專(zhuān)利名稱(chēng)：用于確定接收信標(biāo)信號(hào)與重建信號(hào)之間相關(guān)性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及確定在一方面由信標(biāo)發(fā)送并由跟蹤所述信標(biāo)的接收機(jī)接收的信號(hào)與另一方面預(yù)期要在所述接收機(jī)上從所述信標(biāo)接收的重建信號(hào)之間相關(guān)性的方法。為了確定相關(guān)性，使接收信號(hào)和重建信號(hào)彼此相對(duì)移位。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及在接收信號(hào)包括無(wú)用正弦調(diào)制的情況下確定相關(guān)。本發(fā)明同樣涉及對(duì)應(yīng)的接收機(jī)和包括接收機(jī)的定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
GPS(全球定位系統(tǒng))是基于對(duì)信標(biāo)所發(fā)信號(hào)進(jìn)行評(píng)估的已知定位系統(tǒng)。GPS中的星座由圍繞地球旋轉(zhuǎn)并作為信標(biāo)的20多個(gè)衛(wèi)星組成。這些衛(wèi)星的分布確保從地球上任意點(diǎn)通?？煽吹?到8個(gè)衛(wèi)星。每個(gè)亦稱(chēng)為空間飛行體(SV)的衛(wèi)星發(fā)送兩種微波載波信號(hào)。其中一種載波信號(hào)L1用于承載標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(SPS)的導(dǎo)航消息和代碼信號(hào)。L1載波相位由每個(gè)衛(wèi)星使用不同的C/A(粗捕獲)碼調(diào)制。因此，不同的衛(wèi)星獲得了不同的傳輸信道。C/A碼將頻譜擴(kuò)展到1MHz帶寬上，每隔1023比特重復(fù)，該代碼的出現(xiàn)時(shí)間間隔為1毫秒。L1信號(hào)的載頻還用導(dǎo)航信息以50比特/秒的比特率進(jìn)行調(diào)制，該信息具體而言包括星歷和年歷數(shù)據(jù)。星歷參數(shù)描述了相應(yīng)衛(wèi)星軌道的近程區(qū)域。根據(jù)這些星歷參數(shù)，在衛(wèi)星處于相應(yīng)所述區(qū)域的任意時(shí)間，算法可估計(jì)衛(wèi)星的位置。使用星歷參數(shù)計(jì)算的軌道很精確，但天文參數(shù)僅在短時(shí)間內(nèi)有效，即大約2-4小時(shí)。相反，年歷數(shù)據(jù)包含粗略的軌道參數(shù)?；谀隁v數(shù)據(jù)計(jì)算的軌道精度不如基于星歷數(shù)據(jù)計(jì)算的軌道，但它們的有效時(shí)間可超過(guò)一周。年歷和星歷數(shù)據(jù)還包括時(shí)鐘校正參數(shù)，這些參數(shù)指示衛(wèi)星時(shí)鐘與通用GPS時(shí)間的當(dāng)前偏差。
此外，每隔6秒周時(shí)(time-of-week)TOW計(jì)數(shù)會(huì)作為另一部分的導(dǎo)航消息報(bào)告。
其位置要確定的GPS接收機(jī)接收由當(dāng)前可用衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)，并且接收機(jī)的跟蹤單元根據(jù)不同的包括C/A碼檢測(cè)并跟蹤不同衛(wèi)星使用的信道。接收機(jī)先確定每個(gè)衛(wèi)星發(fā)送的代碼發(fā)送時(shí)間。通常，估計(jì)的發(fā)送時(shí)間由兩部分組成。第一部分是從衛(wèi)星信號(hào)的譯碼導(dǎo)航消息中提取的TOW計(jì)數(shù)，它具有6秒精度。第二部分是基于從接收機(jī)跟蹤單元接收指示TOW的比特的時(shí)間對(duì)歷元(epoch)和碼片計(jì)數(shù)。歷元和碼片計(jì)數(shù)為接收機(jī)提供了特定接收比特發(fā)送時(shí)間的毫秒和亞毫秒。
根據(jù)發(fā)送時(shí)間和接收機(jī)上信號(hào)的到達(dá)TOA的測(cè)量時(shí)間，確定了信號(hào)從衛(wèi)星傳播到接收機(jī)所需的飛行時(shí)間TOF。通過(guò)將此TOF乘以光速，它可轉(zhuǎn)換為接收機(jī)與相應(yīng)衛(wèi)星之間的距離。特定衛(wèi)星與接收機(jī)之間的計(jì)算距離稱(chēng)為偽距，這是因?yàn)樵诮邮諜C(jī)中未精確地知道通用GPS時(shí)間。通常，接收機(jī)根據(jù)一些初始估計(jì)值計(jì)算信號(hào)的精確到達(dá)時(shí)間，初始時(shí)間估計(jì)值越精確，位置和精確時(shí)間計(jì)算就越有效。網(wǎng)絡(luò)可以但不是必須向接收機(jī)提供參考GPS時(shí)間。
隨后，由于接收機(jī)位于一組衛(wèi)星的偽距相交處，因此，計(jì)算的距離和估計(jì)的衛(wèi)星位置允許計(jì)算接收機(jī)的當(dāng)前位置。為能夠計(jì)算接收機(jī)的三維位置，需要接收機(jī)時(shí)鐘的時(shí)間偏差、4個(gè)不同GPS衛(wèi)星的信號(hào)。
如果一個(gè)接收機(jī)信道上導(dǎo)航數(shù)據(jù)可用，則包括在接收信號(hào)中的發(fā)送時(shí)間指示還可在時(shí)間初始化中用于校正接收機(jī)的時(shí)鐘誤差。在GPS中，定位需要使用初始時(shí)間估計(jì)。對(duì)于初始時(shí)間估計(jì)，大約0.078秒的衛(wèi)星信號(hào)平均傳播時(shí)間會(huì)加到從導(dǎo)航信息提取的發(fā)送時(shí)間中。相加結(jié)果用作信號(hào)到達(dá)時(shí)間的估計(jì)值，該估計(jì)值與精確到達(dá)時(shí)間相差在大約20毫秒內(nèi)。隨后，接收機(jī)為不同衛(wèi)星確定相應(yīng)信號(hào)離開(kāi)衛(wèi)星的時(shí)間。使用當(dāng)前時(shí)間的初始估計(jì)值，接收機(jī)通過(guò)光速進(jìn)行換算，形成了以秒或米為單位的偽距測(cè)量值，作為相應(yīng)信號(hào)從衛(wèi)星傳播到接收機(jī)的時(shí)間間隔。從確定的偽距計(jì)算出接收機(jī)位置后，接著可以從標(biāo)準(zhǔn)GPS等式計(jì)算接收的精確時(shí)間，精度達(dá)1微秒。
然而，為能夠使用此類(lèi)時(shí)間初始化，需要衛(wèi)星信號(hào)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。目前，多數(shù)GPS接收機(jī)是為戶(hù)外操作而設(shè)計(jì)的，具有良好的衛(wèi)星信號(hào)電平。因此，只需良好的傳播條件便可確保獲得所述時(shí)間初始化所需的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
與此相反，在傳播條件差時(shí)，由于高誤碼率和弱信號(hào)電平使得穩(wěn)健的導(dǎo)航比特譯碼無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此，可能無(wú)法從接收的衛(wèi)星信號(hào)提取足夠精確的導(dǎo)航消息。這種差的傳播條件通常發(fā)生在室內(nèi)，使得時(shí)間初始化和偽距測(cè)量更加困難。
對(duì)于由于導(dǎo)航數(shù)據(jù)有干擾而無(wú)法應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間初始化方法的那些情況，可以通過(guò)時(shí)間恢復(fù)方法執(zhí)行接收機(jī)的時(shí)間初始化過(guò)程。一些已知的時(shí)間恢復(fù)方法基于跟蹤信號(hào)與預(yù)期信號(hào)的互相關(guān)，以定義發(fā)送時(shí)間，這將在下文中解釋。
即使在差的傳播條件下，接收機(jī)仍可跟蹤GPS衛(wèi)星的信號(hào)并提供原始數(shù)據(jù)而不評(píng)估包含的比特值。此外，可從網(wǎng)絡(luò)獲得例如星歷和/或年歷數(shù)據(jù)等有關(guān)衛(wèi)星的一些信息，GPS信號(hào)內(nèi)容的先驗(yàn)知識(shí)可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航數(shù)據(jù)流某些片段的重建。接著，使用基于互相關(guān)的技術(shù)可將重建的數(shù)據(jù)用于時(shí)間初始化和位置計(jì)算。
對(duì)于互相關(guān)方法，將接收的原始數(shù)據(jù)和預(yù)期數(shù)據(jù)彼此相對(duì)移位。對(duì)于每個(gè)移位位置，執(zhí)行兩個(gè)信號(hào)重疊部分的逐點(diǎn)乘法，考慮不同的抽樣率。在對(duì)應(yīng)每次移位位置的乘法后對(duì)結(jié)果求積分。預(yù)期信號(hào)與接收的原始數(shù)據(jù)的重疊部分之間的最佳匹配假定為積分中產(chǎn)生最高值的移位位置。
此最佳匹配允許確定接收信號(hào)上的時(shí)戳，即最后比特邊沿發(fā)送時(shí)間，類(lèi)似于常規(guī)方式中的TOW。由此時(shí)戳，隨后可通過(guò)從此時(shí)戳對(duì)對(duì)應(yīng)的歷元和碼片計(jì)數(shù)，估計(jì)跟蹤信號(hào)的發(fā)送時(shí)間。通過(guò)將平均飛行時(shí)間或更精確的飛行時(shí)間估計(jì)值加上估計(jì)的發(fā)送時(shí)間，可獲得接收機(jī)時(shí)間。或者，可對(duì)GPS等式求解以確定精確的接收機(jī)時(shí)間。這種替代方法構(gòu)成了確定精確接收機(jī)時(shí)間的常規(guī)方法，但它需要至少4個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)的估計(jì)發(fā)送時(shí)間。
然而，在互相關(guān)方法中，由于跟蹤環(huán)衛(wèi)星未完美地消除接收信號(hào)中的失真，因而可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。在弱信號(hào)條件下，接收機(jī)跟蹤單元的操作模式很不穩(wěn)定，并且在跟蹤的原始數(shù)據(jù)中可能保留了嚴(yán)重的正弦調(diào)制。特別是相關(guān)接收機(jī)和衛(wèi)星移動(dòng)和時(shí)鐘不精確導(dǎo)致的多普勒頻移會(huì)引起此類(lèi)未補(bǔ)償?shù)念l率失真。
即使小量殘余多普勒頻移也是危險(xiǎn)的，這是因?yàn)榛诨ハ嚓P(guān)的時(shí)間恢復(fù)方法在幾秒(通常為1到6秒)內(nèi)進(jìn)行積分。即使在互相關(guān)期間實(shí)現(xiàn)了完美匹配，但由于正弦調(diào)制，互相關(guān)值可能非常小。這在以下事實(shí)中很清楚在原始數(shù)據(jù)與重建的比特正確對(duì)齊且進(jìn)行兩數(shù)組中樣本逐元素相乘后，消除了數(shù)據(jù)調(diào)制，而正弦調(diào)制仍保留。在實(shí)際環(huán)境中，多普勒調(diào)制通常很隨機(jī)，但在最壞的情況下，會(huì)導(dǎo)致固定的調(diào)制頻率。隨后，互相關(guān)算法將對(duì)復(fù)合正弦波求積分并輸出一個(gè)很小的值。因此，將檢測(cè)不到接收的原始數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的預(yù)期信號(hào)片段之間的匹配。
在已知的補(bǔ)償正弦調(diào)制方式中，接收和預(yù)期的信號(hào)均分別乘以信號(hào)本身移位的復(fù)共軛形式。隨后，以常規(guī)方式將接收和預(yù)期的信號(hào)互相關(guān)。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種互相關(guān)方法，用于在信標(biāo)的跟蹤信號(hào)中補(bǔ)償殘余的正弦調(diào)制，具體而言是多普勒調(diào)制。本發(fā)明的另一目的是提供一種補(bǔ)償信標(biāo)跟蹤信號(hào)中的正弦調(diào)制的已知方法的替代方法。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)確定在一方面由信標(biāo)發(fā)送并由跟蹤所述信標(biāo)的接收機(jī)接收的信號(hào)與另一方面預(yù)期要在所述接收機(jī)上從所述信標(biāo)接收的重建信號(hào)之間相關(guān)性的方法，實(shí)現(xiàn)了這些目的，其中使所述接收信號(hào)和所述重建信號(hào)彼此相對(duì)移位。所建議的方法包括的第一步驟是對(duì)于每個(gè)移位位置將所述接收信號(hào)和所述重建信號(hào)相應(yīng)重疊部分相乘。具體而言，所述乘法可以在相應(yīng)重疊部分逐點(diǎn)執(zhí)行。但乘法應(yīng)考慮所述接收信號(hào)與所述重建信號(hào)抽樣率的可能差異。
所述建議的方法包括的第二步驟是將每個(gè)移位位置的重疊部分劃分為幾個(gè)段，并對(duì)每段內(nèi)前一步驟產(chǎn)生的乘積求積分。要注意的是，在這些積分運(yùn)算開(kāi)始前并非一定要完成前一步驟的乘法。此外，在接收信號(hào)和重建信號(hào)的原樣本上執(zhí)行前一步驟的乘法前，可以已經(jīng)執(zhí)行了段劃分。唯一相關(guān)的是要單獨(dú)對(duì)每段的結(jié)果乘積求積分。
在所述建議方法的第三步驟中，將相應(yīng)第一段的積分結(jié)果與相應(yīng)第二段積分結(jié)果的復(fù)共軛形式相乘。相應(yīng)第二段到相應(yīng)第一段具有預(yù)定距離。此步驟對(duì)預(yù)定數(shù)量的第一段執(zhí)行，最好是對(duì)作為第一段且在預(yù)定距離存在第二段的所有段執(zhí)行。
隨后在第四步驟中對(duì)第二次乘法產(chǎn)生的乘積求積分。最后，至少在第四步驟中確定不同移位位置的最大值。具有最大值的移位位置最好是具有最大相關(guān)性的期望移位位置。
要注意的是，由于具有最大相關(guān)性的假定移位位置可能不是很準(zhǔn)確，因此，結(jié)果相關(guān)值可能有小的變化。因此，例如，在某些信噪比條件下如果懷疑最大相關(guān)產(chǎn)生足夠強(qiáng)的值，則可能確定的不只是最高相關(guān)值，而是幾個(gè)最高相關(guān)值。隨后可在期望的進(jìn)一步處理中嘗試所有相關(guān)聯(lián)的位置。
本發(fā)明目的還可通過(guò)接收機(jī)實(shí)現(xiàn)，所述接收機(jī)包括用于接收和跟蹤從至少一個(gè)信標(biāo)傳來(lái)的信號(hào)的裝置和用于實(shí)現(xiàn)所述建議方法的處理裝置。
本發(fā)明的目的還可通過(guò)定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述定位系統(tǒng)包括接收機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的至少一個(gè)網(wǎng)元。此網(wǎng)絡(luò)可以是移動(dòng)通信網(wǎng)或任何其他網(wǎng)絡(luò)。接收機(jī)同樣包括用于接收并跟蹤從至少一個(gè)信標(biāo)傳來(lái)的信號(hào)的裝置和用于實(shí)現(xiàn)所述建議方法步驟的處理裝置。另外，所述接收機(jī)還包括與所述網(wǎng)絡(luò)通信的裝置。
最后，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明目的，其中所述建議方法的步驟由在所述系統(tǒng)接收機(jī)外部的系統(tǒng)處理單元實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，接收機(jī)包括用于接收和跟蹤從至少一個(gè)信標(biāo)傳來(lái)的信號(hào)的裝置和用于將接收和跟蹤的信標(biāo)信號(hào)提供給所述處理單元的裝置。所述處理單元還可包括其他功能。例如，它可以由連接到所述接收機(jī)并能夠與移動(dòng)通信網(wǎng)進(jìn)行通信以接收信息塊的移動(dòng)臺(tái)提供。它還可以由具有所需信息塊的網(wǎng)絡(luò)的某個(gè)網(wǎng)元提供。
本發(fā)明的基本思想是用于時(shí)間恢復(fù)的互相關(guān)技術(shù)可以使其不受殘余正弦調(diào)制影響的方式加以修改。普通的互相關(guān)對(duì)每個(gè)移位位置執(zhí)行兩個(gè)信號(hào)的乘法，接著求積分。根據(jù)本發(fā)明，這種求積分操作分為兩個(gè)步驟，在兩個(gè)步驟之間還插入了一個(gè)操作。首先，將乘法中產(chǎn)生的樣本分成幾段，并且只對(duì)各段的相應(yīng)樣本求部分積分。第一積分步驟中產(chǎn)生的信號(hào)還乘以其本身的復(fù)共軛與移位形式。只有在此之后，對(duì)結(jié)果信號(hào)求積分才可獲得對(duì)應(yīng)一個(gè)移位位置的單一結(jié)果。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是接收機(jī)的跟蹤環(huán)衛(wèi)星提供的信號(hào)中殘余調(diào)制在互相關(guān)本身中得到補(bǔ)償，這構(gòu)成了已知方法的替代方法。本發(fā)明還有的優(yōu)點(diǎn)是接收機(jī)的靈敏度提高了。
從從屬權(quán)利要求中可清楚本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，部分積分的段長(zhǎng)度由無(wú)用正弦調(diào)制的預(yù)期最大可能頻率，即最大可能多普勒頻率定義。另外，在確定段長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)將接收信號(hào)中每比特樣本數(shù)量考慮在內(nèi)。
在又一優(yōu)選實(shí)施例，相應(yīng)第一段和第二段之間預(yù)定的距離同樣根據(jù)接收信號(hào)中存在的無(wú)用正弦調(diào)制的預(yù)期最大可能頻率來(lái)確定。該確定還可基于確定的段長(zhǎng)度。第二段可以是緊接于第一段的段，但也可以位于離第一段更遠(yuǎn)的距離。
在執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的相關(guān)前接收信號(hào)最好處于位同步狀態(tài)下，因?yàn)檫@可在接收信號(hào)與重建信號(hào)之間的每個(gè)移位位置中實(shí)現(xiàn)正確的對(duì)齊。
在接收信號(hào)由信標(biāo)發(fā)送時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的方法可用于計(jì)算精確的時(shí)間，這是因?yàn)橹亟ㄐ盘?hào)的比特可與標(biāo)識(shí)相關(guān)聯(lián)，從而能夠確定信標(biāo)發(fā)送它們的時(shí)間。
基于計(jì)算的發(fā)送時(shí)間，根據(jù)本發(fā)明的方法還可用于執(zhí)行接收機(jī)時(shí)間的時(shí)間初始化。
對(duì)于時(shí)間初始化，接收信號(hào)接收時(shí)接收機(jī)的當(dāng)前時(shí)間可精確地確定為確定的精確發(fā)送時(shí)間與飛行時(shí)間之和。飛行時(shí)間可依據(jù)在接收信號(hào)精確的發(fā)送時(shí)間上信標(biāo)的可用位置及接收機(jī)的可用參考位置來(lái)確定。
或者，如果接收機(jī)從至少四個(gè)信標(biāo)接收信號(hào)，并確定這些信號(hào)中每個(gè)信號(hào)的精確發(fā)送時(shí)間，則在接收信號(hào)接收時(shí)接收機(jī)的當(dāng)前時(shí)間可由常規(guī)GPS等式精確確定?？梢圆捎貌煌姆椒ù_定不同信道中信號(hào)的發(fā)送時(shí)間。因此，只需要根據(jù)本發(fā)明的方法，確定至少四個(gè)信標(biāo)中的一個(gè)信標(biāo)的信號(hào)發(fā)送時(shí)間作為GPS等式的基礎(chǔ)。
可理解，用語(yǔ)“精確時(shí)間”不指絕對(duì)精度而僅指很高的精度。
如果接收機(jī)能夠與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，則接收機(jī)可接收各種信息作為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算的基礎(chǔ)。要注意的是，接收機(jī)可與網(wǎng)絡(luò)直接或間接進(jìn)行通信，例如，在網(wǎng)絡(luò)是移動(dòng)通信網(wǎng)時(shí)，可經(jīng)某一移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信。例如，網(wǎng)絡(luò)可為接收機(jī)提供接收機(jī)的參考時(shí)間、此參考時(shí)間的最大誤差、接收機(jī)的參考位置和至少一個(gè)信標(biāo)的位置信息。具體而言，位置信息可包括至少一個(gè)信標(biāo)的星歷數(shù)據(jù)和/或年歷數(shù)據(jù)。一些情況下，網(wǎng)絡(luò)上可用的只有星歷數(shù)據(jù)、只有年歷數(shù)據(jù)或兩者均可用，并且只可提供可用數(shù)據(jù)。如上所述，提供輔助數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)可以是移動(dòng)通信網(wǎng)，但它也可以是能夠通過(guò)諸如DGPS(差分全球定位系統(tǒng))站等網(wǎng)元提供輔助數(shù)據(jù)的其他任何種類(lèi)的網(wǎng)絡(luò)。
在包括網(wǎng)絡(luò)某個(gè)網(wǎng)元的根據(jù)本發(fā)明的定位系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，所述網(wǎng)元為此包括了用于接收和跟蹤至少一個(gè)信標(biāo)信號(hào)的裝置和此外用于為接收機(jī)提供上述至少一個(gè)信息塊的裝置。要注意的是，如果網(wǎng)絡(luò)提供信息塊，則并非要提供所有列出的信息塊。例如，時(shí)間基準(zhǔn)的最大誤差可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)或系統(tǒng)規(guī)格中對(duì)參考時(shí)間的要求來(lái)指定。這種情況下，由于接收機(jī)已知最大誤差，因此，無(wú)需傳遞最大誤差到接收機(jī)。
每個(gè)所述數(shù)據(jù)也可存儲(chǔ)在接收機(jī)中，或者由接收機(jī)中的某一算法提供，或由連接的處理單元提供，例如，提供當(dāng)前時(shí)間估計(jì)值及此估計(jì)值中最大可能誤差的另一時(shí)間恢復(fù)算法。因此，根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)還可不依賴(lài)網(wǎng)絡(luò)的輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行工作。
如果處理裝置缺少某些需要的信息，則只可以重建部分信號(hào)。但通過(guò)小心處理，仍可應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法。例如，未重建的比特可由0來(lái)替代，而重建的1將設(shè)為±1。通過(guò)監(jiān)控具有“0”值的“未重建”比特?cái)?shù)量，可在每次互相關(guān)期間在接收機(jī)中維持控制。如果該數(shù)量不大，則執(zhí)行互相關(guān)，但如果發(fā)現(xiàn)重建的數(shù)組幾乎為空，則不使用此片段，并且接收機(jī)將等待更有利的時(shí)刻。由于通過(guò)滑動(dòng)和互相關(guān)比較了不同相位，因此，互相關(guān)峰值取決于給定階段的編號(hào)“未知”的比特，該編號(hào)從一個(gè)滑動(dòng)位置變到下一個(gè)滑動(dòng)位置?？刹捎靡环N換算方法來(lái)進(jìn)行正確的歸一化，以便根據(jù)本發(fā)明的方法仍可正常地處理一些未知比特。
雖然不是必需，但根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)的互相關(guān)處理最好以軟件的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明尤其可用于當(dāng)前GPS系統(tǒng)中，并同樣可在帶有新信號(hào)的未來(lái)擴(kuò)展GPS系統(tǒng)以及如伽利略(Galileo)等其他類(lèi)似的基于信標(biāo)的定位系統(tǒng)中使用。它還可在要使用接收機(jī)接收的信標(biāo)信號(hào)執(zhí)行互相關(guān)的任何系統(tǒng)中采用。
具體地說(shuō)，信標(biāo)具體可以為但不排他地為衛(wèi)星或移動(dòng)通信網(wǎng)的基站。
最好但并非一定要的是，接收機(jī)為GPS接收機(jī)，而信標(biāo)為GPS空間飛行體。
附圖簡(jiǎn)述下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明示范性實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，由此可清楚本發(fā)明的其他目的和特征，附圖中

圖1顯示了接收信號(hào)的TOT與同一信道中接收的前一最后比特邊沿之間的關(guān)系；圖2顯示了估計(jì)的發(fā)送時(shí)間誤差與前一最后比特邊沿估計(jì)發(fā)送時(shí)間中誤差之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；圖3是說(shuō)明確定GPS接收機(jī)中當(dāng)前時(shí)間的過(guò)程的流程圖；圖4顯示了圖3所示過(guò)程中比特重建時(shí)間間隔的確定；圖5是圖4的續(xù)圖，說(shuō)明原始數(shù)據(jù)數(shù)組與重建比特?cái)?shù)組的互相關(guān)；以及圖6詳細(xì)地說(shuō)明了在圖3過(guò)程中所采用的根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)施例的互相關(guān)。
發(fā)明詳述圖1到圖6說(shuō)明了基于按本發(fā)明加以改進(jìn)的互相關(guān)處理，在GPS接收機(jī)中實(shí)施的用于實(shí)現(xiàn)GPS時(shí)間的時(shí)間恢復(fù)的過(guò)程。GPS接收機(jī)從幾個(gè)GPS衛(wèi)星接收信號(hào)，并能夠由在接收機(jī)跟蹤單元中實(shí)現(xiàn)的跟蹤環(huán)借助相關(guān)器跟蹤至少一個(gè)衛(wèi)星。此外，GPS接收機(jī)包括移動(dòng)臺(tái)的功能，因而能夠從接收機(jī)當(dāng)前連接到的移動(dòng)通信網(wǎng)基站接收其他信息。
GPS接收機(jī)收到上次測(cè)量值的時(shí)間稱(chēng)為當(dāng)前時(shí)間，該當(dāng)前時(shí)間是要在建議的時(shí)間恢復(fù)過(guò)程中確定為精確GPS時(shí)間的時(shí)間。
首先將描述現(xiàn)有的用于衛(wèi)星信號(hào)的一些時(shí)間關(guān)系，建議的時(shí)間恢復(fù)基于這些時(shí)間關(guān)系。
接收機(jī)跟蹤衛(wèi)星時(shí)，它能夠?qū)Υa歷元計(jì)數(shù)，每個(gè)歷元包括1023個(gè)碼片以及完整和部分碼片。這在圖1中通過(guò)時(shí)間條來(lái)說(shuō)明。在所示時(shí)間條上指明了以前接收信號(hào)的最后比特邊沿的發(fā)送時(shí)間。此時(shí)間條上還指示了當(dāng)前接收信號(hào)的發(fā)送時(shí)間。如無(wú)其他說(shuō)明，下面使用的術(shù)語(yǔ)發(fā)送時(shí)間將始終與這種當(dāng)前接收信號(hào)的發(fā)送時(shí)間相關(guān)。發(fā)送時(shí)間可通過(guò)從測(cè)量時(shí)間，即從當(dāng)前時(shí)間減去飛行時(shí)間TOF而計(jì)算得出，TOF是信號(hào)從衛(wèi)星傳播到接收機(jī)所需的時(shí)間。最后比特邊沿的發(fā)送時(shí)間可以類(lèi)似方式確定。
由跟蹤單元應(yīng)用于跟蹤信號(hào)的比特同步算法提供對(duì)應(yīng)于最后比特邊沿的歷元計(jì)數(shù)器讀數(shù)。此外，算法為剛收到的信號(hào)提供歷元/碼片計(jì)數(shù)器讀數(shù)。接收機(jī)從最后比特邊沿的發(fā)送時(shí)間開(kāi)始對(duì)歷元計(jì)數(shù)，直到新接收信號(hào)發(fā)送時(shí)間為止。在本圖示例中，接收機(jī)在最后比特邊沿發(fā)送時(shí)間與當(dāng)前信號(hào)的計(jì)算發(fā)送時(shí)間之間計(jì)到3個(gè)完整的歷元。接收機(jī)此外還計(jì)算了在最后完整歷元與當(dāng)前信號(hào)的計(jì)算發(fā)送時(shí)間之間的碼片。在圖中，在第三個(gè)歷元與當(dāng)前信號(hào)發(fā)送時(shí)間之間存在4個(gè)完整的碼片。最后，接收機(jī)執(zhí)行部分碼片測(cè)量，計(jì)算最后完整碼片與當(dāng)前信號(hào)發(fā)送時(shí)間之間的時(shí)間。由于歷元與碼片在衛(wèi)星上有固定的持續(xù)時(shí)間，因此，從發(fā)送最后比特邊沿到發(fā)送接收信號(hào)的精確持續(xù)時(shí)間可依據(jù)歷元和碼片計(jì)數(shù)來(lái)確定。
從圖1可以明白，在最后比特邊沿的時(shí)間與新信號(hào)離開(kāi)衛(wèi)星的時(shí)間之間存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。這意味著發(fā)送時(shí)間的時(shí)間估計(jì)值誤差會(huì)導(dǎo)致最后比特邊沿發(fā)送時(shí)間估計(jì)值出現(xiàn)相同誤差。因此，精確地估計(jì)最后比特邊沿的發(fā)送時(shí)間可恢復(fù)新信號(hào)的精確發(fā)送時(shí)間。
圖2通過(guò)另一時(shí)間條顯示了在確定最后比特邊沿的精確發(fā)送時(shí)間時(shí)要處理的定時(shí)不確定性。
在圖2所示時(shí)間條的右端，顯示了當(dāng)前信號(hào)真正發(fā)送時(shí)間和估計(jì)的發(fā)送時(shí)間。估計(jì)的發(fā)送時(shí)間是依據(jù)從網(wǎng)絡(luò)接收的當(dāng)前時(shí)間估計(jì)值和假定的飛行時(shí)間來(lái)確定的。這樣，估計(jì)發(fā)送時(shí)間的不精確可因當(dāng)前時(shí)間估計(jì)值的誤差和TOF估計(jì)值的誤差而產(chǎn)生。真正的發(fā)送時(shí)間介于估計(jì)的發(fā)送時(shí)間與在此估計(jì)的發(fā)送時(shí)間的任一方向上的已知最大可能誤差確定的間隔內(nèi)。最大可能誤差取決于參考時(shí)間的質(zhì)量。圖中也顯示了此間隔。
在圖2所示時(shí)間條的左端顯示了最后比特邊沿的真正發(fā)送時(shí)間和最后比特邊沿的估計(jì)發(fā)送時(shí)間Tlb。最后比特邊沿的估計(jì)發(fā)送時(shí)間Tlb是依據(jù)當(dāng)前信號(hào)的估計(jì)發(fā)送時(shí)間和圖1所示從最后比特邊沿開(kāi)始的歷元和碼片計(jì)數(shù)。圖中用雙向箭頭指示了當(dāng)前信號(hào)的發(fā)送時(shí)間和最后比特邊沿的時(shí)間之間的時(shí)間間隔。
最后比特邊沿的估計(jì)發(fā)送時(shí)間Tlb在任一方向上具有與當(dāng)前信號(hào)的估計(jì)發(fā)送時(shí)間一樣的最大可能誤差Terr。最后比特邊沿的估計(jì)發(fā)送時(shí)間Tlb的可能最大誤差的間隔同樣顯示在時(shí)間條上，間隔由下限Tlb-err和上限Tlb+err確定，其中(Tlb+err，Tlb+err)＝(Tlb-Terr，Tlb+Terr)。最后比特邊沿的真正發(fā)送時(shí)間Tlb在此間隔內(nèi)，該間隔因而可認(rèn)為是真正的最后比特邊沿的搜索區(qū)域。
實(shí)現(xiàn)GPS時(shí)間的時(shí)間恢復(fù)的建議過(guò)程基于這些考慮事項(xiàng)，下面將參照?qǐng)D3方框圖對(duì)其進(jìn)行描述，圖3顯示了該過(guò)程的不同步驟。該過(guò)程通過(guò)具有對(duì)應(yīng)軟件的接收機(jī)處理單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。
處理單元從GPS接收機(jī)當(dāng)前連接的基站接收接收機(jī)的參考位置、參考時(shí)間、參考時(shí)間的最大可能誤差及至少一個(gè)衛(wèi)星的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。或者，這種信息可在接收機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)和/或生成。
GPS接收機(jī)當(dāng)前跟蹤至少此衛(wèi)星，并且跟蹤單元另外提供了從對(duì)應(yīng)跟蹤信道到處理單元的原始數(shù)據(jù)。術(shù)語(yǔ)“原始數(shù)據(jù)”指在基帶跟蹤側(cè)跟蹤單元相關(guān)器的輸出上未執(zhí)行比特值的確定。相關(guān)器的輸出包括I(同相)和Q(正交)分量，這些分量在收到處理單元的軟件請(qǐng)求時(shí)以一定精度提供。
如上所述，跟蹤單元還對(duì)跟蹤信號(hào)應(yīng)用比特同步算法。期望在相關(guān)信道中實(shí)現(xiàn)比特同步，這樣，即使比特本身由于噪聲而不容易識(shí)別，也可得知信號(hào)中的比特邊沿。比特邊沿在弱信號(hào)條件中更易于檢測(cè)，這是因?yàn)楸忍赝剿惴ㄊ强s小噪聲帶寬的積分型例程(integration type of routine)。因此，跟蹤單元還可將歷元和碼片計(jì)數(shù)提供給處理單元。
在圖3所示過(guò)程的第一步驟中，確定包含最近接收比特邊沿的正確GPS發(fā)送時(shí)間的時(shí)間間隔。
為此，根據(jù)從基站或從本地時(shí)鐘接收的時(shí)間基準(zhǔn)確定當(dāng)前時(shí)間Tcurr的估計(jì)值?？捎脮r(shí)間估計(jì)值同樣從基站接收或者從系統(tǒng)規(guī)格中知曉，其時(shí)間不確定量再次表示為T(mén)err。為確定所需間隔，除非要使用標(biāo)稱(chēng)的默認(rèn)值0.078秒，否則，另外需要飛行時(shí)間TTOF的估計(jì)值。與累計(jì)到接收信號(hào)最后比特邊沿的連續(xù)原始樣本對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間稱(chēng)為T(mén)raw。如圖1所示，接收機(jī)的跟蹤單元從最后比特邊沿開(kāi)始測(cè)量碼片和歷元計(jì)數(shù)，并將其提供給處理單元。從最后比特邊沿到接收信號(hào)的估計(jì)發(fā)送時(shí)間為止所累計(jì)的歷元、碼片和部分碼片測(cè)量的全部時(shí)間等效值表示為T(mén)FromLastBit。于是預(yù)計(jì)衛(wèi)星的最后比特邊沿發(fā)送時(shí)間在以下間隔內(nèi)(Tlb-err，Tlb+err)≡(Tcurr-TTOF-TFromLastBit-Terr，Tcurr-TTOF-TFromLastBit+Terr)在同樣也在圖3中顯示的第二步驟中，更精確地估計(jì)了最近接收比特邊沿的發(fā)送時(shí)間。此進(jìn)一步估計(jì)是基于將接收的原始數(shù)據(jù)數(shù)組與重建的比特?cái)?shù)組互相關(guān)。圖4說(shuō)明為此而需要進(jìn)行的比特重建間隔確定。
圖4顯示了另一時(shí)間條。與圖2中一樣，其中顯示了最后比特邊沿的估計(jì)發(fā)送時(shí)間Tlb、最后比特邊沿的真正發(fā)送時(shí)間以及最后比特邊沿的估計(jì)發(fā)送時(shí)間Tlb中最大可能誤差的邊界Tlb-err、Tlb+err。第一水平梁a)還顯示了在原始數(shù)據(jù)根據(jù)GPS信號(hào)的已知規(guī)律性及時(shí)回移時(shí)，持續(xù)時(shí)間為T(mén)raw的接收原始數(shù)據(jù)的真正時(shí)間位置正好在最后比特邊沿的真正發(fā)送時(shí)間結(jié)束。假定未知的最后比特邊沿時(shí)間在上述定義的間隔(Tlb-err，Tlb+err)內(nèi)時(shí)，第二水平梁b)顯示了原始數(shù)據(jù)數(shù)組的最早可能位置，以及第三水平梁c)顯示了原始數(shù)據(jù)數(shù)組的最新可能位置。
在比特重建間隔內(nèi)必須從可用導(dǎo)航數(shù)據(jù)中重建比特以得到互相關(guān)，因此，在確定比特重建間隔時(shí)，要確保重建的比特從所示最早可能位置開(kāi)始到所示最新可能位置可用于與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理。這表示從最早可能比特邊沿時(shí)間Tlb-err之前原始數(shù)據(jù)持續(xù)時(shí)間Traw處開(kāi)始，到最新可能最后比特邊沿時(shí)間Tlb+err結(jié)束，都必須提供重建比特。
因此，如圖4中顯示為第四水平梁d)的比特重建間隔可計(jì)算為(Tstart，Tend)≡(Tlb-err-Traw，Tlb+err)。
在下一步驟中，調(diào)用了處理單元幀重建器的導(dǎo)航數(shù)據(jù)重建例程。該例程使用從網(wǎng)絡(luò)接收的衛(wèi)星參數(shù)重建導(dǎo)航數(shù)據(jù)比特。導(dǎo)航比特在整個(gè)確定時(shí)間間隔(Tstart，Tend)內(nèi)重建。比特重建數(shù)組中的每個(gè)比特可由導(dǎo)航消息中的該比特的地址確定，即由幀號(hào)、子幀號(hào)及該子幀中的比特索引確定。
圖5是圖4的繼續(xù)，它再次顯示了最后比特邊沿的真正發(fā)送時(shí)間、最后比特邊沿的估計(jì)發(fā)送時(shí)間Tlb、估計(jì)時(shí)間Tlb-err和Tlb+err的最大可能誤差限制、指示原始數(shù)據(jù)數(shù)組最早可能位置的水平梁b)及表示比特重建間隔的水平梁d)。另外，重建的比特?cái)?shù)組在圖5中顯示為水平梁f)。
在圖3流程圖所示過(guò)程的第三步驟中，在圖5中以水平梁e)表示的原始數(shù)據(jù)數(shù)組與水平梁f)表示的重建比特?cái)?shù)組之間進(jìn)行互相關(guān)，以便找出原始數(shù)據(jù)與重建比特?cái)?shù)組特定片段之間的最佳匹配。
通過(guò)沿重建比特?cái)?shù)組使原始數(shù)據(jù)數(shù)組移位，并將每個(gè)移位位置上的重疊部分互相關(guān)，將水平梁e)表示的原始數(shù)據(jù)數(shù)組中的累積數(shù)據(jù)與水平梁f)表示的重建比特?cái)?shù)組的不同片段進(jìn)行比較，這些片段與原始數(shù)據(jù)數(shù)組具有相同的持續(xù)時(shí)間Traw。每個(gè)移位位置的互相關(guān)結(jié)果收集在一個(gè)數(shù)組中。圖5顯示了表示這種數(shù)組中值的示范分布的圖形g)，這些值與時(shí)間條上用于相關(guān)的重建比特?cái)?shù)組的相應(yīng)片段中的最后比特相關(guān)聯(lián)。從此數(shù)組中選擇最大絕對(duì)值并確定對(duì)應(yīng)的移位位置。與此移位位置相關(guān)聯(lián)的重建數(shù)據(jù)數(shù)組片段預(yù)計(jì)構(gòu)成原始數(shù)據(jù)數(shù)組的最佳匹配。在圖5中，相應(yīng)地在最后比特邊沿的真正發(fā)送時(shí)間顯示了一個(gè)明顯的最大值。
因此，原始數(shù)據(jù)數(shù)組最近接收比特可與重建數(shù)組的確定片段中的最后比特相關(guān)聯(lián)。由于重建間隔中所有重建比特的比特地址已知，因此，同樣可清楚地識(shí)別確定片段的最后比特。子幀或子幀中比特(bit-in-subframe)格式的最后比特標(biāo)識(shí)允許發(fā)現(xiàn)最后比特邊沿的精確GPS發(fā)送時(shí)間。
在圖3所示過(guò)程的另一步驟中，接收信號(hào)離開(kāi)衛(wèi)星的時(shí)間計(jì)算為精確的發(fā)送時(shí)間TTOT。重建比特地址已知為帶有已知的SubframeNumber和LastBitNumber，因而可確定精確發(fā)送時(shí)間的第一分量。處理單元還從跟蹤單元接收了在估計(jì)的最后比特邊沿的歷元計(jì)數(shù)LastBitEpochCount及當(dāng)前歷元計(jì)數(shù)CurrentEpochCount，即接收信號(hào)接收時(shí)的歷元計(jì)數(shù)，以及同樣接收了以秒為單位的亞毫秒碼片計(jì)數(shù)測(cè)量值，該測(cè)量值表示為C/A，允許確定精確發(fā)送時(shí)間的第二分量。整個(gè)精確發(fā)送時(shí)間TTOT可計(jì)算為T(mén)TOT＝SubframeNumber*6s+LastBitNumber*20ms+(CurrentEpochCount-LastBitEpochCount)*1ms+(IntegerChipCountInSeconds)+FrctionalChipcountInSeconds)
在圖3所示過(guò)程的最后步驟中，在接收機(jī)中對(duì)當(dāng)前時(shí)間估計(jì)值加以改進(jìn)。
此改進(jìn)發(fā)生的方式取決于是否可確定至少4個(gè)衛(wèi)星或少于4個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)的精確發(fā)送時(shí)間。
如果收到少于4個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)，則通過(guò)所確定的一個(gè)衛(wèi)星的精確發(fā)送時(shí)間和從此衛(wèi)星的基站接收的星歷數(shù)據(jù)計(jì)算此衛(wèi)星的位置。隨后，根據(jù)基站提供的用戶(hù)參考位置和確定的衛(wèi)星位置計(jì)算飛行時(shí)間。當(dāng)前時(shí)間估計(jì)為精確的發(fā)送時(shí)間與確定的飛行時(shí)間之和。
如果可提供至少4個(gè)衛(wèi)星的精確發(fā)送時(shí)間，則也可使用普通的GPS位置和時(shí)間計(jì)算方法，如最小平方方法。
圖6更詳細(xì)地說(shuō)明了上述方法中的相關(guān)技術(shù)，該技術(shù)用于克服提供給接收機(jī)處理單元的原始數(shù)據(jù)中的殘余正弦調(diào)制所造成的問(wèn)題，即多普勒頻率問(wèn)題。
在圖6所示的第一行a)中，顯示了重建比特?cái)?shù)組。該數(shù)組對(duì)應(yīng)于圖5中以水平梁f)表示的數(shù)組。在當(dāng)前示例中，以每比特一個(gè)樣本對(duì)復(fù)制信號(hào)(replica)抽樣，數(shù)組中的每個(gè)比特以黑色圓點(diǎn)表示。
在第二行b)中，顯示了來(lái)自跟蹤信道的原始數(shù)據(jù)數(shù)組。原始數(shù)據(jù)具有已知的每比特樣本數(shù)，數(shù)組中的每個(gè)比特以黑色圓點(diǎn)表示。此數(shù)組對(duì)應(yīng)于圖5中以水平梁e)表示的數(shù)組。衛(wèi)星信號(hào)具有兩個(gè)分量I和Q，并且每個(gè)原始數(shù)據(jù)樣本解釋為一個(gè)復(fù)數(shù)，其中I和Q分別表示實(shí)部和虛部。
b)行的原始數(shù)據(jù)數(shù)組沿a)行的重建信號(hào)滑動(dòng)，并且處理單元嘗試在復(fù)制信號(hào)中發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的比特圖案。在當(dāng)前滑動(dòng)位置，原始數(shù)據(jù)數(shù)組與重建信號(hào)的一個(gè)片段對(duì)齊，該片段在a)行中由兩條豎線來(lái)定界。
如圖6所示的c)到h)行所示，不直接對(duì)相應(yīng)的兩組數(shù)據(jù)執(zhí)行互相關(guān)，而是采用了改進(jìn)的算法。作為此算法的輸入，提供了包含原始接收信號(hào)(Xs(n))的b)行數(shù)組和包含對(duì)應(yīng)相應(yīng)滑動(dòng)位置的a)行重建信號(hào)(Xr(n))的片段的數(shù)組。此外，還提供了兩個(gè)數(shù)組(Ns、Nr)的長(zhǎng)度、跟蹤(ΔF)后剩余的正弦調(diào)制頻率的可能范圍及接收信號(hào)中的每比特樣本數(shù)(ks/b)。
在第一步驟中，算法將帶有重建信號(hào)片段的數(shù)組和帶有原始數(shù)據(jù)的數(shù)組劃分成同樣大小的幾段，分別如c)行和d)行所示。段(Nss)的長(zhǎng)度從最大可能多普勒頻率ΔF計(jì)算。例如，如果算法的輸入取自跟蹤信道相關(guān)器的輸出，則長(zhǎng)度可例如由如下等式計(jì)算Nss=floor(1000.0.ks/b20ΔF);]]>if(Nss＝0)then Nss＝1。
函數(shù)floor(..)具有不超過(guò)變?cè)档淖罱咏恼麛?shù)輸出。如果由此等式得到的段長(zhǎng)度Nss為零，則將長(zhǎng)度設(shè)為Nss＝1。
現(xiàn)在由算法根據(jù)實(shí)現(xiàn)4個(gè)步驟的兩個(gè)等式來(lái)計(jì)算每個(gè)對(duì)齊位置l的相關(guān)。
第一個(gè)等式用于確定特定對(duì)齊位置l的每段ks的相關(guān)Rsec tion(l，ks)，段數(shù)量表示為Ks 第一個(gè)等式因而執(zhí)行每段中的重建信號(hào)與原始數(shù)據(jù)的逐點(diǎn)樣本乘法步驟，這在等式中通過(guò)Xr與Xs相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)。等式還包括在等式中通過(guò)求和單元？實(shí)現(xiàn)的相干積分步驟。
在圖6所示f)行表示的子相關(guān)結(jié)果隨后以補(bǔ)償或消除剩余正弦調(diào)制的方式在g)行中合并。
為此，第二等式用于將特定對(duì)齊位置l的最終相關(guān)R2(l)確定為R2(1)=Σks=0Ks-1-kshiftRsection(l,ks)Rsection*(l,ks+kshift),]]>
其中 函數(shù)ceil(..)具有超出變?cè)档淖罱咏麛?shù)輸出。
第二等式因而執(zhí)行將子相關(guān)與在時(shí)間上移位kshift的共軛形式相乘的步驟，這在等式中通過(guò)Rsection和R*section相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)。第二等式還執(zhí)行在等式中通過(guò)求和單元？實(shí)現(xiàn)的非相干積分的最終步驟。
如圖6中的h)行所示，當(dāng)前對(duì)齊位置的最終相關(guān)的結(jié)果值放入數(shù)組中的對(duì)應(yīng)位置中。此數(shù)組對(duì)應(yīng)于圖5中的圖g)。
如圖6中的i)行所示，在提供所有對(duì)齊位置的最終相關(guān)值時(shí)通過(guò)算法確定最大值。
最后，如圖6中的j)行所示，確定與此最大相關(guān)性值對(duì)應(yīng)的對(duì)齊位置的相位，以便如以上參照?qǐng)D3所述的那樣，計(jì)算產(chǎn)生原始數(shù)據(jù)的信號(hào)的發(fā)送時(shí)間。
權(quán)利要求
1.一種確定在一方面由信標(biāo)發(fā)送并由跟蹤所述信標(biāo)的接收機(jī)接收的信號(hào)與另一方面預(yù)期要在所述接收機(jī)上從所述信標(biāo)接收的重建信號(hào)之間相關(guān)性的方法，其中，所述接收信號(hào)與所述重建信號(hào)彼此相對(duì)移位，所述方法包括下列步驟a)對(duì)于每個(gè)移位位置將所述接收信號(hào)和所述重建信號(hào)相應(yīng)重疊部分相乘；b)將每個(gè)移位位置的所述重疊部分劃分為幾個(gè)段，并且對(duì)每段內(nèi)所述前一步驟產(chǎn)生的乘積求積分；c)將相應(yīng)第一段所述積分結(jié)果與相應(yīng)第二段積分結(jié)果的復(fù)共軛形式相乘，對(duì)于預(yù)定數(shù)量的第一段，所述相應(yīng)第二段到所述第一段具有預(yù)定距離；d)對(duì)步驟c)中產(chǎn)生的乘積求積分；以及e)至少確定步驟d)中對(duì)應(yīng)于所述不同移位位置產(chǎn)生的最大值，具有所述最大值的所述移位位置是是具有最大相關(guān)性的移位位置最可能的候選。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述段的所述長(zhǎng)度是依據(jù)所述接收信號(hào)中無(wú)用正弦調(diào)制的最大可能頻率來(lái)確定的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述段的所述長(zhǎng)度還依據(jù)所述接收信號(hào)中每比特樣本數(shù)量來(lái)確定。
4.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于所述相應(yīng)第一和第二段之間的所述預(yù)定距離依據(jù)所述接收信號(hào)中無(wú)用正弦調(diào)制的最大可能頻率來(lái)確定。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于包括在步驟a)的所述乘法中將所述接收信號(hào)和所述重建信號(hào)中抽樣率的可能差異納入考慮。
6.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于在執(zhí)行所述步驟a)到d)前為所述接收信號(hào)實(shí)現(xiàn)比特同步。
7.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于所述重建的信標(biāo)信號(hào)通過(guò)以下方式重建-將包含所述已接收信標(biāo)信號(hào)信道中所述已接收信標(biāo)信號(hào)發(fā)送前最后比特邊沿發(fā)送時(shí)間的時(shí)間間隔(Tstart，Tend)計(jì)算為(Tstart，Tend)＝(Tcurr-TTOF-TFromLastBit-Terr-Traw，Tcurr-TTOF-TFromLastBit+Terr)，其中TCurr是所述已接收信標(biāo)信號(hào)的估計(jì)到達(dá)時(shí)間，TTOF是所述已接收信標(biāo)信號(hào)的估計(jì)飛行時(shí)間，TFromLastBit是在所述最后比特邊沿的估計(jì)發(fā)送時(shí)間與所述已接收信標(biāo)信號(hào)估計(jì)發(fā)送時(shí)間之間的確定時(shí)間，Terr是所述可用時(shí)間估計(jì)值Tcurr和TTOF的總時(shí)間不確定量，以及Traw是所述已接收信標(biāo)信號(hào)的長(zhǎng)度；以及-重建所述確定時(shí)間間隔(Tstart，Tend)內(nèi)的所述重建信標(biāo)信號(hào)。
8.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于在所述接收信號(hào)是由所述信標(biāo)發(fā)送時(shí)，在步驟e)后計(jì)算所述精確時(shí)間，所述已接收信標(biāo)信號(hào)的精確發(fā)送時(shí)間是依據(jù)比特地址和時(shí)間差來(lái)計(jì)算的，所述比特地址與所述重建信標(biāo)信號(hào)片段的最后比特相關(guān)聯(lián)，在與所述已接收信標(biāo)信號(hào)的所述互相關(guān)中造成最高相關(guān)值；所述時(shí)間差是所述最后比特邊沿的所述發(fā)送時(shí)間與所述已接收信標(biāo)信號(hào)的所述發(fā)送時(shí)間之差，是依據(jù)收到所述已接收信標(biāo)信號(hào)的信道上的歷元、碼片和部分碼片測(cè)量值來(lái)確定的。
9.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于在步驟e)之后，在所述接收信號(hào)是由所述信標(biāo)發(fā)送時(shí)計(jì)算精確的時(shí)間，以及依據(jù)所述發(fā)送時(shí)間對(duì)所述接收機(jī)時(shí)間進(jìn)行初始化。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于對(duì)于所述時(shí)間初始化，所述接收信號(hào)接收時(shí)所述接收機(jī)的當(dāng)前時(shí)間可精確地確定為確定的精確發(fā)送時(shí)間與飛行時(shí)間之和，所述飛行時(shí)間可依據(jù)在所述接收信號(hào)的精確發(fā)送時(shí)間上所述信標(biāo)的可用位置及所述接收機(jī)的可用參考位置來(lái)確定的。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述接收機(jī)從至少4個(gè)信標(biāo)接收信號(hào)，其中所述時(shí)間初始化包括依據(jù)利用所述至少4個(gè)信標(biāo)信號(hào)的精確發(fā)送時(shí)間的GPS等式在至少一個(gè)所述接收信號(hào)接收時(shí)確定所述接收機(jī)的精確當(dāng)前時(shí)間；其中至少一個(gè)所述信標(biāo)信號(hào)的精確發(fā)送時(shí)間是根據(jù)權(quán)利要求9來(lái)確定的。
12.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于網(wǎng)絡(luò)提供至少以下信息片段之一所述接收機(jī)的參考時(shí)間、參考時(shí)間的最大誤差、所述接收機(jī)的參考位置及至少一個(gè)信標(biāo)的位置信息。
13.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于所述信標(biāo)是衛(wèi)星。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述接收機(jī)是GPS接收機(jī)，并且其中所述衛(wèi)星是GPS航天器。
15.如權(quán)利要求1到12之一所述的方法，其特征在于所述信標(biāo)是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的基站。
16.一種接收機(jī)，其包括用于接收和跟蹤至少一個(gè)信標(biāo)的信號(hào)的裝置和用于實(shí)現(xiàn)如以上權(quán)利要求之一所述方法步驟的處理裝置。
17.一種定位系統(tǒng)，其包括接收機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的至少一個(gè)網(wǎng)元，所述接收機(jī)包括用于與所述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的裝置、用于接收和跟蹤至少一個(gè)信標(biāo)的信號(hào)的接收裝置及實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1到15之一所述方法步驟的處理裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的定位系統(tǒng)，其特征在于所述網(wǎng)元包括用于接收和跟蹤所述至少一個(gè)信標(biāo)的信號(hào)的接收裝置和用于為所述接收機(jī)提供至少以下信息之一的裝置所述接收機(jī)的參考時(shí)間、參考時(shí)間最大誤差、所述接收機(jī)的參考位置及所述信標(biāo)的位置信息。
19.如權(quán)利要求17或18所述的定位系統(tǒng)，其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)是移動(dòng)通信網(wǎng)。
20.一種定位系統(tǒng)，其包括接收機(jī)和所述接收機(jī)外部的處理單元，所述接收機(jī)包括用于接收和跟蹤至少一個(gè)信標(biāo)的信號(hào)的接收裝置和將所接收和跟蹤的信標(biāo)信號(hào)提供給所述處理單元的裝置；并且所述處理單元包括實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1到15所述方法步驟的裝置。
21.如權(quán)利要求20所述的定位系統(tǒng)，其特征在于還包括網(wǎng)絡(luò)的至少一個(gè)網(wǎng)元，其中所述處理單元包括用于與所述網(wǎng)元進(jìn)行通信的裝置；以及其中所述網(wǎng)元包括用于接收和跟蹤所述信標(biāo)的信號(hào)的接收裝置和用于為所述處理單元提供至少以下一個(gè)信息片段的裝置所述接收機(jī)的參考時(shí)間、參考時(shí)間最大誤差、所述接收機(jī)的參考位置及所述信標(biāo)的位置信息。
22.如權(quán)利要求21所述的定位系統(tǒng)，其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)是移動(dòng)通信網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于確定由信標(biāo)發(fā)送并由接收機(jī)跟蹤的信號(hào)與接收機(jī)預(yù)期要接收的重建信號(hào)之間相關(guān)性的方法，其中所述接收信號(hào)和所述重建信號(hào)彼此相對(duì)移位。為提供補(bǔ)償跟蹤信號(hào)中的殘余正弦調(diào)制的可能性，建議在每個(gè)移位位置將接收信號(hào)和重建信號(hào)的樣本相乘并分別在多個(gè)段中求積分。結(jié)果與其本身的經(jīng)移位的復(fù)共軛形式相乘。對(duì)第二次相乘產(chǎn)生的乘積求積分，以得到對(duì)應(yīng)每個(gè)移位位置的一個(gè)最終值。最后，確定相應(yīng)于不同移位位置產(chǎn)生的最終值，將具有最大值的移位位置視為具有最大相關(guān)性的移位位置。
文檔編號(hào)G01S1/00GK1623286SQ02828652
公開(kāi)日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2002年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月28日
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