使用有向天线的高敏感度gps设备的制造方法
【专利说明】使用有向天线的高敏感度GPS设备
[000。 背景
[0002] 配备全球定位系统(GPS)接收机的电子设备可依赖于由多个GPS卫星传送的信号 来确定该电子设备的位置。GPS卫星信号中的每一者可W用标识卫星信号的源卫星的因卫 星而异的编码来传送。GPS接收机可通过W下方式来计算电子设备的位置:标识进行广播的 GPS卫星、解码卫星信号、并且对从经解码的信号中提取的数据执行一系列计算。
[0003] 在一些情况下，电子设备的GPS接收机在获取GPS卫星信号时可能遇到困难。例如， 与环境中存在的背景射频噪声相比，由GI^卫星传送的GPS信号可能相对很弱。此外，GPS信 号可能被地形特征(如建筑物和自然形成物)阻隔或反射。例如，建筑物结构(如天花板和屋 顶)可衰减GI^信号，从而导致GPS信号在室内环境中的损失。GPS接收机放大弱GI^信号的能 力可能受限，因为任何放大也可能将环境中存在的背景射频噪声放大。因此，电子设备可能 被迫退后到辅助地理定位技术，如蜂窝通信信号S角测量、惯性位置逼近、使用Wi-Fi签名、 或使用调频(FM)无线电信号来确定电子设备的位置。
[0004] 概述
[0005] 本文描述了 W下技术:使用电子设备的高增益有向天线W在数个时间区间期间在 多个方向上获取来自GI^卫星的GI^信号，并将运些GPS信号相组合W确定电子设备的位置。 高增益有向天线可包括能够连贯地获得来自多个方向的GPS信号的多个天线元件。所获得 的GI^信号可W是不包括由常规GI^导航单元使用W计算位置的可解码定位数据(如时间戳 或星历数据）的部分信号。相反，本技术可W使用（在多个时间区间期间从足够数量的卫星 获取的)部分GI^信号的码相位来计算位置。
[0006] 在至少一个实施例中，电子设备使用天线来在多个方向上执行顺序扫描W寻找 GPS信号。电子设备进一步分析从该多个方向获得的GPS信号W确定所获取的GPS卫星的数 量。GPS信号提供所获取的GPS卫星的码相位。在所获取的GPS卫星的数量满足阔值时，电子 设备基于所获取的GI^卫星的码相位来计算该电子设备的位置。
[0007] 因此，本技术使配备GI^定位器的电子设备能够使用受GI^信号衰减影响的室内环 境或其他环境中存在的弱GPS信号。使用弱GPS信号的能力可W使电子设备能够运行（否则 不能有效地运作的)位置管理应用。例如，运样的应用可包括导航应用、清单应用、个人跟踪 应用，等等。使用经衰减的GI^信号查明位置的能力在辅助位置信息源(例如，蜂窝通信信号 Wi-Fi签名、FM信号，等等)不可用的情况下可能尤其有用，或被用来提供地面真值W剖析空 间来启用辅助位置解决方案。
[0008] 提供本概述是为了 W简化的形式介绍将在W下详细描述中进一步描述的一些概 念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要 求保护主题的范围。
[0009] 附图简述
[0010] 参考附图来描述【具体实施方式】。在附图中，附图标记最左边的数字标识该附图标 记首次出现的附图。在不同的附图中使用相同的附图标记来指示相似或相同的项。
[0011] 图1是解说用于使用高增益有向天线来获取GPS信号W使得GPS信号可被用来确定 位置的示例方案的框图。
[0012] 图2是示出包括获取GPS信号的高增益有向天线和使用GPS信号来确定位置的GPS 定位器的电子设备的示例组件的说明性示图。
[0013] 图3是解说用于使用通过高增益有向天线获取的多个GPS信号来确定位置的示例 过程的流程图。
[0014] 图4是解说用于确定在一时间区间期间获取的卫星的数量的示例过程的流程图， 在该时间区间期间高增益有向天线被定向在特定方向上。
[0015] 详细描述
[0016] 本文描述了用于使用电子设备的高增益有向天线W在数个时间区间期间在多个 方向上获取来自GPS卫星的GI^信号，并将运些GI^信号相组合W确定电子设备的位置。高增 益有向天线可包括能够连贯地获得来自多个方向的GI^信号的多个天线元件。所获得的GPS 信号可W是不包括由常规GPS导航单元使用W计算位置的可解码定位数据(如时间戳或星 历数据）的部分信号。相反，本技术可W依赖于(在多个时间区间期间从足够数量的卫星获 取的)部分GI^信号所指示的码相位信息来计算位置。
[0017] 在各实施例中，电子设备的高增益有向天线可被该电子设备的GPS定位器定向到 特定方向。GPS定位器可W在该特定方向上扫描部分GPS信号达预定时间区间。该特定方向 可W是半球内的任何方向。在至少一个实施例中，预定时间区间可具有数百毫秒的历时长 度。一旦GPS定位器获得了该特定方向上的部分GPS信号，GPS定位器就可确定所获得的部分 GPS信号是否来自足够数量的GPS卫星。如果部分GPS信号来自足够数量的GPS卫星，贝化PS定 位器可W使用在部分GI^信号中捕捉的GPS卫星的码相位来计算位置。
[001引然而，如果GPS定位器确定部分GPS信号来自不足数量的GPS卫星，则GPS定位器可 W将高增益有向天线重定向W扫描不同方向上的GI^信号。GPS定位器可W获得运一第二方 向上的部分GPS信号。GPS定位器可随后再评估在第一和第二方向处获取的部分GI^信号的 组合是否来自足够数量的GPS卫星。如果部分GPS信号来自足够数量的GPS卫星，贝化PS定位 器可W使用在部分GI^信号中捕捉的GI^卫星的码相位来计算电子设备的位置。否则，GPS定 位器可W将高增益有向天线再次重定向W扫描另一方向上的GI^信号。GPS定位器可W重复 高增益有向天线的重定向W扫描GPS信号，直至获得了来自足够数量的GI^卫星的码相位W 计算电子设备的位置。
[0019]在一些情况下，因为电子设备使用高增益有向天线来获取GI^信号，所W电子设备 的GI^定位器可W抗局部GI^信号干扰。根据各实施例的用于使用电子设备的高增益有向天 线W获取来自GI^卫星的GI^信号并基于GI^信号来确定电子设备的位置的技术的各示例在 下文参考图1-4来描述。
[0020] 示例方案
[0021]图1是解说用于使用高增益有向天线来获取GPS信号W使得GPS信号可被用来确定 位置的示例方案100的框图。示例方案100可包括GPS卫星102a)-102(N)。GPS卫星102a)-l02(N)可包括与卫星导航系统相关联的任何卫星。GPS卫星102a)-102(N)可传送对地理空 间定位有用的GPS信号。例如，GPS信号可W与时间戳信息、星历数据、历书信息等等编码在 一起。此外，GPS卫星102(1 )-102(N)中的每一者可由GPS卫星所广播的卫星标识码(如粗/获 取(C/A)码模式)来唯一地标识。在各实施例中，卫星导航系统可W使由美国运营的NAVSTAR GPS、由俄罗斯联邦运营的格洛纳斯(GLONASS)、由欧盟运营的伽利略全球导航卫星系统 (GNSS)、由中国运营的北斗导航卫星系统(BDS)、或任何其他卫星导航系统。
[0022] 电子设备104可W配备天线106和GPS定位器108。电子设备104可W使台式计算机、 平板计算机、膝上型计算机、智能电话、游戏控制台、个人数字助理(PDA)、便携式GI^导航单 元，等等。天线106可W是可由GPS定位器108操纵W顺序地指向多个方向的高增益有向天 线。例如，天线106可W由GPS定位器108来电子地或机械地瞄准。在一些实施例中，天线106 可包括天线元件的阵列。天线元件中的每一者可W是被配置成接收来自窄空间区的RF信号 (如GI^信号）的有向天线元件。在一些情况下，天线元件可被机械地操纵W定向在不同方向 上，W接收来自运些方向的GI^信号。
[0023] 例如，天线106可W是具有10x10平方英寸的尺寸的平面天线，其中存在16个4x4网 格的16个天线元件。该平面天线可被设计成W12.3分贝（地i)增益来接收1575.4巧^赫兹 (MHz)的RF信号。该平面天线可具有35°半功率束宽，侧射角（broadside angle)为0° ± 0.5°。该平面天线可配备在GPS定位器108的引导下定向或重定向该平面天线的电伺服马 达。
[0024] 在其他情况下，天线106的天线元件可W经由电信号来被相移，使得GPS信号接收 在特定方向上被加强且在其他方向上被抑制。换言之，天线106的天线元件的相移可通过改 变天线106的福射模式来定向或重定向天线106,而无需天线106的任何物理移动。在附加实 施例中，天线106可W是其他有向设计，只要该有向天线可被选择性地定向W顺序地扫描来 自不同方向的GPS信号。例如，天线106可W是但不限于碟式反射器天线、缝隙天线、化gi天 线、号角天线、波导天线、Vivaldi天线、具有圆形天线元件的平面天线、螺旋天线、双极阵列 天线、折纸天线，等等。
[0025] 高增益有向天线