專(zhuān)利名稱(chēng)：軟件補(bǔ)償?shù)木w振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)，特別地涉及用于在初始化期間準(zhǔn)確地估算衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)中的本地參考振蕩器的頻率的方法和系統(tǒng)。
現(xiàn)有技術(shù)全球定位系統(tǒng)(GPS)是一個(gè)基于衛(wèi)星的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，由美利堅(jiān)合眾國(guó)國(guó)防部建立和控制，耗資超過(guò)$130億。24個(gè)衛(wèi)星在20,200Km的高度上圍繞地球，并位于軌道，以使得在任何時(shí)間對(duì)任何用戶(hù)可視六個(gè)衛(wèi)星的最小星座。每個(gè)衛(wèi)星發(fā)射稱(chēng)為原子時(shí)鐘的準(zhǔn)確的時(shí)間和位置信號(hào)。一個(gè)典型的GPS接收機(jī)鎖到這個(gè)原子時(shí)鐘上，然后能夠很準(zhǔn)確地測(cè)量該信號(hào)到達(dá)它的時(shí)間延遲，從而能計(jì)算出視在的接收機(jī)-衛(wèi)星距離。根據(jù)來(lái)自至少四個(gè)衛(wèi)星的測(cè)量允許一個(gè)GPS接收機(jī)計(jì)算其位置、速度、高度和時(shí)間。
一個(gè)剛被調(diào)諧的GPS接收機(jī)仍不知道它是在何處，其晶體振蕩器誤差多大，也不知道現(xiàn)在是何時(shí)，所有這些需要尋求并鎖定到衛(wèi)星的發(fā)射，而且必須進(jìn)行所有可能性的搜索。這種搜索對(duì)于本地時(shí)間和參考時(shí)鐘的大的初始不確定性具有廣泛性。如果頻率和時(shí)間能輕易地被控制或精確地估算，則可減輕該探索努力。
在還未鎖定到一個(gè)衛(wèi)星的一個(gè)GPS接收機(jī)中的晶體振蕩器基本上是自由運(yùn)行的。典型的相位鎖定電路并不處鎖定狀態(tài)。實(shí)際的運(yùn)行頻率誤差可以是相當(dāng)大的，并且與溫度的依賴(lài)性大，這是由壓電晶體的性質(zhì)所決定。溫度和其他的偏移將產(chǎn)生頻率的不確定性，其將增加在初始化期間必須探索的無(wú)線電頻譜。在初始化期間該時(shí)間不確定性進(jìn)而附加到該探索問(wèn)題，這是因?yàn)樾l(wèi)星ID可以是錯(cuò)誤的或期待的多譜勒偏移可以是錯(cuò)誤的。
當(dāng)時(shí)間或頻率不確定性大時(shí)高靈敏度GPS接收機(jī)將產(chǎn)生更多的問(wèn)題。當(dāng)尋求信號(hào)的能量特別弱時(shí)，尋求信號(hào)能量要求進(jìn)行更細(xì)小的步驟，并在每個(gè)步驟停止更長(zhǎng)的時(shí)間。所以，使本地參考振蕩器更好地初始估算能改善最初調(diào)整的時(shí)間(time-to-first-fix)。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于提供一種GPS接收機(jī)，該接收機(jī)在初始化期間能補(bǔ)償其本地晶體振蕩器以降低頻率不確定性。
簡(jiǎn)單地，本發(fā)明的一種導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)實(shí)施例包括一個(gè)晶體振蕩器，它以可重復(fù)方式受本地環(huán)境溫度的影響。當(dāng)鎖定一個(gè)GPS衛(wèi)星時(shí)，該接收機(jī)被用來(lái)計(jì)算該本地晶體振蕩器的真實(shí)頻率偏移。測(cè)量和記錄該晶體的目前溫度與真實(shí)的頻率偏移測(cè)量相關(guān)。之后該數(shù)據(jù)被用來(lái)產(chǎn)生描述該晶體隨溫度的頻率漂移的一個(gè)九階的多項(xiàng)式。接著在接收機(jī)初始化期間，當(dāng)本地參考振蕩器處未鎖定狀態(tài)時(shí)，環(huán)境溫度被測(cè)量并用來(lái)標(biāo)記該九階多項(xiàng)式以估算實(shí)際的晶體頻率。接著用這樣的頻率估算作為發(fā)現(xiàn)來(lái)自頭頂上的星座的可視的SV的信號(hào)的基準(zhǔn)。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于提供的系統(tǒng)和方法用于導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)的更快的初始化。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于提供的系統(tǒng)和方法用于改善導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)的靈敏度。
在閱讀了在各個(gè)附圖中說(shuō)明的優(yōu)選實(shí)施例的以下的詳細(xì)說(shuō)明之后，本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)對(duì)本專(zhuān)業(yè)普通技術(shù)人員將無(wú)疑成為顯而易見(jiàn)的。


圖1是本發(fā)明導(dǎo)航平臺(tái)實(shí)施例的功能方塊圖；以及圖2是代表圖1中本發(fā)明的晶體振蕩器實(shí)施例溫度和漂移誤差的曲線。
具體實(shí)施例方式
圖1說(shuō)明一個(gè)GPS接收機(jī)網(wǎng)絡(luò)100，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，它包括由一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器104支持的導(dǎo)航平臺(tái)102。
每個(gè)GPS測(cè)量平臺(tái)102最好包括一付GPS天線106，一個(gè)低噪聲放大器(LNA)108，一個(gè)GPS表面聲波(SAW)濾波器110，一個(gè)具有中頻(IF)SAW-濾波器114的射頻(RF)應(yīng)用專(zhuān)用集成電路(ASIC)，一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)116，一個(gè)參考晶體118，和一個(gè)參考晶體溫度傳感器120。
一般地，存在三類(lèi)本發(fā)明的GPS測(cè)量平臺(tái)實(shí)施例，它們是按照如何獨(dú)立于它們能操作的服務(wù)器來(lái)進(jìn)行分類(lèi)的。一個(gè)獨(dú)立客戶(hù)機(jī)122能運(yùn)行并只用來(lái)自服務(wù)器104的最小幫助，例如，差分校正數(shù)據(jù)對(duì)一個(gè)用戶(hù)提供導(dǎo)航解。一個(gè)半-客戶(hù)機(jī)124需要更多的幫助，例如簡(jiǎn)化星歷表和時(shí)間偏移計(jì)算的多項(xiàng)式模式；一個(gè)細(xì)-客戶(hù)機(jī)126正好依靠服務(wù)器104劃分所有導(dǎo)航計(jì)算，并根據(jù)其SV星座觀點(diǎn)基本上只提供觀察的測(cè)量。只要有一個(gè)用戶(hù)想看到它們，導(dǎo)航解返回用于本地顯示。
特別是在一個(gè)薄-客戶(hù)機(jī)中，DSP是與某些其他的非-GPS應(yīng)用的一個(gè)共享部分。這樣，在該客戶(hù)機(jī)處不需要多線索應(yīng)用程序并只執(zhí)行簡(jiǎn)單的程序循環(huán)。
服務(wù)器104一般包括大量參考站天線128和130，其提供對(duì)一個(gè)參考站管理器132的GPS信號(hào)輸入。一個(gè)本地服務(wù)器134能提供對(duì)該半-客戶(hù)機(jī)124的支持信息，以便改善最初調(diào)整的時(shí)間和位置解質(zhì)量。
高靈敏度接收機(jī)要求大量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理和CPU時(shí)間。這可能出現(xiàn)普通信號(hào)電平能由一個(gè)本地處理器進(jìn)行處理，而高靈敏度計(jì)算可能使本地處理器過(guò)載。在這樣的情況下，觀察測(cè)量傳送到一個(gè)更能干的導(dǎo)航處理器，它能專(zhuān)門(mén)于這樣的工作并繼續(xù)地重新使用其可執(zhí)行的代碼。
本地參考振蕩器晶體118將具有一個(gè)頻率漂移誤差，其將作為溫度的函數(shù)改變。在圖2中，曲線200代表這樣一個(gè)未補(bǔ)償?shù)暮瘮?shù)。在制造校準(zhǔn)期間，曲線200最好與一個(gè)九階多項(xiàng)式方程相接近，并且計(jì)算和儲(chǔ)存其系數(shù)。曲線202表示當(dāng)按軟件方式初始化用這樣的第九階多項(xiàng)式方程補(bǔ)償溫度漂移時(shí)典型的可能性是什么樣的。
參考晶體溫度傳感器120用來(lái)測(cè)量本地參考振蕩器晶體118的溫度。在當(dāng)導(dǎo)航平臺(tái)102初始化和跟蹤SV時(shí)的制造校準(zhǔn)期間首要使用是收集數(shù)據(jù)以建立曲線200。接著的使用是提供索引值，由此根據(jù)儲(chǔ)存的系數(shù)能計(jì)算該九階多項(xiàng)式方程，同時(shí)導(dǎo)航平臺(tái)102初始化并試著鎖到其第一個(gè)SV上。
雖然本發(fā)明己借助目前的優(yōu)選實(shí)施例加以描述，但應(yīng)理解公開(kāi)并不解釋成限制。對(duì)那些本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員而言各種變更和修改將無(wú)疑成為顯而易見(jiàn)的，只要閱讀以上公開(kāi)。因此試圖將附加的權(quán)利要求解釋成復(fù)蓋所有變更和修改并落在本發(fā)明的“真實(shí)”精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)，包括一個(gè)導(dǎo)航平臺(tái)，能跟蹤和鎖定到GPS衛(wèi)星；一個(gè)本地參考頻率晶體振蕩器，其隨溫度漂移并且在初始化前影響信號(hào)鎖定的頻率不確定性；一個(gè)溫度傳感器，用于測(cè)量該本地參考頻率晶體振蕩器的目前溫度；一組儲(chǔ)存值，代表一個(gè)多項(xiàng)式的系數(shù)，其擬合一個(gè)自測(cè)量的頻率漂移誤差同溫度的變化關(guān)系曲線；以及一個(gè)處理器，用以使用該組儲(chǔ)存值計(jì)算一個(gè)校準(zhǔn)的本地參考頻率晶體振蕩器的頻率，該頻率給出由溫度傳感器得到的一個(gè)測(cè)量。
2.如權(quán)利要求1的導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)，其中導(dǎo)航平臺(tái)能從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器接收用于初始化的支持。
3.如權(quán)利要求1的導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)，其中在初始化期間，本地參考頻率晶體振蕩器驅(qū)動(dòng)以時(shí)間和頻率探索GPS信號(hào)的一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器和接著計(jì)算一個(gè)導(dǎo)航解。
4.如權(quán)利要求1的導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)，其中在初始化期間，在以時(shí)間和頻率探索GPS信號(hào)期間，由一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器能軟件補(bǔ)償本地參考頻率晶體振蕩器的頻率漂移。
5.一種軟件補(bǔ)償一個(gè)本地參考頻率晶體振蕩器的方法，該方法包括步驟用導(dǎo)航平臺(tái)跟蹤GPS衛(wèi)星的星座以提供時(shí)間和頻率基準(zhǔn)；測(cè)量所說(shuō)導(dǎo)航平臺(tái)的環(huán)境溫度；在各種測(cè)量溫度記錄本地參考晶體振蕩器的漂移誤差；建立一個(gè)多項(xiàng)式方程，以最好地?cái)M合在測(cè)量和記錄步驟中得到的數(shù)據(jù)；以及對(duì)所說(shuō)多項(xiàng)式方程儲(chǔ)存一組系數(shù)值；其中，所說(shuō)本地參考頻率晶體振蕩器的頻率漂移可使用所說(shuō)系數(shù)值組軟件補(bǔ)償。
6.如權(quán)利要求5的方法，還包括步驟在頻域和時(shí)域通過(guò)搜索GPS衛(wèi)星信號(hào)試圖初始化所說(shuō)導(dǎo)航平臺(tái)；測(cè)量所說(shuō)導(dǎo)航平臺(tái)的環(huán)境溫度；索引所說(shuō)系數(shù)值組以計(jì)算在一個(gè)目前溫度的一個(gè)漂移誤差；以及按照所說(shuō)多項(xiàng)式方程和一個(gè)測(cè)量的目前溫度軟件校準(zhǔn)一個(gè)本地參考頻率晶體振蕩器。
全文摘要
一種導(dǎo)航－衛(wèi)星接收機(jī)包括一個(gè)晶體振蕩器，它以可重復(fù)方式受本地環(huán)境溫度的影響。當(dāng)鎖定一個(gè)GPS衛(wèi)星時(shí)，該接收機(jī)被用來(lái)計(jì)算該本地晶體振蕩器的真實(shí)的頻率偏移。GPS系統(tǒng)鎖定對(duì)真實(shí)頻率的這樣的測(cè)量提供了自動(dòng)鎖定基礎(chǔ)。晶體的目前溫度的測(cè)量和記錄與真實(shí)頻率偏移測(cè)量相關(guān)。數(shù)據(jù)被用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)九階多項(xiàng)式，其描述晶體隨溫度的頻率漂移。在本地參考振蕩器未鎖定時(shí)的接收機(jī)初始化期間，測(cè)量環(huán)境溫度并用來(lái)索引該九階多項(xiàng)式以估算實(shí)際的晶體頻率。之后這樣的頻率估算用作一個(gè)基準(zhǔn)以發(fā)現(xiàn)來(lái)自頭上的星座的可視的SV的信號(hào)。
文檔編號(hào)G01S1/00GK1439897SQ0310614
公開(kāi)日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2003年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月19日
發(fā)明者H·馬特蘇施塔, P·W·麥克博尼 申請(qǐng)人:伊萊德公司, 精工愛(ài)普生株式會(huì)社