专利名称：编程有gps信号处理程序的计算机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种编程有GPS信号处理程序的计算机，其中GPS信号处理程序能够处理GPS信号采样。
背景技术：
Akos等所著的文献“Real-time software radio architecturesfor GPS receivers”(GPS World，July 2001)公开了“软件GPS”，其中采用可编程微处理器或者数字信号处理器来执行许多GPS信号处理，而不是采用模拟的或者离散的硬件组件。如该文献图2所示，简化的GPS接收机包含GPS天线、以及用于GPS信号预处理(包括滤波、放大和下变频)和模数转换的GPS RF前端。然后，将从GPS接收机输出的GPS信号采样馈送入运行适当GPS信号处理软件的现代PC或者膝上电脑，以处理GPS信号，确定位置坐标。该文献的作者已考虑到该GPS接收机是“插件”模块，即“dongle”型设备，因为其简单的架构，所以可以廉价制造，从而易于广泛采用。当然，驻留于PC上的GPS信号处理软件本来就能廉价复制。
发明内容
根据本发明，提供了一种包含处理器的计算机，该处理器能够支持多线程，并在至少两个线程中并发地编程有各自的GPS信号处理程序，每个GPS信号处理程序均能够处理从相同的源输出的GPS信号采样。
发明人实现了通过使用多线程来高效地实施复杂的功能。例如当使用多线程时·至少一个程序可以利用GPS信号采样来执行除确定位置坐标之外的其他功能，而并发地运行在另一线程上的另一GPS信号处理程序可以访问(直接地或间接地)确定位置坐标，例如维护最新年历(ephemeris)数据。
·至少一个程序可以执行确定位置坐标的功能，另一程序执行确定不同类型的位置坐标(例如更加精确或鲁棒的位置坐标)的功能。
·至少一个程序可以执行确定初始位置坐标的功能，另一程序利用初始位置坐标和/或在初始位置坐标确定期间所获取的其他信息来执行确定随后的位置坐标的功能。
源可以是GPS接收机(计算机内部的或外部的)，该GPS接收机包含GPS天线和GPS RF前端，所述GPS RF前端具有用于对接收到的GPS信号进行采样的模数转换器、以及用于向计算机输出GPS信号采样流的处理器。在这种情况下，便利之处在于每一个GPS信号处理程序均能够命令GPS接收机输出GPS信号采样流。当发出交迭的指令时，如果计算机能够组合这些指令，并向GPS接收机发出单个指令，这是很便利的。
现在将参考附图，仅通过示例对本发明进行描述，附图中示意性地示出了与GPS接收机相连的膝上PC，GPS接收机和膝上PC均根据本发明进行操作。
具体实施例方式
参考附图，膝上PC通过USB PC接口和相应的缆线与GPS接收机10相连，GPS接收机10包括GPS RF前端Rx和GPS天线。有时GPS接收机可以是“dongle”型设备，从而省略了缆线，然而缆线可以便于将GPS接收机(包括天线)定位在显著突出的位置，从而增大获得GPS信号的机会。例如，如果在室内操作，可以将GPS接收机放置在靠近窗户的位置。
当GPS接收机运行时，它会通过天线接收NAVSTARSPS GPS信号并且对这些信号进行预处理，典型地通过用于最小化带外RF干扰的带通滤波、前置放大、向下变频至中频(IF)和模数转换。得到的GPS信号采样包含有保持调制状态的中频信号，并且仍然包含来自可用卫星的所有信息。
GPS信号采样通过进入PC存储器(未示出)的USB链接从GPS接收机中输出，在GPS信号采样流中插入有周期性时戳，取代了一些GPS信号采样，用于指示GPS信号的采样时间(相对于GPS RF前端的时基)。
使用基于膝上PC的GPS信号处理软件，接着利用时戳对GPS信号采样进行处理，从而可以获得GPS信号，以导出伪距(pseudorange)信息，可以使用传统的导航算法，根据伪距信息来确定PC的位置。GPS信号获取和伪距处理是公知的，例如，参看GPS Principles andApplications(Editor，Kaplan)ISBN 0-89006-793-7 Artech House。
为了跟踪采用这种配置的GPS接收机，第一位置坐标通常(缺少AGPS数据时)需要获取和跟踪GPS信号30s，以确保GPS星期时间(GPStime of week)(TOW)和最新年历数据的接收。
之后，将不会像通常使用基于传统硬件的GPS接收机那样连续地跟踪GPS信号，而是对较小的GPS信号块周期性地进行重采样和加入时戳(普遍称作“快照(snapshot)”)，并且重获取针对每个块的GPS信号。因为连续快照之间的时间差是已知的(利用时戳)，所以可以获得与这些较小的快照有关的位置坐标，从而可以外推出对在前快照的GPS时间的测量，以获得对其重获取还未发生的在后快照的GPS时间的估计。另外，因为对观测到的多普勒和特定快照中的GPS信号编码相位(code phase)作出有关假定，所以年历和GPS时间的估计可以用于简化获取过程。
通过在GPS信号采样流中根据先前识别的时间数据实例来搜索预期的时戳实例(即通过对采样进行计数)，或者可选地，在使用同步码字的情况下，通过在GPS信号采样流中搜索同步码字，可以识别时戳。理想地，如果使用同步码字，对其进行选择，使其在GPS信号采样流中出现的概率非常低。
根据本发明，GPS信号处理软件包括并发地运行在各个线程上的多个独立程序。
第一程序执行常规GPS位置坐标，其中，第一程序在30s或更长时间上从冷开始(cold start)(当GPS接收机具有当前年历但不是最新年历数据时)执行获取和跟踪，这样以获得确定位置所需的最新年历数据。
第二程序维护针对当前所有被考虑的卫星的年历数据，并在高速缓存中存储这些数据，任何需要该信息的GPS信号处理程序可访问所述高速缓存。
在确定第一位置坐标之后，第三程序利用高速缓存的年和根据GPS星期时间(TOW)和PC内部时钟而外推出的GPS星期时间(TOW)的估计值，执行对周期性背景位置坐标(例如每分钟一次)进行确定的功能。
在第一程序和第二程序的初始执行之后，可以关闭第一程序，而第三程序代替它的位置继续执行。
第四程序是根据用户请求而执行的，第四程序也利用高速缓存的年历和GPS星期时间(TOW)的估计值来执行确定位置坐标的功能，但是它进行即时处理，同时通过处理GPS数据的扩展快照，更加精确地进行伪距测量。
所有的四个程序能够命令外部的GPS接收机，命令GPS接收机对GPS信号进行接收、预处理和采样，并将GPS信号采样输出到PC。
例如，由针对外部GPS接收机的PC设备驱动程序对任何一对或者更多的GPS信号处理程序发出的交迭指令进行协调。例如，当用户命令PC使用第四程序来确定即时和精确的位置坐标时，第二程序可能已经要求了对用于维护年历书数据的IF数据进行6s的记录。可以容易地将刚记录的用于维护年历数据功能的IF数据用于确定这种位置坐标，因而不另外命令外部GPS接收机输出附加的IF数据。
虽然在膝上PC的情况下阐述了本发明，但是本发明同样地可应用于能够支持GPS信号处理软件、能够与根据本发明的GPS接收机相连的其他装置。例如，本发明可以应用于例如PDA和电话之类的移动设备，或者一般应用于固定对象，例如TV或者TV机顶盒。
另外，虽然在上述示例中GPS接收机的和GPS信号处理软件之间的连接全是有线的，但是可以想到该连接包括无线链接。
最后，虽然在NAVSTAR GPS(由美国国防部开发并当前操作的基于全天候相距的导航系统)，但是将理解，本发明同样可应用于其他的全球定位系统，包括GLONASS、Galileo及其混合系统。
权利要求
1.一种计算机，包含处理器，所述处理器能够支持多线程，并在至少两个线程中并发地编程有各自的GPS信号处理程序，所述每个GPS信号处理程序均能够处理从相同的源输出的GPS信号采样。
2.根据权利要求1所述的计算机，其特征在于所述的源是GPS接收机，所述GPS接收机包括GPS天线和GPS射频前端，其中所述GPS前端具有用于对接收的GPS信号进行采样的模数转换器、以及用于向所述计算机输出GPS信号采样流的处理器。
3.根据权利要求2所述的计算机，其特征在于所述每一个GPS信号处理程序均能够命令GPS接收机输出GPS信号采样流。
4.根据权利要求3所述的计算机，还配置成对来自GPS信号处理程序的交迭指令进行组合，并且向GPS接收机发出单个指令。
5.根据权利要求1所述的计算机，其特征在于至少一个程序执行除确定位置坐标之外的其他使用GPS信号采样的功能。
6.根据权利要求1所述的计算机，其特征在于至少一个程序执行维护最新年历数据的功能，所述最新年历数据可由并发地运行在另一线程上的另一GPS信号处理程序访问。
7.根据权利要求1所述的计算机，其特征在于至少一个程序执行确定位置坐标的功能，另一程序执行确定不同类型的位置坐标的功能。
8.根据权利要求7所述的计算机，其特征在于至少一个程序执行确定位置坐标的功能，另一程序执行更加缓慢但更加精确或鲁棒地确定位置坐标的功能。
9.根据权利要求7所述的计算机，其特征在于至少一个程序执行确定初始位置坐标的功能，另一程序利用初始的位置坐标和/或在初始位置坐标确定期间所获得的信息来执行确定随后的位置坐标的功能。
全文摘要
公开了一种包含处理器的计算机，该处理器能够支持多线程，并在至少两个线程中并发地编程有各自的GPS信号处理程序，每个GPS信号处理程序均能够处理从相同的源输出的GPS信号采样。
文档编号G01S5/14GK101019037SQ200580028195
公开日2007年8月15日 申请日期2005年8月19日 优先权日2004年8月23日
发明者安迪尤·T·尤尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司