專利名稱：全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System ;GPS)，特別是涉及 一種全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法。
背景技術(shù)：
全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也稱為全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System ;GPS)。全 球定位系統(tǒng)已從以前僅限于軍事用途與工業(yè)用途，隨著科技的不斷進步，開始開發(fā)其應(yīng)用 在各種民生用途上。一般來說，GPS的產(chǎn)品主要是指應(yīng)用于各種用途的GPS接收器，例如航 空、航海用途的接收器、汽車導(dǎo)航設(shè)備、用于登山、休閑的手持式接收器等類型的通訊產(chǎn)品。 而一般GPS產(chǎn)品的組成部分主要包括了內(nèi)部的天線、芯片組，以及外部的按鍵、顯示面板等 相關(guān)零組件。 GPS接收器是利用環(huán)繞在地球周圍的衛(wèi)星進行位置確定。 一般，GPS接收器需要取 得至少三顆衛(wèi)星的信號，才能計算出當(dāng)前位置的經(jīng)緯坐標。當(dāng)GPS接收器要取得目前的位 置時，GPS接收器會比較從每顆衛(wèi)星所傳送來的時間。而這些時間的差距可告訴GPS接收 器，其與每顆衛(wèi)星距離多遠，即可以求得當(dāng)前位置。 在GPS接收器接收到的衛(wèi)星信號中，包含有假隨機數(shù)碼及星歷資料。假隨機數(shù)碼 用來識別那顆衛(wèi)星正傳送的數(shù)據(jù)。而星歷數(shù)據(jù)則告訴GPS接收器每顆衛(wèi)星在一整天中應(yīng)有 的位置，因此每顆衛(wèi)星所傳送的星歷數(shù)據(jù)呈現(xiàn)了衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)。在星歷數(shù)據(jù)中包含有星 歷表用以紀錄每顆衛(wèi)星持續(xù)傳送下來的信息，例如衛(wèi)星的狀態(tài)、目前的數(shù)據(jù)及時間等。
GPS接收器進行衛(wèi)星搜尋，以達到定位的過程可分為冷開機(cold start)、暖開機 (warm start)、熱開機(warm start)三禾中方式。 所謂冷開機，亦即是開機后GPS接收器第一次執(zhí)行定位程序。也就是說，GPS接收 器中完全沒有星歷數(shù)據(jù)。此時，GPS接收器會一一搜尋每顆衛(wèi)星，并且下載一連串的星歷資 料，直到取得全部的星歷數(shù)據(jù)，并完成定位。 一般來說，完整的取得星歷數(shù)據(jù)到定位完成至 少需要12分鐘。 所謂暖開機，亦即是一般開機程序，包括有GPS接收器自我測試、取得精確星歷數(shù) 據(jù)至定位完成。于此，GPS接收器會存儲最后關(guān)機時所在地點的衛(wèi)星分布圖(即星歷數(shù)據(jù))， 以便用以下次暖開機時預(yù)測星歷數(shù)據(jù)，也就是預(yù)測衛(wèi)星在軌道上的位置。因此，下一次開機 時，就不需一一搜尋衛(wèi)星位置，可根據(jù)上一次關(guān)機時紀錄的星歷數(shù)據(jù)來預(yù)測現(xiàn)在衛(wèi)星在軌 道上的位置，但是預(yù)測的星歷數(shù)據(jù)并不精確也不能定位。 一般來說，暖開機到完成重新定位 的時間為40秒。 所謂熱開機，亦即是GPS關(guān)閉不久后開啟的程序或是接收衛(wèi)星信號不佳，GPS接收 器需重新取部份的星歷數(shù)據(jù)來達到定位功能。 一般來說，熱開機后到完成重新定位的時間 為10秒至20秒。 所以不管是什么開機的情況，GPS接收器會發(fā)生的情況有完全沒有星歷數(shù)據(jù)、有星 歷數(shù)據(jù)但沒正確時間或所在位置而導(dǎo)致星歷數(shù)據(jù)不正確必須重新取得星歷數(shù)據(jù)而重新定
4位。 另外，還有一種情況的發(fā)生需重新取得定位數(shù)據(jù)，即進入睡眠狀態(tài)下的GPS接收 器。當(dāng)使用者在一段時間內(nèi)沒有給GPS接收器任一指令時，GPS接收器會自動進入睡眠狀 態(tài)，當(dāng)使用者需要再次執(zhí)行導(dǎo)航功能時，會因為離上次執(zhí)行GPS接收器的時間過長，或是距 離上次導(dǎo)航的地點過遠，而導(dǎo)致星歷數(shù)據(jù)不正確必須重新取得星歷數(shù)據(jù)而重新定位。
GPS接收器利用振蕩器來作為運作時所需的參考頻率源。在現(xiàn)有技術(shù)中，GPS接收 器所使用的振蕩器，通常是調(diào)校至某一特定頻率的高精度振蕩器，例如溫度補償石英振蕩 器(temperature compensated crystal oscillator, TCX0)等。 然而，由于振蕩器的制造質(zhì)量不一致，常會導(dǎo)致實際產(chǎn)生的中間頻率與振蕩器的 規(guī)格所給定的中間頻率不一致。因此，在進行衛(wèi)星搜尋時，雖然可依照振蕩器的規(guī)格所給定 的中間頻率，在其附近頻率范圍進行衛(wèi)星搜尋。但因為振蕩器實際產(chǎn)生的中間頻率與規(guī)格 所給定的中間頻率之間的誤差，常常需要以大范圍的頻率范圍進行衛(wèi)星搜尋，才得以搜尋 到衛(wèi)星。如此一來，GPS接收器即必須耗費相當(dāng)多的時間于初步的衛(wèi)星搜尋上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得 方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)的依照規(guī)格所給定的中間頻率進行衛(wèi)星搜尋所產(chǎn)生的一個或多個 問題。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，應(yīng) 用于一全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器，此GPS接收器具有一射頻模塊，其特征在于，該取得方 法的步驟包括 利用該射頻模塊的一規(guī)格頻率搜尋一衛(wèi)星；
以一信號頻率接收該衛(wèi)星的至少一衛(wèi)星信號； 利用接收到的該衛(wèi)星信號取得該衛(wèi)星的一星歷數(shù)據(jù)； 利用接收到的該衛(wèi)星信號計算該全球定位系統(tǒng)接收器的一所在坐標； 利用該星歷數(shù)據(jù)計算在一第一時間點時該衛(wèi)星的一第一坐標； 利用該星歷數(shù)據(jù)取得在一第二時間點時該衛(wèi)星的一第二坐標； 利用該第一時間點、該第一坐標、該第二時間點和該第二坐標計算該衛(wèi)星的一移




動速度；

值；以及


計算該移動速度于由該第一坐標到該所在坐標的位置向量上的-將該衛(wèi)星的一載波頻率乘上該投影量與一光速的比值以得到多普勒效應(yīng)的影響
將該信號頻率減掉該多普勒效應(yīng)的影響值以得到一中間頻率。 所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其中，該載波頻率為1575. 42。 所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其中，該計算該移動速度于由 -坐標到該所在坐標的位置向量上的一投影量的步驟，包括 利用下列力、
X式計算該投影3
ss' 其中，Vd為該投影量、Vs為該移動速度、A為該所在坐標、S為該第一坐標，且S'為該第二坐標。 所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其中，該利用該第一時間點、該
第一坐標、該第二時間點和該第二坐標計算該衛(wèi)星的一移動速度的步驟，包括 計算該第一坐標與該第二坐標之間的一直線距離； 計算該第一時間點與該第二時間點之間的一時間差；以及 將該直線距離除以該時間差以得到該移動速度。
所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其中，還包括 記錄該中間頻率。
所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其中，還包括
判斷該全球定位系統(tǒng)接收器是否重新搜尋該衛(wèi)星；以及 當(dāng)該全球定位系統(tǒng)接收器重新搜尋該衛(wèi)星時，依照記錄的該中間頻率重新進行該 多顆衛(wèi)星的搜尋。
所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其中，還包括 于該全球定位系統(tǒng)接收器暖開機時，依照記錄的該中間頻率重新進行該多顆衛(wèi)星
的搜尋。
所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其中，還包括 于該全球定位系統(tǒng)接收器熱開機時，依照記錄的該中間頻率重新進行該多顆衛(wèi)星
的搜尋。
所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其中，還包括 于該全球定位系統(tǒng)接收器于睡眠狀態(tài)被喚醒時，依照記錄的該中間頻率重新進行
該多顆衛(wèi)星的搜尋。 所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其中，該利用接收到的該衛(wèi)星 信號計算該全球定位系統(tǒng)接收器的一所在位置的步驟，包括 利用該衛(wèi)星信號的電碼延遲計算該全球定位系統(tǒng)接收器的該所在位置。
綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法應(yīng)用于GPS接 收器時，可提供GPS接收器相對于規(guī)格所給定的中間頻率較為精準的中間頻率，以致于GPS 接收器可在正確的搜尋頻率范圍內(nèi)做有效的搜尋。換言之，相較于以規(guī)格所給定的中間頻 率進行搜尋，應(yīng)用本發(fā)明一實施例的GPS接收器可以較小的頻率范圍進行搜尋。如此一來， 即可有效地縮短GPS接收器的衛(wèi)星搜尋時間。并且，在GPS接收器的暖開機或熱開機時，能 使GPS接收器精準的預(yù)估衛(wèi)星的所在頻率。 以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。


圖1是顯示應(yīng)用本發(fā)明一實施例的全球定位系統(tǒng)(Global PositioningSystem ; GPS)接收器； 圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法的流程 圖； 圖3是顯示于根據(jù)本發(fā)明一實施例的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法 中，各個坐標之間的關(guān)系示意圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實施《程圖。其中，附圖標記
100全球定位系統(tǒng)接收器110天線130射頻模塊150信號處理器170輸入/輸出模塊190存儲單元212衛(wèi)星214衛(wèi)星216衛(wèi)星218衛(wèi)星A所在坐標S第一坐標S，第二坐標tl第一時間點t2第二時間點9夾角Vd投影量
、、點
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步更詳細的描述。
圖1是顯示應(yīng)用本發(fā)明一實施例的全球定位系統(tǒng)(Global PositioningSystem ; GPS)接收器。 參照圖1， GPS接收器100通常包括天線110、射頻(radio frequency, RF)模塊 130、信號處理器150及輸入/輸出(input/output， I/O)模塊170。 天線110與射頻模塊130電性連接。射頻模塊130具有振蕩器。射頻模塊130可 利用振蕩器提供一特定頻率，并利用此特定頻率經(jīng)由天線110而無線連結(jié)軌道衛(wèi)星群中的 衛(wèi)星212、214、216、218。并且，于射頻模塊130與衛(wèi)星212、214、216、218形成無線連結(jié)后， 射頻模塊130經(jīng)由天線110無線接收來自衛(wèi)星212、214、216、218的衛(wèi)星信號。
信號處理器150電性連接射頻模塊130。信號處理器150具有偽隨機 (pseudoeandom，PN)電碼相位和多普勒(do卯ler)搜尋空間架構(gòu)。信號處理器150可解析 射頻模塊130所接收到的衛(wèi)星信號，用于從衛(wèi)星信號中得到各種定位信息。其中，定位信息 包含有假隨機數(shù)碼及星歷數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)。 輸入/輸出模塊170電性連接信號處理器150。輸入/輸出模塊170可提供使用 者界面和/或各種輸入和/或輸出連接端口 。 在一實施例中，GPS接收器100可為一單機裝置，亦可與其它設(shè)備(例如行動通 訊設(shè)備、計算機等)整合。
圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法。
參照圖2，此全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法可應(yīng)用于GPS接收器100。
GPS接收器100利用射頻模塊130的規(guī)格頻率(即依照射頻模塊130中振蕩器的 規(guī)格所給定的中間頻率)搜尋軌道衛(wèi)星群中的衛(wèi)星212、214、216、218(步驟310)。于此， GPS接收器100于包含規(guī)格頻率的一頻率范圍內(nèi)進行衛(wèi)星212、214、216、218的搜尋，以致于 以在此頻率范圍內(nèi)的一信號頻率與衛(wèi)星212形成無線連結(jié)。 于形成無線連結(jié)后，射頻模塊130經(jīng)由天線110以此信號頻率無線接收來自的衛(wèi) 星212的至少一衛(wèi)星信號(步驟320)。 請一并參照圖3，信號處理器150解析接收到的衛(wèi)星信號，以利用接收到的衛(wèi)星信 號取得衛(wèi)星212完整的星歷數(shù)據(jù)，并利用衛(wèi)星信號的電碼延遲(codedelay)計算在第一時 間點tl時GPS接收器100的所在位置(即，所在坐標A)(步驟330)。 并且，利用取得的星歷數(shù)據(jù)計算在第一時間點tl時衛(wèi)星212的第一坐標S及在第 二時間點t2時衛(wèi)星212的第二坐標S'(步驟340)。 再利用第一時間點tl、第一坐標S、第二時間點t2和第二坐標S'計算衛(wèi)星212的 移動速度Vs，如公式一 (步驟350)。vs = V(X2陽XI)2 + (Y2 - Yl)2 + (Z2 - Zl)2 /(t2 - tl)公式一 其中，衛(wèi)星212于第一時間點tl時的第一坐標S為(X1，Y1，Z1)，且于第二時間點 t2時的第二坐標S'為(X2， Y2， Z2)。 換言之，于此可先計算第一坐標S與第二坐標S'之間的直線距離，以及計算第一 時間點tl與第二時間點t2之間的時間差。然后，再將計算得的直線距離除以時間差即可 得到移動速度Vs。 并且，計算由第一坐標S到所在坐標A的第一位置向量S (如公式二 )，以及計算 由第一坐標S到第二坐標S'的第二位置向量^"'(如公式三)，用于計算出移動速度Vs于 由第一坐標S到所在坐標A的位置向量^X上的投影量Vd(如公式四)(步驟360)。

<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，e為位置向量&與位置向量§^'的夾角。 將衛(wèi)星的載波頻率乘上投影量Vd與光速的比值以得到多普勒效應(yīng)的影響值，并 將信號頻率CF減掉多普勒效應(yīng)的影響值以得到中間頻率IF，如公式五(步驟370)。
IF = CF-1575. 42XVd/C 公式五 其中，1575.42為衛(wèi)星的載波頻率，且C為光速(即，299792458m/s (每秒公尺))。 于此，多普勒效應(yīng)的影響值即為1575. 42XVd/C。 于此，GPS接收器100可還具有一存儲單元190，用以記錄計算得的中間頻率(步 驟380)，如圖l及圖4所示。 并且，當(dāng)GPS接收器100重新搜尋衛(wèi)星時，GPS接收器100即可依照存儲單元190中記錄的中間頻率重新進行衛(wèi)星的搜尋。參照圖1及圖4，如步驟390，判斷GPS接收器100 是否重新搜尋衛(wèi)星。若GPS接收器100重新搜尋衛(wèi)星(S卩，圖標中的"是")，GPS接收器IOO 可依照記錄的中間頻率重新進行衛(wèi)星的搜尋(步驟400)。 其中，GPS接收器100可于暖開機、熱開機或由睡眠狀態(tài)被喚醒時重新進行衛(wèi)星的 搜尋，以取得正確的星歷數(shù)據(jù)并完成重新定位。 于此，可通過軟件或固件程序內(nèi)建于GPS接收器100的存儲單元190中，再由GPS 接收器100的處理器執(zhí)行內(nèi)建的軟件或固件程序來實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的全球定位系統(tǒng)的精 準中間頻率的取得方法。其中，存儲單元190可由一個或數(shù)個存儲器而實現(xiàn)。此處理器可 為上述的信號處理器150，亦可為另外設(shè)置的一控制器。 綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法應(yīng)用于GPS接 收器時，可提供GPS接收器相對于規(guī)格所給定的中間頻率較為精準的中間頻率，以致于GPS 接收器可在正確的搜尋頻率范圍內(nèi)做有效的搜尋。換言之，相較于以規(guī)格所給定的中間頻 率進行搜尋，應(yīng)用本發(fā)明一實施例的GPS接收器可以較小的頻率范圍進行搜尋。如此一來， 即可有效地縮短GPS接收器的衛(wèi)星搜尋時間。并且，在GPS接收器的暖開機或熱開機時，能 使GPS接收器精準的預(yù)估衛(wèi)星的所在頻率。 當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變 形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
一種全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，應(yīng)用于一全球定位系統(tǒng)接收器，該全球定位系統(tǒng)接收器具有一射頻模塊，其特征在于，該取得方法的步驟包括利用該射頻模塊的一規(guī)格頻率搜尋一衛(wèi)星；以一信號頻率接收該衛(wèi)星的至少一衛(wèi)星信號；利用接收到的該衛(wèi)星信號取得該衛(wèi)星的一星歷數(shù)據(jù)；利用接收到的該衛(wèi)星信號計算該全球定位系統(tǒng)接收器的一所在坐標；利用該星歷數(shù)據(jù)計算在一第一時間點時該衛(wèi)星的一第一坐標；利用該星歷數(shù)據(jù)取得在一第二時間點時該衛(wèi)星的一第二坐標；利用該第一時間點、該第一坐標、該第二時間點和該第二坐標計算該衛(wèi)星的一移動速度；計算該移動速度于由該第一坐標到該所在坐標的位置向量上的一投影量；將該衛(wèi)星的一載波頻率乘上該投影量與一光速的比值以得到多普勒效應(yīng)的影響值；以及將該信號頻率減掉該多普勒效應(yīng)的影響值以得到一中間頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其特征在于，該 載波頻率為1575. 42。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其特征在于，該 計算該移動速度于由該第一坐標到該所在坐標的位置向量上的一投影量的步驟，包括其中，Vd為該投影量、Vs為該移動速度、A為該所在坐標、S為該第一坐標，且S'為該 第二坐標。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其特征在于，該 利用該第一時間點、該第一坐標、該第二時間點和該第二坐標計算該衛(wèi)星的一移動速度的 步驟，包括計算該第一坐標與該第二坐標之間的一直線距離； 計算該第一時間點與該第二時間點之間的一時間差；以及 將該直線距離除以該時間差以得到該移動速度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其特征在于，還 包括記錄該中間頻率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其特征在于，還 包括判斷該全球定位系統(tǒng)接收器是否重新搜尋該衛(wèi)星；以及當(dāng)該全球定位系統(tǒng)接收器重新搜尋該衛(wèi)星時，依照記錄的該中間頻率重新進行該多顆 衛(wèi)星的搜尋。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其特征在于，還 包括于該全球定位系統(tǒng)接收器暖開機時，依照記錄的該中間頻率重新進行該多顆衛(wèi)星的搜利用下列公式計算該投影量Vd = VSX尋。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其特征在于，還包括于該全球定位系統(tǒng)接收器熱開機時，依照記錄的該中間頻率重新進行該多顆衛(wèi)星的搜尋。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其特征在于，還包括于該全球定位系統(tǒng)接收器于睡眠狀態(tài)被喚醒時，依照記錄的該中間頻率重新進行該多 顆衛(wèi)星的搜尋。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球定位系統(tǒng)的精準中間頻率的取得方法，其特征在于，該利用接收到的該衛(wèi)星信號計算該全球定位系統(tǒng)接收器的一所在位置的步驟，包括 利用該衛(wèi)星信號的電碼延遲計算該全球定位系統(tǒng)接收器的該所在位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全球定位系統(tǒng)(GPS)的精準中間頻率的取得方法，應(yīng)用于一GPS接收器。首先，利用GPS接收器的射頻模塊的規(guī)格頻率搜尋衛(wèi)星，并且以一信號頻率接收衛(wèi)星的衛(wèi)星信號。利用接收到的衛(wèi)星信號取得完整的星歷數(shù)據(jù)，并且計算GPS接收器的所在坐標。再利用取得的星歷數(shù)據(jù)計算衛(wèi)星在第一時間點時的第一坐標和在第二時間點時的第二坐標。然后，利用第一時間點、第一坐標、第二時間點和第二坐標計算衛(wèi)星的移動速度及移動速度于由第一坐標到所在坐標的位置向量上的投影量。最后，利用信號頻率、衛(wèi)星的載波頻率、計算得的投影量及光速來求得精準的中間頻率。
文檔編號G01S5/02GK101770013SQ200810187780
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者陳宏升 申請人:華晶科技股份有限公司