專利名稱：導航信號接收設備和導航信號接收方法
技術領域：
本發(fā)明涉及導航信號接收設備和導航信號接收方法，特別涉及具有減少多徑誤差的導航信號接收設備和導航信號接收方法。本發(fā)明能夠廣泛應用于諸如GPS(全球定位系統(tǒng))接收器、GALILEO接收器或GLONASS(全球導航衛(wèi)星系統(tǒng))接收器等導航信號接收設備。
背景技術：
導航信號接收設備用于接收來自諸如GPS衛(wèi)星等衛(wèi)星的導航信號，并且由此測量出信號源和導航信號接收設備之間的距離。不過，在市區(qū)等中，除了有來自衛(wèi)星的直射波以外，因建筑物、地面等的反射而產(chǎn)生的多徑波也到達導航信號接收設備。因此，在導航信號接收設備中，需要將直射波和多徑波結合起來進行處理。因此，導航信號接收設備計算出不同于最初距離的一個距離，從而引起多徑誤差的發(fā)生。
因此，目前形成了用于減少多徑誤差的各種記錄。相關技術文獻1(日本專利未決公開第2000-266836號，具體是第6至7頁、圖2、圖3)提出了一種技術，用于防止由諸如汽車導航設備等移動站的運動速度較低時生成的多徑引起的定位誤差。相關技術文獻1關注這樣一個事實，即當來自GPS衛(wèi)星的無線電波被反射時產(chǎn)生的波的波動周期(衰減帶寬)與移動站的運動速度成正比。此外，相關技術文獻1還關注由多徑引起的定位誤差與DLL(延遲鎖定環(huán))的環(huán)路帶寬之間的關系。因此，相關技術文獻1提出了一種技術，其能夠改變DLL的環(huán)路帶寬，并且同時縮窄DLL的環(huán)路帶寬，從而防止由移動站的運動速度較低時生成的多徑引起的定位誤差。因此，相關技術文獻1提出在不提高采樣頻率并且同時不添加硬件的情況下對多徑進行補償。
不過，諸如相關技術文獻1中所述的已知的多徑誤差減少技術也有它的局限。具體地說，如果多徑波的強度是直射波的約十分之一，則當使用沒有多徑誤差減少技術的定位技術時，會發(fā)生具有最大值約為15m的多徑誤差；甚至當使用具有最可能多徑誤差減少技術的定位技術時，仍然具有約1.5m的多徑誤差。
其原因在于多徑誤差和多徑長度之間的關系顯示出振蕩行為。術語“多徑長度”是指作為由建筑物或地面等所反射的導航信號的結果，相對于當從衛(wèi)星直接接收時的距離而延伸的測量長度。圖4示出了多徑誤差和多徑長度之間的典型關系。橫坐標表示多徑長度；縱坐標表示多徑誤差。在圖4中，示出了兩個典型實例。在典型實例1中，如實線所示，隨著多徑長度的增加，顯示出振蕩行為的多徑誤差的幅度變大。在典型實例2中，如虛線所示，不管多徑長度如何，顯示出振蕩行為的多徑誤差的幅度幾乎不變。如圖4所示，在這兩種情況下，多徑誤差都具有根據(jù)多徑長度進行振蕩的特性。
不過，在現(xiàn)有的多徑減少技術中，沒有考慮針對顯示出這種振蕩行為的多徑誤差的任何措施。因此，如上所述，根據(jù)相關技術，由于受到這種振蕩的影響，多徑誤差無法減少到1.5m或更小。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到相關技術方法和結構的前述和其他典型問題、缺點和劣勢，本發(fā)明的典型特征是提出一種用于減少多徑誤差的導航信號接收設備和導航信號接收方法。
根據(jù)本發(fā)明的導航信號接收設備用于根據(jù)從人造衛(wèi)星發(fā)送的導航信號來確定位置，該設備包括(a)定位單元，以第一時間間隔從導航信號采樣距離數(shù)據(jù)，(b)平均單元，以比第一時間間隔的速率低的第二時間間隔對距離數(shù)據(jù)進行平均，以及(c)定位處理單元，根據(jù)由平均單元平均的距離數(shù)據(jù)來計算位置。
根據(jù)本發(fā)明的導航信號接收方法用于根據(jù)從人造衛(wèi)星發(fā)送的導航信號來確定位置，該方法包括(a)以第一時間間隔從導航信號采樣距離數(shù)據(jù)，(b)以比第一時間間的隔速率低的第二時間間隔對距離數(shù)據(jù)進行平均，以及(c)根據(jù)平均的距離數(shù)據(jù)來計算位置。
這樣，在根據(jù)本發(fā)明的導航信號接收設備和導航信號接收方法中，距離數(shù)據(jù)以第一時間間隔被采樣，并且然后以比第一時間間隔的速率低的第二時間間隔被平均。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以通過平均操作來提高準確度，因為通過使用第一時間間隔來加速對從衛(wèi)星發(fā)送的導航信號進行采樣的周期，可以增加距離數(shù)據(jù)的樣本數(shù)，并且通過使用第二時間間隔來對樣本數(shù)增加的距離數(shù)據(jù)進行平均。因此，根據(jù)本發(fā)明的導航信號接收設備和導航信號接收方法具有肯定能夠減少顯示出振蕩行為的多徑誤差的影響的有利效果。


從下面結合附圖的詳細講述中，本發(fā)明的典型方面、特征和優(yōu)勢更加明顯，其中圖1為框圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例1的導航信號接收設備的示意結構圖；圖2為框圖，示出了如圖1所示的導航信號接收設備的典型內(nèi)部結構；圖3A為概念示圖，以示意的形式示出了如圖2所示的高速距離測量電路的操作；圖3B為概念示圖，以示意的形式示出了如圖2所示的平均電路的操作；以及圖4示出了多徑誤差和多徑路徑之間的典型關系。
具體實施例方式
下面將參考附圖來詳細講述實施本發(fā)明的各典型方面。下面所述的各典型方面僅示出了用于理解本發(fā)明的示意性實例，并且本發(fā)明的權利要求并不限于這些典型方面。
下面參考附圖來詳細講述根據(jù)本發(fā)明的實施例1的導航信號接收設備的結構。
圖1為框圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例1的導航信號接收設備的示意性結構圖。示出了導航信號接收設備10作為例子，其中該設備作為GPS接收器，根據(jù)從起人造衛(wèi)星作用的GPS(全球定位系統(tǒng))衛(wèi)星發(fā)送的定位信息來進行操作。導航信號接收設備10包括距離測量單元11、定位處理單元12和天線13。天線13接收導航信號，該導航信號包括有從GPS衛(wèi)星發(fā)送的距離數(shù)據(jù)。距離測量單元11以給定的速率對接收到的導航信號進行采樣，以提取距離數(shù)據(jù)。定位處理單元12使用提取的距離數(shù)據(jù)來計算位置。參考圖1，舉例來說，可以將輸出速率設置為1Hz。不過，為了更容易地理解本發(fā)明，這里示出了一個典型情況；本發(fā)明并不只限于該值。
在實施例1中，示出了從GPS衛(wèi)星接收導航信號的例子。不過，本發(fā)明并不僅限于GPS接收器，而是類似地可應用到諸如GALILEO接收器或GLONASS(全球導航衛(wèi)星系統(tǒng))接收器等導航信號接收設備。
圖2為框圖，示出了如圖1所示的導航信號接收設備10的典型內(nèi)部結構。如圖2所示，距離測量單元11包括高速距離測量電路11A和平均電路11B。
參考圖2，高速距離電路11A以高速時間間隔對包含顯示出振蕩行為的多徑誤差的距離數(shù)據(jù)進行采樣，并且將采樣數(shù)據(jù)作為高速距離數(shù)據(jù)輸出到平均電路11B。同時，平均電路11B以低速時間間隔對以高速率從高速距離測量電路11A輸出的高速距離數(shù)據(jù)進行平均，并且將平均數(shù)據(jù)作為低速距離數(shù)據(jù)輸出到定位處理單元12。定位處理單元12使用低速距離數(shù)據(jù)來計算位置。
參考圖2，舉例來說，可以將高速時間間隔設置為1,000Hz，并且將低速時間間隔設置為1Hz。不過，為了更容易地理解本發(fā)明，這里示出了一個典型情況；本發(fā)明并不僅限于這些值。例如，可以將高速時間間隔設置為幾百Hz或更大，并且可以將低速時間間隔設置為10Hz或更小。
如圖2所示的高速距離測量電路11A、平均電路11B和定位處理單元12的內(nèi)部結構可以是通常所使用的那些，因此這里省略了對它們的解釋。
下面參考圖3A和3B來講述如圖2所示的距離測量單元11中的高速距離測量電路11A和平均電路11B的操作。
圖3A和3B為概念示圖，以示意的形式示出了如圖2中的本發(fā)明的實施例1所示的高速距離測量電路11A和平均電路11B的操作。高速距離測量電路11A以預定的高速時間間隔、以高速度對包括有從天線13發(fā)送的距離數(shù)據(jù)的導航信號進行采樣。在圖2中，作為典型的高速，采用1000Hz的周期，即每1毫秒1次。因此，如圖3A所示，由于受到多徑誤差的影響，從高速距離測量電路11A輸出到平均電路11B的高速距離數(shù)據(jù)是振蕩信號。
同時，平均電路11B以預定的低速時間間隔來對以高速時間間隔從高速距離測量電路11A輸出的高速距離數(shù)據(jù)進行平均處理。在圖2中，作為典型的低速，采用1Hz的周期，即每1秒1次。因此，在圖2的例子中，在平均電路11B中，以高速距離數(shù)據(jù)的每1000個樣本為單位進行平均處理。因此，如圖3B所示，根據(jù)圖3A所示的包含多徑誤差的振蕩信號產(chǎn)生通過平均處理而穩(wěn)定的信號。然后，該低速距離數(shù)據(jù)被輸出到定位處理單元12。
以此方式，根據(jù)本發(fā)明的實施例1，在以高速時間間隔先進行采樣之后，以低速時間間隔對高速距離數(shù)據(jù)進行平均，并且將平均的低速距離數(shù)據(jù)輸出到定位處理單元12。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例1，如圖4所示，可以減少顯示出與多徑長度有關的振蕩行為的多徑誤差的影響。因此，本發(fā)明的實施例1可以根據(jù)更加準確的距離數(shù)據(jù)來計算位置。
這里，優(yōu)選情況下將應用到高速距離測量電路11A的高速時間間隔加速，以便提高平均電路11B中的平均處理的效果。這是因為，當被平均的距離數(shù)據(jù)的樣本數(shù)增加時，相應地增加了可靠性。此外，為了提高其效果，可將信號跟蹤控制的帶寬設置得較寬。因此，高速距離數(shù)據(jù)的樣本數(shù)增加。同時，優(yōu)選情況下將應用到平均電路11B的低速時間間隔減少到允許實時處理的時間間隔。采用上述配置，可以以可行的時間間隔來獲得減少了多徑誤差影響的準確距離數(shù)據(jù)。
此外，假定本發(fā)明的實施例1的導航信號接收設備10被應用到諸如汽車等移動站的導航。優(yōu)選情況下將平均電路11B中的低速時間間隔設置為用于允許實時處理的導航的時間間隔。同時，優(yōu)選情況下將高速距離測量電路11A中的高速時間間隔設置為可獲得能夠減少根據(jù)多徑長度顯示出振蕩行為的多徑誤差影響的樣本數(shù)的時間間隔。采用上述配置，能夠以用于允許實時處理的導航的時間間隔來獲得具有減少了多徑誤差影響的準確距離數(shù)據(jù)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例1，通過加速距離測量電路中的測量，并且將平均電路放置在距離測量電路的后面的級，可以增加距離數(shù)據(jù)的樣本數(shù)，從而提高平均效果。因此，本發(fā)明的實施例1具有肯定能夠減少顯示出振蕩行為的多徑誤差影響的有利效果。因此，本發(fā)明的實施例1具有能夠根據(jù)更準確的距離數(shù)據(jù)來計算位置的有利效果。
另外，根據(jù)本發(fā)明的實施例1，在以高速進行采樣之后，對距離數(shù)據(jù)進行平均，然后進行輸出。因此，對于汽車導航和移動導航等，提供的有利效果在于，能夠以允許實時處理的可行時間間隔來獲得距離數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的實施例1可以廣泛應用到諸如GPS接收器、GALILEO接收器或GLONAS接收器等導航信號接收設備。
盡管結合一定的典型實施例對本發(fā)明進行了講述，但可以理解的是本發(fā)明所包括的主題并不限于這些具體實施例。相反，本發(fā)明可以包括所有替代物，改進和等價物，只要包括在本發(fā)明的權利要求的精神主旨和范圍。
此外，本發(fā)明人的目的是保留本發(fā)明的所有等價物，即使在后來的審查期間對權利要求進行了修訂。
權利要求
1.一種導航信號接收設備，用于根據(jù)從人造衛(wèi)星發(fā)送的導航信號來確定位置，該設備包括定位單元，以第一時間間隔從導航信號采樣距離數(shù)據(jù)；平均單元，以比第一時間間隔的速率低的第二時間間隔對距離數(shù)據(jù)進行平均；以及定位處理單元，根據(jù)由平均單元平均的距離數(shù)據(jù)來計算位置。
2.如權利要求1所述的導航信號接收設備，其中第一時間間隔是用于減少由顯示出振蕩行為的多徑波引起的定位誤差的時間間隔。
3.如權利要求1所述的導航信號接收設備，其中第二時間間隔是允許對移動站進行跟蹤的時間間隔。
4.如權利要求3所述的導航信號接收設備，其中移動站用于導航。
5.如權利要求1所述的導航信號接收設備，其中第一時間間隔是幾百Hz或更大。
6.如權利要求1所述的導航信號接收設備，其中第二時間間隔是10Hz或更小。
7.如權利要求1所述的導航信號接收設備，其中第一時間間隔是第二時間間隔的幾十倍或更大。
8.如權利要求1所述的導航信號接收設備，進一步包括天線，接收導航信號以便在定位單元對距離數(shù)據(jù)進行采樣。
9.一種導航信號接收方法，用于根據(jù)從人造衛(wèi)星發(fā)送的導航信號來確定位置，該方法包括以第一時間間隔從導航信號采樣距離數(shù)據(jù)；以比第一時間間隔的速率低的第二時間間隔對距離數(shù)據(jù)進行平均；以及根據(jù)平均的距離數(shù)據(jù)來計算位置。
10.如權利要求9所述的導航信號接收方法，其中第一時間間隔是用于減少由顯示出振蕩行為的多徑波引起的定位誤差的時間間隔。
11.如權利要求9所述的導航信號接收方法，其中第二時間間隔是允許對移動站進行跟蹤的時間間隔。
12.如權利要求11所述的導航信號接收方法，其中移動站用于導航。
13.如權利要求9所述的導航信號接收方法，其中第一時間間隔是幾百Hz或更大。
14.如權利要求9所述的導航信號接收方法，其中第二時間間隔是10Hz或更小。
15.如權利要求9所述的導航信號接收方法，其中第一時間間隔是第二時間間隔的幾十倍或更大。
16.如權利要求9所述的導航信號接收方法，進一步包括接收導航信號，以便以第一時間間隔對距離數(shù)據(jù)進行采樣。
全文摘要
一種導航信號接收設備，用于根據(jù)從人造衛(wèi)星發(fā)送的導航信號來確定位置，該設備包括(a)定位單元，以第一時間間隔從導航信號采樣距離數(shù)據(jù)；(b)平均單元，以比第一時間間隔的速率低的第二時間間隔對距離數(shù)據(jù)進行平均；以及(c)定位處理單元，根據(jù)由平均單元平均的距離數(shù)據(jù)來計算位置。
文檔編號G01S19/22GK1952683SQ20061010867
公開日2007年4月25日 申請日期2006年7月28日 優(yōu)先權日2005年7月29日
發(fā)明者柴田智哉, 前田裕昭 申請人:日本電氣東芝太空系統(tǒng)株式會社