[发明专利]GNSS接收器中搜寻多普勒频率的方法与相关器

说明书

技术领域

本发明是有关于GNSS信号的获取(acquisition)/追踪(tracking)，更 具体的，是有关于GNSS接收器内多普勒频率的搜寻方法及应用上述 方法的相关器(correlator)。

背景技术

对于GNSS系统(Global Navigation Satellite System；例如GPS， GLONASS，GALILEO等等)中的信号获取，有三个搜寻范围：可见卫 星ID(visible satellite ID)，多普勒频率(Doppler frequency)，以及码相 位(code phase)。一个包含特定卫星ID，特定多普勒频率以及特定码相 位的组合(combination)被称作“假设”(hypothesis)。对于特定卫星，如 果有M个可能的多普勒频率与N个码相位，则总共有M×N个假设要 被尝试。对一个GPS(Global Positioning System)信号来说，伪随机码 (pseudo-random)的码片率(chipping rate)是1.023MHz。也就是一毫秒有 1023个码片。若一个间隔(bin)在码相位范围内的码片空间占用1/2码 片，则对于一个C/A的码接收器而言，在码相位范围内会有 1023×2＝2046个间隔。一般来说，在没有预先得到时间、卫星与用户 位置等精准信息的情况下，很难减少间隔的数量或缩小需搜寻的码相 位的范围。

如上所述，对于特定的卫星，在信号获取过程中，仍存在需要搜 寻的多普勒频率。卫星相对于用户的移动造成了实际多普勒频移(real  Doppler frequency shift)。举例来说，对于固定的用户，最大的多普勒 频移大致是±5kHz。所以该搜寻范围是10kHz。但是，除了实际多普勒 频移(real Doppler frequency shift)，别的因素也可能造成搜寻范围的扩 大。举例来说，接收的IF信号的载波频率(carrier frequency)可能被本 地频率(local clock)偏置(biased)。GNS S接收器用温度补偿晶体振荡器 TCXO(Temperature Compensated Crystal Oscillator)或其它种类的振荡 器来提供精准的本地频率信号，但本地频率信号会有未知的偏置 (unknown bias)及特定的漂移范围(drift range)。这样的频率偏置及漂移 会影响GNSS基频信号的载波频率并产生相应的多普勒频移。

另外一个会导致更多多普勒频率搜寻间隔的因素是在获取中的长 时间相干积分(long coherent integration time)。长时间相干积分一般用 于弱信号获取中以改善信号噪声比(SNR)，进而改善侦测可能性 (detection probability)。长时间相干积分可改善信号侦测效率，但是造 成需要搜寻更多的多普勒频率间隔。随着相干积分时间的延长，可允 许多普勒频率误差(allowable Doppler frequency error)将降低。举例来 说，对于1ms的相干积分时间来说，可允许多普勒频率误差小于1kHz， 而对于20ms的相干积分时间来说，可允许多普勒频率错误小于50Hz。 在AGPS(Assisted GPS或Aided GPS)系统中，其中用于辅助(aid)已知 数据位序列(known data bit sequence)之后的相干积分时间非常长时， 例如2秒或更长，即使搜寻范围是一样或减少的，多普勒频率搜寻间 隔也会大幅增加。如前所述，影响多普勒频率搜寻范围与搜寻间隔的 因素很多。因此，不同情况下，多普勒频率搜寻间隔的数量应可动态 (dynamically)变化。因此，我们需要一个灵活(flexible)的多普勒搜寻相 关器。

尽快搜寻到所有卫星的多普勒频率以降低首次定位时间(Time To  First Fix，TTFF)是重要的，首次定位时间是卫星通讯接收器的一个主 要效能指标(performance metric)。并且，获取的第一批少数卫星的多 普勒频率可以用来调整与减少剩余卫星的多普勒频率搜寻范围。接着， 同样数量的相关器可用更长的相干积分时间来搜寻缩小后的多普勒范 围以取得更佳的信号获取表现。