專利名稱：通過(guò)衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收器使相關(guān)峰值的檢測(cè)生效的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收器使相關(guān)峰值的檢測(cè)生效的方法。
背景技術(shù)：
在使用無(wú)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(lái)計(jì)算接收器位置的數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)自于不同衛(wèi)星(至少四個(gè)衛(wèi)星，用以確定四個(gè)未知的x、y、z和t)。
由每個(gè)衛(wèi)星發(fā)射的GPS信號(hào)是基于擴(kuò)頻技術(shù)。因此，該信號(hào)是由擴(kuò)頻信號(hào)通過(guò)碼分多址(CDMA)方法調(diào)制的二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)。換句話說(shuō)，數(shù)據(jù)信號(hào)的每個(gè)位由每個(gè)衛(wèi)星特有的擴(kuò)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(kuò)頻序列比如Gold偽隨機(jī)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(shí)鐘周期的一連串比特；詞語(yǔ)“碼矩(code moment)”或者它更常遇到的等效用語(yǔ)“碼片”是指該序列的比特并且引伸指其時(shí)長(zhǎng)。擴(kuò)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(shí)長(zhǎng))，并且包括1023個(gè)碼片(以及具有1ms的時(shí)長(zhǎng))因此每個(gè)數(shù)據(jù)比特就有20個(gè)序列重復(fù)。
擴(kuò)頻信號(hào)的調(diào)制意味著普通的解調(diào)器將會(huì)把收到的信號(hào)看作為噪聲。
一般來(lái)說(shuō)，兩個(gè)信號(hào)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(shí)間。當(dāng)然在實(shí)踐中，該積分并不在-∞至+∞中有效而是在有限時(shí)間期間有效，該積分除以所述期間的時(shí)長(zhǎng)。詞語(yǔ)“自相關(guān)函數(shù)”在函數(shù)fi(t)和fj(t)相同之時(shí)是恰當(dāng)?shù)?，詞語(yǔ)“互相關(guān)函數(shù)”在函數(shù)fi(t)和fj(t)不同時(shí)是恰當(dāng)?shù)摹?br> 每個(gè)衛(wèi)星k具有它自己的偽隨機(jī)信號(hào)Ck(t)。這些偽隨機(jī)信號(hào)的每一個(gè)具有如下屬性它的自相關(guān)函數(shù)除了在零時(shí)間位移的附近之外都是零，在零時(shí)間位移的附近它呈現(xiàn)三角形式；換句話說(shuō)，積分∫+∞-∞Ck(t)·Ck(t-τ)·dt]]>在τ為非零時(shí)是零并且在τ為零時(shí)處于最大值。
而且，選擇多個(gè)信號(hào)，其中每個(gè)信號(hào)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(shuō)，當(dāng)k和k’不同時(shí)，無(wú)論τ怎樣，積分∫+∞-∞Ck(t)·Ck(t-τ)·dt]]>都是零。
因此將來(lái)自衛(wèi)星的擴(kuò)頻信號(hào)選擇為正交的。
當(dāng)接收器想要采集來(lái)自特定衛(wèi)星的數(shù)據(jù)時(shí)，接收器將收到的信號(hào)與相關(guān)衛(wèi)星的偽隨機(jī)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(hào)S(T)是由每個(gè)衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)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(lái)自衛(wèi)星k的擴(kuò)頻信號(hào)，dk(t)表示來(lái)自衛(wèi)星k的數(shù)據(jù)。
在想要采集來(lái)自衛(wèi)星m的數(shù)據(jù)時(shí)，本地的副本將對(duì)應(yīng)于信號(hào)Cm(t)。因此，在假定擴(kuò)頻信號(hào)完全地正交，并且進(jìn)行相關(guān)之后，則消除了來(lái)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(lái)自衛(wèi)星m的數(shù)據(jù)。由于擴(kuò)頻序列的時(shí)長(zhǎng)比數(shù)據(jù)比特的時(shí)長(zhǎng)小二十倍，所以進(jìn)行相關(guān)是可能的。
信號(hào)采集階段包括以依賴于所需檢測(cè)性能的深度(該積分的界限)來(lái)計(jì)算所接收的信號(hào)與所需的衛(wèi)星代碼在等效于該代碼的期間(1ms)的時(shí)間域上的相關(guān)。
然而，使用上述種類的方案會(huì)產(chǎn)生某些困難。
例如在實(shí)踐中，來(lái)自衛(wèi)星的擴(kuò)頻信號(hào)不會(huì)完全地正交。在此情況下，互相關(guān)函數(shù)會(huì)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(guò)-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(jí))，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(wú)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(cè)錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)錯(cuò)誤(因此導(dǎo)致同步時(shí)間錯(cuò)誤)，因?yàn)樯У南嚓P(guān)峰值并不對(duì)應(yīng)于被搜尋的衛(wèi)星。這種錯(cuò)誤對(duì)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(cè)生效的方法，該方法確認(rèn)相關(guān)峰值的檢測(cè)或者使該檢測(cè)無(wú)效，該相關(guān)峰值保留了現(xiàn)存的擴(kuò)頻信號(hào)，從而該方法放寬了在設(shè)計(jì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)對(duì)于信號(hào)族的設(shè)計(jì)施加的正交性約束。
為此，本發(fā)明提出一種使得一個(gè)信號(hào)與一個(gè)本地副本之間的相關(guān)峰值的檢測(cè)生效的方法，所述信號(hào)由多個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射并且由RNSS衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航接收器接收，所述信號(hào)對(duì)應(yīng)于多個(gè)信號(hào)之和，所述多個(gè)信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)由衛(wèi)星發(fā)送并且每個(gè)信號(hào)由所述衛(wèi)星的擴(kuò)頻信號(hào)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(kuò)頻信號(hào)特性的副本，所述方法包括確定作為時(shí)間函數(shù)的所述接收信號(hào)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(shí)間函數(shù)的被尋找的所述衛(wèi)星的所述擴(kuò)頻信號(hào)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(cè)出主峰值，就進(jìn)行驗(yàn)證，將從接收信號(hào)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(duì)應(yīng)于計(jì)算出的相關(guān)函數(shù)的最高峰值。實(shí)踐中，檢測(cè)相關(guān)函數(shù)的主峰值，使得假定的同步時(shí)間得以確定。計(jì)算理論上的自相關(guān)函數(shù)，以獲得以該同步時(shí)間為中心的主峰值。這兩個(gè)函數(shù)因此在假定的同步時(shí)間周圍具有主峰值。這兩個(gè)函數(shù)還具有次峰值或波瓣。通過(guò)比較次峰值，也就是通過(guò)驗(yàn)證它們是否在同一時(shí)間出現(xiàn)，就有可能推斷該檢測(cè)的主峰值是否事實(shí)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(kuò)頻序列設(shè)計(jì)的方式。該設(shè)計(jì)不再需要強(qiáng)制地使得與不同衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的擴(kuò)頻信號(hào)之間的互相關(guān)函數(shù)最小化。這里，該約束可簡(jiǎn)單地通過(guò)使得理論上的自相關(guān)函數(shù)與每個(gè)所述理論上的互相關(guān)函數(shù)不同來(lái)放寬。
本發(fā)明的方法有利地包括確定作為時(shí)間函數(shù)的被尋找的所述衛(wèi)星的所述擴(kuò)頻信號(hào)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(chǔ)或者每當(dāng)執(zhí)行本發(fā)明的方法時(shí)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(gè)所述函數(shù)的次峰值的步驟。
所述比較步驟有利地包括計(jì)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(kuò)頻信號(hào)有利地是以已知的偽隨機(jī)序列替代所述信號(hào)的每個(gè)比特來(lái)調(diào)制所述信號(hào)的信號(hào)。
在所述相關(guān)峰值的檢測(cè)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(shí)間函數(shù)的被尋找的所述衛(wèi)星的所述擴(kuò)頻信號(hào)特性與不同于被尋找的所述衛(wèi)星的每個(gè)衛(wèi)星的所述擴(kuò)頻信號(hào)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(gè)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(gè)所述擴(kuò)頻信號(hào)，使得所述理論上的自相關(guān)函數(shù)與每個(gè)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(gè)所述擴(kuò)頻信號(hào)，使得每個(gè)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(gè)信號(hào)與一個(gè)本地副本之間的相關(guān)峰值的檢測(cè)生效的設(shè)備，所述信號(hào)由多個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射并且由RNSS衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航接收器接收，所述信號(hào)對(duì)應(yīng)于多個(gè)信號(hào)之和，所述多個(gè)信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)由衛(wèi)星發(fā)送并且每個(gè)信號(hào)由所述衛(wèi)星的擴(kuò)頻信號(hào)特性調(diào)制，被尋找的衛(wèi)星的擴(kuò)頻信號(hào)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(shí)間函數(shù)的所述接收信號(hào)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(shí)間函數(shù)的被尋找的所述衛(wèi)星的所述擴(kuò)頻信號(hào)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(wú)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(diǎn)在通過(guò)說(shuō)明性和非限制性的示例來(lái)給出的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的如下描述中將變得明顯。
在附圖中-圖1代表了說(shuō)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(shuō)明本發(fā)明方法的操作的第二相關(guān)曲線圖。
具體實(shí)施例方式
圖1代表了說(shuō)明本發(fā)明方法的操作的第一曲線圖1。曲線圖1包括實(shí)線曲線3，該實(shí)線曲線代表了作為時(shí)間變量τ的函數(shù)的由GPS接收器從多個(gè)衛(wèi)星接收的信號(hào)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(shí)間τ0為中心的主峰值6，該時(shí)間τ0假定為同步時(shí)間；-次峰值7。
本發(fā)明的方法驗(yàn)證了時(shí)間τ0真正地是同步時(shí)間。
為此，曲線圖1包括也是作為時(shí)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(kuò)頻信號(hào)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(shuō)，如果Cm(t)是來(lái)自被尋找的衛(wèi)星m的擴(kuò)頻信號(hào)，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(guò)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(lái)確認(rèn)。因此在圖1中，本發(fā)明的方法使得與同步時(shí)間τ0相關(guān)聯(lián)的相關(guān)峰值的檢測(cè)生效。
以相似的方式，圖2代表了也說(shuō)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(shí)間變量τ的函數(shù)的兩個(gè)曲線20和30。
實(shí)線曲線30代表了作為時(shí)間變量τ的函數(shù)的由GPS接收器從多個(gè)衛(wèi)星接收的信號(hào)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(shí)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(kuò)頻信號(hào)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(shí)間τ1相關(guān)聯(lián)的相關(guān)峰值的檢測(cè)并不生效。本發(fā)明的方法是針對(duì)檢測(cè)錯(cuò)誤——已被找到的相關(guān)峰值并不對(duì)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(guò)，該判別將沒(méi)有那么大的區(qū)別，因?yàn)樗写畏逯祵⑹峭粯?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(kuò)展到確定錯(cuò)誤的峰值所涉及的衛(wèi)星。這足以用來(lái)確定作為時(shí)間τ的函數(shù)的被尋找的衛(wèi)星的擴(kuò)頻信號(hào)特性與不同于被尋找的衛(wèi)星的每個(gè)衛(wèi)星的擴(kuò)頻信號(hào)特性之間理論上的互相關(guān)函數(shù)。然后使得每個(gè)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(shí)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(gè)信號(hào)與一個(gè)本地副本之間的相關(guān)峰值的檢測(cè)生效的方法，所述信號(hào)由多個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射并且由RNSS衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航接收器接收，所述信號(hào)對(duì)應(yīng)于多個(gè)信號(hào)之和，所述多個(gè)信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)由衛(wèi)星發(fā)送并且每個(gè)信號(hào)由所述衛(wèi)星的擴(kuò)頻信號(hào)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(kuò)頻信號(hào)特性的副本，所述方法包括確定作為時(shí)間函數(shù)的所述接收信號(hào)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(shí)間函數(shù)的被尋找的所述衛(wèi)星的所述擴(kuò)頻信號(hào)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(shí)間函數(shù)的被尋找的所述衛(wèi)星的所述擴(kuò)頻信號(hào)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(xiàng)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(gè)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(jì)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(xiàng)的生效方法，其特征在于，所述擴(kuò)頻信號(hào)是以已知的偽隨機(jī)序列替代所述信號(hào)的每個(gè)比特來(lái)調(diào)制所述信號(hào)的信號(hào)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的生效方法，其特征在于，在所述相關(guān)峰值的檢測(cè)未生效的情況下，所述方法包括如下步驟-確定作為時(shí)間函數(shù)的被尋找的所述衛(wèi)星的所述擴(kuò)頻信號(hào)特性與不同于被尋找的所述衛(wèi)星的每個(gè)衛(wèi)星的所述擴(kuò)頻信號(hào)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(gè)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(gè)所述擴(kuò)頻信號(hào)，使得所述理論上的自相關(guān)函數(shù)與每個(gè)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(gè)所述擴(kuò)頻信號(hào)，使得每個(gè)所述理論上的互相關(guān)函數(shù)去相關(guān)。
9.一種使得一個(gè)信號(hào)與一個(gè)本地副本之間的相關(guān)峰值的檢測(cè)生效的設(shè)備，所述信號(hào)由多個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射并且由RNSS衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航接收器接收，所述信號(hào)對(duì)應(yīng)于多個(gè)信號(hào)之和，所述多個(gè)信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)由衛(wèi)星發(fā)送并且每個(gè)信號(hào)由所述衛(wèi)星的擴(kuò)頻信號(hào)特性調(diào)制，被尋找的衛(wèi)星的擴(kuò)頻信號(hào)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(shí)間函數(shù)的所述接收信號(hào)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(shí)間函數(shù)的被尋找的所述衛(wèi)星的所述擴(kuò)頻信號(hào)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(gè)信號(hào)與一個(gè)本地副本之間的相關(guān)峰值的檢測(cè)生效的方法，所述信號(hào)由多個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射并且由無(wú)線電導(dǎo)航衛(wèi)星服務(wù)(RNSS)接收器接收，由此所述信號(hào)對(duì)應(yīng)于多個(gè)信號(hào)之和，所述多個(gè)信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)由衛(wèi)星發(fā)送并且每個(gè)信號(hào)由該衛(wèi)星特有的擴(kuò)頻信號(hào)調(diào)制，所述本地回應(yīng)由接收器生成，所述回應(yīng)是來(lái)自被尋找的衛(wèi)星特有的擴(kuò)頻信號(hào)的回應(yīng)。本發(fā)明的方法包括確定根據(jù)時(shí)間的接收信號(hào)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(shí)間的被尋找的衛(wèi)星特有的上述擴(kuò)頻信號(hào)的理論上的自相關(guān)函數(shù)2的步驟。
文檔編號(hào)G01S1/00GK1839324SQ200480024071
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)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(qǐng)人:阿爾卡特公司