能够确定其速度的无线接收器的制造方法
【专利说明】
[0001 ] 说明书
技术领域
[0002] 本发明涉及无线速度确定领域。
【背景技术】
[0003] 无线速度确定系统可以基于确定多个载波信号的多个载波相位。为了确定无线接 收器的速度，多个载波信号例如可由多个无线发送器发送并可被无线接收器接收以确定其 速度。
[0004] 为了确定该多个载波相位，无线接收器通常包括多个锁相环。在锁相环运行期间， 例如由短期遮蔽或机械冲击引起的干扰可造成锁相环的周跳并妨碍无线接收器速度的确 定。
[0005] 在锁相环中检测周跳的常用方法通常高度依赖于无线接收器的预期动态。强烈变 化的动态可导致载波相位变化被误识别为周跳，从而造成周跳检测器的误警报。常用方法 基于对全部锁相环的同时分析，通常其正确检测概率低或计算成本高。
[0006] 在Zhoufeng Ren等人的"用于单频GPS接收器的实时周跳检测和修复方法（A Real-time Cycle-slip Detection and Repair Method for Single Frequency GPS Receiver，2011年，第2次网络与信息技术国际会议，IPCSIT，第17卷，第224-230页)"中，多 个周跳在每个锁相环中分别被分析。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种无线接收器，能够确定其速度并具有改善的周跳鲁棒 性。
[0008] 该目的由独立权利要求的特征实现。进一步的实施形式由从属权利要求、说明书 和附图中而变得明显。
[0009] 本发明基于这样的发现，即，可以在载波相位确定中应用基于压缩感知的用于周 跳检测和/或修正方法。
[0010] 根据第一方面，本发明涉及一种无线接收器，能够确定其相对于多个无线发送器 的速度，所述无线接收器包括:通信接口，用于接收由所述多个无线发送器发出的多个载波 信号；以及处理器，用于在两个不同时刻确定所述载波信号的多个载波相位，针对每个载波 信号从所述确定的多个载波相位中确定所述两个不同时刻之间的多个载波相位差，确定指 示所述无线接收器的位置与所述多个发送器的多个位置之间的几何关系的位置矩阵，并在 所述多个载波相位差和所述位置矩阵的基础上确定所述无线接收器的速度。因此，可以提 供一种能够确定其速度的、具有改善的周跳鲁棒性的无线接收器。
[0011] 无线接收器和无线发送器可为全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS)的一部分，该GNSS例如GPS导航卫星系统、GLONASS导航卫星系统 或伽利略导航卫星系统。
[0012] 通信接口可用于将该多个载波信号由射频域转换为基带域。通信接口可包括模数 转换器，滤波器，放大器和/或用于接收多个载波信号的天线。
[0013] 处理器可用于执行计算机程序。
[0014] 无线接收器的速度可包括速度值，例如5m/s，和/或速度方向，例如45°。无线接收 器的速度可由向量表示。
[0015]载波信号可由相应的载波频率表征，例如1.5GHz或1.6GHz，以及由相应的载波相 位表征，例如20°或65°。载波信号可被调制。
[0016] 载波相位可由相应的相位角度表征，例如25°或55°。载波相位可进一步由相对于 相应波长的相应分数表征，例如波长的十分之一或三分之一。
[0017] 载波相位差可由相应的相位差角表征，例如1°或5°。载波相位差可进一步由相对 于相应波长的相应分数表征，例如波长的十二分之一或五分之一。
[0018] 两个不同时刻可由时间差表征，例如5ys。两个不同时刻的时间差可与米样时间间 隔相关。
[0019] 位置矩阵可指示无线接收器的位置与多个发送器的多个位置之间的几何关系。位 置矩阵可为方向余弦矩阵。
[0020] 无线接收器的位置与多个发送器的多个位置之间的几何关系可以和无线接收器 的位置与多个发送器的多个位置之间的相互距离和/或相互角度相关。
[0021] 无线接收器的位置和多个发送器的多个位置可由坐标系中的相应坐标表征，例如 笛卡尔(x，y，z)坐标系。
[0022] 根据所述第一方面，在第一种实现方式中，处理器用于根据如下等式基于优化过 程确定所述无线接收器的速度：
[0023]
[0024] '*· I e/t
[0025] 其中<5#表示包括所述多个载波相位差的向量，Η表示所述位置矩阵，Yk表示包括 所述无线接收器的速度的向量，d (k)表示包括多个周跳值的向量，| U表示向量的h范数，k 表示时刻索引，R4表示四维实数集合，Rn表示η维实数集合，η表示所述无线发送器的数量。因 此，可高效地确定无线接收器的速度。
[0026]周跳值可对应于已确定的载波相位的丢失的和/或跳过的周期。对于360°的整周 期，周跳值为1可例如对应于15°的已确定相位，而不是375°，反之亦然。
[0027]可认为向量d(k)是稀疏的，即可认为零元(entry)的数量显著大于非零元的数量。
[0028] 根据第一方面或第一方面的第一种实现方式，在第二种实现方式中，处理器用于 根据如卞笔才其不保#计辟施由拓述无线接收器的速度：
[0029]
[0030]
[0031] 其中表示包括所述多个载波相位差的向量，Η表示所述位置矩阵，Yk表示包括 所述无线接收器的速度的向量，d(k)表示包括多个周跳值的向量，I Ii表示向量的h范数，k 表示时刻索引，R4表示四维实数集合，zn表示η维整数格，η表示所述无线发送器的数量。因 此，可高效地确定无线接收器的速度。
[0032]周跳值可对应于已确定的载波相位的丢失的和/或跳过的周期。对于360°的整周 期，周跳值为1可例如对应于15°的已确定相位，而不是375°，反之亦然。
[0033] 可认为向量d(k)是稀疏的，即可认为零元的数量显著大于非零元的数量。
[0034] 根据第一方面或第一方面的第一种实现方式或第一方面的第二种实现方式，在第 三种实现方式中，处理器用于根据如下等式基于优化过程确定所述无线接收器的速度：
[0035]
[0036]
[0037] 其中表示包括所述多个载波相位差的向量，Η表示所述位置矩阵，Yk表示包括 所述无线接收器的速度的向量，d(k)表示包括多个周跳值的向量，| |P表示向量的1P范数，k 表示时刻索引，R4表示四维实数集合，Rn表示η维实数集合，η表示所述无线发送器的数量。因 此，可高效地确定无线接收器的速度。
[0038]周跳值可对应于已确定的载波相位的丢失的和/或跳过的周期。对于360°的整周 期，周跳值为1可例如对应于15°的已确定相位，而不是375°，反之亦然。
[0039] 可认为向量d(k)是稀疏的，即可认为零元的数量显著大于非零元的数量。
[0040] 根据第一方面的第一种实现方式、第一方面的第二种实现方式或第一方面的第三 种实现方式，在第四种实现方式中，处理器用于使用线性规划方法、半整数线性规划方法或 正交匹配追踪方法执行所述优化过程。因此，可使用高效的优化方法进行优化过程。
[0041 ]线性规划方法可适用于优化线性目标函数，受到线性等式的约束和/或线性不等 式的约束。线性规划方法可包括单纯形方法和/或内部点方法。
[0042]半整数线性规划方法可适用于优化线性目标函数，受到线性等式的约束和/或线 性不等式的约束，其中可认为多个变量为整数。
[0043] 正交匹配追踪方法可适用于优化线性目标函数，受到线性等式的约束和/或线性 不等式的约束。正交匹配追踪方法可包括位置矩阵的QR因式分解或QR分解。
[0044]正交匹配追踪方法可进一步包括在其最后迭代时的整数搜索方法，例如迫零(ZF) 方法、最小均方差(MMSE)方法、最大似然解码(MLD)方法和/或球面最大似然解码(MLD)方 法。
[0045]根据第一方面或第一方面的上述任一种实现方式，在第五种实现方式中，处理器 用于通过将多个载波信号与多个参考信号相比较来确定载波信号的多个载波相位。因此， 可以针对每个载波信号单独确定载波相位。
[0046]参考信号可由相应的载波频率表征，例如1.5GHz或1.6GHz，以及由相应的参考相 位表征，例如0°。参考信号可被调制。
[0047]将载波信号与参考信号相比较可包括确定载波信号和参考信号之间相移。载波信 号和参考信号之间的相移可例如由相位检测器确定。
[0048]根据第一方面或第一方面的上述任一种实现方式，在第六钟实现方式中，通信接 口包括多个锁相环，用于接收从多个无线发送器发出的多个载波信号。因此，可以保留载波 相位的方式接收载波信号。
[0049] 锁相环可包括可变频率振荡器和/或相位检测器。锁相环可进一步包括反馈环路。
[0050] 根据第一方面或第一方面的上述任一种实现方式，在第七种实现方式中，通信接 口用于根据频分多址方案、时分多址方案或码分多址方案接收多个载波信号。因此，可避免 载波信号的相互干扰。
[0051] 频分多址方案可表征为：为无线发送器发出的载波信号分配不同载波频率。频分 多址方案可允许载波信号在时间上同时传输。
[0052] 时分多址方案可表征为：为无线发送器发出的载波信号分配不同时隙。时分多址 方案允许为载波信号分配相同载波频率。
[0053] 码分多址方案可表征为：为无线发送器发出的载波信号分配相同的载波频率，同 时允许通过使用扩频技术使载波信号在时间上同时传输。
[0054] 根据第一方面或第一方面的上述任一种实现方式，在第八种实现方式中，通信接 口用于选择性地接收多个具有不同的载波频率、载波相位差、或载波相位多普勒频率的多 个载波信号。因此，可以将载波信号分开接收和处理。
[0055]载波信号的选择性接收可包括对载波信号选择性的频率滤波和/或选择性的时间 选通。
[0056] 载波信号多普勒频率可涉及由相对于多个无线发送器的无线接收器的速度导致 的载波频率的多普勒频移。
[0057] 根据第二方面，本发明涉及一种方法，用于确定相对于多个无线发送器的无线接 收器的速度，所述方法包括:所述无线接收器接收从所述多个无线发送器发出的多个载波 信号;所述无线接收器确定在两个不同时刻所述载波信号的多个载波相位;所述无线接收 器针对每个载波信号从确定的所述多个载波相位确定所述两个不同时刻之间的多个载波 相位差;确定指示所述无线接收器的位置和所述多个无线发送器的多个位置之间的几何关 系的位置矩阵；以及在所述多个载波相位差和所述位置矩阵的基础上确定所述无线接收器 的速度。因此，提供了一种具有改善的周跳鲁棒性的确定无线接收器的速度的方法。
[0058] 无线接收器和无线发送器可为全球导航卫星系统（GNSS)的一部分，该GNSS例如 GPS导航卫星系统、GLONASS导航卫星系统或伽利略导航卫星系统。
[0059]无线接收器的速度可包括速度值，例如5m/s，和/或速度方向，例如45°。无线接收 器的速度可由向量表示。
[0060] 载波信号可由相应的载波频率表征，例如1.5GHz或1.6GHz，以及由相应的载波相 位表征，例如20°或65°。载波信号可被调制。
[0061] 载波相位可由相应的相位角度表征，例如25°或55°。载波相位可进一步由相对于 相应波长的相应分数表征，例如波长的十分之一或三分之一。
[0062] 载波相位差可由相应的相位差角表征，例如1°或5°。载波相位差可进一步由相对 于相应波长的相应分数表征，例如波长的十二分之一或五分之一。
[0063 ] 两个不同时刻可由时间差表征，例如5μ s。两个不同时刻的时间差可与米样时间间 隔相关。
[0064]位置矩阵可指示无线接收器的位置与多个发送器的多个位置之间的几何关系。位 置矩阵可为方向余弦矩阵。
[0065] 无线接收器的位置与多个发送器的多个位置之间的几何关系可以和无线接收器 的位置与多个发送器的多个位置之间的相互距离和/或相互角度相关。
[0066] 无线接收器的位置和多个发送器的