專利名稱：利用輔助計算的衛(wèi)星定位的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的接收器和處理該接收器所接收的衛(wèi)星信號的方法。本發(fā)明尤其涉及全球定位系統(tǒng)(GPS)。
背景技術(shù)：
GPS是由6個不同軌道平面中的高達(dá)32顆軌道衛(wèi)星(稱為航天器，“SV”)的網(wǎng)絡(luò)所組成的基于衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計需要24顆衛(wèi)星，但更多的衛(wèi)星提供增加的覆蓋范圍。衛(wèi)星不停地移動，僅在不到24小時內(nèi)產(chǎn)生圍繞地球的兩個完整軌道。衛(wèi)星所發(fā)射的GPS信號為俗稱的直接序列擴(kuò)頻的形式，直接序列擴(kuò)頻使用以規(guī)則方式不斷重復(fù)的偽隨機(jī)碼。衛(wèi)星利用不同的擴(kuò)頻碼廣播若干信號，所述不同的擴(kuò)頻碼包括免費向公眾提供的粗/捕獲碼或C/A碼和通常為軍事應(yīng)用保留加密的精碼或P碼。C/A碼為以I. 023MHz的碼片率廣播的每一毫秒重復(fù)一次的1023位長的偽隨機(jī)碼。每個衛(wèi)星發(fā)射 可以唯一確定該衛(wèi)星的獨特的C/A碼。每個衛(wèi)星將數(shù)據(jù)消息調(diào)制在C/A碼的頂部，該數(shù)據(jù)消息包括重要信息，例如發(fā)射衛(wèi)星的詳細(xì)的軌道參數(shù)(稱為星歷)、衛(wèi)星時鐘內(nèi)的誤差信息、衛(wèi)星的狀態(tài)(正?；虿徽?、當(dāng)前日期和時間。該信息對于GPS接收器確定精確位置來說是至關(guān)重要的。每個衛(wèi)星僅發(fā)射其自身的星歷和詳細(xì)的時鐘修正參數(shù)，因此獨立的GPS接收器必須處理其打算在位置計算中使用的每個衛(wèi)星的適當(dāng)部分的數(shù)據(jù)消息。數(shù)據(jù)消息也包括所謂的歷書，歷書包括關(guān)于全部其它衛(wèi)星的不太精確的信息且不頻繁更新。歷書數(shù)據(jù)使GPS接收器能夠估計每個GPS衛(wèi)星在一天的任何時間所應(yīng)在的位置，使得接收器可以更有效地選擇搜索哪些衛(wèi)星。每個衛(wèi)星發(fā)射示出系統(tǒng)中每個衛(wèi)星的軌道信息的歷書數(shù)據(jù)。常見的實時GPS接收器讀取所發(fā)射的數(shù)據(jù)消息并保存星歷、歷書和其它數(shù)據(jù)，為不斷使用做準(zhǔn)備。為了確定位置，GPS接收器將衛(wèi)星發(fā)射信號的時間與該GPS接收器接收信號的時間進(jìn)行比較。時間差告訴GPS接收器該特定衛(wèi)星有多遠(yuǎn)。那個衛(wèi)星的星歷使GPS接收器能夠精確地確定該衛(wèi)星的位置。通過結(jié)合多個衛(wèi)星的距離測量值和多個衛(wèi)星的位置，使用三邊測量法可以獲得位置。最少利用三個衛(wèi)星，GPS接收器可以確定緯度/經(jīng)度位置(二維定位)。利用四個或更多衛(wèi)星，GPS接收器可以確定包括緯度、經(jīng)度和高度的三維位置。從衛(wèi)星接收的信息也可以用于設(shè)置(或校準(zhǔn))GPS接收器內(nèi)的實時時鐘(RTC)。通過處理來自衛(wèi)星的信號的明顯的多普勒頻移，GPS接收器也可以精確地提供行進(jìn)的速度和方向(分別指“地面速度”和“地面軌跡”)。來自衛(wèi)星的完整的數(shù)據(jù)信號包括37500位的導(dǎo)航電文，該導(dǎo)航電文以50bps發(fā)射要花費12. 5分鐘。將數(shù)據(jù)信號分成25個30s的巾貞,每巾貞具有1500位且將每巾貞分成5個6s的子幀。將每個6s的子幀分成10個30位的字。定位所需要的全部信息(星歷等)包含在每幀內(nèi)，因此GPS接收器從所謂的冷啟動開始，通常將花費約30s來產(chǎn)生定位。這通常被稱為“首次定位時間”(TTFF)。第一子幀給出時鐘校正數(shù)據(jù)，第二子幀和第三子幀給出星歷數(shù)據(jù)，歷書數(shù)據(jù)在第四子幀和第五子幀中。SV全部以相同的頻率廣播。為了區(qū)分來自特定衛(wèi)星的信號，接收器需要產(chǎn)生已知為該衛(wèi)星所使用的C/A碼的副本并校準(zhǔn)該副本，使得該副本與 輸入信號同步，主要由于所述信號在該衛(wèi)星傳輸至接收器的傳輸時間(通常約0. 07s)，該輸入信號將被延遲未知量。通常，接收器不可能精確地預(yù)測使得該副本與輸入信號同步所需要的校準(zhǔn)，所以需要某種形式的搜索，依次嘗試大量校準(zhǔn)并選擇最佳的匹配。評估大量的候選校準(zhǔn)的這個過程通常被稱為相關(guān)，因為接收器依次執(zhí)行接收信號與每個衛(wèi)星的已知C/A碼之間的相關(guān)函數(shù)，以確定所述接收信號是否包括具有來自特定SV的C/A碼的部分。必須對于多個相關(guān)計時計算該相關(guān)函數(shù)，且當(dāng)找到相關(guān)峰時，該相關(guān)峰對應(yīng)于特定計時和特定SV。所找到的計時又對應(yīng)于距所述SV的特定距離。由于接收器所觀測的衛(wèi)星信號的表觀頻率將變化，所以對于每個衛(wèi)星的C/A碼的搜索是復(fù)雜的。變化的主要起源是衛(wèi)星移動所導(dǎo)致的多普勒效應(yīng)；接收器移動所導(dǎo)致的多普勒效應(yīng)；以及接收器的頻率合成器內(nèi)的本地振蕩器(LO)單元的漂移和偏移。這意味著，C/A碼的窮盡搜索要求對于頻移范圍中的每一頻移，在相位(瞬時)位移的范圍內(nèi)計算該相關(guān)函數(shù)。因為該相關(guān)過程從信號中去除擴(kuò)頻碼，所以相關(guān)過程有時被稱為“解擴(kuò)”。所確定的碼相位，即相關(guān)函數(shù)的峰值處的計時，顯示了距離計算中使用的精確的計時信息。然而，由于每毫秒都重復(fù)該碼，所以也需要確定粗略計時。典型地，低頻重復(fù)的數(shù)據(jù)成分用于較粗略的計時估計(即，以使得能獲得GPS時間)，例如50bps的數(shù)據(jù)消息的各比特及其特定部分例如子幀頭或子幀轉(zhuǎn)換字?？傊驗榇a相位和粗略計時信息確定來自衛(wèi)星的消息的傳輸時間，所以碼相位和粗略計時信息包括“偽距”。該傳輸時間與以光速c傳輸?shù)木嚯x有關(guān)。因為衛(wèi)星的時鐘和接收器的RTC之間的相對偏移是未知的，所以這為“偽”距或相對距離(而不是真實距離)。然而，相對于全部衛(wèi)星，該偏移是相同的(因為全部衛(wèi)星的時鐘是同步的)；所以，一組不同的衛(wèi)星的偽距為三邊測量法計算計算提供足夠的信息，以確定唯一的定位。大多數(shù)GPS接收器通過“實時”處理來自衛(wèi)星的信號(即在收到所述信號時處理該信號)、報告當(dāng)時該設(shè)備的位置的方式工作。這樣的“傳統(tǒng)的”GPS接收器總是包括-天線，適用于接收GPS信號，-模擬射頻(RF)電路(通常稱為GPS前端)，其被設(shè)計成將期望信號放大、濾波并縮混到中頻(IF)，使得它們可以以通常約為幾MHz的采樣率通過適當(dāng)?shù)哪M-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，-數(shù)字信號處理(DSP)硬件，其對A/D轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的IF數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行相關(guān)處理，DSP硬件通常結(jié)合某種形式的微控制器，所述微控制器進(jìn)行控制信號處理硬件和計算期望定位所必需的“更高級別”處理。也已經(jīng)研究較少為大眾所熟知的“存儲和較遲的處理”(也稱且以下稱為“捕獲和處理”)的概念。這涉及將傳統(tǒng)天線和模擬RF電路所采集的IF數(shù)據(jù)樣本存儲在某種形式的存儲器內(nèi)，之后，在較遲的某時間(幾秒、幾分鐘、幾小時或甚至幾天)之后、且通常在處理資源更大和/或接收器不由電池供電的某其它位置處處理所存儲的IF數(shù)據(jù)樣本。這意味著，捕獲和處理接收器比實時接收器簡單很多。僅需要存儲短的樣本片段，例如，IOOms 200ms的數(shù)據(jù)值。不再需要解碼來自每個SV的(很慢的)數(shù)據(jù)消息；不需要進(jìn)行相關(guān)和確定偽距；且不需要進(jìn)行用于獲得定位的三邊測量法計算。因此，可以除去傳統(tǒng)接收器的數(shù)字信號處理硬件的大部分，降低復(fù)雜度和成本。也顯著降低電力消耗，產(chǎn)生更長的電池壽命。也提出了包括計算定位所需的DSP硬件的其它捕獲和處理接收器。在一種模式中，這樣的設(shè)備接收、采樣GPS信號，并將GPS信號存儲在存儲器中，但不處理所述GPS信號。當(dāng)切換到分隔模式時，該設(shè)備停止接收信號，而開始處理之前所存儲的那些樣本。這種設(shè)備適用于產(chǎn)生可追溯的(retrospective)軌跡,或移動的歷史記錄,例如在用戶旅行回來之后
發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種從衛(wèi)星信號樣本計算定位的方法，該方法包括獲得在第一定位的計算期間所產(chǎn)生的第一參考信息，所述第一定位為衛(wèi)星定位接收器在第一時間所計算的位置；獲得在第二定位的計算期間所產(chǎn)生的第二參考信息，所述第二定位為所述接收器在第二時間所計算的位置；接收所述接收器在第三時間所產(chǎn)生的一組衛(wèi)星信號樣本，或源自該組衛(wèi)星信號樣本的距離測量值；以及處理該組樣本或所述距離測量值以計算第三定位，其中，在第一和第二定位的計算期間所產(chǎn)生的參考信息輔助所述處理。使用這種方式，可以使所述第三定位的計算更簡單、更快、更少耗能或在其它方面更高效?？梢越M合分別源自第一和第二定位的計算的第一和第二參考信息，以便智能地支持第三定位的計算。例如，可以通過最小化關(guān)于定位的重復(fù)工作來降低計算量。本發(fā)明人認(rèn)識到，相比根據(jù)一條參考信息的預(yù)測，在許多情況下兩條或更多條參考信息是極其有利的。例如，因為兩個時間點的參考信息使信息趨勢得到考慮，所以可以實現(xiàn)更精確的預(yù)測。了解到該趨勢還可潛在地限制未知參數(shù)的搜索范圍。因此，如果利用兩條參考信息，則可以在第三定位的計算中實現(xiàn)更大的效率節(jié)約。第一和第二參考信息分別是第一和第二定位的計算的產(chǎn)物。例如，參考信息可以是定位本身；中間結(jié)果，例如距離測量值；或作為副作用的信息，例如鐘差(即接收器的時鐘和衛(wèi)星時鐘之間的差值)。優(yōu)選地，參考信息包括在第三定位的計算中可用的以降低復(fù)雜度或計算量的信息。例如，參考信息可以用于引導(dǎo)第三定位的計算中的參數(shù)。優(yōu)選地，參考信息包括可以在時間上向前或向后設(shè)計的值，以便預(yù)測適合于計算第三定位的相應(yīng)值。第一時間、第二時間和第三時間可以按照任意次序發(fā)生。術(shù)語“第一”、“第二”或“第三”不暗含優(yōu)先級。在一些實施方式中，不將樣本和距離測量值(例如碼相位或偽距)存儲在存儲器中。換言之，即時處理樣本，以計算定位，而不將樣本存儲在存儲器中。這提供實時的衛(wèi)星定位接收器。在其它實施方式中，將樣本或距離測量值存儲在存儲器中以故意延遲，以備后續(xù)處理?？梢酝ㄟ^產(chǎn)生樣本的衛(wèi)星定位接收器或所述數(shù)據(jù)所轉(zhuǎn)發(fā)到的某其它外部設(shè)備執(zhí)行該延遲的處理。這里該方法稱為“捕獲和處理”衛(wèi)星定位。一些實施方式可以使用“捕獲和處理”方法和實時定位的混合。距離測量值可以包括例如碼相位、載波相位或偽距測量值。通常，距離測量值是(隱含地或明確地)提供關(guān)于從衛(wèi)星定位接收器到定位衛(wèi)星星群中的一個衛(wèi)星的距離的某些信息的值。距離或信號的傳輸時間或抵達(dá)時間(time-of-arrival)可以表示距離測量值。許多類型的距離測量值不是絕對的或唯一的測量值，這些測量值通常具有某種程度的相對性和非單值性，例如，在擴(kuò)頻碼的一個完整重復(fù)周期(在本領(lǐng)域中稱為“碼周期(codeepoch)”)之內(nèi)，碼相位測量值本身指定(相對的)抵達(dá)時間。仍保持非單值性，觀測到衛(wèi)星數(shù)據(jù)消息的有非單值性的碼周期。因此，術(shù)語“距離測量值”應(yīng)當(dāng)理解為包括具有某種程度的非單值性的測量值和絕對的和/或唯一的距離測量值。 所述處理可以使用第一時間、第二時間和第三時間的信息，或這些時間的一個或多個相對比較。這可以包括使用時間的相對信息，例如，第一時間與第二時間、第二時間與第三時間和/或第一時間與第三時間之間的差值。相比于確定對應(yīng)的絕對時間，可以更容易準(zhǔn)確確定時間差。測量時間差可以包括測量接收用于計算定位的各組樣本之間的經(jīng)過時間。換言之，保存產(chǎn)生一組樣本的衛(wèi)星信號的到達(dá)時間和產(chǎn)生另一組樣本的衛(wèi)星信號的到達(dá)時間之間的差值的記錄。相比于通過使相應(yīng)的時間戳相減來計算差值，可更精確地測量這個差值。例如，可以通過對接收器所產(chǎn)生的振蕩信號(例如高質(zhì)量、高頻率的振蕩信號)的周期計數(shù)或通過對衛(wèi)星信號中的載波的周期計數(shù)來測量差值。為了提高精度，可以通過觀察和計算周期信號的上升和/或下降沿的數(shù)量來實現(xiàn)。優(yōu)選地，這種計算技術(shù)適用于頻率合成器所產(chǎn)生的振蕩信號，所述頻率合成器為模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換和隨后的數(shù)字處理產(chǎn)生高頻時鐘信號。這使得經(jīng)過時間的測量值受益于高頻振蕩器的間隔。優(yōu)選地，第一和第二參考信息中的每個參考信息包括下述至少一項相應(yīng)的定位；與所述定位相關(guān)的衛(wèi)星時鐘時間；所述衛(wèi)星時鐘時間和接收器時鐘時間之間的鐘差；所述接收器和衛(wèi)星之間的距離測量值；以及從衛(wèi)星所接收的信號的觀測到的多普勒頻移。優(yōu)選地，所述輔助包括根據(jù)在第一和第二時間的參考信息預(yù)測在第三時間的相應(yīng)信息。因此，所述輔助可以包括預(yù)測或估計下述一項或多項的期望值第三定位；第三時間所對應(yīng)的衛(wèi)星時鐘時間；在第三時間的鐘差；在第三時間的距離測量值；以及接收器在第三時間可以觀測的衛(wèi)星信號的多普勒頻移。相比較簡單形式的預(yù)測，例如復(fù)制在之前不同定位的計算期間所產(chǎn)生的一條參考信息，基于兩條參考信息的預(yù)測可以更復(fù)雜(且因此提供更有用的結(jié)果)。這里，使預(yù)測“基于”兩條參考信息暗含改變兩條參考信息中任一條參考信息的值可以改變預(yù)測結(jié)果。所述預(yù)測可以包括根據(jù)第一和第二時間所分別對應(yīng)的第一值和第二值，內(nèi)插或外插第三時間所對應(yīng)的第三值。
如果第三時間發(fā)生在第一和第二時間之間，則內(nèi)插發(fā)生。在這種情況下，第一參考信息來自產(chǎn)生該組樣本之前的時間；且第二參考信息來自產(chǎn)生該組樣本之后的時間。相反，如果第三時間不在第一和第二時間之間，換言之，如果第三時間在第一和第二時間之前或之后，則外插發(fā)生。內(nèi)插或外插可以使用各種各樣合適的方法。例如，內(nèi)插或外插可以為線性的或非線性的。優(yōu)選地，所述預(yù)測步驟可以包括使用行進(jìn)速度和/或方向的估計預(yù)測第三位置。速度、方向或速率的估計可以基于(例如，行進(jìn)的瞬時或平均速度或方向的)測 量?？商孢x地，可以根據(jù)GPS接收器的當(dāng)前應(yīng)用或目標(biāo)應(yīng)用的信息推斷參數(shù)，例如速度。因此，如果將接收器設(shè)備設(shè)計為用在特定追蹤中，例如走路、跑步或騎車，則可以估計最大速度。GPS接收器針對不同的活動具有不同的模式，且最大速度的估計可以基于當(dāng)前所選擇的模式。在其它時間所對應(yīng)的一個或多個另外的定位的計算期間所產(chǎn)生的參考信息可以進(jìn)一步輔助所述處理。另外的定位為接收器在這些其它時間所計算的位置。尤其是，對于非線性的內(nèi)插或外插方法，利用來自兩個以上時間點的參考信息是有用的或必須的。非線性的方法可以包括(但不限于)二次的、三次的或更高次的多項式內(nèi)插或外插；以及曲線擬合。所述輔助可以包括選擇或獲取將在處理中使用的參數(shù)。在一些情況下，所選擇的參數(shù)可以與所預(yù)測的信息(從第一和第二參考信息所預(yù)測)相同。例如，參考信息可以包括多普勒頻移；所預(yù)測的信息可以為多普勒頻移；以及在計算中所用的參數(shù)可以為多普勒頻移。在其它情況下，可以采用某種方式從所預(yù)測的信息獲得參數(shù)。例如，參考信息可以為每個(第一和第二)定位的位置坐標(biāo)；所預(yù)測的信息可以為第三定位的期望位置坐標(biāo)；以及在處理中所用的參數(shù)可以為當(dāng)解擴(kuò)該組信號樣本時用作起點的期望碼相位。在本示例中，可以也根據(jù)第三時間和相應(yīng)衛(wèi)星的運動的一些信息，從所預(yù)測的位置獲得期望碼相位。優(yōu)選地，所述參數(shù)為待在解擴(kuò)計算中使用的距離測量值或載波頻率的初始估計。例如，可以將關(guān)于期望多普勒頻移的信息與已知的衛(wèi)星發(fā)射頻率相結(jié)合，以便預(yù)測在接收器所觀測的載波頻率。這可作為執(zhí)行解擴(kuò)的相關(guān)操作(搜索)中的起點。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種處理來自衛(wèi)星定位系統(tǒng)的信號的方法，該方法包括接收第一組數(shù)據(jù)、第二組數(shù)據(jù)和第三組數(shù)據(jù)，每組包括在衛(wèi)星定位接收器中可通過對衛(wèi)星信號采樣獲得的衛(wèi)星信號的樣本，或源自該樣本的距離測量值，其中，所述第一組數(shù)據(jù)、第二組數(shù)據(jù)和第三組數(shù)據(jù)對應(yīng)第一、第二和第三時間點；處理所述第一組數(shù)據(jù)和第二組數(shù)據(jù)以獲得相應(yīng)的第一和第二定位，在該處理過程中，產(chǎn)生相應(yīng)的第一和第二參考信息；隨后根據(jù)第一方面所述的方法處理所述第三組數(shù)據(jù)。
還提供一種計算機(jī)程序，包括計算機(jī)程序編碼手段，所述計算機(jī)程序編碼手段適用于在所述程序運行于計算機(jī)上時則執(zhí)行上述方法的全部步驟，且這樣的計算機(jī)程序?qū)嵤┰谟嬎銠C(jī)可讀介質(zhì)上。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種衛(wèi)星定位接收器，該接收器包括RF前端，用于接收衛(wèi)星定位信號；模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于對所接收的信號進(jìn)行采樣以產(chǎn)生信號樣本；存儲器；和 處理器，適用于處理第一組樣本，以計算第一定位；處理第二組樣本，以計算第二定位；以及將在相應(yīng)的計算過程中所產(chǎn)生的第一和第二參考信息存儲在所述存儲器中，其中，所述處理器還用于由所述第一參考信息和所述第二參考信息輔助，來處理第三組樣本或源自所述第三組樣本的距離測量值，以計算第三定位。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種衛(wèi)星定位接收器，該接收器包括RF前端，用于接收衛(wèi)星定位信號；模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于對所接收的信號進(jìn)行采樣以產(chǎn)生信號樣本；存儲器；和處理器，適用于處理第一組樣本，以計算第一定位；處理第二組樣本，以計算第二定位；以及將在相應(yīng)的計算過程中所產(chǎn)生的第一和第二參考信息存儲在所述存儲器中，其中，所述接收器還適用于將第三組樣本或源自所述第三組樣本的距離測量值存儲在所述存儲器中，從而可以隨后由所述第一參考信息和所述第二參考信息輔助，來處理所述第三組樣本或所述距離測量值以計算第三定位。所述接收器還可以適用于從所述存儲器中檢索所存儲的第三組樣本或距離測量值；以及處理所述第三組樣本或距離測量值以計算所述第三定位，其中，所述第一和第二參考信息輔助所述處理。所述接收器可以適用于將存儲在所述存儲器中的所述第一和第二參考信息以及所述第三組樣本或所述距離測量值上傳到外部設(shè)備，以由所述外部設(shè)備處理以計算所述第
三定位。


下面將參照附圖以示例的方式描述本發(fā)明，附圖中圖I為示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的GPS接收器的方框圖；以及圖2為示出根據(jù)實施方式的方法的流程圖。
具體實施例方式圖I示出適于根據(jù)本發(fā)明的實施方式操作的GPS接收器。GPS接收器5包括連接至RF前端12的天線10。RF前端12包括用于放大通過天線10所接收的GPS信號的電路。RF前端12還包括用于減弱帶外干擾的濾波電路；和混頻器。該混頻器將接收到的信號與頻率合成器14所產(chǎn)生的本地振蕩(LO)信號混合，以產(chǎn)生和頻的信號與差頻的信號。基準(zhǔn)振蕩器16所產(chǎn)生的高頻輸出OSCl驅(qū)動頻率合成器14。在本實施方式中，基準(zhǔn)振蕩器16的高頻輸出OSCl工作在26MHz的頻率中。在進(jìn)一步適當(dāng)?shù)臑V波之后，RF前端12中的混頻操作產(chǎn)生輸入至模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器18的中頻(IF)信號。A/D轉(zhuǎn)換器18所產(chǎn)生的信號樣本輸出到處理器20進(jìn)行處理。利用頻率合成器14所產(chǎn)生高速時鐘輸出CLK為A/D轉(zhuǎn)換器18和處理器20計時。需要注意，RF前端12的模擬電路和A/D轉(zhuǎn)換器18可以為傳統(tǒng)類型，例如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的傳統(tǒng)類型。根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，當(dāng)接收到并采樣信號時，處理器20適用于直接處理從A/D轉(zhuǎn)換器18接收的信號樣本以產(chǎn)生定位。該處理包括獲得偽距(pseudo-ranges)和計算定位。由于提供實況定位，因此該模式適用于實時導(dǎo)航。在處理每組信號樣本以計算定位期間，處理器20產(chǎn)生可用于輔助后續(xù)計算的參 考信息。將該參考信息存儲在存儲器22中，以備將來用。下面將更詳細(xì)地描述合適的參考信息的示例。當(dāng)處理器20已計算了兩個定位時，存儲器22中將獲得兩條相應(yīng)的參考信息。隨后，當(dāng)處理器要從第三組衛(wèi)星信號樣本計算第三定位時，使用這兩條參考信息。根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式，處理器可操作以將數(shù)據(jù)存儲在存儲器22中，而不完成處理。在示例性的第二實施方式中，存儲在存儲器22中的數(shù)據(jù)包括A/D轉(zhuǎn)換器18所提供的IF信號的原始樣本。然而，在其它實施方式中，存儲在存儲器22中的數(shù)據(jù)可以選擇性地包括被部分處理過的數(shù)據(jù)，例如偽距或其它距離測量值。還提供實時時鐘(RTC) 24以記錄當(dāng)前時間，且RTC 24可用于產(chǎn)生與存儲在存儲器22中的數(shù)據(jù)相關(guān)的時間戳。這使得之后能夠確定與所述數(shù)據(jù)相關(guān)的大致時間。在當(dāng)前所描述的實施方式中，基準(zhǔn)振蕩器16所產(chǎn)生的第二輸出0SC2驅(qū)動RTC 24。然而，由于RTC 24的運行速率低于頻率合成器14所要求的速率，因此在基準(zhǔn)振蕩器16中使用分頻器以提供低頻輸出0SC2。使用這種方式，基準(zhǔn)振蕩器16充當(dāng)從單一石英晶體產(chǎn)生主控時鐘信號的主控振蕩器，頻率合成器14和RTC 24同步至基準(zhǔn)振蕩器16。在本實施方式中，基準(zhǔn)振蕩器16的低頻輸出0SC2工作在約26kHz的頻率下，這意味著約1000的分頻比。此外，處理器20可操作以通過對頻率合成器14所產(chǎn)生的高速時鐘輸出CLK的周期計數(shù)，來測量不同事件之間的時間差。因為相比于RTC中的內(nèi)部計時信號，頻率合成器信號CLK以高得多的頻率運行，所以使用這種方式，可以更準(zhǔn)確地測量事件之間的這些時間間隔。為了在測量時間間隔中達(dá)到更精細(xì)的間隔(granularity)，處理器可以對高速時鐘信號CLK的上升沿和下降沿計數(shù)。需要注意，處理器20可以被實現(xiàn)為定制的硬件設(shè)備，例如一個或多個專用集成電路(ASIC)。可替選地，處理器20可以包括一個或多個被適當(dāng)編程的通用處理單元或數(shù)字信號處理器(DSP)。實現(xiàn)任一可選方案都將在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力之內(nèi)。GPS接收器5可通過通信鏈路連接到個人計算機(jī)30。該鏈路可以為有線的(例如，USB)或無線的(例如，藍(lán)牙或WLAN)。在上述第二實施方式中，可以在個人計算機(jī)中進(jìn)行衛(wèi)星信號的部分處理或全部處理。將在下文的示例中更詳細(xì)地說明這點。
下面將參照圖2描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的方法。在步驟100中，GPS接收器5接收GPS信號。在步驟110中，A/D轉(zhuǎn)換器18實時地數(shù)字化這些信號以產(chǎn)生GPS信號樣本。在步驟120a中，處理器20實時地處理第一組樣本，以計算定位。在步驟130a中，將該計算中所產(chǎn)生的參考信息存儲在存儲器22中。針對第二組信號樣本重復(fù)該過程。在步驟120b中，處理第二組信號樣本，以計算第二定位，且在步驟130b中，將所產(chǎn)生的第二參考信號存儲在存儲器中。兩個處理步驟120a、120b以及兩個存儲步驟130a、130b基本上相同。在之后的某時間，在步驟140中，處理器處理第三組信號樣本，以試圖計算第三定位。因為處理步驟140使用第一參考信息和第二參考信息作為輸入(除了數(shù)字化的第三組信號樣本外)，所以處理步驟140不同于處理步驟120a和120b。兩條參考信息用于輔助第三定位的計算。
可以采用各種方式進(jìn)行該輔助，下面將描述輔助的示例。這些示例涉及上述的本發(fā)明的第一實施方式，在第一實施方式中，完全在GPS接收器5上執(zhí)行該處理。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，當(dāng)在GPS接收器5和外部設(shè)備30之間分配該處理，或甚至完全在外部設(shè)備30中執(zhí)行該處理時，可以應(yīng)用類似的原理。示例 I在本示例中，在第一定位和第二定位的計算期間所產(chǎn)生的參考信息包括實時計算的第一位置和第二位置自身，即第一位置的坐標(biāo)。這些位置可用于估計第三位置。換言之，兩條參考信息用于在第三時間預(yù)測相應(yīng)信息(第三位置)。預(yù)測可以包括根據(jù)第一時間、第二時間和第三時間的次序來內(nèi)插或外插位置坐標(biāo)。如果第三時間在第一時間和第二時間之間，則基于接收器在第一位置和第二位置間所采用的路線是相當(dāng)直的(即不旋繞的)這一假設(shè)，可使用線性內(nèi)插法。就滿足該假設(shè)來說，所預(yù)測的位置將是有用的。同樣地，如果第三時間在第一時間和第二時間二者之前或之后，則使用線性外插法。這假設(shè)在相關(guān)的時間間隔中，接收器的行進(jìn)方向和速度是相當(dāng)一致的。當(dāng)進(jìn)行線性內(nèi)插或線性外插時，使用存儲在存儲器22中的用于第一時間和第二時間的時間戳和第三組樣本的捕獲時間的信息。然而，在另一更簡單的實施方式中，可以簡單地取兩個位置的平均值，而不參照相關(guān)時間。對位置的初始估計使得能夠預(yù)測很可能可見的SV。因此，在解擴(kuò)過程中，可以使搜索更有效。例如，可以假設(shè)同一組SV將是可見的(即在第二組信號樣本中是可檢測的)；因此，相關(guān)操作可以按優(yōu)先順序處理這些SV的PRN(擴(kuò)頻)碼。在第三組樣本的捕獲時間，一旦獲得第三位置的估計(預(yù)測)，則可使用衛(wèi)星軌跡數(shù)據(jù)(例如星歷)來確定在該位置上將可見的衛(wèi)星。星歷數(shù)據(jù)必須是已獲得的，以在步驟120a和步驟120b中計算第一定位和第二定位，且可以使用同一數(shù)據(jù)來預(yù)測衛(wèi)星可見性。這里，所預(yù)測的在第三位置上可見的衛(wèi)星的標(biāo)識代表用于在處理第三組信號樣本時引導(dǎo)解擴(kuò)操作的參數(shù)。也可以基于第一定位和第二定位，選擇所述處理的其它參數(shù)。例如，就準(zhǔn)確地知道時間和位置來說，可以預(yù)測碼相位，將針對在所預(yù)測的位置和時間上的任一給定的可見衛(wèi)星觀測碼相位?？梢杂迷摯a相位參數(shù)作為解擴(kuò)操作中的相關(guān)搜索的起點。示例 2
另一類型的有用參考信息為鐘差(接收器實時時鐘24所測量的時間與同步衛(wèi)星時鐘所確定的GPS時間之間的明顯差異)。因為衛(wèi)星時鐘的時間是三邊測量計算的輸出之一，所以為每個成功計算的定位唯一地確定鐘差。如果只使用單個實時定位來預(yù)測，則該鐘差可沿任一方向在已知的參考值和未知的當(dāng)前值之間移動。(單獨的)參考定位和第三組樣本的產(chǎn)生之間的時間差越長，要產(chǎn)生的容差就越大(高達(dá)位置偏差的某上限，例如，地球的尺寸)。從單個參考點開始，第二組樣本的鐘差的限度(例如)可以表示為ClkErrR+/-(MaxClkErrRate*(TC-TR))其中，ClkErrR為在時間TR針對單個參考所測量的鐘差，在時間TC處記錄捕獲(第三組樣本)，且MaxClkErrRate為鐘差改變的最大比率，通常由接收器的基準(zhǔn)振蕩器16中所使用的晶體振蕩器部分的規(guī)格定義最大比率并以百萬分率測量最大比率。當(dāng)在第三組樣本的兩邊都可獲得一計算出的(參考)定位時，使用內(nèi)插法可以實現(xiàn)幾種求精法I)兩個參考測量限制考慮的參數(shù)的極限。因此，例如，最大鐘差為下述二者中的量 ClkErrRl+(MaxClkErrRate*(TC-TRl))和ClkErrR2+(MaxClkErrRate*(TR2-TC))最小鐘差為下述二者中的最大倌:ClkErrRl-(MaxClkErrRate*(TC-TRl))和ClkErrR2-(MaxClkErrRate*(TR2-TC))(假設(shè)TRl在TC之前且TR2在TC之后)。2)可以根據(jù)在ClkErrRl和ClkErrR2之間的線性內(nèi)插(與TR1、TC和TR2成比例)
選擇相關(guān)搜索的起點。3)在鐘差的兩個參考值在時間上很接近(如它們的通常情況)的情況下，因為鐘差在返回其原值之前發(fā)生重大偏移的機(jī)會是相當(dāng)不可能的，所以甚至可能降低MaxClkErrRate 的值。這些求精法中每種方法的效果都是降低解擴(kuò)期間對碼相位的搜索范圍(在許多情況中降幅很大)，以及提供更好的開始值(即初始估計值)。這可以提高成功率且降價計
算復(fù)雜度。內(nèi)插也可以包括測量誤差的項,例如上述所測量的鐘差ClkErrRl和ClkErrR2可以是不確定的。也可以使用更復(fù)雜的(例如非線性)方式對不確定性的增長率進(jìn)行建模。也可需要包括(來自參考定位)接收器速度和時鐘漂移(即鐘差的變化率)的信息。如果ClkErrRl = ClkErrR2且MaxClkErrRate為常量，則可將“最小”準(zhǔn)則看成相當(dāng)于選擇兩個參考點TRl和TR2中的較近點且從該單個參考預(yù)測誤差。然而，實際上，因為這暗含接收器處的基準(zhǔn)振蕩器16中的晶體和衛(wèi)星時鐘的頻率完全同步，僅存在恒定偏移，所以這組條件是極不可能的。如上所述，可以根據(jù)鐘差的預(yù)測值選擇相關(guān)搜索的參數(shù)。特別地，可以根據(jù)鐘差預(yù)測選擇搜索的起點，且根據(jù)所預(yù)測的最小鐘差和最大鐘差選擇搜索范圍。為了選擇起始碼相位，將第三時間點的鐘差預(yù)測值與針對第一(或第二)定位獲得的衛(wèi)星時鐘時間以及針對該定位所測量的碼相位相結(jié)合。同樣的方法也可用于根據(jù)所預(yù)測的最小鐘差和最大鐘差選擇搜索范圍的終點。這個簡單的方法假設(shè)接收器在第一(或相應(yīng)地，第二)定位和第三時間點之間不明顯地移動。還假設(shè)，由于衛(wèi)星的軌道運動，從接收器到考慮中的衛(wèi)星的距離不明顯改變。如果樣本組之間的時間間隔相當(dāng)短且接收器非快速移動，則情況通常如此。下面將在第四示例中描述避免這些簡化假設(shè)的備選方法。在本示例中，起始碼相位可看成是通過使用基于兩個定位的鐘差的預(yù)測由單個參考(第一定位和第二定位之一或另一個)預(yù)測的。下面在第三示例中，將說明如何使用內(nèi)插(或外插)從兩個(或更多個)參考點預(yù)測碼相位。示例 3在解擴(kuò)期間預(yù)測距離測量值的另一方法是使用來自第一定位和第二定位的相應(yīng)距離測量值作為參考信息。在這種情況下，第一參考信息和第二參考信息中的每條信息都 包括針對給定的一個GPS衛(wèi)星所計算的距離測量值(例如，碼相位)。這兩個值用于預(yù)測在第三時間和位置上的相應(yīng)碼相位值。該預(yù)測可以包括對兩個參考碼相位進(jìn)行內(nèi)插或外插。在這種情況下，所預(yù)測的值和在定位計算中所使用的參數(shù)類型相同所預(yù)測的碼相位直接作為相關(guān)搜索中的初始碼相位，從而不需要參數(shù)類型間的轉(zhuǎn)換。使用類似的方式，可以通過對所測量的與第一參考定位和第二參考定位相關(guān)的多普勒頻移進(jìn)行內(nèi)插或外插，預(yù)測例如(所觀察的衛(wèi)星載波頻率的)多普勒頻移的值。示例 4可以有利地組合使用這些不同示例中所使用的不同類型的信息。例如，可有利地將位置的使用(如第一示例)和時間的使用(如第二示例)相結(jié)合，以提供更好的輔助。根據(jù)第一位置和第二位置以及時間間隔，可以估計設(shè)備在第三時間的可能的位置點。可以使用行進(jìn)速度和方向的信息來估計產(chǎn)生第三組樣本時的位置?？商孢x地，如果無法測量行進(jìn)速度，則可基于GPS接收器的預(yù)期應(yīng)用的信息假設(shè)最大速度。例如，如果GPS接收器被設(shè)計為自行車配件，則可以做一組假設(shè)；如果GPS接收器被設(shè)計為車載導(dǎo)航設(shè)備(或為通過汽車車內(nèi)點煙器插座供電的便攜式導(dǎo)航設(shè)備)，則可以假設(shè)較高的速度。時間和位置的近似估計越好，在處理第三組樣本時可能的效率提高程度越大。則可應(yīng)用如下算法I)如上述示例2，計算所預(yù)測的鐘差和所預(yù)測的鐘差范圍。2)如上述示例1，從已知的第一位置和第二位置預(yù)測期望位置的初始估計(例如，通過內(nèi)插法)。3)可以從(在某種程度上已知的)行進(jìn)速度和方向預(yù)測第三位置的可能范圍的邊界。這里，位置范圍的預(yù)測類似于在上述第二示例中的鐘差范圍的預(yù)測知道起點以及最大變化率和最小變化率(速度)，可以使用和時間坐標(biāo)的可能范圍相同的方式建立空間坐標(biāo)的可能范圍。4)接著，將所預(yù)測的位置和所預(yù)測的時間與SV的已知運動相結(jié)合以預(yù)測期望偽距且因此預(yù)測信號的碼相位。這給出搜索的起點。同樣地，可將所預(yù)測的位置范圍和所預(yù)測的鐘差范圍與SV運動數(shù)據(jù)相結(jié)合以產(chǎn)生關(guān)于該起點的合適的(且希望狹窄的)搜索范圍。需要注意，可以從星歷數(shù)據(jù)獲得SV的運動，但是也可通過其它手段，例如應(yīng)用修正/求精的歷書數(shù)據(jù)，或通過使用天體力學(xué)模型而已超出其正常有效范圍的“過時的”星歷。5)然后使用這些所選擇的參數(shù)進(jìn)行第三定位的計算。
盡管在附圖和前面的說明書中詳細(xì)示出和描述了本發(fā)明，但這些圖解和說明為說明性的或示例性的，且非限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實施方式。盡管上述示例已經(jīng)討論了從兩個參考點進(jìn)行內(nèi)插和外插，但當(dāng)然可將同樣的技術(shù)擴(kuò)展到使用更大數(shù)量的參考點。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，可以根據(jù)任意數(shù)量的參考點，使用各種曲線擬合算法來預(yù)測未知的變量值。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的方法可以應(yīng)用于實時和離線(捕獲和處理)衛(wèi)星定位。如果離線處理第一組樣本、第二組樣本和第三組樣本，則可以按照任一所需的次序處理這些樣本。該次序不一定與產(chǎn)生這些樣本的次序一致。在一個不例中，假設(shè)在待產(chǎn)生的第一組樣本和最后一組樣本之間進(jìn)行內(nèi)插相比于對其它對樣本進(jìn)行外插，是更可靠的預(yù)測指標(biāo)，則可以首先處理待產(chǎn)生的第一組樣本和最后一組樣本。
在其它示例中，可以具有靈活的或自適應(yīng)的選擇步驟來選擇次序。WO2009/000842描述了以批處理來有效處理多組信號樣本的過程。初始處理用于確定最有希望的樣本組(該樣本組最易于成功處理)。一旦已處理該確定的樣本組以計算定位，則可以將結(jié)果作為單個參考使用以輔助其它定位的計算?？蓪⒈景l(fā)明與WO 2009/000842的方法相結(jié)合。在示例性結(jié)合方法中，對三(或更多)組樣本進(jìn)行初步處理，以選擇最有希望的兩組。首先完全處理這兩組以計算定位。然后，使用較早計算的兩個定位輔助處理剩余的一組。需要注意，在一些(捕獲和處理)實施方式中，代替測量和存儲完整的偽距，接收器可以存儲碼相位。這推遲確立粗略計時(數(shù)據(jù)消息中的位置)所需的附加處理。然而，在這種情況中，在后來處理碼相位時需要輔助信息，以解決粗略計時的非單值性。因此，通常將需要一些其他信息與碼相位一起存儲，或單獨獲得一些其它信息。可以使用很多不同的方式確定粗略計時，所以應(yīng)當(dāng)存儲的、用以增補(bǔ)碼相位的數(shù)據(jù)的類型也可各不相同。最后，需要的是碼相位測量值所對應(yīng)的時間點的近似估計以及將該估計與衛(wèi)星時鐘關(guān)聯(lián)的某種方式。接著，這使數(shù)據(jù)消息中的位置被確定。假如可以足夠準(zhǔn)確地建立該實時時鐘和衛(wèi)星時鐘的關(guān)系以解決非單值性，則可從接收器的內(nèi)部實時時鐘確定近似時間。因此，在一個示例中，可存儲內(nèi)部實時時鐘所產(chǎn)生的時間戳以補(bǔ)充所測量的碼相位。可以通過間歇地存儲足夠長以提取衛(wèi)星時鐘信息(也具有本地時間戳)的信號樣本塊，建立與衛(wèi)星時鐘的關(guān)系。確定粗略計時的其它方式對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。例如，可以使用位置(在測量碼相位時)的粗略估計來推斷粗略計時(因為計時在每個時間點上唯一地與衛(wèi)星相對于接收器的相對位置有關(guān))。粗略的位置估計從某外部源獲得，或例如可從觀測的衛(wèi)星星群的多普勒頻移計算粗略的位置估計。使用這種方式，存儲明顯的(觀測的)衛(wèi)星廣播頻率也可以是所存儲的碼相位的適當(dāng)補(bǔ)充。WO 2006/018803描述了一種存儲時間戳和信號樣本的高效且有效的方法?？蓪⒃摲椒ㄓ迷诒景l(fā)明的將第三組樣本(至少)存儲在存儲器20中以備后續(xù)處理的實施方式中。在存儲器中，可以簡單地由時間戳位覆蓋(取代)GPS信號樣本的一小部分。這不僅避免對時間戳的單獨記錄的需要，而且確保時間戳和所接收的樣本的精確同步。捕獲的樣本組的小的缺失部分通常不會使后續(xù)的處理步驟降低質(zhì)量。接收器5可以為輔助GPS(A-GPS)接收器，其可從輔助服務(wù)器獲得歷書、星歷或可能的完整的衛(wèi)星數(shù)據(jù)消息記錄。服務(wù)器可以從固定的GPS接收器或分散在世界各地的多個接收器的網(wǎng)絡(luò)收集該信息。這些參考接收器中的每個接收器向中央數(shù)據(jù)庫報告解碼的衛(wèi)星數(shù)據(jù)消息?？商孢x地，可以動態(tài)地從移動GPS接收器的網(wǎng)絡(luò)收集輔助數(shù)據(jù)。換言之，每個GPS接收器和中央服務(wù)器分享其自身的不完全的衛(wèi)星數(shù)據(jù)消息的觀察數(shù)據(jù)。服務(wù)器聚集這些觀察數(shù)據(jù)以形成完整的記錄，然后所有接收器可訪問該完整的記錄?？梢酝ㄟ^任何便捷裝置與數(shù)據(jù)輔助服務(wù)器通信，但通常是通過某種無線數(shù)據(jù)連接進(jìn)行通信。可以使用更先進(jìn)的推斷衛(wèi)星軌道的技術(shù)提高名義上過時的衛(wèi)星軌跡數(shù)據(jù)的質(zhì)量。例如，可以使用天體(例如地球、太陽和月亮)的移動、相互作用和引力影響的模型產(chǎn)生更好的衛(wèi)星軌跡的估計。這可以允許遠(yuǎn)在標(biāo)準(zhǔn)有效期之外(之前或之后)使用星歷和歷書信肩、O需要注意，上文參照超外差式接收器結(jié)構(gòu)描述實施方式，在超外差式接收器結(jié)構(gòu)中，將RF信號縮混至中頻。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將很容易意識到，同一原理也適用于直接轉(zhuǎn)換接收器。事實上，可以簡單地認(rèn)為這樣的接收器具有為0的中頻。 類似地，圖I的實施方式示出接收器，在該接收器中，實時時鐘(RTC) 24和頻率合成器14從同一源(即從單晶運行的單獨的單個主基準(zhǔn)振蕩器16)導(dǎo)出自身的時鐘信號。當(dāng)然，本發(fā)明的適用性不限于這種結(jié)構(gòu)。在另一實施方式中，可通過單獨的、運行較慢的RTC振蕩器使用其自身的晶體驅(qū)動RTC 24，該晶體例如為32. 768kHz的RTC晶體。因此，驅(qū)動RTC的時鐘信號可以與驅(qū)動頻率合成器14的時鐘信號獨立無關(guān)。顯而易見，本發(fā)明不限于位置估計的計算。當(dāng)然可以另外計算其它參數(shù)，例如速率。例如，熟知一旦知道接收器的位置，則從衛(wèi)星定位信號的多普勒頻移計算速率。在一些實施方式中，除了在RF前端的傳統(tǒng)濾波外，在接收的GPS信號采樣后，可以進(jìn)行接收的GPS信號的進(jìn)一步濾波。例如，US 2008/0240315描述了干擾抑制的方法及電路。濾波可以為RF前端的部分或基帶處理的部分。這種數(shù)字濾波可以是自適應(yīng)的。換言之，可以分析采樣信號以確定干擾是否存在，如果存在，則測量干擾的屬性(例如，頻率或能量)?？梢宰詣诱{(diào)整數(shù)字濾波以最佳地消除或減弱干擾。尤其有益的是以較高采樣速率(如模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出)進(jìn)行濾波，然后在存儲或處理濾波后的信號樣本之前，抽取濾波后的信號樣本到較低速率。可替換地或除了抽取之外，在該處理之后可以減小每個樣本的位寬(即位分辨率)。如果要存儲樣本，則這降低存儲量和存儲器界面上的吞吐量要求。如果要直接處理樣本，則抽取和/或位分頻率的降低可以降低功率損耗和/或處理硬件的復(fù)雜度。然而，通過之前的濾波，形成的低分辨率信號的質(zhì)量會更好。因此，這里提及的“采樣”接收信號和“存儲”生成的信號樣本應(yīng)當(dāng)包括在采樣步驟(模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換)和存儲樣本的步驟之間的額外濾波。在實踐所要求保護(hù)的本發(fā)明時，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以從附圖、說明書和附加的權(quán)利要求的研究中理解和實現(xiàn)所公開的實施方式的其它變型。在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其它元件或步驟，且不定冠詞“一”不排除復(fù)數(shù)。單個處理器或其它單元可以實現(xiàn)權(quán)利要求中所列舉的幾個物品的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中列舉某些措施的事實未指示，不能使用這些措施的組合以獲得優(yōu)勢?？蓪⒂嬎銠C(jī)程序存儲/分布在適合介質(zhì)上，例如同其它硬件一起或作為其它硬件的部分所提供的光學(xué)存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但是也可以以其它形式分布，例如通過因特網(wǎng)或者其它有線或無線通信系統(tǒng)。在權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。上述實施方式專注于使用GPS的衛(wèi)星定位。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，本發(fā)明的范圍不限于GPS的使用。同一原理同樣地適用于其它衛(wèi)星定位系統(tǒng)。這些通常被稱為“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”(GNSS)。GNSS的其它示例包括但不限于俄羅斯“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，，(GL0NASS)和歐洲計劃“伽利略”。盡管本發(fā)明關(guān)注衛(wèi)星定位系統(tǒng)，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，可以將相同或相似的技術(shù)應(yīng)用于參考信標(biāo)不為航天器的定位系統(tǒng)。例如，提出依靠“偽衛(wèi)星”定位作為可供選擇的衛(wèi)星定位。偽衛(wèi)星是典型的陸地發(fā)射器，廣播與GPS衛(wèi)星所發(fā)射的信號類似的(或 相同的)信號。因此偽衛(wèi)星可以使用GPS衛(wèi)星所使用的同樣的LI頻率，和類似的擴(kuò)展頻譜的調(diào)制方案。從可用與衛(wèi)星定位信號相同的方式處理偽衛(wèi)星信號的方面來說，應(yīng)當(dāng)將本說明書看作是從偽衛(wèi)星信號計算第三定位的公開等效技術(shù)，第一定位和第二定位的計算過程中產(chǎn)生的參考信息輔助第三定位的計算。
權(quán)利要求
1.一種從衛(wèi)星信號樣本計算定位的方法，所述方法包括 獲得在第一定位的計算(120a)期間所產(chǎn)生的第一參考信息，所述第一定位為衛(wèi)星定位接收器(5)在第一時間所計算的位置； 獲得在第二定位的計算(120b)期間所產(chǎn)生的第二參考信息，所述第二定位為所述接收器(5)在第二時間所計算的位置； 接收所述接收器在第三時間所產(chǎn)生的一組衛(wèi)星信號樣本或源自該組衛(wèi)星信號樣本的距離測量值；以及 處理(140)該組樣本或所述距離測量值以計算第三定位， 其中，在所述第一定位的計算和所述第二定位的計算期間所產(chǎn)生的所述參考信息輔助所述處理(140)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述處理使用所述第一時間、所述第二時間和所述第三時間的信息或這些時間的一個或多個相對比較。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，所述第一參考信息和所述第二參考信息中的每個參考信息包括下述至少一項 相應(yīng)的定位； 與所述定位相關(guān)的衛(wèi)星時鐘時間； 所述衛(wèi)星時鐘時間和接收器時鐘時間之間的鐘差； 所述接收器和衛(wèi)星之間的距離測量值；以及 從衛(wèi)星接收的信號的觀測到的多普勒頻移。
4.如權(quán)利要求I到3中任一項所述的方法，其中，所述輔助包括根據(jù)在所述第一時間和所述第二時間的參考信息，預(yù)測所述第三時間的相應(yīng)信息。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述預(yù)測包括基于與所述第一時間和所述第二時間分別對應(yīng)的第一值和第二值，內(nèi)插或外插與所述第三時間對應(yīng)的第三值。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其中，所述預(yù)測包括使用行進(jìn)速度和/或方向的估計來預(yù)測所述第三位置。
7.如權(quán)利要求I到6中任一項所述的方法，其中，所述處理還由在一個或多個另外的定位的計算期間所產(chǎn)生的參考信息輔助，所述一個或多個另外的定位與其它時間對應(yīng)。
8.如前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，所述輔助包括選擇將在所述處理中使用的參數(shù)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述參數(shù)為待用在解擴(kuò)計算中的距離測量值或載波頻率的初始估計。
10.一種處理來自衛(wèi)星定位系統(tǒng)的信號的方法，該方法包括 接收第一組數(shù)據(jù)、第二組數(shù)據(jù)和第三組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)包括 衛(wèi)星信號的樣本，能夠通過在衛(wèi)星定位接收器(5)中對衛(wèi)星信號進(jìn)行 采樣(110)而獲得，或 源自所述樣本的距離測量值， 其中，所述第一組數(shù)據(jù)、第二組數(shù)據(jù)和第三組數(shù)據(jù)對應(yīng)于第一時間點、第二時間點和第三時間點； 處理(120a，120b)所述第一組數(shù)據(jù)和第二組數(shù)據(jù)以獲得相應(yīng)的第一定位和第二定位，在該處理過程中，產(chǎn)生(130a，130b)相應(yīng)的第一參考信息和第二參考信息；隨后根據(jù)權(quán)利要求I到9中任一項所述的方法處理(140)所述第三組數(shù)據(jù)。
11.一種計算機(jī)程序，包括計算機(jī)程序編碼手段，所述計算機(jī)程序編碼手段用于在所述程序運行于計算機(jī)上時執(zhí)行如權(quán)利要求I到10中任一項所述的全部步驟。
12.—種衛(wèi)星定位接收器(5)，包括 RF前端(12)，用于接收(100)衛(wèi)星定位信號； 模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(18)，用于對所接收的信號進(jìn)行采樣(110)以產(chǎn)生信號樣本； 存儲器(22);和 處理器(20)，所述處理器用于 處理(120a)第一組樣本，以計算第一定位； 處理(120b)第二組樣本，以計算第二定位；以及 將在相應(yīng)的計算過程中所產(chǎn)生的第一參考信息和第二參考信息存儲 (130a, 130b)在所述存儲器(22)中， 其中，所述處理器(20)還用于由所述第一參考信息和第二參考信息輔助，來處理(140)第三組樣本或源自所述第三組樣本的距離測量值，以計算第三定位。
13.—種衛(wèi)星定位接收器(5)，包括 RF前端(12)，用于接收(100)衛(wèi)星定位信號； 模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(18)，用于對所接收的信號進(jìn)行采樣(110)以產(chǎn)生信號樣本； 存儲器(22);和 處理器(20)，所述處理器用于 處理(120a)第一組樣本，以計算第一定位； 處理(120b)第二組樣本，以計算第二定位；以及 將在相應(yīng)的計算過程中所產(chǎn)生的第一參考信息和第二參考信息存儲 (130a, 130b)在所述存儲器(22)中， 其中，所述接收器(5)還用于將第三組樣本或源自所述第三組樣本的距離測量值存儲在所述存儲器(22)中， 由此能夠隨后由所述第一參考信息和第二參考信息輔助，來處理(140)所述第三組樣本或所述距離測量值以計算第三定位。
14.如權(quán)利要求13所述的衛(wèi)星定位接收器，其中，所述接收器還用于從所述存儲器(22)檢索所存儲的第三組樣本或所述距離測量值；以及處理所述第三組樣本或所述距離測量值以計算(140)所述第三定位， 其中，所述第一參考信息和第二參考信息輔助所述處理(140)。
15.如權(quán)利要求13所述的衛(wèi)星定位接收器，其中，所述接收器(5)用于將存儲在所述存儲器(22)中的所述第一參考信息和第二參考信息、以及所述第三組樣本或所述距離測量值上傳到外部設(shè)備(30)，以由所述外部設(shè)備處理而計算(140)所述第三定位。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用輔助計算的衛(wèi)星定位。一種從衛(wèi)星信號樣本計算定位的方法。該方法包括獲得在第一定位的計算(120a)期間所產(chǎn)生的第一參考信息，所述第一定位為衛(wèi)星定位接收器(5)在第一時間所計算的位置；獲得在第二定位的計算(120b)期間所產(chǎn)生的第二參考信息，所述第二定位為所述接收器(5)在第二時間所計算的位置；接收所述接收器在第三時間所產(chǎn)生的一組衛(wèi)星信號樣本或源自該組衛(wèi)星信號樣本的距離測量值；以及處理(140)該組樣本或所述距離測量值以計算第三定位。在第一和第二定位的計算期間所產(chǎn)生的參考信息輔助所述處理(140)。
文檔編號G01S19/23GK102809753SQ201210180838
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者安德魯·于爾, 伊恩·西蒙斯, 理查德·霍茲沃思 申請人:瑞士優(yōu)北羅股份有限公司