專利名稱：衛(wèi)星定位系統(tǒng)信號(hào)的處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如GPS的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，并且具體地，涉及對(duì)這種系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)的處理。
背景技術(shù)：
全球定位系統(tǒng)是基于衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)，由在6個(gè)不同軌道面中的多達(dá)32顆軌道衛(wèi) 星(稱為空間飛行器，“SV”)組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要24顆衛(wèi)星，然而更多的衛(wèi)星提供了改進(jìn) 的覆蓋。衛(wèi)星穩(wěn)定地移動(dòng)，正好在24小時(shí)內(nèi)沿著地球完成兩個(gè)完整的軌道。每一顆衛(wèi)星在若干頻率上進(jìn)行發(fā)射。民用GPS接收機(jī)當(dāng)前使用1575. 42MHz的“Li” 頻率。衛(wèi)星軌道大致距離地心25000公里，或者距離地表20000公里。這些衛(wèi)星的軌道路 徑使其大致在北緯60度到南緯60度之間。衛(wèi)星發(fā)射的GPS信號(hào)采用了通常被稱為直接序列擴(kuò)頻的形式，直接序列擴(kuò)頻使用 了以有規(guī)律的方式連續(xù)地重復(fù)的偽隨機(jī)碼。衛(wèi)星使用不同的擴(kuò)頻碼來(lái)廣播若干信號(hào)，這些 不同的擴(kuò)頻碼包括可為公眾免費(fèi)使用的粗/捕獲(或C/A)碼以及通常為軍事應(yīng)用保留的 受限制的精碼(或P碼)。C/A碼是以1. 023MHz的碼片速率進(jìn)行廣播的1023比特長(zhǎng)的偽隨 機(jī)碼，每毫秒重復(fù)一次。每顆衛(wèi)星發(fā)送截然不同的C/A碼，這使得可以唯一地識(shí)別該衛(wèi)星。每顆衛(wèi)星在C/A碼之上對(duì)數(shù)據(jù)消息進(jìn)行調(diào)制，該數(shù)據(jù)消息包含了重要的信息，如 正在發(fā)射的衛(wèi)星的詳細(xì)軌道參數(shù)(稱為星歷)、關(guān)于衛(wèi)星時(shí)鐘中的差錯(cuò)的信息、衛(wèi)星的狀態(tài) (健康或不健康)、當(dāng)前日期和時(shí)間。信號(hào)中的這部分對(duì)于GPS接收機(jī)確定準(zhǔn)確的位置來(lái)說(shuō) 是必不可少的。每顆衛(wèi)星僅發(fā)送針對(duì)自身的星歷和詳細(xì)的時(shí)鐘校正參數(shù)，從而，未受協(xié)助的 GPS接收機(jī)必須對(duì)每顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)消息中需要在位置計(jì)算中使用的適當(dāng)部分進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)消息還包含了所謂的歷書，歷書中包括了與所有其它衛(wèi)星有關(guān)的較不精確的 信息，并被較不頻繁地更新。歷書數(shù)據(jù)允許GPS接收機(jī)估計(jì)全天中的任何時(shí)間每顆GPS衛(wèi) 星應(yīng)該在什么位置，以使得接收機(jī)可以更有效地選擇將要搜索的衛(wèi)星。每顆衛(wèi)星都發(fā)射歷 書數(shù)據(jù)，歷書數(shù)據(jù)示出了針對(duì)系統(tǒng)中每顆衛(wèi)星的軌道信息。常規(guī)的GPS接收機(jī)讀取所發(fā)射的數(shù)據(jù)消息，并保留星歷、歷書和其它數(shù)據(jù)用于連 續(xù)使用。也可以將該信息用來(lái)設(shè)置(或校正)GPS接收機(jī)內(nèi)的時(shí)鐘。為了確定位置，GPS接收機(jī)將衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)的時(shí)間與GPS接收機(jī)接收到信號(hào)的時(shí) 間相比較。時(shí)間差使得GPS接收機(jī)知道距離特定衛(wèi)星有多遠(yuǎn)。通過(guò)合并來(lái)自多顆衛(wèi)星的距 離測(cè)量，可以通過(guò)三邊測(cè)量術(shù)獲得位置。使用最少3顆衛(wèi)星，GPS接收機(jī)就能夠確定維度/ 經(jīng)度位置(2D定位)。使用4顆或更多衛(wèi)星，GPS接收機(jī)能夠確定包括緯度、經(jīng)度和海拔高 度在內(nèi)的3D位置。通過(guò)對(duì)來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)的明顯的多普勒偏移進(jìn)行處理，GPS接收機(jī)還可以準(zhǔn)確地提供行進(jìn)的速度和方向(稱為“地速”和“地面軌跡”)。來(lái)自衛(wèi)星的完整數(shù)據(jù)信號(hào)由37500比特的導(dǎo)航消息構(gòu)成，以50bps的速率花12. 5 分鐘來(lái)發(fā)送。數(shù)據(jù)信號(hào)劃分成25個(gè)30秒的幀，每個(gè)幀具有1500比特，并且每幀被劃分成5個(gè)6秒的子幀。將每個(gè)6秒的子幀劃分成10個(gè)30比特的字。將所有定位所必需的信息 (星歷等)包含在每幀之內(nèi)，因此GPS接收機(jī)從所謂的冷啟動(dòng)開始典型地將花費(fèi)大約30秒 來(lái)產(chǎn)生定位。每一個(gè)6秒子幀的第一個(gè)字包含前同步碼，用以使得接收機(jī)能夠識(shí)別子幀的開 始。下一個(gè)字是切換字，給出了從GPS時(shí)間的最后一次重啟(在每一個(gè)星期六/星期天的 午夜發(fā)生)以來(lái)的定時(shí)信息。剩下的8個(gè)字提供星歷、歷書和時(shí)鐘信息，具體取決于子幀。第一子幀給出了時(shí)鐘校正數(shù)據(jù)，第二和第三子幀給出了星歷數(shù)據(jù)，以及歷書數(shù)據(jù) 在第四和第五子幀中。SV都在相同的頻率上廣播。為了區(qū)分來(lái)自特定衛(wèi)星的信號(hào)，接收機(jī)需要生成已知 衛(wèi)星正在使用的C/A碼的拷貝，并將其進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，以使得其與輸入信號(hào)同步，該輸入信號(hào)將 由于從衛(wèi)星到接收機(jī)的傳播中的飛行時(shí)間而被顯著地延遲未知量(典型地，大約0. 07秒)。 總的來(lái)說(shuō)，接收機(jī)不可能精確地預(yù)測(cè)為了獲得與輸入信號(hào)同步的拷貝而需要的校準(zhǔn)，因此 需要某種形式的搜索，依次嘗試很多校準(zhǔn)并選擇最匹配的。通常將這種估計(jì)多個(gè)候選校準(zhǔn) 的過(guò)程術(shù)語(yǔ)化為相關(guān)，因?yàn)榻邮諜C(jī)依次執(zhí)行接收到的信號(hào)與針對(duì)每顆衛(wèi)星的已知C/A碼之 間的相關(guān)函數(shù)，以確定接收到的信號(hào)是否包括具有來(lái)自特定SV的C/A碼的分量。必須針對(duì) 多個(gè)相對(duì)定時(shí)計(jì)算相關(guān)函數(shù)，并且當(dāng)發(fā)現(xiàn)相關(guān)峰值時(shí)，這對(duì)應(yīng)了特定的定時(shí)和特定的SV。所 發(fā)現(xiàn)的定時(shí)依次與距離SV的特定距離相對(duì)應(yīng)。所確定的碼相位(即，相關(guān)函數(shù)的峰值的定時(shí))揭示了用于在距離計(jì)算中使用的精確的定時(shí)信息。然而，因?yàn)榇a每毫秒重復(fù)一次，還需要確定粗略的定時(shí)。典型地，將較不 頻繁重復(fù)的數(shù)據(jù)分量用于更粗的定時(shí)估計(jì)(即，以使得能夠?qū)С鯣PS時(shí)間)，例如50bps數(shù) 據(jù)消息的單個(gè)比特以及50bps數(shù)據(jù)消息的特定部分，如子幀前同步碼或子幀切換字。在其上執(zhí)行相關(guān)函數(shù)的積分周期確定了識(shí)別使用特定碼來(lái)編碼的信號(hào)的難易度， 總的來(lái)說(shuō)，積分周期越長(zhǎng)，針對(duì)給出信號(hào)強(qiáng)度，應(yīng)該越可靠地報(bào)告正確的碼相位。所檢測(cè)到 的信號(hào)越弱，則需要越長(zhǎng)的積分周期，以獲得相同等級(jí)的可靠性。幾乎所有當(dāng)前和歷史上的GPS接收機(jī)都通過(guò)“實(shí)時(shí)”處理來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)進(jìn)行工 作，當(dāng)信號(hào)進(jìn)入時(shí)，報(bào)告設(shè)備在當(dāng)前時(shí)間的位置。與這種常規(guī)接收機(jī)相關(guān)聯(lián)的技術(shù)眾所周 知。這種“常規(guī)” GPS接收機(jī)總是包括-適于接收GPS信號(hào)的天線，-模擬RF電路(常常稱為GPS前端)，被設(shè)計(jì)來(lái)對(duì)期望的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和下 混頻到中頻(IF)，因此，期望的信號(hào)可以以通常為幾MHz數(shù)量級(jí)的采樣率通過(guò)適當(dāng)?shù)哪?shù) (A/D)轉(zhuǎn)換器。-數(shù)字信號(hào)處理硬件，對(duì)與A/D轉(zhuǎn)換器所生成的IF數(shù)據(jù)采樣執(zhí)行相關(guān)處理，通常與 執(zhí)行“高級(jí)”處理的某種形式的微控制器相結(jié)合，該“高級(jí)”處理是控制信號(hào)處理硬件和計(jì) 算期望的位置定位所必須的。然而，還研究了較不為人所知的概念“存儲(chǔ)并稍后處理”。該概念涉及將常規(guī)天線 和模擬RF電路所收集的IF數(shù)據(jù)采樣在稍后(幾秒、幾分鐘、幾小時(shí)或甚至幾天)進(jìn)行處理 之前，存儲(chǔ)在某種形式的存儲(chǔ)器中，并且處理通常是在其它一些處理資源更多的位置處進(jìn) 行。
存儲(chǔ)并稍后處理方法相較于常規(guī)GPS接收機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)在于因?yàn)樵诓东@時(shí)不 需要進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，捕獲設(shè)備的花費(fèi)和功率損耗被保持在最小，并且抓取可以非常短 (如，100ms)。如果當(dāng)可以經(jīng)由其它一些方法獲得相關(guān)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)(星歷等)時(shí)進(jìn)行后續(xù)的 信號(hào)處理，該方法還消除了在捕獲設(shè)備中對(duì)來(lái)自SV的(非常慢)的數(shù)據(jù)消息進(jìn)行解碼的需 要，這種解碼在很多情況下導(dǎo)致不可接受的長(zhǎng)時(shí)間來(lái)啟動(dòng)常規(guī)設(shè)備。
例如，很多小的捕獲設(shè)備將IF數(shù)據(jù)采樣的短的“抓取”存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，隨后可以 將其IF數(shù)據(jù)抓取上載到共享的中央計(jì)算機(jī)，中央計(jì)算機(jī)不僅可以執(zhí)行必需的信號(hào)處理(相 關(guān)等)，還可以通過(guò)連接到一個(gè)或多個(gè)常規(guī)的GPS接收機(jī)來(lái)訪問(wèn)新近衛(wèi)星信息(星歷等)的 數(shù)據(jù)庫(kù)，該一個(gè)或多個(gè)常規(guī)的GPS接收機(jī)將其接收到的GPS數(shù)據(jù)消息的關(guān)鍵部分中繼到了 中央計(jì)算機(jī)。然而，隨后處理的容易度和有效性受到IF數(shù)據(jù)收集方式的影響。期望存儲(chǔ)盡可能 少的數(shù)據(jù)，以降低存儲(chǔ)和處理要求，然而這使得更加難以獲得定位。在任何一種情況下，都期望降低獲得定位所需的處理量。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，可以使用獨(dú) 立的位置估計(jì)來(lái)簡(jiǎn)化產(chǎn)生精確的位置定位所需的處理。例如，在輔助GPS系統(tǒng)(“AGPS”) 中，向GPS接收機(jī)提供估計(jì)位置，以在GPS信號(hào)弱的環(huán)境(如，室內(nèi))中進(jìn)行輔助。例如，估 計(jì)位置通過(guò)為設(shè)備提供服務(wù)的蜂窩基站來(lái)自動(dòng)提供，或者作為前一個(gè)定位而自動(dòng)提供。存在許多不適于自動(dòng)位置估計(jì)的情況，包括存儲(chǔ)并稍后處理系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了對(duì)來(lái)自衛(wèi)星定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法，包括接收已由用戶直接提供的大致位置的指示；接收在與所述指示相對(duì)應(yīng)的位置處接收到的衛(wèi)星廣播的數(shù)據(jù)采樣；使用大致位置的指示來(lái)處理所述采樣，以獲得比所述大致位置的指示更精確的位置。在多數(shù)情況下，GPS (或其它衛(wèi)星)系統(tǒng)的用戶將知道其大致的位置，例如其所在 的城鎮(zhèn)?？梢詫⒃摯笾碌奈恢幂斎氲较到y(tǒng)內(nèi)，以使得能夠確定經(jīng)度/維度的大致位置。然 后，可以(以常規(guī)的方式)使用該經(jīng)度/維度的大致位置來(lái)協(xié)助執(zhí)行定位。在其它不可能 定位(出錯(cuò)或非常低)的情況下，這使得能夠執(zhí)行定位。本發(fā)明本質(zhì)上提供了甚至當(dāng)沒(méi)有 自動(dòng)位置估計(jì)可用時(shí)的輔助GPS操作。接收大致位置可以包括接收地理地名或地標(biāo)名，并使用數(shù)據(jù)庫(kù)獲得對(duì)應(yīng)的位置信 息，或者接收用戶選擇的地名，并使用數(shù)據(jù)庫(kù)獲得對(duì)應(yīng)的位置信息。該方法還可以包括從所 述大致位置獲得供處理采樣使用的可能的位置值的范圍。這樣，用戶可以輸入不同等級(jí)精 確度的位置，并且根據(jù)該精確度，該信息或多或少可用于協(xié)助后續(xù)處理。優(yōu)選地，采樣包括中頻下變換的數(shù)據(jù)采樣，并且衛(wèi)星廣播數(shù)據(jù)包括CDMA數(shù)據(jù)。采樣的處理可以發(fā)生在接收到所述數(shù)據(jù)采樣的時(shí)間和位置處。這提供了實(shí)時(shí)的位 置跟蹤系統(tǒng)。作為替代，本發(fā)明可以應(yīng)用到所謂的存儲(chǔ)并稍后處理系統(tǒng)，其中存儲(chǔ)了數(shù)據(jù)采 樣和對(duì)當(dāng)前位置的大致指示，并且對(duì)采樣的處理在接收到采樣之后發(fā)生，并且沒(méi)有必要在 接收到采樣的位置發(fā)生。本發(fā)明還提供了一種操作衛(wèi)星定位系統(tǒng)的方法，包括
用戶輸入位置的大致指示；使用所述系統(tǒng)接收衛(wèi)星廣播的數(shù)據(jù)采樣；以及使用當(dāng)前位置的大致指示來(lái)處理所述采樣，以獲得比大致位置的指示更精確的位置。本發(fā)明還提供了一種用于從衛(wèi)星定位系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，包括用戶界面，適于從用戶接收大致位置的指示；衛(wèi)星接收機(jī)，用于接收衛(wèi)星廣播的數(shù)據(jù)采樣；以及處理裝置，用于使用大致位置的指示來(lái)處理所述采樣，以獲得比所述大致位置的指示更精確的位置。


現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的示例，其中圖1示出了本發(fā)明的系統(tǒng)；圖2示出了在本發(fā)明的系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)記錄方法；以及圖3示出了在本發(fā)明的系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)處理方法。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種對(duì)來(lái)自衛(wèi)星定位系統(tǒng)(如，GPS)的信號(hào)進(jìn)行處理的方法，在該 方法中，用戶輸入當(dāng)前位置的大致指示，并在處理GPS采樣時(shí)使用該大致指示來(lái)降低所需 的處理或增加可靠性。該方法避免了對(duì)自動(dòng)大致位置系統(tǒng)(例如，使用蜂窩電話)的需要。 這表示GPS使用方式的改變。與依靠GPS系統(tǒng)通過(guò)完全自動(dòng)的方式提供位置不同，該方法 是用戶給出大致的位置(通常將是已知的)，然后GPS系統(tǒng)校正該大致的位置并提供精確的 位置。該方法可以使得GPS系統(tǒng)能夠在其通常不可靠的區(qū)域中起作用。為了說(shuō)明本發(fā)明，將給出存儲(chǔ)并隨后處理系統(tǒng)的示例，例如，用在相機(jī)中，以使得 可以將位置和時(shí)間信息與所存儲(chǔ)的圖像鏈接起來(lái)。設(shè)備的關(guān)鍵部件在圖1中進(jìn)行了說(shuō)明。天線10從GPS衛(wèi)星接收到信號(hào)，然后將其通過(guò)常規(guī)的模擬處理，典型地包括在由 參考振蕩器14(通常是溫度補(bǔ)償晶體)驅(qū)動(dòng)的單元12中進(jìn)行的放大、濾波和下混頻的組 合，隨后是單元16中的A/D變換。這是形成RF前端的常規(guī)無(wú)線接收機(jī)電子設(shè)備。控制器18被實(shí)現(xiàn)為具有關(guān)聯(lián)固件的離散邏輯或微處理器，選擇由RF前端生成的 已采樣IF數(shù)據(jù)中的部分來(lái)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備(例如，閃存RAM、硬盤等)20中。該設(shè)備記錄來(lái)自RF前端的IF數(shù)據(jù)的短塊(在隨后的描述中，這些短塊被術(shù)語(yǔ)化 為“抓取物”)。此外，設(shè)備存儲(chǔ)當(dāng)前位置的指示，該指示由用戶通過(guò)圖形用戶界面(⑶I) 22提供， 例如，以基于菜單的屏幕或甚至鍵盤的形式。例如，抓取物可以是IOOms長(zhǎng)，并且可以每IOs記錄一次。用戶可以經(jīng)由⑶I 22 明式或隱式地改變所使用的準(zhǔn)確值。在不同的應(yīng)用中，適用不同長(zhǎng)度的抓取物。典型地，每個(gè)抓取物將短于6s的子幀 持續(xù)時(shí)間，并且優(yōu)選地少于500ms。短的抓取物可以使得能夠獲得碼相位測(cè)量。然而，在標(biāo)準(zhǔn)的GPS接收機(jī)中，碼相位測(cè)量是不明確的(如上提到的)，碼相位測(cè)量指示了延遲是Ims的幾分之幾，但是不是整數(shù) 個(gè)mso可以通過(guò)很多方式來(lái)解決該不明確1)嘗試所有可能的延遲。SV傾向于距離地表大約20000公里。在實(shí)踐中，這意味 著從地球上觀察到的延遲在大致65ms到85ms的范圍內(nèi)。理論上，可以嘗試所有可能的值 (即，每SV嘗試21個(gè)值)，希望僅有一個(gè)給出切合實(shí)際的結(jié)果。然而，由于至少需要4個(gè) SV，排列的數(shù)目非常快地變得非常高，并且可能仍有多于一組延遲似乎是合理的。2)確定比特邊緣的位置。數(shù)據(jù)比特是20ms長(zhǎng)(50bps =>0. 02s/比特)，并且與 C/A碼對(duì)準(zhǔn)，以使得每一個(gè)數(shù)據(jù)比特與Ims碼的20個(gè)完整重復(fù)相對(duì)準(zhǔn)。如果可以確定比特 邊緣出現(xiàn)在哪一個(gè)碼的出現(xiàn)時(shí)間上，那么便有在20ms而不是之前的Ims上不明確的延遲測(cè) 量。這將不明確性有效地降低到不超過(guò)每SV兩個(gè)可能值(在很多情況下不存在明確性)， 并且對(duì)所有的排列進(jìn)行嘗試優(yōu)選地變得似乎是合理的。唯一的困難是怎樣確定比特邊緣。 理論上，比特邊緣每20ms發(fā)生一次，但是僅是在數(shù)據(jù)比特發(fā)生改變時(shí)。如果長(zhǎng)序列為Is或 Os，那么便沒(méi)有比特邊緣可檢測(cè)。此外，對(duì)于弱信號(hào)來(lái)說(shuō)，期望看到若干比特邊緣以確認(rèn)比 特邊緣的位置。因而，可能經(jīng)常需要處理多達(dá)Is的數(shù)據(jù)，以保證可靠的答案。
3)在數(shù)據(jù)消息中確定你的位置。理想地，應(yīng)該確定碼相位和比特邊緣，并且還應(yīng)該 分析數(shù)據(jù)消息和來(lái)自每一個(gè)子幀的字2的切換字的值。為此，必須確定字2的位置，并且這 意味著識(shí)別消息的各種特征(例如，字1中的前同步碼)。這通?？梢允褂么蠹s6s的數(shù)據(jù) (取決于在哪里開始)來(lái)完成，然而要求大約12s的數(shù)據(jù)，以完全肯定能夠獲得具有前同步 碼和連續(xù)HOW值的兩個(gè)連續(xù)的子幀。作為另外的復(fù)雜因素，以上的解決方案1)和2)都沒(méi)有給出信號(hào)離開SV的絕對(duì)時(shí) 間，并由此需要在計(jì)算SV的位置時(shí)進(jìn)行猜測(cè)。由于SV移動(dòng)非常快，在0. ls(或者優(yōu)選地， 0.01s)內(nèi)正確地得到SV的位置是很重要的。參考圖2對(duì)控制器實(shí)現(xiàn)的邏輯進(jìn)行說(shuō)明?！俺跏蓟到y(tǒng)”的步驟30涉及對(duì)抓取物應(yīng)該多長(zhǎng)以及抓取物之間的周期是多少進(jìn) 行選擇。在步驟32中存儲(chǔ)一個(gè)抓取物的GPS IF數(shù)據(jù)，并且在步驟34中確定下一個(gè)抓取物 的定時(shí)。周期性地，在步驟36中進(jìn)行測(cè)試，以查看用戶是否已經(jīng)指示停止數(shù)據(jù)記錄或者是 否已經(jīng)到達(dá)下一個(gè)抓取物的時(shí)間(步驟38)。當(dāng)針對(duì)下一個(gè)抓取物的時(shí)間尚未到達(dá)時(shí)，系統(tǒng) 處于等待模式，但是監(jiān)控著是否停止了記錄。步驟40監(jiān)控是否可以下載數(shù)據(jù)，以及步驟42涉及將記錄到的抓取物上載到PC，以 用于后續(xù)的處理。在這種情況下，PC上的處理旨在設(shè)置設(shè)備在激活時(shí)的移動(dòng)。這可以通過(guò)如下方式 來(lái)完成處理每一個(gè)抓取物，以檢測(cè)盡可能多的SV，并針對(duì)這些SV來(lái)盡可能準(zhǔn)確地確定碼 相位/偽距和多普勒頻移?？梢詫?lái)自每一個(gè)抓取物的測(cè)量，結(jié)合星歷和其它的星座數(shù)據(jù) 下載，一起提交給GPS位置計(jì)算，以獲得每一個(gè)抓取物的位置。在其最簡(jiǎn)單的形式中，在所選擇的積分周期的長(zhǎng)度對(duì)敏感度有所限制的情況 下，檢測(cè)盡可能多的SV涉及針對(duì)所有32個(gè)SV執(zhí)行公知的二維碼/載波搜索(例如，參考"Understanding GPS-Principles andApp 1 ications, Ed. Ε. D Kaplan, Artech House, Section 5. 1. 7-ISBN0-89006-793-7)。實(shí)踐中，使用附加信息限制搜索的大小有助于效率
和結(jié)果的可靠性。可以完全獨(dú)立地處理每一個(gè)抓取物。然而，本發(fā)明提出使用大致位置來(lái)更有效地給出更好的結(jié)果。例如，假定單個(gè)抓取物沒(méi)有其它信息，很可能需要在每一個(gè)可能的碼相位和載波 頻率上針對(duì)所有32個(gè)SV進(jìn)行搜索。需要搜索的載波頻率范圍的大小受到GPS前端中的振 蕩器的質(zhì)量(具有Ippm誤差的振蕩器導(dǎo)致IF中針對(duì)Ll信號(hào)的1. 5kHz的誤差)和信號(hào)上 可能的多普勒頻移(從地表觀察到的SV通常具有范圍在+/-4kHz中的多普勒頻移，并且接 收機(jī)的運(yùn)動(dòng)可以增大多普勒頻移)的驅(qū)使。本發(fā)明使用位置估計(jì)來(lái)降低定位所需要的處理。具體地，可以將對(duì)位置的大致認(rèn) 識(shí)用來(lái)克服以上討論的碼相位測(cè)量的定時(shí)不明確性。無(wú)線信號(hào)在Ims中大致行進(jìn)300公里， 知道150公里半徑內(nèi)的位置意味著根本就不存在不明確性?；谖恢霉烙?jì)不在150公里的精確度內(nèi)，這仍然有助于處理信號(hào)，因?yàn)槿匀豢梢?確定在視野內(nèi)的SV。這意味著可以去除相關(guān)計(jì)算。根據(jù)本發(fā)明，用戶將大致位置輸入到GPS系統(tǒng)?？梢詫⒃撔畔⑴c抓取物一起存儲(chǔ)， 或者可以稍后在處理抓取物的時(shí)候提供(如果不是實(shí)時(shí)的)。該位置信息可以是國(guó)家、城 鎮(zhèn)、地標(biāo)、郵編或先前輸入的位置的形式(如，“家”、“辦公室”、“度假屋”、“高爾夫俱樂(lè)部” 等)。如果使用了先前輸入的位置的菜單，則數(shù)據(jù)庫(kù)將所選的位置轉(zhuǎn)換為位置信息?？梢詫⒚恳粋€(gè)位置與例如指定城鎮(zhèn)或國(guó)家的大小的范圍、或者靠近家或辦公室的 預(yù)期范圍相關(guān)聯(lián)。知道位置的估計(jì)縮小了該處理為了發(fā)現(xiàn)信號(hào)而必須進(jìn)行搜索的碼相位搜索范圍。 這意味著減少了時(shí)間(因?yàn)楦斓馗采w了搜索范圍)，或者可以提高敏感度(可以花費(fèi)更多 的時(shí)間搜索每一個(gè)碼相位，以使得積分時(shí)間可以更大，提高了信噪比，提高了發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào) 的機(jī)會(huì))。提高發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星的可能性增加了能夠執(zhí)行GPS定位的可能性(因?yàn)樵黾恿税l(fā)現(xiàn)例如 4顆衛(wèi)星的機(jī)會(huì))，并且提高了精確度。如果發(fā)現(xiàn)多于4顆衛(wèi)星，那么在信號(hào)以不同方向從 衛(wèi)星而來(lái)的情況下，由于更多的測(cè)量和更好的幾何結(jié)構(gòu)，提高了定位的精確度。知道位置的估計(jì)還使得控制器能夠從衛(wèi)星(因?yàn)榭刂破髦佬l(wèi)星的位置和速度) 和用戶/采樣的大致位置來(lái)推導(dǎo)出信號(hào)的多普勒頻移。這在一定程度上也減小了該處理必 須進(jìn)行搜索的頻率搜索范圍，具有了類似的優(yōu)勢(shì)。圖3以示意圖的形式示出了本發(fā)明的方法。步驟50示出了用戶輸入其大致的位置。如上提到的，該大致的位置可以是位置、 區(qū)域、地標(biāo)或預(yù)先編程的菜單選擇。用戶以鍵擊或菜單選擇的方式來(lái)輸入位置，例如，在照 相之前或隨后在處理圖像時(shí)。該輸入可以使用圖形用戶界面來(lái)進(jìn)行，使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊來(lái)指向 地圖，或者使用鼠標(biāo)拖曳來(lái)在地圖上的圓圈或方框內(nèi)指示位置的范圍。盡管圖3中并未示出，然而用戶可以隨時(shí)重新輸入位置。根據(jù)設(shè)備的特性，可以假 定位置在輸入新的位置之前不發(fā)生改變。備選地，可以假定最新輸入的位置僅用于預(yù)定的 時(shí)限。例如，可以假定輸入的位置在一小時(shí)內(nèi)有效，一小時(shí)后，系統(tǒng)將請(qǐng)求新的位置。
提供位置估計(jì)可以是可選的，以使得如果用戶沒(méi)有給出位置，那么系統(tǒng)將以完全 常規(guī)的方式運(yùn)行。 步驟52示出了常規(guī)的衛(wèi)星信號(hào)采樣。步驟54示出了用戶給出的位置可以擴(kuò)展以覆蓋某一個(gè)范圍。例如，用戶可以指定 “家”意味著家的10英里內(nèi)，以覆蓋行走、騎車等。如步驟56所示的，數(shù)據(jù)庫(kù)可以分配該范 圍作為采樣處理的一部分。
當(dāng)在步驟56中進(jìn)行處理時(shí)，可以使用位置信息(包括不確定的范圍)，以識(shí)別更窄 的SV信號(hào)搜索范圍，在SV信號(hào)搜索范圍中尋找GPS信號(hào)。如上概述的，這使得GPS接收機(jī)能夠有效地消耗計(jì)算資源，并從而發(fā)現(xiàn)更弱的信 號(hào)。這還可以使得能夠解決不明確性的問(wèn)題，并使得能夠丟棄不正確的答案。還可以使用 大致的位置來(lái)提供重復(fù)求解的開始點(diǎn)?？梢詫D3中的方法應(yīng)用到在線處理或存儲(chǔ)并處理系統(tǒng)。為了繼續(xù)存儲(chǔ)并稍后處 理系統(tǒng)的示例，步驟56中的處理首先涉及上載數(shù)據(jù)。然后，從數(shù)據(jù)庫(kù)獲得星歷數(shù)據(jù)，并且這減少了需要從接收機(jī)上載的數(shù)據(jù)量。處理本 質(zhì)上涉及在抓取物中尋找所有可能的SV。一旦獲得了一個(gè)定位，則能夠簡(jiǎn)化對(duì)后續(xù)抓取物 的處理。例如IOOms的IF數(shù)據(jù)的單個(gè)抓取物本身不包含足以計(jì)算不明確位置的信息。這 是因?yàn)椋瑸榱舜_定完整的偽距，必須以非常高的精確度來(lái)確定信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間。對(duì)信號(hào)進(jìn)行 檢測(cè)(即，得到碼相位)揭示了時(shí)間的細(xì)部(毫秒內(nèi)的定時(shí))，然而當(dāng)每毫秒重復(fù)相同的擴(kuò) 頻碼時(shí)，也需要時(shí)間的粗部(哪一毫秒)。不需要絕對(duì)的GPS時(shí)間，這是因?yàn)橛?jì)算基于來(lái)自 多顆衛(wèi)星的相對(duì)時(shí)延，信號(hào)便是從這多顆衛(wèi)星接收到的。常規(guī)GPS接收機(jī)通過(guò)創(chuàng)建比特邊緣(即，1500比特GPS字的單個(gè)比特，間隔20ms) 的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)全球定時(shí)，然后在若干秒內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)消息進(jìn)行解碼，直到可以識(shí)別出消息的部 分(例如，子幀前同步碼和/或切換字)。在存儲(chǔ)并稍后處理系統(tǒng)的情況下，拖延的處理是 不可能的。如果位置估計(jì)在大致100公里內(nèi)可用，那么位置估計(jì)可以消除或位置的不確定 性，從而能夠從對(duì)星歷和大致時(shí)間(在大致IOs內(nèi))的認(rèn)識(shí)推導(dǎo)出所有SV的相對(duì)定時(shí)。可以使用多普勒測(cè)量來(lái)進(jìn)行大致定位(Masters Thesis by AnttiLehtinen, Tampere University of Technology, http://math.tut.fi/posgroup/ DopplerPositioningwithGPS. pdf發(fā)表了進(jìn)行該操作的一種方式)。盡管這對(duì)于大多數(shù)應(yīng) 用來(lái)說(shuō)不一定足夠精確，然而，在大致位置已知時(shí)，這種方式可以作為位置估計(jì)的基礎(chǔ)?？梢砸来芜x擇很多可能的位置“猜測(cè)”，并且可以選擇提供了最好匹配的那個(gè)可能 的位置(US 6，417，801中描述了與此類似的一種方法)。如上說(shuō)明的，為了確定定位/定速，必須獲得SV的精確軌道參數(shù)以及由星歷數(shù)據(jù) 傳達(dá)的SV的機(jī)載時(shí)鐘的誤差。SV廣播這些信息作為正常數(shù)據(jù)消息的一部分，每30秒重復(fù)一次。盡管理論上可 以從多個(gè)短的IF抓取物中提取這種數(shù)據(jù)，然而在實(shí)踐中，利用一個(gè)或多個(gè)參考站來(lái)收集數(shù) 據(jù)并提供能夠由想要處理抓取物的任何PC訪問(wèn)的數(shù)據(jù)庫(kù)，這要有效得多。顯然，由于星歷 (以及其它數(shù)據(jù))隨時(shí)間變化，這種數(shù)據(jù)庫(kù)可能需要保持歷史數(shù)據(jù)的檔案，并且需要能夠針對(duì)給定時(shí)間提供適當(dāng)?shù)臈l目(通常星歷在4小時(shí)的周期內(nèi)有效，因此僅需要粗略意義上的 時(shí)間來(lái)提取正確的條目)?？梢栽诳山?jīng)由某種形式(包括因特網(wǎng))的有線或無(wú)線聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)的服務(wù)器上提供這 種數(shù)據(jù)庫(kù)。還可以提供附加的特征，如-差分校正，_修改健康信息(作為歷史記錄，可以針對(duì)哪些SV在何時(shí)是健康進(jìn)行校正，而沒(méi)有 必要與在SV健康時(shí)所發(fā)送的歷史記錄相同)，-地形數(shù)據(jù)庫(kù)(提供海拔高度作為地表位置的函數(shù))，可以用來(lái)使得定位更加可靠 /精確，-增強(qiáng)的軌道模型，提供更精確的SV位置和/或更長(zhǎng)的有效性周期(潛在地，這種 信息可能直接來(lái)自GPS地面站)?？梢詫⒁陨细攀龅募夹g(shù)應(yīng)用到很多應(yīng)用。將GPS功能集成在相機(jī)中僅是一個(gè)示 例。該系統(tǒng)可以用于其它休閑活動(dòng)，例如，高爾夫輪次的記錄，通過(guò)在高爾夫輪次的每一次 擊球處抓取IF(連同使用了哪個(gè)俱樂(lè)部)來(lái)進(jìn)行。許多變體可以用于處理的位置。該處理可以在稍后的時(shí)間在記錄設(shè)備中進(jìn)行(例 如，當(dāng)外部電源可用和/或當(dāng)可以與星歷服務(wù)器連接時(shí))?？梢栽诜?wù)器而不是在用戶的 PC中實(shí)現(xiàn)該處理，并將結(jié)果返回給用戶的PC。該處理可以在打印機(jī)或打印室(特別是針對(duì) 與照片相關(guān)聯(lián)的抓取物)而不是用戶PC中完成。如果一個(gè)或多個(gè)抓取物足夠長(zhǎng)以包含所有必需的星歷數(shù)據(jù)，則可以避免對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù) 的使用。子幀1、2和3中的多數(shù)內(nèi)容是必需的，因此如果抓取物捕獲到正好15s，則可以提 供所有必需的信息。在最糟的情況下(如果抓取在星歷數(shù)據(jù)剛好改變時(shí)的錯(cuò)誤時(shí)刻開始， 星歷數(shù)據(jù)的改變通常每2個(gè)小時(shí)發(fā)生一次)，可能需要大約45s。已經(jīng)結(jié)合單頻GPS對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，然而其它GNSS系統(tǒng)(GLONASS、Galileo 等)也是類似的。事實(shí)上，通過(guò)從每一個(gè)載波捕獲IF數(shù)據(jù)的適當(dāng)方式，還可以將該技術(shù)應(yīng) 用到多頻系統(tǒng)。在以上的示例中，描述了從用戶接收位置估計(jì)、接收GPS信號(hào)以及進(jìn)行處理的順 序。接收或從衛(wèi)星捕獲信號(hào)可以同等地在用戶輸入位置估計(jì)之前，或者事實(shí)上這些任務(wù)可 以并行發(fā)生。因此，用戶輸入和衛(wèi)星采樣捕獲的步驟可以以任何順序進(jìn)行，并且權(quán)利要求不 局限于此。從以上描述中顯而易見的是，可以將本發(fā)明應(yīng)用到實(shí)時(shí)系統(tǒng)或存儲(chǔ)并稍后處理系 統(tǒng)。典型地，將實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)為互聯(lián)網(wǎng)連接的膝上電腦。從而，可能沒(méi)有例如來(lái)自蜂窩電話 系統(tǒng)的好的位置估計(jì)可用，并且這樣的系統(tǒng)通常在具有弱衛(wèi)星信號(hào)的室內(nèi)使用，可見本發(fā) 明提供的改進(jìn)是顯著的。膝上電腦具有較大的屏幕和用戶界面，并且訪問(wèn)例如地點(diǎn)位置的 互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，在這樣的系統(tǒng)中，輸入用戶數(shù)據(jù)是很容易的。在存儲(chǔ)并稍后處理應(yīng)用中，用戶輸入是特別有用的，這是因?yàn)橹挥杏脩舸致缘刂?道過(guò)去(例如，在假期期間)在哪里進(jìn)行了采樣。當(dāng)正在處理采樣，該位置可以與用戶的位 置不相關(guān)，因而用戶關(guān)于信號(hào)捕獲時(shí)是怎樣的狀況的輸入特別有用。用戶可以利用另外的用戶輸入來(lái)甚至更精確進(jìn)行GPS定位，以便例如將位置從與 相機(jī)位置相對(duì)應(yīng)的位置改變到被攝物體的位置。
在以上示例中，建議了用戶的大致位置輔助所有的GPS定位。作為替代，該系統(tǒng) 可以僅在檢測(cè)到很差的信號(hào)時(shí)才請(qǐng)求來(lái)自用戶的協(xié)助。從而，處理器可以在沒(méi)有用戶位置 估計(jì)的情況下嘗試定位。例如，這可以使用多普勒測(cè)量來(lái)執(zhí)行初始的位置估計(jì)(如上提到 的)。如果沒(méi)有成功，則可以向用戶請(qǐng)求位置，然后，處理器使用附加的信息來(lái)重新嘗試定 位，這具有更高的成功度。如果需要，可以提示用戶輸入更精確的信息(例如，城市的街區(qū)， 而不是城市名)。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，各種其它修改是顯而易見的。
權(quán)利要求
一種對(duì)來(lái)自衛(wèi)星定位系統(tǒng)的信號(hào)進(jìn)行處理的方法，包括接收(50)已由用戶直接提供的大致位置的指示；接收(52)在與所述指示相對(duì)應(yīng)的位置接收到的衛(wèi)星廣播的數(shù)據(jù)采樣；使用所述大致位置的指示來(lái)處理(56)所述采樣，以獲得比所述大致位置的指示更精確的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，接收(50)大致位置的指示包括接收地理地名 或地標(biāo)名，并使用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)獲得對(duì)應(yīng)的位置信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，接收(50)大致位置的指示包括接收用戶選定 的地名，并使用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)獲得對(duì)應(yīng)的位置信息。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括從所述大致位置獲得(54)供處理 采樣使用的可能的位置值的范圍。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述采樣包括中頻下變換的數(shù)據(jù)采樣。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述衛(wèi)星廣播數(shù)據(jù)包括CDMA數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括將大致位置的用戶指示轉(zhuǎn)換成供 處理采樣時(shí)使用的經(jīng)度和緯度范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，還包括向外部服務(wù)請(qǐng)求將大致位置的 用戶指示轉(zhuǎn)換成供處理采樣時(shí)使用的經(jīng)度和緯度范圍，并接收所述經(jīng)度和緯度范圍。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在接收到所述數(shù)據(jù)采樣的時(shí)間和位 置處進(jìn)行對(duì)采樣的處理(56)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，還包括存儲(chǔ)所述數(shù)據(jù)采樣，以及其中，對(duì) 采樣的處理(56)在接收到所述采樣之后發(fā)生，并且沒(méi)有必要在接收到所述采樣的位置處 發(fā)生。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括將所述大致位置的指示與所述數(shù)據(jù)采樣一起存儲(chǔ)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在存儲(chǔ)所述數(shù)據(jù)采樣之后，并且在處理所述采 樣時(shí)或之前，提供所述大致位置的指示。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，直接從用戶接收大致位置的指示 包括接收以鍵擊或者使用便攜式GPS接收機(jī)設(shè)備的圖形用戶輸入的選擇的方式的用戶輸 入。
14.一種操作衛(wèi)星定位系統(tǒng)的方法，包括 用戶輸入(50)大致位置指示；使用所述系統(tǒng)接收(52)衛(wèi)星廣播的數(shù)據(jù)采樣；以及使用當(dāng)前位置的大致指示來(lái)處理(56)所述采樣，以獲得比所述大致位置指示更精確 的位置。
15.一種用于從衛(wèi)星定位系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，包括 用戶界面(22)，適于從用戶接收大致位置的指示；衛(wèi)星接收機(jī)(10、12、16、18)，用于接收衛(wèi)星廣播的數(shù)據(jù)采樣；以及 處理裝置，用于使用大致位置的指示來(lái)處理所述采樣，以獲得比所述大致位置的指示更精確的位置.
全文摘要
本發(fā)明提供了一種對(duì)來(lái)自衛(wèi)星定位系統(tǒng)的信號(hào)進(jìn)行處理的方法，在該方法中，用戶輸入當(dāng)前位置的大致指示，并在處理衛(wèi)星采樣時(shí)使用該大致指示來(lái)降低所需的處理或增加可靠性。該方法避免了對(duì)于自動(dòng)大致位置系統(tǒng)(例如，使用蜂窩電話)的需要。這表示GPS(或其它衛(wèi)星系統(tǒng))使用方式的改變。與依賴GPS系統(tǒng)以完全自動(dòng)的方式提供位置不同，該方法是用戶給出大致的位置(通常將是已知的)，然后GPS系統(tǒng)校正該大致的位置并提供精確的位置。該方法使得GPS系統(tǒng)能夠在其通常不可靠的區(qū)域中起作用。
文檔編號(hào)G01S1/00GK101828127SQ200880111737
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2008年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者克里斯托弗·B·馬歇爾, 紹爾·都萊 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司