專利名稱：提高gps接收機(jī)之靈敏度的方法
本申請(qǐng)是PCT國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US99/20341、國(guó)際申請(qǐng)日為1999年9月2日、題為“用于提高全球定位衛(wèi)星接收機(jī)之靈敏度的方法和設(shè)備”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
發(fā)明
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種根據(jù)衛(wèi)星廣播信息確定設(shè)備位置的方法和設(shè)備，尤其涉及一種用于提高全球定位系統(tǒng)接收機(jī)之靈敏度的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
用全球定位系統(tǒng)(GPS)來(lái)確定人和物的位置變得很普遍。目前正在設(shè)計(jì)的汽車、無(wú)線電話和其它設(shè)備包括全球定位系統(tǒng)接收機(jī)。這些接收機(jī)用來(lái)接收來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)。而所接收到的信號(hào)提供了允許接收機(jī)以相對(duì)較高的精度確定其在地球上位置的信息。從衛(wèi)星接收到的信號(hào)一般是相當(dāng)弱的。因此，為了確定接收機(jī)的位置，接收機(jī)的靈敏度必須足以接收這些弱信號(hào)，并解釋它們所代表的信息。
根據(jù)這樣一種GPS所使用的格式，對(duì)每個(gè)衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行編碼，以區(qū)分該系統(tǒng)中一個(gè)衛(wèi)星所發(fā)信號(hào)和另一衛(wèi)星所發(fā)信號(hào)。如此選擇分配給每個(gè)衛(wèi)星的代碼，使得接收機(jī)可以將包含了從特定衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)的接收信號(hào)以及與該特定衛(wèi)星相關(guān)的一個(gè)特定代碼提供給相關(guān)器，并且只有用來(lái)自相關(guān)器的特定代碼編碼的信號(hào)的能量。


圖1示出了由一全球定位衛(wèi)星(諸如當(dāng)今常用的那些)發(fā)射的信號(hào)101之一部分的定時(shí)關(guān)系。用具有1毫秒持續(xù)時(shí)間(即，“代碼期間”)的特定代碼對(duì)圖1所示的發(fā)射信號(hào)101編碼。在每個(gè)代碼期間，用該代碼對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(即，對(duì)代碼和要發(fā)射的信息信號(hào)作邏輯異或運(yùn)算)。首先，接收機(jī)判斷是否正在接收由一特定衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)。這通常稱為“捕獲”一衛(wèi)星。而“捕獲”可以通過嘗試使接收信號(hào)與有關(guān)該特定衛(wèi)星的代碼進(jìn)行“相關(guān)”(即，向相關(guān)器輸入接收信號(hào)和特定代碼，以檢查接收信號(hào)中的能量是否經(jīng)特定代碼編碼)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了使輸入信號(hào)和代碼相關(guān)，接收信號(hào)的代碼期以及與接收信號(hào)相比較的代碼必須在時(shí)間上非常接近。圖1示出了三種使接收信號(hào)101與有關(guān)一特定衛(wèi)星的代碼相關(guān)的嘗試方法。在第一種嘗試中，代碼102a在接收信號(hào)101的代碼期103起點(diǎn)之后開始。因此，第一種使接收信號(hào)與特定代碼相關(guān)的嘗試將失敗。
在第二種使接收信號(hào)101與特定代碼102b(該特定代碼具有與代碼102a相同的值，但存在時(shí)移)相關(guān)的嘗試中，相對(duì)于代碼期103的起點(diǎn)，在時(shí)間上將代碼向后移。但是，接收信號(hào)代碼期的起點(diǎn)和代碼102的起點(diǎn)仍然沒有對(duì)齊。因此，即使將正確代碼與接收信號(hào)比較，定時(shí)仍然未對(duì)準(zhǔn)。因此，使接收信號(hào)與特定代碼相關(guān)的嘗試將再次失敗。
在第三次嘗試中，代碼102c的起點(diǎn)與代碼期103的起點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。特定代碼與用來(lái)對(duì)接收信號(hào)編碼的代碼相同，并且代碼期104與代碼102c對(duì)準(zhǔn)。因此，特定代碼與接收信號(hào)之間成功相關(guān)，這里假設(shè)以足夠的強(qiáng)度接收用特定代碼編碼的信號(hào)，以允許檢測(cè)到所述相關(guān)。
但是，在許多情況下，衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)不夠強(qiáng)。這可能是由于干擾量太大或者諸如建筑物、樹葉等阻礙物衰減了信號(hào)。因此，即使定時(shí)正確并且選擇了正確的代碼，也可能檢測(cè)不到相關(guān)。
為提高接收機(jī)靈敏度已提出的一種方法是相加幾個(gè)代碼期中發(fā)射的功率，然后嘗試使這些代碼期之和與所關(guān)心的特定代碼相關(guān)。除了需要靈敏度之外，代碼期的起點(diǎn)時(shí)刻也是未知的。因此，必須執(zhí)行如圖1所示的和后附內(nèi)容所描述的搜索功能。此搜索操作需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。
為處理好判斷代碼期是否對(duì)準(zhǔn)所需的時(shí)間量，已提出一種方法，該方法要求對(duì)許多“代碼采樣期”采幾個(gè)樣。代碼采樣期是一段在時(shí)間上等于代碼期的時(shí)期，但它可能不與代碼期對(duì)準(zhǔn)。對(duì)每個(gè)代碼采樣期(例如，1毫秒)作相同數(shù)目的采樣。然后，將這些1毫秒代碼采樣期中每個(gè)采樣期的相應(yīng)采樣相加，形成一個(gè)復(fù)合的1毫秒的代碼采樣期。圖3示出了四個(gè)代碼期301、302、303和304，對(duì)每個(gè)代碼期都作15次采樣。將來(lái)自四個(gè)代碼期301、302、303和304中每個(gè)代碼期的15個(gè)采樣相加，形成一個(gè)復(fù)合的代碼采樣期305。應(yīng)該懂得，每個(gè)時(shí)期301、302、303和304必須在分開整數(shù)個(gè)代碼期的地方開始，并且每個(gè)時(shí)期最好在時(shí)間上與其它時(shí)期中的一個(gè)相鄰，以形成連續(xù)的采樣流。
然后，將復(fù)合的代碼采樣期從時(shí)域轉(zhuǎn)換至頻域。也就是說(shuō)，對(duì)構(gòu)成復(fù)合代碼采樣期的采樣進(jìn)行諸如付里葉變換等時(shí)域至頻域的轉(zhuǎn)換。然后，將該頻域結(jié)果乘以表示將與接收信號(hào)相關(guān)的特定代碼的頻域。然后，對(duì)積進(jìn)行頻域至?xí)r域的轉(zhuǎn)換，諸如付里葉逆變換。時(shí)域結(jié)果提供了有關(guān)代碼采樣期起點(diǎn)與接收實(shí)際代碼期起點(diǎn)之間相對(duì)時(shí)差的表示，這里假設(shè)接收信號(hào)具有對(duì)特定代碼編碼的足夠能量。
此方法的一個(gè)問題是，接收信號(hào)所代表的信息以幾倍于代碼期的時(shí)間間隔改變接收信號(hào)的狀態(tài)。例如，在美國(guó)普遍使用的GPS系統(tǒng)中，衛(wèi)星所發(fā)信號(hào)內(nèi)容的位長(zhǎng)為20個(gè)代碼期(即，20ms)。每隔20ms，就有可能顛倒代碼所代表的能量狀態(tài)。圖2示出了一位相對(duì)一個(gè)代碼期的定時(shí)關(guān)系。如果將位值等于邏輯“1”時(shí)一代碼期內(nèi)接收到的信號(hào)能量與位值等于邏輯“0”時(shí)接收到的能量相加，那么總能量等于零。因此，必須知道“位邊界”201，才能對(duì)一個(gè)代碼期以上的能量求和。另外，如果用來(lái)確定何時(shí)對(duì)每個(gè)代碼采樣期采樣所用的時(shí)鐘(振蕩器)并不非常穩(wěn)定，那么頻域中的相關(guān)不會(huì)非常好。這將損失靈敏度，因?yàn)閺?fù)合代碼采樣期不會(huì)良好地與所關(guān)心的特定代碼相關(guān)。
本發(fā)明提供了一種提高GPS接收機(jī)之靈敏度的方法和設(shè)備，它對(duì)時(shí)鐘穩(wěn)定性的要求低于生成復(fù)合代碼采樣期的情況。另外，本發(fā)明提供了一種確定位邊界在接收信號(hào)內(nèi)位置的方法。

發(fā)明內(nèi)容
被揭示的方法和設(shè)備增強(qiáng)了GPS接收機(jī)的靈敏度，其手段是在一個(gè)實(shí)施例中，在GPS信號(hào)的幾個(gè)代碼期上對(duì)相關(guān)進(jìn)行相干積分；在第二個(gè)實(shí)施例中，對(duì)相關(guān)處理器的輸出進(jìn)行時(shí)域至頻域的轉(zhuǎn)換。
在對(duì)幾個(gè)代碼期進(jìn)行相干積分的情況下，本方法和設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)，即CDMA蜂窩式電話基站發(fā)射信息，允許接收機(jī)在開始GPS信號(hào)獲取過程之前確定GPS時(shí)間。一旦已知了GPS時(shí)間，GPS接收機(jī)就可以知道每個(gè)代碼期和每個(gè)位期何時(shí)開始。利用這一信息，GPS接收機(jī)可以開始對(duì)相關(guān)器的輸出積分，并在幾個(gè)代碼期上對(duì)相關(guān)器的輸出連續(xù)積分，因?yàn)镚PS接收機(jī)已知位邊界的位置。如果GPS接收機(jī)所面臨的是GPS衛(wèi)星在發(fā)射期內(nèi)的特定時(shí)刻發(fā)送已知位模式，那么甚至可以將積分從不止一個(gè)位期進(jìn)一步擴(kuò)展到包括幾個(gè)代碼期。
在關(guān)于被揭示方法和設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，如果有一個(gè)CDMA蜂窩式電話基站處在范圍內(nèi)，那么可以用碼分多址(CDMA)蜂窩式電話來(lái)確定GPS時(shí)刻。如果范圍內(nèi)沒有基站，那么可以使用常規(guī)的用于搜索GPS衛(wèi)星信號(hào)的過程，或者更好的是用在一個(gè)代碼期上進(jìn)行相關(guān)積分的相關(guān)器的輸出來(lái)生成用于輸入到離散的時(shí)域至頻域變換(諸如，離散的付里葉變換)的值。變換的輸出將表示存在來(lái)自特定衛(wèi)星的信號(hào)，以及本地發(fā)生信號(hào)與接收到的GPS信號(hào)之間的偏移。
依照本發(fā)明，提供了一種用于提高GPS接收機(jī)之靈敏度的方法。該方法包括以下步驟a)接收來(lái)自GPS衛(wèi)星的GPS信號(hào)；b)判斷接收機(jī)是否具有一個(gè)使其與GPS時(shí)間同步的源；c)確定接收到的GPS信號(hào)在多個(gè)代碼期中每個(gè)代碼期內(nèi)的功率大小，這里所述接收到的GPS信號(hào)是用與一特定衛(wèi)星相關(guān)的特定代碼編碼的；d)如果存在一個(gè)用于與GPS時(shí)間同步的源，那么1)對(duì)每個(gè)代碼期內(nèi)接收到的功率求和，以確定在多個(gè)代碼期上的功率總和；和2)通過將所述功率總和與所述特定代碼相關(guān)并且對(duì)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行相干積分，判定從所述特定衛(wèi)星接收到了一信號(hào)；和e)如果沒有用于與GPS時(shí)間同步的源，那么1)對(duì)接收到的GPS信號(hào)在多個(gè)代碼期的每個(gè)代碼期內(nèi)的功率進(jìn)行時(shí)域至頻域變換，以便產(chǎn)生一個(gè)頻域信號(hào)；和2)利用所述頻域信號(hào)，判定是否從所述特定衛(wèi)星接收到了GPS信號(hào)。
附圖概述圖1是一定時(shí)圖，示出了由一全球定位衛(wèi)星(諸如當(dāng)今常用的)發(fā)出的一個(gè)信號(hào)的一部分。
圖2示出了一位相對(duì)于一個(gè)代碼期的定時(shí)關(guān)系。
圖3示出了每個(gè)進(jìn)行15次采樣的四個(gè)代碼期。
圖4是被揭示設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化方框圖。
圖5是被揭示設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化方框圖。
圖6是GPS接收機(jī)的簡(jiǎn)化方框圖，其中GPS接收機(jī)沒有CDMA電話作為GPS接收機(jī)的一部分。
圖7是被揭示設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化方框圖。
圖8是被揭示方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖9是被揭示方法的另一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
應(yīng)該注意，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件。
詳細(xì)描述圖4是被揭示設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化方框圖。圖4揭示的實(shí)施例代表一個(gè)全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)400。GPS接收機(jī)400包括碼分多址(CDMA)蜂窩式電話401、處理器403、全球定位系統(tǒng)(GPS)前端405、相關(guān)器407和存儲(chǔ)器409。
根據(jù)圖4所示的被揭示方法和設(shè)備的實(shí)施例，GPS前端405從GPS衛(wèi)星(未圖示)接收GPS信號(hào)。GPS前端405的輸出是中頻(IF)擴(kuò)頻信號(hào)。另一種情況是，GPS前端405的輸出是基帶擴(kuò)頻信號(hào)。這些GPS前端是本領(lǐng)域眾所周知的。GPS前端405的輸出與相關(guān)器407耦連。
相關(guān)器407實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，用以確定GPS前端405之輸出與預(yù)定本地生成信號(hào)之間的相關(guān)量，這里所述預(yù)定生成信號(hào)受到與GPS系統(tǒng)中一個(gè)衛(wèi)星相關(guān)的預(yù)定代碼的編碼。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)該懂得，GPS前端405之輸出與生成信號(hào)之間的強(qiáng)相關(guān)將表示接收機(jī)400正在接收來(lái)自一衛(wèi)星的信號(hào)。通過用來(lái)對(duì)本地生成信號(hào)編碼的代碼可以知道所述特定衛(wèi)星。
另外，只有在本地生成信號(hào)與接收到的GPS信號(hào)對(duì)準(zhǔn)時(shí)，才發(fā)生強(qiáng)相關(guān)。也就是說(shuō)，如圖2所示，GPS包括一系列代碼期202。每個(gè)代碼期起始于前一個(gè)代碼期結(jié)束時(shí)。同樣，用與GPS系統(tǒng)中一個(gè)衛(wèi)星相關(guān)的代碼對(duì)本地生成的信號(hào)編碼，使得該本地生成信號(hào)的代碼期在長(zhǎng)度上等于與所述代碼相關(guān)的衛(wèi)星所發(fā)送的信號(hào)的代碼期。當(dāng)本地生成信號(hào)的代碼期和從與該代碼相關(guān)的衛(wèi)星接收到的信號(hào)同時(shí)開始時(shí)，那么稱這兩個(gè)信號(hào)是對(duì)準(zhǔn)的。
根據(jù)被揭示方法和設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例，用CDMA蜂窩式電話401從構(gòu)成CDMA無(wú)線蜂窩式電話網(wǎng)一部件的CDMA基站(未圖示)接收信息。CDMA基站發(fā)射表示“CDMA系統(tǒng)時(shí)間”的信息，其中“CDMA系統(tǒng)時(shí)間”與“GPS時(shí)間”相關(guān)。因此，用處理器403處理接收到的信息，以確定每個(gè)GPS衛(wèi)星所發(fā)送的信號(hào)的定時(shí)。處理器接收表示CDMA系統(tǒng)時(shí)間的信息。但是，為了精確確定GPS時(shí)間，處理器403必須調(diào)節(jié)從基站接收到的CDMA系統(tǒng)時(shí)間，以消除因延遲而添加到從基站至GPS接收機(jī)400的GPS傳輸時(shí)間中的偏移。通過測(cè)量從GPS接收機(jī)發(fā)送到基站并返回的信號(hào)的來(lái)回延遲來(lái)進(jìn)行上述調(diào)節(jié)。當(dāng)GPS接收機(jī)400正在嘗試接收來(lái)自一特定衛(wèi)星的信號(hào)時(shí)，相關(guān)器407接收來(lái)自處理器403的信息。該信息通知相關(guān)器407，應(yīng)該用哪個(gè)代碼對(duì)本地生成信號(hào)編碼，以及為使本地生成信號(hào)與所希望衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)對(duì)準(zhǔn)，本地生成信號(hào)的定時(shí)應(yīng)該是怎樣的。由于已知了由所需衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)的定時(shí)，可以在幾個(gè)代碼期上對(duì)相關(guān)器的輸出積分。也就是說(shuō)，只要處理器403已知衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)的定時(shí)，相關(guān)器就可以在幾個(gè)代碼期(即，在目前使用的GPS系統(tǒng)中，達(dá)到20個(gè)代碼期)上對(duì)相關(guān)函數(shù)的結(jié)果進(jìn)行相干積分。另外，處理器403還可以根據(jù)從CDMA蜂窩式電話401接收到的信息確定在衛(wèi)星運(yùn)行(即，改變邏輯狀態(tài))所發(fā)信號(hào)的信息位中發(fā)生的位邊界201的次數(shù)(參照?qǐng)D2)。因此，可以進(jìn)行相干積分的代碼期的個(gè)數(shù)等于一個(gè)“位時(shí)間”內(nèi)代碼期的個(gè)數(shù)。一個(gè)位時(shí)間等于一位的長(zhǎng)度。圖2示出一個(gè)位時(shí)間等于20代碼期。
更有利的是，如果知道有一個(gè)位模式出現(xiàn)在衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)中，那么在對(duì)相關(guān)器407的輸出進(jìn)行相干積分過程可以考慮其位值。因此，可以對(duì)不止一個(gè)位期進(jìn)行相干積分。例如，在美國(guó)常用的GPS系統(tǒng)中，每個(gè)子幀中遙測(cè)字的8位前置比特是很好的候選。這8位的值是已知的，因此可以將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器409中，供處理器403訪問。同樣，還可以使用其它的這類模式。
圖5是被揭示設(shè)備的另一實(shí)施例的簡(jiǎn)化方框圖。圖5所揭示的實(shí)施例代表GPS接收機(jī)500。GPS接收機(jī)500包括CDMA蜂窩式電話501、處理器503、GPS前端505、相關(guān)器507、存儲(chǔ)器509以及時(shí)域至頻域變換處理器511。
圖5所示的設(shè)備實(shí)施例工作起來(lái)基本上與上述對(duì)圖4所示設(shè)備實(shí)施例的描述相同。但是，在圖5所示的設(shè)備實(shí)施例中，相關(guān)器507的輸出與時(shí)域至頻域變換處理器511耦連。相關(guān)器507的輸出用來(lái)形成一個(gè)值矢量。矢量的大小N等于用來(lái)產(chǎn)生相關(guān)器輸出的代碼期的個(gè)數(shù)。如本領(lǐng)域眾所周知的，可以用快速付里葉變換或用軟件作后處理，對(duì)該矢量進(jìn)行N點(diǎn)離散付里葉變換。同樣可以使用其它進(jìn)行時(shí)域至頻域變換的方法。變換處理器511的輸出表示接收信號(hào)與本地生成信號(hào)之間的相關(guān)性有多強(qiáng)。另外，出現(xiàn)峰值的特定頻率表示本地生成信號(hào)之頻率相對(duì)于從所關(guān)心的衛(wèi)星(即，與用來(lái)對(duì)本地生成信號(hào)編碼的代碼相關(guān)的衛(wèi)星)接收到的信號(hào)的偏移。該過程提供了接近等于N的處理增益。
另外，在圖5所示被揭示設(shè)備的實(shí)施例中，用在變換處理器511之輸出端檢測(cè)到峰值能量時(shí)的頻率確定頻率偏移，并用該頻率偏移調(diào)節(jié)振蕩器，以確定本地生成信號(hào)的頻率。
另外，使用時(shí)域至頻域變換處理器提供了較強(qiáng)的相關(guān)表示，即使發(fā)生了位過渡，使得一些代碼期在第一邏輯狀態(tài)期間相關(guān)，而其余代碼期在第二邏輯狀態(tài)期間相關(guān)。事實(shí)上，使用時(shí)域至頻域處理器提供了關(guān)于在N個(gè)相關(guān)的代碼期內(nèi)何時(shí)發(fā)生位過渡的表示。也就是說(shuō)，在變換處理器511的輸出中，在峰值周圍形成的旁瓣的特定圖形提供了關(guān)于何時(shí)發(fā)生位過渡的信息。注意，如果位過渡發(fā)生在正好有一半代碼期相關(guān)之后，使得用邏輯1作為信息位邏輯狀態(tài)對(duì)一半代碼期相關(guān)，而用邏輯0作為信息位邏輯狀態(tài)對(duì)另一半代碼期相關(guān)，那么相關(guān)器的輸出將基本是一個(gè)方波。因此，變換處理器的輸出將在奇次諧波上有旁瓣，這是頻域表示的具有50％占空比的方波的特征。
無(wú)論是否可以獲得GPS時(shí)間以使本地生成信號(hào)與所需GPS信號(hào)對(duì)準(zhǔn)，變換處理器都是有用的。事實(shí)上，當(dāng)不能獲得GPS時(shí)間時(shí)，變換處理器特別有用。例如，圖6是GPS接收機(jī)600的簡(jiǎn)化方框圖，其中GPS接收機(jī)600沒有CDMA電話作為GPS接收機(jī)600的一個(gè)部件。GPS接收機(jī)600包括處理器603、存儲(chǔ)器609、GPS前端605、相關(guān)器607和時(shí)域至頻域變換處理器611。
由于GPS接收機(jī)600沒有CDMA電話，GPS接收機(jī)600在獲得來(lái)自GPS衛(wèi)星的信號(hào)(即，確定信號(hào)定時(shí))之前不能確定GPS時(shí)間。但是，使用變換處理器611使得不必將本地生成信號(hào)與接收到的衛(wèi)星信號(hào)對(duì)準(zhǔn)。這是因?yàn)椋僭O(shè)了在本地生成信號(hào)和從GPS衛(wèi)星接收到的信號(hào)之間將至少存在一些頻率差。此頻率差將使本地生成信號(hào)以一定速率與從衛(wèi)星接收到的信號(hào)反復(fù)對(duì)準(zhǔn)，這里所述速率等于兩信號(hào)之間的偏移。這就是用變換處理器輸出將檢測(cè)到的偏頻。另外，如前所述，不知道位邊界不會(huì)使接收到的GPS信號(hào)的檢測(cè)工作大大復(fù)雜化，因?yàn)楦鶕?jù)變換處理器611的輸出可以確定位邊界的相對(duì)位置。但是，由于存在位過渡，所以與其它實(shí)施例中可以從CDMA電話得知定時(shí)時(shí)發(fā)生的相干積分相比，此技術(shù)會(huì)經(jīng)受最多2dB的劣化。
應(yīng)該注意到，圖5所示設(shè)備可以確定是否能夠從CDMA基站獲得GPS時(shí)間。如果不能獲得來(lái)自CDMA基站的信號(hào)，那么可以使用時(shí)域至頻域變換處理器。但是，如果GPS接收機(jī)500可以接收CDMA信號(hào)，并且因此可以確定GPS時(shí)間，那么可以直接使用相關(guān)器的輸出，而不需要進(jìn)行時(shí)域至頻域變換，因?yàn)镚PS接收機(jī)500能夠用GPS時(shí)間使接收到的GPS信號(hào)與本地生成信號(hào)對(duì)準(zhǔn)。盡管如此，使用變換處理器511可以校正頻率的不確定性。也就是說(shuō)，當(dāng)本地生成信號(hào)的頻率不同于接收到的GPS信號(hào)的頻率時(shí)，在幾個(gè)代碼期上進(jìn)行相關(guān)將使后面的代碼期劣化。通過確定本地生成信號(hào)與從GPS衛(wèi)星接收到的信號(hào)之間的頻率偏移，然后控制本地生成信號(hào)的頻率或者在相關(guān)器內(nèi)作周期性的校正，可以校正上述劣化。
在圖7所示的GPS接收機(jī)700的另一實(shí)施例中，用CDMA導(dǎo)頻信道、同步信道和尋呼信道接收機(jī)701來(lái)檢測(cè)表示發(fā)出這些信號(hào)的基站之身份的CDMA信號(hào)。此實(shí)施例還包括處理器703、GPS前端705、相關(guān)器707、存儲(chǔ)器709以及時(shí)域至頻域變換處理器711。
由于已知了將這些信號(hào)發(fā)送給GPS接收機(jī)700的基站的身份，所以通過GPS接收機(jī)700內(nèi)的查詢表可以確定基站的位置。于是，知道了GPS接收機(jī)的位置處在GPS接收機(jī)700能夠接收到基站所發(fā)信號(hào)的距離范圍內(nèi)。
應(yīng)該注意，根據(jù)從基站接收到的信號(hào)可以確定CDMA系統(tǒng)時(shí)間。但是，不能精確確定GPS時(shí)間，因?yàn)樾盘?hào)從基站傳播至GPS接收機(jī)會(huì)增加時(shí)間偏移。應(yīng)該注意，在GPS接收機(jī)包括CDMA電話的實(shí)施例中，通過測(cè)量來(lái)回延遲可以計(jì)算出該偏移。但是，如果GPS接收機(jī)700中沒有發(fā)射機(jī)，那么就不能測(cè)量基站和CDMA接收機(jī)之間的來(lái)回延遲。盡管如此，因信息從基站傳播至GPS接收機(jī)而產(chǎn)生的時(shí)間偏移相對(duì)較小。因此，通過接收CDMA系統(tǒng)時(shí)間以及可以接收到的最近CDMA基站的位置，GPS接收機(jī)700可以檢查所存儲(chǔ)的歷書(almanac)。然后，可以用歷書中的信息確定哪些衛(wèi)星可能在考慮中(即，GPS接收機(jī)700能從哪些衛(wèi)星接收到信號(hào))。確定考慮中的衛(wèi)星大大減少了獲得GPS衛(wèi)星所需要的搜索時(shí)間。
圖8是一流程圖，示出了被揭示方法的一個(gè)實(shí)施例。GPS接收機(jī)400從GPS衛(wèi)星接收到一信號(hào)(步驟801)。另外，從一個(gè)非GPS衛(wèi)星的源(即，“非GPS源”，諸如CDMA基站)接收GPS定時(shí)信息(步驟803)。當(dāng)從CDMA基站接收GPS定時(shí)信息時(shí)，由CDMA蜂窩式電話401接收該信息。使GPS接收機(jī)400從衛(wèi)星接收到的GPS信號(hào)與本地生成信號(hào)相關(guān)(步驟805)。用從非GPS源接收到的定時(shí)信息在本地生成信號(hào)和接收到的GPS信號(hào)之間建立相關(guān)定時(shí)。一旦已知了GPS信號(hào)的定時(shí)，那么在本地信號(hào)與接收到的GPS信號(hào)之間建立定時(shí)是本領(lǐng)域眾所周知的。由于在獲取GPS衛(wèi)星之前就知道了接收到的GPS信號(hào)的定時(shí)，所以可以在幾個(gè)代碼期上進(jìn)行相關(guān)的相干積分。也就是說(shuō)，可以將每個(gè)代碼期的相關(guān)與其它代碼期的相關(guān)相加，為進(jìn)行相干積分的代碼期集合提供一更大的相關(guān)值。
通過在幾個(gè)代碼期上進(jìn)行相干積分來(lái)檢測(cè)本地生成信號(hào)與接收到的GPS信號(hào)的相關(guān)性，從而判定本地生成信號(hào)和接收到的GPS信號(hào)之間是否相關(guān)。如果相關(guān)，那么認(rèn)為在接收到的GPS信號(hào)中存在與特定代碼相關(guān)的衛(wèi)星所發(fā)出的信號(hào)，其中所述特定代碼是用來(lái)對(duì)本地生成信號(hào)編碼的(步驟807)。
圖9是一流程圖，示出了被揭示方法的另一實(shí)施例。GPS接收機(jī)600從GPS衛(wèi)星接收信號(hào)(步驟901)。對(duì)于一個(gè)代碼期，使接收到的GPS信號(hào)與本地生成信號(hào)相關(guān)(步驟903)。對(duì)預(yù)定數(shù)目的代碼期重復(fù)該過程(步驟905)。存儲(chǔ)相關(guān)過程的輸出，或者直接將該輸出提供給時(shí)域至頻域變換處理器，諸如能夠進(jìn)行快速付里葉變換的數(shù)字信號(hào)處理器。時(shí)域至頻域變換處理器對(duì)每個(gè)相關(guān)處理器的輸出結(jié)果值進(jìn)行諸如離散付里葉變換等時(shí)域至頻域變換(步驟907)。因此，生成了對(duì)相關(guān)輸出的頻域表示。然后，分析此頻域輸出，確定在接收到的GPS信號(hào)中是否存在與特定代碼相關(guān)的衛(wèi)星所發(fā)出的信號(hào)，其中所述特定代碼是用來(lái)對(duì)本地生成信號(hào)編碼的(步驟909)。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明能夠進(jìn)行工業(yè)開發(fā)，并且隨時(shí)可以實(shí)施和使用。在這里所述設(shè)備和方法中，彼此分離的單體部件可以完全是傳統(tǒng)的，我要求將它們的組合作為發(fā)明進(jìn)行保護(hù)。
盡管已經(jīng)描述了各種類型的設(shè)備和方法，但本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍不限于此。本發(fā)明僅由后附權(quán)利要求書及其等效技術(shù)方案來(lái)限定。我們要求將這些作為本發(fā)明來(lái)保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種用于提高全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)靈敏度的方法，其特征在于，包括以下步驟a)接收來(lái)自GPS衛(wèi)星的GPS信號(hào)；b)確定接收機(jī)是否具有一個(gè)用于與GPS時(shí)間同步的卻不是GPS衛(wèi)星本身的源；c)如果存在一個(gè)用于與GPS時(shí)間同步的卻不是GPS衛(wèi)星本身的源，那么1)根據(jù)該同步源，確定所接收GPS的信號(hào)中多個(gè)代碼期的邊界；2)通過在每個(gè)代碼期中將與特定衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的特定代碼應(yīng)用于所接收的GPS信號(hào)，確定所接收的GPS信號(hào)的功率量；3)對(duì)每個(gè)代碼期內(nèi)接收到的功率求和，以確定在多個(gè)代碼期總和上的功率總和；和4)如果功率總和大于一閾值，那么使用與所述特定衛(wèi)星有關(guān)的信息處理所接收的GPS信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用于與GPS時(shí)間同步的源包括從碼分多址(CDMA)基站來(lái)的信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，從CDMA基站來(lái)的信號(hào)包括基于從GPS接收機(jī)來(lái)回基站的回程延遲的信息，以調(diào)節(jié)CDMA系統(tǒng)時(shí)間和GPS時(shí)間之間的偏移。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟d)如果沒有一個(gè)用于與GPS時(shí)間同步的卻不是GPS衛(wèi)星本身的源，則1)在每個(gè)代碼期中，對(duì)使用與特定衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的特定編碼進(jìn)行編碼的所接收的GPS信號(hào)中的功率進(jìn)行時(shí)間到頻域的變換；2)如果頻域中任何一個(gè)頻率的功率量都大于預(yù)定閾值，則使用與所述特定衛(wèi)星有關(guān)的信息處理所接收的GPS信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，用于與GPS時(shí)間同步的源包括從碼分多址(CDMA)基站來(lái)的信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，從CDMA基站來(lái)的信號(hào)包括基于從GPS接收機(jī)來(lái)回基站的回程延遲的信息，以調(diào)節(jié)CDMA系統(tǒng)時(shí)間和GPS時(shí)間之間的偏移。
7.一種用于提高全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)靈敏度的設(shè)備，其特征在于，包括a)用于接收來(lái)自GPS衛(wèi)星的GPS信號(hào)的裝置；b)用于確定接收機(jī)是否具有一個(gè)用于與GPS時(shí)間同步的卻不是GPS衛(wèi)星本身的源的裝置；c)用于根據(jù)確定存在一個(gè)用于與GPS時(shí)間同步的卻不是GPS衛(wèi)星本身的源而進(jìn)行如下操作的裝置1)根據(jù)該同步源，確定所接收GPS的信號(hào)中多個(gè)代碼期的邊界；2)通過在每個(gè)代碼期中將與特定衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的特定代碼應(yīng)用于所接收的GPS信號(hào)，確定所接收的GPS信號(hào)的功率量；3)對(duì)每個(gè)代碼期內(nèi)接收到的功率求和，以確定在多個(gè)代碼期總和上的功率總和；和4)如果功率總和大于一閾值，那么使用與所述特定衛(wèi)星有關(guān)的信息處理所接收的GPS信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，用于確定接收機(jī)是否具有一個(gè)用于與GPS時(shí)間同步的卻不是GPS衛(wèi)星本身的源的裝置被構(gòu)造為響應(yīng)從碼分多址(CDMA)基站來(lái)的信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，用于確定接收機(jī)是否具有一個(gè)用于與GPS時(shí)間同步的卻不是GPS衛(wèi)星本身的源的裝置被構(gòu)造為a)基于從GPS接收機(jī)來(lái)回基站的回程延遲的信息，對(duì)包括在從CDMA基站來(lái)的信號(hào)中的信息做出響應(yīng)；b)由此調(diào)節(jié)CDMA系統(tǒng)時(shí)間和GPS時(shí)間之間的偏移。
10.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，還包括用于對(duì)不存在一個(gè)用于與GPS時(shí)間同步的卻不是GPS衛(wèi)星本身的源的確定做出響應(yīng)而進(jìn)行如下操作的裝置a)在每個(gè)代碼期中，對(duì)使用與特定衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的特定編碼進(jìn)行編碼的所接收的GPS信號(hào)中的功率進(jìn)行時(shí)間到頻域的變換；b)如果頻域中任何一個(gè)頻率的功率量都大于預(yù)定閾值，則使用與所述特定衛(wèi)星有關(guān)的信息處理所接收的GPS信號(hào)。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，用于確定接收機(jī)是否具有一個(gè)用于與GPS時(shí)間同步的卻不是GPS衛(wèi)星本身的源的裝置被構(gòu)造為響應(yīng)從碼分多址(CDMA)基站來(lái)的信號(hào)。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，用于確定接收機(jī)是否具有一個(gè)用于與GPS時(shí)間同步的卻不是GPS衛(wèi)星本身的源的裝置被構(gòu)造為a)基于從GPS接收機(jī)來(lái)回基站的回程延遲的信息，對(duì)包括在從CDMA基站來(lái)的信號(hào)中的信息做出響應(yīng)；b)由此調(diào)節(jié)CDMA系統(tǒng)時(shí)間和GPS時(shí)間之間的偏移。
13.一種用于提高全球系統(tǒng)定位(GPS)接收機(jī)靈敏度的方法，其特征在于，包括以下步驟a)接收來(lái)自GPS衛(wèi)星的GPS信號(hào)；b)向接收機(jī)提供一用于與GPS時(shí)間同步不是GPS衛(wèi)星本身的源；c)根據(jù)該同步源，確定所接收GPS的信號(hào)中多個(gè)代碼期的邊界；d)通過在每個(gè)代碼期中將與特定衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的特定代碼應(yīng)用于所接收的GPS信號(hào)，確定所接收的GPS信號(hào)的功率量；e)對(duì)每個(gè)代碼期內(nèi)接收到的功率求和，以確定在多個(gè)代碼期總和上的功率總和；和f)如果功率總和大于一閾值，那么使用與所述特定衛(wèi)星有關(guān)的信息處理所接收的GPS信號(hào)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，用于與GPS時(shí)間同步的源包括從碼分多址(CDMA)基站來(lái)的信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，從CDMA基站來(lái)的信號(hào)包括基于從GPS接收機(jī)來(lái)回基站的回程延遲的信息，以調(diào)節(jié)CDMA系統(tǒng)時(shí)間和GPS時(shí)間之間的偏移。
16.一種用于提高全球系統(tǒng)定位(GPS)接收機(jī)靈敏度的設(shè)備，其特征在于，包括a)用于接收來(lái)自GPS衛(wèi)星的GPS信號(hào)的裝置；b)用于向接收機(jī)提供一用于與GPS時(shí)間同步不是GPS衛(wèi)星本身的源的裝置；c)用于根據(jù)該同步源，確定所接收GPS的信號(hào)中多個(gè)代碼期的邊界的裝置；d)用于通過在每個(gè)代碼期中將與特定衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的特定代碼應(yīng)用于所接收的GPS信號(hào)，確定所接收的GPS信號(hào)的功率量的裝置；e)用于對(duì)每個(gè)代碼期內(nèi)接收到的功率求和，以確定在多個(gè)代碼期總和上的功率總和的裝置；和f)用于如果功率總和大于一閾值，那么使用與所述特定衛(wèi)星有關(guān)的信息處理所接收的GPS信號(hào)的裝置。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于，用于確定接收機(jī)是否具有一個(gè)用于與GPS時(shí)間同步的卻不是GPS衛(wèi)星本身的源的裝置被構(gòu)造為響應(yīng)從碼分多址(CDMA)基站來(lái)的信號(hào)。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，用于確定接收機(jī)是否具有一個(gè)用于與GPS時(shí)間同步的卻不是GPS衛(wèi)星本身的源的裝置被構(gòu)造為a)基于從GPS接收機(jī)來(lái)回基站的回程延遲的信息，對(duì)包括在從CDMA基站來(lái)的信號(hào)中的信息做出響應(yīng)；b)由此調(diào)節(jié)CDMA系統(tǒng)時(shí)間和GPS時(shí)間之間的偏移。
19.一種用于提高全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)靈敏度的方法，其特征在于，包括以下步驟a)接收來(lái)自GPS衛(wèi)星的GPS信號(hào)；b)確定接收機(jī)是否具有一個(gè)使其與GPS時(shí)間同步的源；c)確定接收到的GPS信號(hào)在多個(gè)代碼期中每個(gè)代碼期內(nèi)的功率大小，這里所述接收到的GPS信號(hào)是用與一特定衛(wèi)星相關(guān)的特定代碼編碼的；d)如果存在一個(gè)用于與GPS時(shí)間同步的源，那么1)對(duì)每個(gè)代碼期內(nèi)接收到的功率求和，以確定在多個(gè)代碼期上的功率總和；和2)通過將所述功率總和與所述特定代碼相關(guān)并且對(duì)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行相干積分，判定從所述特定衛(wèi)星接收到了一信號(hào)；和e)如果沒有用于與GPS時(shí)間同步的源，那么1)對(duì)接收到的GPS信號(hào)在多個(gè)代碼期的每個(gè)代碼期內(nèi)的功率進(jìn)行時(shí)域至頻域變換，以便產(chǎn)生一個(gè)頻域信號(hào)；和2)利用所述頻域信號(hào)，判定是否從所述特定衛(wèi)星接收到了GPS信號(hào)；其中，所述使接收機(jī)與GPS時(shí)間同步的源包含來(lái)自碼分多址(CDMA)基站的信號(hào)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述來(lái)自CDMA基站的信號(hào)包括基于從GPS接收機(jī)來(lái)回基站的回程延遲的信息，以便調(diào)節(jié)CDMA系統(tǒng)和GPS時(shí)間之間的偏移。
全文摘要
本發(fā)明的方法和設(shè)備提高了GPS接收機(jī)(400，500，600，700)的靈敏度。其手段是，在一個(gè)實(shí)施例中，在GPS信號(hào)的幾個(gè)代碼期上進(jìn)行相關(guān)的相干積分；在另一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)相關(guān)處理器(507)的輸出進(jìn)行時(shí)域至頻域的轉(zhuǎn)換。在對(duì)幾個(gè)代碼期進(jìn)行相干積分的情況下，CDMA蜂窩式電話基站發(fā)送信息，允許接收機(jī)在開始GPS信號(hào)獲得過程之前確定GPS時(shí)間。如果GPS接收機(jī)(400，500，600，700)所面臨的是GPS衛(wèi)星在發(fā)射期內(nèi)的特定時(shí)刻發(fā)送已知的位模式，那么積分可以從不止一個(gè)位期擴(kuò)展到包括多個(gè)代碼期。如果范圍內(nèi)沒有基站，那么用相關(guān)器(507)的輸出生成用于輸入離散時(shí)域至頻域變換處理器(511)的值，這里相關(guān)器在一個(gè)代碼期上對(duì)相關(guān)積分。變換處理器(511)的輸出將表示存在一個(gè)來(lái)自特定衛(wèi)星的信號(hào)，以及本地生成信號(hào)與接收到的GPS信號(hào)之間的偏移。
文檔編號(hào)G01S1/00GK101042429SQ20071010264
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期1999年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月8日
發(fā)明者S·S·索里蒙, S·A·克拉茲科, P·A·阿加西 申請(qǐng)人:高通股份有限公司