偽距誤差估算方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了偽距誤差估算方法和系統(tǒng)。該方法包括根據(jù)獲取到的多個衛(wèi)星的中頻信號數(shù)據(jù)產(chǎn)生對應于所述多個衛(wèi)星中的一個衛(wèi)星的多個C/A碼；基于所述中頻信號數(shù)據(jù)對所述多個C/A碼進行自相關運算得出多個自相關值，所述多個C/A碼包括第一對準C/A碼，相對于所述第一對準C/A碼前移了的多個前移C/A碼，和相對于所述第一對準C/A碼后移了的多個后移C/A碼；獲取所述第一對準C/A碼的第一碼片偏移時間和所述多個自相關值中最大自相關值對應的第二對準C/A碼的第二碼片偏移時間；以及根據(jù)所述第一碼片偏移時間、所述第二碼片偏移時間和所述多個自相關值計算所述一個衛(wèi)星的偽距誤差。該方法可消除偽距誤差以增加偽距測量設備的精確度，并且提高偽距測量設備的偽距測量速度。
【專利說明】偽距誤差估算方法和系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及偽距測量【技術領域】，特別涉及一種用于校正偽距的偽距誤差估算方法和系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]GPS (Global Posit1ning System ;全球定位系統(tǒng))的定位過程需要測量本地GPS系統(tǒng)的位置與衛(wèi)星之間的大概距離，此距離可稱為“偽距”。在無線信道中，由于反射或者折射等原因，衛(wèi)星與本地GPS系統(tǒng)之間的信號經(jīng)由多種不同的路徑傳輸，這些路徑稱為“多徑”。在本地GPS系統(tǒng)成功捕獲并且跟蹤衛(wèi)星發(fā)射的中頻信號后(例如:本地擴頻碼與該中頻信號中的數(shù)據(jù)對準時)，本地GPS系統(tǒng)基于中頻信號中的數(shù)據(jù)可計算本地GPS系統(tǒng)與該衛(wèi)星之間的偽距。然而，計算所得的偽距包含了因多徑所而引起的誤差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種偽距誤差估算方法和系統(tǒng)，用來計算偽距誤差、消除偽距誤差的影響以增加偽距測量設備的精確度，并且提高偽距測量設備的偽距測量速度。
[0004]本發(fā)明一個實施例提供一種偽距誤差估算方法，包括:根據(jù)獲取到的多個衛(wèi)星的中頻信號數(shù)據(jù)產(chǎn)生對應于所述多個衛(wèi)星中的一個衛(wèi)星的多個擴頻碼；基于所述中頻信號數(shù)據(jù)對所述多個擴頻碼進行自相關運算得出多個自相關值，所述多個擴頻碼包括第一對準擴頻碼，相對于所述第一對準擴頻碼前移了的多個前移擴頻碼，和相對于所述第一對準擴頻碼后移了的多個后移擴頻碼；獲取所述第一對準擴頻碼的第一碼片偏移時間和所述多個自相關值中最大自相關值對應的第二對準擴頻碼的第二碼片偏移時間；以及根據(jù)所述第一碼片偏移時間、所述第二碼片偏移時間和所述多個自相關值計算所述一個衛(wèi)星的偽距誤差。
[0005]本發(fā)明另一個實施例提供一種偽距誤差估算系統(tǒng)，包括:自相關值產(chǎn)生電路，用于根據(jù)獲取到的多個衛(wèi)星的中頻信號數(shù)據(jù)產(chǎn)生對應于所述多個衛(wèi)星中的一個衛(wèi)星的多個擴頻碼，并且基于所述中頻信號數(shù)據(jù)對所述多個擴頻碼進行自相關運算得出多個自相關值，所述多個擴頻碼包括第一對準擴頻碼，相對于所述第一對準擴頻碼前移了的多個前移擴頻碼，和相對于所述第一對準擴頻碼后移了的多個后移擴頻碼；以及誤差估算電路，連接至所述自相關值產(chǎn)生電路，用于獲取所述第一對準擴頻碼的第一碼片偏移時間和所述多個自相關值中最大自相關值對應的第二對準擴頻碼的第二碼片偏移時間，并且根據(jù)所述第一碼片偏移時間、所述第二碼片偏移時間和所述多個自相關值計算所述一個衛(wèi)星的偽距誤差。
[0006]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的偽距誤差估算方法和系統(tǒng)消除了偽距誤差對偽距測量的影響、增加了偽距測量設備的偽距計算精確度，以及提高了偽距測量設備的偽距計算速度。
[0007]最后應當說明的是，以上實施例僅用來說明本發(fā)明而非限制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細的說明，以使本發(fā)明的特性和優(yōu)點更為明顯。
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的偽距測量設備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的偽距誤差估算系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于計算時間差所進行的自相關運算的中頻信號數(shù)據(jù)和多個擴頻碼的組合示意圖；
[0012]圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的自相關值與碼片時間軸上的時間的關系示意圖；
[0013]圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的誤差估算電路的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0014]圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的偽距誤差估算方法的流程示意圖。

【具體實施方式】
[0015]以下將對本發(fā)明的實施例給出詳細的說明。盡管本發(fā)明通過這些實施方式進行闡述和說明，但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實施方式。相反，本發(fā)明涵蓋后附權(quán)利要求所定義的發(fā)明精神和發(fā)明范圍內(nèi)的所有替代物、變體和等同物。在以下對本發(fā)明的詳細描述中，為了提供一個針對本發(fā)明的完全的理解，闡明了大量的具體細節(jié)。然而，本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對于大家熟知的方案、流程、元件和電路未作詳細描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的偽距測量設備100的結(jié)構(gòu)示意圖。偽距測量設備100包括誤差估算系統(tǒng)110和連接至誤差估算系統(tǒng)110的偽距計算系統(tǒng)104。誤差估算系統(tǒng)110 (例如:環(huán)路跟蹤器)可接收來自多個衛(wèi)星的中頻信號(Intermediate Frequencysignal ；IF signal) 102，從中頻信號102中獲取所述多個衛(wèi)星的中頻信號數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些中頻信號數(shù)據(jù)計算表示偽距誤差的時間差106。偽距計算系統(tǒng)104利用基帶的捕獲和跟蹤環(huán)路等方法粗略計算本地GPS系統(tǒng)位置與衛(wèi)星之間的偽距(可稱為:粗算偽距)，根據(jù)時間差106計算偽距誤差(例如:將時間差106乘以信號傳播速度得出所述偽距誤差)，并且從所述粗算偽距中去除所述偽距誤差得出校正偽距108。所述信號傳播速度可以是GPS信號在衛(wèi)星和本地GPS系統(tǒng)之間的傳播速度(例如:光速、或光速與諸如大氣層、空氣灰塵、空氣濕度等相關因素結(jié)合所得的速度)。其中，誤差估算系統(tǒng)110包括自相關值產(chǎn)生電路112和連接至自相關值產(chǎn)生電路112的誤差估算電路116。自相關值產(chǎn)生電路112根據(jù)獲取到的多個衛(wèi)星的中頻信號數(shù)據(jù)產(chǎn)生對應于所述多個衛(wèi)星中的一個衛(wèi)星的多個擴頻碼(Coarse/Acquisit1n code ；C/A code),基于中頻信號數(shù)據(jù)對所述多個擴頻碼進行自相關運算(或自相關函數(shù)運算；Auto-correlat1n Funct1n Calculat1n)得出多個自相關值(或自相關函數(shù)值;ACF值)114。所述自相關運算將結(jié)合圖2來描述。誤差估算電路116根據(jù)這些自相關值114計算表示偽距誤差的時間差106。因此，偽距計算系統(tǒng)104可以根據(jù)計算所得的偽距誤差來校正粗算偽距，得到矯正偽距108。
[0017]在圖1的舉例中，誤差估算電路116將計算所得的時間差106提供給偽距計算系統(tǒng)104，偽距計算系統(tǒng)104進一步的根據(jù)時間差106計算偽距誤差并且校正粗算偽距。然而，本發(fā)明不局限于此，在另一實施例中，誤差估算電路116將計算所得的時間差乘以上述信號傳播速度以計算偽距誤差，并將所述偽距誤差提供給偽距計算系統(tǒng)104。偽距計算系統(tǒng)104進一步的根據(jù)所述偽距誤差校正粗算偽距。
[0018]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的偽距的誤差估算系統(tǒng)110的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2將結(jié)合圖1、圖3和圖4進行描述。在圖2的舉例中，誤差估算系統(tǒng)110的自相關值產(chǎn)生電路112是一種環(huán)路跟蹤器。但在另一個實施例中，自相關值產(chǎn)生電路112可以為另外一種結(jié)構(gòu)的電路。如圖2所不，自相關值廣生電路112 (例如:/[目號環(huán)路跟蹤器)包括乘法器(Multiplier) 238、乘法器(Multiplier) 240、相干積分清零電路(Coherent Integrate-and-Dump circuit) 220、比特同步解調(diào)和信噪比評估電路(Bitsynchronizat1n Demodulat1n and SNR Evaluat1n circuit)222、鎖相環(huán)和鎖頻環(huán)電路(Phase-locked loop and Frequency-locked loop circuit)224、求模電路(Sqrt (I2+Q2))226、(一個比特周期的)累加器(Accumulator) 228、SRAM存儲器230、非相干積分清零電路(Noncoherent Integrate-and-Dump circuit) 232、多路復用器(Mult ip lexer) 234、以及延遲鎖定環(huán)電路(Delay-locked loop circuit) 236。
[0019]在一個實施例中，自相關值產(chǎn)生電路112 (可具體為環(huán)路跟蹤器)接收中頻信號102，截取中頻信號102中的一段數(shù)據(jù)(例如:一個導航比特周期的數(shù)據(jù))，將所述數(shù)據(jù)存儲起來。自相關值產(chǎn)生電路112進一步基于所述已存儲的一段數(shù)據(jù)與延遲鎖定環(huán)電路236產(chǎn)生的多個移位擴頻碼(C/A code)進行“自相關運算”或“自相關函數(shù)運算”。舉例說明，自相關值產(chǎn)生電路112將所述已存儲的一段數(shù)據(jù)乘以本地載波信號242 (包括兩個正交載波信號:一個正弦信號sin和一個余弦信號cos)產(chǎn)生乘積結(jié)果，再將所述乘積結(jié)果與延遲鎖定環(huán)電路236產(chǎn)生的每個擴頻碼進行內(nèi)積運算(又稱為:點積運算、或點乘運算)以產(chǎn)生內(nèi)積結(jié)果的同相分量I和正交分量Q。例如:圖2中的相干積分清零電路220產(chǎn)生所述內(nèi)積結(jié)果的同相分量I和正交分量Q，并將同相分量I和正交分量Q提供給求模電路226。求模電路226對該同相分量I和正交分量Q進行求模運算(412+ Q2 )得出自相關值114。
[0020]如上所述，延遲鎖定環(huán)電路236可產(chǎn)生多個移位擴頻碼，用于與所述已存儲的一段數(shù)據(jù)進行的上述自相關運算。這些移位擴頻碼包括第一對準擴頻碼P (Prompt C/Acode)，相對于第一對準擴頻碼P前移了的多個前移擴頻碼EpE2、…、EN1(Early C/A code),和相對于所述第一對準擴頻碼后移了的多個后移擴頻碼U、L2、…、Ln2 (Late C/A code),其中NI和N2為正整數(shù)。在一個實施例中，自相關值產(chǎn)生電路112 (可具體為環(huán)路跟蹤器)通過跟蹤中頻信號102中的數(shù)據(jù)獲得與中頻信號數(shù)據(jù)對準的擴頻碼(Prompt C/A code)，可稱為“第一對準擴頻碼P”。在一個實施例中，前移擴頻碼EpE2、…、En1、第一對準擴頻碼P和后移擴頻碼U、L2、…、Ln2中，相鄰的兩個擴頻碼之間的時間間隔為一個或多個本地時鐘周期(Clock Per1d)。所述本地時鐘周期可以是對中頻信號102的中頻信號數(shù)據(jù)進行采樣的采樣時鐘周期。自相關值產(chǎn)生電路112基于所述中頻信號數(shù)據(jù)分別對前移擴頻碼EpE2、…、En1、第一對準擴頻碼P和后移擴頻碼U、L2、…、Ln2進行自相關運算得出多個自相關值114。
[0021]舉例說明，圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于計算表示偽距誤差的時間差106所進行的自相關運算的中頻信號數(shù)據(jù)(IF數(shù)據(jù))和擴頻碼P、E1, E2,…、E16, L1, L2,…、L16的組合示意圖。所述IF數(shù)據(jù)可以為上述已存儲的一段數(shù)據(jù)。圖3將結(jié)合圖2和圖4進行描述。
[0022]在圖3的舉例中，一個擴頻碼包(簡稱為C/A包)包括1023個碼片(chip) Cl、C2、…、C1023。在一個實施例中，一個碼片的時間由衛(wèi)星發(fā)射系統(tǒng)決定，例如:一個碼片的時間為(1Χ10-6/1.23)秒。每個碼片所包含的采樣點個數(shù)(例如:數(shù)據(jù)的位數(shù))取決于本地時鐘的采樣頻率。舉例說明，本地時鐘的采樣頻率可以是，但不限于，16.3676MHz,因此每個碼片包括近似16個本地時鐘的采樣點。
[0023]如圖3和圖4所不,前移擴頻碼Ejg對于第一對準擴頻碼P移位了

【權(quán)利要求】
1.一種偽距誤差估算方法，其特征在于，所述偽距誤差估算方法包括: 根據(jù)獲取到的多個衛(wèi)星的中頻信號數(shù)據(jù)產(chǎn)生對應于所述多個衛(wèi)星中的一個衛(wèi)星的多個擴頻碼； 基于所述中頻信號數(shù)據(jù)對所述多個擴頻碼進行自相關運算得出多個自相關值，所述多個擴頻碼包括第一對準擴頻碼，相對于所述第一對準擴頻碼前移了的多個前移擴頻碼，和相對于所述第一對準擴頻碼后移了的多個后移擴頻碼； 獲取所述第一對準擴頻碼的第一碼片偏移時間和所述多個自相關值中最大自相關值對應的第二對準擴頻碼的第二碼片偏移時間；以及 根據(jù)所述第一碼片偏移時間、所述第二碼片偏移時間和所述多個自相關值計算所述一個衛(wèi)星的偽距誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽距誤差估算方法，其特征在于，所述偽距誤差估算方法還包括: 利用環(huán)路跟蹤器獲得所述第一對準擴頻碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽距誤差估算方法，其特征在于，所述多個前移擴頻碼、所述第一對準擴頻碼和所述多個后移擴頻碼中，相鄰的兩個擴頻碼之間的時間間隔為一個或多個時鐘周期。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽距誤差估算方法，其特征在于，所述根據(jù)所述第一碼片偏移時間、所述第二碼片偏移時間和所述多個自相關值計算所述一個衛(wèi)星的偽距誤差，具體包括: 選擇相對于所述第二對準擴頻碼前移了的一個或多個前移擬合擴頻碼和相對于所述第二對準擴頻碼后移了的一個或多個后移擬合擴頻碼； 根據(jù)所述第二碼片偏移時間、所述第二對準擴頻碼對應的自相關值、所述前移擬合擴頻碼的碼片偏移時間、所述前移擬合擴頻碼對應的自相關值、所述后移擬合擴頻碼的碼片偏移時間、和所述后移擬合擴頻碼對應的自相關值計算表示自相關值與碼片偏移時間的關系的多個參數(shù)； 計算所述多個參數(shù)確定的曲線函數(shù)的最大值對應的對應偏移時間； 確定所述對應偏移時間和所述第一碼片偏移時間的差以獲得表示所述偽距誤差的時間差；以及 將所述時間差乘以信號傳播速度得出所述偽距誤差。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的偽距誤差估算方法，其特征在于，所述一個或多個前移擬合擴頻碼、所述第二對準擴頻碼和所述一個或多個后移擬合擴頻碼中，相鄰的兩個擴頻碼之間的時間間隔為一個或多個時鐘周期。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的偽距誤差估算方法，其特征在于，所述多個參數(shù)確定的曲線函數(shù)包括拋物線函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的偽距誤差估算方法，其特征在于，所述選擇相對于所述第二對準擴頻碼前移了的一個或多個前移擬合擴頻碼和相對于所述第二對準擴頻碼后移了的一個或多個后移擬合擴頻碼，具體包括: 選擇相對于所述第二對準擴頻碼等間距前移的一個或多個前移擬合擴頻碼和等間距后移的一個或多個后移擬合擴頻碼以確定所述拋物線函數(shù)的所述多個參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的偽距誤差估算方法，其特征在于，所述確定所述對應偏移時間和所述第一碼片偏移時間的差以獲得表示所述偽距誤差的時間差，具體包括: 計算所述第二碼片偏移時間和所述第一碼片偏移時間的第一時間偏差； 計算所述對應偏移時間和所述第二碼片偏移時間的第二時間偏差； 將所述第一時間偏差和所述第二時間偏差疊加求的所述時間差。
9.一種偽距誤差估算系統(tǒng)，其特征在于，所述偽距誤差估算系統(tǒng)包括: 自相關值產(chǎn)生電路，用于根據(jù)獲取到的多個衛(wèi)星的中頻信號數(shù)據(jù)產(chǎn)生對應于所述多個衛(wèi)星中的一個衛(wèi)星的多個擴頻碼，并且基于所述中頻信號數(shù)據(jù)對所述多個擴頻碼進行自相關運算得出多個自相關值，所述多個擴頻碼包括第一對準擴頻碼，相對于所述第一對準擴頻碼前移了的多個前移擴頻碼，和相對于所述第一對準擴頻碼后移了的多個后移擴頻碼；以及 誤差估算電路，連接至所述自相關值產(chǎn)生電路，用于獲取所述第一對準擴頻碼的第一碼片偏移時間和所述多個自相關值中最大自相關值對應的第二對準擴頻碼的第二碼片偏移時間，并且根據(jù)所述第一碼片偏移時間、所述第二碼片偏移時間和所述多個自相關值計算所述一個衛(wèi)星的偽距誤差。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的偽距誤差估算系統(tǒng)，其特征在于，自相關值產(chǎn)生電路分別將所述多個擴頻碼與相同的中頻信號數(shù)據(jù)進行自相關運算得出所述多個自相關值。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的偽距誤差估算系統(tǒng)，其特征在于，所述偽距誤差估算系統(tǒng)還包括環(huán)路跟蹤器，用于獲得所述第一對準擴頻碼。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的偽距誤差估算系統(tǒng)，其特征在于，所述多個前移擴頻碼、所述第一對準擴頻碼和所述多個后移擴頻碼中，相鄰的兩個擴頻碼之間的時間間隔為一個或多個時鐘周期。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的偽距誤差估算系統(tǒng)，其特征在于，所述誤差估算電路選擇相對于所述第二對準擴頻碼前移了的一個或多個前移擬合擴頻碼和相對于所述第二對準擴頻碼后移了的一個或多個后移擬合擴頻碼，根據(jù)所述第二碼片偏移時間、所述第二對準擴頻碼對應的自相關值、所述前移擬合擴頻碼的碼片偏移時間、所述前移擬合擴頻碼對應的自相關值、所述后移擬合擴頻碼的碼片偏移時間、和所述后移擬合擴頻碼對應的自相關值計算表示自相關值與碼片偏移時間的關系的多個參數(shù)，計算所述多個參數(shù)確定的曲線函數(shù)的最大值對應的對應偏移時間，確定所述對應偏移時間和所述第一碼片偏移時間的差以獲得表示所述偽距誤差的時間差，并且將所述時間差乘以信號傳播速度得出所述偽距誤差。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的偽距誤差估算系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個前移擬合擴頻碼、所述第二對準擴頻碼和所述一個或多個后移擬合擴頻碼中，相鄰的兩個擴頻碼之間的時間間隔為一個或多個時鐘周期。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的偽距誤差估算系統(tǒng)，其特征在于，所述多個參數(shù)確定的曲線函數(shù)包括拋物線函數(shù)，所述誤差估算電路選擇相對于所述第二對準擴頻碼等間距前移的一個或多個前移擬合擴頻碼和等間距后移的一個或多個后移擬合擴頻碼以確定所述拋物線函數(shù)的所述多個參數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13偽距誤差估算系統(tǒng)，其特征在于，所述誤差估算電路計算所述第二碼片偏移時間和所述第一碼片偏移時間的第一時間偏差，計算所述對應偏移時間和所述第二碼片偏移時間的第二時間偏差，并且將所述第一時間偏差和所述第二時間偏差疊加求的所述時間差。
【文檔編號】G01S19/21GK104181553SQ201310199808
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月24日
【發(fā)明者】高科 申請人:凹凸電子（武漢）有限公司