專利名稱：具改良靈敏性尋位系統(tǒng)的接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分特征的用于一尋位系統(tǒng)的接收器，再者，本發(fā)明還涉及一種根據(jù)權(quán)利要求12前序部分特征的的用于在一尋位系統(tǒng)中尋找一接收器位置的方法。
背景技術(shù)：
已知，有些時候，尋位乃會在無線電連結(jié)，舉例而言，以衛(wèi)星作為基礎(chǔ)的GPS(Global positioning system，全球定位系統(tǒng))，的基礎(chǔ)下加以實行，而歐洲導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(European satellitenavigation system)，以及以陸地?zé)o線電來源(terrestrial radiosources)作為基礎(chǔ)的定位方法，則是提供了更進一步的應(yīng)用，其中，類似這些的定位方法以及相對應(yīng)的應(yīng)用乃使得使用者可以藉由測量與特定數(shù)量的無線信號源，例如，衛(wèi)星、或基地臺，之間的距離而決定其位置，舉例而言，每一個GPS以及伽利略衛(wèi)星(Galileo satellite)會發(fā)射包括一時間辨識以及該衛(wèi)星位置的獨特數(shù)字序列，而通常，該等信號乃會利用冗長的展頻碼進行編碼，其中，由于該等用于該等個別衛(wèi)星的展頻碼會于實際上彼此成直角，因此，該等信號可以在接收器中彼此獲得區(qū)分，舉例而言，該等各式GPS以及伽利略衛(wèi)星的該等展頻碼乃會藉由設(shè)置在該等衛(wèi)星中的高準確度自動時脈而彼此進行同步。
該接收器會評估在來自不同無線電來源(GPS衛(wèi)星，伽利略衛(wèi)星，或陸地發(fā)射器)的信號發(fā)射間的相關(guān)延遲，并且，乃會使用這些延遲來決定該所謂的延遲時間偏移(delay time offsets)，另外，該時間延遲偏移可以與相關(guān)于該等各式無線電來源的位置以及時間參考的資料一起加以使用，以精準地定位該接收器，所以，為了這個目的，該接收器會計算代表與每一個無線電來源的距離的該所謂的假范圍(pseudo ranges)，接著，導(dǎo)航軟件即可以藉由以與每一個無線電來源的該假范圍以及該等無線電來源的位置作為基礎(chǔ)來解一組分線性方程式，進而計算出該使用者的位置。
通常，在該等接收自該等無線電來源的信號間的該等延遲時間偏移乃是藉由在一接收器架構(gòu)中決定一關(guān)聯(lián)性最大值(correlationmaximum)，以及藉由假設(shè)此最大值乃會對應(yīng)于具有加性高斯白噪音(additive white Gaussian noise(AWGN))的直接可視線路徑(direct line-of-sight path(LOS))而進行測量，不過，問題卻在于，沿著一直接可視線路徑，該等個別定位信號并無法總是到達該接收器，而是常常會在大量的障礙物，例如，建筑物或山丘，發(fā)聲反射，因此，這些受反射的位置信號在被該接收器所接收前，就會經(jīng)過比在該可視線路徑上傳播定位信號更長的路徑，并且，因此產(chǎn)生延遲，而在此所謂的多路徑信號傳播，也就是說，各種版本的該定位信號會在不同的時間到達該接收器，的例子中，該等延遲的定位信號則是會在該接收器天線處加以重疊，并且，取決于該相位偏移，該等定位信號會遭受到結(jié)構(gòu)上、或是破壞性的干擾，所以，該已接收信號的振幅以及相位將可能會依照該發(fā)射方案而非常的不同。
此外，該等定位信號于障礙物上的反射、衍射、以及散射也是會導(dǎo)致該等定位信號的衰減，而此則是會使得在多路徑信號傳播的情況下，于該接收器中辨識該信號變得更加困難。
對該些已經(jīng)提及的影響而言，其乃需要高接收器靈敏性才有可能可靠地辨識以及同步化定位信號。
許多用于公知現(xiàn)代接收器的尋位系統(tǒng)首先會以解展頻該已接收信號的取樣數(shù)值并接著對它們進行相干積分(coherent integration)以及非相干積分(non-coherent integration)做為基礎(chǔ)，然后，所得的統(tǒng)計數(shù)值被傳送到會依照所需的需求而最大化該等定位信號的辨識可能性的一檢測器，舉例而言，一內(nèi)曼檢測器(Neyman-Pearsondetector)。
該檢測器則是會將供給至其的該等統(tǒng)計數(shù)值與一臨界數(shù)值進行比較，在此，假若一統(tǒng)計數(shù)值大于該臨界數(shù)值時，則即視為已接收一定位信號，相對的，若是在相反的例子中，則該已接收信號就不會被歸類為一定位信號，而這乃是為了避免不是定位信號的信號被用于尋位，另外，此方法也可以避免具有一極低接收振幅的定位信號被用于尋位，通常，現(xiàn)代的接收器會具有已為了加性高斯白噪音而進行最佳化的檢測器。
本發(fā)明的一個目的在于提供一用于尋位系統(tǒng)的接收器，其比公知接收器更為靈敏，另外，一更進一步的目的則是在于載明一相對應(yīng)的方法。
本發(fā)明做為基礎(chǔ)的該目的乃藉由獨立權(quán)利要求1以及12的特征而加以達成，至于本發(fā)明較具優(yōu)勢的改進以及發(fā)展則是載明于附屬權(quán)利要求中。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的該接收器為一尋位系統(tǒng)的一構(gòu)件，且該尋位系統(tǒng)作為基礎(chǔ)的原則乃是該等接著會被該接收器所接收的定位信號自二、或多個發(fā)射器的發(fā)射，而以其所接收的一定位信號作為基礎(chǔ)，該接收器則是可以辨識出該定位信號發(fā)射來源的發(fā)射器，以及該定位信號進行發(fā)射的時間，再者，在該等發(fā)射并非被配置在固定位置的情況下，其也是有可能衍生出相關(guān)發(fā)射器在發(fā)射時間時所處的位置，此外，由于該接收器乃已知定位信號自不同發(fā)射器被接收的時間，因此，其可以使用在該等個別定位信號間的延遲時間差異來決定其正確位置。
該根據(jù)本發(fā)明的接收器具有一計算單元，以用于自一已接收信號計算一統(tǒng)計數(shù)值，該統(tǒng)計數(shù)值乃會被傳送至一檢測器單元，而該檢測器單元則是會進行該統(tǒng)計數(shù)值與一臨界數(shù)值間的比較，并且，可以使用該比較的結(jié)果來決定該已接收信號是否為一已同步化定位信號，再者，其亦有可能提供該檢測器單元使用用于決定一已接收定位信號是否將被用于尋找該接收器位置的該臨界數(shù)值比較程序，尤其是，對該定位信號被接收時其僅可以不適當?shù)嘏c噪聲進行區(qū)別的范圍而言，該定位信號有可能在自該發(fā)射器至該接收器的發(fā)射期間即已產(chǎn)生衰退。
再者，根據(jù)本發(fā)明的該接收器乃具有一評估單元以及一決定單元。
該評估單元用以評估該已接收信號用以進行發(fā)射的無線電連結(jié)的萊斯因子，而該萊斯因子的特征則是在于，一經(jīng)由一可視線路徑而進行發(fā)射的信號其相關(guān)于該等已經(jīng)由非可視線路徑而被發(fā)射的信號強度的強度，因此，在多路徑信號傳播的例子中，該萊斯因子即為用于待實行的尋位程序的無線電連結(jié)的品質(zhì)、或可靠性的度量，而該萊斯因子乃會正比于該可視線分量的信號強度以及該多路徑分量的方差(variance)間的比值。
該決定單元會使用該已評估的萊斯因子而決定該臨界數(shù)值，該臨界數(shù)值則是接著會為該檢測單元所用，以用于臨界數(shù)值比較。
相較于公知用于尋位系統(tǒng)的接收器，根據(jù)本發(fā)明的該接收器所具有的優(yōu)點為，其更為靈敏，而該更高的靈敏性則是源自于該臨界數(shù)值以及該已評估萊斯因子間的關(guān)系，舉例而言，若是該萊斯因子代表該可視線分量比起該非可視線分量而言更具有占有優(yōu)勢時，則比起該可視線分量為微弱的相對情形，可以選擇一不同的臨界數(shù)值，因此，相對于公知的接收器，根據(jù)本發(fā)明的該接收器乃會使用一先驗(a-priori)信息，以計算一最佳臨界數(shù)值。
該決定單元可加以設(shè)計為，其首先會使用該已評估萊斯因子來計算在已藉由于該接收器中的相干以及非相干積分而進行處理該已接收信號的幾率密度(probability density)，接著，該檢測器的該臨界數(shù)值乃會考慮到該萊斯因子的該幾率密度作為基礎(chǔ)而進行計算。
作為本發(fā)明上述決定單元的一替代方案，其有可能提供該決定單元在其一旦計算該幾率密度后，即自一表格讀取該臨界數(shù)值，而該幾率密度的該等數(shù)值則是會與該等相關(guān)的臨界數(shù)值一起儲存在該表格中，較佳地是，該表格在該尋位程序?qū)嵭星凹匆旬a(chǎn)生。
用于決定該臨界數(shù)值的一另一替代方案則是利用一直接列出該等已評估萊斯因子的檢測器臨界數(shù)值的表格而加以形成，同樣較佳地是，此表格可以以先前計算的幾率密度作為機處而在該尋位程序?qū)嵭星凹醇右援a(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的一特別較佳改進，一數(shù)值乃是為了該不正確檢測可能性而永久地預(yù)先加以決定，其中，該不正確檢測可能性表示，一非為已同步化定位信號的信號被該檢測器單元不正確地視為一定位信號的可能性，舉例而言，此會發(fā)生在定位信號外所產(chǎn)生的隨意噪聲會不幸地加以結(jié)合的情形中，因而使得其會產(chǎn)生高于該臨界竹的一統(tǒng)計數(shù)值，因此，藉由所呈現(xiàn)的根據(jù)本發(fā)明該接收器的較佳實施例，該臨界數(shù)值的計算不僅會包括該已評估的萊斯因子，也會包括該不正確檢測可能性的數(shù)值。
根據(jù)本發(fā)明接收器的一另一特別較佳實施例提供該計算單元包含一串聯(lián)電路，而該串聯(lián)電路則是包括一用于相干積分的第一積分器，一強度平方或強度形成裝置，以及一用于非相干積分的第二積分器，并且，一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的該已接收器號的取樣數(shù)值乃會進入該串聯(lián)電路中，該等統(tǒng)計數(shù)值可以在該串聯(lián)電路的輸出端處進行分接。
其亦較具優(yōu)勢地是，該等發(fā)射器展頻編碼該等定位信號，在此例子中，該計算單元具有一用于解展頻該已接收信號的單元。
根本上，自接收路徑數(shù)值輸出具有許多種可能方法，而該萊斯因子則可以自此而進行評估，舉例而言，該計算單元所產(chǎn)生的該等統(tǒng)計數(shù)值可以被供給至該評估單元，以利用它們來衍生出該萊斯因子，而作為此的一替代方案，該解展頻單元所產(chǎn)生的該等數(shù)值則是可以被供給至該評估單元。
該萊斯因子可以利用于德國專利商標局參考案號10 2004 027666.8的德國專利申請“Verbesserung der Zuverlssigkeit undder Genauigkeit von Positionsbestimmungs-Vetfahren durchAbschtzung des Rice-Faktors einer Funkverbindung”[Improvement in the reliability and accuracy of position-finding methods by estimation of the Rice factor of radio link]中所載明的該等方法而進行評估，在此，該所引用的專利申請案乃被包括于本發(fā)明專利申請案的揭示內(nèi)容中。
該萊斯因子可以，舉例而言，利用下式(1)以及(2)而加以決定，其中，R為該已接收信號取樣數(shù)值的振幅，以及 藉由形成x的一連續(xù)平均而進行逼近K^s≈E^{R2}·2·E^{(R-E^{R})2}2·E^{(R-E^{R2})2}]]>方程式(1)K^2,4=E^{R4}-2(E^{R2})2-E^{R2}·2·(E^{R2})2-E^{R4}(E^{R2})2-E^{R4}]]>方程式(2)該尋位系統(tǒng)可以為一以衛(wèi)星作為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，在此狀況下，該等發(fā)射器乃會符合在該接收系統(tǒng)中所使用的該等衛(wèi)星，特別地是，該尋位系統(tǒng)可以為一GPS系統(tǒng)，一GLONASS系統(tǒng)，或是一Galileo系統(tǒng)，然而，原則上，其亦可以是一具有陸地?zé)o線電來源的純粹陸地尋位系統(tǒng)，而類似于這些的尋位系統(tǒng)則是可以，舉例而言，以“到達時間(timeof arrival，TOA)”，“到達時間差(time difference of arrival，TDOA)”，或“增強測得的時間差(enhanced observed timedifference，E-TOD)”評估方法作為基礎(chǔ)，此外，該等引用的評估方法亦可以在美國，歐洲，或亞洲移動無線系統(tǒng)，例如，GSM，GPRS，EDGE，UMTS，DCS-1800，IS-136，IS-95，PCS-1900，CDMA-2000，以及PDC，中執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明的該方法可以用于尋找為一尋位系統(tǒng)部分的一接收器的位置。
在根據(jù)本發(fā)明的該方法中，一統(tǒng)計數(shù)值乃會與一臨界數(shù)值進行比較，所以，為了這個目的，該統(tǒng)計數(shù)值首先會以該接收器所接收的一信號作為基礎(chǔ)而進行計算，再者，該已接收信號用以進行發(fā)射該無線電連結(jié)的該萊斯因子會進行評估，接著，該已評估的萊斯因子會被用以計算該臨界數(shù)值，然后，該比較的結(jié)果則是可以用以決定該已接收信號是否為一已同步化的定位信號，及/或該已接收信號是否被用于尋找該接收器的位置。
根據(jù)本發(fā)明的方法乃具有與公知尋位系統(tǒng)相同的優(yōu)點，如同根據(jù)本發(fā)明的該接收器一樣。
本發(fā)明將以圖式作為參考并利用實例而于接下來的內(nèi)容中進行更詳盡的解釋，其中圖1其顯示作為根據(jù)本發(fā)明的該接收器的一第一示范性實施例的一接收器1的一方塊圖；圖2其顯示作為根據(jù)本發(fā)明的該接收器的一第二示范性實施例的一接收器20的一方塊圖；圖3A至圖8B其顯示定位信號的檢測可能性Pd以及信號載波功率(signal carrier power)C與噪聲功率頻譜密度(noise powerspectral density)N0間的比值C/N0所繪制的曲線圖；圖9其顯示一用于評估萊斯因子(Rice factor)的評估設(shè)備100的一方塊圖；以及圖10A至圖11B其顯示用于舉例說明該萊斯因子的仿真評估結(jié)果的曲線圖。
具體實施例方式
圖1顯示一用于一尋位系統(tǒng)的接收器1的方塊圖。在所呈現(xiàn)的例子中，此為一GPS系統(tǒng)，自該GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星所傳送的定位信號乃是由一天線2所接收，該天線2后緊接著一RF前端級(RF frontendstage)3，該RF前端級3則是會在一基帶(baseband)中發(fā)射一已接收定位信號的復(fù)合波封(complex envelope)r(t)的正交分量 方程式(3)在方程式(3)中，d(t)代表資料信號，c(t)代表已接收的展頻碼，(t)＝(t)-r(t)代表在已接收信號相位(t)以及參考相位r(t)間的相位偏移，以及n(t)代表具有一平均數(shù)值零的復(fù)合加性白高斯噪音(AWGN)。
在受到該RF前端級3的處理后，該已接收定位信號乃會藉由一被配置在該RF前端級3下游處的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器4而于時間(v)進行取樣(v Z)，其中，該等取樣數(shù)值rv乃是藉由使用一乘法器5來將它們乘上復(fù)數(shù)共軛局部PRN參考展頻碼(complex-conjugate localPRN reference spread code)cr，v+τmodL*而進行解展頻，此程序所獲得的乘積乃會利用下列的方程式(4)而被包括到一相干積分器6中sμ=1L·Σv=1Lrv·Cr,v+τmodL*]]> 方程式(4)該參數(shù) 表示在該相干積分時間Tc以及該取樣周期Ts間的比值。
該于方程式(4)中所實行相加程序的結(jié)果是sμ=2C·dμ·1L·Rrc(τ)·si(Δω·Tc2)·exp(j·ΔΦ)+wμ]]>方程式(5)在方程式(5)中，Rrc(τ)表示在cv以及cr，v+τmodL間的循環(huán)交叉相關(guān)函數(shù)(circular cross-correlation function)，Δω表示移除都卜勒(Doppler)后的頻率偏移，以及wμ＝wI，μ+j·wQ，μ表示具有一平均數(shù)值零的結(jié)果復(fù)合加性白高斯噪音，至于E{wI2}以及E{wQ2}的預(yù)期數(shù)值則是藉由下式表示E{wI2}=E{wQ2}=E{(1L·Σv=1LnI·cr,v+τmodL*)2}]]>=E{(1L·Σv=1LnQ·cr,v+τmodL*)2}=σw2=N0Tc]]>方程式(6)由該相干積分器6所發(fā)射的該些數(shù)值sμ會被傳送一強度平方及強度形成裝置(magnitude squaring and magnitude forming device)7，并且，接著會被傳送至一非相關(guān)積分器8，而N＝Tn/Tc的數(shù)值則是會在該非相干積分程序中相加，其中，Tn表示該非相干積分時間，此外，當方程式(5)藉由σw2而加以分開時，該加性白高斯噪音的同相分量wI以及正交分量wQ采用一具有方差(variance)1的標準常態(tài)分布(standard normal distribution)，該非相干積分器8會發(fā)射下列所顯示的統(tǒng)計數(shù)值ΛAWGNΛAWGN=Σμ-1N|SAWGN,μ|2σw2H1≥≤H0κAWGN]]>方程式(7)該統(tǒng)計數(shù)值ΛAWGN會在一下游檢測器9中與一臨界數(shù)值κAWGN進行比較，其中，假設(shè)ΛAWGN≥κAWGN時，則就會采用H1為有效的假設(shè)，而以此作為基礎(chǔ)，該已接收的信號即為一已藉由一衛(wèi)星進行傳遞并具有已測試碼相位(tested code phase)τ的定位信號，相對的，在相反的條件下，也就是說，ΛAWGN＜κAWGN，則表示H0為有效的假設(shè)成立，此即表示，在該天線2所接收的該信號并不是一具有該已測試碼相位τ的已同步定位信號。
操作該檢測器9的方法乃是以內(nèi)曼準則(Neyman-Pearsoncriterion)作為基礎(chǔ)，而該內(nèi)曼準則則是會在一固定比率乃是為了一信號被不正確地視為該具有已測試碼相位τ的已同步化定位信號的錯誤檢測而預(yù)先加以決定的條件下，最大化該定位信號的檢測可能性。
該不正確檢測可能性Pf如下而進行計算Pf=∫κ∞pΛ|H0(s|H0)ds]]>方程式(8)該臨界數(shù)值κ乃是利用該方程式(8)并藉由預(yù)先決定該可能性Pf的一固定數(shù)值，舉例而言，10-3，而進行計算。
該定位信號的檢測可能性Pd則是藉由下式而加以提供Pd=∫κ∞pΛ|Hl(s|H1)ds]]>方程式(9)該可能性Pd可以加以計算為商C/N0的一函數(shù)，其中，C為該信號載波功率以及N0＝k，另外，T0為該噪聲功率頻譜密度，在此狀況下，k＝1.38·10-23J/K為玻爾茲曼常數(shù)(Boltzmann constant)，以及T0＝290K為室溫。
該等上述的方程式會產(chǎn)生該幾率密度pΛ的一非中心χ2分布函數(shù)(可能密度函數(shù))PΛAWGN(s)=1σw·χM2(Sσw,γ2)]]>=12σw·(sσw·γ2)M-24·exp(-s2σw-γ22)·IM2-1(s·γ2σw)]]>方程式(10)IM/2-1(x)為該第一型態(tài)以及第(M/2-1)階的修正貝塞爾函數(shù)(Bessel function)，并且，在方程式(10)中的該分布函數(shù)χ2的自由程度計數(shù)MAWGN以及該非向心性參數(shù)(non-centralityparameter)γ2AWGN如下而加以計算
MAWGN=2·TnTc]]>方程式(11)γAWGN2=Σv=1Mγv2=Σμ=1TnTc1σw2·[E{Re{sAWGN,μ}}2+E{Im{sAWGN,μ}}2]]]>=CN0·2Tn·1L2·Rrc2(τ)·si2(Δωμ·TC2)]]>方程式(12)就該接收器1至此所敘述的范圍而言，其乃會相符合于該用于GPS系統(tǒng)、且為了具有加性白高斯噪音的頻道而進行最佳化的公知接收器，不過，根據(jù)本發(fā)明，該接收器1則是亦會具有一評估單元10，以用于評估該萊斯因子K。
倘若該已接收信號具有一占優(yōu)勢、穩(wěn)定的信號分量，也就是說，未遭受衰退的一信號分量，以作為該可視線信號時，該已接收信號的波封乃會具有一萊斯分布(Rice distribution)，再者，該萊斯多路徑信道會產(chǎn)生一具有一平均數(shù)值零的復(fù)合白高斯噪音方差u，以作為在該已接收定位信號的該波封r(t)的條件方程式中的一乘法因子，該方差u的該波封x表示如下x=|u|=uI2+uQ2]]>方程式(13)根據(jù)“Probability，Random Variables And StochasticProcesses”by A.Papoulis and A.U.Pillai，published byMcGraw-Hill，New York，2002，該波封x乃會遵守下列的Ricean衰退分布(Ricean fading distribution)px(x)px(x)=xσu2·exp(-x2+Au22σu2)·I0(Au·xσu2)]]>方程式(14)I0(x)為該第一型態(tài)以及零階的修正貝塞爾函數(shù)，以及Au2為該可視線分量的信號強度
Au2=E{uI}2+E{uQ}2]]>方程式(15)該萊斯因子K加以定義為該可視線分量的該信號強度以及該多路徑分量的該方差間的比值K=Au22σu2]]>方程式(16)再者，在基頻中的該萊斯多路徑頻道的該復(fù)合波封表示如下 方程式(17)另外，E{u|2}=Au2+2σu2=1]]>方程式(18)E{uI2}=E{uQ2}=12]]>方程式(19)E{uI}=E{uQ}=σu·K=K2·(K+1)]]>方程式(20)E{(uI-E{uI})2}=E{(uQ-E{uQ})2}=σu2=12·(K+1)]]>方程式(21)在一萊斯分布的例子中，該等自該相干積分器6所發(fā)射的數(shù)值sμ由下列方程式加以提供sμ=2C·dμ·1L·Rrc(τ)·si(Δω·Tc2)·exp(j·ΔΦ)·uμ+wμ]]>方程式(22)在方程式(22)中，具有不等于零的平均數(shù)值的該兩個高斯方差的相加會產(chǎn)生具有一不等于零的平均數(shù)值的一另一高斯方差，并且，自該相加程序所獲得的該高斯方差可以加以標準化，以產(chǎn)生一不等于零、且具有一方差1的標準分布。
該檢測器9所達成的該臨界數(shù)值決定為下列的形式
ΛRice=Σμ=1N|sRice,μ|2σRi2H1≥≤H0κRice]]>其中，σRi2表示如下σRi2=C·1L2·Rrc2(τ)·si2(Δωμ·TC2)·1K+1+N0TC]]>方程式(24)根據(jù)上述的該等方程式，該幾率密度pΛ(可能密度函數(shù))乃會具有一非中心χ2分布函數(shù)pΛRice(s)=1σRi*χM2(sσRi,γ2)]]>方程式(24)=12σRi·(sσRi·γ2)M-24·exp(-s2σRi-γ22)·IM2-1(s·γ2σRi)]]>方程式(25)IM/2-1(x)為該第一型態(tài)以及第(M/2-1)階的修正貝塞爾函數(shù)(Bessel function)，并且，在方程式(25)中的該χ2分布函數(shù)的自由程度計數(shù)MRice以及該非向心性參數(shù)(non-centralityparameter)γ2Rice如下而加以計算MRice=2·TnTc]]>方程式(26)
γRice2=Σv=1Mγv2=Σμ=1TnTc1σRi2·[E{Re{sRice,μ}}2+E{Im{sRice,μ}}2]]]>=Σμ=1TnTc1σRi2·C·(1L2·Rrc(τ))2·si2(Δωμ·TC2)·KK+1]]>=K·TnTC·(1+N0(K+1)Tc·C·Rrc2(τ)·si2(Δωμ·Tc2))]]>方程式(27)若是該占優(yōu)勢的可視線信號變得較微弱時，則該萊斯分布會瓦解成為瑞利分布(Rayleigh distribution)，以及該萊斯因子K乃會被視為零，因此，一瑞利分布的該幾率密度pΛ的條件方程式會為下列的形式pΛRayleigh(s)=1σRa·xM2(sσRa)]]>=12σRia·exp(-s2σRa)·(sσRa)M2-12M2·Γ(M2)]]>方程式(28)其中Γ(M2)=∫0∞xM2-1·e-xdx]]>方程式(29)σRa2=C·1L2·Rrc2(τ)·si2(Δω·TC2)+N0TC]]>方程式(30)本發(fā)明提供該萊斯因子K進行評估，以及以該萊斯因子K作為基礎(chǔ)而提供該最佳臨界數(shù)值κ進行計算，其中，若是在一固定數(shù)值，舉例而言，10-3，會依照該內(nèi)曼準則而為了該可能性預(yù)先加以決定的條件下，該最佳臨界數(shù)值κ可以藉由方程式(8)以及(25)而加以計算，該評估單元10加以提供在圖1中，以用于評估該萊斯因子K，而該臨界數(shù)值κ則是可以在該評估單元10中、或是在該檢測器9中進行計算。
在圖1中，該評估單元10被饋送自該非相干積分器8，而作為此的一替代方案，一用于評估該萊斯因子K的評估單元亦會跟隨在該乘法器5后，類似于此的一接收器20的方塊圖則是舉例說明于圖2中，該接收器20與在圖1中所舉例說明的該接收器1的不同僅在于，相較于該評估單元10，該評估單元21以及該評估單元21的相對應(yīng)不同的內(nèi)部設(shè)計，此外，作為該兩個已經(jīng)提及的選擇的一替代方案，該評估單元亦可以被饋送自該相干積分器6、或是自該強度平方及強度形成裝置7。
本發(fā)明會造成該接收器的靈敏性的相當程度改善，其中，該非相干積分時間Tn越長且該萊斯因子越低，則相較于公知的接收器，該靈敏性就越高，舉例而言，一非相干積分時間Tn＝10秒以及一萊斯因子K＝11乃會造成一靈敏性增益3.0dB。
至于靈敏性增加的更進一步例子則顯示在圖3A，圖3B至圖8A，圖8B，而在該些已經(jīng)提及的圖式中，檢測該定位信號的可能性Pd則是會在每一個例子中相對于該信號載波功率C與該噪聲功率頻譜密度N0間的比值C/N0而進行描繪，其中，該等虛線曲線表示一公知接收器的可能性Pd，而同時間，該實線曲線則是表示適合于根據(jù)本發(fā)明的一接收器的可能性Pd，并且，在計算圖3A至圖8B中所顯示的該等曲線時，加以設(shè)定為Pf＝10-3以及Tc＝20ms，而在所呈現(xiàn)的例子中，該尋找該接收器位置的程序乃是以GPS L1-C/A標準作為基礎(chǔ)。
一種用于評估該萊斯因子K的方法將于接下來的內(nèi)容中進行解釋，而此方法則是在先前已提及具有參考案號10 2004 027 666.8的德國專利申請中有所敘述。
該用于評估該萊斯因子K的方法乃是以該萊斯分布的第二以及第四非中心力矩作為基礎(chǔ)，而在一完全通用的形式中，該萊斯分布的該非中心力矩可以由下列的方程式提供
E{Rn}=2N2·σn·Γ(n2+1)·exp(-A2σ2)·F1(n2+1;1;A22σ2)1]]>方程式(31)在方程式(31)中，1F1(x；y；z)代表合流超幾何函數(shù)(confluenthyper-geometric function)，并且，該萊斯分布的該等線性非中心力矩會加以簡化，以形成公知的力矩，因此，特別地是E{R2}＝A2+2σ2方程式(32)E{R4}＝A4+8σ2A2+8σ4方程式(33)該萊斯因子K的定義已經(jīng)于先前述及K=A22σ2]]>方程式(34)由于該萊斯分布的所有該等個別力矩乃是取決于σ以及K，因此，一現(xiàn)在僅取決于該萊斯因子K的輔助函數(shù)會加以定義為fn,m(K)=(E{Rn})m(E{Rm})n]]>方程式(35)f2,4(K)=(E{R2})4(E{R4})2=[(K+1)2K2+4K+2]2]]>方程式(36)解K的方程式(36)會產(chǎn)生一非負解(non-negative solution)，而該非負解則是會提供該萊斯因子K的一指示評估K^2,4=E^{R4}-2(E^{R2})2-E^{R2}·2·(E^{R2})2-E^{R4}(E^{R2})2-E^{R4}]]>方程式(37)該所敘述的方法乃是藉由快速收斂以及一低程度的執(zhí)行復(fù)雜度而加以區(qū)分。
圖9顯示一用于利用上述方程式(37)而評估該萊斯因子K的評估設(shè)備100。
正如在圖9所舉例說明的該方塊圖中所顯示的一樣，信號數(shù)值乃是經(jīng)由一輸入端101而進入該評估設(shè)備100中，再者，該等信號數(shù)值首先會被傳送至一強度平方裝置102，其輸出端會被連接至一平方裝置103的輸入端以及一連續(xù)平均裝置(running averaging device)104，而該連續(xù)平均裝置104則是會產(chǎn)生在該方程式(37)中所發(fā)生的該等項次 的近似數(shù)值，另外，該平均裝置103的該輸出端會被傳送至一連續(xù)平均裝置105的輸入端，以及該連續(xù)平均裝置105乃會產(chǎn)生于該方程式(37)中所發(fā)生該等項次 的近似數(shù)值，再者，該連續(xù)平均裝置104的輸出端會被傳送至一平方裝置106的輸入端以及傳送至一乘法器107的第一輸入端，并且，該平方裝置106的輸出端乃會被傳送至一加法器108的第一輸入端，在此同時，該連續(xù)平均裝置105的輸出端乃會被傳送至該具有一負數(shù)學(xué)符號(negative mathematicalsign)加法器108的第二輸入端，接著，該加法器110的輸出端會被連接至一平方根裝置111，而該平方根裝置111的輸出端則是會被連接至該乘法器107第二輸入端，至于該乘法器107的輸出端則是會被傳送至一具有一負數(shù)學(xué)符號加法器112的一第一輸入端，以及乘二乘法器(times-two multiplier)109的輸出端乃會與一負數(shù)學(xué)符號一起被傳送至該加法器112的一第二輸入端，而在此同時，該連續(xù)平均裝置105的該輸出端則是會被傳送至該加法器112的一第三輸入端，再者，該加法器112的該輸出端會被傳送至一結(jié)合乘法器/除法器113的乘法器輸入端，同時間，該加法器108的該輸出端會被傳送至該除法器輸入端，其中，該乘法器輸入端乃會被供給以來自該方程式(37)右邊式子的枚舉器(enumerator)，同時，解枚舉器(denominator)乃會被傳送至該除法器輸入端，此外，該結(jié)合乘法器/除法器113的輸出端乃會產(chǎn)生該萊斯因子K的已評估數(shù)值，而該已評估數(shù)值則是可以在該評估設(shè)備100的該輸出端114處進行分接。
圖10A，圖10B以及圖11A，圖11B舉例說明用于評估該萊斯因子K的兩個收斂仿真。在圖10A以及圖10B中所舉例說明的該仿真顯示一具有一K＝10萊斯分布的程序，而在圖11A以及圖11B中所舉例說明的該仿真則是顯示一具有一K＝0瑞利分布的程序。
正如可以由圖10B中所看出，利用該方程式(37)而加以評估的該萊斯因子會收斂至該數(shù)值K＝10，同時間，圖11B則是顯示，該萊斯因子乃會逼近數(shù)值0。
權(quán)利要求
1.一種用于一以定位信號的不同延遲時間的評估作為基礎(chǔ)的尋位系統(tǒng)的接收器(1；20)，且其中，該等定位信號乃是自具有已知位置的二、或多個發(fā)射器發(fā)射，并且，會被該接收器(1；20)所接收，該接收器包括一計算單元(6，7，8)，用于以該接收器(1；20)所接收的一信號作為基礎(chǔ)而計算一統(tǒng)計數(shù)值(A)；一檢測器單元(9)，其經(jīng)設(shè)計而進行該統(tǒng)計數(shù)值(A)與一臨界數(shù)值(κ)的比較，并且，會以該比較作為基礎(chǔ)而決定該已接收信號是否為一定位信號，及/或該已接收信號是否用于尋找該接收器的位置；一評估單元(10；21)，用于評估發(fā)射該已接收信號的無線電連結(jié)的萊斯因子(Rice factor)(K)；以及一決定單元，用于以該已評估萊斯因子(K)作為基礎(chǔ)而決定該臨界數(shù)值(κ)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器(1；20)，其特征在于，該決定單元經(jīng)設(shè)計而以該已評估萊斯因子(K)作為基礎(chǔ)而計算該已接收，特別是，已預(yù)先處理的信號的幾率密度(pr obabilitydensity)，以及經(jīng)設(shè)計而以該幾率密度作為基礎(chǔ)而計算該臨界數(shù)值(κ)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器(1；20)，其特征在于，該決定單元乃經(jīng)設(shè)計而以該已評估萊斯因子(K)作為基礎(chǔ)而計算該已接收，特別是，已預(yù)先處理的信號的幾率密度(probabilitydensity)，以及設(shè)計而以該幾率密度作為基礎(chǔ)、并藉由一表而決定該臨界數(shù)值(κ)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器(1；20)，其特征在于，該決定單元乃經(jīng)設(shè)計而以該已評估萊斯因子(K)作為基礎(chǔ)、并藉由一表而決定該臨界數(shù)值(κ)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的其一或更多所述的接收器(1；20)，其特征在于，該決定單元經(jīng)設(shè)計而以一已預(yù)先決定的固定不正確檢測可能性作為基礎(chǔ)而計算該臨界數(shù)值(κ)，且其中，該不正確檢測可能性乃是該已接收信號并非為一已同步化定位信號、但卻被該檢測器單元認定為一定位信號的可能性。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的其一或更多所述的接收器(1；20)，其特征在于，于該計算單元中，該已接收信號的取樣數(shù)值(rv)乃會饋送一串聯(lián)電路(6，7，8)，且其中，該串聯(lián)電路包括一用于相干積分的第一積分器(6)，一強度平方或強度形成裝置(7)，以及一用于非相干積分的第二積分器(8)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求的其一或更多所述的接收器(1；20)，其特征在于，藉由該等發(fā)射器進行發(fā)射的該等定位信號乃會進行展頻編碼；以及一解展頻單元(5)乃會設(shè)在該計算單元中，以解展頻該已接收信號。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求的其一或更多所述的接收器(1；20)，其特征在于，自該計算單元(6，7，8)的該統(tǒng)計數(shù)值(A)、或來自該解展頻單元(5)的已解頻取樣數(shù)值乃會饋送至該用于評估該萊斯因子(K)的評估單元(10；21)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求的其一或更多所述的接收器(1；20)，其特征在于，該萊斯因子(K)乃是藉由該評估單元(10；21)利用下式而進行評估K^s≈E^{R2}·2·E^{(R-E{R}^)2}2·E^{(R-E^{R2})2},]]>其中，R為該已接收信號的取樣數(shù)值的振幅，以及 是藉由形成x的一連續(xù)平均而進行逼近。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8的其一或更多所述的接收器(1；20)，其特征在于，該萊斯因子(K)藉由該評估單元(10；21)利用下式而進行評估K^2,4=E^{R4}-2(E^{R2})2-E^{R2}·2·(E^{R2})2-E^{R4}(E^{R2})2-E^{R4},]]>其中，R為該已接收信號的取樣數(shù)值的振幅，以及 是藉由形成x的一連續(xù)平均而進行逼近。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求的其一或更多所述的接收器(1；20)，其特征在于，該尋位系統(tǒng)的該發(fā)射器系乃配置在衛(wèi)星上、或是在陸地上。
12.一種用于在一尋位系統(tǒng)中尋找一接收器(1；20)位置的方法，其以定位信號的不同延遲時間的評估作為基礎(chǔ)，且其中，該等定位信號乃是由具有已知位置的二個、或多個發(fā)射器所發(fā)射，并且，由該接收器(1；20)所接收，該方法包括下列步驟(a)以該接收器(1；20)所接收的一信號作為基礎(chǔ)而計算一統(tǒng)計數(shù)值(A)；(b)比較該統(tǒng)計數(shù)值(A)以及一臨界數(shù)值(κ)；(c)以該比較的結(jié)果作為基礎(chǔ)而決定該已接收信號是否為一定位信號，及/或該已接收信號是否被用于尋找該接收器的位置；(d)評估用以發(fā)射該已接收信號的無線電連結(jié)的萊斯因子(Ricefactor)(K)；以及(e)以該已評估萊斯因子(K)作為基礎(chǔ)而決定該臨界數(shù)值(κ)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該已接收，特別是，已預(yù)先處理的信號的幾率密度(probabilitydensity)乃會以在步驟(e)中的該已評估萊斯因子(K)作為基礎(chǔ)而進行計算，以及該臨界數(shù)值(κ)乃是以該幾率密度作為基礎(chǔ)而進行計算。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該已接收，特別是，已預(yù)先處理的信號的幾率密度(probabilitydensity)乃會以在步驟(e)中的該已評估萊斯因子(K)作為基礎(chǔ)而進行計算，以及該臨界數(shù)值(κ)乃是以該幾率密度作為基礎(chǔ)而藉由一表而進行計算。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該臨界數(shù)值(κ)在步驟(e)中乃是以該已評估萊斯因子(K)作為基礎(chǔ)而藉由一表決定。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15的其一或更多所述的方法，其特征在于，該臨界數(shù)值(κ)乃是以一已預(yù)先決定的固定不正確檢測可能性作為基礎(chǔ)而進行計算，且其中，該不正確檢測可能性乃是該已接收信號并非為一已同步化定位信號、但卻在步驟(c)中被該檢測器單元認定為一定位信號的可能性。
17.根據(jù)權(quán)利要求12至16的其一或更多所述的方法，其特征在于，該已接收的已展頻編碼信號的取樣數(shù)值(rv)乃會于步驟(a)中進行解展頻；該等已解展頻取樣數(shù)值乃會進行相干積分；形成對于該相干積分結(jié)果的強度的平方；以及該等強度的該等平方進行非相干積分。
18.根據(jù)權(quán)利要求12至17的其一或更多所述的方法，其特征在于，該萊斯因子(K)乃會以該統(tǒng)計數(shù)值(A)作為基礎(chǔ)，或是以展頻取樣數(shù)值作為基礎(chǔ)，或是以已非相干積分的展頻取樣數(shù)值作為基礎(chǔ)，或是以該已非相干積分的展頻取樣數(shù)值的強度作為基礎(chǔ)而進行評估。
19.根據(jù)權(quán)利要求12至18的其一或更多所述的方法，其特征在于，該萊斯因子(K)乃是藉由下式而進行評估K^s≈E{R2}^·2·E^{(R-E^{R})2}2·E^{(R-E^{R2})2},]]>其中，R為該已接收信號的取樣數(shù)值的振幅，以及 藉由形成x的一連續(xù)平均而進行逼近。
20.根據(jù)權(quán)利要求12至18的其一或更多所述的方法，其特征在于，該萊斯因子(K)藉由利用下式而進行評估K^2,4=E^{R4}-2(E^{R2})2-E^{R2}·2·(E^{R2})2-E^{R4}(E^{R2})2-E^{R4},]]>其中，R為該已接收信號的取樣數(shù)值的振幅，以及 藉由形成x的一連續(xù)平均而進行逼近。
21.根據(jù)權(quán)利要求12至20的其一或更多所述的方法，其特征在于，該尋位系統(tǒng)的該發(fā)射器配置在衛(wèi)星上、或是在陸地上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尋位系統(tǒng)的接收器(1)，其包括一計算單元(6，7，8)，用于以一已接收信號作為基礎(chǔ)而計算一統(tǒng)計數(shù)值(Λ)，包括一檢測器單元，用以進行該統(tǒng)計數(shù)值(Λ)與一臨界數(shù)值(κ)的比較并用以決定該已接收信號是否為一已同步的定位信號，也包括一評估單元(10)，用于評估該已接收信號用以進行發(fā)射的無線電連結(jié)的萊斯因子(Rice factor)(K)，以及包括一決定單元，用于以該已評估萊斯因子(K)作為基礎(chǔ)而決定該臨界數(shù)值(κ)。
文檔編號G01S1/08GK1715949SQ20051008220
公開日2006年1月4日 申請日期2005年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月2日
發(fā)明者A·施米德, A·紐鮑爾 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司