理的複數訊號係來自於複數航空器，該方法執行虛擬距離與都卜勒頻移的測量，擷取星曆資料，以及根據該測量來測定全球導航衛星系統接收器之一座標，包含以下步驟：步驟一：由該全球導航衛星系統接收器之一初始座標之一誤差δ以定義一模糊模數N；步驟二：以大於或者等於N之複數個模糊模數，對複數個測量的虛擬距離進行計數，當該虛擬距離計數不足以進行該全球導航衛星系統接收器之座標測定時，由複數都卜勒測量值調節該初始座標，當該虛擬距離計數足以進行該全球導航衛星系統接收器之座標測定時，基於一初始之全球導航衛星系統接收器座標、一測量時間之初始近似值以及該星曆資料，按後續步驟執行全球導航衛星系統接收器之座標計算的迭代過程；步驟三：計算複數模擬的虛擬距離值、複數虛擬距離殘差以及一衍生矩陣，該虛擬距離殘差係為複數測量值與以該模糊模數N毫秒取模得到的複數模擬值之間的一偏差，而該衍生矩陣係通過複數調節參數而得；步驟四：通過于該複數虛擬距離殘差之複數計算值上增加或者減去N毫秒進行該複數虛擬距離殘差之最小化，最小化處理後，隨著該複數虛擬距離測量值，按後續步驟執行該全球導航衛星系統接收器之座標計算的迭代過程； 步驟五：由該模糊模數N限度之內該複數殘差之所有組合、由該複數調節參數而得的該衍生矩陣及該複數殘差之所有組合中的一最小化修正值集計算該全球導航衛星系統接收器的複數座標修正值；步驟六：透過該複數虛擬距離殘差與該衍生矩陣計算全球導航衛星系統接收器座標之複數修正值；以及步驟七：將該複數修正值加到該全球導航衛星系統接收器之該座標上；其中，當第一次迭代時，步驟四之後，執行步驟五和步驟七，在後續的迭代中，步驟四之後，執行步驟六和步驟七，當該全球導航衛星系統接收器之該複數座標修正值變得足夠小以滿足該全球導航衛星系統接收器座標計算所需之精確度時，迭代中斷；否則，返回到步驟三。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中當由最後一次迭代所得的該全球導航衛星系統移動接收器的該座標被認為是起點時，後續的迭代完成。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中步驟一係由該全球導航衛星系統接收器之該初始座標誤差δ定義該模糊模數N，當δ值在未滿150千米時，N等於1毫秒；當δ值從150千米以上到3000米時，N等於20毫秒。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中步驟二如果從該複數都卜勒測量值上調節該初始座標不成功，則完成新的虛擬距離和都卜勒測量、以及資料擷取；如果調節成功，則步驟一、步驟二循環執行，直到以該複數個等於或大於N之模糊模數進行虛擬距離測量而得到的座標 測定變得合理。
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