专利名称：全球定位系统接收器的信号撷取方法及其数字相机的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种全球定位系统接收器的信号处理方法及其装置，尤其涉及一种对全球定位系统中的信号撷取处理方法及将此方法应用于数字相机中。
背景技术：
GPS的定位流程可分为下列步骤数据撷取(data acquiring)、信号撷取计算(acquisition)、信号追踪(tracking)与定位(positioning)。对于一般常用的GPS接收器以接收L1载波与C/A码为主。
GPS卫星信号所利用的载波频率分别为L1(1575.42MHz)与L2(1227.60MHz)。对L1上调变有C/A码(Coarse/Acquisition code)和P码(Precisioncode)；而L2上只有调变P码。GPS卫星信号分别提供有电码信息与导航信息。电码信息是虚拟杂乱码(pseudorandom noise code，简称PRN码)产生器产生的Gold码，其用以区分卫星和计算虚拟距离。电码信息的有码率(chip rate)为1.023*106(码/秒)的C/A码，且码长度为1023。P码的码率为10.23*106(码/秒)。
导航信息内容包括数据传送时间、卫星轨道数据、卫星时钟数据、卫星分布与信号质量等。将电码信息和导航信息进行二进制加法后，再利用BPSK(Bi-Phase Shift Keying，简称BPSK)的调变方式与载波调变。请参考图1所示，其为BPSK调变示意图。卫星会将BPSK调变后载波向地面发散。
GPS接收器的组成架构请参考图2所示。GPS接收器中包括有天线210、射频前端220、模拟数字转换器230、参考振荡器240、频率合成器250、数字信号处理器260与导航处理器270。GPS接收器200接收到卫星信号后，将其通过射频前端220经过一连串的滤波处理、放大等程序。接着，将射频前端220输出的信号再与参考振荡器240所产生的载波进行混波动作，将所混波后的信号输入至模拟数字转换器230。即可得到数字化的卫星信号。
再对这些数字化的卫星信号进行撷取操作，其用以找出GPS载波信号的都卜勒频移与辨识PRN码。请参考图3所示，其为卫星信号撷取流程示意图。
对所接收到的卫星信号进行傅立叶转换(Fourier transform)(步骤S310)。接着，根据射频频率产生数个本地码l(n)(步骤S320)。并对每一个本地码进行傅立叶转换，用以产生相应的L(n)(步骤S330)。将步骤S320与步骤S330所得到的l(n)与L(n)进行乘积计算，借以输出相应的第一积分相关值Z(k)(步骤S340)。其中，运算过程请参考下式，并假设所得到的卫星信号为二维数据数组 式1 式2式3式4 式5 X*(k)为X(k)的共轭函数，同理，Y*(k)为Y(k)的共轭函数。
|Z(k)|＝|Y(k)X*(k)|＝|Y*(k)X(k)| 对第一积分相关值Z(k)进行逆傅立叶转换，借以产生第二积分相关值z(k)。最后，找出第二积分相关值z(k)的最大峰值。若接收到的GPS信号包含有相应的PRN编号的卫星信号，第二积分相关值的峰值会大于其它卫星的第二积分相关值。此时，GPS接收器会将其它PRN编号的卫星信号视为噪声。GPS接收器可以由峰值的第几个时间点和第几个频率成分，取得相应的电码信息和载波频率。若是在撷取过程中没有出现积分相关值的峰值时，GPS接收器会继续的搜寻其它卫星及其卫星信号。请参考图4，其为积分相关值示意图。
因为GPS接收器对卫星信号进行傅立叶转换，需要耗费时间计算数据的实数部分与虚数部分。所以后续的信号追踪与定位需要等到上述动作都完成后才能逐一执行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以低成本在数字相机上实现GPS功能的方法，其用以加快全球定位系统接收器的信号撷取速度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种全球定位系统接收器的信号撷取方法。信号撷取方法包括以下步骤接收数个卫星信号；进行离散余弦转换解调变程序，解析卫星信号的接收时基；根据卫星信号的接收时基，将卫星信号转换成电码信息与导航频率。根据电码信息与导航频率，进行关联校正程序用以从卫星信号中撷取导航信息。
从本发明的另一观点，本发明提出一种通过数字相机执行全球定位系统接收器的信号撷取处理。
为达上述目的，本发明提供了一种数字相机中包括有摄像模块、离散余弦转换模块、全球定位系统接收器与运算单元。摄像模块用以接收数笔图像数据；离散余弦转换模块电性连结于摄像模块，离散余弦转换模块用以对摄影模块所接收的图像数据进行图像压缩手段藉以产生相应的压缩图像；全球定位系统接收器用以接收数笔卫星信号；运算单元分别电性连结于离散余弦转换模块与全球定位系统接收器，运算单元用以对卫星信号进行信号调变手段，借以解析卫星信号的接收时基与从卫星信号中撷取导航信息。
本发明根据离散余弦转换的计算特性，借以加快对信号撷取流程的处理。并且结合数字相机中的离散余弦转换处理模块，将全球定位系统与数字相机相结合。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为公知技术的BPSK调变示意图； 图2为公知技术的GPS接收器的组成架构示意图； 图3为公知技术的卫星信号撷取流程示意图； 图4为公知技术的积分相关值示意图； 图5为本发明的运作流程示意图； 图6为快速离散余弦转换的数据流示意图； 图7为本发明的积分相关值示意图； 图8为本发明的应用于数字相机的架构示意图。
其中，附图标记 200 GPS接收器 210 天线 220 射频前端 230 模拟数字转换器 240 参考振荡器 250 频率合成器 260 数字信号处理器 270 导航处理器 810 摄像模块 820 离散余弦转换模块 830 全球定位系统接收器 831 天线 832 射频前端 833 频率合成器 834 参考振荡器 836 模拟数字转换器 840 运算单元
具体实施例方式 请参考图5，其为本发明的运作流程示意图。本实施例中包括以下步骤接收数个卫星信号(步骤S510)。进行降频手段用以将卫星信号调降至预设频率(步骤S511)。进行模拟数字转换用以将所接收的卫星信号转换成数字信号(步骤S520)。
进行离散余弦转换(Discrete Cosine Transform)解调变程序，解析卫星信号的接收时基(步骤S530)。离散余弦转换为李式快速离散余弦转换(Lee’sFast DCT)，请参考下式所示 式6 式7 在上式中，x，y分别为在二维坐标上的坐标值；f(x，y)为一二维数据数组。李式快速离散余弦演算过程请参考下述所示。将f(i，j)中的N个值分别归类为奇数与偶数(在本实施例中假设N为偶数，每一个值为卫星信号)。
f(x，y)＝g(x，y)+h′(x，y) f(N-1-x，N-1-y)＝g(k)-h′(k)， 式8 其中， 接着，将上式8改写为下式所示式10 式11 式12 在此定义如下式所示 并将上式12带入 式13 因为所以可以推得下式14 式14 于此同时，再定义式15式16 式17 式18 将上式带入，可以推得下式19 式19式20 将上式20移位后，最后得到 式21 式22 快速离散余弦转换的转换方式中具有多处重复运算的项次。因此可以将重复的项次重新编组，利用一种网状的流程图来运算。请参考图6所示，其为快速离散余弦转换的数据流示意图。在图6的左方由上到下分别为输入的卫星信号x(n)，在此以八笔数据为例。图6的右方代表每一个卫星信号的输出值。图6由左至右的方框，分别代表不同的运算回合。每一个输入的卫星数据分别具有相应的一条最短路径。卫星数据只需在每一回合中依据相应的路径，进行相应的运算处理，就可以降低其运算复杂度。
本实施例与公知不同的是，利用傅立叶转换需要进行实数部分与虚数部分的计算。离散余弦转换的计算方式仅是对实数部分进行计算。然而，对卫星信号撷取时实数部分的参考权值远大于虚数部分。请参考图7，其为本发明的积分相关值示意图。
根据卫星信号的接收时基，将卫星信号转换成电码信息与导航频率(步骤S540)。根据电码信息与导航频率，进行关联校正程序用以从卫星信号中撷取导航信息(步骤S550)。进行导航计算(步骤S560)，根据卫星信号计算出全球定位系统接收器与卫星的距离、都卜勒位移及相对速度。
本发明的另一实施态样为结合一数字相机。请参考图8所示，其为本发明的应用于数字相机的架构示意图。在数字相机中还包括有摄像模块810、离散余弦转换模块820、全球定位系统接收器830与运算单元840。
摄像模块810用以接收数笔图像数据。离散余弦转换模块820电性连结于摄像模块810，离散余弦转换模块820用以对摄像模块810所接收的图像数据进行图像压缩手段借以产生相应的压缩图像。一般来说，数字相机的图像处理均会包含JPEG(JPEG File Interchange Format，简称JPEG)压缩处理。在JPEG压缩处理中分别包括有色彩空间转换、缩减取样、离散余弦转换、量化、商编码技术与反离散余弦转换。全球定位系统接收器830用以接收数笔卫星信号。
全球定位系统中还包括有天线831、射频前端832、频率合成器833、参考振荡器834与模拟数字转换器836。天线831用以接收卫星信号。射频前端832电性连接于天线831，射频前端832用以对卫星信号进行滤波处理及信号放大处理。频率合成器833电性连接于射频前端832。参考振荡器834电性连接于频率合成器833，参考振荡器834用以提供给频率合成器833，用以产生一载波给射频前端832进行混波处理。模拟数字转换器836电性连接于射频前端832，模拟数字转换器836用以将模拟信号转换成数字信号。
运算单元840分别电性连结于离散余弦转换模块820与全球定位系统接收器830，运算单元840用以对卫星信号进行信号调变手段，借以解析卫星信号的接收时基与从卫星信号中撷取导航信息。
本发明根据离散余弦转换的计算特性，借以加快对信号撷取流程的处理。并且结合数字相机中的离散余弦转换处理模块，将全球定位系统与数字相机相结合。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种全球定位系统接收器的信号撷取方法，加快一全球定位系统接收器的信号撷取速度，其特征在于，该信号撷取方法包括下列步骤
接收数个卫星信号；
进行一离散余弦转换解调变程序，解析该卫星信号的接收时基；
根据该卫星信号的接收时基，将该卫星信号转换成一电码信息与一导航频率；以及
根据该电码信息与该导航频率，进行一关联校正程序用以从该卫星信号中撷取导航信息。
2.根据权利要求1所述的全球定位系统接收器的信号撷取方法，其特征在于，接收该卫星信号中还包括下列步骤
进行一降频手段，用以将该卫星信号调降至一预设频率；以及
进行一模拟数字转换，用以将所接收的该卫星信号转换成数字信号。
3.根据权利要求1所述的全球定位系统接收器的信号撷取方法，其特征在于，撷取导航信息后，还包括下列步骤
进行一导航计算，根据该卫星信号计算出该全球定位系统接收器与卫星的距离、都卜勒位移及相对速度。
4.根据权利要求1所述的全球定位系统接收器的信号撷取方法，其特征在于，该离散余弦转换为一快速离散余弦转换，如下式所示
在上式中，x，y分别为在二维坐标上的坐标值；f(x，y)为一个二维数据数组。
5.一种提供全球定位系统的信号撷取处理的数字相机，加快一全球定位系统接收器的信号撷取速度，其特征在于，在该数字相机中包括
一摄像模块，用以接收数笔图像数据；
一离散余弦转换模块，电性连结于该摄像模块，该离散余弦转换模块用以对该摄影模块所接收的该图像数据进行一图像压缩手段，借以产生相应的一压缩图像；
一全球定位系统接收器，用以接收数笔卫星信号；以及
一运算单元，分别电性连结于该离散余弦转换模块与该全球定位系统接收器，该运算单元用以对该卫星信号进行一信号调变手段，借以解析该卫星信号的接收时基与从该卫星信号中撷取导航信息。
6.根据权利要求5所述的提供全球定位系统的信号撷取处理的数字相机，其特征在于，其中该全球定位系统接收器还包括有
一天线，用以接收该卫星信号；
一射频前端，电性连接于该天线，该射频前端用以对该卫星信号进行滤波处理及信号放大处理。
一频率合成器，电性连接于该射频前端；
一参考振荡器，电性连接于该频率合成器，该参考振荡器用以提供给该频率合成器，用以产生一载波给该射频前端进行混波处理；以及
一模拟数字转换器，电性连接于该射频前端，该模拟数字转换器用以将模拟信号转换成数字信号。
全文摘要
本发明公开了一种全球定位系统接收器的信号撷取方法及其数字相机，其用以加快全球定位系统接收器的信号撷取速度，信号撷取方法包括下列步骤接收数个卫星信号；进行离散余弦转换(Discrete Cosine Transform)解调变程序，解析卫星信号的接收时基；根据卫星信号的接收时基，将卫星信号转换成电码信息与导航频率，根据电码信息与导航频率，进行关联校正程序用以从卫星信号中撷取导航信息，根据离散余弦转换的计算特性，加快对信号撷取流程的处理。
文档编号G01S5/02GK101477186SQ20081000031
公开日2009年7月8日 申请日期2008年1月4日 优先权日2008年1月4日
发明者黄朝晖 申请人:华晶科技股份有限公司