專利名稱：Gps接收機(jī)及檢測(cè)gps接收機(jī)跟蹤環(huán)路狀態(tài)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種GPS接收機(jī)及處理GPS信號(hào)的方法，特別是涉及 一種可以提供GPS信號(hào)強(qiáng)度估算的GPS接收機(jī)及檢測(cè)GPS接收機(jī)跟 蹤環(huán)路狀態(tài)的方法。
背景技術(shù)：
GPS信號(hào)是由GPS衛(wèi)星在LI或L2頻率發(fā)送的擴(kuò)頻信號(hào)。民用 GPS接收機(jī)通常使用LI頻率(1575.42MHZ)。 LI載波上發(fā)送的幾個(gè) 信號(hào)為粗捕獲碼(C/A碼)、P碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)。衛(wèi)星軌道的詳細(xì)數(shù)據(jù) 包含在導(dǎo)航數(shù)據(jù)中。C/A碼是一種偽隨機(jī)噪聲碼(PRN碼)，主要用于 民用接收機(jī)中的定位用途。每個(gè)衛(wèi)星都有唯一的一個(gè)C/A碼，并且反 復(fù)循環(huán)該C/A碼。C/A碼是一個(gè)0和1 (二進(jìn)制)序列。每個(gè)0或1 被認(rèn)為是一個(gè)"碼片"。C/A碼有1023碼片長(zhǎng)，并以每秒1.023兆碼片 的速率發(fā)送，即C/A碼的一個(gè)周期持續(xù)1毫秒。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員可以認(rèn)為"碼片"是數(shù)據(jù)長(zhǎng)度或時(shí)間長(zhǎng)度的單元。導(dǎo)航數(shù)據(jù)也是一 個(gè)0和1 (二進(jìn)制)序列，并以每秒50比特的速率發(fā)送。為實(shí)現(xiàn)定位，GPS接收機(jī)需要捕獲來(lái)自至少四顆衛(wèi)星的GPS信號(hào)， 解調(diào)出四個(gè)GPS信號(hào)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。來(lái)自不同衛(wèi)星的GPS信號(hào)通過(guò)不同 的通道傳播。通常，GPS接收機(jī)處理來(lái)自幾個(gè)通道的GPS信號(hào)。每個(gè) GPS信號(hào)都具有不同起始時(shí)間的C/A碼和不同的多普勒頻移。因此， 為搜索某個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，GPS接收機(jī)通常進(jìn)行二維搜尋，在每個(gè)可能的 頻率上對(duì)每個(gè)起始時(shí)間不同的C / A碼進(jìn)行搜索。GP S接收機(jī)包括天線、 射頻前端以及基帶信號(hào)處理單元。GPS衛(wèi)星發(fā)射的GPS信號(hào)由天線接 收后傳送給射頻前端。射頻前端將接收到的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有期望 輸出頻率的信號(hào)，并以預(yù)定釆樣頻率將轉(zhuǎn)換的信號(hào)數(shù)字化。經(jīng)轉(zhuǎn)換并 且數(shù)字化的信號(hào)被認(rèn)為是中頻信號(hào)。接著，該中頻信號(hào)傳送到基帶信號(hào)處理單元的捕獲模塊。在捕獲模塊，通過(guò)中頻信號(hào)和本地C/A碼以 及本地載波進(jìn)行的相關(guān)運(yùn)算來(lái)搜索C/A碼的起始點(diǎn)以及載波的頻率，特別是GPS信號(hào)的多普勒頻移。如果搜索模塊捕獲到GPS信號(hào)，例如 載波的頻率誤差在lHz以內(nèi)，C/A碼相位誤差為1/2碼片，基帶信號(hào)處 理單元的跟蹤模塊則進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，使本地C/A碼和本地載波跟蹤GPS 信號(hào)中的C/A碼和載波的變化，從而獲取精確的C/A碼相移和多普勒 頻移。跟蹤模塊包括載波跟蹤環(huán)和C/A碼跟蹤環(huán)，分別對(duì)GPS信號(hào)中 的載波和C/A碼進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，以解調(diào)出GPS信號(hào)中包含的導(dǎo)航數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有C/A碼跟蹤環(huán)和載波跟蹤環(huán)的參數(shù)設(shè)置是固定的，參數(shù)主要 包括積分時(shí)間和濾波帶寬，也就是說(shuō)，積分時(shí)間和濾波帶寬在跟蹤環(huán) 路對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行跟蹤過(guò)程中都是恒定的。然而，由于各種干擾，從 天線接收下來(lái)的射頻信號(hào)包括有用信號(hào)和噪聲。有用信號(hào)是從GPS衛(wèi) 星向接收機(jī)發(fā)送的GPS信號(hào)，以有助于接收機(jī)完成定位等功能。信號(hào) 的強(qiáng)度在一種方式下可以用信噪比(SNR)來(lái)表示，信噪比是指有用信 號(hào)的功率除以噪聲的功率， 一般用分貝作為單位。當(dāng)信噪比較高時(shí)， 表示GPS信號(hào)較強(qiáng)，此時(shí)接收機(jī)應(yīng)該是位于室外及天空開闊度較佳的 環(huán)境下，多普勒頻移和多普勒頻移的變化率較大。反之，當(dāng)信噪比較 低時(shí)，表示GPS信號(hào)微弱，此時(shí)接收機(jī)應(yīng)該是位于室內(nèi)或其他信號(hào)屏 蔽的環(huán)境下，多普勒頻移和多普勒頻移的變化率較小。由于信號(hào)強(qiáng)度 的不同，若跟蹤環(huán)路在對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行跟蹤時(shí)，始終采用同一帶寬和 積分時(shí)間，在信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，有可能會(huì)導(dǎo)致環(huán)路調(diào)節(jié)速度過(guò)慢，不能跟 蹤GPS信號(hào)的變化，引起環(huán)路失鎖；另外，在信號(hào)較弱時(shí)，會(huì)導(dǎo)致環(huán) 路濾波效果差、無(wú)法跟蹤微弱信號(hào)。因此，需要對(duì)接收機(jī)接收到的GPS 信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行估計(jì)，基于GPS信號(hào)強(qiáng)度的估計(jì)值，調(diào)整跟蹤環(huán)路的 參數(shù)。 .跟蹤環(huán)路在對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行跟蹤的過(guò)程中，由于各種因素(如噪 聲)的影響而有可能導(dǎo)致跟蹤環(huán)路失鎖，無(wú)法繼續(xù)跟蹤GPS信號(hào)。因 此，需要檢測(cè)跟蹤環(huán)路的狀態(tài)，即判定跟蹤環(huán)路是處于鎖定模式還是 失鎖模式，以便對(duì)跟蹤環(huán)路進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整。如果跟蹤環(huán)路處于鎖定 模式，則可以利用跟蹤到的GPS信號(hào)，獲得GPS接收機(jī)的當(dāng)前位置和速度等信息；若跟蹤環(huán)路失鎖，則需要對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行重新捕獲和跟J示o發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種對(duì)GPS信號(hào)的強(qiáng)度提供估 計(jì)的方法及GPS接收機(jī)，以基于GPS信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)檢測(cè)GPS跟蹤環(huán) 路的狀態(tài)。本發(fā)明另一個(gè)要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種對(duì)GPS信號(hào)的強(qiáng)度 提供估計(jì)的方法及GPS接收機(jī)，以基于GPS信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)實(shí)時(shí)切換跟 蹤環(huán)路的參數(shù)，從而使跟蹤環(huán)路有效地跟蹤GPS信號(hào)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種估計(jì)GPS信號(hào)強(qiáng)度的方 法，GPS信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，該方法包括利用預(yù)先設(shè)定的本地 參考信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)分成同相分量和正交分量；將同相分量和正交 分量分別與本地偽隨機(jī)噪聲碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到一個(gè)同相分量信號(hào) 和一個(gè)正交分量信號(hào)，該本地偽隨機(jī)噪聲碼與GPS信號(hào)中的偽隨機(jī)噪 聲碼的相位相同；基于所述同相分量信號(hào)和正交分量信號(hào)，估算與GPS 信號(hào)有關(guān)的第一估計(jì)值和第二估計(jì)值；以及基于所述第一估計(jì)值和第 二估計(jì)值，計(jì)算GPS信號(hào)的強(qiáng)度。本發(fā)明還提供了一種對(duì)接收到的GPS信號(hào)的強(qiáng)度提供估計(jì)的GPS 接收機(jī)，該GPS接收機(jī)包括對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行跟蹤的跟蹤模塊，該跟蹤 模塊接收由GPS信號(hào)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)。該跟蹤模塊包括多普勒頻移 去除模塊、積分模塊和信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊。多普勒頻移去除模塊將數(shù) 字信號(hào)分成同相分量和正交分量。積分模塊將同相分量和正交分量分 別與本地偽隨機(jī)噪聲碼執(zhí)行相關(guān)運(yùn)算，得到一個(gè)同相分量信號(hào)和一個(gè) 正交分量信號(hào)，該本地偽隨機(jī)噪聲碼與GPS信號(hào)中的偽隨機(jī)噪聲碼的 相位相同。信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊根據(jù)積分模塊輸出的同相分量信號(hào)和正 交分量信號(hào)，估算出與GPS信號(hào)有關(guān)的第一估計(jì)值和第二估計(jì)值，并 基于該第一估計(jì)值和第二估計(jì)值，計(jì)算出GPS信號(hào)的強(qiáng)度。本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種基于GPS信號(hào)強(qiáng)度來(lái)檢測(cè)跟蹤環(huán)路狀態(tài) 的方法，該方法包括基于與GPS信號(hào)有關(guān)的所述第一估計(jì)值和第二估計(jì)值，檢測(cè)跟蹤環(huán)路的狀態(tài)。作為上述方案的改進(jìn)，檢測(cè)跟蹤環(huán)路的狀態(tài)的步驟包括對(duì)所述 第一估計(jì)值和第二估計(jì)值進(jìn)行濾波；將濾波后的第二估計(jì)值乘以一個(gè) 因子，得到第三估計(jì)值；比較所述第一估計(jì)值和第三估計(jì)值；如果第 一估計(jì)值大于或等于第三估計(jì)值，將第一計(jì)數(shù)器的值與預(yù)先設(shè)定的第 一門限進(jìn)行比較；如果第一計(jì)數(shù)器的值等于第一門限，輸出指示跟蹤 環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)的信號(hào)；如果第一計(jì)數(shù)器的值小于第一門限，對(duì)第 一計(jì)數(shù)器的值加l;如果第一估計(jì)值小于第三估計(jì)值，將第二計(jì)數(shù)器的 值與預(yù)先設(shè)定的第二門限進(jìn)行比較；以及如果第二計(jì)數(shù)器的值等于第 二門限，輸出指示跟蹤環(huán)路進(jìn)入失鎖狀態(tài)的信號(hào)。本發(fā)明還進(jìn)一步提供了一種基于GPS信號(hào)強(qiáng)度來(lái)設(shè)置GPS接收機(jī) 跟蹤環(huán)路參數(shù)的方法，該方法包括以下步驟基于GPS信號(hào)強(qiáng)度的估 計(jì)值，從預(yù)先設(shè)置好的若干組參數(shù)中選擇一組參數(shù)；以及把該組參數(shù) 設(shè)置為跟蹤環(huán)路的參數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明對(duì)GPS信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行估計(jì)，并基于 GPS信號(hào)強(qiáng)度的估計(jì)值，來(lái)檢測(cè)跟蹤環(huán)路的狀態(tài)，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控跟蹤 環(huán)路，并根據(jù)相應(yīng)的狀態(tài)及時(shí)地對(duì)跟蹤環(huán)路做出調(diào)整。此外，可以利 用GPS信號(hào)強(qiáng)度的估計(jì)值來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整跟蹤環(huán)路的參數(shù)，使跟蹤環(huán)路有 效地跟蹤不同環(huán)境下的GPS信號(hào)。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō) 明，以使本發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)更為明顯。


圖1是本發(fā)明GPS接收機(jī)的跟蹤模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是圖1中的信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊在一個(gè)實(shí)施例中對(duì)GPS信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行估計(jì)的方框圖。圖3是本發(fā)明狀態(tài)機(jī)利用信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊估算出的GPS信號(hào)強(qiáng)度對(duì)跟蹤環(huán)路狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的流程圖。
具體實(shí)施方式
GPS接收機(jī)包括射頻前端以及基帶信號(hào)處理單元。射頻前端將接 收到的GPS信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有期望輸出頻率的信號(hào)，并以預(yù)定采樣頻率 將轉(zhuǎn)換的信號(hào)數(shù)字化。經(jīng)轉(zhuǎn)換并且數(shù)字化的信號(hào)被認(rèn)為是中頻信號(hào)。 該中頻信號(hào)接著傳送到基帶信號(hào)處理單元的捕獲模塊。在捕獲模塊，搜索C/A碼的起始點(diǎn)以及載波的頻率，特別是GPS信號(hào)的多普勒頻移。 如果搜索模塊確認(rèn)捕獲到GPS信號(hào)，基帶信號(hào)處理單元的跟蹤模塊則 進(jìn)入跟蹤狀態(tài)。由于本發(fā)明GPS接收機(jī)中的射頻前端和捕獲模塊的結(jié) 構(gòu)和功能與現(xiàn)有GPS接收機(jī)的一致，為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，這里不再贅述。圖1是本發(fā)明GPS接收機(jī)的跟蹤模塊的結(jié)構(gòu)框圖。GPS信號(hào)被射 頻前端轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)，輸入給跟蹤模塊100。跟蹤模塊100包括載波 跟蹤環(huán)和C/A碼跟蹤環(huán)，分別對(duì)當(dāng)前通道中GPS信號(hào)的載波和C/A碼 進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，以解調(diào)出GPS信號(hào)中包含的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。C/A碼跟蹤環(huán) 釆用提前-遲后鎖相環(huán)(early-late環(huán))，其包括積分模塊102、碼鑒相器 104、碼濾波器106、碼數(shù)字控制振蕩器(Numerical Controlled Oscillator; NCO) 108和碼產(chǎn)生器110。碼產(chǎn)生器110基于捕獲模塊輸出的C/A碼 相移，產(chǎn)生具有預(yù)定相位差的兩個(gè)信號(hào)，即提前(early)和遲后(late) C/A碼，預(yù)定相位差可以設(shè)置為一個(gè)碼片。提前和遲后C/A碼與輸入 的中頻信號(hào)在積分模塊102中完成相關(guān)運(yùn)算后輸出兩路信號(hào)，這兩路 信號(hào)經(jīng)過(guò)碼鑒相器104和碼濾波器106的處理，產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)來(lái) 調(diào)節(jié)碼NCO 108產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)，以控制碼產(chǎn)生器110產(chǎn)生本地CZA 碼的速率，使本地C/A碼的相位與接收到的GPS信號(hào)中的C/A碼相位 保持同相，此時(shí)的本地C/A碼是即時(shí)(prompt) C/A碼。該即時(shí)C/A 碼提供給載波跟蹤環(huán)。載波跟蹤環(huán)包括多普勒移去除模塊120、積分模塊102、本地載波 產(chǎn)生器122、載波鑒相器124和載波濾波器126。本地載波產(chǎn)生器122 基于捕獲模塊輸出的多普勒頻移，產(chǎn)生本地載波。利用本地載波產(chǎn)生 器122輸出的本地載波在多普勒頻移去除模塊120中將中頻信號(hào)變換 到基帶，得到同相分量I和正交分量Q。本地載波產(chǎn)生器122輸出兩個(gè) 本地正交載波信號(hào) 一個(gè)正弦信號(hào)和一個(gè)余弦信號(hào)。兩個(gè)載波信號(hào)的 其中一個(gè)(又稱第一本地參考信號(hào))由載波NCO 123產(chǎn)生。另一個(gè)載波信號(hào)(又稱第二本地參考信號(hào))通過(guò)對(duì)第一本地參考信號(hào)的移相得到。移相操作由^/2相移模塊125執(zhí)行。同相分量和正交分量分別與 即時(shí)C/A碼在積分模塊102中進(jìn)行積分。積分模塊102的輸出經(jīng)過(guò)載 波鑒相器124和載波濾波器126的處理，產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)載 波NCO 123的頻率，以產(chǎn)生與GPS信號(hào)中載波同步的本地載波。跟蹤模塊100還包括在跟蹤階段對(duì)GPS信號(hào)的強(qiáng)度提供估計(jì)的信 號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊20。如上所述，GPS信號(hào)由射頻前端轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào) 后輸入跟蹤模塊，并被多普勒頻移去除模塊120變換到基帶，得到同 相分量I和正交分量Q，再由積分模塊102將同相分量I和正交分量Q 分別與即時(shí)(prompt) C/A碼在預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)執(zhí)行相關(guān)運(yùn)算，來(lái)完成 對(duì)同相分量I和正交分量Q的積分，從而得到同相分量信號(hào)/(P)和正 交分量信號(hào)g(尸)。該同相分量信號(hào)/(尸)和正交分量信號(hào)2(戶)作為信號(hào) 強(qiáng)度計(jì)算模塊20的輸入。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模 塊20對(duì)GPS信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行估計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示。信號(hào)強(qiáng) 度計(jì)算模塊20基于下列公式(1)，來(lái)估算GPS信號(hào)的強(qiáng)度。S丄》,+(1)上式中，M是同相分量信號(hào)和正交分量信號(hào)的積分時(shí)間，SL是與 GPS信號(hào)有關(guān)的第一估計(jì)值，NL是與GPS信號(hào)有關(guān)的第二估計(jì)值。在第一積分單元202中，分別對(duì)同相分量信號(hào)/CP)和正交分量信 號(hào)2(。在預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度M內(nèi)執(zhí)行積分運(yùn)算。接著，在平方求和單元204 中，對(duì)第一積分單元202輸出的同相分量信號(hào)的積分和正交分量信號(hào) 的積分分別求平方，并將平方值相加，得到與GPS信號(hào)有關(guān)的第一估 計(jì)值SL。在平方單元206中，分別對(duì)同相分量信號(hào)/(P)和正交分量信號(hào) g(尸)執(zhí)行平方運(yùn)算。接著，在第二積分單元208中，對(duì)平方單元206 輸出的同相分量信號(hào)的平方和正交分量信號(hào)的平方在預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度M 內(nèi)執(zhí)行積分運(yùn)算。然后，在求和單元210中，將第二積分單元208輸 出的兩路積分結(jié)果相加，得到與GPS信號(hào)有關(guān)的第二估計(jì)值NL。本發(fā)明并不限于利用上述公式(1)來(lái)估算與GPS信號(hào)有關(guān)的第一估計(jì)值SL和第二估計(jì)值NL。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，信號(hào)強(qiáng)度 計(jì)算模塊20也可以采用下列公式(2)或(3)，來(lái)估算與GPS信號(hào)有 關(guān)的第一估計(jì)值SL和第二估計(jì)值NL。<formula>formula see original document page 13</formula>(3)第一估計(jì)值SL和第二估計(jì)值NL為非線性關(guān)系。第一估計(jì)值和第 二估計(jì)值里面均包含了信號(hào)的影響和噪聲的影響。上述公式(1)、 (2)和(3)中的積分時(shí)間M的取值可以根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度，靈活設(shè)置。信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，積分時(shí)間M的取值較?。恍盘?hào)較弱時(shí)，積分時(shí)間M的取值較大。然而，由于GPS信號(hào)中的導(dǎo)航數(shù)據(jù)每 20毫秒就可能會(huì)出現(xiàn)比特符號(hào)翻轉(zhuǎn)，為了避免比特符號(hào)翻轉(zhuǎn)帶來(lái)的信 噪比損失，積分時(shí)間不能太長(zhǎng)， 一般只能取20毫秒以內(nèi)，因而不能滿 足環(huán)路的檢測(cè)靈敏度。GPS信號(hào)中一幀完整的GPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)包含1500 比特?cái)?shù)據(jù)，由5個(gè)子幀構(gòu)成，而每個(gè)子幀的大部分比特具有變化頻度 小，可預(yù)測(cè)性和周期重復(fù)性。因此，如圖1所示，導(dǎo)航比特預(yù)測(cè)模塊 140可以根據(jù)先前接收到的來(lái)自某一顆衛(wèi)星的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)出同一顆 衛(wèi)星將要在未來(lái)某一時(shí)刻發(fā)射的GPS信號(hào)中的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。將預(yù)測(cè)的導(dǎo) 航數(shù)據(jù)與中頻信號(hào)作相乘運(yùn)算，去除中頻信號(hào)中的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，就可以 消除導(dǎo)航比特符號(hào)翻轉(zhuǎn)帶來(lái)的信噪比損失，從而實(shí)現(xiàn)中頻信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間 的積分。所以，在有導(dǎo)航比特預(yù)測(cè)模塊140的輔助時(shí)，可以根據(jù)應(yīng)用 環(huán)境來(lái)動(dòng)態(tài)設(shè)置積分時(shí)間M，使得M的取值大于20毫秒，以便提高 環(huán)路的檢測(cè)靈敏度。在沒(méi)有導(dǎo)航比特預(yù)測(cè)模塊140的輔助時(shí)，可以根 據(jù)不同的應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行靈活配置。比如GPS系統(tǒng)選擇積分時(shí)間M為 20毫秒，而廣域增強(qiáng)系統(tǒng)(Wide Area Augmentation System; WAAS) 選擇積分時(shí)間M為2毫秒。接收機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)，在啟動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊20之前，比特同步模 塊130用來(lái)檢測(cè)導(dǎo)航比特邊界，以確定中頻信號(hào)在信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊 20中執(zhí)行積分的起始點(diǎn)。而對(duì)于接收機(jī)的其他模式，比如熱啟動(dòng)，接 收機(jī)會(huì)記錄熱啟動(dòng)之前的比特邊界，所以不需要啟動(dòng)比特同步模塊130 就可以直接利用信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊20計(jì)算GPS信號(hào)的強(qiáng)度。如圖2所示，由于噪聲的影響，信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊20估算出的與 GPS信號(hào)有關(guān)的第一估計(jì)值SL和第二估計(jì)值NL存在一些抖動(dòng)，分別 經(jīng)過(guò)第一濾波器212和第二濾波器214的濾波平滑處理，得到較為穩(wěn) 定的第一估計(jì)值A(chǔ)和第二估計(jì)值C。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一 濾波器212和第二濾波器214是一階無(wú)限沖激響應(yīng)(Infinite Impulse Response; IIR)低通濾波器。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，也可以采用其他的低通濾 波器和平均濾波器。IIR低通濾波器的傳輸函數(shù)為該濾波器的參數(shù)可以通過(guò)軟件靈活設(shè)置，以便適用于不同的應(yīng)用 系統(tǒng)。例如，對(duì)于GPS系統(tǒng)，由于導(dǎo)航比特周期較長(zhǎng)，積分時(shí)間M的 取值為20毫秒，所以參數(shù)"取值應(yīng)該較大，比如為O.l，以便實(shí)現(xiàn)濾波 平滑效果的同時(shí)盡可能提高濾波器反應(yīng)速度；而對(duì)于WAAS系統(tǒng)，由 于導(dǎo)航比特周期較短，M取值為2毫秒，所以參數(shù)a取值可以較小， 比如為0.001，以便在保證濾波器反應(yīng)速度的同時(shí)盡可能的提高濾波平 滑的效果。第一估計(jì)值A(chǔ)和第二估計(jì)值C的比值是與信噪比成非線性關(guān)系的 一個(gè)數(shù)值，且該比值越大，信噪比就越大。因此，在估計(jì)模塊216中， 將第一估計(jì)值A(chǔ)除以第二估計(jì)值C，得到第一估計(jì)值A(chǔ)和第二估計(jì)值 C的比值，該比值可以間接反應(yīng)當(dāng)前跟蹤通道的GPS信號(hào)的強(qiáng)度。根 據(jù)當(dāng)前的GPS信號(hào)強(qiáng)度，可以實(shí)時(shí)設(shè)置跟蹤環(huán)路的參數(shù)。在本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例中，接收機(jī)包括一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，該數(shù)據(jù)庫(kù)模塊預(yù)先設(shè)置 好一個(gè)查找表。在查找表中，對(duì)應(yīng)不同的信號(hào)強(qiáng)度范圍，設(shè)置不同數(shù) 值的跟蹤環(huán)路參數(shù)。當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度大的時(shí)候，接收機(jī)應(yīng)該是位于開闊地 帶，為了能夠應(yīng)對(duì)足夠高的動(dòng)態(tài)應(yīng)力，即多普勒頻移和多普勒頻移的 變化率較大，應(yīng)該減小跟蹤環(huán)路的動(dòng)態(tài)范圍，因而設(shè)置較大的環(huán)路帶寬，采用較短的積分時(shí)間。當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度小的時(shí)候，接收機(jī)應(yīng)該是位于 室內(nèi)或半遮擋地帶，多普勒頻移和多普勒頻移的變化率較小，應(yīng)該增 大跟蹤環(huán)路的動(dòng)態(tài)范圍，因而設(shè)置較小的環(huán)路帶寬，同時(shí)采用較長(zhǎng)的 積分時(shí)間。根據(jù)表示GPS信號(hào)強(qiáng)度的第一估計(jì)值A(chǔ)和第二估計(jì)值C的比值，切換模塊218從預(yù)先設(shè)置好的查找表中選擇一組與之對(duì)應(yīng)的參數(shù)，將跟蹤環(huán)路的參數(shù)切換為該組參數(shù)。在進(jìn)行跟蹤環(huán)路的鎖定失鎖檢測(cè)時(shí)為了保證足夠低的虛警概率，需要定義一個(gè)門限，將第一估計(jì)值A(chǔ)和第二估計(jì)值C的比值與該門限 進(jìn)行比較，如果第一估計(jì)值A(chǔ)和第二估計(jì)值C的比值大于或等于該門 限，表示跟蹤環(huán)路處于鎖定狀態(tài)，否則表示跟蹤環(huán)路已經(jīng)失鎖。然而， 直接將第一估計(jì)值A(chǔ)和第二估計(jì)值C的比值與門限進(jìn)行比較，會(huì)占用 較多的硬件資源。因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將門限視作一個(gè) 因子，在因子模塊220中，將第二估計(jì)值C乘以因子(即門限)，得到 第三估計(jì)值B。然后再比較第一估計(jì)值A(chǔ)和第三估計(jì)值B的大小，來(lái) 檢測(cè)跟蹤環(huán)路的狀態(tài)。因子的大小可以基于系統(tǒng)類型(如GPS禾B WAAS 系統(tǒng))和積分時(shí)間M來(lái)靈活配置。在系統(tǒng)類型和積分時(shí)間M確定的情 況下，因子是一個(gè)常數(shù)。本發(fā)明采用狀態(tài)機(jī)30來(lái)指示跟蹤環(huán)路的狀態(tài)。狀態(tài)機(jī)30利用信 號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊20輸出的第一估計(jì)值A(chǔ)和第三估計(jì)值B對(duì)跟蹤環(huán)路狀 態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的一個(gè)具體實(shí)施例的流程圖如圖3所示。狀態(tài)機(jī)30包括三 個(gè)門限值第一門限Lp、第二門限Lo和第三門限Lna，其中第二門 限Lo大于第三門限Lna;兩個(gè)計(jì)數(shù)器其中，第一計(jì)數(shù)器LockCnt用 于計(jì)數(shù)GPS信號(hào)強(qiáng)度高于門限(因子)的次數(shù)，第二計(jì)數(shù)器LostCnt 用于計(jì)數(shù)GPS信號(hào)強(qiáng)度低于門限(因子)的次數(shù)，第一計(jì)數(shù)器LockCnt 和第二計(jì)數(shù)器LostCnt的初始值均設(shè)置為零，計(jì)數(shù)器的值達(dá)到三個(gè)門限 中的某一個(gè)門限值，跟蹤環(huán)路就會(huì)進(jìn)入一個(gè)相應(yīng)的狀態(tài)；以及指示當(dāng) 前跟蹤環(huán)路狀態(tài)的兩個(gè)信號(hào)輸出LockOut、 LostOut，其初始值均設(shè)置 為FALSE。具體檢測(cè)流程如下在步驟302，比較第一估計(jì)值A(chǔ)和第 三估計(jì)值B，以判斷第一估計(jì)值A(chǔ)是否大于或等于第三估計(jì)值B;如 果第一估計(jì)值A(chǔ)大于或等于第三估計(jì)值B，則在步驟304，將第一計(jì)數(shù)器LockCnt的值與第一門限Lp進(jìn)行比較，以判斷第一計(jì)數(shù)器LockCnt 的值是否等于第一門限Lp;如果第一計(jì)數(shù)器LockCnt的值等于第一門 限Lp，則在步驟306， LockOut輸出為TRUE,表示環(huán)路鎖定，即跟蹤 通道進(jìn)入鎖定模式，否則在步驟308對(duì)第一計(jì)數(shù)器LockCnt的值加1。 如果第一估計(jì)值A(chǔ)小于第三估計(jì)值B,則在步驟310，將第二計(jì) 數(shù)器LostCnt的值與第二門限Lo進(jìn)行比較，以判斷第二計(jì)數(shù)器LostCnt 的值是否等于第二門限Lo;如果第二計(jì)數(shù)器LostCnt的值等于第二門 限Lo，則在步驟312， LostOut輸出為TRUE,表示環(huán)路徹底失鎖，此 時(shí)需要重新復(fù)位跟蹤通道，使跟蹤通道進(jìn)入失鎖重捕獲模式，即需要 重新捕獲和跟蹤GPS信號(hào)；否則在步驟314，對(duì)第二計(jì)數(shù)器LostCnt 的值加1。接著，在步驟316,判斷第二計(jì)數(shù)器LostCnt的值是否大于 或等于第三門限Lna;如果第二計(jì)數(shù)器LostCnt的值大于或等于第三門 限Lna，則在步驟318， LockOut輸出為FALSE,指示該跟蹤通道進(jìn)入 狀態(tài)保持模式，此時(shí)不能繼續(xù)將該通道用于定位，但是不需要重新復(fù) 位通道。如上所述，狀態(tài)機(jī)30基于GPS信號(hào)的強(qiáng)度將跟蹤環(huán)路定義為以 下三種模式鎖定模式、失鎖重捕獲模式和狀態(tài)保持模式。在跟蹤環(huán) 路處于鎖定模式時(shí)，跟蹤通道可以參予正常的定位輸出。在跟蹤環(huán)路 處于失鎖重捕獲模式時(shí)，表明該跟蹤通道己經(jīng)失鎖，需要復(fù)位該通道 以便進(jìn)行重新捕獲。在跟蹤環(huán)路處于狀態(tài)保持模式時(shí)，此時(shí)該通道雖 然不能參予正常的定位輸出，但是也不會(huì)被復(fù)位掉，該模式有利于系 統(tǒng)的快速恢復(fù)，例如，配備GPS接收機(jī)的汽車經(jīng)過(guò)隧道時(shí)，GPS信號(hào) 會(huì)變?nèi)?，跟蹤環(huán)路暫時(shí)不能跟蹤GPS信號(hào)，跟蹤通道將處于狀態(tài)保持 模式，信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊20連續(xù)檢測(cè)GPS信號(hào)強(qiáng)度，當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度恢復(fù) 后，如汽車駛離隧道后，可以再利用該通道繼續(xù)對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行跟蹤， 因此，省掉了重新捕獲、跟蹤的時(shí)間，有利于系統(tǒng)的快速恢復(fù)。狀態(tài)機(jī)30可以由專用的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)釆 用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以在降低硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的同時(shí)提供極大的靈活 性，可以根據(jù)具體應(yīng)用來(lái)對(duì)狀態(tài)機(jī)30中的參數(shù)Lp， Lo和Lna進(jìn)行靈 活設(shè)置，以便在保證失鎖和鎖定檢測(cè)的檢測(cè)概率和虛警概率的同時(shí)，可以盡量降低系統(tǒng)失鎖和鎖定檢測(cè)所需的時(shí)間。狀態(tài)機(jī)30的更新時(shí)間可以每隔積分時(shí)間M，如20毫秒，更新一次，也可以采用抽取的方式 每隔N申M更新一次，其中N為整數(shù)。采用抽取的方式時(shí)，可以有效降 低系統(tǒng)運(yùn)行速率。這里的更新時(shí)間是指雖然信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊20 —直 在對(duì)GPS信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行估算，但是狀態(tài)機(jī)30要隔一段時(shí)間，如積分 時(shí)間M或N個(gè)積分時(shí)間M，來(lái)判斷跟蹤環(huán)路的狀態(tài)。最后所應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明而非限制，盡 管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的 精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種估計(jì)GPS信號(hào)強(qiáng)度的方法，所述GPS信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，其特征在于，所述方法包括1)利用預(yù)先設(shè)定的本地參考信號(hào)，將所述數(shù)字信號(hào)分成同相分量和正交分量；2)將同相分量和正交分量分別與本地偽隨機(jī)噪聲碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到一個(gè)同相分量信號(hào)和一個(gè)正交分量信號(hào)，該本地偽隨機(jī)噪聲碼與GPS信號(hào)中的偽隨機(jī)噪聲碼的相位相同；3)基于所述同相分量信號(hào)和正交分量信號(hào)，估算與GPS信號(hào)有關(guān)的第一估計(jì)值和第二估計(jì)值；及4)基于所述第一估計(jì)值和第二估計(jì)值，計(jì)算GPS信號(hào)的強(qiáng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計(jì)GPS信號(hào)強(qiáng)度的方法，其特征在 于，所述第一估計(jì)值和第二估計(jì)值由下列公式得到+〔"+g2)其中SL、 NL分別為所述第一估計(jì)值和第二估計(jì)值；Ii、 Qi分別 為所述同相分量信號(hào)和正交分量信號(hào)；M為積分時(shí)間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計(jì)GPS信號(hào)強(qiáng)度的方法，其特征在 于，所述第一估計(jì)值和第二估計(jì)值由下列公式得到M—x/,i+il;ai 肌=|;(|/,1+12,1)其中SL、 NL分別為所述第一估計(jì)值和第二估計(jì)值；Ii、 Qi分別 為所述同相分量信號(hào)和正交分量信號(hào)；M為積分時(shí)間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計(jì)GPS信號(hào)強(qiáng)度的方法，其特征在服于，所述第一估計(jì)值和第二估計(jì)值由下列公式得到<formula>formula see original document page 3</formula>其中SL、 NL分別為所述第一估計(jì)值和第二估計(jì)值；Ii、 Qi分別 為所述同相分量信號(hào)和正交分量信號(hào)；M為積分時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求l-4任一項(xiàng)所述的估計(jì)GPS信號(hào)強(qiáng)度的方法，其 特征在于，所述本地偽隨機(jī)噪聲碼是由碼跟蹤環(huán)路中的偽隨機(jī)噪聲碼 產(chǎn)生器輸出的本地即時(shí)偽隨機(jī)噪聲碼。
6.根據(jù)權(quán)利要求l-4任一項(xiàng)所述的估計(jì)GPS信號(hào)強(qiáng)度的方法，其 特征在于，在所述計(jì)算GPS信號(hào)的強(qiáng)度的步驟之前還包括對(duì)所述第一 估計(jì)值和所述第二估計(jì)值進(jìn)行濾波處理的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求l-4任一項(xiàng)所述的估計(jì)GPS信號(hào)強(qiáng)度的方法，其 特征在于，所述計(jì)算GPS信號(hào)的強(qiáng)度的步驟包括將所述第一估計(jì)值除 以所述第二估計(jì)值。
8.根據(jù)權(quán)利要求l-4任一項(xiàng)所述的估計(jì)GPS信號(hào)強(qiáng)度的方法，其 特征在于，所述計(jì)算GPS信號(hào)的強(qiáng)度的步驟包括將所述第二估計(jì)值乘以一個(gè)因子，得到第三估計(jì)值；及 將所述第一估計(jì)值除以所述第三估計(jì)值。
9. 一種設(shè)置GPS接收機(jī)跟蹤環(huán)路參數(shù)的方法，該跟蹤環(huán)路用來(lái)跟蹤GPS信號(hào)，其特征在于，該方法包括以下步驟基于權(quán)利要求l-8任一所述方法獲得GPS信號(hào)強(qiáng)度的估計(jì)值； 根據(jù)所述GPS信號(hào)強(qiáng)度的估計(jì)值，從預(yù)先設(shè)置好的多組參數(shù)中選擇一組參數(shù)；及把該組參數(shù)設(shè)置為跟蹤環(huán)路的參數(shù)。
10. —種對(duì)接收到的GPS信號(hào)的強(qiáng)度提供估計(jì)的GPS接收機(jī)，該 GPS接收機(jī)包括對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行跟蹤的跟蹤模塊，該跟蹤模塊接收由 所述GPS信號(hào)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，其特征在于，所述跟蹤模塊包括-多普勒頻移去除模塊，其將所述數(shù)字信號(hào)分成同相分量和正交分積分模塊，將所述同相分量和正交分量分別與本地偽隨機(jī)噪聲碼 執(zhí)行相關(guān)運(yùn)算，得到一個(gè)同相分量信號(hào)和一個(gè)正交分量信號(hào)，該本地 偽隨機(jī)噪聲碼與GPS信號(hào)中的偽隨機(jī)噪聲碼的相位相同；及信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊，其根據(jù)積分模塊輸出的同相分量信號(hào)和正交 分量信號(hào)，估算出與GPS信號(hào)有關(guān)的第一估計(jì)值和第二估計(jì)值，并基 于該第一估計(jì)值和第二估計(jì)值，計(jì)算出GPS信號(hào)的強(qiáng)度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的對(duì)接收到的GPS信號(hào)的強(qiáng)度提供估 計(jì)的GPS接收機(jī)，其特征在于，所述信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊包括第一積分單元，用于對(duì)同相分量信號(hào)和正交分量信號(hào)在預(yù)定時(shí)間 長(zhǎng)度內(nèi)作積分；平方求和單元，用于對(duì)第一積分單元輸出的同相分量信號(hào)和正交 分量信號(hào)的積分分別求平方并將平方值相加，得到所述第一估計(jì)值； 平方單元，對(duì)同相分量信號(hào)和正交分量信號(hào)分別求平方；第二積分單元，對(duì)平方單元輸出的同相分量信號(hào)和正交分量信號(hào)的平方在所述預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)作積分；求和單元，將第二積分單元輸出的同相分量信號(hào)和正交分量信號(hào) 的積分相加，得到所述第二估計(jì)值；及估計(jì)模塊，基于所述第一估計(jì)值和第二估計(jì)值，計(jì)算出GPS信號(hào) 的強(qiáng)度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的對(duì)接收到的GPS信號(hào)的強(qiáng)度提供估 計(jì)的GPS接收機(jī)，其特征在于，所述信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊還包括第一濾 波器和第二濾波器，分別對(duì)所述第一估計(jì)值和所述第二估計(jì)值進(jìn)行濾 波處理。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的對(duì)接收到的GPS信號(hào)的強(qiáng)度提供估 計(jì)的GPS接收機(jī)，其特征在于，所述第一濾波器和第二濾波器是低通濾波器。
14. 一種檢測(cè)GPS接收機(jī)跟蹤環(huán)路狀態(tài)的方法，其特征在于，該 方法包括-基于權(quán)利要求l一8任一所述方法獲得GPS信號(hào)的第一估計(jì)值和 第二估計(jì)值；根據(jù)所述GPS信號(hào)的第一估計(jì)值和第二估計(jì)值檢測(cè)跟蹤環(huán)路的狀態(tài)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的檢測(cè)GPS接收機(jī)跟蹤環(huán)路狀態(tài)的方 法，其特征在于，所述檢測(cè)跟蹤環(huán)路的狀態(tài)的步驟包括對(duì)所述第一估計(jì)值和第二估計(jì)值進(jìn)行濾波； 將濾波后的第二估計(jì)值乘以一個(gè)因子，得到第三估計(jì)值； 比較所述第一估計(jì)值和第三估計(jì)值；如果第一估計(jì)值大于或等于第三估計(jì)值，將第一計(jì)數(shù)器的值與預(yù) 先設(shè)定的第一門限進(jìn)行比較；如果第一計(jì)數(shù)器的值等于第一門限，輸出指示跟蹤環(huán)路進(jìn)入鎖定 狀態(tài)的信號(hào)；如果第一計(jì)數(shù)器的值小于第一門限，對(duì)第一計(jì)數(shù)器的值加1;如果第一估計(jì)值小于第三估計(jì)值，將第二計(jì)數(shù)器的值與預(yù)先設(shè)定 的第二門限進(jìn)行比較；及如果第二計(jì)數(shù)器的值等于第二門限，輸出指示跟蹤環(huán)路進(jìn)入失鎖 狀態(tài)的信號(hào)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的檢測(cè)GPS接收機(jī)跟蹤環(huán)路狀態(tài)的方法，所述檢測(cè)跟蹤環(huán)路的狀態(tài)的步驟還包括如果第二計(jì)數(shù)器的值小于第二門限，對(duì)第二計(jì)數(shù)器的值加1; 將第二計(jì)數(shù)器的值與預(yù)先設(shè)定的第三門限進(jìn)行比較，其中第三門限小于第二門限；及如果第二計(jì)數(shù)器的值大于或等于第三門限，輸出指示跟蹤環(huán)路處 于狀態(tài)保持模式的信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的檢測(cè)GPS接收機(jī)跟蹤環(huán)路狀態(tài)的方 法，其特征在于，所述第一計(jì)數(shù)器和第二計(jì)數(shù)器的初始值設(shè)置為零。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種GPS接收機(jī)及檢測(cè)GPS接收機(jī)跟蹤環(huán)路狀態(tài)的方法，包括估計(jì)GPS信號(hào)強(qiáng)度的方法，其中，估計(jì)GPS信號(hào)強(qiáng)度的方法包括利用預(yù)先設(shè)定的本地參考信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)分成同相分量和正交分量；將同相分量和正交分量分別與預(yù)先設(shè)定的本地偽隨機(jī)噪聲碼執(zhí)行相關(guān)運(yùn)算，得到一個(gè)同相分量信號(hào)和一個(gè)正交分量信號(hào)；以及基于同相分量信號(hào)和正交分量信號(hào)，估算與GPS信號(hào)有關(guān)的第一估計(jì)值和第二估計(jì)值，以計(jì)算出GPS信號(hào)的強(qiáng)度。基于GPS信號(hào)強(qiáng)度，判斷跟蹤環(huán)路是處于鎖定模式或失鎖重捕獲模式或狀態(tài)保持模式。本發(fā)明基于GPS信號(hào)強(qiáng)度的估計(jì)值檢測(cè)跟蹤環(huán)路的狀態(tài)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控跟蹤環(huán)路狀態(tài)，并及時(shí)地對(duì)跟蹤環(huán)路做出調(diào)整。
文檔編號(hào)G01S1/02GK101329390SQ20071011242
公開日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2007年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月21日
發(fā)明者余曉光, 侯劍輝, 波 俞, 黃海權(quán) 申請(qǐng)人:凹凸科技(中國(guó))有限公司