專利名稱：通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收器使相關(guān)峰值的檢測生效的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收器使相關(guān)峰值的檢測生效的方法。
背景技術(shù)：
在使用無線電導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(RNSS)類型接收器比如全球定位系統(tǒng)(GPS)或GLONASS接收器的衛(wèi)星定位系統(tǒng)中，用來計算接收器位置的數(shù)據(jù)信號來自于不同衛(wèi)星(至少四個衛(wèi)星，用以確定四個未知的x、y、z和t)。
由每個衛(wèi)星發(fā)射的GPS信號是基于擴頻技術(shù)。因此，該信號是由擴頻信號通過碼分多址(CDMA)方法調(diào)制的二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號。換句話說，數(shù)據(jù)信號的每個位由每個衛(wèi)星特有的擴頻序列替代。該數(shù)據(jù)是以50比特/秒(50比特/秒是0.02秒/比特)串行發(fā)射的。擴頻序列比如Gold偽隨機序列是以高得多的速率發(fā)射的Gold序列可視為具有清晰定義的時鐘周期的一連串比特；詞語“碼矩(code moment)”或者它更常遇到的等效用語“碼片”是指該序列的比特并且引伸指其時長。擴頻序列是以1.023兆碼片/秒的速率發(fā)射的(于是碼片具有約1μs的時長)，并且包括1023個碼片(以及具有1ms的時長)因此每個數(shù)據(jù)比特就有20個序列重復(fù)。
擴頻信號的調(diào)制意味著普通的解調(diào)器將會把收到的信號看作為噪聲。
一般來說，兩個信號fi(t)和fj(t)的相關(guān)函數(shù)f(τ)由等式f(τ)=∫+∞-∞fi(t)·fj(t-τ)·dt]]>給定，其中τ表示可變時間。當(dāng)然在實踐中，該積分并不在-∞至+∞中有效而是在有限時間期間有效，該積分除以所述期間的時長。詞語“自相關(guān)函數(shù)”在函數(shù)fi(t)和fj(t)相同之時是恰當(dāng)?shù)?，詞語“互相關(guān)函數(shù)”在函數(shù)fi(t)和fj(t)不同時是恰當(dāng)?shù)摹?br> 每個衛(wèi)星k具有它自己的偽隨機信號Ck(t)。這些偽隨機信號的每一個具有如下屬性它的自相關(guān)函數(shù)除了在零時間位移的附近之外都是零，在零時間位移的附近它呈現(xiàn)三角形式；換句話說，積分∫+∞-∞Ck(t)·Ck(t-τ)·dt]]>在τ為非零時是零并且在τ為零時處于最大值。
而且，選擇多個信號，其中每個信號都與不同衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)，使得它們的互相關(guān)函數(shù)為零；換句話說，當(dāng)k和k’不同時，無論τ怎樣，積分∫+∞-∞Ck(t)·Ck(t-τ)·dt]]>都是零。
因此將來自衛(wèi)星的擴頻信號選擇為正交的。
當(dāng)接收器想要采集來自特定衛(wèi)星的數(shù)據(jù)時，接收器將收到的信號與相關(guān)衛(wèi)星的偽隨機序列的副本進(jìn)行相關(guān)(衛(wèi)星的序列一次性地分配給該衛(wèi)星，并且在衛(wèi)星的生命期中不改變)。
于是，收到的信號S(T)是由每個衛(wèi)星發(fā)射的信號集之和S(t)=Σk=1nCk(t)·dk(t),]]>其中n是衛(wèi)星的數(shù)量，Ck(t)表示來自衛(wèi)星k的擴頻信號，dk(t)表示來自衛(wèi)星k的數(shù)據(jù)。
在想要采集來自衛(wèi)星m的數(shù)據(jù)時，本地的副本將對應(yīng)于信號Cm(t)。因此，在假定擴頻信號完全地正交，并且進(jìn)行相關(guān)之后，則消除了來自未被尋找的那些衛(wèi)星的所有數(shù)據(jù)(互相關(guān)函數(shù)是零)，僅留下來自衛(wèi)星m的數(shù)據(jù)。由于擴頻序列的時長比數(shù)據(jù)比特的時長小二十倍，所以進(jìn)行相關(guān)是可能的。
信號采集階段包括以依賴于所需檢測性能的深度(該積分的界限)來計算所接收的信號與所需的衛(wèi)星代碼在等效于該代碼的期間(1ms)的時間域上的相關(guān)。
然而，使用上述種類的方案會產(chǎn)生某些困難。
例如在實踐中，來自衛(wèi)星的擴頻信號不會完全地正交。在此情況下，互相關(guān)函數(shù)會產(chǎn)生相關(guān)峰值。這些相關(guān)峰值一般在自相關(guān)峰值以下超過-24dB。然而，如果未被搜尋的衛(wèi)星具有高的發(fā)射功率(比被尋找的衛(wèi)星的發(fā)射功率高24dB的數(shù)量級)，則可能發(fā)生的是，互相關(guān)函數(shù)的次峰值高于被搜尋的自相關(guān)函數(shù)的主峰值。這種情形尤其是在無線波傳播受到干擾的空間中可能出現(xiàn)(一般是在市區(qū)和建筑物內(nèi)部)。該相關(guān)峰值檢測錯誤會導(dǎo)致檢測錯誤(因此導(dǎo)致同步時間錯誤)，因為生效的相關(guān)峰值并不對應(yīng)于被搜尋的衛(wèi)星。這種錯誤對于定位準(zhǔn)確性明顯具有直接影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種使得相關(guān)峰值的檢測生效的方法，該方法確認(rèn)相關(guān)峰值的檢測或者使該檢測無效，該相關(guān)峰值保留了現(xiàn)存的擴頻信號，從而該方法放寬了在設(shè)計衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時對于信號族的設(shè)計施加的正交性約束。
為此，本發(fā)明提出一種使得一個信號與一個本地副本之間的相關(guān)峰值的檢測生效的方法，所述信號由多個導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射并且由RNSS衛(wèi)星無線電導(dǎo)航接收器接收，所述信號對應(yīng)于多個信號之和，所述多個信號中的每個信號由衛(wèi)星發(fā)送并且每個信號由所述衛(wèi)星的擴頻信號特性調(diào)制，所述本地副本由所述接收器生成，所述副本是被尋找的衛(wèi)星的擴頻信號特性的副本，所述方法包括確定作為時間函數(shù)的所述接收信號與所述本地副本之間的相關(guān)函數(shù)的步驟，所述方法的特征在于，它進(jìn)一步包括在所述相關(guān)函數(shù)的矢量的整體上比較所述相關(guān)函數(shù)與作為時間函數(shù)的被尋找的所述衛(wèi)星的所述擴頻信號特性的理論上的自相關(guān)函數(shù)的步驟。
由于本發(fā)明，一旦已經(jīng)檢測出主峰值，就進(jìn)行驗證，將從接收信號中獲得的相關(guān)函數(shù)與理論上的自相關(guān)函數(shù)做比較。主峰值對應(yīng)于計算出的相關(guān)函數(shù)的最高峰值。實踐中，檢測相關(guān)函數(shù)的主峰值，使得假定的同步時間得以確定。計算理論上的自相關(guān)函數(shù)，以獲得以該同步時間為中心的主峰值。這兩個函數(shù)因此在假定的同步時間周圍具有主峰值。這兩個函數(shù)還具有次峰值或波瓣。通過比較次峰值，也就是通過驗證它們是否在同一時間出現(xiàn)，就有可能推斷該檢測的主峰值是否事實上與被尋找的衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)。
而且，本發(fā)明的方法影響了在CDMA系統(tǒng)中用于擴頻序列設(shè)計的方式。該設(shè)計不再需要強制地使得與不同衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的擴頻信號之間的互相關(guān)函數(shù)最小化。這里，該約束可簡單地通過使得理論上的自相關(guān)函數(shù)與每個所述理論上的互相關(guān)函數(shù)不同來放寬。
本發(fā)明的方法有利地包括確定作為時間函數(shù)的被尋找的所述衛(wèi)星的所述擴頻信號特性的所述理論上的自相關(guān)函數(shù)的步驟。
自相關(guān)函數(shù)能夠預(yù)先加以存儲或者每當(dāng)執(zhí)行本發(fā)明的方法時加以確定。
所述比較所述相關(guān)函數(shù)與所述理論上的自相關(guān)函數(shù)的步驟有利地包括比較每個所述函數(shù)的次峰值的步驟。
所述比較步驟有利地包括計算所述相關(guān)函數(shù)與所述自相關(guān)函數(shù)之間的相關(guān)的步驟。
所述擴頻信號有利地是以已知的偽隨機序列替代所述信號的每個比特來調(diào)制所述信號的信號。
在所述相關(guān)峰值的檢測未生效的情況下，所述方法有利地包括如下步驟-確定作為時間函數(shù)的被尋找的所述衛(wèi)星的所述擴頻信號特性與不同于被尋找的所述衛(wèi)星的每個衛(wèi)星的所述擴頻信號特性之間的理論上的互相關(guān)函數(shù)的步驟；以及-比較所述相關(guān)函數(shù)與每個所述理論上的互相關(guān)函數(shù)的步驟。
有利地選擇關(guān)聯(lián)于特定衛(wèi)星的每個所述擴頻信號，使得所述理論上的自相關(guān)函數(shù)與每個所述理論上的互相關(guān)函數(shù)不同。
有利地選擇關(guān)聯(lián)于特定衛(wèi)星的每個所述擴頻信號，使得每個所述理論上的互相關(guān)函數(shù)去相關(guān)。
本發(fā)明還提供一種使得一個信號與一個本地副本之間的相關(guān)峰值的檢測生效的設(shè)備，所述信號由多個導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射并且由RNSS衛(wèi)星無線電導(dǎo)航接收器接收，所述信號對應(yīng)于多個信號之和，所述多個信號中的每個信號由衛(wèi)星發(fā)送并且每個信號由所述衛(wèi)星的擴頻信號特性調(diào)制，被尋找的衛(wèi)星的擴頻信號特性的所述本地副本由所述接收器生成，所述設(shè)備包括用于確定作為時間函數(shù)的所述接收信號與所述本地副本之間的相關(guān)函數(shù)的裝置，所述設(shè)備的特征在于，它進(jìn)一步包括用于在所述相關(guān)函數(shù)的矢量的整體上比較所述相關(guān)函數(shù)與作為時間函數(shù)的被尋找的所述衛(wèi)星的所述擴頻信號特性的理論上的自相關(guān)函數(shù)的裝置。
將該生效設(shè)備集成到RNSS衛(wèi)星無線電導(dǎo)航接收器中，用于確定相關(guān)函數(shù)的裝置以及比較裝置例如采用軟件裝置的形式。


本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點在通過說明性和非限制性的示例來給出的本發(fā)明一個實施例的如下描述中將變得明顯。
在附圖中-圖1代表了說明本發(fā)明方法的操作的第一相關(guān)曲線圖；-圖2代表了說明本發(fā)明方法的操作的第二相關(guān)曲線圖。
具體實施例方式
圖1代表了說明本發(fā)明方法的操作的第一曲線圖1。曲線圖1包括實線曲線3，該實線曲線代表了作為時間變量τ的函數(shù)的由GPS接收器從多個衛(wèi)星接收的信號與該接收器想與之同步的衛(wèi)星的本地副本之間的相關(guān)函數(shù)。曲線3具有-以時間τ0為中心的主峰值6，該時間τ0假定為同步時間；-次峰值7。
本發(fā)明的方法驗證了時間τ0真正地是同步時間。
為此，曲線圖1包括也是作為時間變量τ的函數(shù)的虛線曲線2，該虛線曲線代表了被尋找的衛(wèi)星的擴頻信號特性的理論上的自相關(guān)函數(shù)，并且生成了以τ0為中心的主相關(guān)峰值4。換句話說，如果Cm(t)是來自被尋找的衛(wèi)星m的擴頻信號，則代表了函數(shù)g(τ)的曲線2由下式給定
g(τ)=∫+∞-∞Cm(t-τ0)·Cm(t-τ)·dt]]>曲線2還具有次峰值5。
比較曲線2和3，表明了它們具有完全相同的次峰值5和7。這可通過使得曲線3的相關(guān)函數(shù)與曲線2的自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行相關(guān)來確認(rèn)。因此在圖1中，本發(fā)明的方法使得與同步時間τ0相關(guān)聯(lián)的相關(guān)峰值的檢測生效。
以相似的方式，圖2代表了也說明了本發(fā)明方法的第二曲線圖10。該曲圖線10包括作為時間變量τ的函數(shù)的兩個曲線20和30。
實線曲線30代表了作為時間變量τ的函數(shù)的由GPS接收器從多個衛(wèi)星接收的信號與該接收器想與之同步的衛(wèi)星的本地副本之間的相關(guān)函數(shù)。與圖1中的曲線3相似，曲線30具有以時間τ1為中心的主峰值以及次峰值。
虛線曲線20代表了被尋找的衛(wèi)星的擴頻信號特性的理論上的自相關(guān)函數(shù)，該函數(shù)生成了也是以τ1為中心的主相關(guān)峰值。
與圖1中所示的不同，曲線20和30這里具有許多不同的次峰值，因此相互不太相關(guān)。結(jié)果，與同步時間τ1相關(guān)聯(lián)的相關(guān)峰值的檢測并不生效。本發(fā)明的方法是針對檢測錯誤——已被找到的相關(guān)峰值并不對應(yīng)于被尋找的衛(wèi)星。
這里標(biāo)記了這些峰值。這意味著相干積分(不是相關(guān)函數(shù)的平方)。本發(fā)明還應(yīng)用于非相干積分(相關(guān)函數(shù)的平方)。不過，該判別將沒有那么大的區(qū)別，因為所有次峰值將是同一標(biāo)記，這樣只有峰值位置的差異將影響外形特征上的差異。
注意的是，該方法可擴展到確定錯誤的峰值所涉及的衛(wèi)星。這足以用來確定作為時間τ的函數(shù)的被尋找的衛(wèi)星的擴頻信號特性與不同于被尋找的衛(wèi)星的每個衛(wèi)星的擴頻信號特性之間理論上的互相關(guān)函數(shù)。然后使得每個互相關(guān)函數(shù)與曲線30的相關(guān)函數(shù)相關(guān)；獲得的最佳相關(guān)確定了相應(yīng)的衛(wèi)星。
當(dāng)然，本發(fā)明不限于已經(jīng)描述的實施例。
特別地，本發(fā)明已經(jīng)在GPS系統(tǒng)的情況中加以描述，但是等同地應(yīng)用到任何其他RNSS系統(tǒng)，比如GLONASS或GALILEO類型接收器。
權(quán)利要求
1.一種使得一個信號與一個本地副本之間的相關(guān)峰值的檢測生效的方法，所述信號由多個導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射并且由RNSS衛(wèi)星無線電導(dǎo)航接收器接收，所述信號對應(yīng)于多個信號之和，所述多個信號中的每個信號由衛(wèi)星發(fā)送并且每個信號由所述衛(wèi)星的擴頻信號特性調(diào)制，所述本地副本由所述接收器生成，所述副本是被尋找的衛(wèi)星的擴頻信號特性的副本，所述方法包括確定作為時間函數(shù)的所述接收信號與所述本地副本之間的相關(guān)函數(shù)(3)的步驟，所述方法的特征在于，它進(jìn)一步包括在所述相關(guān)函數(shù)的矢量的整體上比較所述相關(guān)函數(shù)(3)與作為時間函數(shù)的被尋找的所述衛(wèi)星的所述擴頻信號特性的理論上的自相關(guān)函數(shù)(2)的步驟。
2.按照權(quán)利要求1的生效方法，其特征在于，它包括確定作為時間函數(shù)的被尋找的所述衛(wèi)星的所述擴頻信號特性的所述理論上的自相關(guān)函數(shù)的步驟。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項的生效方法，其特征在于，比較所述相關(guān)函數(shù)(3)與所述理論上的自相關(guān)函數(shù)(2)的所述步驟包括比較每個所述函數(shù)的次峰值(5，7)的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的生效方法，其特征在于，所述比較步驟包括計算所述相關(guān)函數(shù)與所述自相關(guān)函數(shù)之間的相關(guān)的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一項的生效方法，其特征在于，所述擴頻信號是以已知的偽隨機序列替代所述信號的每個比特來調(diào)制所述信號的信號。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項的生效方法，其特征在于，在所述相關(guān)峰值的檢測未生效的情況下，所述方法包括如下步驟-確定作為時間函數(shù)的被尋找的所述衛(wèi)星的所述擴頻信號特性與不同于被尋找的所述衛(wèi)星的每個衛(wèi)星的所述擴頻信號特性之間的理論上的互相關(guān)函數(shù)的步驟；以及-比較所述相關(guān)函數(shù)與每個所述理論上的互相關(guān)函數(shù)的步驟。
7.根據(jù)前一權(quán)利要求的生效方法，其特征在于，選擇關(guān)聯(lián)于特定衛(wèi)星的每個所述擴頻信號，使得所述理論上的自相關(guān)函數(shù)與每個所述理論上的互相關(guān)函數(shù)不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的生效方法，其特征在于，選擇關(guān)聯(lián)于特定衛(wèi)星的每個所述擴頻信號，使得每個所述理論上的互相關(guān)函數(shù)去相關(guān)。
9.一種使得一個信號與一個本地副本之間的相關(guān)峰值的檢測生效的設(shè)備，所述信號由多個導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射并且由RNSS衛(wèi)星無線電導(dǎo)航接收器接收，所述信號對應(yīng)于多個信號之和，所述多個信號中的每個信號由衛(wèi)星發(fā)送并且每個信號由所述衛(wèi)星的擴頻信號特性調(diào)制，被尋找的衛(wèi)星的擴頻信號特性的所述本地副本由所述接收器生成，所述設(shè)備包括用于確定作為時間函數(shù)的所述接收信號與所述本地副本之間的相關(guān)函數(shù)(3)的裝置，所述設(shè)備的特征在于，它進(jìn)一步包括用于在所述相關(guān)函數(shù)的矢量的整體上比較所述相關(guān)函數(shù)(3)與作為時間函數(shù)的被尋找的所述衛(wèi)星的所述擴頻信號特性的理論上的自相關(guān)函數(shù)(2)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使得一個信號與一個本地副本之間的相關(guān)峰值的檢測生效的方法，所述信號由多個導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射并且由無線電導(dǎo)航衛(wèi)星服務(wù)(RNSS)接收器接收，由此所述信號對應(yīng)于多個信號之和，所述多個信號中的每個信號由衛(wèi)星發(fā)送并且每個信號由該衛(wèi)星特有的擴頻信號調(diào)制，所述本地回應(yīng)由接收器生成，所述回應(yīng)是來自被尋找的衛(wèi)星特有的擴頻信號的回應(yīng)。本發(fā)明的方法包括確定根據(jù)時間的接收信號與本地回應(yīng)之間的相關(guān)函數(shù)3的步驟。該方法進(jìn)一步包括比較所述相關(guān)函數(shù)3與根據(jù)時間的被尋找的衛(wèi)星特有的上述擴頻信號的理論上的自相關(guān)函數(shù)2的步驟。
文檔編號G01S1/00GK1839324SQ200480024071
公開日2006年9月27日 申請日期2004年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者米歇爾·莫內(nèi)拉 申請人:阿爾卡特公司