伪距误差估算方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了伪距误差估算方法和系统。该方法包括根据获取到的多个卫星的中频信号数据产生对应于所述多个卫星中的一个卫星的多个C/A码；基于所述中频信号数据对所述多个C/A码进行自相关运算得出多个自相关值，所述多个C/A码包括第一对准C/A码，相对于所述第一对准C/A码前移了的多个前移C/A码，和相对于所述第一对准C/A码后移了的多个后移C/A码；获取所述第一对准C/A码的第一码片偏移时间和所述多个自相关值中最大自相关值对应的第二对准C/A码的第二码片偏移时间；以及根据所述第一码片偏移时间、所述第二码片偏移时间和所述多个自相关值计算所述一个卫星的伪距误差。该方法可消除伪距误差以增加伪距测量设备的精确度，并且提高伪距测量设备的伪距测量速度。
【专利说明】伪距误差估算方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及伪距测量【技术领域】，特别涉及一种用于校正伪距的伪距误差估算方法和系统。
【背景技术】
[0002]GPS (Global Posit1ning System ;全球定位系统)的定位过程需要测量本地GPS系统的位置与卫星之间的大概距离，此距离可称为“伪距”。在无线信道中，由于反射或者折射等原因，卫星与本地GPS系统之间的信号经由多种不同的路径传输，这些路径称为“多径”。在本地GPS系统成功捕获并且跟踪卫星发射的中频信号后(例如:本地扩频码与该中频信号中的数据对准时)，本地GPS系统基于中频信号中的数据可计算本地GPS系统与该卫星之间的伪距。然而，计算所得的伪距包含了因多径所而引起的误差。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题在于提供一种伪距误差估算方法和系统，用来计算伪距误差、消除伪距误差的影响以增加伪距测量设备的精确度，并且提高伪距测量设备的伪距测量速度。
[0004]本发明一个实施例提供一种伪距误差估算方法，包括:根据获取到的多个卫星的中频信号数据产生对应于所述多个卫星中的一个卫星的多个扩频码；基于所述中频信号数据对所述多个扩频码进行自相关运算得出多个自相关值，所述多个扩频码包括第一对准扩频码，相对于所述第一对准扩频码前移了的多个前移扩频码，和相对于所述第一对准扩频码后移了的多个后移扩频码；获取所述第一对准扩频码的第一码片偏移时间和所述多个自相关值中最大自相关值对应的第二对准扩频码的第二码片偏移时间；以及根据所述第一码片偏移时间、所述第二码片偏移时间和所述多个自相关值计算所述一个卫星的伪距误差。
[0005]本发明另一个实施例提供一种伪距误差估算系统，包括:自相关值产生电路，用于根据获取到的多个卫星的中频信号数据产生对应于所述多个卫星中的一个卫星的多个扩频码，并且基于所述中频信号数据对所述多个扩频码进行自相关运算得出多个自相关值，所述多个扩频码包括第一对准扩频码，相对于所述第一对准扩频码前移了的多个前移扩频码，和相对于所述第一对准扩频码后移了的多个后移扩频码；以及误差估算电路，连接至所述自相关值产生电路，用于获取所述第一对准扩频码的第一码片偏移时间和所述多个自相关值中最大自相关值对应的第二对准扩频码的第二码片偏移时间，并且根据所述第一码片偏移时间、所述第二码片偏移时间和所述多个自相关值计算所述一个卫星的伪距误差。
[0006]与现有技术相比，本发明提供的伪距误差估算方法和系统消除了伪距误差对伪距测量的影响、增加了伪距测量设备的伪距计算精确度，以及提高了伪距测量设备的伪距计算速度。
[0007]最后应当说明的是，以上实施例仅用来说明本发明而非限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。
[0009]图1是根据本发明一个实施例的伪距测量设备的结构示意图；
[0010]图2是根据本发明一个实施例的伪距误差估算系统的结构示意图；
[0011]图3是根据本发明一个实施例的用于计算时间差所进行的自相关运算的中频信号数据和多个扩频码的组合示意图；
[0012]图4是根据本发明实施例的自相关值与码片时间轴上的时间的关系示意图；
[0013]图5是根据本发明一个实施例的误差估算电路的结构示意图；以及
[0014]图6是根据本发明一个实施例的伪距误差估算方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0015]以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖后附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。在以下对本发明的详细描述中，为了提供一个针对本发明的完全的理解，阐明了大量的具体细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外的一些实例中，对于大家熟知的方案、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
[0016]图1是根据本发明一个实施例的伪距测量设备100的结构示意图。伪距测量设备100包括误差估算系统110和连接至误差估算系统110的伪距计算系统104。误差估算系统110 (例如:环路跟踪器)可接收来自多个卫星的中频信号(Intermediate Frequencysignal ；IF signal) 102，从中频信号102中获取所述多个卫星的中频信号数据，并根据这些中频信号数据计算表示伪距误差的时间差106。伪距计算系统104利用基带的捕获和跟踪环路等方法粗略计算本地GPS系统位置与卫星之间的伪距(可称为:粗算伪距)，根据时间差106计算伪距误差(例如:将时间差106乘以信号传播速度得出所述伪距误差)，并且从所述粗算伪距中去除所述伪距误差得出校正伪距108。所述信号传播速度可以是GPS信号在卫星和本地GPS系统之间的传播速度(例如:光速、或光速与诸如大气层、空气灰尘、空气湿度等相关因素结合所得的速度)。其中，误差估算系统110包括自相关值产生电路112和连接至自相关值产生电路112的误差估算电路116。自相关值产生电路112根据获取到的多个卫星的中频信号数据产生对应于所述多个卫星中的一个卫星的多个扩频码(Coarse/Acquisit1n code ；C/A code),基于中频信号数据对所述多个扩频码进行自相关运算(或自相关函数运算；Auto-correlat1n Funct1n Calculat1n)得出多个自相关值(或自相关函数值;ACF值)114。所述自相关运算将结合图2来描述。误差估算电路116根据这些自相关值114计算表示伪距误差的时间差106。因此，伪距计算系统104可以根据计算所得的伪距误差来校正粗算伪距，得到矫正伪距108。
[0017]在图1的举例中，误差估算电路116将计算所得的时间差106提供给伪距计算系统104，伪距计算系统104进一步的根据时间差106计算伪距误差并且校正粗算伪距。然而，本发明不局限于此，在另一实施例中，误差估算电路116将计算所得的时间差乘以上述信号传播速度以计算伪距误差，并将所述伪距误差提供给伪距计算系统104。伪距计算系统104进一步的根据所述伪距误差校正粗算伪距。
[0018]图2是根据本发明一个实施例的伪距的误差估算系统110的结构示意图。图2将结合图1、图3和图4进行描述。在图2的举例中，误差估算系统110的自相关值产生电路112是一种环路跟踪器。但在另一个实施例中，自相关值产生电路112可以为另外一种结构的电路。如图2所不，自相关值广生电路112 (例如:/[目号环路跟踪器)包括乘法器(Multiplier) 238、乘法器(Multiplier) 240、相干积分清零电路(Coherent Integrate-and-Dump circuit) 220、比特同步解调和信噪比评估电路(Bitsynchronizat1n Demodulat1n and SNR Evaluat1n circuit)222、锁相环和锁频环电路(Phase-locked loop and Frequency-locked loop circuit)224、求模电路(Sqrt (I2+Q2))226、(一个比特周期的)累加器(Accumulator) 228、SRAM存储器230、非相干积分清零电路(Noncoherent Integrate-and-Dump circuit) 232、多路复用器(Mult ip lexer) 234、以及延迟锁定环电路(Delay-locked loop circuit) 236。
[0019]在一个实施例中，自相关值产生电路112 (可具体为环路跟踪器)接收中频信号102，截取中频信号102中的一段数据(例如:一个导航比特周期的数据)，将所述数据存储起来。自相关值产生电路112进一步基于所述已存储的一段数据与延迟锁定环电路236产生的多个移位扩频码(C/A code)进行“自相关运算”或“自相关函数运算”。举例说明，自相关值产生电路112将所述已存储的一段数据乘以本地载波信号242 (包括两个正交载波信号:一个正弦信号sin和一个余弦信号cos)产生乘积结果，再将所述乘积结果与延迟锁定环电路236产生的每个扩频码进行内积运算(又称为:点积运算、或点乘运算)以产生内积结果的同相分量I和正交分量Q。例如:图2中的相干积分清零电路220产生所述内积结果的同相分量I和正交分量Q，并将同相分量I和正交分量Q提供给求模电路226。求模电路226对该同相分量I和正交分量Q进行求模运算(412+ Q2 )得出自相关值114。
[0020]如上所述，延迟锁定环电路236可产生多个移位扩频码，用于与所述已存储的一段数据进行的上述自相关运算。这些移位扩频码包括第一对准扩频码P (Prompt C/Acode)，相对于第一对准扩频码P前移了的多个前移扩频码EpE2、…、EN1(Early C/A code),和相对于所述第一对准扩频码后移了的多个后移扩频码U、L2、…、Ln2 (Late C/A code),其中NI和N2为正整数。在一个实施例中，自相关值产生电路112 (可具体为环路跟踪器)通过跟踪中频信号102中的数据获得与中频信号数据对准的扩频码(Prompt C/A code)，可称为“第一对准扩频码P”。在一个实施例中，前移扩频码EpE2、…、En1、第一对准扩频码P和后移扩频码U、L2、…、Ln2中，相邻的两个扩频码之间的时间间隔为一个或多个本地时钟周期(Clock Per1d)。所述本地时钟周期可以是对中频信号102的中频信号数据进行采样的采样时钟周期。自相关值产生电路112基于所述中频信号数据分别对前移扩频码EpE2、…、En1、第一对准扩频码P和后移扩频码U、L2、…、Ln2进行自相关运算得出多个自相关值114。
[0021]举例说明，图3是根据本发明一个实施例的用于计算表示伪距误差的时间差106所进行的自相关运算的中频信号数据(IF数据)和扩频码P、E1, E2,…、E16, L1, L2,…、L16的组合示意图。所述IF数据可以为上述已存储的一段数据。图3将结合图2和图4进行描述。
[0022]在图3的举例中，一个扩频码包(简称为C/A包)包括1023个码片(chip) Cl、C2、…、C1023。在一个实施例中，一个码片的时间由卫星发射系统决定，例如:一个码片的时间为(1Χ10-6/1.23)秒。每个码片所包含的采样点个数(例如:数据的位数)取决于本地时钟的采样频率。举例说明，本地时钟的采样频率可以是，但不限于，16.3676MHz,因此每个码片包括近似16个本地时钟的采样点。
[0023]如图3和图4所不,前移扩频码Ejg对于第一对准扩频码P移位了
【权利要求】
1.一种伪距误差估算方法，其特征在于，所述伪距误差估算方法包括: 根据获取到的多个卫星的中频信号数据产生对应于所述多个卫星中的一个卫星的多个扩频码； 基于所述中频信号数据对所述多个扩频码进行自相关运算得出多个自相关值，所述多个扩频码包括第一对准扩频码，相对于所述第一对准扩频码前移了的多个前移扩频码，和相对于所述第一对准扩频码后移了的多个后移扩频码； 获取所述第一对准扩频码的第一码片偏移时间和所述多个自相关值中最大自相关值对应的第二对准扩频码的第二码片偏移时间；以及 根据所述第一码片偏移时间、所述第二码片偏移时间和所述多个自相关值计算所述一个卫星的伪距误差。
2.根据权利要求1所述的伪距误差估算方法，其特征在于，所述伪距误差估算方法还包括: 利用环路跟踪器获得所述第一对准扩频码。
3.根据权利要求1所述的伪距误差估算方法，其特征在于，所述多个前移扩频码、所述第一对准扩频码和所述多个后移扩频码中，相邻的两个扩频码之间的时间间隔为一个或多个时钟周期。
4.根据权利要求1所述的伪距误差估算方法，其特征在于，所述根据所述第一码片偏移时间、所述第二码片偏移时间和所述多个自相关值计算所述一个卫星的伪距误差，具体包括: 选择相对于所述第二对准扩频码前移了的一个或多个前移拟合扩频码和相对于所述第二对准扩频码后移了的一个或多个后移拟合扩频码； 根据所述第二码片偏移时间、所述第二对准扩频码对应的自相关值、所述前移拟合扩频码的码片偏移时间、所述前移拟合扩频码对应的自相关值、所述后移拟合扩频码的码片偏移时间、和所述后移拟合扩频码对应的自相关值计算表示自相关值与码片偏移时间的关系的多个参数； 计算所述多个参数确定的曲线函数的最大值对应的对应偏移时间； 确定所述对应偏移时间和所述第一码片偏移时间的差以获得表示所述伪距误差的时间差；以及 将所述时间差乘以信号传播速度得出所述伪距误差。
5.根据权利要求4所述的伪距误差估算方法，其特征在于，所述一个或多个前移拟合扩频码、所述第二对准扩频码和所述一个或多个后移拟合扩频码中，相邻的两个扩频码之间的时间间隔为一个或多个时钟周期。
6.根据权利要求4所述的伪距误差估算方法，其特征在于，所述多个参数确定的曲线函数包括抛物线函数。
7.根据权利要求6所述的伪距误差估算方法，其特征在于，所述选择相对于所述第二对准扩频码前移了的一个或多个前移拟合扩频码和相对于所述第二对准扩频码后移了的一个或多个后移拟合扩频码，具体包括: 选择相对于所述第二对准扩频码等间距前移的一个或多个前移拟合扩频码和等间距后移的一个或多个后移拟合扩频码以确定所述抛物线函数的所述多个参数。
8.根据权利要求4所述的伪距误差估算方法，其特征在于，所述确定所述对应偏移时间和所述第一码片偏移时间的差以获得表示所述伪距误差的时间差，具体包括: 计算所述第二码片偏移时间和所述第一码片偏移时间的第一时间偏差； 计算所述对应偏移时间和所述第二码片偏移时间的第二时间偏差； 将所述第一时间偏差和所述第二时间偏差叠加求的所述时间差。
9.一种伪距误差估算系统，其特征在于，所述伪距误差估算系统包括: 自相关值产生电路，用于根据获取到的多个卫星的中频信号数据产生对应于所述多个卫星中的一个卫星的多个扩频码，并且基于所述中频信号数据对所述多个扩频码进行自相关运算得出多个自相关值，所述多个扩频码包括第一对准扩频码，相对于所述第一对准扩频码前移了的多个前移扩频码，和相对于所述第一对准扩频码后移了的多个后移扩频码；以及 误差估算电路，连接至所述自相关值产生电路，用于获取所述第一对准扩频码的第一码片偏移时间和所述多个自相关值中最大自相关值对应的第二对准扩频码的第二码片偏移时间，并且根据所述第一码片偏移时间、所述第二码片偏移时间和所述多个自相关值计算所述一个卫星的伪距误差。
10.根据权利要求9所述的伪距误差估算系统，其特征在于，自相关值产生电路分别将所述多个扩频码与相同的中频信号数据进行自相关运算得出所述多个自相关值。
11.根据权利要求9所述的伪距误差估算系统，其特征在于，所述伪距误差估算系统还包括环路跟踪器，用于获得所述第一对准扩频码。
12.根据权利要求9所述的伪距误差估算系统，其特征在于，所述多个前移扩频码、所述第一对准扩频码和所述多个后移扩频码中，相邻的两个扩频码之间的时间间隔为一个或多个时钟周期。
13.根据权利要求9所述的伪距误差估算系统，其特征在于，所述误差估算电路选择相对于所述第二对准扩频码前移了的一个或多个前移拟合扩频码和相对于所述第二对准扩频码后移了的一个或多个后移拟合扩频码，根据所述第二码片偏移时间、所述第二对准扩频码对应的自相关值、所述前移拟合扩频码的码片偏移时间、所述前移拟合扩频码对应的自相关值、所述后移拟合扩频码的码片偏移时间、和所述后移拟合扩频码对应的自相关值计算表示自相关值与码片偏移时间的关系的多个参数，计算所述多个参数确定的曲线函数的最大值对应的对应偏移时间，确定所述对应偏移时间和所述第一码片偏移时间的差以获得表示所述伪距误差的时间差，并且将所述时间差乘以信号传播速度得出所述伪距误差。
14.根据权利要求13所述的伪距误差估算系统，其特征在于，所述一个或多个前移拟合扩频码、所述第二对准扩频码和所述一个或多个后移拟合扩频码中，相邻的两个扩频码之间的时间间隔为一个或多个时钟周期。
15.根据权利要求13所述的伪距误差估算系统，其特征在于，所述多个参数确定的曲线函数包括抛物线函数，所述误差估算电路选择相对于所述第二对准扩频码等间距前移的一个或多个前移拟合扩频码和等间距后移的一个或多个后移拟合扩频码以确定所述抛物线函数的所述多个参数。
16.根据权利要求13伪距误差估算系统，其特征在于，所述误差估算电路计算所述第二码片偏移时间和所述第一码片偏移时间的第一时间偏差，计算所述对应偏移时间和所述第二码片偏移时间的第二时间偏差，并且将所述第一时间偏差和所述第二时间偏差叠加求的所述时间差。
【文档编号】G01S19/21GK104181553SQ201310199808
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月24日 优先权日:2013年5月24日
【发明者】高科 申请人:凹凸电子（武汉）有限公司