專利名稱：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)處理方法以及相關(guān)器的制作方法
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)處理方法以及相關(guān)器
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,以下筒 稱GNSS),特別有關(guān)于，用以探測(cè)干擾(interference)(包含衛(wèi)星系統(tǒng)外部的干擾以 及來自其它衛(wèi)星信號(hào)的交叉相關(guān)干擾)，以及避免在單一峰搜尋(signal peak searching)時(shí)的錯(cuò)誤決定的沖突處理方法以及實(shí)施其方法的相關(guān)器(correlator)。
背景技術(shù)：
在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，例如GNSS,接收器探測(cè)來自每個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)，來自每 個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)可以通過獨(dú)特的偽隨^L噪聲碼(Pseudo random noise Code,以下簡(jiǎn) 稱PRN碼)進(jìn)行區(qū)別。接收器更量測(cè)每個(gè)衛(wèi)星的時(shí)間延遲。接收器為每個(gè)衛(wèi)星產(chǎn) 生對(duì)應(yīng)的PRN序歹iJ(即本地PRN復(fù)制)。通過將接收的衛(wèi)星PRN序列與本地PRN 復(fù)制進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，接收器便可量測(cè)出延遲并計(jì)算出與衛(wèi)星之間的距離。通常 的搜尋衛(wèi)星信號(hào)的方法為在碼片(code chip)假定以及多普勒(Doppler)搜尋范圍 中尋找一強(qiáng)峰(strongpeak)。 一旦找到強(qiáng)峰，便認(rèn)為找到了信號(hào)，然后搜尋停止。 然而，在某些環(huán)境下，例如市內(nèi)峽谷，信號(hào)強(qiáng)度可能會(huì)減弱。在一些情況下， 由干擾(jamming)所引起的峰可能會(huì)被錯(cuò)誤的確定為信號(hào)峰，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤決定。 由本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，有4艮多不同類型的干擾，例如連續(xù)波(continuous wave,以下簡(jiǎn)稱CW)干擾以及PRN干擾或者其它類型的干擾。PRN干擾也可 被認(rèn)為是來自其它強(qiáng)信號(hào)的PRN的交叉相關(guān)(cross-correlation)，通常多見于室外 環(huán)境。 一些較強(qiáng)的衛(wèi)星信號(hào)可以引起搜尋其它較弱衛(wèi)星信號(hào)的困難。除此之外， 隨著GNSS系統(tǒng)的現(xiàn)代化，交叉相關(guān)的影響也可存在于不同的衛(wèi)星系統(tǒng)中。
一種避免錯(cuò)誤決定的方法為搜尋整個(gè)搜尋范圍并找出最大峰作為尋獲的信 號(hào)。然而，當(dāng)搜尋范圍很大或是積分周期很長(zhǎng)時(shí)，所需要花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)。另 一種方法是對(duì)信號(hào)執(zhí)行快速傅利葉變換(Fast Fourier Transform,以下簡(jiǎn)稱FFT), 以于進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算前在頻域內(nèi)移除CW干擾。這樣的方法通常由硬件實(shí)施。但 由于中間頻率(intermediate frequency,以下簡(jiǎn)稱IF)信號(hào)的高采樣率，所以成本
5較高。除此之外，此方法僅對(duì)CW干擾有效，對(duì)PRN干擾無效，因?yàn)镻RN干 擾只能在相關(guān)后進(jìn)行觀察，具體描述詳見于后。
為了克服PRN干擾， 一種方法是復(fù)制強(qiáng)衛(wèi)星IF信號(hào)，并且當(dāng)碼片延遲，多 普勒頻率以及當(dāng)前強(qiáng)信號(hào)的功率為已知時(shí)，將其從輸入信號(hào)中扣除掉。然而這 樣的成本也是很高的。除此之外，這種方法當(dāng)強(qiáng)信號(hào)干擾的估測(cè)量為不正確或 未知時(shí)不適用，因此同樣可能造成搜尋其它衛(wèi)星信號(hào)時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤決定。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)處理方法 以及一種相關(guān)器。
一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)處理方法，包含接收全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)； 計(jì)算特定多普勒頻率范圍的多個(gè)碼片假定的多個(gè)相關(guān)結(jié)果；以及分析相關(guān)結(jié)果， 以決定特定多普勒頻率范圍是否被干擾所污染。
一種相關(guān)器，包含積分模塊，用以計(jì)算特定多普勒頻率范圍的多個(gè)碼片假 定的相關(guān)結(jié)果；以及處理器，用以分析相關(guān)結(jié)果，以決定特定多普勒頻率范圍 是否被干擾所污染。
通過本發(fā)明，可以很容易的檢查出多普勒頻率范圍是否被干擾。除此之外， 如果確定該多普勒頻率范圍被干擾，可以通過將信號(hào)搜尋臨界值提升至更高值 來降低信號(hào)峰的錯(cuò)誤決定的可能性。


圖1A為信號(hào)峰的相關(guān)值以及沒有被干擾的GPS信號(hào)的正確的多普勒頻率 的噪聲層。
圖1B為被干擾的多普勒頻率的碼片的相關(guān)值。
圖2為進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算后一 GPS信號(hào)的示意圖，該GPS信號(hào)受到連續(xù)波干擾。 圖3A為對(duì)以未受污染的多普勒頻率的碼片假定的相關(guān)值的示意圖。 困3B為受到污染的多普勒頻率的碼片假定的相關(guān)值的示意圖。 圖4為遭遇CW干擾的信號(hào)解展頻前的功率頻鐠密度圖。 圖5為遭遇CW干擾的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算后，在每個(gè)多普勒頻率的碼片假 定的平均相關(guān)值。圖6為根據(jù)本發(fā)明的GNSS信號(hào)衛(wèi)星信號(hào)處理方法的流程圖。 圖7為根據(jù)本發(fā)明的GNSS接收器的相關(guān)器100的方塊圖。
具體實(shí)施方式
當(dāng)信號(hào)遭遇了來自另一衛(wèi)星的干擾(另一 PRN碼)，除了實(shí)際的信號(hào)峰，還 有許多因交叉干擾所引起的子峰出現(xiàn)在特定的多普勒頻率上的多重碼片中，以 全球定位系統(tǒng)(global positioning system ,以下簡(jiǎn)稱GPS )衛(wèi)星信號(hào)為例，這些特 定的多普勒頻率互相相隔lkHz。這就是通常所說的"PRN干擾"。由強(qiáng)的PRN 干擾所引起的子峰可以比噪聲層(noise floor》要高，并且在信號(hào)搜尋時(shí)導(dǎo)致錯(cuò)誤 決定或;lJli害iU宗可靠'l"生(jeopardize tracking reliability)。 C/A(Course Acquisition Code)碼交叉相關(guān)能量比自相關(guān)(auto-correlation)主峰(mainpeak)要弱24dB。當(dāng)目 標(biāo)衛(wèi)星的信號(hào)能量很弱，而環(huán)境中存在很強(qiáng)的衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，在這種情況下，其 它強(qiáng)衛(wèi)星信號(hào)的存在將引起嚴(yán)重的PRN干擾，從而導(dǎo)致獲取目標(biāo)信號(hào)的困難或 是甚至錯(cuò)誤的進(jìn)行獲取信號(hào)。
圖2為對(duì)一 GPS信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算后的示意圖，GPS信號(hào)受到連續(xù)波干擾。 所謂的CW干4尤是指由來自其它源，例如移動(dòng)單元(cellular)/處理器(processor), 敵方源(hostile sources)等的諧波所引起的沖突。CW干擾引起多個(gè)出現(xiàn)在多普勒 頻率的子峰。對(duì)未被干擾的多普勒頻率而言，碼片假定的相關(guān)值如圖3A所示。 對(duì)于被干擾的多普勒頻率而言，碼片假定的相關(guān)值出現(xiàn)的子峰明顯高出噪聲 (noise floor),如圖3B所示。圖4為遭遇CW干擾的信號(hào)展開前的功率頻譜密度 圖。圖5為每個(gè)多普勒頻率的碼片假定的平均相關(guān)值。如圖所示，在被干擾的 多普勒頻率中，碼片的平均相關(guān)值比在未被干擾的多普勒頻率中要高。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的GNSS信號(hào)衛(wèi)星信號(hào)處理方法的流程圖。圖7為根據(jù) 本發(fā)明的GNSS接收器的相關(guān)器100的方塊圖。步驟710,將收到的信號(hào)數(shù)據(jù)(例 如GPS信號(hào))與特定的多普勒頻率信號(hào)(多普勒假定值)進(jìn)行混合(mixing )。步驟 720，通過本發(fā)明的相關(guān)器100將信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算以得到在此多普勒頻率的碼 片延遲i^定(code chip delay hypotheses)的相關(guān)結(jié)果。通過將信號(hào)的余弦相位 (cosine-phased)成分以及正弦相位(sine-phased)成分與載波凄史控振蕩器 (numerically controlled oscillator,以下簡(jiǎn)稱NCO) 810輸出的載波分別由混頻器 812以及814進(jìn)行混合而使IF信號(hào)被降轉(zhuǎn)換(down convert)。混合結(jié)果為具有同
7相以及正交成分的復(fù)合信號(hào)。同相以及正交成分在乘法器831至836中與由碼 產(chǎn)生器822產(chǎn)生的參考PRN碼的E/P/L(Early/Prompt/Late)版本進(jìn)行混合，其 E/P/L版本由延遲單元825進(jìn)行延遲以產(chǎn)生解擴(kuò)散(de-spread)信號(hào)。碼產(chǎn)生器822 由碼NCO 820控制。解擴(kuò)散信號(hào)于積分單元(integrate and dump unit)842以及844 中進(jìn)4亍積分。為了描述的方便，乘法器831至836以及積分單元842和844可 以整體看作一個(gè)積分模塊830。來自積分模塊830的積分結(jié)果被傳送至內(nèi)存(相 關(guān)RAM)850,并^皮累加。累加結(jié)果可以-故處理器870讀取。
于步驟730,處理器870檢查相關(guān)結(jié)果的最大值是否超過一預(yù)定偵測(cè)臨界值。 如果沒有超過，則表示在多普勒頻率中沒有出現(xiàn)峰。于步驟765此多普勒頻率 的搜尋便完成，接著便開始另一多普勒頻率中的碼片延遲的搜尋。如果相關(guān)結(jié) 果的最大值超過預(yù)定偵測(cè)臨界值，則表示找到了一個(gè)信號(hào)峰。于步驟740中， 為了防止信號(hào)峰的錯(cuò)誤確定，執(zhí)行檢查操作。在此實(shí)施例中，相關(guān)器100具有 總和/平均計(jì)算單元860。計(jì)算單元860 4妄收來自積分單元842和844的積分結(jié) 果。計(jì)算單元860計(jì)算當(dāng)前多普勒頻率的多個(gè)碼片假定的平均值，然后再將平 均值傳送至處理器870。需要注意的是，多個(gè)碼片假定可以是當(dāng)前多普勒頻率的 一些或者所有碼片假定。除此之外，有可能同時(shí)搜尋多個(gè)多普勒頻率。當(dāng)多個(gè) 碼片假定為當(dāng)前多普勒頻率的所有碼片假定的一部分時(shí)，可以包含對(duì)于當(dāng)前多 普勒頻率的所有碼片假定的特定范圍或是選取的碼片假定。被污染或是未被污 染的多普勒頻率的參考值可以通過收集統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)椐并預(yù)先儲(chǔ)存于處理器870 中而獲得。由計(jì)算單元860計(jì)算而得的平均值與參考值通過處理器870進(jìn)行比 較，以決定當(dāng)前的多普勒頻率是否被污染。舉例來說，如果多普勒頻率的相關(guān) 值的平均值比噪聲層高出2dB,則確定多普勒頻率被污染了。需要注意的是，除 了平均值，其它統(tǒng)計(jì)值如總和或是多個(gè)碼假定相位的相關(guān)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差，也可 用以確定干擾的存在，如一般的干擾，或是由其它GNSS系統(tǒng)或同一GNSS系 統(tǒng)的不同PRN的信號(hào)所引起的交叉相關(guān)。
在另一實(shí)施例中，于步驟740，檢查當(dāng)前多普勒頻率中是否出現(xiàn)一個(gè)以上的 峰。例如，如果有另一峰不比最大峰小15dB,則確定多普勒頻率中出現(xiàn)了多個(gè) 峰。相應(yīng)的多普勒頻率可以確定被污染了。
于步驟740中，如果確定多普勒頻率未被污染，則找到的信號(hào)峰可以認(rèn)為 是可靠的。也就是說，已經(jīng)獲取了信號(hào)(步驟770)。然而，如果確定多普勒頻率 被污染了，為了避免信號(hào)峰搜尋的錯(cuò)誤決定，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，于步驟750，處理器870提高偵測(cè)臨界值。在臨界值被設(shè)置為新值后，于步驟760,再次檢查 相關(guān)結(jié)果的最大值是否超過新的臨界值。如果超過，則信號(hào)已獲得。否則完成 多普勒頻率的搜尋并進(jìn)入步驟765。
在決定是否存在干擾時(shí)，相關(guān)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)值(如平均值)可以自任意，選定的 碼片，特定范圍碼片或是當(dāng)前多普勒頻率的所有碼片中獲得。因此，通過本發(fā) 明，便可利用有限的成本達(dá)到有效以及可靠的信號(hào)搜尋。
通過本發(fā)明，可以很容易的檢查出多普勒頻率是否被干擾。除此之外，如 果確定多普勒頻率被干擾，可以通過將臨界值提升至一更高值來降低信號(hào)峰的 錯(cuò)誤決定的可能性。可以將臨界值與所找到的峰進(jìn)行比較以決定是否已經(jīng)獲取 到了信號(hào)，此可通過處理器870內(nèi)建的程序而實(shí)現(xiàn)，其成本也非常低。
權(quán)利要求
1. 一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)處理方法，包含接收全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)；計(jì)算特定多普勒頻率的多個(gè)碼片假定的多個(gè)相關(guān)結(jié)果；以及分析該多個(gè)相關(guān)結(jié)果，以決定該特定多普勒頻率是否被干擾所污染。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)處理方法，其特征在于， 分析該多個(gè)相關(guān)結(jié)果的步驟包含收集該多個(gè)相關(guān)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)結(jié)果以獲得統(tǒng)計(jì)值；以及 根據(jù)該統(tǒng)計(jì)值決定該特定多普勒頻率是否被干擾所污染。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)處理方法，其特征在于， 該統(tǒng)計(jì)值與參考值進(jìn)行比較以決定該特定多普勒頻率是否被干擾所污染。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)處理方法，其特征在于， 該統(tǒng)計(jì)值可以選自該多個(gè)相關(guān)結(jié)果的平均值，該多個(gè)相關(guān)結(jié)果的總和值以及該 多個(gè)相關(guān)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差值的任何之一。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)處理方法，其特征在于， 該多個(gè)碼片假定包含該特定多普勒頻率所有碼片假定中的一部分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)處理方法，其特征在于， 該多個(gè)碼片假定包含該特定多普勒頻率所有碼片假定。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)處理方法，其特征在于， 分析該多個(gè)相關(guān)結(jié)果的步驟包含檢查在該多個(gè)相關(guān)結(jié)果中是否存在超過預(yù)定數(shù)目的峰，并產(chǎn)生檢查結(jié)果；以及根據(jù)該檢查結(jié)果以決定該特定多普勒頻率是否被干擾所污染，其中當(dāng)存在 超過該預(yù)定數(shù)目的峰時(shí)，決定該特定多普勒頻率被干擾污染。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)處理方法，其特征在于， 被污染的多普勒頻率的每?jī)煞逯g的差異比預(yù)定值要小。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)處理方法，其特征在于， 被污染的多普勒頻率的每?jī)煞逯g的比率比預(yù)定值要小。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)處理方法，其特征在于， 更包含檢查該多個(gè)相關(guān)結(jié)果的最大值是否超過具有初始電平的臨界值；以及 如果決定該多普勒頻率被干擾污染，則提升該臨界值至比該初始電平高的 預(yù)定電平。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)處理方法，其特征在于， 多個(gè)特定多普勒頻率的碼片假定的該多個(gè)相關(guān)結(jié)果同時(shí)進(jìn)行計(jì)算。
12. —種相關(guān)器，包含積分模塊，用以計(jì)算特定多普勒頻率的多個(gè)碼片假定的相關(guān)結(jié)果；以及 處理器，用以分析該多個(gè)相關(guān)結(jié)果，以決定該特定多普勒頻率是否被干擾 所污染。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的相關(guān)器，其特征在于，更包含計(jì)算單元用以 計(jì)算該多個(gè)相關(guān)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)值，其中該處理器通過將該統(tǒng)計(jì)值與參考值進(jìn)行比 較決定該特定多普勒頻率是否^^皮干擾所污染。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的相關(guān)器，其特征在于，該統(tǒng)計(jì)值可以選自該多 個(gè)相關(guān)結(jié)果的平均值，該多個(gè)相關(guān)結(jié)果的總和值以及該多個(gè)相關(guān)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差 值中之一者。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的相關(guān)器，其特征在于，該多個(gè)假定碼片包含該 特定多普勒頻率所有碼片假定中的一部分。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的相關(guān)器，其特征在于，該多個(gè)假定碼片包含該 特定多普勒頻率所有碼片假定。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的相關(guān)器，其特征在于，該處理器檢查在該多個(gè) 相關(guān)結(jié)果中是否存在超過預(yù)定數(shù)目的峰，并產(chǎn)生檢查結(jié)果；以及根據(jù)該檢查結(jié)果以決定該特定多普勒頻率是否被干擾所污染，其中當(dāng)存在 超過該預(yù)定數(shù)目的峰時(shí)，決定該特定多普勒頻率被干擾污染。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的相關(guān)器，其特征在于，被污染的多普勒頻率的 每?jī)煞逯g的差異比預(yù)定值要小。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的相關(guān)器，其特征在于，被污染的多普勒頻率的 每?jī)煞逯g的比率比預(yù)定值要小。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的相關(guān)器，其特征在于，該處理器檢查該多個(gè)相 關(guān)結(jié)果的最大值是否超過具有初始電平的臨K直；以及如果判斷該多普勒頻率被干擾污染，則提升該臨界值至比該初始電平高的 升高后的預(yù)定電平。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的相關(guān)器，其特征在于，該處理器檢查該多個(gè)相 關(guān)結(jié)果的最大值是否超過該升高后的預(yù)定電平以決定是否完成獲取操作。
22. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的相關(guān)器，其特征在于，該積分模塊同時(shí)計(jì)算多個(gè)特定多普勒頻率的碼片^^定的相關(guān)結(jié)果。
全文摘要
一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)處理方法，包含接收全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)；計(jì)算特定多普勒頻率的多個(gè)碼片假定的多個(gè)相關(guān)結(jié)果；以及分析相關(guān)結(jié)果，以決定特定多普勒頻率是否被干擾所污染。通過本發(fā)明，可以很容易的檢查出多普勒頻率范圍是否被干擾。除此之外，如果確定該多普勒頻率范圍被干擾，可以通過將信號(hào)搜尋臨界值提升至一更高值來降低信號(hào)峰的錯(cuò)誤決定的可能性。
文檔編號(hào)G01S19/29GK101458317SQ200810100658
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者李冠儀, 游宗樺, 陳安邦 申請(qǐng)人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司