[發明專利]處理GPS信號的GPS接收機及方法

無效

• 申請號: 200710085825.8
• 申請日: 1996-10-08
• 公開（公告）號: CN101093254A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: N·F·克拉斯內爾
• 申請（專利權）人: 快速追蹤有限公司
• 主分類號: G01S1/02
• 分類號: G01S1/02;G01S1/04;G01S5/14;H04B1/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 陳景峻

發明背景

有關申請

這個申請涉及同一發明者在與這個申請同一天提交的兩個專利申請；這兩個申請是：An?Improved?GPS?Receiver?Utilizing?a?CommunicationLink(Serial?No.08/612,582，1996年3月8日提交)；An?Improved?GPSReceiver?Having?Power?Management(Serial?No.08/613,966，1996年3月8日提交)。

這個申請也涉及并藉此要求同一發明者Norman?F.Krasner的監時專利申請的提交日期的權益，該申請題為Low?Power，SensitivePseudorange?Mesaurement?Apparaatus?and?Method?for?Global?PositioningSatellites?Systems，Serial?No.60/005,328，1995年10月9日提交。

這個專利文件揭示的一部分包括受到版權保護的材料。版權所有者不希望任何人傳真復制該專利文件或專利揭示在專利及商標局專利文件或記錄中出現的形式，而是保留其全部版權。

1.發明領域

本發明涉及能夠確定衛星的位置信息的接收機，并且更具體地涉及這種在全球定位衛星(GPS)系統中得到應用的接收機。

2.背景領域

GPS接收機一般通過計算從多個GPS(或NAVSTAR)衛星同時發送的信號的相對到達時間來確定其位置。作為其消息的一部分，這些衛星發送衛星位置數據以及時鐘定時數據，所謂“星歷”數據。搜索并捕獲GPS信號的過程、從多個衛星讀取星歷數據并且從這個數據計算該接收機的位置是很耗時的，常常需要幾分鐘.在很多情況下，這個很長的處理時間時不可接受的，而且在微小型化便攜應用中大大限制了電池的壽命。

當前GPS接收機的另一個局限是它們的操作限于多個衛星在視野中很清晰、不受遮擋這樣的情況，而且必須恰當地放置一個質量很好的天線去接收這種信號。正因為如此，在便攜、隨身放置的應用中、在有相當多樹葉或建筑物遮蓋的地區、以及在定內應用中一般是不能使用的。

GPS接收系統有兩個主要功能：(1)到各個GPS衛星的偽距離的計算，以及(2)使用這些偽距離以及衛星定時和星歷數據計算接收平臺的位置。簡單地說偽距離就是從每個衛星接收的信號與本地時鐘之間測量的時延。一旦GPS信號被捕獲并跟蹤，衛星星歷以及定時數據就從GPS信號中提取。如上所述，采集這種信息一般需要相對較長的時間(30秒到幾分鐘)并且必須用好的接收信號電平來完成一般實現低誤碼率。

實際上眾所周知的GPS接收機利用相關的方法計算偽距離。這些相關方法通常用硬件相關器實時地完成。GPS信號包括高速率重復的信號，所謂偽隨機(PN)序列。用于民用的碼稱為C/A碼，具有1.023MHz的二進制相位反轉速率，或“切普”速率，1毫秒的碼周期的重復周期為1023個切普。家喻戶曉的碼序列是Gold碼。每個GPS衛星用一種唯一的Gold碼廣播信號。

對于從給定GPS衛星接收的信號，下變頻到基帶的處理之后，相關接收機用包含于本地存儲器中的恰當的Gold碼的存儲副本乘以所接收的信號，然后將所得乘積結果積分，或者低通濾波，以便得到信號出現的指示。這個過程的術語是“相關”運算。通過相對于接收信號連續地調整這個存儲副本的相對定時，并且觀察相關輸出，接收機可以確定接收信號和本地時鐘之間的時延。這種輸出出現的最初確定被稱之為“捕獲”。一旦捕獲發生，處理就進入“跟蹤”階段，其特征是少量調整本地參考的定時，以便維持高相關輸出。跟蹤階段中的相關輸出可以看作是去掉偽隨機碼的GPS信號，或者用通用術語來說，即“解擴”。這個信號是窄帶的，相當于疊加在GPS波形上的每秒50比特的二進制相移鍵控數據信號的帶寬。

相關振獲過程是非常耗時的，特別是在接收信號很弱的時候。為了改善捕獲時間，大多數GPS接收機利用多個相關器(一般多達12個)，以便并行搜索相關峰。

一些現有的GPS接收機使用FFT技術確定所接收的GPS信號的多勒頻率。這些接收機利用常規的相關運算，對GPS信號解擴并提供窄帶信號，帶寬一般在10kHz到30kHz的范圍內。所得的窄帶信號用FFT算法做傅立葉分析，確定載波頻率。這種載波確定同時提供本池PN參考被調整到接收信號的正確相位的指示并提供了載波頻率的精確測量。然后可以在接收機的跟蹤操作中使用這個頻率。