[发明专利]用于在接收定位信号时增加相干积分长度的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及通过使用无线定位信号来计算移动装置的位置的设备和方法，例如GPS系统。 

背景技术

不仅对于海上船只或边远地区的探险者来说，而且对于在日常生活中使用手机的任何人来说，位置定位装置都变得越来越普及。与个人位置定位装置的普及相关的手机数目增加已促进用于获取用以确定位置的信号的快速、高灵敏度方法的开发。 

位置定位技术通常利用从已知位置同时发射的无线定位信号。在GPS系统中，这些定位信号在已知时间以预定义频率从多种卫星同时发射。在地面上，GPS接收器从其天空视角内的每一卫星获取定位信号。定位信号到达的时间以及视角内卫星的准确位置和信号从每一卫星发射的准确时间用于对GPS接收器的位置进行三角测量。 

定位信号(且尤其是GPS信号)包括高速率重复信号或“代码”，称为伪随机(PN)序列。可用于民用的代码称为C/A代码，且具有1.023MHz的二进制相位反转速率或“修整(chipping)”速率，和对于1毫秒的代码周期有1023个码片的重复周期。GPS系统中的伪随机序列属于称为“金色码”的族群。每一GPS卫星以其唯一的金色码用载波频率同时广播信号。 

在接收器处，观察处于载波频率的电磁能，且此观察到的能量经处理以搜索来自可能在视场中的任何GPS卫星的信号的可能存在。在接收器进行观察时，特定GPS代码和相位延迟是未知的。接收器的目的是在观察到的能量中识别关于载波频率的GPS代码，并确定每一识别的GPS代码的相位延迟。然而，因为GPS代码和相位延迟初始是未知的，所以通常采用如下方法：假设第一GPS代码且接着依次测试许多相位假定，直到已经识别GPS信号或确定GPS信号不存在为止。接着对可能在视场中的每一其它GPS卫星重复此过程。 

由于许多因素的原因，从GPS卫星接收定位信号可能比较难。举例来说，GPS信号是以相对较低的功率且从较远距离发射的。当GPS信号从地球轨道行进到接收器时，其初始低功率已显著减小，使得信号在接收器处极其微弱。 

另一问题涉及可能影响定位信号中的一者或一者以上的频率误差。举例来说，由于 多普勒效应的原因，载波频率可能随着时间而略微移位。在接收器中，振荡器和接收并处理信号的其它电子装置可在频率中引入误差(例如，略微移位)，这可使接收变复杂。如果频率移位是恒定的，那么可使用傅立叶变换(例如，FFT)方法；然而，当此频率移位随着时间变化时导致进一步的复杂性；即，当频率移位并非随着观察时间(数据块)恒定时。为了处理时变频率误差的问题，通常将用于相干处理的数据块的长度(相干长度)限于一秒钟的若干分之几(例如，20毫秒)；否则，频率误差可能使系统灵敏度显著降级。为了在可能存在频率移位时增加系统灵敏度，可在许多时间周期(例如，五到二十个)中完成许多连续相干处理操作，且将结果以非相干方式加在一起以提供对一秒或一秒以上的周期中的信号的指示。如果存在可在较长时间周期中执行单个相干处理操作的可用系统，即，如果可显著增加相干积分长度，那么这将是个显著的优点。 

发明内容

本文描述一种用于增加用于接收和处理以预定频率从多个发射器发射的一个或一个以上定位信号的相干积分长度的方法和设备，所述定位信号用于确定接收器的位置。每一定位信号包含唯一地识别发射所述信号的发射器的周期性重复序列。 

为了补偿在接收器中进行观察和处理之后定位信号中可能发生的频率漂移，关于频率漂移作出一个或一个以上假设，在一个实施例中，所述假设接着与观察到的数据组合并被处理。这允许较长的相干积分长度，其可显著减少处理时间和/或提供更精确的结果。具体来说，通过在信号处理中应用频率漂移假设，可以减少不相干积分的长度为代价同时保持总积分长度不变来增加相干积分的长度，其净作用是信号检测灵敏度的增加。 

明确地说，揭示一种方法和设备，其利用长相干积分周期来接收以预定载波频率从多个发射器中的一者发射的定位信号。所述定位信号包含唯一地识别发送所述定位信号的发射器的参考信号。所述方法包括：在接收器处，观察处于大约所述载波频率的电磁能量，并存储指示所述观察到的电磁能量的数据。在预定义时段中观察所述数据，以界定可能经受未知频率漂移的数据块。假设发射器中的一者，借此假设所述多个唯一参考信号中的一者。假设频率漂移，且响应于所述假设的频率漂移，接收器在多个相移上搜索所述数据块与所述假设的参考信号之间的匹配。如果找到匹配的信号，那么接收器就确定相位延迟和计时信息，否则接收器就重复循环先前的步骤，直到找到匹配的信号为止，或直到已满足预定的退出标准为止。