用匹配滤波器处理全球定位系统信号的方法和装置制造方法及图纸

处理卫星定位系统（ＳＰＳ）信号的方法和装置。在一种示例性方法中，确定第一组频率系数，它对应于ＳＰＳ信号的第一多普勒（Ｄｏｐｐｌｅｒ）频率，所述ＳＰＳ信号在第一时间窗期间在匹配滤波器内用第一组频率系数来处理。确定第二组频率系数，它对应于ＳＰＳ信号的第二多普勒频率，ＳＰＳ信号在第二时间窗期间在匹配滤波器内用第二组频率系数来处理，其中第一和第二时间窗发生在不大于一个ＳＰＳ帧时间段的一段时间内。在另一种示例性方法中，第一ＳＰＳ信号在第一时间窗期间在匹配滤波器内用第一组伪随机噪声（ＰＮ）系数来处理，其中第一组ＰＮ系数对应于第一ＳＰＳ信号，而第二ＳＰＳ信号在第二时间窗期间在匹配滤波器内用第二组ＰＮ系数（对应于第二ＳＰＳ信号）来处理，其中第一时间窗和第二时间窗发生在不大于一个ＳＰＳ帧时间段的一段时间内。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及卫星定位系统的领域，譬如美国全球定位系统，并且尤其涉及接收并跟踪来自卫星定位系统卫星的信号。
技术介绍
为了捕获、跟踪并解调从诸如GPS卫星这样的SPS卫星发出的信号，大多数常规卫星定位系统(SPS)，譬如全球定位系统(GPS)接收机使用串联的相关器。每个已发送GPS信号都是直接序列扩频信号。可在商业上使用的信号是与标准定位服务相关的信号，并且使用直接序列二元相位扩展信号，它在1575.42MHz载波上有1.023兆码片每秒的扩展速率。伪随机噪声、或伪随机噪声(PN)序列长度为1023码片，对应于一个毫秒时间段。各卫星发出不同的PN码(有时被称作金色码)，允许信号同时从若干卫星被发出，并能由接收机同时接收，彼此间干扰极小。此外，每个信号上叠加的数据为50波特二进制移相键控(BPSK)数据，其比特边界与PN帧的开始处对齐；20PN帧发生在一个数据比特时间段上，该时间段为20毫秒。处理GPS信号中的重要操作是对调制载波的伪随机序列的初始同步。这一般用相关器组以串联形式完成，它搜索伪随机序列的出现时间。典型的初始捕获策略涉及在1/2码片间隔内的各1023个码元上搜索PN码，这意味着总共有2046种假定。而且，由于多普勒和本地振荡器误差会使信号不能被检测到，因此通常需要在载波频率范围上进行搜索。这导致要测试的附加频率假设。对于高敏感度应用而言，各假设可以要求许多毫秒的停止时间，甚至在某些情况下为若干秒。由此，捕获过程不使用许多相关器时可能十分冗长。全球定位系统(GPS)接收机接收从轨道GPS卫星发出的GPS信号，并且通过比较接收信号和内部产生的信号间的时间位移来确定适当编码的到达时间。信号比较在相关过程中执行，该过程必然伴有对所接收和所产生的信号的乘法和积分。附图说明图1说明了普通GPS接收机中使用的典型现有技术串联相关器电路。相关器50接收输入GPS信号52，并在乘法器54内将接收信号52与由PN发生器60内部产生的PN码进行组合。然后在一组累加的组合信号采样上执行幅度平方(或其它检测)操作56。微控制器58控制由PN发生器60产生的PN码片序列。根据相关器50的系统，接收信号与PN码片的长序列相比较，每次一个时偏，从而需要很长时间段来搜索相应于一个PN帧的所有偏移。捕获GPS信号的另一种方法是使用匹配滤波方法；例如可见未决美国专利申请序列号为09/021854的申请，该申请于1998年2月11日提交，并且题为“FastAcquisition，High Sensitivity GPS Receiver”，专利技术人为Norman F.Krasner。匹配滤波器与全伪随机帧匹配，如果使用1/2码片的间隔，则可被视为一组2046个相关器。如果期望搜索M个并行GPS信号，则可能并行使用M种匹配滤波器。上述题为“Fast Acquisition，High Sensitivity GPS Receiver”的专利申请示出可用于实现GPS接收机的各种类型的匹配滤波器实例。尽管使用这种匹配滤波器的GPS接收机是高效的，然而仍然期望进一步改进效率，尤其当信号参数的某个先验知识可用时。专利技术摘要本专利技术揭示了用包括匹配滤波器的卫星定位系统接收机捕获并跟踪全球定位系统信号或其它类型的卫星定位系统信号的各种方法和装置。在本专利技术的一种示例性方法中，确定第一组频率系数，它对应于SPS信号的第一多普勒(Doppler)频率，所述SPS信号在第一时间窗期间在匹配滤波器内用第一组频率系数来处理。确定第二组频率系数，它对应于SPS信号的第二多普勒频率，SPS信号在第二时间窗期间在匹配滤波器内用第二组频率系数来处理，其中第一和第二时间窗发生在不大于一个SPS帧时间段的一段时间内。在另一种示例性方法中，第一SPS信号在第一时间窗期间在匹配滤波器内用第一组伪随机噪声(PN)系数来处理，其中第一组PN系数对应于第一SPS信号，而第二SPS信号在第二时间窗期间在匹配滤波器内用第二组PN系数(对应于第二SPS信号)来处理，其中第一时间窗和第二时间窗发生在不大于一个SPS帧时间段的一段时间内。这里也揭示了各种装置。附图简述通过下面提出的结合附图的详细描述，本专利技术的特征、性质和优点将变得更加明显，附图中相同的元件具有相同的标识，其中图1是现有技术GPS相关器电路的框图表示。图2A是按照本专利技术一个实施例的SPS捕获电路的框图表示。图2B示出作为图2A框图一部分的加权网络实例。图3示出可使用诸如图2A所述实施例的本专利技术捕获电路实施例的GPS接收机实例。图4示出组合GPS接收机的框图表示，它包括带有匹配滤波器的捕获电路，如图2A所述，并且包括诸如蜂窝电话或双向寻呼机这样的通信系统。图5描述了示出按照本专利技术一个实施例的各种处理操作的时间上关系的时序图。图6示出另一时序图，说明了按照本专利技术另一实施例的各种处理操作。图7示出流程图，说明了可在本专利技术的某些实施例中使用的一组初步操作。图8示出指示按照本专利技术一个实施例的方法的流程图。图9示出按照本专利技术另一实施例的另一方法。详细说明描述了用匹配滤波器接收SPS信号的方法和装置。在下列说明中，为了解释的目的，为了透彻理解本专利技术，提供了许多特定的细节。然而，本专利技术可以无须这些特定细节而被实际应用对于本领域技术人员来说是显而易见的。在其它情况下，以框图形式示出熟知的结构和装置来便于解释。为了减小编码出现时间的搜索范围，本专利技术的某些实施例在捕获辅助数据之后对匹配滤波器使用了分时方法。下面详述的图7示出卫星辅助数据确定的实例，它用于确定搜索范围以便根据卫星辅助数据获取GPS信号或其它SPS信号。该卫星辅助数据用于在SPS信号的捕获过程中使搜索范围变窄，从而允许对匹配滤波器分时，譬如下面将详述的图8和9中示出的方法。各种不同类型的卫星辅助数据可能是可用的，譬如当存在一些可用的先验定时信息时。例如，某些蜂窝信号，譬如北美CDMA蜂窝信号(例如，IS 95 CDMA蜂窝电话信号)，提供了准确的日时信息。该日时信息以及其它卫星辅助数据使GPS接收机能大约估计GPS信号的到达时间，其它卫星辅助数据有视野中的卫星的估计多普勒频率、移动GPS接收机位置的大致了解以及卫星定位信息(例如，卫星天文历数据或卫星年历)。例如，对于约为5千米(典型的小区大小)左右的初始位置不确定性和准确的日时信息，这些到达时间可被估计为±16.7微秒。如果编码出现时间以1/2码片间隔被检查，则总的33.3微秒的时间间隔以67节距被检查。这与1023码片完全GPS帧的总共2046个节距相比较。在该例中，匹配滤波器的输出信号在1毫秒帧时间段中仅需被计算33.3微秒，即约为全部帧的1/30。这段活动时间被称为“活动窗”，或简称为“窗”。由此，在帧的其它29/30部分期间可以将匹配滤波器(如图2A所述的示例性匹配滤波器，将在下为中说明)用于其它处理目的。特别是，可以用其它加权系数快速地对匹配滤波器重新编程，例如那些对应于不同的假设多普勒频率的系数，从而提高该匹配滤波器电路的使用效率。在该特定实例中，可以用这一个匹配滤波器来检查30个不同的假设多普勒频率，各产生对应于1/30个帧的输出。下面进一步讨论的图8示出这种方法的一个实例。这种匹配滤波器的分时不必会产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大致迸发处理卫星定位系统（ＳＰＳ）信号的至少两个多普勒频率的方法，所述方法的特征在于包括：确定与所述ＳＰＳ信号的第一多普勒频率对应的第一组频率系数；在第一时间窗期间，在匹配滤波器内用所述第一组频率系数处理所述ＳＰＳ信号；确定 与所述ＳＰＳ信号的第二多普勒频率对应的第二组频率系数；在第二时间窗期间，在匹配滤波器内用所述第二组频率系数处理所述ＳＰＳ信号；其中所述第一和所述第二时间窗发生在不大于一个ＳＰＳ帧时间段的一个时间段内。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：NF科拉斯内尔，PA康弗利蒂，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]