专利名称：确定射频信号接收机位置的方法及实现该方法的接收机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无需任何对初始近似位置的认知而确定射频信号接收机位置的方法，特别针对GPS型接收机。为此，所述接收机包括用于来自卫星的射频信号的接收和整形装置。这些信号整形装置产生经频率转换的、用于相关级(correlation stage)的中间信号。所述相关级由N个用于接收中间信号的相关信道形成，以利用将要被搜索和跟踪的卫星的载波频率和特定编码的副本(replica)使这些信号相关。接收机的微处理器装置与所述相关级连接，用于在相关后，处理从射频信号获取的数据，并用于控制接收机某些部分的操作。
本发明还涉及一种射频信号接收机，其适于实现所述方法。
近似位置表示地理区域或地区的粗略位置，例如，在精确或精密计算位置之前，接收机所处的位置。
所述射频信号接收机可用于卫星导航系统中，例如，GLONASS或GALILEO或GPS型。
背景技术：
在GPS系统的情况下，任何射频信号接收机可以从轨道卫星接收信号。接收机与可见卫星(visible satellite)之间的地面距离可以为当一颗卫星位于天顶时的20000千米到当一颗卫星位于地球表面的切点，即，地平面上时的26000千米。
目前，30个卫星被置于离地球表面约20000千米距离的轨道上，6个轨道面各自相对于赤道倾斜55°。卫星在轨道上完成一周，回到地球上方同一点所需的时间大约为12小时。轨道上卫星的分布使得地面GPS接收机可以从至少四个可见卫星接收GPS信号，以确定，例如，位置、速度，以及当地时间。
对于民用方面，这些卫星的每一个均发送以1.57542GHz的第一载波频率形成的射频信号，其中，P-code在10.23MHz上被调制，且C/A PRN码在每个具有50HzGPS消息的卫星所特有的1.023MHz上被调制。所述GPS消息包括特别用于计算X、Y、Z位置，速度，以及当地时间的历表(ephemeride)以及年历(almanac)数据。
各卫星的C/A PRN码(伪随机噪声)是Gold码，其为每个卫星的唯一伪随机码，从而使得由卫星发射的信号在接收机中可得到区分。C/A码为由1023个码片组成的数字信号，其每一毫妙重复一次。所有Gold码都具有几乎正交的特性，即，对它们进行相互之间的相关计算，相关结果大约为0。这个特性使得来自数个卫星的数个射频信号可在相同GPS接收机的数个信道中同时独立地进行处理。
在使用了GPS型接收机的当前的导航系统中，常常需要引入初始近似位置以促进对接收机精确位置的计算。从而，需要接收机用户输入，例如，与其当前位置相近的地点的坐标，这是一个缺点。
在专利申请DE 196 33 477中，描述了一种用于射频信号接收机的装置，其允许无需任何对初始近似位置的认知，即可实现第一组卫星的第一次搜索。为此，接收机的搜索信道被配置用于从至少两个明显垂直的轨道面搜索一定数量的卫星，从而来自至少一个可见卫星的信号可被接收机选取。
由于可以设想将这种射频信号接收机装载在便携式对象中，例如，移动电话或手表中，可以促进所有的精确位置计算操作。而且，由于所述接收机在这类对象中由蓄电池或小型电池提供能量，这些计算操作中的耗电也会大大降低。
发明内容
从而，为克服现有技术的不足，本发明的主要目的在于提出一种确定射频信号接收机位置的方法，其无需向接收机输入初始近似位置以计算其精确位置。
本发明从而涉及一种确定射频信号接收机位置的方法，尤其对于前述GPS型，所述接收机包括用于接收和整形来自卫星的射频信号以产生频率转换中间信号(IF)的装置(3)，相关级(7)，其包括N个相关信道(7′)，用于接收所述中间信号，以将它们与来自将被搜索和跟踪的卫星的特定码和载波频率副本进行相关，以及微处理器装置(12)，其与所述相关级相连接，用于在相关后，处理从所述射频信号提取的数据，所述方法的特征在于，其包括如下的一系列步骤-作为所述相关级中可用的N个信道的功能，根据在所述接收机中存储的年历，将地球表面划分为N个地理区域，在所述N个区域的每一个中定位至少一个将被需要的卫星，其在地球表面上的投影位于该区域内。
-开启所述相关级的所述N个信道，所述N个信道的每一个被配置为在所述N个相应区域的一个中搜索一个可见卫星，-只要所述信道的一个在所述N个区域的一个中检测到可见卫星，中断所有其它所述信道的工作，以及-配置并开启一些其它信道，以搜索和跟踪在已检测到的第一可见卫星附近的可见卫星，从而在所述微处理器装置中进行时间和位置计算操作。
根据本发明的方法，一旦至少四个卫星被所述相关级的至少四个信道分别检测和跟踪，首先利用直接方法计算所述接收机的近似位置，并且基于所述近似位置，由所述微处理器装置中的迭代方法确定所述接收机的精确位置。
根据本发明的方法，基于所述工作的信道正在跟踪的卫星的平均纬度i和经度λi数据，利用如下等式计算对于海平面高度的所述接收机近似位置φ＝(1/n)∑iφi以及λ＝(1/n)∑iλi其中，n为被跟踪的卫星的数目。
根据本发明的方法，在将地球表面划分为N个地理区域的步骤之后(其中N为大于或等于4的整数，优选地为12)，开启所述相关级的所述N个信道，使其每一个在具有最高标高(highest elevation)的相应区域的一个中搜索卫星，特别地，搜索那些在地球表面的投影近似位于各所述区域中心的卫星。
根据本发明的方法，一旦所述N个开启的信道中的一个在所述N个区域的一个中检测到第一可见卫星，中断信号(INT)由检测到所述第一可见卫星的信道发送给所述微处理器装置，使得所述装置中断所有其它所述信道的工作。
根据本发明的方法，所述相关级(7)的每一个信道(7′)包括用于中断工作信道时钟信号(CLK，CLK16)并重新初始化所述信道的阻块(14)(stop block)，其中，一旦所述第一可见卫星被一个所述工作信道检测到，所有其它所述信道的工作经由所述信道的阻块被中断，各阻块由所述微处理器装置控制。
本发明的射频信号接收机位置确定方法的一个优点在于，起始时，在卫星进行每一次搜索的同时配置并开启N个相关信道，该卫星在依据存储于接收机的年历和历表而定义的N个地理区域或地区中的一个之中。这样，只要N个信道中的一个检测到某个卫星在地球表面的投影位于N个区域中的一个之内时，就可以确定接收机位于地球的哪一部分，甚至在哪一个区域。而且，由于第一卫星，信息可以关于UTC(协调世界时)而得到提取。
根据本发明的接收机位置确定方法的另一个优点在于，在检测第一卫星之后，与第一检测的卫星相邻近的至少三个其它的可见卫星被相关级的三个其它的信道搜索到。一旦所述4个卫星被所述4个信道跟踪，微处理器装置通过直接方法(例如，Bancroft方法)即可计算得到近似位置。如果此方法不能提供解答，通过得知轨道中每个卫星的位置，接收机的位置可以通过在海平面以上固定高度跟踪的每个卫星的纬度和经度得到粗略计算。这样，近似位置可更好地被用于利用常规迭代法对精确位置进行最后的计算。
由于接收机优选地装载在包括小型电池或蓄电池的手表中，微处理器装置包含8位微处理器。使用这样的低能耗微处理器，特别地，为限制电能消耗，必须减少计算时间。由于通过直接方法计算近似位置，使得可以减少所述迭代方法的迭代次数，从而可以更快地收敛为精确位置数据。因此，使用这样的低能耗微处理器，可以避免极限环引起错误位置值的问题。在没有近似位置计算时，所述极限循环的问题导致所述迭代方法的多次计算操作迭代使得接收机位置的确定不准确。使用这样的8位微处理器所遇到的极限循环问题可归因为，例如，计算位置时的时钟脉冲丢失。
本发明还涉及一种射频信号接收机(1)，特别地为GPS型接收机，其适于实现根据本发明的方法，所述接收机包括用于接收和整形来自卫星的射频信号以产生频率转换中间信号(IF)的装置(3)，相关级(7)，其包括N个相关信道(7′)，用于接收所述中间信号，以将所述信号与将被搜索和跟踪的卫星的特定码和载波频率副本进行相关，以及微处理器装置(12)，其与所述相关级相连接，用于在相关后，处理从所述射频信号提取的数据，其特征在于，所述相关级(7)的所述各信道(7′)包括用于中断工作信道时钟信号(CLK，CLK16)的阻块(14)，各所述阻块由所述微处理器装置控制。
根据本发明的射频信号接收机，在每一个所述信道(7′)中，包含了数字信号处理算法的控制器(9)与相关器(8)关联，用于当所述信道(7′)开启时，自动进行独立于所述微处理器装置(12)的卫星搜索和跟踪的同步任务。
根据本发明的射频信号接收机，所述接收和整形装置(3)包括经由各所述信道的所述阻块(14)向所述相关级的各所述信道提供第一和第二时钟信号(CLK，CLK16)的时钟信号发生器(5)，所述第二时钟信号(CLK16)的频率比所述第一时钟信号(CLK)的频率低16倍。
根据本发明的射频信号接收机，所述微处理器装置向所述接收和整形装置提供中断信号，以周期性地中断射频信号频率转换操作。
根据本发明的射频信号接收机的一个优点在于，相关级的每一个信道包括阻块，以根据微处理器的指令中断信道操作。每一个阻块接收由射频信号整形和接收装置中的时钟信号发生器所生成的时钟信号。在正常状态下，每一个阻块允许时钟信号为正在工作的信道的一个相关器和一个控制器进行计时。然而，例如，当第一卫星被N个工作的信道中的一个检测到时，其它各信道将因为阻块而停止，该阻块的任务在于关闭为信道工作进行计时的时钟信号。
为节省电能，可以设想以一定的时间期间有意地关闭所述接收和整形装置中的某些部分。尽管暂时关闭接收和整形装置，代码副本产生方法在相关级中继续运行。
所述射频信号接收机位置确定方法以及实现所述方法的接收机的目标、优点和特点将在以下参照附图的描述中更清楚地体现出来，其中图1以简化的方式示出了地球的平面图，其具有用于实现根据本发明的方法的N个已定义的地理区域或地区以及在给定时刻在每一个区域中的轨道上卫星的投影；图2概略示出了适于实现根据本发明的方法的射频信号接收机的各部分；图3概略示出了适于实现根据本发明的方法的接收机相关级的一个信道的相关器的元件。
具体实施例方式
在以下的描述中，适于实现确定其地理位置的方法的接收机优选为GPS接收机。所述GPS射频信号接收机的多个元件已为本领域技术人员所熟知，仅对其进行简要描述。不过，所述接收机还可用于GLONASS或GALILEO导航系统或其它导航系统中。由于根据本发明的方法，接收机能够准确地确定其地理位置，而无需任何对于初始近似位置的认知(冷启动)。
所述GPS接收机优选地适于便携对象，例如手表，从而可以为手表的佩带者提供其所需要的位置、速度和当地时间数据。由于所述手表具有小型蓄电池或电池，当GPS接收机工作时，耗电必须尽可能的低。
当然，所述GPS接收机也适于其它低耗电小型便携对象，例如，移动电话，其也配备有蓄电池或电池。
适于实现所述方法的GPS接收机1概略示于图2中。其主要包括由天线2提供的射频信号3的接收和整形装置，其用于生成4位频率转换中间信号IF，以及由12个信道7′形成的相关级7，用于接收所述中间信号IF。数据转接总线10将每一个信道与各自的缓冲寄存器11相连接，并且在最后数据总线13将各缓冲寄存器连接到进行接收机1的位置计算操作的微处理器装置12。
下面参照图1描述根据本发明的方法，作为接收机相关级中可用的N个信道的功能，地球表面被划分为N个地理区域或地区。由于GPS接收机包括相关级中的12个信道，因此，地球表面被划分为12个地理区域或地区。这些地区根据存储在接收机中的年历而被定义，从而使得至少一个需要得到的卫星，其在地球表面的投影位于12个地区中的一个之内。通过以下描述的方法，无需向接收机输入初始近似位置，即可以准确地确定GPS接收机的位置。
图1示出了在不久的将来能够被使用的30颗卫星SV在给定时刻在地球表面上的投影，目前有29颗卫星正在进行工作，以确定GPS接收机的位置。可注意到，作为12个已定义地区的功能，在任何给定时刻，12个地区的每一个中都有一颗以上的卫星。为避免图1过于繁杂，在地球表面的投影中仅示出6个轨道中的一个上的一颗卫星的路径轮廓OR。
在下表中，示出了由存储在接收机中的年历定义的12个地区的地理覆盖
可注意到，即使年历没有被连续更新，也可以粗略确定所述12个地区中每一个上方的轨道中的每一颗卫星的位置。如果可能，每一个信道可以被配置为搜索处于每一个地区最高标高的卫星，即，位于相对于接收机的顶点或位于各地区中心的卫星。
一旦定义了12个地区，微处理器装置配置并控制相关级的12个信道的接通。所述12个信道被配置，使得每一个信道在12个相应地区的一个中搜索可见卫星。
只要一个工作的信道检测到可见卫星，所有其它信道的工作经由微处理器装置被中断。所述其它信道的中断发生在微处理器装置从检测到第一卫星的信道接收到第一中断信号的时刻，以下参照图2对此进行解释。利用由一个所述信道跟踪的第一卫星，可以发现UTC以及接收机所在地理区域。
一旦第一卫星由相关级的一个信道跟踪后，微处理器装置经由缓冲寄存器提供数据以配置一定数量的其它信道。所述相关级的至少三个其它信道被微处理器装置配置并启动，以在由工作中的第一信道跟踪的第一卫星附近搜索可见卫星。这样，由这些卫星所发送的射频信号在其通往接收机的路径上不太可能遇到障碍，从而可计算精确的地理位置。
当然，可启动多于4个的信道以选取多于4个的可见卫星。然而，为节省电能，跟踪4个可见卫星即足以对接收机的地理位置进行精确计算。
为了精确地计算接收机位置，在至少4个卫星被至少4个相关级信道跟踪后，首先利用直接计算方法估计接收机的粗略或近似位置。此方法允许随后对不同的位置计算方程进行线性化。
在粗略位置估计之后，利用进行多次迭代的常规迭代方法实现精确位置计算。由于先前已经通过直接方法粗略计算了接收机的位置，迭代次数得以大大减少，这可以避免由于极限环带来的不准确问题。
为了进行近似位置计算，Stephen Bancroft在其名为“GPS方程的代数解”(“An Algebraic Solution of the GPS Equations”)的文章中描述了计算方法，此文章发表于IEEE宇航与电子系统汇刊，AES-21卷，No.7，1985年1月(IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，Vol.AES-21，NO.7 January 1985)。此方法从观测到的伪距离建立二度代数方程。此方程的解提供了两个位置解，一种是异常的，需要被舍去。然而，如果所述Bancroft方法不能给出合适的计算结果，将在高度为0，即对应于海平面处计算多个被跟踪的卫星的纬度i和经度λi的平均。根据ECEF系统(地心地球固连笛卡儿坐标系)可以得知每一个轨道上的卫星相对于地心的位置，从而可将每一个卫星的位置容易地转换为纬度、经度，以及海拔高度。
从而，经由此直接方法的近似位置在于利用如下公式得到由信道所跟踪的卫星的纬度i和经度λi的平均φ＝(1/n)∑iφi以及λ＝(1/n)∑iλi其中，n为被跟踪卫星的数目，例如，4颗被跟踪的卫星。
为了实现以上描述的方法，将参照图2详细解释形成射频信号接收机1的所有元件。
如前所述，射频信号接收和整形装置3产生4位中间信号IF，其优选为复数形式。这些中间信号IF由同相信号分量I以及频率低于或等于400kHz的两相(quarter-phase)信号分量Q组成。复数中间信号IF在图2中用与定义4位的斜线交叉的粗线表示。
在一种优选实施例中，接收机1中的可用信道7′的数目N必须高于在地球任何点的可见卫星最大数目。因此，相关级7由可并行工作的12个信道7′形成。
常规地，接收装置3中，电子电路4首先将射频信号由频率1.57542GHz转换为，例如，频率24.6MHz。所述RF/IF电子电路4然后通过以4.03MHz频率采样，将所述GPS信号继续转换为，例如，400kHz或更低的频率。从而将以低于或等于400kHz的频率采样并量化的复数中间信号IF提供给相关级7的信道7′。
对于频率转换操作，时钟信号发生器5形成射频信号接收和整形装置3的一部分。该发生器配有，例如，石英振荡器，其未被示出，且被校准为约为16.2MHz的频率。两个时钟信号CLK和CLK16被提供给相关级7以及微处理器装置12，以对这些元件的所有操作进行计时。第一时钟频率CLK的值可以为4.03MHz，而第二时钟频率可以被固定为低16倍，即，252.4kHz，其用于相关级的大部分中，以节省耗能。
可注意到，可以设想将在接收装置3中集成时钟信号发生器5，替换为将分频器置于相关级7中，以获得时钟信号CLK16。
在所有情况的一半中，由电路4所提供的信号给出不同奇偶性的信号(+1和-+)。对于在接收机中对GPS信号进行的解调操作，必须考虑此奇偶性。在一种变化方式中，电路4可以为同相分量和两相分量给出分布在4个输出位上的信号。
各信道的寄存器11能够从微处理器装置接收配置数据或参数。在进行相关处理以及锁定特定卫星之后，各信道能够经由寄存器传送关于GPS消息、PRN码的状态、与多普勒效应相关的频率增量、伪距离的数据以及其它数据。
缓冲寄存器11由多种寄存器组成，例如，控制和状态寄存器，信道NCO(数控振荡器)寄存器，伪距离寄存器，载波和代码偏移和增量寄存器(carrier and code shift and increment register)，以及测试寄存器。可注意到，为了在卫星获取和跟踪程序中无需自动传送到微处理器装置即可被使用，这些寄存器可以在相关相位时累积数据。
在一种变化形式中，寄存器11的单个块可被设想用于相关级的所有信道7′，此时在寄存器块中放置的某些数据对于各信道公有。
相关级7的每一个信道7′包括相关器8和控制器9，用于经由专用材料启动用于获取卫星信号且跟踪由信道检测到的卫星的信号处理算法。各信道7′还包括停止和重置块14，其接收来自时钟信号发生器5的时钟信号CLK和CLK16，用于为相关器8和控制器9中的各种操作进行计时。当微处理器装置的指令断开之前预期的时钟信号时，此阻块14中断相关器8和控制器9的操作。
当接收机1初始开启时，相关级7的所有信道7′被微处理器装置12配置为每一个用于搜索在12个已定义的地理区域之一中的卫星。各信道的配置在于输入与载波频率相关的各种参数，以及将被搜索和跟踪的特定卫星的PRN码。
如前所解释的，在确定接收机精确位置的方法中，只要信道中的一个检测到第一可见卫星，所有其它信道的操作必须被中断。为此，工作信道7′向微处理器装置12发送中断信号INT1到INT12，以通知能够提取的后续数据。
只要接收到中断信号，微处理器通常需要扫过所有信道，以发现将被提取的数据将要来自哪个信道。此数据可以涉及，例如，配置参数，GPS消息，PRN码的状态，多普勒效应频率增量，伪距离，接受装置关闭模式，计数累积器状态，以及其它信息。
在这种情况下，检测到第一卫星的信道7′向微处理器发送中断信号INT，从而中断其它信道的工作的指令被发送到其它信道的每一个阻块14。这样，其它信道的时钟信号CLK和CLK16被暂时关闭。
至少三个其它信道7′必须由微处理器装置配置和开启，以搜索与第一检测到的卫星邻近的可见卫星。于是，4个信道工作使其每一个跟踪计算接收机位置所需要的4个可见卫星中的一个。在这种情况下，几个中断信号INT1到INT12可同时发生，并被传送到微处理器装置12。所述微处理器装置还可以包括用于工作的信道7′的优先权解码器，其未被示出。从而，微处理器可以直接访问依据确定的优先权顺序传输中断信号的优先权信道。
在另一个未示出的实施例中，优先权解码器还可以被集成在相关级中。
各信道的控制器9包括，在其它元件之间的，存储器单元，算术单元，数据位同步单元，相关器控制单元以及未在图2中示出的中断单元。存储器单元由用于存储瞬时数据的RAM存储器组成。所述RAM存储器以规则或不规则的结构分布。所述算术单元执行加法，减法，乘法，累积以及移位操作。
所有对被检测的卫星的获取和跟踪操作从而在相关级的各信道中以并行位结构自动执行，此并行结构中，多个位的计算在一个时钟脉冲内进行。所述数字信号为1kHz，其使得可以以较低频率速率自主处理所述载波频率和PRN码从环(slave loop)信号。当一个信道已锁定卫星时，电路使得用于后续计算的GPS数据流同步。
于是，在所有相关步骤期间，不再发生利用微处理器装置12的数据传输。仅有相关级7的各信道7′的相关结果被传送给微处理器，特别地是频率为50Hz的GPS消息。这具有大大降低耗电的效果。
因此，微处理器装置12优选地包括来自瑞士公司EMMicroelectronic-Marin SA的8位CoolRISC-816微处理器。此微处理器由4.03MHz的时钟信号进行计时。微处理器装置12还包括了未被示出的存储装置，在其中存储了关于所述卫星的位置及其Gold码，以及其它能够被地面GPS接收机见到的信息。
由于通过根据本发明的方法，首先利用直接方法计算出近似位置，从而可以避免在8位微处理器中计算精确位置的极限环问题。利用迭代方法计算精确位置的迭代次数也得以降低。
可注意到，除了利用相关级中软件任务的分布降低耗能以外，通过主动有意地以几段时间关闭接收和整形装置3的部分部件，可以获得额外的能耗降低。尽管存在这种对于接收和整形装置3的暂时关闭，在相关级中产生码副本的方法仍然保持工作。
图3中示出了相关器，其一部分用于PRN码从环，另一部分用于载波频率从环。相关器对于每一个相关级信道而言是相同的，但其可在各信道中被配置为不同。关于相关器的各元件的更多细节，读者可参考PhilipWard所著“理解GPS原理和应用”(“Understanding GPS Principles andApplications”)第5章中的教学材料，特别是其中的图5.8和5.13，此书的编辑(editor)为Elliott D.Kaplan(Artech House出版社，USA 1996)，出版号ISBN 0-89006-793-7。
参照图3，在图中，由与定义4位的斜线交叉的粗线表示的中间信号IF为复信号(I+iQ)，由同相分量I和两相分量Q组成。所述中间信号IF被采样和量化，并且首先经过载波的第一混频器20。混频器或乘法器21通过用余弦减去内部生成载波副本的正弦的i倍来与信号IF相乘，以从复信号中提取同相信号I，而混频器或乘法器22通过用负正弦减去内部生成载波副本的余弦的i倍来与信号IF相乘，以从复信号中提取两相信号Q。
所述正弦和余弦信号来自副本信号的COS/SIN表的块45。第一混频器20中第一步骤的目的在于从载有GPS消息的信号中提取载波频率。
在此操作后，需要在开启的信道中找到来自将被获取的卫星的信号的PRN码等价，此信道具有与所需要的卫星相对应的在所述信道中生成的PRN码。为此，同相信号和两相信号经过第二混频器23以将信号I和Q与PRN码的早期副本、即时副本以及近期副本进行相关，从而得到六个相关的信号。
当然，为使相关元件的数量最小，仅需要将早期和近期副本保留在相关级的各信道中，而不需要考虑即时副本。然而，通过从码控制环中去除即时分量，可观察到约为2.5dB的信噪比损失。
混频器或乘法器24接收来自3位寄存器40的信号I和早期副本信号E，并提供早期同相相关的信号。混频器或乘法器25接收来自寄存器40的信号I和即时副本信号P，并提供即时同相相关的信号。混频器或乘法器26接收近期副本信号L，并提供近期同相相关的信号。
混频器或乘法器27接收信号Q和早期副本信号E，并提供早期两相相关的信号。混频器或乘法器28接收信号Q和即时副本信号P，并提供即时两相相关的信号。最后，混频器或乘法器29接收信号Q和近期副本信号L，并提供近期两相相关的信号。
在本发明的实施例中，早期副本E和近期副本L之间的间隙为半个码片(chip)，这意味着其与即时中心分量P的间隙为1/4码片。例如，可简单利用XOR逻辑门制作乘法器。
六个相关的信号各自输入作为预检测元件的计数累积器30到35中的一个，其二进制输出字IES，IPS，ILS，QES，QPS和QLS通常在14位上表示。计数累积器的二进制输出字的位数定义了接收机接收能力。其被定义以能够计数到数字1023，这相当于PRN码的码片数。在搜索开始时由微处理器装置选中的信道的各计数累积器30到35被配置为每毫秒提供整套二进制字IES，IPS，ILS，QES，QPS和QLS。然而，为了从将被解调的有用信号中去除噪声部分，仅有87个重位(heavy bit)被用于其余的数字信号处理链。
所述输出二进制字IES，IPS，ILS，QES，QPS和QLS在图3中由与定义8位的斜线交叉的粗线示出，其被送入码环鉴别器36和码环滤波器37。码环鉴别器为信号IES，IPS，ILS，QES，QPS和QLS进行能量计算操作。某M个积分周期内的累积值，例如，10个周期，在码鉴别器中形成。
鉴别器36可为非相干的(non-coherent)延时锁定环(DLL)类型。特别地，其可以由8位乘法器和20位累加器形成。由于当卫星传送信号时，多普勒效应不仅发生在载波频率，也发生于在载波频率上调制的PRN码上，所以，在此鉴别器中，通过载波环进行校正。将载波送入码环鉴别器相当于将载波偏移增量除以1540。
取决于从鉴别器滤波的结果，32位NCO振荡器38将相位增量施加给PRN码发生器39，从而，其向寄存器40发送一系列PRN码位，以执行新的相关。此32位NCO的频率分辨率约为0.9mHz(对于4.03MHz的时钟频率)。
各种环结果由控制器处理，从而协调所述获取和跟踪操作。一旦所需要的卫星被同步并锁定，值IES和ILS被输入解调元件50。此元件50能够经由数据输入和输出寄存器向微处理器装置在1位上提供50Hz的数据消息。除了此消息，微处理器装置还可以将涉及伪距离的信息插入缓冲寄存器中，从而计算X，Y和Z位置，速度，以及准确的本地时间。
由于以上元件为本领域技术人员的一般常识，对于以上所解释的元件，将不在进行更具体的解释。
二进制字IPS和QPS以1kHz的频率引入载波环鉴别器42(包络检测)，以计算随后为载波环滤波器43的信号的能量。由载波环鉴别器42和载波环滤波器43形成的组合可以根据Philip W.Ward的名为“在RF干涉条件下的FLL、PLL以及新的FLL辅助PLL载波跟踪环之间的性能比较”(Performance Comparisons Between FLL，PLL and a NovelFLL-Assisted-PLL Carrier Tracking Loop Under RF InterferenceConditions”)的文章来实现。
在所述频率和相位鉴别器中进行平均操作，从而增加所述载波跟踪环的灵敏度和精度。所述鉴别器中提供的累积持续M个周期，例如，对于PLL为10个周期，而对于FLL为5个周期。
当鉴别器42得到结果并且此结果通过滤波器43之后，载波44的24位NCO振荡器接收用于载波频率副本的校正的频率增量(bin)。此24位NCO具有约为240mHz的频率分辨率，并在4位上向Cos/Sin表45提供数据。
尽管载波跟踪环仅在确认存在卫星信号之后被更新，所述两种码及载波控制方法仍在跟踪期间同步。
从已给出的描述可以看出，无需背离由权利要求定义的本发明的范围，本领域技术人员即可设计出用于实现相同效果的方法或接收机的各种变化形式。在检测到第一卫星后，可以计算此第一卫星的高度，从而提供接收机的近似位置。所述射频信号接收机可以包括相关级中的最少4个信道，或者多于12个信道。各信道中的阻块可在除法器之前由单开关形成，以产生用于信道中的计时操作的两个时钟信号。
权利要求
1.一种确定射频信号接收机(1)位置的方法，特别地对于GPS型接收机，所述接收机包括用于接收和整形来自卫星的射频信号以产生频率转换中间信号(IF)的装置(3)，相关级(7)，其包括N个相关信道(7′)，用于接收所述中间信号，以将它们与来自将被搜索和跟踪的卫星的特定码和载波频率副本进行相关，以及微处理器装置(12)，其与所述相关级相连接，用于在相关后，处理从所述射频信号提取的数据，所述方法的特征在于，其包括如下的一系列步骤-作为所述相关级中可用的N个信道的功能，根据在所述接收机中存储的年历，将地球表面划分为N个地理区域，在所述N个区域的每一个中定位至少一个将被需要的卫星，其在地球表面上的投影位于该区域内。-开启所述相关级的所述N个信道，所述N个信道的每一个被配置为在所述N个相应区域的一个中搜索一个可见卫星，-只要所述信道的一个在所述N个区域的一个中检测到可见卫星，中断所有其它所述信道的工作，以及-配置并开启一些其它信道，以搜索和跟踪在已检测到的第一可见卫星附近的可见卫星，从而在所述微处理器装置中进行时间和位置计算操作。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，一旦至少四个卫星被所述相关级的至少四个信道分别检测和跟踪，首先利用直接方法计算所述接收机的近似位置，并且基于所述近似位置，由所述微处理器装置中的迭代方法确定所述接收机的精确位置。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，基于所述工作的信道正在跟踪卫星的平均纬度i和经度λi数据，利用如下等式计算对于海平面高度的所述接收机近似位置φ＝(1/n)∑iφi以及λ＝(1/n)∑iλi其中，n为被跟踪的卫星的数目。
4.根据上述任何一个权利要求的方法，其特征在于，在将地球表面划分为N个地理区域的步骤之后(其中N为大于或等于4的整数，优选地为12)，开启所述相关级的所述N个信道，使其每一个在具有最高标高的相应区域的一个中搜索卫星，特别地，搜索那些在地球表面的投影近似位于各所述区域中心的卫星。
5.根据上述任何一个权利要求的方法，其特征在于，一旦所述N个开启的信道中的一个在所述N个区域的一个中检测到第一可见卫星，中断信号(INT)由检测到所述第一可见卫星的信道发送给所述微处理器装置，使得所述装置中断所有其它所述信道的工作。
6.根据上述任何一个权利要求的方法，所述相关级(7)的每一个信道(7′)包括用于中断工作信道时钟信号(CLK，CLK16)并重新初始化所述信道的阻块(14)，其特征在于，一旦所述第一可见卫星被一个所述工作信道检测到，所有其它所述信道的工作经由所述信道的阻块被中断，各阻块由所述微处理器装置控制。
7.一种射频信号接收机(1)，特别地为GPS型接收机，其适于实现根据前述任何一个权利要求的方法，所述接收机包括用于接收和整形来自卫星的射频信号以产生频率转换中间信号(IF)的装置(3)，相关级(7)，其包括N个相关信道(7′)，用于接收所述中间信号，以将所述信号与将被搜索和跟踪的卫星的特定码和载波频率副本进行相关，以及微处理器装置(12)，其与所述相关级相连接，用于在相关后，处理从所述射频信号提取的数据，其特征在于，所述相关级(7)的所述各信道(7′)包括用于中断工作信道时钟信号(CLK，CLK16)的阻块(14)，各所述阻块由所述微处理器装置控制。
8.根据权利要求7的射频信号接收机，其特征在于，在每一个所述信道(7′)中，包含了数字信号处理算法的控制器(9)与相关器(8)关联，用于当所述信道(7′)开启时，自动进行独立于所述微处理器装置(12)的卫星搜索和跟踪的同步任务。
9.根据权利要求7的射频信号接收机，其特征在于，所述接收和整形装置(3)包括经由各所述信道的所述阻块(14)向所述相关级的各所述信道提供第一和第二时钟信号(CLK，CLK16)的时钟信号发生器(5)，所述第二时钟信号(CLK16)的频率比所述第一时钟信号(CLK)的频率低16倍。
10.根据权利要求7的射频信号接收机，其特征在于，所述微处理器装置向所述接收和整形装置提供中断信号，以周期性地中断射频信号频率转换操作。
全文摘要
一种确定射频信号接收机位置的方法。首先，作为接收机相关级中的N个信道的功能，将地球表面划分为N个地理区域。在N个区域的每一个中，至少一个卫星在地球表面的投影位于其中。相关级的N个信道的每一个被配置和开启，以在N个区域的一个中搜索可见卫星。射频信号接收和整形装置获取射频信号，并对其进行频率转换，以向相关级提供中间信号(IF)。一旦所述信道中的一个在N个区域的一个中检测到可见卫星，所有其它信道的工作被位于这些其它信道每一个中的阻块中断。之后，一些其它信道被配置和开启，以搜索和跟踪在第一检测到的可见卫星附近的可见卫星。在利用常规迭代方法计算接收机的精确位置之前，一旦至少四个卫星被跟踪，通过直接方法计算近似位置。
文档编号H04B1/06GK1737603SQ20051009069
公开日2006年2月22日 申请日期2005年8月18日 优先权日2004年8月20日
发明者A·蒙西尔德, F·皮奇尼, E·泽韦格尔 申请人:阿苏拉布股份有限公司