使用有向天線的高敏感度gps設(shè)備的制造方法
【專利說明】使用有向天線的高敏感度GPS設(shè)備
[000。 背景
[0002] 配備全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)的電子設(shè)備可依賴于由多個GPS衛(wèi)星傳送的信號 來確定該電子設(shè)備的位置。GPS衛(wèi)星信號中的每一者可W用標(biāo)識衛(wèi)星信號的源衛(wèi)星的因衛(wèi) 星而異的編碼來傳送。GPS接收機(jī)可通過W下方式來計算電子設(shè)備的位置:標(biāo)識進(jìn)行廣播的 GPS衛(wèi)星、解碼衛(wèi)星信號、并且對從經(jīng)解碼的信號中提取的數(shù)據(jù)執(zhí)行一系列計算。
[0003] 在一些情況下，電子設(shè)備的GPS接收機(jī)在獲取GPS衛(wèi)星信號時可能遇到困難。例如， 與環(huán)境中存在的背景射頻噪聲相比，由GI^衛(wèi)星傳送的GPS信號可能相對很弱。此外，GPS信 號可能被地形特征(如建筑物和自然形成物)阻隔或反射。例如，建筑物結(jié)構(gòu)(如天花板和屋 頂)可衰減GI^信號，從而導(dǎo)致GPS信號在室內(nèi)環(huán)境中的損失。GPS接收機(jī)放大弱GI^信號的能 力可能受限，因?yàn)槿魏畏糯笠部赡軐h(huán)境中存在的背景射頻噪聲放大。因此，電子設(shè)備可能 被迫退后到輔助地理定位技術(shù)，如蜂窩通信信號S角測量、慣性位置逼近、使用Wi-Fi簽名、 或使用調(diào)頻(FM)無線電信號來確定電子設(shè)備的位置。
[0004] 概述
[0005] 本文描述了 W下技術(shù):使用電子設(shè)備的高增益有向天線W在數(shù)個時間區(qū)間期間在 多個方向上獲取來自GI^衛(wèi)星的GI^信號，并將運(yùn)些GPS信號相組合W確定電子設(shè)備的位置。 高增益有向天線可包括能夠連貫地獲得來自多個方向的GPS信號的多個天線元件。所獲得 的GI^信號可W是不包括由常規(guī)GI^導(dǎo)航單元使用W計算位置的可解碼定位數(shù)據(jù)(如時間戳 或星歷數(shù)據(jù)）的部分信號。相反，本技術(shù)可W使用（在多個時間區(qū)間期間從足夠數(shù)量的衛(wèi)星 獲取的)部分GI^信號的碼相位來計算位置。
[0006] 在至少一個實(shí)施例中，電子設(shè)備使用天線來在多個方向上執(zhí)行順序掃描W尋找 GPS信號。電子設(shè)備進(jìn)一步分析從該多個方向獲得的GPS信號W確定所獲取的GPS衛(wèi)星的數(shù) 量。GPS信號提供所獲取的GPS衛(wèi)星的碼相位。在所獲取的GPS衛(wèi)星的數(shù)量滿足闊值時，電子 設(shè)備基于所獲取的GI^衛(wèi)星的碼相位來計算該電子設(shè)備的位置。
[0007] 因此，本技術(shù)使配備GI^定位器的電子設(shè)備能夠使用受GI^信號衰減影響的室內(nèi)環(huán) 境或其他環(huán)境中存在的弱GPS信號。使用弱GPS信號的能力可W使電子設(shè)備能夠運(yùn)行（否則 不能有效地運(yùn)作的)位置管理應(yīng)用。例如，運(yùn)樣的應(yīng)用可包括導(dǎo)航應(yīng)用、清單應(yīng)用、個人跟蹤 應(yīng)用，等等。使用經(jīng)衰減的GI^信號查明位置的能力在輔助位置信息源(例如，蜂窩通信信號 Wi-Fi簽名、FM信號，等等)不可用的情況下可能尤其有用，或被用來提供地面真值W剖析空 間來啟用輔助位置解決方案。
[0008] 提供本概述是為了 W簡化的形式介紹將在W下詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述的一些概 念。本概述并不旨在標(biāo)識所要求保護(hù)主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要 求保護(hù)主題的范圍。
[0009] 附圖簡述
[0010] 參考附圖來描述【具體實(shí)施方式】。在附圖中，附圖標(biāo)記最左邊的數(shù)字標(biāo)識該附圖標(biāo) 記首次出現(xiàn)的附圖。在不同的附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來指示相似或相同的項(xiàng)。
[0011] 圖1是解說用于使用高增益有向天線來獲取GPS信號W使得GPS信號可被用來確定 位置的示例方案的框圖。
[0012] 圖2是示出包括獲取GPS信號的高增益有向天線和使用GPS信號來確定位置的GPS 定位器的電子設(shè)備的示例組件的說明性示圖。
[0013] 圖3是解說用于使用通過高增益有向天線獲取的多個GPS信號來確定位置的示例 過程的流程圖。
[0014] 圖4是解說用于確定在一時間區(qū)間期間獲取的衛(wèi)星的數(shù)量的示例過程的流程圖， 在該時間區(qū)間期間高增益有向天線被定向在特定方向上。
[0015] 詳細(xì)描述
[0016] 本文描述了用于使用電子設(shè)備的高增益有向天線W在數(shù)個時間區(qū)間期間在多個 方向上獲取來自GPS衛(wèi)星的GI^信號，并將運(yùn)些GI^信號相組合W確定電子設(shè)備的位置。高增 益有向天線可包括能夠連貫地獲得來自多個方向的GI^信號的多個天線元件。所獲得的GPS 信號可W是不包括由常規(guī)GPS導(dǎo)航單元使用W計算位置的可解碼定位數(shù)據(jù)(如時間戳或星 歷數(shù)據(jù)）的部分信號。相反，本技術(shù)可W依賴于(在多個時間區(qū)間期間從足夠數(shù)量的衛(wèi)星獲 取的)部分GI^信號所指示的碼相位信息來計算位置。
[0017] 在各實(shí)施例中，電子設(shè)備的高增益有向天線可被該電子設(shè)備的GPS定位器定向到 特定方向。GPS定位器可W在該特定方向上掃描部分GPS信號達(dá)預(yù)定時間區(qū)間。該特定方向 可W是半球內(nèi)的任何方向。在至少一個實(shí)施例中，預(yù)定時間區(qū)間可具有數(shù)百毫秒的歷時長 度。一旦GPS定位器獲得了該特定方向上的部分GPS信號，GPS定位器就可確定所獲得的部分 GPS信號是否來自足夠數(shù)量的GPS衛(wèi)星。如果部分GPS信號來自足夠數(shù)量的GPS衛(wèi)星，貝化PS定 位器可W使用在部分GI^信號中捕捉的GPS衛(wèi)星的碼相位來計算位置。
[001引然而，如果GPS定位器確定部分GPS信號來自不足數(shù)量的GPS衛(wèi)星，則GPS定位器可 W將高增益有向天線重定向W掃描不同方向上的GI^信號。GPS定位器可W獲得運(yùn)一第二方 向上的部分GPS信號。GPS定位器可隨后再評估在第一和第二方向處獲取的部分GI^信號的 組合是否來自足夠數(shù)量的GPS衛(wèi)星。如果部分GPS信號來自足夠數(shù)量的GPS衛(wèi)星，貝化PS定位 器可W使用在部分GI^信號中捕捉的GI^衛(wèi)星的碼相位來計算電子設(shè)備的位置。否則，GPS定 位器可W將高增益有向天線再次重定向W掃描另一方向上的GI^信號。GPS定位器可W重復(fù) 高增益有向天線的重定向W掃描GPS信號，直至獲得了來自足夠數(shù)量的GI^衛(wèi)星的碼相位W 計算電子設(shè)備的位置。
[0019]在一些情況下，因?yàn)殡娮釉O(shè)備使用高增益有向天線來獲取GI^信號，所W電子設(shè)備 的GI^定位器可W抗局部GI^信號干擾。根據(jù)各實(shí)施例的用于使用電子設(shè)備的高增益有向天 線W獲取來自GI^衛(wèi)星的GI^信號并基于GI^信號來確定電子設(shè)備的位置的技術(shù)的各示例在 下文參考圖1-4來描述。
[0020] 示例方案
[0021]圖1是解說用于使用高增益有向天線來獲取GPS信號W使得GPS信號可被用來確定 位置的示例方案100的框圖。示例方案100可包括GPS衛(wèi)星102a)-102(N)。GPS衛(wèi)星102a)-l02(N)可包括與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的任何衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星102a)-102(N)可傳送對地理空 間定位有用的GPS信號。例如，GPS信號可W與時間戳信息、星歷數(shù)據(jù)、歷書信息等等編碼在 一起。此外，GPS衛(wèi)星102(1 )-102(N)中的每一者可由GPS衛(wèi)星所廣播的衛(wèi)星標(biāo)識碼(如粗/獲 取(C/A)碼模式)來唯一地標(biāo)識。在各實(shí)施例中，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可W使由美國運(yùn)營的NAVSTAR GPS、由俄羅斯聯(lián)邦運(yùn)營的格洛納斯(GLONASS)、由歐盟運(yùn)營的伽利略全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS)、由中國運(yùn)營的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(BDS)、或任何其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0022] 電子設(shè)備104可W配備天線106和GPS定位器108。電子設(shè)備104可W使臺式計算機(jī)、 平板計算機(jī)、膝上型計算機(jī)、智能電話、游戲控制臺、個人數(shù)字助理(PDA)、便攜式GI^導(dǎo)航單 元，等等。天線106可W是可由GPS定位器108操縱W順序地指向多個方向的高增益有向天 線。例如，天線106可W由GPS定位器108來電子地或機(jī)械地瞄準(zhǔn)。在一些實(shí)施例中，天線106 可包括天線元件的陣列。天線元件中的每一者可W是被配置成接收來自窄空間區(qū)的RF信號 (如GI^信號）的有向天線元件。在一些情況下，天線元件可被機(jī)械地操縱W定向在不同方向 上，W接收來自運(yùn)些方向的GI^信號。
[0023] 例如，天線106可W是具有10x10平方英寸的尺寸的平面天線，其中存在16個4x4網(wǎng) 格的16個天線元件。該平面天線可被設(shè)計成W12.3分貝（地i)增益來接收1575.4巧^赫茲 (MHz)的RF信號。該平面天線可具有35°半功率束寬，側(cè)射角（broadside angle)為0° ± 0.5°。該平面天線可配備在GPS定位器108的引導(dǎo)下定向或重定向該平面天線的電伺服馬 達(dá)。
[0024] 在其他情況下，天線106的天線元件可W經(jīng)由電信號來被相移，使得GPS信號接收 在特定方向上被加強(qiáng)且在其他方向上被抑制。換言之，天線106的天線元件的相移可通過改 變天線106的福射模式來定向或重定向天線106,而無需天線106的任何物理移動。在附加實(shí) 施例中，天線106可W是其他有向設(shè)計，只要該有向天線可被選擇性地定向W順序地掃描來 自不同方向的GPS信號。例如，天線106可W是但不限于碟式反射器天線、縫隙天線、化gi天 線、號角天線、波導(dǎo)天線、Vivaldi天線、具有圓形天線元件的平面天線、螺旋天線、雙極陣列 天線、折紙?zhí)炀€，等等。
[0025] 高增益有向天線