频率转换器电路和卫星位置信号接收设备的制作方法

专利名称：频率转换器电路和卫星位置信号接收设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及频率转换器电路和用于从卫星定位系统中所使用的 定位卫星接收位置信号的接收设备。
背景技术：
到目前为止，已经使用全球定位系统(GPS)来作为确定移动物体 的当前位置或速度的定位系统。GPS不仅己广泛用于航空或航海导航 系统，而且还广泛用于汽车导航系统。此外，除了GPS，还已知其它 定位系统，诸如在俄罗斯开发并投入使用的全球轨道导航卫星系统 (GLONASS)，以及由以欧盟为中心的国际合作所开发并投入使用的 Galileo(伽利略)。例如，在GPS和Galileo之间，用于位置信号的扩 频调制的人为噪声(PN码)或载波频率的设置不同，其中该位置信号 是从定位卫星广播的。但是，通用的定位原理和定位计算方法彼此相 似。因此，已经积极开发了能够共享多个定位系统的接收设备。作为能够共享多个定位系统的接收设备，如JP 7-128423A中所 述，提出了一种GPS/GLONASS共享接收设备，其能够接收由来自 组成GPS的定位卫星(GPS卫星)的位置信号以及来自组成GLONASS 的定位卫星(GLONASS卫星)的位置信号所组成的两个频率的位置信 号。该接收设备利用初始级镜像消除混频器将从GPS卫星和 GLONASS卫星接收的两个频率的各个位置信号从RF(高次谐波)信 号频率转换为IF(中频)信号，并将各个位置信号相互分离以抑制各个 位置信号的干扰，从而实现GPS和GLONASS的共享。在GPS中，禾拥"GPS现代化项目"，近几年已经发射了具有被 称为"block IIR-M"和"block IIF"形式的GPS卫星，并且L2C信 号(block IIR-M之后)和L5信号(block IIF之后)开始作为除Ll之外的 新用户信号来广播，其中Ll己经被从开始到Block IIR形式的GPS卫星进行广播以供用户使用。因此，在GPS中，由Ll、 L2C和L5 组成的三个频率的位置信号可以作为用户信号。同样，在Galileo中，诸如E2-L1-E1(L1)、 E5a、 E5b和E6的多 个频带的位置信号从开始就规划作为用户信号。当可以使用这多个位 置信号时，有可能实现比传统性能更高的性能(接收范围的扩展、定 位精度的提高)。但是，JP 7-128423A中所描述的接收设备只能接收由GPS和 GLONASS组成的两个频率，并且不能接收诸如GPS的Ll、 L2和 L5的三个频率的位置信号。此外，例如，当借助于多个频率的位置 信号对引起定位精度劣化的电离层延迟误差进行校正以实现高精度 定位时，取决于卫星的操作状态或排列状态，位置信号可能不能同时 在两个频率的接收中接收。因此，由于能够通过校正来实现高精度定 位的时区受限，所以该定位不充分。相反的，当允许接收三个频率的位置信号时，有可能安全地进行 比两个频率接收更高精度的定位。此外，当通过接收三个频率的位置 信号进行能够获得高精度定位结果的载波定位时，其优点在于可根据 超宽巷(extra wide lane， EWL)方法轻易地确定整周模糊度(integer ambiguity)。但是，为了接收三个频率的位置信号，需要处理系统来接受新的 频率和带宽。更具体的，例如，需要与所接收的位置信号的个数相同 的信号处理系统。这些信号处理系统中的每个包括混频器部分，用 于对位置信号进行频率转换；本地振荡器，用于频率转换；参考振荡 器或放大器部分，用于放大中间波。上述处理系统存在这样的问题， 即，增大了接收设备的规模。此外，当接收设备规模增大时，出现诸 如功耗增大或制造成本增加的问题。此外，例如，由于两个位置信号通过初始级镜像消除混频器分离， 所以在初始级的下游级中需要两个处理系统。当这一结构应用于三频 波接收时，不能充分减小接收设备的尺寸。发明内容因此本发明的一个目的是提供一种频率转换器以及一种接收设 备，其能够使用三个频率的位置信号并且配置简单、功耗降低以及成 本降低。为了达到上述目的，根据一个方面，提供一种频率转换器电路对 从卫星定位系统中所使用的人造卫星接收的、载波频率互不相同的第 一位置信号、第二位置信号和第三位置信号进行频率转换。该频率转 换器电路包括振荡信号生成部分、第一混频部分、分频部分、第二混 频部分以及分离部分。振荡信号生成部分生成第一本地振荡信号，该第一本地振荡信号 的频率被设置为使得第一位置信号的频率与第二位置信号和第三位 置信号的频率具有镜像关系，并且使得不与通过第一混频部分频率转 换后的各个位置信号的频带重叠。第一混频部分将振荡信号生成部分 生成的第一本地振荡信号与第一、第二以及第三位置信号进行混频，以将各个位置信号频率转换为第一中频(lstIF)。在这种情况下，如上 所述设置第一本地振荡信号的频率，从而使其可以在初始级频率转换 中消除各个位置信号的镜像干扰。分频部分将振荡信号生成部分生成的第一本地振荡信号分频为 1/m(m是2或更大的整数)，以生成第二本地振荡信号，该第二本地 振荡信号的频率被设置为使得lstIF的第一位置信号的频率与lstIF 的第二位置信号以及lstIF的第三位置信号的频率具有镜像关系。第 二混频部分将分频部分生成的第二本地振荡信号与lstIF的第一、第 二以及第三位置信号进行混频，以将各个位置信号频率转换为第二中 频(2ndlF)。然后第二混频部分将第一位置信号、第二位置信号以及第 三位置信号相互分离，同时消除2ndlF的第一位置信号与2ndlF的第 二位置信号以及2ndlF的第三位置信号的干扰，也就是说，消除镜像。 然后第二混频部分独立输出第一位置信号、第二位置信号以及第三位 置信号。分离部分将第二混频部分混频并输出的2ndlF的第二位置信 号以及2ndlF的第三位置信号相互分离，并独立输出2ndlF的第二位 置信号以及2ndlF的第三位置信号。频率转换器电路能够将三个频率的谐波(RF)频率转换为中频(IF)的位置信号而不受镜像干扰。此外，当第二级的频率转换由第一和第 二混频部分以二级频率转换进行时，第一位置信号与第二位置信号和 第三位置信号分离。在后续的分离级，第二位置信号和第三位置信号 相互分离，从而与在进行初始级频率转换时分离各个信号的情况相 比，可以縮小与各个分离的位置信号相关的信号处理系统。因此，实 现了频率转换器电路的尺寸縮小以及成本降低。此外，利用简单的电 路配置，减少了功耗，并节约了电能。此外，借助于第二混频部分进行的频率转换中使用的第二本地振 荡信号通过对振荡信号生成部分振荡的第一本地振荡信号进行分频 而产生。因此，各个级的频率转换可以由一个本地振荡器进行而不使用诸如压控振荡器(vco)之类的多个本地振荡器。因此，实现了频率转换器的尺寸縮小、成本降低以及电能节约。此外，频率转换器电路关闭到与第一、第二以及第三位置信号中 未被选为待接收信号的位置信号相关的信号处理系统的电源供应。利 用这一操作，减少了位置计算中未使用的信号处理系统所引起的功 耗，实现了电能节约。更具体的，例如，可以进行配置以便根据操作 部分的用户操作选择启用/禁用各个位置信号的接收，或进行配置以 便基于接收状态的质量自动选择启用/禁用各个位置信号的接收。这里，当接收到三个频率的位置信号时，假设接收了诸如GPS 的L1、 L2C或L5之类的由同一卫星定位系统广播的多个位置信号， 或者接收了由诸如GPS或Galileo的多个卫星定位系统广播的位置信 号。然后，进行位置计算，同时根据情况需要一起使用各个卫星定位 系统的多个定位卫星，从而使其可以很好地维持定位精度。在这种情况下，当即使在不同卫星定位系统中多个位置信号也相 同时，诸如GPS-L1和Galileo-Ll信号(这些信号的载波频率都是 1575.42 MHz)或GPS-L5和Galileo-E5a信号(这些信号的载波频率都 是1176.45MHz)，可以通过一个接收系统同时接收多个位置信号。根据第二方面， 一种卫星位置信号接收设备包括接收部分，用于 接收从卫星定位系统中所使用的人造卫星以无线电波形式传输的位 置信号；上述频率转换器电路；解调部分，用于分别解调已经由频率转换器电路进行了频率转换的第一、第二以及第三位置信号；以及控 制部分。在这些部分中，解调部分包括第一、第二以及第三解调系统。至 少第一、第二以及第三解调系统中的一个包括用于多个卫星定位系统 中的每一个的不同解调器电路以及能够由多个卫星定位系统共享的 解调器电路，其中这些解调器电路的个数能够确保电路的个数满足与 所述各个卫星定位系统相关的位置计算中所使用的卫星的最大个数。 利用上述配置，能够解调与所述多个卫星定位系统相关的相同载波频 率的位置信号。当借助于解调部分解调位置信号时，控制部分根据位置信号的接 收状态选择位置计算中使用的定位卫星，分配任意解调器电路给所选 定位卫星，并基于由所分配的解调电路所解调的位置信号进行位置计 算。当上述配置应用于GPS和Galileo时，提出了一种配置，例如， 其在频率转换器电路端，同时接收GPS-L1和Galileo-Ll作为第一位 置信号，接收GPS-L2作为第二位置信号，并且同时接收GPS-L5和 Galileo-E5a作为第三位置信号。频率转换器电路的上述配置包括第一解调系统中的各个GPS-L1 和Galileo-Ll的多种解调器电路，以及GPS-L1和Galileo-Ll共享的 解调器电路。这些电路根据接收状态适当分配给GPS和Galileo,从 而启用在一个接收系统中同时接收GPS和Galileo位置信号的混合定 位。此外，当GSP-L2可以在第二解调系统中解调，而GPS-L5和 Galileo-E5a可以在第三解调系统中解调时，由各个GPS-L1或 Galileo-L2位置信号进行的位置计算的结果可以分别通过来自第二解 调系统或第三解调系统的各个位置信号来校正。此外，根据位置信号的接收状态，从与GPS和Galileo相关的多 个定位卫星中选择适于位置计算的定位卫星。然后，将解调器电路分 配给所选择的定位卫星，从而使其可以接收与增强定位精度的定位卫 星相结合的位置信号，以进行位置计算。因此，能够得到很好的定位 精度。采用可以由多个卫星定位系统共享的解调器电路作为上述实例中所描述的可以由GPS-L1和Galileo-Ll共享的多个解调器电路。因 此，与由于各个卫星定位系统而在位置计算中所使用的用于各个卫星 定位系统的各种解调器电路的最大个数的情况相比，由于各个卫星定 位系统而在位置计算中所使用的解调器电路的最大个数可以由解调 器电路的最小个数来满足。因此，卫星位置信号接收设备可以縮小尺 寸并降低成本。


从下面的参考附图的详细描述，本发明的上述以及其它目的、特 性和优点将变得更加清楚。附图中图1是示出根据本发明一个实施例的卫星位置信号接收设备的 一部分的RF前端部分的方框图；图2是示出根据实施例的卫星位置信号接收设备的一部分的信 号处理部分的方框图；以及图3是示出由图2中所示的信号处理部分的算术处理部分执行的 信道选择处理的过程的流程图。
具体实施方式
参考图1，卫星位置信号接收设备包括天线101，用于从定位卫星接收位置信号；RF前端部分1，用于对已经从定位卫星接收到 的位置信号进行频率转换并输出转换后的位置信号作为数字信号。 RF前端部分1连接到图2中所示的信号处理部分2，信号处理部分2 获取并跟随来自定位卫星的载波和PN码，并解调从RF前端部分1 提供的位置信号以进行位置计算。在这一实施例中，用于GPS和Galileo的各个卫星定位系统的具 有三个频率的下面五种位置信号被用作可接收的位置信号。 (1 ) GPS-L1和Galileo-Ll(这些信号都是1575.42 MHz)(2) GPS画L2C(1227.6固z)(3) GPS-L5和Galileo-E5a(这些信号都是1176.45 MHz)上述(1)到(3)项中各个频率的位置信号的所有载波频率是通过乘 以fo=1.023 MHz(fo是GPS的基频10.023 MHz的1/10)产生的。也就 是说，上述(l)项中GPS-L1和Galileo-Ll的位置信号(统一简单表示 为"LI")的载波频率用1540fo表示，上述(2)项中GPS-L2C的位置 信号(简单表示为"L2C")的载波频率用1200fo表示，并且上述(3) 项中GPS-L5和Galileo-E5a的位置信号(统一简单表示为"L5'E5a") 的载波频率用1150fo表示。在GPS和Galileo中，当位置信号从定位卫星发送时，位置信号 要受到借助于给定PN码的扩频调制。从定位卫星接收位置信号的卫 星位置信号接收设备将所接收的位置信号从高次谐波(RF)频率转换 为中频(IF)，然后转换为基带。然后，卫星位置信号接收设备从发送 位置信号的定位卫星获取载波以及定位卫星的扩频调制中所使用的 PN码，并解调所接收的位置信号。卫星位置信号接收设备利用已解 调的位置信号来计算到定位卫星的人为距离(伪距离)或各个定位卫 星的位置，或根据所计算的各种数据校正诸如电离层延迟之类的各种 误差以计算当前位置、速度、或方向。RF前端部分l(图1)是频率转换器电路。RF前端部分1包括低噪 声放大器(LNA)102、带通滤波器(BPF)102、混频器104、压控振荡器 (VCO)105、分频器106、 107，以及镜像消除混频器108。 RF前端部 分1还包括低通滤波器(LPF)109、 116，分路滤波器112,带通滤波器 (BPF)113， AGC(自动增益控制)放大器110、 114、 117， A/D转换器 111、 115、 118，参考振荡器119，以及电源控制器120。天线101由三带天线构成，其接收各个位置信号Ll、 L2C和 L5-E5a;或由双带天线构成，其具有频带Ll作为一个极并具有在频 带L2C和L5，E5a之间的中间频带中的另一个极以提供广泛的特性。 天线101从GPS卫星和Galileo卫星接收位置信号。天线101所接收的各个位置信号的RF信号由LNA102以低噪声 放大。由LNA 102放大的各个位置信号的RF信号由BPF 103限制于 频带中。BPF 103例如由SAW滤波器构成，且通带由三带构成，允 许各个频带L1、 L2C和L5'E5a通过BPF 103，或由双带构成，包括一个带允许频带Ll通过BPF 103，而一个带允许频带L2C和L5'E5a 通过BPF 103。由BPF 103限制于带中的各个位置信号的RF信号在混频器104 中与第一本地振荡信号(lstLo)进行混频，从而转换为第一中频 (lstIF)，其中该第一本地振荡信号是通过分频器106对来自VCO 105 的振荡信号(Lo)进行分频得到的。在这一实例中，设置lstLo的频率 以使得从lstLo端看Ll的载波频率与L2C和L5'E5a的载波频率具有 镜像关系，并通过频率转换将lstLo的频率设置为不与各个位置信号 的频带重叠的频率。也就是说，lstLo的频率被设置为基本是L1的载 波频率和L2C至lj L5'E5a的频带之间的中频(更具体的，fo的倍数 1376fo)。 lstLo是通过由频率分频器106将Lo(频率2752fo)分频为 1/2频率而产生的，其中所述Lo(频率2752fo)由VCO105生成，其 频率是与由参考振荡器119生成的参考时钟(频率64fo)相比的比较 频率变为足够高的频率。RP的Ll在混频器104中与lstLo混频，并被转换为频率为164fo 的lstIF(Ll)。同样，RF的L2C被转换为频率为176fo的lstlF(L2C)。 此外，RF的L5'E5a被转换为频率为226fo的lstlF(L5'E5a)。由混频器104进行了频率转换的lstIF的各个位置信号与由分频 器107对lstLo进行分频所获得的第二本地振荡信号(2ndLo)进行混 频，并被转换为第二中频(2ndlF)。在这一实例中，2ndLo的频率被设 置为一个频率(更具体的，fo的倍数172fo)，以使得从2ndLo端看， lstIF的Ll的频率与lstIF的L2C和L5'Ea的频率具有镜像关系。也 就是说，2ndLo的频率被设置为基本是lstIF的Ll的载波频率和lstIF 的L2C到lstIF的L5'E5a的频带之间的中频。2ndLo由分频器107 通过将lstLo(频率1376fo)分频为1/8频率来产生。lstRF的Ll在镜像消除混频器108中与2ndLo进行混频，并被 转换为频率为8fo的2ndlF(Ll)。同样，lstlF的L2C被转换为频率为 4fo的2ndlF。并且，lstIF的L5'E5a被转换为频率为54fo的2ndlF。镜像消除混频器108分离各个信号，同时消除己经进行了频率转 换IF的2ndlF的Ll与2ndlF的L2和L5'E5a之间的干扰，也就是说，消除镜像。然后镜像消除混频器108独立输出这些信号。也就是说， 2ndlF的Ll和2ndlF的L2和L5'E5a在这一级彼此分离。从镜像消除混频器108独立输出的2ndlF的Ll被LPF 109限制 于中心频率为8fo的通带内，从而被AGC放大器110放大至满足后 续模拟/数字转换所需要的输入等级的等级。fe AGC放大器110放大 的2ndlF的Ll通过A/D转换器111转换为数字信号，并被提供到信 号处理部分2。LPF 109、 AGC放大器110以及A/D转换器111组成与从镜像消 除混频器108输出的2ndlF的Ll相关的信号处理系统，对它们进行 配置以便在电源控制器120的控制下统一改变每个系统中的电源的 开/关状态。因此，当从定位卫星未接收到L1信号时，切断系统的电 源以减少RF前端部分1的电能消耗。另一方面，2ndlF的L2C和L5'E5a混频并从镜像消除混频器108 输出。从镜像消除混频器108输出的2ndlF的L2C和L5'E5a分别由 分路滤波器112分离。分离后的2ndlF的L2C被BPF 113限制于中心 频率为4fo的通带内，从而被AGC放大器114放大至满足后续模拟/ 数字转换所需要的输入等级的等级。由AGC放大器110放大的2ndlF 的L2C通过A/D转换器115转换为数字信号，并被提供到信号处理 部分2。BPF 113、 AGC放大器114以及A/D转换器115组成与从分路滤 波器112输出的2ndlF的L2C相关的信号处理系统，对它们进行配置 以便在电源控制器120的控制下统一改变每个系统中的电源的开/关 状态。因此，当从定位卫星未接收到L2C信号时，切断系统的电源 以减少RF前端部分1的电能消耗。另一方面，由分路滤波器112分离的2ndlF的L5'E5a由BPF 116 限制于中心频率为54fo的通带，此后由AGC放大器117放大至满足 后续模拟/数字转换所需要的输入等级的等级。由AGC放大器117放 大的2ndlF的L5'E5a向下转换为频率为10fo的第三中频(3rdlF),其 中从参考振荡器119振荡的频率64fo的参考时钟作为A/D转换器118 的采样频率。然后，3rdlF的L5"E5a转换为数字信号，并提供到信号处理部分2。LPF 116、 AGC放大器117以及A/D转换器118组成与从分路滤 波器112输出的2ndlF的L5"E5a相关的信号处理系统，对它们进行 配置以便在电源控制器120的控制下统一改变每个系统中的电源的 开/关状态。因此，当从定位卫星未接收到L5'E5a信号时，切断系统 的电源以减少RF前端部分1的电能消耗。电源控制器120基于来自信号处理部分2的算术处理部分5的电 源控制信号改变针对上述各个系统的电源的开/关状态。例如，提出 一种配置，其中可以接受通过交换机(未示出)选择三频接收和双频接 收的任意一个的操作，或选择从L1、 L2C以及L5'E5a接收任意信号 的操作，并且电源只提供到与被选为接收目标的位置信号相关的系 统。此外，可以进行配置，以使得算术处理部分5根据位置信号的接 收状态的质量选择启用/禁用各个位置信号的接收，并且电源只提供 到与被算术处理部分5选为待接收信号的位置信号相关的系统。信号处理部分2(图2)包括向下转换器部分3、信号处理器部分4 以及算术处理部分5。在下面的描述中，为描述方便，与用于L1信 号的信号处理相关的系统称为"第一系统(#1)"，与用于L2C信号的 信号处理相关的系统称为"第二系统(#2)"，与用于L5f5a信号的信 号处理相关的系统称为"第三系统(#3)"。在第一、第二和第三系统中，向下转换器部分3包括混频器31a、 31b禾B31c， LPF32a、 32b和32c，以及分频器33a、 33b和33c。从RF前端部分1提供的各个位置信号Ll 、 L2C和L5，E5a与在 各个分频器33a、33b和33c中生成的振荡信号在各个混频器31a、31b 和31c中进行混频，并被转换到基带。在这一实例中，通过分频从 RF前端部分1提供的参考时钟，各个分频器33a、 33b和33c生成与 2ndlF的Ll和L2C以及3rdlF的L5"E5a的各个中频相同频率的振荡 信号。由各个混频器31a、 31b和31c转换到基带的各个位置信号Ll、 L2C和L5'E5a分别由LPF32a、 32b和32c限制在带中，并提供到信 号处理器4。在第一系统中，由于解调位置信号所需的带宽在GPS-L1和Galileo-Ll之间不同，所以LPF 32a根据从算术处理部分5输出的 GPS/Galileo标识信号改变信号的通带。信号处理部分4包括多个信号处理器40a、 40b和40c，对应于各 个第一、第二和第三系统中位置计算所使用的定位卫星的信道个数。 在下面的描述中，当各个信号处理器40a、 40b和40c彼此无特别区 别时，不添加符号a、 b和c到信号处理器，而表示为"信号处理器 40"。各个信号处理器40内的各个部分的结构与此相同。每个信号处理器40包括混频器41、 42，载波生成器43以及代 码生成器44。载波生成器43在一个频率振荡，其中该频率根据来自 算术处理部分5的载波频率设置信号(CFSS)与从RF前端部分1提供 的参考时钟同步地设置。由算术处理部分5设置的频率对应于将由各 个信号处理器40处理的位置信号的载波频率。从向下转换器部分3 提供的各个位置信号在混频器41中与载波生成器43的输出进行混 频。混频器41的输出信号通过混频器42提供到算术处理部分5。算 术处理部分5基于所提供的信号检测载波频率，并输出对应于所检测 到的频率的载波频率设置信号到载波生成器43。也就是说，信号处 理器40中的混频器41和载波生成器43组成载波跟随回路，其通过 算术处理部分5获取并跟随GPS或Galileo的各个位置信号的载波。混频器41的输出信号在混频器42中与代码生成器44的输出信 号进行混频，以被解调为初始信号波。代码生成器44生成PN码， 该PN码根据来自算术处理部分5的代码设置信号CSS与从RF前端 部分1提供的参考时钟同步地设置。在GPS和Galileo中，当从定位 卫星传输位置信号时，位置信号被借助于给定PN码而进行扩频调制。 在这种环境下，在代码生成器44中生成与位置信号的扩频调制中所 使用的PN码相同的PN码，并且所生成的PN码在混频器42中与已 转换到基带的位置信号进行混频，以对位置信号进行反扩频。信号处 理器40中的混频器42和代码生成器44组成延迟锁相环(DLL)，其通 过算术处理部分5进行获取并跟随GPS或Galileo的各个位置信号的 PN码的操作。此外，算术处理部分5能够根据由代码生成器44生成 的PN码的相位和来自定位卫星的PN码的相位之间的时间差来计算收设备之间的人为距离。在第一系统中，具有上述配置的信号处理器40a具有总共12个 电路(信道)，包括4个GPS-L1专用电路、4个可以由GPS-L1和 Galileo-Ll信号共享的电路，以及4个Galileo-Ll专用电路。根据上 述配置，通过适当改变GPS信号和Galileo信号相对于能够处理 GPS-L1和Gaiileo-Ll信号二者的4个信号处理器40a的分布，获取 各个位置信号GPS-L1和Galileo-Ll的信道个数可以在4个和8个信 道之间改变。在第二系统中，信号处理器40b具有8个专用的GPS-L2C 专用电路(信道)，而在第三系统中，信号处理器40c具有8个可以由 GPS-L5和Galileo-E5a 二者共享的电路(信道)。算术处理部分5包括CPU，并执行各种处理，诸如确定位置计 算中所使用的定位卫星，设置载波频率以及设置针对与从确定的定位 卫星接收位置信号的处理相关的信号处理器40的PN码，根据对从 各个信号处理器40输出的解码信号的分析计算各个定位卫星的人为 距离或位置，校正诸如电离层延迟之类的各种误差，根据所计算的各 种数据计算当前位置、速度以及方向，或者诸如RF前端部分1的电 源控制之类的各种处理。在根据这一实施例的卫星位置信号接收设备中，Ll、 L2C以及 L5-E5a三个频率的位置信号中，L2C和L5'E5a用于校正电离层延迟 误差。为此，算术处理部分5通过随后改变GPS和Galileo的信道相 对于信号处理器40a(4个电路)的分布，来进行查找位置计算的最佳信 道的组合的过程，其中信号处理器40a可以由与信号处理器部分4中 Ll的信号处理相关的系统中(也就是说，第一系统)的信号GPS-L1和 Galileo-Ll共享。下文中，将描述"信道选择处理"的细节。根据这一实施例的卫星位置信号接收设备中的RF前端部分1形 成频率转换器电路。在RF前端部分1中，压控振荡器(VCO)105和 分频器106形成振荡信号生成部分，并且混频器104形成第一混频部 分。此外，分频器107对应于分频部分、镜像消除混频器108形成第 二混频部分，并且分路滤波器112形成分离部分。此外，天线101形 成接收部分，信号处理部分2中的信号处理器部分4形成解调部分，并且算术处理部分5形成控制部分。算术处理部分5被编程以执行图3中所示的信道选择处理。 一旦开始信道选择处理，算术处理部分5分别向各个信号处理器40a分配GPS-Ll和Galileo-Ll，每个六个信道，并在步骤100基于各个信道接收到的位置信号计算到对应于各个信道的定位卫星的人为 距离(SIOO)。在这一实例中，假设下面SIOI到S105的处理在第一系统中接收 位置信号的每个信道中执行。首先，检查通过目标信道获取的信号是 GPS-L1信号还是Galileo-Ll信号(SIOI)。在这一实例中，当通过目标 信道获取的信号是GPS-L1信号时(S101中是GPS)，确认与目标信道 相关的GPS卫星的类型(S102)。当确定GPS卫星的类型是"Block IIR-M" (S102中是IIR-M)时，这一类型的GPS卫星广播信号L2C和 信号Ll。因此，算术处理部分5借助于来自相同GPS卫星的信号L2C 来校正位置信号的电离层延迟，其中L2C信号通过与L2C的信号处 理有关的第二系统输入(S103)。另一方面，当确定GPS卫星的类型是 "Block IIR-F"之后的类型时(S102中是IIF之后)，这一类型的GPS 卫星广播L5信号和L1信号。因此，算术处理部分5借助于来自相 同GPS卫星的信号L5来校正位置信号的电离层延迟，其中L5信号 通过与L5的信号处理有关的第三系统输入(S104)。另一方面，当确 定GPS卫星的类型是"BlocklIR"之前的类型时(S102中是IIR之前)， 这一类型的GPS卫星只广播L1信号供客户使用。因此，处理切换到后续步骤而不校正电离层延迟。另一方面，当在S101中确定目标信道接收的信号是Galileo-Ll 信号时(S101中是Galileo),算术处理部分5借助于来自相同Galileo 卫星的信号E5a来校正位置信号的电离层延迟，其中E5a信号通过与 E5a的信号处理有关的第三系统输入(S105)。此后，算术处理部分5再次基于在S103、 S104和S105中校正 每个信道中的电离层延迟的结果来计算到各个定位卫星的人为距离， 并在当前信道设置中计算精度劣化指数DOP(精度因子)(S106)。 DOP 是指示由于定位卫星的排列状态而造成的定位精度的劣化程度的指数(数字值越小，定位精度越高)。位置信号接收状态的质量可以根据 该指数确定。在S106中计算了人为距离和DOP之后，检査是否所有12个信 道都可以获取或接收位置信号(S107)。在这种情况下，当存在不能获 取的信道时(S107中为否)，检査在GPS-L1和Galileo-Ll的任意一个 中是否可以获取6个或更多信道(S108)。当在所有GPS-L1和 Galileo-Ll中不能获取6个或更多个信道时(S108中为否)，处理返回 到S100中的处理，继续获取未用信道中的位置信号。另一方面，当确定在GPS-L1和Galileo-Ll的任意一个中可以获 取6个或更多信道时(S108中为是)，在GPS-L1的情况下(S109中为 GPS)，将一个GPS-U信道增加到未用信道(S110)。另一方面，当 Galileo-Ll中可以获取6个或更多信道时(S109中为Galileo)，将一个 Galileo-Ll信道增加到未用信道(Slll)。在S110或Sill分别增加了 所获取的信道之后，基于在信道设置中接收的位置信号计算对应于各 个信道的定位卫星的人为距离(S119)，并且处理返回到S101的处理。另一方面，当在S107中确定可以在所有的12个信道中获取位置 信号时，在前述例程循环通过S118的情况下(S112中为是)，处理切 换到S117;在前述例程循环未通过S118，也就是说，未执行S108， 的情况下(S112中为否)，处理切换到S1B。在S113中，检查是否将 下面将要描述的S120中所获取的信道的组合改变到DOP最佳的设 置。当确定信道的组合不改变为DOP最佳的设置时(S113中为否)， 处理切换到S114。在S114中，当例程循环第一次通过这一步骤时 (S114中为是)，处理切换到S116。在S116中，在可以由GPS-L1和Galileo-Ll的信号二者共享的 信号处理器40a中，GPS-L1的信道被新分配给Galileo-Ll的信道所 分配的多个电路中的一个，并且增加一个GPS-Ll信道作为所获取的 信道。也就是说，在这一实例中，12个所获取的信道中增加一个 GPS-Ll信道，减少一个Galileo-Ll信道。在S116中增加一个GPS-Ll 信道后，基于当前信道设置中所接收的位置信号，计算到对应于各个 信道的定位卫星的人为距离(S119)，并且处理返回到S101的处理。另一方面，当第二个或后面的例程循环通过这一步骤时(S114中 为否)，处理切换到S115。在S115中，检查当前信道设置中GPS-L1 的信道个数是否小于8，并且当前面的信道设置改变时增加一个 GPS-L1信道。在这一实例中，在肯定确定的情况下(S115中为是)， 再次增加一个GPS-L1信道作为所获取的信道(S116)。在否定确定的 情况下(S115中为否)，也就是说，在当前获取8个GPS-L1信道(可获 取信道的最大个数)的情况下，或当此前改变信道设置时增加了一个 Galileo-Ll信道时，检査当前信道设置中Galileo-Ll的信道个数是否 小于8(S117)。在这一实例中，当确定Galileo-Ll的信道个数小于8时(S117中 为是)，在可以由GPS-L1和Galileo-Ll的信号二者共享的信号处理器 40a中，Galileo-Ll的信道被新分配给GPS-L1的信道所分配的多个电 路中的一个，并且增加一个Galileo-Ll信道作为所获取的信道(S118)。 也就是说，在所获取的12个信道中减少一个GPS-L1信道，增加一 个Galileo-Ll信道。在S118中增加了一个Galileo-Ll信道之后，基 于当前信道设置中所接收的位置信号，计算到对应于各个信道的定位 卫星的人为距离(S119)，并且处理返回到S101的处理。在上述过程中依次重复S101到S119的处理，从而在将GPS-L1 和Galileo-Ll信道分配给12个信号处理器40a时，计算针对所有组 合的人为距离(S100和S119)和DOP(S106)。然后，当在S117确定当 前信道设置中Galileo-Ll的信道个数是8时(S117中为否)，设置改变 为从当前信道组合目前已经试图到达的信道的组合中DOP最小(也就 是说，接收状态非常好)的设置。然后，在信道设置中计算人为距离 (S119),并且处理返回到S101的处理。在后续例程循环中，在S113 中进行肯定确定(S113中为是)，在当前信道设置中对定位精度贡献最 小的信道中，信道在GPS-L1和Galileo-Ll之间交替改变(S121)，并 重复上述处理。可以基于诸如各个定位卫星的高度或位置之类的影响 定位精度的条件确定对定位精度的贡献。更具体的，当对定位精度贡献最小的信道是GPS卫星信道时， 信道改变为Galileo卫星信道。相反的，当对定位精度贡献最小的信道是Galileo卫星信道时，信道改变为GPS卫星信道。这样，在信道 改变为DOP最佳的信道设置时，重复上述操作以便总是维持高的定 位精度。根据上述实施例的卫星位置信号接收设备提供以下优点。卫星位置信号接收设备的RF前端部分l(图l)能够进行从Ll、 L2C以及L5，E5a的三个频率的谐波(RF)位置信号频率转换为中频(IF) 位置信号而不受到镜像干扰。在混频器104和镜像消除混频器108中， Ll信号在二级频率转换的第二频率转换时与L2C和L5"E5a分离。下 文中，L2C信号和L5'E5a信号在分路滤波器112中彼此分离。因此， 与各个信号在初始频率转换时彼此分离的情况相比，可以縮减与已经 彼此分离的各个位置信号相关的信号处理系统。利用上述配置，频率 转换器电路大小縮小，并且成本降低。此外，由于电路配置简单，所 以减少了功耗，并节约了电能。在镜像消除混频器108中与位置信号进行混频的第二本地振荡 信号在VCO 105中振荡，并且己经由分频器106分频的第一本地振 荡信号进一步被分频使用。因此，各个级的频率转换可以由一个VCO 进行而不需使用多个VCO。利用上述配置，RF前端部分1的大小减 小，成本降低，并且节约电能。此外，电源只提供到与被选为待接收信号的位置信号相关的信号 处理系统，并且关闭到与未被选为待接收信号的位置信号相关的信号 处理系统的电能供应。因此，减少了RF前端部分1的功耗，并且实 现了能量节约。在图2中所示的信号处理部分2中，信号处理器40总共具有28 个信道，包括第一系统中(L1)的12个信道，第二系统中(L2C)的8个 信道，第三系统中(L5'E5a)的8个信道。信号处理器40能够获取可以 获得足够定位精度的个数的定位卫星。在这些系统中，第一系统包括用于各个GPS-L1和Galileo-Ll的 专用信号处理器40a，以及可以由GPS-L1和Galileo-Ll共享的信号 处理器40a。到GPS-L1和Galileo-Ll的信道分配可以根据位置信号 的接收状态适当改变，并且位置信号由提高定位精度的信道设置接收，从而能够达到很好的定位精度。此外，由于使用了可以由GPS-L1和Galileo-Ll共享的信号处理 器40a，与由于各个卫星定位系统而在位置计算中所使用的用于各个 卫星定位系统的各种解调器电路的最大个数的情况相比，由于各个卫 星定位系统而在位置计算中所使用的解调器电路的最大个数可以由 解调器电路的最小个数来满足。因此，卫星位置信号接收设备可以縮 小尺寸并降低成本。
权利要求
1、一种频率转换器电路，其对载波频率各不相同并且从卫星定位系统中所使用的人造卫星接收的第一位置信号、第二位置信号以及第三位置信号进行频率转换，所述频率转换器电路包含振荡信号生成部分(105、106)，用于生成第一本地振荡信号，该第一本地振荡信号的频率被设置为使得所述第一位置信号的频率与所述第二位置信号和所述第三位置信号的频率具有镜像关系，并且使得所述各个位置信号的频带在频率转换后不重叠；第一混频部分(104)，用于将所述第一本地振荡信号与所述第一、第二以及第三位置信号进行混频，以将所述各个位置信号频率转换为第一中频；分频部分(107)，用于将所述第一本地振荡信号分频为1/m，其中m是2或更大的整数，以生成第二本地振荡信号，该第二本地振荡信号的频率被设置为使得所述第一中频的第一位置信号的频率与所述第一中频的第二位置信号以及所述第一中频的第三位置信号的频率具有镜像关系；第二混频部分(108)，用于将所述第二本地振荡信号与所述第一中频的所述第一、第二以及第三位置信号进行混频，以将所述各个位置信号频率转换为第二中频，将所述第二中频的第一位置信号与所述第二中频的第二位置信号以及所述第二中频的第三位置信号分离，同时消除所述第一、第二以及第三位置信号的相互干扰，并独立输出所述第二中频的第一位置信号、第二位置信号以及第三位置信号；以及分离部分(112)，用于相互分离所述第二中频的第二位置信号与所述第二中频的第三位置信号，并独立输出所述第二中频的第二位置信号以及所述第二中频的第三位置信号。
2、 根据权利要求1所述的频率转换器电路，进一步包含 三个信号处理系统(109到118)，处理由所述第二混频部分和所述分离部分输出的所述第二中频的第一、第二以及第三位置信号；以及电源部分(120)，用于关闭到信号处理系统的电源供应，该信号 处理系统与所述第一、第二以及第三位置信号中未被选为待接收的信 号的位置信号相关。
3、 一种卫星位置信号接收设备，包含接收部分(IOI)，用于以无线电波形式接收从卫星定位系统中所使用的人造卫星传输的第一位置信号、第二位置信号以及第三位置信号；根据权利要求1或2的频率转换器电路(l);以及 解调部分(4)，用于分别解调由所述频率转换器电路频率转换的 所述第一、第二以及第三位置信号； 其中所述解调部分(4)包括第一解调系统(40a)，包括与使用所述第一位置信号的位置计算中 所使用的定位卫星的个数相对应的个数的用于解调所述第一位置信 号的解调电路；第二解调系统(40b)，包括与使用所述第二位置信号的位置计算 中所使用的定位卫星的个数相对应的个数的用于解调所述第二位置 信号的解调电路；第三解调系统(40c)，包括与使用所述第三位置信号的位置计算中所使用的定位卫星的个数相对应的个数的用于解调所述第三位置信 号的解调电路；控制部分(5)，用于执行位置计算，其中所述第一、第二以及第三解调系统(40a到40c)中的至少一个 包括用于多个卫星定位系统中的每一个的不同解调器电路以及能够 由多个卫星定位系统共享的解调器电路，其中这些解调器电路的个数 能够确保电路的个数满足与所述各个卫星定位系统相关的位置计算 中所使用的卫星的最大个数，并且能够解调与所述多个卫星定位系统 相关的相同载波频率的位置信号，并且其中当所述解调部分解调所述位置信号时，所述控制部分(5)根 据所述位置信号的接收状态选择所述位置计算中使用的定位卫星，并分配所述解调电路中的任意一个给所选择的定位卫星，并基于由所分 配的解调电路解调的位置信号来执行所述位置计算。
全文摘要
本发明提供了一种频率转换器电路和卫星位置信号接收设备。其中，混频器(104)将各个信号L1、L2C以及L5·E5a与本地振荡信号进行混频以进行频率转换(1stIF)，其中L1信号的频率与L2C和L5·E5a信号的频率具有镜像关系。镜像消除混频器(108)将1stIF的各个位置信号与本地振荡信号进行混频以进行频率转换(2ndIF)，其中1stIF的L1信号的频率与1stIF的L2C和L5·E5a信号的频率具有镜像关系。然后镜像消除混频器独立输出2ndIF的L1信号和2ndIF的L2C和L5·E5a信号。分路滤波器(112)将2ndIF的L2C和L5·E5a信号彼此分离，并输出分离后的信号。
文档编号H03D7/18GK101221234SQ20071019277
公开日2008年7月16日 申请日期2007年11月20日 优先权日2006年11月20日
发明者渡边友辅 申请人:株式会社电装