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专利名称：用于sps接收机的卫星时间确定的制作方法
用于SPS接收机的卫星时间确定
本 申请是申请日为2008年12月22日申请号为第200880127688. 2号发明名称为 “用于SPS接收机的卫星时间确定”的中国专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2008年2月29日提交且题为“ MPLIED TIME SETTING FOR GPS RECEIVER (用于GPS接收机的隐含式时间设定)”的美国临时申请No. 61/032, 852的权益， 其全部内容通过援引纳入于此。
背景
许多无线通信系统利用直接序列扩频来传达信息。用来扩展信号的码典型情况下是伪随机码。接收机典型情况下通过将扩展码与本地生成的码相关来恢复潜藏的信息。
接收机有时可利用与这些码相关联的时间偏移来建立定时参考，定时参考可被用来执行定位。基于从经伪随机扩展的信号建立的定时的位置确定在各种定位系统中执行。
全球定位系统(GPS)导航系统是采用位于环地轨道中的卫星的卫星定位系统 (SPS)的示例。GPS的任何用户无论其在地球上哪里均可推导出包括三维位置、三维速度、 以及时间的精确导航信息。GPS系统包括最多达32颗卫星，这些卫星部署在关于赤道倾斜 55°且彼此间隔120°的六个平面中的半径为26，600千米的圆形轨道中。典型情况下，在这六个轨道平面之中的每个轨道平面内有4到6颗卫星均匀间隔。使用GPS的位置测量是基于对从这些轨道卫星向GPS接收机广播的GPS信号的传播延迟时间的测量。正常情况下， 在4个维度(纬度、经度、海拔和时间)上的精确位置确定需要接收来自4颗卫星的信号。一旦接收机已测得相应各个信号传播延迟，就通过将每个延迟乘以光速来演算至每颗卫星的距离。接着，通过求解纳入了这些测得距离和这些卫星的已知位置的具有四个未知量的四元方程组来找到位置和时间。GPS系统的精确能力是借助于每颗卫星的机载原子钟以及藉由持续监视并校正卫星时钟和轨道参数的地面跟踪站来维持的。
每颗GPS卫星在L频带中发射至少两个经直接序列编码的扩频信号。即 I. 57542GHz载波频率处的LI信号和I. 2276GHz处的L2信号。LI信号由以相位正交的方式调制的两个相移键控(PSK)扩频信号构成。即P码信号(P代表精确)和C/A码信号(C/A 代表粗略/捕获)。L2信号仅包含P码信号。P码和C/A码是被调制到载波上的重复性伪随机位(亦称为“码片”)序列。这些码的类时钟本质被接收机在作出时间延迟测量时加以利用。每颗卫星的码是唯一性的，从而即使这些码全都在相同的频率，仍允许接收机能区分出哪颗卫星发射了给定码。还被调制到每个载波上的是包含关于为导航演算所需的系统状态和卫星轨道参数的信息的50位/秒数据流。P码信号被加密，并且一般不可为商业和私人用户所用。C/A信号则可供所有用户使用。
在GPS接收机中所执行的操作绝大部分是在任何直接序列扩频接收机中所执行的那些操作中的典型操作。伪随机码调制的扩展效果必须在称为解扩的过程中通过将每个信号乘以该码的时间对准的本地生成的副本的方式来从该信号移除。由于在接收机启动时不太可能已知恰适的时间对准或码延迟，因而必须在GPS接收机操作的初始“捕获”阶段期间通过搜索来确定恰适的时间对准或码延迟。一旦确定，就在GPS接收机操作的“跟踪”阶段期间维持正确的码时间对准。
一旦收到信号被解扩，每个信号就由中频载波频率处的50位/秒PSK信号构成。 由于卫星与终端单元之间的相对运动导致的多普勒效应以及本地接收机GPS时钟参考误差，因而此信号的确切频率是不确定的。在初始信号捕获期间，还必须搜寻此多普勒频率， 因为其在捕获之前通常是未知的。一旦多普勒频率被恰适地确定，接着就进行载波解调。
在载波解调之后，藉由位同步环路来推导数据位定时并最终检出数据流。一旦已捕获到并锁定到来自4颗卫星的信号、已作出必要的时间延迟和多普勒测量、并且已接收到充分数目个数据位(足以确定GPS时间参考和轨道参数)，就可以着手进行导航演算。
用于位置确定的GPS系统并且一般而言绝大多数SPS系统的一个缺点在于初始信号捕获阶段需要很长时间。如以上所提及的，在能够跟踪到4个卫星信号之前，必须先要在二维搜索“空间”中搜寻这4个卫星信号，该二维搜索空间的维度为码相位延迟和多普勒频移。典型情况下，如果对信号在此搜索空间内的位置没有先验知识(在接收机“冷启动”之后就会是这种情形)，那么必须为要被捕获和跟踪的每颗卫星搜索大量码延迟(约2000个) 和多普勒频率(或许15个或更多)。因此，对于每个信号而言，必须检查搜索空间中的最多达30，000个或更多个位置。典型情况下，以一次一个的方式顺序检查这些位置，这是个可能花费数分钟的过程。如果落入接收天线视野内的4颗卫星的身份(S卩，PN码)是未知的， 那么捕获时间就被进一步延长。
在SPS接收机已捕获到卫星信号并随后处于跟踪模式的情形中，位置确定过程通常可以在比为初始捕获所需要的时间范围小得多的时间范围中执行。然而，在无线终端的例行使用中，用户接通电源并迅速地开始操作。当旨在进行紧急通信时就可能会是这种情形。在此类境况中，与SPS/无线终端单元在能获得位置锁定之前所进行的数分钟SPS卫星信号捕获冷启动相关联的时间延迟限制了系统的响应时间。
因此，仍然需要用于提高在SPS/无线终端单元中确定与SPS卫星信号相关联的时间并呈交位置锁定的能力的系统和方法。
概述
用于提高SPS定位性能的方法和装置。本文中所描述的方法和装置可被用来改善由SPS确定的位置的锁定时间，并对在微弱、朦胧或其他具有挑战性的覆盖区域中确定位置锁定的能力作出贡献。SPS接收机能够在能接收到2个到4个或更多个卫星信号但是仅能成功解调一个卫星时间的境况中求解定位。该接收机能够利用成功解码出的时间参考来确定与来自该卫星的信号的位边沿跃迁相关联的时间。该接收机利用来自具有已知时间的卫星的位边沿跃迁来为来自时间没被解调出的其他卫星的信号的至少一个位边沿跃迁设定时间。该接收机将时间设定成发生在包括具有已知时间的位边沿跃迁的预定窗内的位边沿跃迁。基于该时间可确定位置。继无效的位置解假设之后，可以修改未解调出的卫星时间和窗放置。
本发明的诸方面包括一种在无线设备中进行定位的方法。该方法包括从至少两个卫星飞行器中的每个卫星飞行器接收经伪噪声码扩展的信号，确定每个经伪噪声码扩展的信号的位跃迁边沿定时，确定这些经伪噪声码扩展的信号中的至少一个经伪噪声码扩展的信号的时间参考，以及基于该时间参考和来自该至少两个卫星飞行器中的每个卫星飞行器的经伪噪声码扩展的信号的位跃迁边沿定时来确定该无线设备的定位解。
本发明的诸方面包括一种在无线设备中进行定位的方法。该方法包括从至少两个卫星定位系统(SPS)卫星飞行器中的每个SPS卫星飞行器接收经伪噪声码扩展的信号，确定每个经伪噪声码扩展的信号的位跃迁边沿定时，确定第一经伪噪声码扩展的信号的时间参考，确定与第一经伪噪声码扩展的信号的第一位跃迁相关联的时间，配置捕捉第一经伪噪声码扩展的信号的第一位跃迁和来自时间参考未知的第二经伪噪声码扩展的信号的至少一个位跃迁的时间窗，生成关于来自第二经伪噪声码扩展的信号的该至少一个位跃迁的时间假设，基于与第一位跃迁相关联的时间以及关于来自第二经伪噪声码扩展的信号的该至少一个位跃迁的时间假设来确定该无线设备的定位解，以及验证该定位解。
本发明的诸方面包括一种在无线设备中进行定位的方法。该方法包括确定多个 SPS信号中的每个SPS信号的位边沿跃迁的定时，确定至少一个位边沿跃迁的时间参考，基于该时间假设和该时间参考来生成关于该多个位边沿跃迁的时间假设，以及基于该时间假设来确定定位解。
本发明的诸方面包括一种无线设备内的定位装置。该装置包括配置成从多个SPS 卫星飞行器接收多个经伪噪声码扩展的信号的接收机，配置成确定来自该多个经伪噪声码扩展的信号中的每个经伪噪声码扩展的信号的位边沿跃迁的定时的相关器，配置成确定这些经伪噪声码扩展的信号中的至少一个经伪噪声码扩展的信号的时间参考的定时消息解码器，配置成确定关于来自该多个经伪噪声码扩展的信号中的每个经伪噪声码扩展的信号的位边沿的时间的假设选择器，以及配置成基于该时间参考和关于来自该该多个经伪噪声码扩展的信号中的每个经伪噪声码扩展的信号的位边沿的时间假设来确定定位解的位置求解模块。
附图
简述
结合附图理解以下阐述的详细描述，本公开的实施例的特征、目标和优势将变得更加明显，在附图中，相似的要素具有相似的参考标号。
图I是定位系统的实施例的简化系统图。
图2是定位接收机的实施例的简化功能框图。
图3是验证模块的实施例的简化功能框图。
图4是使用假设时间设定来进行定位的方法的实施例的简化流程图。
图5是位置解验证方法的实施例的简化流程图。
图6是使用假设时间设定的位置求解的示例的简化时序图。
图7是使用假设时间设定的位置求解的示例的简化时序图。
发明实施例的详细描述
本文中描述了用于基于捕获卫星飞行器的经伪噪声码扩展的信号的少至一个时间参考来确定卫星定位系统(SPS)位置解的方法和装置。SPS接收机可从卫星飞行器接收两个或更多个经伪噪声码扩展的信号，并且可将这些信号与本地生成的伪噪声码序列相关以确定这些卫星飞行器的身份并确定这些信号中的每个信号的相对位边沿跃迁定时。该接收机可解调这些卫星信号中的少至一个卫星信号以确定从中可确定这些位边沿跃迁的关联定时的时间参考。
尽管为了讨论的目的在此使用GPS系统，但是将认识到，SPS可包括其他卫星定位系统，诸如俄罗斯运作的GL0NASS系统、欧盟正在开发的Galileo系统、以及诸如中国安排将来部署的COMPASS系统等全球卫星导航项目。
另外，SPS可包括地区性导航卫星系统，后者服务由其特定卫星的轨道定义的特定地理区划(“覆盖区域”)。例如，RNSS可包括覆盖美国的广域扩增系统(WAAS)、覆盖欧洲及周边区域的欧洲对地静止导航覆盖服务(EGN0S)、服务日本的基于MTSAT卫星的扩增系统 (MSAS)、以及准天顶卫星系统(QZSS)。将可理解，RNSS还可包括其他地区性卫星系统，诸如 GPS辅助Geo扩增导航(GAGAN)和印度正开发的印度地区性导航卫星系统(IRNSS)系统以及其他类似系统。在本文中所描述的方法和装置依赖或以其他方式利用来自SPS卫星飞行器的信号的情况下，SPS卫星飞行器信号可以源自单个SPS或来自多个SPS的SV的组合。
具有关于一颗卫星的位边沿跃迁的定时和其他卫星的位边沿跃迁的相对定时的知识的接收机可以配置具有预定历时的时间窗并将该时间窗安放成包括至少一个具有已知定时的位边沿跃迁。该接收机可检查其中该时间窗中的位边沿跃迁的时间基于此具有已知定时的位边沿跃迁来设定的假设。
该接收机可用该假设的时间设定来尝试位置锁定并验证该位置解。可以通过对照一个或更多个预定约束来检查位置解和与该位置解相关联的参数的方式来验证该解。满足所有约束的位置解被认为是有效的位置解。
未能满足某预定数目个约束的位置解可被认为是无效的位置解。该接收机可响应于无效的位置解来重新安放该时间窗并更新定时假设。再次尝试位置求解并对其进行验证。该接收机可重复此重新安放时间窗、更新定时假设、和尝试位置求解的过程直至产生出有效的位置解或者已尝试了所有相异的时间窗配置和定时假设。
解调来自相关联的卫星信号的一个以上时间参考的能力减少了相异时间窗配置的数目，并且由此减少了在确定有效解或穷尽所有可能性之前需要测试的定时假设的总数。
在一般情形中，当接收机被配置成单纯基于来自SPS卫星飞行器的信号来确定三维位置锁定时，接收机需要来自至少四个相异SPS卫星飞行器的信号。在比此一般情形更受限定的条件下，接收机可能能够使用来自少于四个相异SPS卫星飞行器的信号来确定位置锁定。
有了与位置或系统定时有关的附加知识，接收机能够使用来自少至三个相异SPS 卫星飞行器的信号来确定位置锁定。例如，如果接收机具有海拔的知识、假定了海拔、或者因其他原因仅需要确定二维位置锁定，那么接收机可以仅需要来自三个相异SPS卫星飞行器的信号。另外，在接收机不具有初始位置知识，但是具有SPS系统时间的知识的情况下， 接收机可以使用来自少至三个相异SPS卫星飞行器的信号来确定位置。接收机可以例如通过在先前的位置锁定中确定的先前的时间分辨率、使用锁定到系统时间的本地时钟、藉由从外部源接收系统时间信息和诸如此类、或其某种组合来具有SPS系统时间的知识。
在接收机具有海拔的知识或因其他原因假定了海拔的情况下，接收机可以能够使用来自少至两个相异SPS卫星飞行器的信号结合用于位置演算的这两个卫星飞行器的伪距和多普勒的知识来确定位置锁定。
一般而言，接收机需要获得足以求解三维位置未知量(笛卡尔坐标系中的X、y和 z)和系统时间的信息。在三维位置或系统时间中的一者或更多者已知或因其他原因能够独立确定的情况下，接收机可以减少确定位置解所需要的相异SPS卫星飞行器的信号的数目。
在以上境况之中的每种境况中，接收机仅需要确定或以其他方式推导一个卫星飞行器的位边沿跃迁的定时以确定有效的三维位置锁定。可以基于假设测试结合诸如海拔、 伪距和多普勒或其他某个参数之类的任何附加的位置相关信息或参数来确定来自该一个或更多颗外加卫星的信号的位边沿跃迁的定时。
由于在仅存在一个具有足以解调时间参考的信号质量的卫星飞行器信号的情况下确定有效的位置锁定的能力，SPS接收机的功能性得到了提高。位置锁定所需要的剩余卫星信号可以是相对微弱的信号，在这种场合仅需要确定位边沿跃迁的能力。无论有任何初始位置不确定性，确定成功的位置解的能力皆保持有效。因此，这些方法和装置可以在初始位置不确定性可能很大或因其他原因未知、但是可容易地接收到或确定卫星星历数据的全球漫游设备中实现。由于利用来自弱卫星飞行器的信号的能力，因而改善了 SPS接收机的首次锁定时间、产出和准确性。确定成功的位置解的能力在辅助数据或初始假定不准确的境况中，诸如是以基于国家的辅助表的形式接收到的信息之类的境况中会是特别有帮助的。
进一步，易于获得位置解便准许所公开的方法和装置被用作对由其他位置技术作出的位置确定的核实。这些方法和装置可以在诸如个人导航设备之类的自立SPS接收机中执行并且不需要收到辅助数据。
图I是定位系统100的实施例的简化系统图。定位系统100包括多颗卫星130。 定位系统100还可包括一个或更多个地面信标120、伪卫星、或其他信号发射机。在图I的实施例中，地面信标120被描绘为诸如无线通信系统的基站之类的基站。该基站可以例如提供可以在诸如混合GPS之类的混合定位系统中使用的定时信号。替换地或补充地，该基站可以是用于降低位置不确定性的初始定位的源并可被配置成提供诸如GPS辅助数据之类的辅助数据。辅助数据可包括但并不限于地平线上方的卫星的身份、建议的码相位搜索起始点和/或范围、GPS历书数据、卫星星历数据、和类似数据、或其某种组合。
如果无线设备110接收到两个相异的定时信号，那么无线设备110可以确定自己的位置。尽管本讨论专注于单纯基于卫星飞行器信号的位置确定，但是一些定位系统或者定位系统的变体(诸如混合GPS)可将来自地面信标120的信号用作位置确定的一部分。
无线设备110可以从作为诸如GPS卫星星座之类的卫星星座的一部分的至少两个卫星飞行器(例如，130-1和130-n)中的每个卫星飞行器接收经伪随机码扩展的信号。无线设备110得到有效的位置锁定所需要的相异卫星信号的数目基于对无线设备110可用的附加的位置相关信息的数量。如上所述，在无线设备110单纯基于来自卫星飞行器的信号来确定三维位置锁定的场合，无线设备100需要来自至少四个相异卫星飞行器130-1、130-2、 130-3和130-n的信号。在无线设备110具有附加的位置相关信息的知识或者能够以其他方式确定附加的位置相关信息的场合，无线设备110可以需要来自少至两个相异卫星飞行器(例如，130-1和130-n)的信号。
无线设备110可以将收到信号对照着伪噪声码序列的本地生成的版本进行相关， 此本地生成的版本可能经频率偏移以计及多普勒频移。无线设备110可以基于相关结果来标识卫星。
无线设备110还可确定这些卫星信号中的每个卫星信号的相对位边沿跃迁。位边沿跃迁发生在调制到卫星信号上的潜藏信息的跃迁处。潜藏信息可以例如包括导航消息、 历书数据、卫星星历数据、以及时间参考或时戳信息。无线设备典型情况下能够准确地确定位边沿跃迁，并且能够通过增加收到信号的积分时间来提高位边沿跃迁确定的灵敏度。在 GPS卫星信号以及GL0NASS卫星信号中，潜藏数据以50Hz的速率发生，因此位边沿跃迁可以每20毫秒发生一次。在所提议的Galileo卫星系统中，位历时按4毫秒间隔发生。
无线设备110可以尝试解调潜藏消息并解码来自这些卫星130中的每颗卫星的时间消息。GPS经伪随机码扩展的信号中的时间消息每六秒钟重复一次。因此，解码出时间消息的机会在每个六秒钟区间中仅发生一次。然而，无线设备110可能例如由于卫星信号弱而不能成功地解码来自所有这些卫星130的时间消息信息。如果无线设备110除了标识出至少一个其他卫星飞行器的相对位边沿跃迁定时之外还能够解码出至少一个时间消息，那么该无线设备110就能够作出准确的位置确定。
假定无线设备110能够成功地解码来自第一卫星飞行器130-1的信号的时间消息。无线设备110可将该时间消息用作可与该卫星飞行器的位边沿跃迁的时间相关联的时间参考。因此，无线设备110基于解码定时消息的能力而具有位边沿跃迁定时的知识。
因为无线设备110还知道时间消息未被解码出的那些卫星飞行器中的每个卫星飞行器的相对位边沿跃迁定时，所以无线设备110能够确定每个位边沿跃迁相对于第一卫星飞行器130-1的已知位边沿跃迁的时间。
来自卫星飞行器130-1到130-n中的每个卫星飞行器的信号的定时是同步到相同的GPS时间基础的。然而，由于不同卫星信号所经历的不同传播延迟，因而抵达无线设备110的信号可能随时间变化。因此，尽管无线设备110从解码定时消息知道了第一卫星 130-1的位边沿跃迁的时间，但是该无线设备不知道来自其他卫星飞行器中的每个卫星飞行器的信号是超前于还是落后于此来自第一卫星飞行器130-1的信号。因此，无线设备不能够立即推导出第二到第η卫星130-2到130-n的每个位边沿跃迁的时间。无线设备110 仅能够立即以20毫秒的倍数的误差来确定每个位跃迁的时间。
无线设备110可以通过对位边沿跃迁开窗以及假设测试来解析位边沿跃迁的歧义性。无线设备110可以在这些位边沿跃迁上强加历时短于期望时间变动的窗。
经验研究和建模已揭示，只要卫星在零度地平线上方，则从GPS卫星飞行器至地球上可见到该卫星的基本上任何点的传播延迟在从约65毫秒的绝对最小值到约88毫秒的绝对最大值之间变动。相同位置将同时经历最小和最大卫星传播延迟两者是不大可能的。 然而，可以基于最大传播延迟与最小传播延迟之差来设置该窗。因此，窗大小可以小于大致 22毫秒，小于大致23毫秒，或者其他某个值。利用不充分的窗历时可能导致不能够确定导致有效位置确定的时间假设。然而，过度地延长窗时间会创生出众多要核实的将不会合理地得到有效位置确定的时间假设。大致20、21或22毫秒的窗大小是方便的，这不仅是因为其基本上涵盖了传播延迟的整个范围，而且还因为历时在20毫秒的单个位周期的数量级上。因此，跨所有可能性重新安放大致20、21或22毫秒的窗大小所导致的在时间假设测试中需要计及的来自单个卫星飞行器的不同位边沿跃迁至多为三个。
无线设备110将窗安放在每个收到卫星信号的位边沿跃迁附近并将该窗安放成包括来自第一卫星130-1的至少一个已知的位边沿跃迁。无线设备110可以随后基于窗的位置、已知位边沿跃迁的时间、和其他卫星的位边沿跃迁相对于此已知的位边沿跃迁的位置来确定时间假设集合。
在一个实施例中，无线设备110将最接近此已知位边沿时间发生的每个未知位边沿跃迁的定时的定时假设成此已知位边沿时间的时间。无线设备110确定关于该时间假设的位置解。无线设备110可以例如实现基本上任何类型的基于伪距测量的位置求解。无线设备110可以基于例如卫星的有效星历数据或者基于卫星轨道预测算法来具有卫星位置的知识。
无线设备110可以例如实现迭代位置求解技术，诸如加权最小二乘、极小最小二乘、加权回归、卡尔曼(Kalman)滤波、和类似技术、或其某种组合。无线设备110可以验证位置解。如果位置解被成功验证，那么该位置解就是无线设备110的位置解。然而，如果位置解不是有效的，那么无线设备110位移或以其他方式更新该窗的位置并更新时间假设。无线设备110重复位置求解和验证过程并继以窗重新安放过程，直至所有相异的窗放置和时间假设都已被测试或者直至确定了有效的位置解。
图2是定位接收机200的实施例的简化功能框图。定位接收机200可以例如实现在图I的无线设备内以执行定位。
接收机200包括耦合至接收前端210的天线202。接收前端的输出耦合至采样器 212。采样器212的输出耦合至缓冲器214。
接收前端210被配置成调谐至GPS卫星信号的标称接收频率以接收复合信号，该复合信号可包括对应于多个卫星飞行器的多个经伪噪声码扩展的信号。接收前端210对收到的复合信号进行滤波、放大和变频。采样器212可被配置成对接收前端输出进行采样并将从接收前端输出的模拟信号转换成数字表示。采样器212可被配置成以比与伪噪声码相关联的码片率高的速率采样收到信号。例如，采样器212可被配置成以码片率、两倍码片率、四倍码片率、或码片率的其他某个倍数或非倍数进行采样。采样器212可被配置成将采样存储在缓冲器214中。
缓冲器214的内容可由多个相关器220-1到220_k访问，该多个相关器220_1到 220-k可被基本上并行地配置以加速信号捕获。每个相关器220可被配置成搜索相异的伪噪声码空间。替换地，多个相关器220可被配置成搜索相同的伪噪声码空间，但是可对来自缓冲器214的相异采样进行操作。在一些实施例中，相关器220的不同子集被配置成用于进行跨来自缓冲器214的不同采样群的相异伪噪声码空间搜索。每个相关器220可确定特定码相位的码相位偏移，并且还可确定与针对性配置该相关器220的伪噪声码相关联的特定卫星信号的位边沿跃迁。
来自相关器220的输出被耦合至导航消息解调/解码器230，后者可被配置成解码来自信号被检测到的那些卫星飞行器中的每个卫星飞行器的导航消息。导航消息解码器 230可被耦合至定时消息解码器234，后者能够检查成功解调并解码出的导航消息并尝试从这些导航消息解码定时消息。
定时消息解码器234可被耦合至控制器240。定时消息解码器234可向控制器240 通知或以其他方式传达定时消息信息和相关联的卫星飞行器信息。基于定时消息信息，控制器240可指派或以其他方式确定来自对应于该定时消息的卫星飞行器的位边沿跃迁的时间。该位边沿跃迁的时间可以代表从卫星飞行器至接收机200的传播延迟。控制器240 在此时不需要解析位边沿跃迁定时的绝对时间的任何歧义性，而是取而代之可以选择位边10沿跃迁定时，以使得在接收机200处测得的总传播延迟接近期望传播延迟范围的中心。当位置解被确定时，实际的位边沿跃迁定时就能被解析出来。
控制器240可以与诸如存储器242之类的计算机可读介质处于通信。该存储器可存储使控制器执行本文中所描述的相当一些方法或所有方法的一条或更多条计算机可读指令。在一些实现中，控制器240结合存储器242中的指令可被配置成执行窗模块250、假设选择器260、位置求解模块270和验证器280的功能中的一些或全部。
窗模块250被耦合至每个相关器220并从相关器220接收位边沿跃迁信息。窗模块250可被配置成过滤或以其他方式仅选择在该窗的历时内发生的那些位边沿跃迁。
控制器240可被配置成最初基于时间已知的位边沿跃迁的位置来安放该窗。控制器240或窗模块250可以继确定无效的定时假设之后重新安放该窗。
假设选择器260被配置成接收、指向或者标识来自窗模块250的位边沿跃迁。假设选择器260可被配置成基于已知位边沿跃迁的时间来设定窗内的这些位边沿中的每个位边沿的定时。在一个实施例中，假设选择器260基于已知位边沿跃迁的时间来设定窗内的每个位边沿跃迁。如果相同卫星飞行器有一个以上位边沿跃迁位于窗内，那么假设选择器260可以使用仲裁规则。例如，假设选择器260可被配置成基于已知位边沿跃迁的时间来设定最接近该已知位边沿跃迁发生的位边沿跃迁。
位置求解模块270被配置成基于由假设选择器260设定的定时假设来确定位置解。此刻，对于位置求解模块270而言，在使用常规办法获得的伪距测量上，各颗卫星的伪距测量是不可区分的。因此，位置求解模块270可被配置成使用诸如位置求解技术之类的常规技术来确定位置解，该位置求解技术可包括加权最小二乘、极小最小二乘、加权回归、 卡尔曼滤波、和类似技术、或其某种组合。
位置求解模块270可以协同可被存储在存储器242中的卫星位置信息来确定该解。该卫星位置信息可以例如被存储为卫星历书、卫星星历、卫星轨道预测函数中的一者或更多者、或其某种组合。
验证器280处理来自位置求解模块270的结果以确定该解是否有效。如果位置解是有效的，那么处理完成并且接收机200的位置得到确定。如果位置解是无效的，那么窗模块重新安放该窗并且假设选择器260生成另一待测试的定时假设。验证器280可以例如在迭代位置求解算法在某个预定数目轮的迭代之后未能收敛的情况下确定无效解。
图3是验证器280的实施例的简化功能框图。验证器280可以例如是图2的接收机中的验证器。验证器280接收来自位置求解模块的位置解信息并根据数个约束来处理该信息以确定位置解的有效性。
验证器280可包括海拔验证器310、发射延迟验证器320、卫星飞行器标高验证器 330、用户速度验证器340、多普勒残差验证器350、或其某种组合。各验证器280模块彼此独立地工作，或者一个或更多个验证器280模块可以彼此依赖。验证器280内的模块的数目和类型不限于图3的实施例中所解说的那些类型和布局。
海拔验证器310可以检查位置解并将该位置解的海拔对照最小和最大海拔的界限进行比对。例如，海拔验证器310可包括有效海拔不会低于的某个在海平面以下的深度。 类似地，海拔验证器310可包括有效海拔位置解不会超过的预定海拔。落在预定范围之外的海拔被标识为无效解。
在接收机具有海拔的知识或者以其他方式被配置成确定二维位置锁定的那些境况中，可以省去、停用或以其他方式忽略海拔验证器310。
类似地，发射延迟验证器320检查对应于如从位置解确定的经校正定时的传播延迟，并确定是否有任何传播延迟落在预定范围以外。作为示例，只要卫星飞行器在零度地平线上方，便估计地球上任何点的传播延迟的范围在从大致65毫秒到88毫秒的范围。如果来自位置解的经校正传播延迟落在此范围以外，那么发射延迟验证器320就可将该解标识为是无效的。
卫星飞行器标高验证器330可以确定在位置求解中所利用的所有卫星飞行器是否都在零度地平线上方。卫星飞行器标高验证器330可以对照用来产生位置解的卫星飞行器的假定位置来检查该位置解。可以基于位置解和假定卫星位置的知识来确定卫星飞行器的仰角。如果这些卫星飞行器仰角中有任何仰角小于0，那么SV标高验证器330就可将该解标识符为是无效的。
用户速度验证器340可以基于位置解以及来自这四个卫星飞行器中的每个卫星飞行器的多普勒值来计算无线设备的速度。预定范围以外的速度可导致用户速度验证器将该位置解标识为是无效的。
多普勒残差验证器350将计算出的伪距变率与测得的伪距变率相比较。多普勒残差验证器350可以基于位置解来将测得多普勒对照理论多普勒进行比对并确定残差是否大于预定阈值。如果残差落在预定范围以外，那么多普勒残差验证器350就可将位置解标识为是无效的。
尽管每个验证器可以彼此独立地将位置解标识为是无效的，但是这些验证器的输出值皆被提供给验证逻辑360，该验证逻辑360能够基于一个或更多个无效性指示来作出关于位置解的有效性的最终判定。验证逻辑可以例如被配置成指示单个无效指示、多个无效指示的无效结果、或者基于无效指示的预定组合或无效指示的加权组合来指示无效结果O
图4是使用假设时间设定来进行定位的方法400的实施例的简化流程图。方法 400可以例如由图2的接收机在图I的无线设备中实现。
方法400始于框410，在此接收机接收至少两个卫星飞行器经伪噪声码扩展的信号。接收机行进至框412并且例如通过将收到信号对照该伪噪声码序列的本地生成版本进行相关来确定卫星飞行器身份。
接收机行进至框414并且确定该至少两个卫星飞行器信号中的每个卫星飞行器信号的位边沿跃迁。接收机可以使用相关来确定这些位边沿跃迁并且可在数个完整的伪噪声码周期上进行积分以提高检测灵敏度。
接收机行进至框420并且解码至少一个时戳或者以其他方式确定与这些卫星飞行器信号中的至少一个卫星飞行器信号相关联的时间参考。接收机可以例如解调导航消息并从卫星飞行器信号解码时间消息。
接收机需要确定至少一个时间参考以成功地执行方法400。然而，需要检查的有歧义时间假设的数目随着每个外加的时间参考而减少。按四个时间参考的极限，对于单纯基于卫星飞行器信号的广义解而言，方法400不再是必需的，并且接收机能直接确定伪距。然而，接收机仍可以利用该方法来使得能使用不需要时间参考的第五卫星飞行器信号来进行位置解核实。
接收机行进至框430并且基于与时间参考已知的卫星飞行器对应的已知位边沿跃迁的位置来配置关于位边沿跃迁的时间窗。该窗的历时可被选择为大致上是匹配于最大卫星飞行器传播延迟与最小卫星飞行器传播延迟之差的历时。作为示例，该窗可具有小于约22毫秒的历时。
接收机行进至框440并且为该窗内的这些位边沿跃迁确定定时假设。接收机可以例如假定该窗中的每个位边沿跃迁基于已知位边沿跃迁的时间而发生。
接收机行进至框450并且基于伪距测量以及例如基于历书、卫星星历数据、卫星轨道预测、或其某种组合所确定的卫星飞行器位置的知识来确定位置解。该位置解也可以依赖于对该接收机可用的有关系的位置信息(若有)。此类有关系的位置信息可以例如包括对接收机海拔的估计、在接收机处观测到的多普勒测量与相应的伪距的组合、和类似信息、 或其某种组合。
接收机可以例如基于诸如加权最小二乘算法之类的迭代位置确定算法来确定位置。接收机行进至判决框452以确定该位置确定算法是否收敛于解。若否，则该解是无效的。接收机行进至框460。
如果在判决框452处接收机确定该位置确定算法返回位置解，那么接收机行进至判决框470并且确定该解是否通过验证过程。若否，接收机行进至框460。
在框460处，接收机位移或以其他方式重新配置窗位置以捕捉不同的位边沿跃迁假设集合。接收机从框460返回到框440以重复定时假设/位置求解过程。
如果在判决框470处位置解满足验证过程，那么接收机行进至框480以返回该位置解作为接收机的位置。
图5是位置解验证方法470的实施例的简化流程图。方法470可由执行图5的方法的接收机实现。
方法470始于判决框510，在此接收机确定位置解是否包括预定界限内的海拔。若否，则接收机行进至框560并将该解标识为是无效的。
如果接收机确定海拔约束得到满足，那么接收机行进至判决框520以确定来自此位置解确定中所使用的卫星飞行器的传播延迟是否在预定的值范围内。若否，则接收机行进至框560以将该解标识为是无效的。当接收机使用已知的或给定的海拔来执行2D位置求解时，当然可绕过此确定位置解海拔是否在界限内的步骤。
如果接收机确定传播延迟约束得到满足，那么接收机行进至判决框530以确定在位置求解中所使用的卫星飞行器对于位于该位置解的位置处的设备而言是否在地平线上方。若否，则接收机行进至框560以将该解标识为是无效的。
如果接收机确定卫星飞行器标高约束得到满足，那么接收机行进至判决框540以确定用户速度是否落在预定的范围或界限内。若否，则接收机行进至框560以将该解标识为是无效的。
如果接收机确定用户速度满足速度约束，那么接收机行进至判决框550以确定多普勒残差是否在预定的界限内。接收机可以将测得多普勒对照基于该位置解和接收机时钟频偏的理论多普勒进行比对，并且确定残差是否大于预定的阈值。若是，则接收机行进至框 560以将该解标识为是无效的。否则，接收机行进至框570并将该位置解标识为是有效的。
图6是使用假设时间设定的位置求解的示例的简化时序图600。时序图600解说了四个卫星飞行器的位边沿跃迁以及可以为大致22毫秒的预定窗历时生成的四个可能的定时假设。
第一卫星飞行器被假定为是时间参考已知的卫星飞行器。因此，第一 SV位边沿跃迁610是已知的且时间无歧义的位边沿跃迁，并且仅需要解说一个位边沿跃迁。可以通过从或向此已知位边沿跃迁减去或加上20毫秒的方式来确定第一 SV的毗邻位边沿跃迁的时间，其中20毫秒是每一位的周期。
第二卫星飞行器具有可相对于第一 SV已知位边沿跃迁610标识出的两个位边沿跃迁620-1和620-2。然而，存在关于是较早的位边沿跃迁620-1还是较晚的位边沿跃迁 620-2同步到此已知位边沿跃迁610的歧义性。
类似地，相对于第一 SV已知位边沿跃迁610示出了第三卫星飞行器的两个位边沿跃迁630-1和630-2。相对于第一 SV已知位边沿跃迁610示出了第四卫星飞行器的两个位边沿跃迁640-1和640-2。
基于时间窗的第一位置652来解说第一定时假设。相对于第一 SV已知位边沿跃迁的时间来设定窗652内的每个位跃迁610、640-2、620-2和630-2。可以基于来自该定时假设的距每个卫星飞行器的伪距来确定位置解。
基于时间窗的第二位置654来解说第二定时假设。时间窗被位移以捕捉至少一个不在该窗的第一位置中的相异的位边沿跃迁。相对于第一 SV已知位边沿跃迁的时间来设定时间窗的第二位置654内的位跃迁630-1、610、640-2和620-2。可以基于来自该第二定时假设的距每个卫星飞行器的伪距来确定位置解。
基于时间窗的第三位置656来解说第三定时假设。时间窗被位移以捕捉至少一个相异的位边沿跃迁。相对于第一 SV已知位边沿跃迁的时间来设定时间窗656的第三位置内的位跃迁620-1、630-1、610和640-2。可以基于来自该第三定时假设的距每个卫星飞行器的伪距来确定位置解。
基于时间窗的第四位置658来解说第四定时假设。时间窗被位移以捕捉至少一个相异的位边沿跃迁。相对于第一 SV已知位边沿跃迁的时间来设定时间窗的第四位置658 内的位跃迁640-1、620-1、630-1和610。可以基于来自该第四定时假设的距每个卫星飞行器的伪距来确定位置解。
注意，使用图6中所示的历时的窗，仅有四种可能的定时假设。对时间窗的进一步位移将使已知位边沿跃迁被排除在外。因此，接收机在确定正确的位置解之前将至多需要尝试基于这四个定时假设的四个位置解。
图7是使用假设时间设定的位置解的示例的简化时序图700。图7的时序图700 解说了两个卫星飞行器的两个已知时间参考。时序图700解说了第二时间参考的附加知识是如何在时间窗具有所示数量级上的历时的情况下将可能的定时假设的数目减少到仅两个的。
时序图700解说了时间参考已知的第一卫星飞行器的第一位边沿跃迁710。类似地，示出了时间参考已知的第二卫星飞行器的第二位边沿跃迁720。
示出了第三卫星飞行器的有歧义位边沿跃迁730-1和730-2，以及第四卫星飞行器的有歧义位边沿跃迁740-1和740-2。尚未或者不能为第三和第四卫星飞行器确定时间CN 102928859 A书明说12/13 页参考。
可以通过将第一时间窗752安放成捕捉至少第一和第二已知位边沿跃迁710和 720以及来自那些缺乏已知时间参考的卫星飞行器中的每个卫星飞行器的至少一个位边沿跃迁740-2和730-2的方式来生成第一定时假设。
可以通过将第二时间窗754安放成捕捉至少第一和第二已知位边沿跃迁710和 720以及来自那些缺乏已知时间参考的卫星飞行器中的每个卫星飞行器的至少一个位边沿跃迁730-1和740-2的方式来生成第二定时假设。如图7中所示，这些定时假设是关于这种大小的时间窗和已知位边沿跃迁710和720的位置的仅有的两个可能的定时假设。对时间窗的进一步位移会将这些已知的位边沿跃迁之一从该窗中消除。
本文中描述了用于在多个SPS卫星信号的少至一个时间参考已知但是至少四个卫星信号的位边沿跃迁已知并且卫星位置信息可用的情况下确定定位解的方法和装置。这些方法和装置使接收机能够在不能解调出多个卫星信号的导航消息中的时间信息的不良覆盖环境中确定位置解。
如本文中所使用的，使用术语耦合或连接不仅指直接耦合或连接也指间接耦合。 在两个或更多个块、模块、设备、或装置被耦合的场合，在这两个耦合的块之间可以有一个或更多个居间的块。
结合本文所公开的实施例描述的各种说明性逻辑框、模块、以及电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)JI 场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、 或其设计成执行本文中描述的功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，处理器可以是任何处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或更多个微处理器、或任何其他此类配置。
结合本文所公开的实施例描述的方法、过程或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中实施。方法或过程中的各种步骤或动作可以按所示次序执行，或者可以按另一次序执行。此外，一个或更多个过程或方法步骤可被省略，或者一个或更多个过程或方法步骤可被添加到这些方法和过程中。外加的步骤、框、或动作可被添加在这些方法和过程的开始、结束、或居于其现有要素之间。
在一个或更多个示例性实施例中，所描述的功能可以在硬件、软件、固件、或其任何组合中实现。如果在软件或固件中实现，则各功能可以作为编码在物理计算机可读介质中的一条或更多条指令、信息或代码存储在该物理计算机可读介质上。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用物理介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。如本文所用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(⑶)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)常常磁性地再现数据，而碟(disc)用激光来光学地再现数据。
提供了以上对所公开的实施例的描述是为了使得本领域任何普通技术人员皆能够制作或使用本公开。对这些实施例的各种修改容易为本领域普通技术人员所显见，并且15在此所定义的普适原理可被应用于其它实施例而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中示出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征一致的最广义的范围。
权利要求
1.一种用于在无线接收机中进行定位的方法，所述方法包括 从至少两个卫星飞行器中的每个卫星飞行器接收经伪噪声码扩展的信号； 确定每个经伪噪声码扩展的信号相对于所述经伪噪声码扩展的信号中的至少一个其他经伪噪声码扩展的信号的相对位跃迁边沿定时； 对于所述至少两个卫星飞行器中的至少第一卫星飞行器，确定所述经伪噪声码扩展的信号中的相应至少第一经伪噪声码扩展的信号的时间参考；以及 基于所述时间参考和关于所述至少两个卫星飞行器中不同于所述至少第一卫星飞行器的每个卫星飞行器的经伪噪声码扩展的信号的相对位跃迁边沿定时来确定所述无线设备的定位解。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述经伪噪声码扩展的信号与本地生成的伪噪声码序列相关以标识所述至少两个卫星飞行器。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，进一步包括确定与同所述时间参考有关的位边沿相关联的时间。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，接收所述经伪噪声码扩展的信号包括接收由对应于卫星飞行器的伪噪声码扩展的全球定位系统导航消息。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，确定所述位跃迁边沿定时包括 将所述经伪噪声码扩展的信号与本地生成的伪噪声码序列相关；以及 确定相关相位反转的跃迁定时。
6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，确定所述时间参考包括解码来自所述经伪噪声码扩展的信号中的至少一个经伪噪声码扩展的信号的导航消息中的一些或全部。
7.一种用于在无线接收机中进行定位的方法，所述方法包括 从至少两个卫星飞行器中的每个卫星飞行器接收经伪噪声码扩展的信号； 确定每个经伪噪声码扩展的信号的位跃迁边沿定时； 确定所述经伪噪声码扩展的信号中的至少一个经伪噪声码扩展的信号的时间参考；以及 基于所述时间参考和来自所述至少两个卫星飞行器中的每个卫星飞行器的所述经伪噪声码扩展的信号的位跃迁边沿定时来确定所述无线设备的定位解， 其中确定所述定位解包括 确定与同所述时间参考有关的位边沿相关联的已知时间； 配置时间窗，所述时间窗涵盖来自所述至少两个卫星飞行器中的每个卫星飞行器的所述经伪噪声码扩展的信号的位跃迁； 为来自时间参考未知的至少一个卫星飞行器的信号生成关于落在所述窗内的至少一个位跃迁的时间假设；以及 基于所述已知时间和所述时间假设来确定所述定位解。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括 位移所述时间窗的位置； 生成经更新的时间假设；以及 基于所述已知时间和所述经更新的时间假设来确定经更新的定位解。
9.如权利要求I所述的方法，其特征在于，进一步包括验证所述定位解。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，验证所述解包括海拔验证、发射机传播延迟验证、卫星飞行器标高验证、设备速度验证、以及多普勒残差验证中的至少一者。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，验证所述解包括确定迭代位置解是否在预定数目轮的迭代内收敛。
12.一种无线设备内的定位设备，所述设备包括 用于从至少两个卫星飞行器中的每个卫星飞行器接收经伪噪声码扩展的信号的装置； 用于确定每个经伪噪声码扩展的信号相对于所述经伪噪声码扩展的信号中的至少一个其他经伪噪声码扩展的信号的相对位跃迁边沿定时的装置； 用于对于所述至少两个卫星飞行器中的至少第一卫星飞行器，确定所述经伪噪声码扩展的信号中的相应至少第一经伪噪声码扩展的信号的时间参考的装置；以及 用于基于所述时间参考和关于所述至少两个卫星飞行器中不同于所述至少第一卫星飞行器的每个卫星飞行器的经伪噪声码扩展的信号的相对位跃迁边沿定时来确定所述无线设备的定位解的装置。
13.一种无线设备内的定位设备，所述设备包括 用于从至少两个卫星飞行器中的每个卫星飞行器接收经伪噪声码扩展的信号的装置； 用于确定每个经伪噪声码扩展的信号的位跃迁边沿定时的装置； 用于确定所述经伪噪声码扩展的信号中的至少一个经伪噪声码扩展的信号的时间参考的装置；以及 用于基于所述时间参考和来自所述至少两个卫星飞行器中的每个卫星飞行器的所述经伪噪声码扩展的信号的位跃迁边沿定时来确定所述无线设备的定位解的装置， 其中用于确定所述定位解的装置包括 用于确定与同所述时间参考有关的位边沿相关联的已知时间的装置； 用于配置时间窗的装置，所述时间窗涵盖来自所述至少两个卫星飞行器中的每个卫星飞行器的所述经伪噪声码扩展的信号的位跃迁； 用于为来自时间参考未知的至少一个卫星飞行器的信号生成关于落在所述窗内的至少一个位跃迁的时间假设的装置；以及 用于基于所述已知时间和所述时间假设来确定所述定位解的装置。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，进一步包括 用于位移所述时间窗的位置的装置； 用于生成经更新的时间假设的装置；以及 用于基于与所述第一位跃迁相关联的所述时间和所述经更新的时间假设来确定经更新的定位解的装置。
15.如权利要求12所述的设备，其特征在于，进一步包括用于验证所述定位解的装置。
全文摘要
本发明涉及用于SPS接收机的卫星时间确定。本文中描述了用于提高定位性能、尤其在弱覆盖区域中提高定位性能的方法和装置。SPS接收机能够在能接收到至少两个卫星信号但是仅能成功解调一个时戳的境况中求解定位。该接收机能够利用成功解码出的时间参考来确定与来自该卫星的信号的位边沿跃迁相关联的时间。该接收机利用具有已知时间的位边沿跃迁来为来自其他卫星的时戳没被解调出的信号的至少一个位边沿跃迁设定时间。该接收机将时间假设设定为在包括此具有已知时间的位边沿跃迁的预定窗内发生的位边沿跃迁。可基于该时间假设来确定位置。继无效的位置解之后可以修改该时间假设和窗放置。
文档编号G01S5/14GK102928859SQ20121041358
公开日2013年2月13日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年2月29日
发明者R·W·波恩 申请人:高通股份有限公司