專利名稱：獲取衛(wèi)星數據的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種方法，包括RNSS(無線電導航衛(wèi)星系統(tǒng))衛(wèi)星無線電導航接收機的移動設備通過這種方法獲取衛(wèi)星數據。
背景技術：
在移動電話的領域中，日益證明了能夠對移動電話進行定位是非常必要的。
為此，現(xiàn)有技術中已知可以將例如屬于全球移動通信系統(tǒng)(GSM)移動電話類型的蜂窩無線電話設備與諸如全球定位系統(tǒng)(GPS)、GLONASS(全球導航衛(wèi)星系統(tǒng))或GALILEO(伽利略全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))類型的接收機之類的無線電導航衛(wèi)星系統(tǒng)(RNSS)接收機相關聯(lián)，通過這種RNSS接收機，移動設備拾取(pick up)來自衛(wèi)星的傳輸數據以確定該移動設備的位置。因此，例如在道路交通事故的情況下，移動設備可以計算并發(fā)送其位置。
可以以下述方式確定設備的位置多個衛(wèi)星連續(xù)地發(fā)射具有時戳的信號，該信號由接收機所拾取。如果該接收機與衛(wèi)星的時鐘同步，則該接收機可以隨后測量該信號的傳播時間并從中推斷該接收機與特定衛(wèi)星之間的距離。利用三個衛(wèi)星，上述類型的接收機可以通過三角測量(triangulation)確定其位置。每個傳播時間測量值代表一個以特定衛(wèi)星為中心的球體的半徑，該接收機位于該球體上。利用兩個距離測量值，接收機的位置在由兩個球體的相交所形成的圓內。同時得到的第三個測量值將相交區(qū)域減小為兩個點，其中一個點在空間上的距離相去甚遠，可以很容易地排除。
在采用RNSS類型接收機的衛(wèi)星定位系統(tǒng)中，實現(xiàn)對接收機位置進行計算的數據信號來自不同的衛(wèi)星(最少4個衛(wèi)星以確定4個未知參數x、y、z和t)。
每個衛(wèi)星發(fā)射的GPS信號都基于擴頻技術。因此該信號是采用碼分多址(CDMA)技術利用頻率已經擴展的信號進行調制的二進制數據信號。換言之，該數據信號的每個比特由每個衛(wèi)星特有的擴展序列所代替。以50bps(0.02秒/比特)的速度采用串行模式對該數據進行傳輸。以高得多的速率對諸如Gold類型的偽隨機序列之類的擴展序列進行傳輸Gold序列可以看作以明確定義的時鐘周期定時的一系列比特；術語“碼瞬間”(code moment)或更常用的術語“碼片”(chip)意指序列的一個比特，并且可以延伸為意指序列的一個比特的持續(xù)時間。因此，擴展序列以1.023兆碼片/秒(因此一個碼片的持續(xù)時間大約為1μs)的速率進行發(fā)送并且包括1023個碼片(即該擴展序列具有1ms的持續(xù)時間)；因此，每一數據比特對應20個重復的序列。
作為用擴頻信號進行調制的結果，標準解調器將接收信號看作是噪聲。
作為一般規(guī)則，兩個信號fi(t)與fj(t)的相關函數f(τ)由方程f(τ)=∫+∞-∞fi(t).fj(t-τ).dt]]>給出，其中τ表示時間變量。當然，實際上，并不是從-∞到+∞取積分，而是在有限的時間段上取積分，用該積分除以所述時間段的持續(xù)時間。如果函數fi(t)和fj(t)相同，則使用術語“自相關函數”(autocorrelation function)，并且如果函數fi(t)和fj(t)不同，則使用術語“互相關函數”(intercorrelation function)。
每個衛(wèi)星k具有其自己的偽隨機信號ck(t)。每個這種偽隨機信號具有這樣的特性，即除非在時間偏移為零的位置附近(在該處其呈現(xiàn)三角形狀)，否則其自相關函數為零。換言之，當τ為非零值時積分∫+∞-∞ck(t).ck(t-τ).dt]]>為零，并且當τ為零時該積分最大。
此外，選擇與不同的衛(wèi)星相關聯(lián)的信號，以使這些信號的互相關函數為零；換言之，當k和k’不同時，不論τ的值如何，積分∫+∞-∞ck(t).ck(t-τ).dt]]>都為零。
因此，將來自衛(wèi)星的擴頻信號選擇為正交的。
當接收機試圖從特定衛(wèi)星那里獲取信號時，其使所接收的信號與其尋找的衛(wèi)星的偽隨機序列(將該衛(wèi)星的序列永久性地分配給該衛(wèi)星并且在該衛(wèi)星的服務壽命期間都不再改變)的副本相關。
因此，所接收信號S(t)是由每個衛(wèi)星發(fā)射的所有信號的和S(t)=Σk=1nck(t).dk(t),]]>其中n是衛(wèi)星的數目，ck(t)是來自衛(wèi)星k的擴頻信號，并且dk(t)是來自衛(wèi)星k的數據。
當試圖從衛(wèi)星m那里獲取信號時，本地副本對應于信號cm(t)。相應地，在進行相關之后，并且假定擴頻信號都完全正交，去掉來自除所尋找的衛(wèi)星(對于該衛(wèi)星互相關函數為零)之外的衛(wèi)星的所有數據，從而只保留來自衛(wèi)星m的數據?？梢赃M行相關是因為擴展序列的持續(xù)時間是數據比特的持續(xù)時間的二十分之一。
因此，信號獲取階段包括計算所接收的信號與所尋找的衛(wèi)星碼(satellite code)的本地副本在一個等于該代碼的周期(其為1ms)的時間段上且具有依賴于所需的檢測性能的深度(積分的范圍)的相關函數。接收機延遲該副本的開始時間以獲得三角形相關峰值。因此該延遲的值是信號從衛(wèi)星傳播到用戶所耗費的時間。這種類型的測量需要極高的精確度(好于100ns)。信號通過該距離所耗費的時間的量級是100ms。然而，由于GPS接收機的時鐘始終不能與衛(wèi)星的時鐘完全同步，因此接收機必須通過連續(xù)近似(successive approximation)的處理持續(xù)地校準Q其時鐘以獲得兩個信號的最大相關。因此，信號的獲取需要接收機使用時基掃描(time sweep)。
此外，以已知頻率1575.42MHz對每個衛(wèi)星發(fā)射的信號進行發(fā)送。衛(wèi)星的多普勒效應與接收機本地時鐘不確定性相疊加，導致了關于GPS接收機接收到的信號的±5kHz的不確定性?，F(xiàn)在，為了獲得良好的相關性，接收機本地產生的信號必須具有與衛(wèi)星發(fā)射的信號相同的頻率。因此，除了時基掃描之外，接收機還必須進行頻率掃描以便確定信號從衛(wèi)星傳播到用戶所耗費的時間。
上面提及的時基掃描和頻率掃描意味著很長的數據處理時間，并且要求接收機必須具有很高的計算能力。
一種解決方案是使用服務器來輔助移動設備的GPS接收機，通過減小需要掃描的時間-頻率區(qū)域來提高接收機的靈敏度。文獻“室內GPS技術”(Indoor GPS Technology)(F.van Diggelen等人在2001年5月在達拉斯(Dallas)舉行的CTIA(美國無線通信與互聯(lián)網協(xié)會)無線議程(Wirless-Agenda)大會上發(fā)表)中描述了這種類型的服務器。這種技術稱作輔助GPS(A-GPS)技術。圖1示出了使用這類輔助服務器5的電信系統(tǒng)1。包括GPS接收機的移動設備2(諸如GSM類型的電話網絡4的移動電話)試圖根據由至少一個衛(wèi)星S1-S4發(fā)射的信號P1-P4來計算其位置。為此，設備2通過電話網絡4以無線信號的形式發(fā)送請求R。請求R經過與移動設備2所處的小區(qū)相關聯(lián)的基站收發(fā)信機(BTS)類型的無線基站3。服務器5對請求R進行處理，服務器5經由配備接收信息K的GPS接收機的固定無線站6實時地接收衛(wèi)星信息。響應于請求R，服務器5向移動設備2發(fā)送信息I，信息I經過BTS 3。該信息包含例如衛(wèi)星S1-S4的歷書(ephemeris)。利用該信息，移動設備2可以確定衛(wèi)星的多普勒效應并顯著地簡化其頻率掃描。注意，有兩類A-GPS技術，即基于移動臺(MS-based)的技術和移動臺輔助(MS-assisted)的技術。在基于移動臺的技術的情況下，移動設備2的位置由移動設備本身來計算。在移動臺輔助的技術的情況下，移動設備2的位置由服務器5來計算。
然而，在采用這種解決方案時，仍存在某些困難。實際上，上述解決方案的一個缺點在于連續(xù)且獨立地獲取每個衛(wèi)星的數據(確定信號傳播時間，通常稱作導航信號獲取)，這種類型的獲取導致了很長的數據處理時間。
本發(fā)明的目的是提供一種用于通過包括RNSS衛(wèi)星無線電導航接收機的移動設備來獲取衛(wèi)星數據的快速方法。

發(fā)明內容
為此，本發(fā)明提出了一種用于通過包括RNSS衛(wèi)星無線電導航接收機的移動設備來獲取衛(wèi)星數據的方法，所述方法包括下列步驟-所述接收機接收由多個衛(wèi)星發(fā)射的信號，并且所述信號對應于分別由衛(wèi)星發(fā)射且分別由所述衛(wèi)星特有的擴頻信號調制的信號的和；-所述接收機產生多個本地副本，每個本地副本都是衛(wèi)星特有的擴頻信號的副本；-通過利用由輔助服務器發(fā)送給所述移動設備的輔助數據補償每個所述衛(wèi)星的多普勒效應來對每個所述本地副本的頻率進行校正；-對所述多個已校正副本求和；以及-確定所述多個已校正副本的和與所述衛(wèi)星數據信號之間的作為時間的函數的相關函數。
根據本發(fā)明，相關值是從衛(wèi)星接收的信號與假定存在于接收信號中的所有衛(wèi)星的本地副本的和之間的相關值。以這種方式，確定一個單獨的相關函數，而不是針對每個本地副本獨立地確定多個連續(xù)的相關函數。因此，數據獲取要快得多，原因是用一個單獨的計算取代了多個相關函數計算。隨后只需將每個相關峰值與特定衛(wèi)星相關聯(lián)即可。只使用每個衛(wèi)星的多普勒效應的頻率校正以獲得正確地顯示出相關峰值(每個相關峰值與一個衛(wèi)星相關聯(lián))的相關函數，就可能實現(xiàn)這種解決方案。
所述方法有利地包括識別與由所述相關函數所呈現(xiàn)的每個相關峰值相關聯(lián)的每個衛(wèi)星。
如果對至少一個衛(wèi)星的識別包括下列步驟，則將是特別有利的-識別與相關峰值相關聯(lián)的同步時間；-確定針對所述同步時間計算的每個所述已校正副本與所述衛(wèi)星數據信號之間的多個相關值；以及-根據所述相關值識別與所述相關峰值相關聯(lián)的衛(wèi)星。
所述峰值有利地是所述作為時間的函數的所述相關函數的主峰值。
在第一實施例中，在已經識別至少一個衛(wèi)星之后，利用從輔助服務器發(fā)送給所述移動設備的輔助數據，所述輔助數據包括所述衛(wèi)星的歷書以及所述移動設備所處的小區(qū)的標識符，通過一方面確定所述已識別的衛(wèi)星與所述移動終端之間的信號傳播時間差并且另一方面確定每個待識別的衛(wèi)星與所述移動設備之間的信號傳播時間差來識別每個其余的衛(wèi)星。
在第二實施例中，通過下列步驟識別每個所述衛(wèi)星-識別與相關峰值相關聯(lián)的同步時間；-確定針對所述同步時間計算的每個所述已校正副本與所述衛(wèi)星數據信號之間的多個相關值；以及-根據所述相關值識別與所述相關峰值相關聯(lián)的衛(wèi)星。
有利地通過下列步驟確定所述作為時間的函數的相關函數-確定每個所述已校正副本的傅里葉變換；-對所述每個所述已校正副本的傅里葉變換求和；-確定所述衛(wèi)星數據信號的傅里葉變換；-用所述衛(wèi)星數據信號的傅里葉變換乘以每個所述傅里葉變換的和；以及-確定前一步驟所得乘積的傅里葉逆變換。
有利地在從輔助服務器發(fā)送到所述移動設備的輔助數據的輔助下，通過對每個所述衛(wèi)星的多普勒效應進行補償而實現(xiàn)對每個所述本地副本的所述頻率校正。
本發(fā)明還提供了一種用于實現(xiàn)根據上文所述的方法的RNSS衛(wèi)星導航接收機，所述接收機適于接收由多個衛(wèi)星發(fā)射的信號，并且所述信號對應于分別由衛(wèi)星發(fā)射且分別由所述衛(wèi)星特有的擴頻信號調制的信號的和，并且所述接收機包括-用于產生多個本地副本的裝置，每個所述本地副本都是衛(wèi)星特有的擴頻信號的副本；-用于通過利用由輔助服務器發(fā)送給所述接收機的輔助數據補償每個所述衛(wèi)星的多普勒效應來對每個所述本地副本的頻率進行校正的裝置；-加法器，適用于對所述已校正副本求和；以及-用于計算所述已校正副本的每個和與所述衛(wèi)星數據信號之間的作為時間的函數的相關函數的裝置。
本發(fā)明最后提供了一種結合了根據本發(fā)明的接收機的移動設備。
在以下對通過說明性且非限制性的示例而給出的本發(fā)明的一個實施例進行描述的過程中，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得明顯。


圖1示出了現(xiàn)有技術的電信系統(tǒng)；圖2示出了采用本發(fā)明的獲取方法的接收機；圖3示出了說明本發(fā)明的獲取方法的操作的相關曲線圖。
具體實施例方式
已經結合現(xiàn)有技術描述了圖1。
圖2示出了集成到移動設備(未示出，諸如GSM類型的電話網絡中的移動電話)中的GPS接收機10。接收機10接收信號S(t)，該信號是每個衛(wèi)星發(fā)射的所有信號的和S(t)=Σk=1nck(t).dk(t),]]>其中n是衛(wèi)星的數目，ck(t)是來自衛(wèi)星k的擴頻信號，并且dk(t)是從衛(wèi)星k接收的數據。為了說明本發(fā)明而同時又不使附圖過于復雜，在此考慮的情形是n＝3的情形，但是通常必須使用至少4個接收機。
接收機10包括-第一、第二、第三和第四傅里葉變換計算裝置，分別用41、31、32和33來表示；-第一、第二和第三本地副本產生裝置，分別用11、12和13來表示；-第一、第二和第三頻率校正裝置，分別用21、22和23來表示；-傅里葉逆變換計算裝置51；-加法器61；以及
-乘法器71。
第一、第二和第三本地副本產生裝置11、12和13分別產生三個衛(wèi)星特有的擴頻信號C1、C2和C3的本地副本RS1、RS2和RS3。
集成了接收機10的移動設備通過電話網絡以無線信號的形式發(fā)送請求。該請求經過與移動設備所處的小區(qū)相關聯(lián)的基站收發(fā)信機(BTS)類型的無線基站，并由輔助服務器進行處理，該輔助服務器經由配備接收衛(wèi)星信息的GPS接收機的固定無線站實時地接收衛(wèi)星信息。響應于該請求，服務器向移動設備發(fā)送一個信息，該信息特別地包括三個衛(wèi)星的歷書、移動設備所處的小區(qū)的標識符以及三個衛(wèi)星的GPS時間。利用該信息，第一、第二和第三頻率校正裝置21、22和23分別能夠確定衛(wèi)星的多普勒效應并能夠通過考慮每個衛(wèi)星的多普勒效應而對本地副本RS1、RS2和RS3的頻率進行校正來顯著地簡化頻率掃描。這得到三個已校正副本CD1、CD2和CD3。
第二、第三和第四傅里葉變換計算裝置31、32和33分別計算已校正副本CD1、CD2和CD3的傅里葉變換TF1、TF2和TF3。
與此類似，第一傅里葉變換計算裝置41計算接收信號S(t)的傅里葉變換TF4。
加法器61計算已校正副本CD1、CD2和CD3的三個傅里葉變換TF1、TF2和TF3的和∑。
乘法器71計算傅里葉變換TF4與和∑的乘積P。
傅里葉逆變換計算裝置51確定乘積P的傅里葉逆變換F(t)。
信號F(t)對應于每個已校正副本CD1、CD2和CD3的和與衛(wèi)星數據信號S(t)之間的作為時間的函數的相關值。
圖3示出了說明本發(fā)明的方法的相關曲線圖。
曲線圖1包括代表每個已校正副本CD1、CD2和CD3的和∑與衛(wèi)星數據信號S(t)之間的作為時間變量t的函數的相關函數F的曲線。
該曲線具有三個峰值P1、P2和P3，其中心分別在對應于衛(wèi)星與GPS接收機10的同步時間的時間t1、t2和t3上。
第一、第二和第三頻率校正裝置21、22和23分別對每個衛(wèi)星的多普勒效應進行的校正清楚地顯示出與特定衛(wèi)星相關聯(lián)的每個相關峰值。
然后剩下的就是將每個峰值P1、P2和P3與衛(wèi)星之一相關聯(lián)。
一種用于識別峰值的解決方案包括，首先確定具有最高級別的峰值，在此該峰值為中心在時間t2上的峰值P2。該時間t2對應于待識別的衛(wèi)星與GPS接收機10的同步時間。
只針對時間t2計算每個已校正信號CD1、CD2和CD3與S(t)的相關值可以識別出與峰值P2相關聯(lián)的衛(wèi)星，最高的相關值對應于所尋找的衛(wèi)星。
因此，只需要在時間t2處的三個相關值來確定與峰值P2相關聯(lián)的衛(wèi)星。
可以針對其他的峰值P1和P3重復這種操作。
然而，同樣可以基于對與峰值P2相關聯(lián)的衛(wèi)星的識別，根據下述步驟識別與峰值P1和P3相關聯(lián)的衛(wèi)星。
識別與峰值P2相關聯(lián)的衛(wèi)星得到GPS時間。
由輔助服務器發(fā)送的輔助數據包含三個衛(wèi)星的歷書以及移動設備所處的小區(qū)的標識符。
然后，可以根據該歷書和GPS時間來確定三個衛(wèi)星的位置。
同樣，小區(qū)的標識符給出了移動設備的位置的數量級。
從衛(wèi)星和移動設備的位置可以推導出信號經過每個衛(wèi)星與移動設備之間的距離所必需的時間T1、T2和T3。
假定T2是數據信號經過已識別的衛(wèi)星與移動設備之間的距離所必需的時間。
將時間差T2-T1和T2-T3的絕對值與時間差t2-t1和t2-t3的絕對值進行比較，可以識別峰值的中心在t1和t3上的那兩個其余的衛(wèi)星。
當然，本發(fā)明不限于剛剛已經描述的實施例。
因此，已經將相關函數F(t)描述為利用傅里葉變換來確定，但是同樣也可以考慮使用其他的方法，特別是直接應用由下式給出的兩個信號fi(t)和fj(t)的相關函數F(τ)的定義f(τ)=∫+∞-∞fi(t).fj(t-τ).dt.]]>此外，對多普勒效應的校正并非一定意味著系統(tǒng)地請求輔助數據；同樣可以考慮將多普勒效應存儲在GPS接收機的存儲器中并多次使用而不必對其進行更新。
同樣應當注意，可以在假定存在于接收信號中的所有副本上或只在一個至少包含兩個這些副本的子集上實現(xiàn)所述求和。
權利要求
1.一種使用包括RNSS衛(wèi)星無線電導航接收機的移動設備獲取衛(wèi)星數據的方法，所述方法包括下列步驟-所述接收機接收由多個衛(wèi)星發(fā)射的信號，并且所述信號對應于分別由衛(wèi)星發(fā)射且分別由所述衛(wèi)星特有的擴頻信號調制的信號的和；-所述接收機產生多個本地副本，每個本地副本都是衛(wèi)星特有的擴頻信號的副本；-通過利用由輔助服務器發(fā)送給所述移動設備的輔助數據補償每個所述衛(wèi)星的多普勒效應來對每個所述本地副本的頻率進行校正；-對所述多個已校正副本求和；以及-確定所述多個已校正副本的和與所述衛(wèi)星數據信號之間的作為時間的函數的相關函數。
2.根據權利要求1所述的方法，包括識別與由所述相關函數所呈現(xiàn)的每個相關峰值相關聯(lián)的每個衛(wèi)星。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述對至少一個衛(wèi)星的識別包括下列步驟-識別與相關峰值相關聯(lián)的同步時間；-確定針對所述同步時間計算的每個所述已校正副本與所述衛(wèi)星數據信號之間的多個相關值；以及-根據所述相關值識別與所述相關峰值相關聯(lián)的衛(wèi)星。
4.根據權利要求3所述的方法，其中所述峰值是所述作為時間的函數的相關函數的主峰值。
5.根據權利要求3或權利要求4所述的方法，其中在已經識別至少一個衛(wèi)星之后，利用從輔助服務器發(fā)送給所述移動設備的輔助數據，所述輔助數據包括所述衛(wèi)星的歷書以及所述移動設備所處的小區(qū)的標識符，通過一方面確定所述已識別的衛(wèi)星與所述移動終端之間的信號傳播時間差并且另一方面確定每個待識別的衛(wèi)星與所述移動設備之間的信號傳播時間差來識別每個其余的衛(wèi)星。
6.根據權利要求2所述的方法，其中通過下列步驟識別每個所述衛(wèi)星-識別與相關峰值相關聯(lián)的同步時間；-確定針對所述同步時間計算的每個所述已校正副本與所述衛(wèi)星數據信號之間的多個相關值；以及-根據所述相關值識別與所述相關峰值相關聯(lián)的衛(wèi)星。
7.根據前述權利要求之任一項所述的方法，其中通過下列步驟確定所述作為時間的函數的相關函數-確定每個所述已校正副本的傅里葉變換；-對所述每個所述已校正副本的傅里葉變換求和；-確定所述衛(wèi)星數據信號的傅里葉變換；-用所述衛(wèi)星數據信號的傅里葉變換乘以每個所述傅里葉變換的和；以及-確定前一步驟所得乘積的傅里葉逆變換。
8.一種RNSS衛(wèi)星導航接收機，用于實現(xiàn)根據前述權利要求之任一項所述的方法，所述接收機適于接收由多個衛(wèi)星發(fā)射的信號，并且所述信號對應于分別由衛(wèi)星發(fā)射且分別由所述衛(wèi)星特有的擴頻信號調制的信號的和，并且所述接收機包括-用于產生多個本地副本的裝置，每個所述本地副本都是衛(wèi)星特有的擴頻信號的副本；-用于通過利用由輔助服務器發(fā)送給所述接收機的輔助數據補償每個所述衛(wèi)星的多普勒效應來對每個所述本地副本的頻率進行校正的裝置；-加法器，適用于對所述已校正副本求和；以及-用于計算所述已校正副本的每個和與所述衛(wèi)星數據信號之間的作為時間的函數的相關函數的裝置。
9.一種移動設備，其包括根據權利要求8所述的RNSS衛(wèi)星導航接收機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于使用包括無線電導航衛(wèi)星(RNSS)接收機(10)的移動設備獲取衛(wèi)星數據的方法。本發(fā)明方法包括下列步驟，即由接收機(10)接收由多個衛(wèi)星發(fā)射的信號S(t)，所述信號對應于分別由衛(wèi)星發(fā)射并由該衛(wèi)星特有的擴頻信號調制的信號的和；產生由接收機(10)產生的多個本地副本RS1、RS2、RS3，每個所述副本都是來自衛(wèi)星特有的擴頻信號的副本；通過補償每個衛(wèi)星的多普勒效應，對每個本地副本進行頻率校正；對多個已校正副本CD1、CD2、CD3求和；以及確定所述多個已校正副本的和與衛(wèi)星數據信號S(t)之間的作為時間的函數的相關函數F(t)。
文檔編號G01S1/00GK1886672SQ200480035394
公開日2006年12月27日 申請日期2004年11月22日 優(yōu)先權日2003年12月1日
發(fā)明者米歇爾·莫內拉 申請人:阿爾卡特公司