[发明专利]包括定位信号的信号检测的方法和系统

说明书

一种基于检测来自多个卫星的信号的辅助卫星定位系统，包括：(a)移动接收器；和(b)通过低功率无线通信网络与接收器通信的基站，该基站使用压缩数据格式提供选定数量但不是全部的卫星的星历数据。星历数据可以包括关于在预定时间间隔内选定卫星的多普勒频率变化或仰角变化的数据。多普勒频率变化和仰角变化可以通过时间的多项式函数的系数以压缩格式来表示。可以对多项式函数进行加权，以在较大的多普勒频率中具有比在较小的多普勒频率中更小的相对误差，或者以在较小的仰角中具有比在较大的仰角中更小的相对误差。在一种实施方式中，低功率无线通信网络(诸如LoRa网络)具有至少10英里的范围。

技术领域

本发明涉及信号检测。具体地，本发明涉及用于定位应用的信号检测。

背景技术

在许多定位应用中，例如，与全球定位系统(GPS)有关的那些应用中，信号接收器检测来自已知地点源的信号。信号在源与接收器之间的传播时间(“延迟”)的估计提供了在源与接收器之间的距离的估计。然后，使用距离对接收器的地点进行三角测量。例如，在GPS中，检测到来自多个具有已知位置和运动的GPS卫星的扩频信号并对其进行三角测量，以得到接收器的位置。在该示例中，每个卫星的信号都嵌入了1023个比特(bit)的伪随机代码，该伪随机代码每毫秒重复一次。(信号中每个比特的持续时间被称为“码片(chip)”)。为了检测信号，在选定时间周期内在接收信号与复制信号之间计算(“积分”)相关性。因为卫星的运动与接收器有关，所以积分必须考虑接收信号中的频率偏移(“多普勒”)。当积分得出指示复制信号与接收信号在时间(即延迟)和频率上均对准的峰值时，则达成检测。如果复制信号与接收信号未对准，则积分结果为零。

通常，在GPS中，延迟和多普勒值是在通过时间为1毫秒且多普勒为8000Hz的搜索空间进行搜索后得出的。在首次检测到信号(“粗略采集”)之后，可以跟踪该信号以提供定期的更新。在跟踪中，假如跟踪间隔相对较短，则接收器不会搜索粗略采集的整个搜索空间，以使卫星的位置和运动在该跟踪间隔内没有显著改变。通常，可以通过在最近一次的粗略采集中获得的延迟和多普勒值周围的较小搜索空间(例如，延迟为1/4码片(0.25μs)内且多普勒为10至100Hz)内进行搜索来达成跟踪。当然，在对延迟和多普勒值的检测中达到的精度越高，在定位应用中达到的准确性将会越高。

对卫星信号的检测使得能够确定卫星相对于接收器的距离以及对应的运动(例如，朝向或远离接收器的加速度)。要对接收器的地点进行三角测量，还需要四个或更多个卫星的绝对位置和运动。此信息可以从也在卫星信号中传输的“星历”信息中确定。星历信息对于“冷启动”时的粗略采集也是有用的。(也即，粗略采集没有关于接收器位置的任何可靠的先验信息。)覆盖了几个月的周期内GPS中的所有卫星的一组完整的星历信息大约为10KB(Kbytes)长。要从卫星信号获得星历信息，需要跟踪卫星信号达30秒或更久。替代地，星历信息可以通过高带宽蜂窝或广域网从诸如辅助GPS(AGPS)服务之类的在线源获得。

对于依靠电池供电的移动设备，卫星信号跟踪和数据通信都可能会不利地功耗过大。因此，长期以来期望具有用于在移动设备中定位的节能硬件和方法。

发明内容

根据本发明的一个实施例，一种用于检测用预定数量的码片的伪随机码调制的扩频信号的信号处理设备，包括：(a)温度补偿晶体振荡器，其提供精确到码片之一的预定分数的定时信号；(b)时钟发生器，其接收定时信号以生成预定频率的数字时钟信号；(c)模拟信号处理电路，其接收定时信号、数字时钟信号和扩频信号，并且在数字时钟信号的每个周期提供扩频信号的数字基带样本；(d)计数器电路，其接收数字时钟信号以提供预定持续时间的定时脉冲；(e)数据缓存器；(f)数据缓存器的输入接口电路，接收数字基带样本、数字时钟信号和定时脉冲，并且在预定持续时间内将数字基带样本存储到数据缓存器中；(g)处理器，其从数据缓存器中取回(retrieve)存储的基带样本以执行信号检测。输入接口电路可以通过并行连接的串行外围接口(SPI)电路来实现。数字时钟信号的预定频率可以是例如16MHz，并且精确到1/16μs。数字基带样本可以是从接收到的扩频信号得出的基带信号的同相和正交信道的样本。