專(zhuān)利名稱(chēng)：信號(hào)處理的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種處理信號(hào)的方法與裝置，例如用于通信系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，尤其是本發(fā)明涉及的處理信號(hào)的方法與裝置可以消除由于多路徑引起的任何誤差或者至少使之減小。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，本發(fā)明涉及到導(dǎo)航系統(tǒng)。
從原理上說(shuō)，由發(fā)射機(jī)到接收機(jī)之間的通信包含由發(fā)射機(jī)發(fā)射出由信息信號(hào)通過(guò)調(diào)幅或調(diào)頻的方式編碼調(diào)制的載波信號(hào)的發(fā)射，以及由接收機(jī)接收編碼的信號(hào)的接收。在接收機(jī)中，為了獲得其中的信息，對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解碼。發(fā)射時(shí)刻與接收時(shí)刻間的信號(hào)傳播所經(jīng)過(guò)的時(shí)間取決于發(fā)射機(jī)與接收機(jī)間的距離以及載波信號(hào)的傳播速度，這也是眾所周知的。
實(shí)際上，載波信號(hào)到達(dá)接收機(jī)不僅僅是通過(guò)視距這樣直接地傳播，而且還通過(guò)諸如建筑物，山，云，大氣層等等這些客觀物體中的一個(gè)或多個(gè)的反射而達(dá)到接收機(jī)。由于經(jīng)過(guò)反射的傳播路徑總是長(zhǎng)于視距，因此，經(jīng)過(guò)反射傳播時(shí)間總是比信號(hào)經(jīng)過(guò)視距傳播所需的時(shí)間要長(zhǎng)，也就是說(shuō)反射的信號(hào)總是相對(duì)于直接傳播的信號(hào)有一定的延時(shí)。接收機(jī)不能夠分辨直接信號(hào)與反射信號(hào)，由接收機(jī)接收的直接信號(hào)與由接收機(jī)的反射信號(hào)的結(jié)合如果不是失真的信號(hào)將被處理，然而，該所說(shuō)的結(jié)合信號(hào)明顯地包含相對(duì)于發(fā)射的信號(hào)的誤差。這就是公知的“多路徑”問(wèn)題。多路徑也可由衍射引起的。
上述種類(lèi)的通信通常用于很多種的應(yīng)用，在大部分的應(yīng)用中它一般希望用于減小由于多路徑產(chǎn)生的誤差。然而減小誤差對(duì)其非常重要的一種應(yīng)用是導(dǎo)航。例如是衛(wèi)星導(dǎo)航，本發(fā)明將參照導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行描述，不過(guò)應(yīng)明確地表示了本發(fā)明不局限這樣的使用。
在上下文的本應(yīng)用中，導(dǎo)航是根據(jù)用通信信號(hào)確定物體與基準(zhǔn)位置間的距離的原理。一個(gè)基準(zhǔn)站，例如一個(gè)衛(wèi)星，它發(fā)射由與所說(shuō)的物體有關(guān)的接收機(jī)接收的信號(hào)。通過(guò)測(cè)量信號(hào)的傳播時(shí)間，可以計(jì)算出該物體至基準(zhǔn)站的距離。類(lèi)似地，該物體至第二個(gè)和盡可能多的基準(zhǔn)站的距離也可以計(jì)算。在靜止的基準(zhǔn)站情況下，基準(zhǔn)站的位置是不變的，而且可以加進(jìn)接收機(jī)作為常數(shù)值。在非靜止的基準(zhǔn)站的情況下，例如是衛(wèi)星。該信號(hào)包含有關(guān)基準(zhǔn)站位置的信息。因此，基準(zhǔn)站的位置對(duì)于接收機(jī)是“公知”的，所以可以計(jì)算出物體的準(zhǔn)確的位置。
上述過(guò)的已知類(lèi)型的導(dǎo)航系統(tǒng)命名為GPS(全球定位系統(tǒng))和勞蘭-C(遠(yuǎn)距離導(dǎo)航系統(tǒng)-C)這些系統(tǒng)例如用于海洋上的船只和由接近機(jī)場(chǎng)的飛機(jī)使用。為了更詳盡地描述這些系統(tǒng)，將參考下列的出版物“衛(wèi)星數(shù)字通訊”作者J.J.Spilker，1977年在新澤西prentice Hall發(fā)表;
“全球?qū)Ш紾PS用戶(hù)指南”，作者N.Ackroyd和R.Lorimer，1990年在倫敦發(fā)表在倫敦出版社的Lloyd′s上;
“無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)”，作者B.Forsell，1991年在prenticeHall上發(fā)表(ISBN0-13-75058-6);
從上述的應(yīng)用中可以清楚地看到精確度是極為重要的，并且由于多路徑引起的誤差應(yīng)當(dāng)消除或者至少要盡可能地減小。
因此，本發(fā)明的主要目的是消除多路徑引起的誤差。
根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生出的方法和裝置用于處理接收的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的這一些目的，所說(shuō)的方法和裝置具有檢測(cè)存在多路徑的能力以及確定視覺(jué)信號(hào)的基值以及多路徑信號(hào)基值的能力。本發(fā)明的方法和裝置于是從接收的信號(hào)去除多路徑信號(hào)的基值，從而保留了一個(gè)未受干擾的視覺(jué)信號(hào)距。因此，使用這個(gè)非受干擾的視覺(jué)信號(hào)距，可以確定從信號(hào)源到接收機(jī)信號(hào)傳播所用的準(zhǔn)確的時(shí)間。
參照附圖通過(guò)對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的討論，更詳細(xì)地描述和解釋本發(fā)明。


圖1示出了使用本發(fā)明的情景;
圖2示出了不失真的導(dǎo)航信號(hào)的形狀;
圖3示出了相關(guān)運(yùn)算;
圖4示出了相關(guān)函數(shù)的理想化的形狀以及處理導(dǎo)航信號(hào)的通常的方法;
圖5示出了多路徑信號(hào)三個(gè)相關(guān)函數(shù)峰的組合以及通常的方法的缺點(diǎn);
圖6示出了本發(fā)明最佳方法所采取的步驟;
圖7a圖示了相關(guān)函數(shù)的理想化的形狀，以及本發(fā)明的處理導(dǎo)航信號(hào)的方法;
圖7b圖示了輔助函數(shù)的形狀;
圖8示出了本發(fā)明的作用;
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)裝置的實(shí)例;
圖10示出了實(shí)際中的相關(guān)函數(shù)的形狀。
圖1示出了在海上的一個(gè)船1和發(fā)射信號(hào)4的衛(wèi)星2。用以產(chǎn)生和發(fā)射信號(hào)的衛(wèi)星設(shè)備一般用3表示。衛(wèi)星設(shè)備3的結(jié)構(gòu)不構(gòu)成本發(fā)明的一部分，該結(jié)構(gòu)的知識(shí)對(duì)于理解本發(fā)明不是必要的。因此對(duì)衛(wèi)星2和衛(wèi)星設(shè)備3不作進(jìn)一步的討論。只要說(shuō)衛(wèi)星2可以是當(dāng)前所使用的GPS衛(wèi)星就夠了。
為了當(dāng)前的討論，將忽略信號(hào)4包含攜帶信息的數(shù)據(jù)，而且只考慮導(dǎo)航信號(hào)5調(diào)制在信號(hào)4的載波上。圖2示出了由設(shè)備3發(fā)射的導(dǎo)航信號(hào)5的形狀。在圖2中，縱坐標(biāo)表示的信號(hào)強(qiáng)度I，單位是任意的，橫坐標(biāo)表示時(shí)間t。導(dǎo)航信號(hào)5是以單個(gè)脈沖形式表現(xiàn)的，例如在勞蘭-C系統(tǒng)中所使用的(曲線A)，或者導(dǎo)航信號(hào)5是以一序列的脈沖形式出現(xiàn)的(曲線B)，例如用于GPS系統(tǒng)中。圖2示出的導(dǎo)航信號(hào)5是周期性地發(fā)射的，在上述系統(tǒng)中周期P是1ms(毫秒)。它表示在時(shí)間軸的tO瞬時(shí)每個(gè)信號(hào)周期開(kāi)始發(fā)射，該時(shí)刻是非常準(zhǔn)確地規(guī)定的，它是由系統(tǒng)的時(shí)鐘控制的。
圖3中的曲線A表示了在較大的時(shí)間尺度下的GPS導(dǎo)航信號(hào)5，這里只示出了該信號(hào)的第一部分。GPS導(dǎo)航信號(hào)5構(gòu)成了包含預(yù)定的代碼位數(shù)的偽隨機(jī)噪聲碼。為了使碼位與數(shù)據(jù)位相區(qū)分，通常稱(chēng)碼位為“缺口”(chip)，每個(gè)缺口可以有兩個(gè)可能的值，即+1或-1。在GPS系統(tǒng)中所說(shuō)的預(yù)定數(shù)是1023。在下面各自的缺口將稱(chēng)之為C(1)，C(2)，……C(1023)。每一個(gè)衛(wèi)星2都有由一組C(1)，C(2)，……C(1023)所規(guī)定的它自己的特征碼。
在船1上的接收機(jī)10至少具有一個(gè)代碼發(fā)生器，它可以使之產(chǎn)生對(duì)應(yīng)具體衛(wèi)星2的特征碼的基準(zhǔn)信號(hào)。通常，接收機(jī)10裝備有一個(gè)存儲(chǔ)器，多個(gè)衛(wèi)星的特征碼的信息存儲(chǔ)在這個(gè)存儲(chǔ)器上，所以，操作員只需指明那個(gè)衛(wèi)星是他感興趣的，而且接收機(jī)10的代碼發(fā)生器將自動(dòng)地產(chǎn)生對(duì)應(yīng)所感興趣的具體的衛(wèi)星的特征碼的基準(zhǔn)信號(hào)(調(diào)整代碼發(fā)生器)。
如上所述圖3和圖4示出了檢測(cè)將稱(chēng)之為延遲時(shí)間τ0的信號(hào)4的傳播時(shí)間的原理。圖3的曲線A示出了作為由衛(wèi)星2發(fā)射的導(dǎo)航信號(hào)5，也就是C(1)的開(kāi)始與時(shí)間周期的開(kāi)始時(shí)間t0相重合。因此，圖3的曲線A也可以認(rèn)作由接收機(jī)10的代碼發(fā)生器產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)的體現(xiàn)。曲線B表示在接收機(jī)10的輸入端11接收的導(dǎo)航信號(hào)5′(不存在噪聲和多路徑)，也就是C(1)的開(kāi)始相對(duì)時(shí)間t0延遲了時(shí)間τ0。應(yīng)當(dāng)注意到在圖3中載波和數(shù)據(jù)沒(méi)有示出。
為了確定延遲時(shí)間τ0，與接收機(jī)10有關(guān)的未示出的控制裝置提供了一個(gè)本地基準(zhǔn)信號(hào)6，它和基準(zhǔn)信號(hào)5相同，但是偏移了一個(gè)確定的偏移時(shí)間τ。這個(gè)本地基準(zhǔn)信號(hào)6由圖3的曲線C表示。
為了確定是否該(已知的)偏移時(shí)間τ等于該(未知的)時(shí)間延遲τ0，所說(shuō)的控制裝置將本地基準(zhǔn)信號(hào)6與在接收機(jī)10的輸入端11接收的導(dǎo)航信號(hào)5′相比較。更具體地說(shuō)，控制裝置6執(zhí)行本地基準(zhǔn)信號(hào)6和接收的導(dǎo)航信號(hào)5′的乘法運(yùn)算，也就是本地基準(zhǔn)信號(hào)6逐點(diǎn)地和接收的導(dǎo)航信號(hào)5′相乘。因此，該結(jié)果信號(hào)在圖3中由曲線D表示，并且稱(chēng)之為乘積信號(hào)7，該結(jié)果信號(hào)被平均，也就是乘積信號(hào)7在足夠大的時(shí)間內(nèi)積分以便提供乘積信號(hào)7的平均值M(τ)。
乘積信號(hào)7只能取+1或-1的值，這取決于信號(hào)6和5′的值是否彼此相同或者不同。因此，乘積信號(hào)7的平均值M(τ)將是+1和-1間的一個(gè)值，由于乘積信號(hào)7的形狀依賴(lài)于偏移時(shí)間τ，M(τ)的準(zhǔn)確的值取決于偏移時(shí)間τ的選擇值。由于導(dǎo)航信號(hào)5是偽隨機(jī)碼，對(duì)于偏移時(shí)間τ的大部分值，平均值M(τ)將幾乎是零，如果偏移時(shí)間τ接近延遲時(shí)間τ0，平均值M(τ)將顯著地不同于零。在理想的情況下，如果偏移時(shí)間等于延遲時(shí)間τ0，所說(shuō)的平均值M(τ)將等于1。圖3中的曲線E表示作為偏移時(shí)間τ的函數(shù)的平均值M(τ)的這個(gè)特性，這個(gè)函數(shù)稱(chēng)之為相關(guān)函數(shù)8。
預(yù)先已知相關(guān)函數(shù)8的準(zhǔn)確的形狀，并且取決于談?wù)撝械男l(wèi)星的具體的代碼。在圖3中的曲線E，所示形狀是理想的三角形。三角形的寬W是已知的常數(shù)值，對(duì)于實(shí)際的意義，等于兩倍的缺口的持續(xù)時(shí)間;因此，相關(guān)函數(shù)8完全由它的最大值的坐標(biāo)(τ0)，M(τ0)所確定，這里的τ0是確定相關(guān)于時(shí)間周期開(kāi)始的相關(guān)函數(shù)8的位置的相關(guān)參量。
它表明實(shí)際中的相關(guān)函數(shù)8不是圖3的曲線E所示的理想的三角形，但或多或少是彎曲的、如圖10所示，它取決于接收機(jī)的特性。
此外，它還表明，例如在勞蘭-C系統(tǒng)中，在每個(gè)時(shí)間周期只有一個(gè)具有預(yù)定形狀的導(dǎo)航信號(hào)脈沖而不是偽隨機(jī)碼被發(fā)射;如前面討論的，導(dǎo)航信號(hào)脈沖本身可以替代相關(guān)函數(shù)8。
在下文中，結(jié)合在較大的比例上表示相關(guān)函數(shù)8的圖4解釋用于檢測(cè)和確定傳播時(shí)間τ0的在通常的接收機(jī)中的一般的方法，首先，對(duì)于偏移時(shí)間τ的第一個(gè)數(shù)值t1產(chǎn)生本地基準(zhǔn)信號(hào)6，而且可以計(jì)算對(duì)應(yīng)的乘積信號(hào)7的平均值M(t1)。其次，對(duì)偏移時(shí)間的第二個(gè)值t1+△t產(chǎn)生本地基準(zhǔn)信號(hào)6，并且計(jì)算出對(duì)應(yīng)的乘積信號(hào)7的平均值M(t1+△t)。在這里由△t表示的取樣間隔是常數(shù)值。
從分別的M(t1)和M(t1+△t)數(shù)值可以計(jì)算出誤差信號(hào)ε1＝M(t1)-M(t1+△t)。這個(gè)誤差信號(hào)用以控制本地基準(zhǔn)信號(hào)6的偏移時(shí)間，所以當(dāng)隨后對(duì)兩個(gè)值t2和t2+△t計(jì)算出平均值M(τ)時(shí)，誤差信號(hào)ε2＝M(t2)-M(t2+△t)小于ε1。這一公知的延遲鎖定環(huán)(DLL)的過(guò)程是連續(xù)進(jìn)行的，因此在實(shí)際中的任何具體的瞬時(shí)ε≈0，并且基于相關(guān)函數(shù)8的峰假設(shè)是對(duì)稱(chēng)的，可以根據(jù)下面的公式計(jì)算出傳播時(shí)間τ0，τ0＝t1+1/2△t。
通常這個(gè)方法的嚴(yán)重缺點(diǎn)在于計(jì)算的傳播時(shí)間τ0不足夠精確，結(jié)合圖5可以給以說(shuō)明，圖示的相關(guān)函數(shù)23的形狀是相關(guān)函數(shù)24與相關(guān)函數(shù)25和26組合而成，相關(guān)函數(shù)24是用作通過(guò)視距接收的導(dǎo)航信號(hào)5′，相關(guān)函數(shù)25和26是用作通過(guò)反射而接收的導(dǎo)航信號(hào)5′。反射峰25和26的傳播時(shí)間τ1和t2大于視距峰24的傳播時(shí)間τ0，所示的他們分別的最大值A(chǔ)1和A2小于視距峰24的最大值A(chǔ)0。反射峰25和26的寬度W1和W2基本上等于視距峰24的寬度W0。
在通常的方法中，相關(guān)函數(shù)23的處理是當(dāng)作不存在多路徑的，也就是相關(guān)函數(shù)23是基于它是不失真的相關(guān)函數(shù)的假設(shè)而進(jìn)行處理的。通常的方法，例如可以導(dǎo)致I(tx)和I(tx+△tx)滿(mǎn)足誤差信號(hào)ε的停止準(zhǔn)則，而且傳播時(shí)間τx可以按τx＝tX+1/2△tx計(jì)算，這將很明顯地看出τx不等于視距峰24的傳播時(shí)間τ0。
實(shí)際上，由于在有多路徑的時(shí)候峰23是不對(duì)稱(chēng)的，用通常方法計(jì)算的時(shí)間τx甚至不是峰23的最大值位置的準(zhǔn)確估算。為了在峰的較高位置上取樣峰23，在通過(guò)減小△t的這方面改進(jìn)通常的方法。這例如能導(dǎo)致I(ty)和I(ty+△ty)滿(mǎn)足誤差信號(hào)的停止準(zhǔn)則，按照τy＝ty+1/2△ty計(jì)算傳播時(shí)間τy，τy較接近峰23的最大值位置的估算，但是仍然不等于τO。
實(shí)際上，雖然對(duì)通常的方法進(jìn)行改進(jìn)，以致精確計(jì)算峰23的最高點(diǎn)，如圖5中所示情形中得出正確的τO值用于通常的方法也是由于其內(nèi)在的原因而不可能，在圖5中可以清楚地看到，組合峰23的最大值相對(duì)視距峰24的最大值偏移了。
在圖5中已表明這些峰表現(xiàn)的是理想的形式，也就是尖銳的峰頂，然而，如前所提示的，在實(shí)際中峰頂是彎曲的，這將引起相關(guān)于τ0的傳播時(shí)間的計(jì)算數(shù)值的偏差進(jìn)一步地增加。
本發(fā)明是基于存在多路徑的情況下對(duì)導(dǎo)航信號(hào)5′和相關(guān)函數(shù)23的實(shí)際形狀的數(shù)學(xué)上的理解。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面消除了多路徑的影響，或者至少使之減至最小，這是通過(guò)對(duì)接收的導(dǎo)航信號(hào)5′的相關(guān)函數(shù)23的完整的形狀的測(cè)量，估算多路徑引起的對(duì)相關(guān)函數(shù)的影響以及視距對(duì)相關(guān)函數(shù)的作用，和由計(jì)算出來(lái)的視距對(duì)相關(guān)函數(shù)的作用計(jì)算傳播時(shí)間τ0。
在隨后的討論中將解釋P(t)是表示導(dǎo)航信號(hào)5的一個(gè)函數(shù)，它對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)在接收機(jī)10中的存儲(chǔ)器中的基準(zhǔn)信號(hào)。這里假設(shè)反射信號(hào)(多路徑)Mac對(duì)接收的導(dǎo)航信號(hào)5′的相關(guān)函數(shù)23有影響;并且每個(gè)所說(shuō)的反射函數(shù)Mac可以由函數(shù)xi(t)＝ai·p(t-τi)·cos(ωt+θi)表示，其中ai是下標(biāo)為i的信號(hào)的幅度;
τi是下標(biāo)為i的信號(hào)的遲延時(shí)間;
θi是下標(biāo)為i的信號(hào)的相位;
ω是導(dǎo)航信號(hào)的載波信號(hào)的角頻率。
然而，在有多路徑的傳播情況下，由接收機(jī)10所接收的實(shí)際的導(dǎo)航信號(hào)5′可以寫(xiě)作r(t)=Σi=0Macxi(t)+n(t)=Σi=0Macai·P(t-τi)·cos(ω t+θi)+n(t)]]>(1)這里的下標(biāo)i＝0表示視距信號(hào)，而下標(biāo)i＝1，2……Mac表示多路徑信號(hào)。此外，n(t)表示噪聲分量。
實(shí)際上信號(hào)xi(t)也被數(shù)據(jù)信號(hào)乘，它通過(guò)將該信號(hào)與估算數(shù)據(jù)信號(hào)相乘而使之除去。在該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很清楚，這是由于數(shù)據(jù)信號(hào)必須從通常的固有的延遲鎖定環(huán)系統(tǒng)中除去。為了簡(jiǎn)化表示，數(shù)據(jù)信號(hào)在公式(1)中省略了。
可以觀察到ai，τi，θi是公知的變量，這些變量用下標(biāo)i來(lái)表示信號(hào)，而且它隨時(shí)間而變化。根據(jù)最大值可能性估計(jì)理論，公知參數(shù)ai，τi，和θi的最好的估算 和 是那些數(shù)值，那些值求極小值L[S(t)]，求極小值定義為L(zhǎng) ［s(t)］=∫OT［r(t)-s(t)］2dt]]>(2)這里的S(t)定義為 在實(shí)際中它表明，這里的信號(hào)是取樣的，上面的積分運(yùn)算可以由在一確定時(shí)間間隔所有的樣品值的和所替代。
與以上等效的準(zhǔn)則是L(S(t))的所有偏導(dǎo)數(shù)是零?？梢钥吹竭@個(gè)準(zhǔn)則將滿(mǎn)足 這里的 {X}定義為對(duì)于X(τ)，τ的數(shù)值具有它的整體的最大Rx(τ)=2T∫OTr(t)·P(t-τ)·exp(-jω t)dt]]>是同相(實(shí)部)和正交(虛部)下變頻相關(guān)函數(shù)，對(duì)應(yīng)前面討論過(guò)的實(shí)例的組合相關(guān)函數(shù)23;而且R(τ)是同相(實(shí)部)和正交(虛部)基準(zhǔn)相關(guān)函數(shù)，對(duì)應(yīng)在前面實(shí)例討論過(guò)的正交函數(shù)8，所定義的相關(guān)函數(shù)將出現(xiàn)在實(shí)際的接收機(jī)中，并且對(duì)其歸一化，以致在該峰的最大值是1而相位是0，如圖3所示。根據(jù)本發(fā)明最好是在基準(zhǔn)相關(guān)函數(shù)的測(cè)量時(shí)不存在噪聲和多路徑，而使用一個(gè)信號(hào)模擬器，以及這個(gè)形狀作為基準(zhǔn)相關(guān)函數(shù)存儲(chǔ)在接收機(jī)的存儲(chǔ)器中，例如以表格的形式或者以表示所說(shuō)形狀的函數(shù)的形式。
我們將可以清楚的看到，一旦方程(4)解出，本發(fā)明的目的就達(dá)到了，這是由于視距信號(hào)的延遲時(shí)間τ0可以認(rèn)為是通過(guò) 準(zhǔn)確計(jì)算而得的。然而，方程(4)為Mac的具體值表示了最佳參數(shù) 間的迭代關(guān)系。雖然使用迭代矩陣計(jì)算在理論上可以直接解方程(3)，這種逼近將花費(fèi)很多計(jì)算時(shí)間，完全使用極快速的以及大型的昂貴的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使得實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)僅僅成為可能。
根據(jù)本發(fā)明的更實(shí)際的過(guò)程里，參照?qǐng)D6描述對(duì)方程(4)的迭代計(jì)算。
在第1步驟101中，根據(jù)公式R0(τ)＝RX(0651)，第1峰相關(guān)函數(shù)R0(τ)逼近并等于RX(τ)。
在第2步驟102中，用以后要描述的一種方式計(jì)算出作為在R0(τ)中的最大峰的最佳值的參數(shù) 和 。
在第3步驟103中，根據(jù)公式 從RX(τ)中減去所說(shuō)的計(jì)算的參數(shù) 和 的基值而輸出第2個(gè)峰函數(shù)R1(τ)。
在第4步驟104中，計(jì)算的參數(shù) 和 作為R1(τ)中的最大峰的最佳值在第5步驟105中，根據(jù)公式 從RX(τ)中減去所說(shuō)的計(jì)算的參數(shù) 和 的基值以得出第一峰相關(guān)函數(shù)R0(τ)的新的近似。
在第6步驟106中，計(jì)算出新的參數(shù) 和 作為在第5步驟中計(jì)算出來(lái)的新的近似RO(τ)中的最大峰值最佳數(shù)值。
第3，4，5和6步驟重復(fù)進(jìn)行直至適當(dāng)?shù)耐Ｖ箿?zhǔn)則201得以滿(mǎn)足。對(duì)于適當(dāng)?shù)耐Ｖ箿?zhǔn)則201的一個(gè)實(shí)例，所說(shuō)的步驟可以重復(fù)預(yù)定的次數(shù)，例如是10。然而，也可能重復(fù)所說(shuō)的步驟直到參數(shù) 和 根據(jù)預(yù)定的收斂準(zhǔn)則收斂，這也是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所清楚的。證明得出好的結(jié)果的收斂準(zhǔn)則檢測(cè)在相繼的兩個(gè)迭代步驟間是否估算的延遲 和/或 的變化小于0.1毫微秒(ns)。
在這一點(diǎn)上，對(duì)于兩個(gè)信號(hào)為接收的導(dǎo)航信號(hào)5′提供估算的基值 和 ，如 為同相/正交下變頻相關(guān)函數(shù)RX(τ)提供的估算的基值R0(τ)和R1(τ)，如 假如對(duì)第三個(gè)信號(hào)的估算的基值被計(jì)算出來(lái)，根據(jù)公式 ，如在第七步驟107中，從RX(τ)中減去參數(shù) 和 的計(jì)算的基值以輸出第三峰相關(guān)函數(shù)R2(τ)。
在第8步驟108中，計(jì)算的參數(shù) 作為R2(τ)中最大峰的最佳值在第9步驟109中，計(jì)算出的新的參數(shù) 作為
中的最大峰的最佳值。
在第10步驟110中，使用在第9步驟中計(jì)算出來(lái)的 計(jì)算出新的參數(shù)τ0，a0，θ0作為在 中的最大峰的最佳值。
在第11步驟111中，使用在第9步驟中計(jì)算的 和在第10步驟中計(jì)算的 計(jì)算新的參數(shù) 作為在 中的最大峰的最佳值。
重復(fù)第9，10，11的步驟直至停止準(zhǔn)則202得以滿(mǎn)足，它可以等效于停止準(zhǔn)則201。
以模擬的方式，第4個(gè)峰的基值以及最初的三個(gè)峰的新的值可以迭代地計(jì)算。然后第5個(gè)峰值的基值以及首先的四個(gè)峰的新值可以迭代地計(jì)算，等等，這也是這個(gè)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所清楚的。
以不同方式描述，所有信號(hào)的基值不是從開(kāi)始就同時(shí)計(jì)算的，但是僅有一個(gè)信號(hào)的基值首先計(jì)算，然后第2信號(hào)的基值加在其上，而且兩個(gè)信號(hào)的基值是最佳的，然后加上第3個(gè)信號(hào)，而且所有三個(gè)信號(hào)的基值是最佳的，等等，可以連續(xù)進(jìn)行這一過(guò)程直至所有的信號(hào)Mac+1的基值計(jì)算出來(lái)。然而，它表明在實(shí)際中實(shí)際出現(xiàn)的多路徑信號(hào)的數(shù)目Mac事先是不知的，甚至不必是常數(shù)。因此，在上述過(guò)程的每個(gè)周期以后當(dāng)M+1信號(hào)的基值被計(jì)算出來(lái)后，這里的M被認(rèn)為是多路徑基值的個(gè)數(shù)，如果M小于Mac，多路徑誤差不能充分地消除，否則，如果M大于Mac，增加了的噪聲誤差將被引進(jìn)。所以為了解決這個(gè)問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明，依次讓M＝0，1，2……Mmax，最好解方程(4)，如前面所解釋的，一旦適當(dāng)?shù)耐Ｖ箿?zhǔn)則得以滿(mǎn)足，就停止這個(gè)迭代處理過(guò)程，或者當(dāng)M＝Mmax，不論哪一個(gè)首先出現(xiàn)。為了防止計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)，Mmax是用于迭代處理過(guò)程的作為一個(gè)上限的預(yù)定的固定的數(shù)值。適當(dāng)?shù)臄?shù)值例如Mmax＝3或Mmax＝4。
這已表明，在上述描述的過(guò)程中，第一個(gè)計(jì)算的峰最好是具有下標(biāo)0，反之，先前的下標(biāo)0是用以指示視距峰的，而該峰不必對(duì)應(yīng)首先計(jì)算的峰。在下面，將再次用下標(biāo)0指示視距的峰。它表明，在上述過(guò)程完成以后，對(duì)應(yīng)視距峰的一組參數(shù)很容易識(shí)別出來(lái)，這是由于它是有 最小值的一組參數(shù)。
一旦檢測(cè)到誤差增加，所說(shuō)的迭代處理就能停止，如由公式(5)的適當(dāng)?shù)耐Ｖ箿?zhǔn)則表示的SRP(M)≤SRR(M-1)然后，挑選對(duì)于M-1所得到的參數(shù)值作為最佳值。
在公式(5)中，根據(jù) 定義為信號(hào)-殘留比。在根據(jù)公式(7)估算了所有的參數(shù)后，這里的V(M)定義為殘留的偏差。
這里的D是延遲窗口，也就是延遲間隔，該間隔包含視距相關(guān)峰和多路徑干擾的峰。實(shí)際上，D的適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度是兩倍的缺口的延續(xù)時(shí)間，適當(dāng)?shù)腄的位置是這樣的，以使得估算的視距相關(guān)峰基本上位于D的中心，或者位于D的最先的一半之內(nèi)。這是由于僅僅在延遲值大于視距相關(guān)峰的延遲值時(shí)多路徑基值是可預(yù)計(jì)的。
這還表明了在實(shí)際中同相/正交下變頻的相關(guān)函數(shù)RX(τ)被取樣，所以公式(7)的積分運(yùn)算可用和的運(yùn)算所代替。
作為另一個(gè)停止準(zhǔn)則，可以用公式(8)代替公式(5)SRR(M)≥δ這里的δ是適當(dāng)?shù)拈撝担缈梢赃x擇它等于具體的信號(hào)-噪聲比SNR，而SNR恰恰可以導(dǎo)致能接受的誤差另一個(gè)停止準(zhǔn)則可以由公式(9)表示 這里的max(lresl)定義為在間隔D殘留函數(shù)res的最大值的絕對(duì)值，res定義為 在簡(jiǎn)單地實(shí)施本發(fā)明時(shí)，已經(jīng)證明在大多數(shù)實(shí)際情況下，Mmax選擇等于1的一個(gè)固定的數(shù)，可以產(chǎn)生足夠好的結(jié)果。在這種情形下，對(duì)于兩個(gè)最強(qiáng)的峰，即視距峰和最強(qiáng)的反射峰的近似的參數(shù)值計(jì)算出了。只有在兩個(gè)或多個(gè)反射峰的強(qiáng)度幾乎是相同的情況下剩余誤差才是實(shí)際重要的。
在下面將描述計(jì)算參數(shù) 作為相關(guān)函數(shù)Ri(τ)中的最大峰的最佳值的最佳過(guò)程，象參照例如步驟102所描述的那樣。
首先是要確定所說(shuō)的相關(guān)函數(shù)的復(fù)合取樣的那一個(gè)為[Re(Ri(τ))]2+[Im(Ri(τ))]2提供了最大值。所對(duì)應(yīng)的延遲將稱(chēng)為τmax。換言之τmax＝ (max)/(τ) {[Re(Ri(τ))]2+[Im(Ri(τ))]2} (11)從所說(shuō)的一個(gè)取樣并根據(jù)公式(12)估算相位 一旦知道了該相位，為了根據(jù)公式(13)獲得固有的調(diào)制信號(hào)，該相位將用以在輸入信號(hào)上做相位旋轉(zhuǎn)。
因此該獲得的相位調(diào)制信號(hào)用以估算延遲和幅度。
可以用各種方法估算峰的延遲 。在下面將討論兩種基本不同的方法。
首先可以使用峰的所有的取樣，以及計(jì)算這些取樣的內(nèi)差值，這是為了得到或多或少峰的形狀的連續(xù)的表現(xiàn)。然后，使用Newton-Raphson方法的公知的分析方法計(jì)算最大值的位置。如果取樣間隔滿(mǎn)足奈奎斯特準(zhǔn)則的話(huà)，這個(gè)方法提供相關(guān)于噪聲偏差最佳的延遲估算。
其次，它也可以?xún)H使用峰的小量的取樣。這種方法是基于事先要知道峰的形狀，并且最好是根據(jù)本發(fā)明，這是由于它比先前描述的方法要快得多。所說(shuō)的取樣的數(shù)目象2這么小，下面結(jié)合圖7進(jìn)行討論。
圖7A示出了一個(gè)相關(guān)函數(shù)，它可以和圖4中相關(guān)函數(shù)8相比較。峰的延遲用τ0表示，這個(gè)函數(shù)的取樣A和B表示采用兩個(gè)不同的延遲時(shí)間t1和t2，取樣間隔△τ將t1和t2分隔開(kāi)來(lái)，以致t2＝t1+△τ，測(cè)量的相關(guān)大小R′i(t1)和R′i(t2)分別用R1和R2表示。
在下面，恰恰處在t1和t2中間的延遲用τO表示，以致t1＝τC-1/2△τ和t2＝τC+1/2△τ。
另外，tC的距離用τx表示，以致t1＝τ0-τx- 1/2 △τ和t2＝τ0-τx+ 1/2 △τ。由于τ0和△τ是常數(shù)，很明顯測(cè)量的相關(guān)的數(shù)值R′i(τC- 1/2 △τ)和R′i(τC+ 1/2 △τ)可以看作是τx的函數(shù)。
用測(cè)量的相關(guān)數(shù)值R′i(τC- 1/2 △τ)和R′i(τC+ 1/2 △τ)計(jì)算形狀參數(shù)f，它是用公式(14)定義的。
f(τx)=R(τo-τx+12Δτ)-R(τo-τx-12Δτ)｜R(τo-τx+12Δτ)｜+｜R(τo-τx-12Δτ)｜]]>(14)
因此，f也是τx的函數(shù)，在圖7B中用曲線表示f(τX(jué))，垂直軸用任意的單位。很明顯，在圍繞最大值的一定的范圍內(nèi)f是連續(xù)下降的函數(shù)，它表明在每個(gè)τx的值與每個(gè)f的值之間是1∶1的關(guān)系。函數(shù)f(τ)的形狀依賴(lài)于相關(guān)函數(shù)的形狀，接收機(jī)的特性曲線和△τ的大小。如前所述，由于可以事先為每個(gè)接收機(jī)建立相關(guān)函數(shù)的形狀，也可以事先計(jì)算出函數(shù)f(τ)，計(jì)算出反函數(shù)f-1，和將該反函數(shù)存儲(chǔ)在接收機(jī)的存儲(chǔ)器中，例如作為一個(gè)表格或者多項(xiàng)式表示的形式。
在運(yùn)算期間，根據(jù)公式(14)，峰的兩個(gè)取樣值R′i(τC- 1/2 △τ)和R′i(τC+ 1/2 △τ)用來(lái)計(jì)算f。使用存儲(chǔ)的反函數(shù)f-1，接著計(jì)算τx。
于是，τ0估算為最好是t1和t1+△τ盡可能選擇接近峰。尤其是在峰的對(duì)面，這是由于它將產(chǎn)生最精確的結(jié)果。
作為另一個(gè)，可以根據(jù)公式(15)定義f。
f=R(τc+12Δτ)R(τc-12Δτ)]]>在另一個(gè)實(shí)施例中，使用4個(gè)取樣值，這里的f可以根據(jù)公式(15a)和15(b)定義
f(τx)=R(τo-τx+32Δτ)-3R(τo-τx-12Δτ)+3R(τo-τx+12Δτ)-R(τ0-τx+32Δτ)N]]>(15A)orf(τx)=R(τo-τx-2Δτ)-2R(τo-τx-Δτ)+2R(τo-τx+Δτ)-R(τ0-τx+2Δτ)N(15b)]]>這里的N是規(guī)一化參數(shù)，等于一些測(cè)量值的絕對(duì)值的和。例如，N＝｜R(τ0)｜或者N＝｜R(τ0- 1/2 △τ)｜+｜R(τO+ 1/2 △τ)｜。
在理論中，由于差分運(yùn)算起到類(lèi)似的解卷積，減小脈沖的寬度和使疊的脈沖變得更分離，那種三階差分方法提供了對(duì)多路徑不敏感的優(yōu)點(diǎn)。另一方面，在接收機(jī)中的不精確性。尤其是在本地基準(zhǔn)信號(hào)中，將更嚴(yán)重地影響實(shí)現(xiàn)結(jié)果的精確性。
作為另一個(gè)公式(13)，它可以根據(jù)例如公式(13a)或(13b)使用不相干的解調(diào)信號(hào)R′i(τ)=［Re(Ri(τ))］2+［Im(Ri(τ))］2]]>(13a)R′i(τ)=［Re(Ri(τ))］2［Im(Ri(τ))］2(13b )]]>在信號(hào)中最大峰的幅度 的估算的最快方法是簡(jiǎn)單地選擇最大的取樣值作為幅度的估算。引起的誤差可實(shí)現(xiàn)可接受的那么小，例如通過(guò)選擇△τ任意的小。也可以盡可能使用延遲 對(duì)上面所述進(jìn)行計(jì)算以控制取樣裝置，以致峰的取樣恰恰發(fā)生在(很接近)峰的計(jì)算的頂端。
為了估算幅度，也可以盡可能地使用類(lèi)似上述的有關(guān)延遲的技術(shù)。規(guī)一化峰形狀函數(shù)g可定義如下g(τ)= (R(τ))/(R(τo)) (15)使用一個(gè)測(cè)量的幅度取樣x和估算的延遲 作上述的方法計(jì)算，根據(jù)下面的公式可以估算出幅度。
作為另一個(gè)，可以使用峰的二階導(dǎo)數(shù)，根據(jù)g(τx)= (R(τo-cx-Δτ)-2R(τo-τx)+R(τo-τx+Δτ))/(N) (17)以及按照象前面描述過(guò)的有關(guān)公式(15)的類(lèi)似方法進(jìn)行。
本發(fā)明的有利影響將結(jié)合圖8通過(guò)對(duì)實(shí)例的討論給予說(shuō)明。
標(biāo)準(zhǔn)的GPS天線放置在大的建筑物的底座(或最下部)的任意位置上，在某些時(shí)間期間接收GPS的導(dǎo)航信號(hào)。這個(gè)信號(hào)同時(shí)在兩個(gè)接收機(jī)中處理，第一個(gè)接收機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)的GPS接收機(jī)，根據(jù)參照?qǐng)D4所討論的原理工作，然而，另一個(gè)接收機(jī)按照本發(fā)明的原理進(jìn)行工作。Mmax選擇等于1，當(dāng)在兩個(gè)相繼的迭代步驟間 的變化小于0.1ns，或者10個(gè)迭代步驟之后，不論那一個(gè)先發(fā)生，該迭代將被停止。(復(fù)合)取樣的數(shù)目是20。取樣間的距離，一個(gè)缺口持續(xù)時(shí)間的1/2。用作最初的10個(gè)取樣，一個(gè)缺口持續(xù)時(shí)間的1/10用作隨后的10個(gè)取樣。公式(14)用于f。積分時(shí)間是1秒。
圖8示出了兩個(gè)接收機(jī)計(jì)算出的視距峰的延遲時(shí)間τ0的起伏δT，根據(jù)公式δL＝Cδτ被轉(zhuǎn)換成距離測(cè)量δL，并相對(duì)時(shí)間t描繪出來(lái)。在時(shí)間t＝0時(shí)，計(jì)算的值用作基準(zhǔn)值，并且設(shè)為零(0);在圖8中t＞0時(shí)所描繪的值是計(jì)算的，并且是從基準(zhǔn)值中減去的值。
實(shí)線表示在標(biāo)準(zhǔn)的GPS接收機(jī)的計(jì)算中發(fā)生的起伏。由于多路徑，該計(jì)算的距離測(cè)量的起伏的極端值間相距是60米，而標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算距離測(cè)量的偏差是大于10米。
根據(jù)本發(fā)明的原理產(chǎn)生的第二接收機(jī)出現(xiàn)的起伏由虛線表示，雖然，可能是由于噪聲，計(jì)算的距離測(cè)量仍然是起伏的，極端值僅相距5米，而誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差減小到1.1米，即改進(jìn)因數(shù)為10。
下面，將結(jié)合圖9詳細(xì)描述本發(fā)明的處理裝置30的典型實(shí)施例。
如上所述接收機(jī)10包含一個(gè)輸入端(天線)11用以接收導(dǎo)航信號(hào)4。接收的信號(hào)4傳送到處理裝置30的輸入端31，輸入端31耦合到乘法器34的輸入端35。它已經(jīng)表明，如果需要，在傳送給乘法器34的第1輸入端35前，接收的信號(hào)4可以被放大和/或下變頻為一個(gè)預(yù)定的中頻，并且然后對(duì)其數(shù)字化。這是該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知道的;為了簡(jiǎn)化的緣故，放大裝置，下變頻裝置和數(shù)字化裝置在圖9中沒(méi)有表示出來(lái)。
處理裝置30包含用以產(chǎn)生頻率為ω的信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器32，發(fā)生器32的一個(gè)輸出端耦合到乘法器34的第2個(gè)輸入端36。在乘法器34中接收的信號(hào)4被解調(diào)，而且解調(diào)的接收的導(dǎo)航信號(hào)5′提供在乘法器34的輸出端37上。
它已表明將被處理的信號(hào)被處理成復(fù)合信號(hào)，為了這個(gè)原因發(fā)生器32實(shí)際上至少具有兩個(gè)輸出，提供的一個(gè)信號(hào)可以稱(chēng)為Cos(ωt)，提供的另一個(gè)信號(hào)相對(duì)第1個(gè)信號(hào)具有π/2的相位差，這個(gè)信號(hào)可以稱(chēng)為Sin(ωt)。該Cos(ωt)信號(hào)用來(lái)處理接收的信號(hào)的實(shí)(同相)部，相反Sin(ωt)用來(lái)處理接收的信號(hào)的虛(正交)部。兩種處理過(guò)程原理上是相同的。因此，為了簡(jiǎn)化的緣故，在圖9中僅示出了發(fā)生器32僅一個(gè)輸出端33，而且所說(shuō)的輸出信號(hào)的組合在以后將稱(chēng)之為exp(jωt)，這是該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所清楚的。
處理裝置30有N多個(gè)乘法器401，402，403……40N下面稱(chēng)作乘法器40k，在由1至N的間隔，k是一個(gè)整數(shù)，這里的N對(duì)應(yīng)對(duì)接收的導(dǎo)航信號(hào)5′取樣的次數(shù)。每一個(gè)乘法器40k具有第1輸入41k，第2輸入42k，和一個(gè)輸出43k。乘法器40k的每個(gè)第1輸入41k被耦合到乘法器34的輸出端37上，以接收解調(diào)的接收的導(dǎo)航信號(hào)5′r(t)·exp(jωt)。
處理裝置30有N多個(gè)積分器45k。每個(gè)積分器裝置45k有一個(gè)耦合到相關(guān)乘法器40k的輸出43k的一個(gè)輸入46k，和耦合到數(shù)字信號(hào)處理器50的輸入51k的一個(gè)輸出47k，它可以是一個(gè)計(jì)算機(jī)這是本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所清楚的。積分器裝置45k安排用以在預(yù)定的周期T期間將在它的輸入46k接收的取樣信號(hào)求和，并將該求和運(yùn)算結(jié)果送到它的輸出47k，然后從零重新開(kāi)啟新的求和運(yùn)算。
數(shù)字信號(hào)處理器50具有耦合到精確時(shí)鐘裝置54的輸出56的時(shí)鐘輸入52。另外，數(shù)字信號(hào)處理器50具有控制輸出55，它用以可控驅(qū)動(dòng)本地基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器60，發(fā)生器60具有提供本地基準(zhǔn)信號(hào)6的輸出63。本地基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器60有耦合到存儲(chǔ)器62的基準(zhǔn)輸入61，在存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存了有關(guān)導(dǎo)航信號(hào)5的特征代碼的信息，這正像前面所述的。雖然在圖9中沒(méi)有示出，存儲(chǔ)器62包含有關(guān)不同衛(wèi)星的多個(gè)特征代碼，而本地基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器60可以選擇接收僅一個(gè)所說(shuō)代碼的信息，那就可選擇地調(diào)諧到預(yù)定衛(wèi)星的導(dǎo)航信號(hào)，這也是該領(lǐng)域普通技術(shù)人員所清楚知道的。
處理裝置30包含N-1多個(gè)延遲裝置701，702，703……70N-1，在以后稱(chēng)之為延遲裝置70n，n在1至N-1的間隔中是整數(shù)。每個(gè)延遲裝置70n有一個(gè)輸入71n和一個(gè)輸出72n，該裝置安排用以在它的輸出72n提供延遲超過(guò)了延遲時(shí)間Dτn的在它的輸入端71n接收信號(hào)的復(fù)制樣板。在一個(gè)實(shí)施例中，所有的延遲裝置70n提供相同的延遲時(shí)間Dτ。這些延遲裝置串接，以致延遲裝置70n的輸入71n耦合到先前的延遲裝置70n-1的輸出72n-1。第一個(gè)延遲裝置701的輸入711耦合到本地基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器60的輸出63，它還耦合到第1乘法器401的第2個(gè)輸入421。每個(gè)延遲裝置70n的輸出72n耦合到相關(guān)的乘法器40n+1的第2個(gè)輸入42n+1數(shù)字信號(hào)處理器50被偏程以驅(qū)動(dòng)本地基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器60與由時(shí)鐘裝置54規(guī)定的時(shí)間周期準(zhǔn)確地同步。然而，正如后面解釋的，數(shù)字信號(hào)處理器50可以偏移本地基準(zhǔn)信號(hào)6的第一個(gè)缺口C(1)的開(kāi)始相對(duì)時(shí)間周期的開(kāi)始t0以一定的偏移τb，于是，每個(gè)乘法器40k在它的第2輸入42k接收本地基準(zhǔn)信號(hào)6，該信號(hào)相對(duì)時(shí)間周期的開(kāi)始tO超過(guò)偏移時(shí)間τk。
根據(jù)公式ck=τb+Σn=1k-1Dτn]]>
這個(gè)偏移的本地基準(zhǔn)信號(hào)6可以表示為pk(t)＝p(t-τK)在它的輸出43k，每個(gè)乘法器40k提供乘積信號(hào)7，它可以表示為r(t)·exp(jωt)·p(t-τK)因此，每個(gè)積分器45k在它的輸出47k提供一個(gè)信號(hào)，它表示為1T∫t=oTr(t)·exp(jω t)·P(t-τk)]]>而且它在同相/正交下變頻相關(guān)函數(shù)RX(τ)的τ＝τk處選定取樣。
所說(shuō)的取樣在每個(gè)積分周期T后被刷新，并且在它的多個(gè)輸入51k由數(shù)字信號(hào)處理器50讀出。編程的數(shù)字信號(hào)處理器50計(jì)算方程組(4)，最好是用結(jié)合圖6描述過(guò)的迭代步驟，在這步驟中實(shí)現(xiàn)了在它的輸入51k讀出所說(shuō)的取樣。在GPS系統(tǒng)的情況下，所選擇的積分周期T最好不超過(guò)10毫秒，這是為了得到適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)估算。然而，這不意味著數(shù)字信號(hào)處理器50計(jì)算整個(gè)方程組(4)絕對(duì)必須每次是10毫秒，這里只是電離層的變化起了重要的作用。對(duì)于計(jì)算方程組(4)每秒一次或者甚至常常是每次更少的時(shí)間。
更具體地說(shuō)，在一個(gè)GPS系統(tǒng)的情況中，用通常的方法估算載波相位可以是每10毫秒一次。從這個(gè)估算的相位，可以確定本地發(fā)生器的數(shù)據(jù)和頻率的偏差。因此這個(gè)確定的頻率偏差用以控制信號(hào)發(fā)生器和代碼發(fā)生器的頻率，以致他們的頻率誤差基本保持為零。以相位跳動(dòng)形式出現(xiàn)的計(jì)算的數(shù)據(jù)通過(guò)將相關(guān)取樣乘以估算的數(shù)據(jù)比特，以便從相關(guān)取樣中除去該數(shù)據(jù)，這以后被乘的相關(guān)取樣可以在1秒或更長(zhǎng)些的時(shí)間內(nèi)取平均值。為了獲得相位和延遲的精確的估算，每秒一次或者甚至常常是每次更少的時(shí)間足以能計(jì)算方程組(4)。
根據(jù)計(jì)算的相位和延遲的估算，數(shù)字信號(hào)處理器50控制發(fā)生器32和本地基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器60，發(fā)生器60最好包含數(shù)字控制的振蕩器。更具體地說(shuō)發(fā)生器32被控制，以致 近似為零。通過(guò)修正偏移τb，本地基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器60是以使峰保持在延遲窗口D的范圍內(nèi)的方法受到控制。另外，可能以這樣的方法控制本地基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器60，即接收信號(hào)相關(guān)函數(shù)的最大值相位為零。對(duì)于更多的信息，涉及到Spilker，他描述了跟蹤環(huán)和延遲鎖定環(huán)，它們被設(shè)計(jì)用以確保樣品中的一個(gè)與估算的視距峰的頂端相重合，而另外兩個(gè)樣品處在所說(shuō)峰的對(duì)稱(chēng)的周?chē)?br> 數(shù)字信號(hào)處理器50還有一個(gè)數(shù)據(jù)輸出59，它用以饋送計(jì)算的估算值給適當(dāng)?shù)娘@示裝置，諸如繪圖器，打印機(jī)或CRT，和/或給諸如這個(gè)領(lǐng)域公知的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器那樣的適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)裝置。實(shí)際上，該結(jié)果饋入計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)也接收用于一些其他的發(fā)射機(jī)的估算結(jié)果，這是為了能夠計(jì)算接收機(jī)的準(zhǔn)確的位置。這些計(jì)算與現(xiàn)存的接收機(jī)進(jìn)行的計(jì)算相同。
為了完善的緣故，它表明在實(shí)際中有兩個(gè)乘法器34，在他們各自的第2輸入端36處首先第一個(gè)接收信號(hào)Cos(ωt)，第二個(gè)接收信號(hào)Sin(ωt)，以致他們各自的輸出端37分別提供同相導(dǎo)航信號(hào)5′和正交導(dǎo)航信號(hào)5′。此外，它還表明裝置40;45和70的電路的雙重出現(xiàn)，以便分別處理同相導(dǎo)航信號(hào)5′和正交導(dǎo)航信號(hào)5′。
我們將很清楚已描述的本發(fā)明的實(shí)施例在不離開(kāi)本發(fā)明的范圍或權(quán)利要求的范圍的情況下本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以修改和改進(jìn)之。例如，在這種情況下足以能夠僅處理接收信號(hào)的實(shí)(同相)部，公式(4)簡(jiǎn)化成公式(4A) 此外，只要用于f的函數(shù)是連續(xù)地遞減或遞增函數(shù)，就可以同其他的適合函數(shù)作為已描述過(guò)的形狀參數(shù)f和g。
權(quán)利要求
1.在包含發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的信號(hào)傳輸系統(tǒng)中，在所說(shuō)的接收機(jī)內(nèi)用以處理信號(hào)的方法包括下列步驟接收信號(hào)；解調(diào)接收的信號(hào)；在多個(gè)時(shí)間τ處獲取解碼的接收的信號(hào)的取樣RX(τ)；計(jì)算多路徑引入的對(duì)解調(diào)的接收信號(hào)的基值的估算，從解調(diào)接收的信號(hào)中減去所說(shuō)的多路徑引入的基值以獲取視覺(jué)基值距對(duì)解調(diào)的接收信號(hào)的估算，和計(jì)算在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)間信號(hào)傳播所用的傳播時(shí)間τo，所說(shuō)的傳播時(shí)間τo是從計(jì)算后的視覺(jué)基值距中對(duì)所說(shuō)的解調(diào)的接收信號(hào)經(jīng)計(jì)算得到的。
2.在包含發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的信號(hào)傳輸系統(tǒng)中，在所說(shuō)的接收機(jī)內(nèi)用以處理信號(hào)的方法包括如下步驟接收信號(hào);解調(diào)接收的信號(hào);提供基準(zhǔn)信號(hào);為了獲得相關(guān)函數(shù)，用基準(zhǔn)信號(hào)對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算;在多個(gè)時(shí)間τ處得到相關(guān)函數(shù)的取樣RX(τ);計(jì)算多路徑引入基值對(duì)相關(guān)函數(shù)的估算;從相關(guān)函數(shù)減去估算的多路徑引入的基值以獲得對(duì)相關(guān)函數(shù)的視覺(jué)基值距的估算;和計(jì)算在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)間信號(hào)傳播所用的傳播時(shí)間τO，所說(shuō)的傳播時(shí)間τO是從計(jì)算的視覺(jué)基值距中對(duì)相關(guān)函數(shù)的進(jìn)行計(jì)算而得到的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的方法，其特征是所述估算步驟中還包含參數(shù) 和 的計(jì)算步驟，表示如下 在這里的Rx(τ)=2T∫OTr(t)·P(t-τ)·exp(-jω t)dt]]>中R(τ)是基準(zhǔn)相關(guān)函數(shù); 和 分別是ai，τi和θi的估算值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的方法，其特征在于所述的估算步驟中還包括表示如下的參數(shù) 和 的計(jì)算步驟 這里的 R(τ)是基準(zhǔn)相關(guān)函數(shù); 和 分別是ai，τi和θi的估算值;
5.根據(jù)權(quán)利要求3所說(shuō)的方法，其特征是這里的基準(zhǔn)相關(guān)函數(shù)在沒(méi)有噪聲和多路徑的情況下，使用信號(hào)摸擬器測(cè)量出來(lái)的，而且這里的測(cè)量的基準(zhǔn)相關(guān)函數(shù)的形狀例如是以表格的形式或以表示所說(shuō)形狀的函數(shù)的形式存儲(chǔ)在接收機(jī)的存儲(chǔ)器中。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的方法，其特征是這里的估算步驟還包括執(zhí)行如下的步驟a)計(jì)算參數(shù) 和 作為RX(τ)中的最大峰的最佳值;b)根據(jù)下列公式從RX(τ)中減去所計(jì)算出的參數(shù)τO，aO和 和 的基值R1(τ) c)計(jì)算參數(shù)τ1，a1，θ1作為R1(τ)中的最大峰的最佳值;d)根據(jù)下列公式從RX(τ)中減去計(jì)算的參數(shù)τ1，a1，θ1的基值以得出RO(τ)的新的近似值， e)計(jì)算新的參數(shù) 作為在步驟(d)中計(jì)算的新的近似值RO(τ)中的最大峰的最佳值;和f)重復(fù)步驟(b)，(c)，(d)，(e)，直到滿(mǎn)足適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)則。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所說(shuō)的方法，其特征是這里的步驟(b)，(c)，(d)，(e)重復(fù)預(yù)定的次數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所說(shuō)的方法，其特征是這里的步驟(b)，(c)，(d)，(e)重復(fù)直到 和 至少一個(gè)參數(shù)與預(yù)定的收斂準(zhǔn)則相符合。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所說(shuō)的方法，其特征是在這里為了估算對(duì)第3個(gè)信號(hào)的作用，執(zhí)行下列步驟g)根據(jù)下列公式從RX(τ)中減去計(jì)算的參數(shù) 和 的基值以得出 ， h)計(jì)算參數(shù) 作為R2(τ)中的最大峰的最佳值;i)計(jì)算新的參數(shù) 作為在 中的最大峰的最佳值;j)象在步驟(i)中的計(jì)算，使用參數(shù) 計(jì)算新的參數(shù) 作為在 中的最大峰的最佳值;k)象在步驟(i)中的計(jì)算，使用參數(shù) 計(jì)算新的參數(shù) 作為在 中的最大峰的最佳值;和l)重復(fù)(i)，(j)，(k)步驟，直到停止準(zhǔn)則得以滿(mǎn)足。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的方法，其特征是根據(jù) 從所說(shuō)的峰的一個(gè)取樣Ri(τmax)估算峰的相位 ，最好但不是必須在或者接近該峰的頂端。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的方法，其特征是還包括事先計(jì)算函數(shù)f(τX(jué))的步驟，這里的反函數(shù)f-1計(jì)算和存儲(chǔ)在接收機(jī)的存儲(chǔ)器中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所說(shuō)的方法，其特征是這里的函數(shù)f(τ(X))定義為f(τx)=R(τo-τx+12Δτ)-R(τo-τx-12Δτ)｜R(τo-τx+12Δτ)｜+｜R(τo-τx-12Δτ)｜]]>
13.根據(jù)權(quán)利要求11所說(shuō)的方法，其特征是這里的函數(shù)f定義為f=R(τc+12Δτ)R(τc-12Δτ)]]>根據(jù)權(quán)利要求11所說(shuō)的方法，其特征是這里的函數(shù)f定義為f(τx)=R(τo-τx+32Δτ)-3R(τo-τx-12Δτ)+3R(τo-τx+12Δτ)-R(τ0-τx+32Δτ)N]]>這里的N是規(guī)一化參數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所說(shuō)的方法，其特征是這里的函數(shù)f定義為f(τx)=R(τo-τx-2Δτ)-2R(τo-τx-Δτ)+2R(τo-τx+Δτ)-R(τ0-τx+2Δτ)N]]>這里的N是規(guī)一化參數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所說(shuō)的方法，其特征是這里的N等于一些測(cè)量值的絕對(duì)值的和，例如N=｜R(τo)｜orN=｜R(τo-]]>1/2 Δτ)｜+｜R(τ0+ 1/2 Δτ)｜
16.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的方法，其特征是這里的取樣RX(τ)是同時(shí)獲得的。
17.處理信號(hào)的裝置包括數(shù)字信號(hào)處理器;產(chǎn)生具有頻率為ω，表示為exp(-jω)的信號(hào)的發(fā)生器，該發(fā)生器由數(shù)字信號(hào)處理器控制。第一乘法器具有第一輸入端和第二輸入端，第一輸入耦合到接收導(dǎo)航信號(hào)，第二輸入耦合到發(fā)生器的輸出端;多個(gè)N第二乘法器，第二乘法器的每一個(gè)具有耦合到第一乘法器輸出的第一輸入端;多個(gè)N積分器裝置，每一個(gè)積分器裝置耦合到相關(guān)的第二乘法器輸出的輸入端以及耦合到數(shù)字信號(hào)處理器輸入的輸出端;本地基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器耦合到數(shù)字信號(hào)處理器的控制輸出端，并且至少具有一個(gè)輸出端提供本地基準(zhǔn)信號(hào);多個(gè)N-1延遲裝置，每一個(gè)延遲裝置具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，每個(gè)輸出端連接到相關(guān)的第二乘法器的第二輸入端;這里的所說(shuō)多個(gè)延遲裝置的第一個(gè)的輸入端耦合到本地基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的輸出端和所說(shuō)的多個(gè)第二乘法器的第一個(gè)的第二輸入端，并且這里的另一個(gè)延遲裝置的輸入耦合到先前的延遲裝置的輸出。
全文摘要
描述的處理信號(hào)的方法和裝置，在這里計(jì)算一個(gè)解調(diào)的導(dǎo)航信號(hào)的多路徑基值估算值，以及從所說(shuō)的解調(diào)后的導(dǎo)航信號(hào)中減去該估算值獲得解調(diào)后的導(dǎo)航信號(hào)的視覺(jué)基值距的估算，并且傳播時(shí)間τ
文檔編號(hào)H04B7/005GK1113619SQ9412018
公開(kāi)日1995年12月20日 申請(qǐng)日期1994年11月23日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月24日
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