专利名称：利用重影消除基准电视信号的位置定位的制作方法
技术领域：
本发明一般性的涉及位置确定，特别是涉及使用模拟广播电视信号的位置确定。
背景技术：
使用无线电信号的二维纬度/经度定位系统的方法很早就已经存在了。诸如Loran C和Omega之类的陆上系统以及称为“转送”的基于卫星的系统已经处于广泛使用中。正在不断流行的另一种基于卫星的系统是全球定位系统(GPS)。
GPS最初是在1974年被设计，现在被广泛使用于位置定位、导航、勘查和时间转换中。GPS系统是以处在子同步12小时轨道中的24个在轨卫星的星座为基础的。每个卫星携带一个精确时钟并且发射一个伪噪声信号，其能够被准确跟踪以便确定伪距。通过跟踪4个或更多卫星，人们可以在世界范围内实时确定三维精确位置。在B.W.Parkinson和J.J.Spilker，Jr.的“Global Positioning System-Theory and Applications”(第I和II册，AIAA，华盛顿，DC.1996)中提供了更多细节。
GPS已改革了导航和位置定位技术。可是在一些情形中，GPS不是很有效。因为GPS信号以相对低的功率电平(低于100瓦特)并且在很大的距离上发射，所以接收到的信号强度相对弱(一个全向天线接收时大约为-160dBw)。因此，在有障碍物存在时或者是在建筑物内部时该信号较少有用或者根本就没用。
已经有一种系统使用传统模拟国家电视标准委员会(NTSC)电视信号来确定位置。在1996年4月23日发布的、标题为“Location DeterminationSystem And Method Using Television Broadcast Signals”(使用电视广播信号的位置确定系统和方法)美国专利No.5,510,801中可找到这个提议。可是，公开的那些技术有几个主要缺点。那些技术不能使用严重衰减的信号，如此以致于传统模拟电视接收机不能从水平同步信号或者色度猝发中提取同步定时。那些技术不能适应模拟发射机时钟的频偏和短期不稳定性，这将会引起严重的位置误差，因为用户必须按顺序在一个信道之后抽样另一信道。那些技术不能解决色度载波中的周期不明确度，尤其在存在多径的时候更是如此。另外，该技术使人们不能使用具有可变特性的信号，可变特性不影响模拟电视接收机性能，但是显著影响导航系统的性能(例如，消隐脉冲、水平同步脉冲以及色度猝发的可变形状和持续时间)。另外，这些技术不使用在存在多径时把精确测距考虑到几米准确度的信号。
发明内容
本发明的实施描述了利用模拟广播电视(TV)信号中存在的重影消除基准(GCR)信号来进行位置定位的信号处理技术。这些技术可以跟踪低于噪声层的信号，并且传统电视信号接收机不能从这些信号获得定时信息。这些技术按照比典型电视接收机更精确的方式来提取定时信息。这些技术还适应模拟电视信号的所有可变特性，如此以使这些变化不影响位置定位的精度。
这些技术在离发射机一定范围内可用，这个范围比典型模拟电视接收范围大许多。因为模拟电视信号的高功率，这些技术甚至可以通过手持接收机在户内使用，并因此向增强型911(E911)系统的位置定位需求提供一种可能解决方案。
在此公开的技术有几个优点。正如位置定位所需要的，与从远处电视发射机的电视信号的接收一致，这些技术在低接收信噪比(SNR)时有效。对于具有低天线增益的小移动手机以及对于室内环境，这是一个绝对的要求。由于宽带宽的GCR信号，这些技术能够鉴别多径信号。该技术允许连续使用单个接收元件以使单个电子电路组能够被时间共享，以便观测多个电视信号，从而明显降低成本。
一般来说，一方面，本发明的特征在于一种用于确定用户终端位置的方法、设备和计算机可读介质。它包括基于广播模拟电视重影消除基准信号的已知特性来产生一个相关基准信号；在用户终端，接收包括所述重影消除基准信号的广播模拟电视信号；和把所述广播模拟电视信号与相关基准信号相关，从而产生一个伪距；并且其中，基于伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。
特定的实施可以包括下列一个或多个特征。实施可以包括基于伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。实施可以包括基于所述伪距、基于广播数字电视信号所计算的伪距、以及所述广播模拟电视信号和所述广播数字电视信号的发射机位置，来确定用户终端的位置。这些实施可以包括识别相关结果的峰值，从而产生伪距。用户终端的位置可以这样确定基于广播模拟电视信号的发射机处的一个发射机时钟和一个已知时间基准之间的一个差值，来调整伪距，并且，基于所述调整了的伪距和所述电视发射机的位置来确定用户终端的位置。实施可以包括基于另外一个广播模拟电视信号确定另外一个伪距；并把所述伪距和所述另外的伪距投射到一个时间瞬时，从而消除用户终端时钟中的任何一阶项。实施可以包括利用时间门控延迟锁定环来跟踪重影消除基准信号。
一般来说，在一方面，本发明的特征在于一种用于确定用户终端位置的方法、设备和计算机可读介质。它包括基于在一个广播模拟电视信号中呈现的一个啁啾型信号的已知特性来产生一个相关基准信号；在用户终端，接收包括所述啁啾型信号的一个广播模拟电视信号；和把所述广播模拟电视信号与相关基准信号相关，从而产生一个伪距；并且其中，基于伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。
特定的实施可以包括下列一个或多个特征。所述啁啾型信号是一个场间测试信号。所述啁啾型信号是重影消除基准信号A，重影消除基准信号B或者重影消除基准信号C。这些实施可以包括基于伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。这些实施可以包括基于所述伪距、基于广播数字电视信号所计算的伪距、以及所述广播模拟电视信号和所述广播数字电视信号的发射机位置，来确定用户终端的位置。这些实施可以包括识别相关结果的峰值，从而产生伪距。用户终端的位置可以这样确定基于广播模拟电视信号的发射机处的一个发射机时钟和一个已知时间基准之间的一个差值，来调整伪距，并且，基于所述调整了的伪距和所述电视发射机的位置来确定用户终端的位置。这些实施可以包括基于另外一个广播模拟电视信号确定另外一个伪距；和把所述伪距和所述另外的伪距投射到一个时间瞬时，从而消除用户终端时钟中的任何一阶项。这些实施可以包括利用时间门控延迟锁定环来跟踪所述啁啾型信号。
一个或多个实施例的细节将在下面的附图和说明书中被阐明。从说明书和附图中以及从权利要求中，其它特征将显而易见。
图1显示了一个示范实施例，其包括一个用户终端，它通过一条空中链路与一个基站通信。
图2说明了图1实施例的操作。
图3描述了使用三个电视发射机进行定位的几何图形。
图4描述了根据一个实施例，用于对所接收的广播模拟电视信号采样的接收机。
图5显示了由计算机产生的NTSC GCR信号猝发。
图6显示了GCR猝发信号的近似功率谱密度。
图7显示了当以每秒28.64兆码元的采样率采样时GCR信号的计算自相关函数。
图8显示了如图7所示的GCR自相关函数放大图。
图9呈现了如NTSC信号文档中所示的NTSC信号频谱。
图10显示了对于旧金山海湾区域中通道44的一个NTSC信号，显示了所接收到的该GCR信号的同相分量。
图11显示了包括某些多径衰落影响在内的GCR信号的接收频谱。
图12显示了包括水平脉冲的垂直消隐间隔，所述水平脉冲毗邻包含GCR信号的线。
图13显示了恢复的GCR自相关函数。
图14是根据一个实施例的流程图，描述了在从包括两个或更多GCR猝发的电视信号的储存样本获取伪距过程中，由图4处理器执行的一个处理。
图15显示了可被用于相干或非相干操作中的相关器的简化图。
图16显示了GCR信号在频域中的基带表示。
图17是根据一个实施例的互相关器的功能方框图。
图18显示了图17的互相关器的自相关函数。
图19显示了图17的互相关器的互相关结果。
图20显示了具有完整GCR信号与完整波形基准信号的互相关结果。
图21显示了一个实施例的非相干输出。
图22把图21的非相干输出总数与图20的总相关结果进行比较，在此wa和wg已被标准化为相同的峰值。
图23显示了当所接收到的GCR信号被滤波以消除g1信号的下边带时的结果。
图24把利用图23的信号的相关结果与图20的总相关结果进行比较。
图25针对一个实施例将一个自相关(实线所示)与未滤波的矩形频谱(虚线所示)进行比较，该实施例通过对GCR信号频谱进行整形而进一步减低互相关旁瓣。
图26说明了用于跟踪GCR信号A的而没有采用所测量信号的导数的一个实施。
图27显示了不包括其某些脉冲的NTSC场间测试信号波形的示例。
图28显示了当以27MHz采样VITS信号并且在这个时间间隔之外将其视为零时的平方自相关函数。
图29显示了对于采样速率为27MHz时，图28中0到30个样本范围上的部分。
在本说明书中的所使用的每一个参考号的首数表示该参考号第一次出现时所在图的图号。
具体实施例方式
正如在此所使用的，术语”服务器”通常是指一个电子设备或机制，而术语”消息”通常是指表示一个数字消息的电子信号。正如在此所使用的，术语”机制”是指硬件、软件或它们的任何组合。这些术语被用来简化随后的说明。在此描述的服务器和机制可以在任何标准的一般用途的计算机上实现，或者，可以被实现为专门的设备。
在下面参考已被美国、加拿大、墨西哥和其他地方采用的NTSC(国家电视标准委员会)标准来描述本发明的实施例。近来，对美国NTSC模拟电视系统的一次新的修改已经被ATSC建议、采用，并且现在正被结合在模拟电视传输中。此修改被称为用于NTSC的重影消除参考(GCR)信号，并且呈现在大多数的NTSC模拟广播电视信号中。新的GCR信号的这个目的是要允许电视机降低或消除由所接收电视信号中的多径所引起的”重影”。这些重影会并且常常严重降低模拟电视的接收。发明者建议利用这种新GCR信号的目的完全不同于其原来的目的，即，将它用于诸如蜂窝手机之类的移动用户终端的精确定位。虽然这些技术是参考NTSC电视信号来讨论，但是它们同样适用于其他电视信号，比如那些使用于使用类似GCR信号的欧洲、日本和韩国的电视信号。
用于精确定位的GCR使用在NTSC标准中，GCR信号是一个宽带宽“啁啾”型信号，它周期性地插入在NTSC垂直消隐脉冲的线19中。这个GCR信号是一个正弦波，它在大约的35.5微秒的持续时间期间具有范围从接近零到4.2MHz的一个线性增加频率。GCR信号具有非常窄的自相关宽度，只有一微秒的一小部分，其还具有一个独特特性，即在诸如水平和场消隐脉冲之类的NTSC模拟电视信号的标准单元中不可用。注意全世界所使用的其他GCR标准具有与NTSC GCR信号不同的格式。例如，不同于NTSC标准的一个GCR信号包括调制到场消隐脉冲一个分段上的伪随机噪声(PN)序列。这个信号也具有一个非常窄的自相关函数，并且本领域技术人员在阅读本公开内容之后很清楚如何利用类似于在此描述的一个技术来将那个信号用于定位。不同于NTSC标准的另一类型的GCR信号包括一个条状信号，它具有由一个sinc函数表征的一个上升波形。注意。这个信号的一阶导数具有一个窄的自相关函数。本领域技术人员在阅读本公开之后将很清楚如何利用类似于在此对于NTSC GCR信号所描述的技术来使用这个信号用于定位。
参见图1，一个示范实施例100包括一个用户终端102，用户终端102通过一个空中链路与基站104通信。在一个实施例中，用户终端102是一个无线电话而基站104是一个无线电话基站。在一个实施例中，基站104是一个移动MAN(城域网)或WAN(广域网)的一部分。
图1被用来说明本发明的各个方面但是本发明不限制为此实施。例如，词组“用户终端”意指能够实现所述电视位置定位的任意机制。用户终端的示例包括个人数字助理(PDA)、移动电话、汽车及其它交通工具、以及任意可以包括实现DTV位置定位的芯片或软件的机制。不打算把它限制为”终端”或者被”用户”操作的物体。
由电视定位服务器执行的位置定位图2说明了实施例100的操作。用户终端102接收来自多个电视发射机106A以及106B一直到106N的电视信号(步骤202)。
可以使用不同的方法来选择用于位置定位的电视信道。在一个实施例中，一个电视定位服务器110告诉用户终端102要设定的最佳电视信道。在一个实施例中，用户终端102通过基站104与电视定位服务器110交换消息。在一个实施例中，用户终端102基于基站104的身份以及所储存的基站与电视信道相关表来选择要监视的电视信道。在另一实施例中，用户终端102可以接受从用户输入的一个定位，其给出该区域的一个大体指示，比如最近的城市的名称；并使用这个信息来选择用于处理的电视信道。在一个实施例中，用户终端102扫描可用的电视信道以便基于可用电视信道的功率电平来聚集该位置的指纹。用户终端102把这个指纹与把已知指纹和已知位置匹配的一个储存表进行比较以便确定位置并且选择用于处理的电视信道。在另一实施例中，用户终端102在所有可用的信号上采用伪距测量，并且把这些伪距传送给定位服务器110，它基于电视发射机的位置来确定用户终端102的位置。
用户终端102确定用户终端102和每个电视发射机106之间的一个伪距(步骤204)。每个伪距表示一个广播电视中的GCR信号从发射机106发射的时间与该GCR信号在用户终端102处的接收时间之间的时间差(或等价距离)，以及用户终端和监视单元108之间的一个时钟偏移，和所述电视广播信号的分量的发射时间中的一个时钟偏移。
用户终端102把伪距发射给电视定位服务器110。在一个实施例中，电视定位服务器110被实现为一个执行软件的一般用途计算机，所述软件被设计来执行在此所述的操作。在另一实施例中，电视定位服务器110被实现为一个ASIC(专用集成电路)。在一个实施例中，电视定位服务器110被实现在基站104内或者接近基站104。
电视信号还被多个监视单元108A到108N接收。每个监视单元可以被实现为包括收发器和处理器的一个小单元，并且可以被安装在诸如公用电杆、电视发射机106或者基站104之类的合宜的位置。在一个实施例中，监视单元被实现在卫星上。
监视单元108测量与每一GCR信号猝发的发射时间相关的信息。监视单元108通常由温度补偿晶体振荡器或者用于精确测量的铷标准来控制。监视单元108把与发射时间相关的信息发射给电视定位服务器110。用户终端102跟踪由每个电视发射机106发射的信号并为每一电视发射机测量一个伪距。用户终端102把所测量的伪距发射到电视定位服务器110。电视定位服务器110然后结合与发射时间相关的信息和伪距，来计算用户终端102的位置。用户终端102的位置然后被转送回用户终端102。用户终端102然后可以在应急时把这个信息发送给E911服务操作者，或者把该信息使用作为其它目的。
每个监视单元108为它从中接收电视信号的每一电视发射机106测量那个电视发射机的本地时钟和一个基准时钟之间的时间偏移。在一个实施例中，基准时钟从GPS信号中得到。基准时钟的使用允许在多个监视单元108被使用时为每个电视发射机106确定时间偏移，因为每个监视单元108能够确定相对于基准时钟的时间偏移。因此，监视单元108的本地时钟中的偏移不影响这些确定。
在另一实施例中，不需要外部时间基准。依据这种实施，单个监视单元与用户终端102都从相同的所有电视发射机中接收电视信号。其实，单个监视单元的本地时钟起到时间基准的作用。
在一个实施例中，每个时间偏移被模拟为一个固定偏移。在另一实施例中，每个时间偏移被模拟为适合如下能够用a，b，c，和T来描述的形式的二次多项式Offset＝a+b(t-T)+c(t-T)2(1)在两者任一实施例中，利用互联网，一个安全的调制解调器连接或其类似，将每个所测量的时间偏移定期发送给电视定位服务器。在一个实施例中，使用GPS接收机来确定每个监视单元108的位置。
电视定位服务器110从一个数据库112中接收描述每个电视发射机的相位中心(即，位置)的信息。在一个实施例中，通过在不同位置使用监视单元108直接测量相位中心来测量每个电视发射机106的相位中心。在另一实施例中，通过测量天线相位中心来测量每个电视发射机106的相位中心。
在一个实施例中，电视定位服务器110从一个天气服务器114中接收描述用户终端102附近地区中的空气温度、大气压力和湿度的气象信息。天气信息可以从互联网和诸如NOAA之类的其它来源中获得。使用诸如在B.Parkinson和J.Spilker，Jr.的“Global Positioning System-Theory andApplications”(全球定位系统--原理和应用)(AIAA，华盛顿，1996年，第1卷第17章，J.Spilker，Jr的，Tropospheric Effects on GPS)中公开的那些内容，电视定位服务器110从天气信息中确定对流层的传播速度。
电视定位服务器1 10还可以从基站104中接收识别用户终端102的大体地理区域的信息。例如，该信息可以识别蜂窝电话所处的小区或小区扇区。此信息被用于模糊分辨，如下所述。
在一个实施例中，电视定位服务器110基于每一发射机的位置和伪距来确定用户终端的位置(步骤206)。图3描述了使用三个电视发射机106的一个定位的几何图形。电视发射机106A位于位置(x1，y1)处。用户终端102和电视发射机之间的范围为r1。电视发射机106B位于位置(x2，y2)处。用户终端102和电视发射机106B之间的范围为r2。电视发射机106N位于位置(xN，yN)处。用户终端102和电视发射机106N之间的范围为rN。
电视定位服务器110可以根据对流层的传播速度来调整每个伪距的数值。另外，电视定位服务器为如上面方程式(1)中所述的相应的电视发射机106的时钟偏移调整伪距。例如，假定电视发射机106有一些时钟偏移，其导致大约106分之一的频偏，并且其二分之一分别体现于用户终端102处对发射机106A和106N的伪距测量值中。如果这些测量值没有按照如所方程式(1)中所模拟的时钟偏移进行校正，则在两个测量值之间将产生大约300米的有效距离误差。电视定位服务器110使用来自数据库112中的相位中心信息来确定每个电视发射机106的位置。
现在，描述一个简化的位置定位过程，在此，假定用户设备的时钟偏移可以通过单个固定偏移T来模拟。如果用户测量值被投射到时间的同一瞬时，或者，如果利用来自蜂窝基站或一个稳定的电视发射机中的一个时钟基准来稳定用户时钟，则这个假设是真实的。用户终端102进行三个或更多伪距测量以便求出三个未知数，即用户终端102的位置(x，y)和时钟偏移T。在其它实施例中，在此公开的技术被用来确定如经度、纬度和高度等三维位置，并且可以包括诸如DTV发射机海拔之类的因子。
三个伪距测量值pr1、pr2和pr3由
pr1＝r1+T(2)pr2＝r2+T(3)pr3＝r3+T(4)来给出。
在此，时钟偏移T是距离的单位。即，T表示一个定时偏移乘以光速。这三个范围能够被表示成r1＝|X-X1| (5)r2＝|X-X2| (6)r3＝|X-X3| (7)在此，X表示用户终端的二维向量位置(x，y)，X1表示电视发射机106A的二维向量位置(x1，y1)，X2表示电视发射机106B的二维向量位置(x2，y2)，而XN表示电视发射机106N的二维向量位置(xN，yN)。这些关系产生求出未知数x，y和T的三个方程式。
现在，描述那些用于把用户终端处的测量值投射(projecting)到一个公共瞬时的技术。注意如果使用来自蜂窝基站或电视发射机106中的信号来稳定或校正用户终端102的时钟，则不需要上述测量值的投射。当用户时钟未被稳定或校正时，用户时钟偏移可以被考虑为时间的函数，T(t)。对于一个小时间间隔A，时钟偏移T(t)能够由一个常数和一个一阶项来模拟。即，T(t+Δ)=T(t)+∂T∂tΔ---(8)]]>现在我们重新考虑方程式(2a)-(4a)，把时钟偏移作为时间的一个函数来对待。因此，伪距测量值也是时间的函数。为了清楚，我们假定那些范围在时间间隔Δ上本质上保持固定。则伪距测量值能因此被描述为pr1(t1)＝r1+T(t1) (2b)
pr2(t2)＝r2+T(t2) (3b)prN(tN)＝rN+T(tN) (4b)在一个实施例中，用户终端102在初始测量值组之后一段时间Δ以另外一组伪距测量值开始。这些测量值可以被描述pr1(t1+Δ)=r1+T(t1)+∂T∂tΔ---(2c)]]>pr2(t2+Δ)=r2+T(t2)+∂T∂tΔ---(3c)]]>prN(tN+Δ)=rN+T(tN)+∂T∂tΔ---(4c)]]>用户终端102然后把所有那些伪距测量值投射到时间上的某个公共点上以有效消除一阶项的影响。例如，考虑某个公共基准时间t0是否被使用。应用方程式(2b-4b)和(2c-4c)，直接说明我们可以把所述测量值投射到时间的一个公共瞬时，如下pr1(t0)＝pr1(t1)+[pr1(t1+Δ)-pr1(t1)](t0-t1)/Δ (2d)pr2(t0)＝pr2(t2)+[pr2(t2+Δ)-pr2(t2)](t0-t2)/Δ (3d)prN(t0)＝prN(tN)+[prN(tN+Δ)-prN(tN)](t0-tN)/Δ (4d)这些投射的伪距测量值被传送给定位服务器，在定位服务器那儿，它们被用来求解三个未知数x，y和T。注意方程式(2d-4d)中的投射不是精确的，并且二次项未被计算。可是，结果的误差不很显著。本领域技术人员应该意识到通过为每个投射产生两个以上的伪距测量值就可计算二次以及更高次项。还要注意还存在许多其它方法来实现把伪距测量值投射到时间的同一瞬时的这个概念。例如，一种方法是实现一个延迟锁定环，比如在J.J.Spilker，Jr.“Digital Communications by Satellite”(卫星数字通信)(1977,1995，新泽西州，Prentice-Hall，Englewood Cliffs)和B.W.Parkinson与J.J.Spilker，Jr.“Global Positioning System-Theory andApplication”(全球定位系统--原理和应用)(1996，华盛顿，第1卷，AIAA)中公开的那些，这两篇文献都在此结合作为参考。一个单独的跟踪环可以被专用于每个DTV发射机106。这些跟踪环有效插入在伪距测量值之间。在同一时间瞬时处采样这些跟踪环中每一个的状态。
在另一实施例中，用户终端102不计算伪距，而是采用足以计算伪距的电视信号的测量值，然后把这些测量值发送到电视定位服务器110。电视定位服务器110然后基于所述测量值来计算伪距，并且如上所述那样基于伪距来计算位置。
用户终端执行的位置定位在另一实施例中，用户终端102的位置由用户终端102来计算。在这个实施例中，所有必要信息被发送给用户终端102。这个信息可以被电视定位服务器110、基站104、一个或多个电视发射机106或者它们的任意组合发射给用户终端。用户终端102然后测量伪距并求解上述联立方程式。现在来描述这个实施例。
用户终端102接收每个电视发射机的本地时钟和一个基准时钟之间的时间偏移。用户终端102还要从数据库112中接收描述每个电视发射机106相位中心的信息。
用户终端102接收由电视定位服务器110计算的对流层的传播速度。在另一实施例中，用户终端102从一个天气服务器114中接收描述用户终端102附近地区中的空气温度、大气压和湿度的气象信息，并且使用传统技术来从天气信息中确定对流层的传播速度。
用户终端102还可以从基站104中接收识别用户终端102的大致地理区域的信息。例如，该信息可以识别蜂窝电话所处的小区或小区扇区。此信息被用于模糊分辨，如下所述。
用户终端102从多个电视发射机106中接收电视信号并且确定用户终端102和每个电视发射机106之间的一个伪距。用户终端102然后基于伪距和发射机的相位中心来确定它的位置。
在这里面的任何一个实施例中，只当两个电视发射机可用时才可使用两个电视发射机和在前一定位期间计算的偏移T来确定用户终端102的位置。T的值可以按照传统方法被储存或保持。
在一个实施例中，基站104确定用户终端102的时钟偏移。在这个实施例中，为了定位，只需要两个电视发射机。基站104发送时钟偏移T给电视定位服务器110，该电视定位服务器然后从为每一电视发射机计算的伪距中确定用户终端102的位置。
在另一实施例中，只有当一二个电视发射机可用于定位时，GPS被用来加强定位。
图4描述了根据一个实施例，用于对所接收广播模拟电视信号进行采样的一个接收机400。在一个实施例中，采样器400被实现在用户终端102内。那些用于在小型无线电设备中实现这种接收机的技术在2001年7月31日由James Omura、James J.Spilker Jr.和Matthew Rabinowitz申请的美国临时专利申请No.60/309,267，”Methodology and System for Tracking the DigitalTelevision Signal with Application to Positioning Wireless Devices”(定位无线电设备应用中用于跟踪数字电视信号的方法和系统)中被描述。采样速率足够高，以便获得电视信号的一个精确表示，这对本领域技术人员来说是显而易见的。
接收机400在天线404处接收电视信号402。射频(RE)放大/滤波器406对接收到的电视信号进行放大和滤波。本机振荡器时钟416和混频器408I与408Q对信号进行下变频，以便分别产生同相(I)和正交(Q)样本。I和Q样本分别被低通滤波器(LPF)410I和410Q滤波。执行下变频的一种方法是使用一个直接下变频结构，信号在该结构中被直接下变频到基带。这允许非常便宜的RF(射频)硬件，并且使滤波器410能够有效抵制相邻信道干扰。一个模数转换器(ADC)412把I和Q样本转换为数字形式。数字I和Q样本被储存在存储器414中。
GCR信号特性图5显示了一个计算机产生的NTSC GCR信号猝发。为一个实施详细描述此信号。GCR信号的其它形式在本节的末尾简要描述。NTSC GCR信号是一个类似啁啾的信号，为了消除在由接收到的信号中的多径反射所引起的显示电视图象中重影的目的，所述类似啁啾的信号已被加到US NTSC模拟信号中。GCR信号是持续时间大约为35.5微秒的一个正弦波猝发，它具有一个线性变化的频率，该频率可以上升到约4.2MHz。水平线速率为15.73265kHz。每个垂直消隐脉冲时间间隔都发生GCR信号，它在262和263条水平线之间轮换。GCR信号在垂直消隐间隔的线19中被发送。GCR波形在一个8帧的超帧中被发送。GCR信号的符号采取{+，-，+，-，-，+，-，+}的形式。因此，GCR信号在8帧的超帧上具有零平均值。GCR信号还在国际电信联盟(ITU)建议ITU-R BT.1124-3 Reference Signals For GhostCanceling In Analogue Television Systems(QuestionITU-R55/11)(1994-1995-1998-2001)(用于模拟电视系统中的重影消除的基准信号)中被描述，其公开全文在此结合以作参考。
GCR信号猝发通常被电视接收机内的数字处理器使用来消除电视画面中的重影。本发明的实施为了一个完全不同的理由(即精确的位置定位)而使用GCR信号猝发。
图6显示了GCR猝发信号的近似功率谱密度图表。垂直刻度为dB的形式。这种啁啾型信号类似于使用于某些宽带雷达中的信号，并具有一个宽带相对平坦的频谱。
不仅以一个高功率电平以及高能量发射所述GCR信号，几乎全部采用单一的电视线，而且宽的频谱带宽给它一个具有微小波瓣和其它不明确度的窄自相关函数。另外，因为每一帧只发射它一次(在垂直消隐间隔中)，所以相对较大的多径反射也只引起很少的退化。图7显示了当以每秒28.64兆码元的采样率采样时GCR信号的计算自相关函数。因此，采样间隔为34.92纳秒或者粗略为35英尺。图8显示了如图7所示的GCR自相关函数的放大图。GCR信号猝发自相关函数的窄宽度使得GCR信号猝发对精确伪距测量有用并且还减轻了多径效应。这个特性在没有GCR信号的前一版本的NTSC信号中无效。
NTSC信号上的GCR调制图9显示了如NTSC信号文档中所示的NTSC信号频谱。在6MHz频带下边缘之上1.25MHz处示出亮度信号载波。可是，图9是错误的；亮度信号载波fc被显示在中断点902之上0.75MHz处，但是它事实上位于6MHz信道的低边缘904之上1.25MHz处。色度副载波比亮度信号载波高3.579545MHz。GCR信号所使用的视频亮度信息扩展到上边带之上4.2MHz并且仅仅扩展到在下边带之上大约0.75MHz。
GCR信号作为亮度载波的一部分被发送，该亮度载波是对所分配的6MHz信道下边缘之上1.25MHz的载波调幅而成。某些NTSC信道从精确的6MHz增量稍微偏移了一些。亮度调制以及水平和垂直同步/消隐进行残余边带调制，其中，下边带仅仅扩展到大约0.75MHz并且上边带扩展到大约4.2MHz。因此，GCR信号在较低的0.75MHz中比它在那个频率之上具有多3dB的能量。色度信号不与GCR信号同时出现，因此即使它们的频谱重叠，则在两者之间也没有干扰。
GCR信号的实验证实通过检查旧金山海湾地区的通道44的一个NTSC信号，可以证实GCR信号的预期性能。图10显示了所接收的GCR信号的同相分量。该信号由于干扰信号、噪声和多径衰落(这里仅列举了其中一些影响因素)而不同于理想的GCR信号。图11显示了包括GCR信号的某些多径效应衰落在内的接收频谱。图12显示了包括水平脉冲的垂直消隐间隔，所述水平脉冲毗连包含GCR信号的那条线。图13显示了恢复的GCR自相关函数。注意所述窄自相关特性以及与如图7和8所示的计算机生成的自相关的相似性。
信号处理图14是根据一个实施例的流程图，描述了在从包括两个或更多GCR猝发的电视信号的储存样本中获取一个伪距时，由图4处理器420执行的一个流程1400。本公开文献中的附件包括被注释的伪代码，它进一步详细说明了处理1400的细节。注意存储电视样本然后以软件的形式处理信号的技术只是本发明的一种实施。本领域技术人员在阅读本公开文献之后将会清楚如何能够以硬件的形式实现相同基础的技术。
电视信号的样本包括几个垂直消隐区间，每一个包括一个GCR猝发。如图4所示并且如上所述，如果信号已被下变频到基带并且被低通滤波，则我们可以跳越步骤1404和1406。可是，如果信号已经被变换成某个中频，则我们可以从步骤1404开始，其中信号被进一步数字滤波，以便消除不必要的相邻信道干扰、噪声和可能的任何窄带干扰(步骤1404)。用于滤除这些不必要干扰的技术在本领域是熟知的。
流程1400把结果信号下变频，以获得选定电视信道的基带信号(步骤1406)。在一个实施例中，这是通过首先把电视信道信号与同相以及正交混合信号进行混合，然后对结果进行滤波来完成。
在一个实施例中，流程1400然后从结果信号中存在的水平同步信号中提取大致的定时信息以便加速对GCR信号的搜索(步骤1408)。在一些实施例中，通过把结果信号与复制水平同步信号的一个基准波形进行相关并确定相关输出峰值，来提取这个大致的定时信息。由于水平同步信号的快速重现速率(repetition rates)，则能够以高计算效率实现从这个信号中提取大致定时信息。一种用于提取这个水平同步定时信息的技术在MatthewRabinowitz和James J.Spilker于2002年1月22日申请的美国非临时专利申请序列No.10/054,302，“Position Location Using Broadcast Analog TelevisionSignals”(使用广播模拟电视信号的位置定位)中被公开，它的公开内容全文在此结合以作参考。正如在上面所提及的，水平同步不足以精确定位位置，因此只被使用来加速搜索GCR信号猝发。由于GCR猝发与直接在那个GCR信号猝发前面的水平同步脉冲之间的时间分隔相对熟知，所以搜索被加速。可是，此步骤(1408)不是必需的。
流程1400然后搜索GCR猝发，通常从最先样本开始并执行到最后样本(步骤1410)。在一个实施例中，流程1400首先确定搜索窗口的大小或者搜索的某一样本数目，以便利用从水平同步信号中提取的大致定时信息找到第一GCR猝发。由发射机和接收机中的时钟不确定度这类的因素，以及由能够从水平同步信号中提取初始大致定时所使用的精确度，来确定这个搜索窗口的大小。搜索窗口需要足够大以使它一定包括下一GCR猝发的第一样本。在一个实施中，按顺序搜索每个水平线分段的搜索窗口，直到找到第一GCR猝发。在优选实施例中，通过把基准GCR信号与采样过的数据相关来执行搜索，直到相关结果超过某一能量阀值为止。
一旦找到第一GCR猝发，则流程1400搜索样本中下一GCR猝发的下一垂直栏。在一个实施例中，建立一个搜索窗口用于搜索后续GCR猝发。搜索窗口必须足够大以使后续GCR猝发的第一样本位于那个窗口之内。注意在NTSC标准中，由262和263条水平线交替分开连续的GCR猝发。因此，在一个实施例中，一旦找到第一猝发猝发，则为下一GCR猝发搜索接着那个猝发的第262条水平线。如果在这条线没有找到下一GCR猝发，那么为GCR猝发搜索第263条线。流程1400按照类似的方式定位剩余的GCR猝发。
流程1400然后线性组合GCR猝发(步骤1414)。注意这种线性组合考虑了8帧超帧上GCR猝发的符号翻转，从而所使用的所有GCR猝发的能量被构造性地相加。然后，利用一个变化延迟项，把结果信号与基准信号相关(步骤1416)。流程1400把产生最大相关结果的延迟识别为伪距(步骤1418)。当然，还存在许多其它方法来确定伪距，这在阅读本公开内容之后对本领域技术人员将是显而易见的。例如，可使用一种利用时间门控延迟锁定环的硬件方法，通过对延迟锁定环的状态进行采样，将生成伪距。
图15显示了可用于相干或非相干操作的相关器1500的简化图。接收到的信号通常将接收、采样并量化，并且被实时处理或者在对存储数据操作的一个脱机处理器中被处理。
RF NTSC电视信号首先被一个可调带通滤波器1502滤波，然后被混频器1504和本机振荡器1506下变频，被带通滤波器1507滤波，然后被采样器/量化器1508采样并量化。时钟1510驱动一个GCR生成器1512，其生成GCR信号的时间门控延迟副本。混频器1514把该副本与量化信号合并。该结果通过一个相关器积分器1516，它可以是相干或非相干的。当GCR信号的时间延迟副本或者基准信号在时间上与入射的GCR信号对准时，相关器积分器1516将产生一个大的输出。在一个实施例中，从相关器积分器中产生的最高最大输出的那个时间延迟是伪距。可替代地，可以通过同相/正交采样和量化来处理这个信号。单个GCR猝发信号可以被处理；或者，如果需要更多的处理增益，则可使用每个8帧的一个或多个超帧。
相关技术对于GCR信号和各种基准信号，可以使用许多不同的相关技术，以获取用于位置定位的伪距。现在讨论这些实施中的一些。当然，仍然能使用其它相关技术。这些技术能单独使用或者合并使用。GCR信号在频域中的一种基带表示如图16所示。有一些频偏ω和某些相位偏移φ的GCR信号能被表示为s[t]=g1[t]cos[ωt+φ]+12(g2[t]cos[ωt+φ]+h2[t]sin[ωt+φ])---(9)]]>在此h2表示g2的Hilbert变换。图17是根据一个实施例的互相关器1700的功能方框图。混频器1702和1704把s[t]分别与基准信号ri[t]和rq[t]合并，在此ri[t]=(g1[t]+g2[t]2)cosωt-h2[t]2sinωt---(10)]]>rq[t]=(g1[t]+g2[t]2)sinωt-h2[t]2cosωt---(11)]]>分别产生同相和正交分量。有限存储积分器(FMI)1706和1708分别在持续时间大约为35.5微秒的GCR信号的宽度上积分同相和正交分量。结果信号分别由平方律设备1710和1712处理。结果信号被加法器1714相加，产生一个相关结果w[t]。注意通过在时间上相对于入射信号把基准信号接连偏移某些延迟τ，并且为基准信号的每个时间延迟τ产生一个相关结果，我们生成一个完整的相关函数。
图18显示了自相关函数r1＝g1*g1(12)和
r2＝g2*g2(13)其中g2分量是中心频率为2.725MHz且带宽为2.95MHz的一个带通信号。图19显示了互相关结果c2＝g2*h2(14)图20显示了完整GCR信号与一个完整波形基准信号之间的互相关结果war[t]=g1[t+τ]cos[ωt]+12(g2[t+τ]cos[ωt]+h2[t+τ]sin[ωt])---(15)]]>在此，τ是延迟误差，并且通过下式给出互相关结果wawa[τ]=116(4r1[τ]2+r2[τ]2+c2[τ]2+4r1[τ]r2[τ])---(16)]]>这种表达式除了最后一项存在之外，将没有主旁瓣。
一种实施把GCR信号分别与g1和g2项相关，然后把两个相关结果相加。每一结果具有sinx/x函数的次旁瓣。GCR信号与g1余弦和正弦项相关，以获得wg1[τ]=r1[τ]22---(17)]]>GCR信号分别与g2余弦和正弦项相关，以获得wg2[τ]=r1[τ]2+c2[τ]216---(18)]]>图21显示了非相干输出wg1和wg2。图22把总和
wg＝wg1+wg2(19)与上面讨论的总相关结果wa进行比较，在此，wa和wg已被标准化为相同的峰值。注意虽然分开的总和wg具有较低的波瓣，但是它比较宽并且包含总相关结果wa的两个波瓣峰值。
在一个实施例中，接收到的GCR信号被滤波，以消除g1信号的下边带，产生如图23所示的信号g。下边带被消除的滤波信号能被表示为sb[t]＝g[t]cos[wt+φ]+h[t]sin[wt+φ] (20)在此，h[t]是g[t]的Hilbert变换。于是，这个完整带宽信号的非相干互相关器输出具有形式wb[τ]=12(rb[τ]2+cb[τ]2)---(21)]]>在此rb[τ]=sin[π4.2τ]π4.2τ---(22)]]>和cb[τ]=2πsin2[π4.2τ]π4.2τ---(23)]]>图24把相关结果wb与上面讨论的总相关结果wa进行比较。注意当考虑主旁瓣时，结果wb具有更窄的总相关峰值。
一个实施例通过对GCR信号频谱进行整形来进一步降低互相关旁瓣。如上所述，通过对信号简单地执行一个延迟和相加操作，则可以把GCR信号滤波为余弦平方频谱。另一种简单技术是使用第一阶巴氏滤波器稍微滤波上频谱范围，其中第一阶巴氏滤波器在GCR信号的4.2MHz带宽的0.75处产生3dB衰减。图25把结果自相关(实线所示)与未滤波矩形频谱(虚线所示)进行比较。注意即使少量的滤波也减少了频谱波瓣。可是，由于在总的GCR功率中也有一些损耗，所以它也降低了峰值。
使用啁啾型电视信号的位置定位如上所述，NTSC模拟电视信号常�：幸桓鯣CR信号，GCR信号能被使用作为一个优良的定时恢复手段。根据在参考文献ITU-R BT.1124-3中记录的ITU无线通信汇编的建议，存在三种不同类型的GCR信号标准，即A、B、C。每一种这些信号被使用于世界不同的区域，并且根据本发明的实施，这些信号还能被用于位置确定。GCR信号C是一种啁啾信号，其被诸如美国的NTSC所使用。GCR信号C也可以被用于PAL和SECAM电视。GCR信号B是一个伪噪声(PN)序列，例如在韩国被NTSC系统所利用。注意PN信号的自相关函数很窄，并因此很适于测距。本领域技术人员应该意识到，在阅读本公开内容之后，可以以与GCR信号C类似的方式使用GCR信号B。在一个实施例中，除了基准信号是复制GCR信号B的PN序列之外，对于GCR信号A也使用相同的接收机结构。
GCR信号C是一个具有sinc函数上升波形的条状信号。在日本，这被NTSC系统广泛使用。为了消除一栏与另一栏不同的颜色和发光信号单元的影响，按照8栏的序列来安排GCR猝发。为了从干扰信号中构造具有最小失真的单一GCR信号，我们按照如下来合并来自八栏S1到S8中的GCR信号Sgcr＝S1-S5+S6-S2+S3-S7+S8-S4(23)当然，人们可以合并许多组的8栏序列，以便增加处理增益。结果信号Sgcr不具有窄的自相关特性；可是它的导数具有可用于精确测距的窄自相关特性。因此，相关领域的技术人员应该认识到，可以使用一种与应用到GCR信号A和B上的技术相类似的技术。在一个实施例中，在相关之前计算滤波后的GCR信号A的导数，并且相关基准是理想GCR信号A的导数的副本。由于在对采样信号进行差分时出现噪声恶化，所以另一方法是只使用基准GCR信号的导数。例如，图26说明了不采用测量信号的导数而跟踪GCR信号A的一个实施例。图26说明了最佳时间门控延迟锁定环。混频器2602把入射信号与微分器2610产生的GCR信号A的导数混合。合并了的信号输入到环路跟踪滤波器2604，它的输出驱动一个数控振荡器(NCO)2606，数字可控振荡器(NCO)2606接着驱动GCR信号A基准信号发生器2608。注意延迟锁定环被时间门控，因此我们仅仅是在在入射信号上出现GCR猝发时那个相关时刻将两个入射和基准信号混合。使用这种时间门控结构，用分开的控制环同时跟踪每一个信道，则接收机可以从一个电视信道跳到另一电视信道。时间门控结构允许重要的功率节省。一旦已经获得每个相关电视信道的GCR猝发上的初始定时，则能够只在短猝发中打开接收机，以捕获GCR信号能量。本领域技术人员应该清楚如何能够把这个技术应用到所有的GCR标准中，以及应用到其它低占空因数同步信号中。
除了GCR信号之外，还存在另一种对定时有用的电视信号，它由增加的音调序列组成。那个信号是NTSC规范信号传输标准21.55描述的场间测试信号(VITS)。VITS波形能够在垂直消隐间隔的线17、栏1中被发射。图27显示了不包括其某些脉冲的VITS波形的示例。时间刻度是以微秒为单位。VITS波形中的阶梯和步长未显示。
在这个波形的FCC版本中，频率连续为0.5、1.25、2.0、3.0、3.58、4.1MHz。峰值到峰值幅度大约为60个IRE单位。图28显示了当以27MHz采样VITS信号并且在这个时间间隔之外把它视为零时的平方自相关函数。时间刻度是1/27微秒。因此样本27对应于1微秒。图29显示了对于27MHz的采样率，图28在0到30个样本范围上的部分。峰值是一个样本1，而不是零。对于这个28MHz采样率，一个采样偏移对应于在大约37英尺自由空间中的一个时间偏移。一侧的平方自相关宽度大约为2个采样或者大约60尺。因此，对于精确定时，VITS信号是GCR信号的一种有用增加或者替换。另外，发明者打算用本发明可使用其它啁啾型信号用于位置定位。
本发明的若干实施例已被描述。然而，应该理解不偏离本发明的精神和范围可进行各种修改。例如，可使用其它啁啾型信号来代替GCR信号用于位置定位。用于位置定位的伪距不仅可以包括基于出现在模拟电视广播中的啁啾型信号来产生伪距，而且可以从数字电视(DTV)广播信号中得到伪距。基于DTV广播信号用于产生伪距的技术在2001年6月21日由Matthew Rabinowitz和James J.Spilker申请的美国非临时专利申请序列No.09/887,158，“Position Location using Broadcast Digital Television Signals”(使用广播数字电视信号的位置定位)中被公开，其公开内容全文在此结合以作参考。使用诸如在如下美国非临时专利申请序列No.10/054,262中公开的那些时间门控延迟锁定环技术，可以跟踪GCR信号，所述申请在2002年1月22日由Rabinowitz和James J.Spilker申请”Time-Gated Delay LockLoop Tracking Of Digital Television Signals”(数字电视信号的时间门控延迟锁定环跟踪)，其公开内容全文在此结合以作参考。因此，其它实施在所附权利要求的范围之内。
附件<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[ %$Id:$%%$Revision:$%%$Log:$%%Author:Matt Rabinowitz%%This file processes an analog signal to prodouce one horizontal%segments worth of data.%%Inputs%%cor_type-1×1,type of correlation to be performed% 1-hor_synch% 2-hor_synch_deriv% 3-gcr_burst% 4-chrominance burst%convers ion_type-1×1,type of downcoversion to be performed% 1-noncoherent downconversion% 2-coherent downconversion%sig_par -4×1,parameters which characterise the reference signal% 1-number of samples of the assumed signal risetimes% 2-index of the rising edge of the hor synch% 3-index of the falling edge of the hor synch% 4-index of the falling edge of the blankingpulse%rate_offset -1×1,the offset of the transmitter clock%rate_uncertainty-1×1,the 1-sigma uncertainty of the transmitter clk%s -sig_len×1,the actual sampled signal data%%Outputs%%cor_seg -cor_len×1,correlation segment%sig_par -4×1,parameters which characterise the reference signal% 1-number of samples of the assumed signal risetimes% 2-index of the rising edge of the hor synch% 3-index of the falling edge of the hor synch% 4-index of the falling edge of the blankingpulse%start_in -index at which to start searching for peak%dropped_ind -index up to which data was dropped in generating output%%Date:11/13/01%Author:Matthew Rabinowitzfunction[cor_seg,sig_par,start_ind,dropped_ind]=analog_correlator_gen(cor_type,conversion_type,sig_par,rate_offset,rate_uncertainty,s)%Constantsmatlab_init;%parametersf_s=20e6;%sampling rate of signal shor_len=f_s/f_hor_synch; %length of the horizontalsegmentf_up_1=7e6/(f_s/2); %upper freq for bandpassfilterf_lo_1=1e6/(f_s/2); %lower freq for bandpassfilter[n_1,d_1]=butter(3,[f_lo_1 f_up_1]);%parameters for firstbandpass filterf_lo_2=(1e6+(6e6-f_aud))/(f_s/2)-.02;%lower freq for bandstopfilterf_up_2=(1e6+(6e6-f_aud))/(f_s/2)+.02;%upper freq for bandstopfilter[n_2,d_2]=butter(3,[f_lo_2 f_up_2],′stop′); %parameters for bandstopfiltern_3=conv(n_1,n_2); %numerator for bandpass filtering and removing audiod_3=conv(d_1,d_2); %denominator for bandpass filtering and removingaudiof_mix=7e6-f_lum;%approximate mixing signal used for non-coherentconversionf_up_3=6e6-f_lum; %frequency of post-mixing lowpass filter[n_4,d_4]=butter(3,f_up_3/(f_s/2)); %parameters for lowpass filterafter mixingsynch_len=synch_pulse*f_s; %length of synch pulse(approx)synch_ref=zeros(floor(hor_len),1); %reference signal forhorizontal synchsynch_ref(1:synch_len)=ones(synch_len,1);samples_rise=3; %default number of samples used for correlationload gcr_chirp; %loading the gcr_chirp_signalgcr_len=length(gcr_chirp);hor_synch_mag_frac=0.9; %fraction of the magnitude of the synchpeaktime_from_hor_synch=1.6e-5; %time from synch pulse rising edge togcr_chirp;hor_synch_precision=.25e-6; %precision for timing from hor_synchprotection_interval=4e-6; %protection interval for generatingcorrelation%Setting up variablest_len=length(s);t=
′/f_s;sig_par=zeros(4,1);start_ind=1;%bandpass filtering the signal and removing audio signals_f_l=filter(n_3,d_3,s);%downconverting the signals_com_i=s_f_l.*cos(2*pi*f_mix*t);s_com_q=s_f_l.*sin(2*pi*f_mix*t);s_f_i=filter(n_4,d_4,s_com_i);s_f_q=filter(n_4,d_4,s_com_q);%generating the index for combining even and odd horizontal segmentsnum_hor=floor(t_len*f_hor_synch/f_s);ind=[];for m=1:num_hor ind=[ind;floor((m-1)*hor_len+1)];endind1=ind(1:2:length(ind));ind2=ind(2:2:length(ind));%creating combinined segmentssig=s_f_i.^2+s_f_q.^2;hor_store_1=zeros(floor(hor_len),1);hor_store_2=zeros(floor(hor_len),1);for n=1:floor(hor_len) hor_store_1(n)=sum(sig(ind1+n-1))/length(ind1); hor_store_2(n)=sum(sig(ind2+n-1))/length(ind2);end%creating a segment correlationhor_sum=hor_store_1+hor_store_2;synch_corr=zeros(floor(hor_len),1);for loop=1:hor_len synch_corr(loop)=synch_ref(floor(hor_len)-loop+2:floor(hor_len))′*hor_sum(1:loop-1)+... synch_ref(1:floor(hor_len)-loop+1)′*hor_sum(loop:floor(hor_len));end%extracting timing from horizontal synch[synch_cor_max,ind_synch]=max(synch_corr);threshold=hor_synch_mag_frac*synch_cor_max;ind=ind_synch;while(1) if(synch_corr(ind)＜threshold) synch_corr_cross=ind+(threshold-synch_corr(ind))/(synch_corr(ind+1)-synch_corr(ind)); break; end ind=ind-1;end%returning results if just want horizontal synchif(cor_type==1) cor_seg=synch_corr; start_ind=ind_synch-synch_len; return;endif(cor_type==2) ave_dur=1e-6; %averaging interval to compute signalamplitude %check if we have parameters of the differential signal if(sig_par(1)==0) %finding average magnitude of various sections of the horizontal segment %average magnitude of the synch pulse ind_synch_ave=ind_synch+[1:synch_len-2]′; synch_ave_mag=mean(hor_sum(ind_synch_ave)); %average magnitude of the back porch ind_porch_ave=ind_synch+synch_len+(delta_synch+slope_dur+delta_slope)*f_s+[1:(back_porch-delta_back)*f_s]′-1; porch_ave_mag=mean(hor_sum(ind_porch_ave)); %find the average magnitude of the area just at the back of pulse ave_len=floor(ave_dur*f_s); ind_back_ave=ind_synch+synch_len+(delta_synch+back_porch+delta_back+slope_dur+delta_slope)*f_s+[1:ave_len]′;back_ave_mag=mean(hor_sum(ind_back_ave)); %find the average magnitude of the area just at the front of pulse ind_front_ave=ind_synch-(front_porch+delta_front+slope_dur+delta_slope)*f_s-[ave_len:-1:1]′; front_ave_mag=mean(hor_sum(ind_front_ave)); %determining transition magnitudes %finding transision magnitude for blanking pulse trans_mag_blank=(potch_ave_mag+max([back_ave_mag front_ave_mag]))/2; trans_mag_synch=(synch_ave_mag+porch_ave_mag)/2; %finding indexes of transision points %finding the indexes of the ri sing edges ind_tmp=ind_front_ave(length(ind_front_ave)); while(1) if(hor_sum(ind_tmp)＞trans_mag_blank) ind_blank_rise=ind_tmp; break; end ind_tmp=ind_tmp+1; end while(1) if(hor_sum(ind_tmp)＞trans_mag_synch) ind_synch_rise=ind_tmp; break; end ind_tmp=ind_tmp+1; end %finding indexes of falling edges ind_tmp=ind_synch_ave(length(ind_synch_ave))-10; while(1) if(hor_sum(ind_tmp)＜trans_mag_synch) ind_synch_fall=ind_tmp; break; end ind_tmp=ind_tmp+1; end while(1) if(hor_sum(ind_tmp)＜trans_mag_blank) ind_blank_fall=ind_tmp; break; end ind_tmp=ind_tmp+1; end %normalizing all index parameters assuming ind_blank_rise starts at 1 ind_synch_rise=ind_synch_rise-ind_blank_rise+1+floor(samples_rise/2); ind_synch_fall=ind_synch_fall-ind_blank_rise+1+floor(samples_rise/2); ind_blank_fall=ind_blank_fall-ind_blank_rise+1+floor(samples_rise/2); sig_par(1)=samples_rise; sig_par(2)=ind_synch_rise; sig_par(3)=ind_synch_fall; sig_par(4)=ind_blank_fall; else samples_rise=sig_par(1); ind_synch_rise=sig_poar(2); ind_synch_fall=sig_par(3); ind_blank_fall=sig_par(4); end%constructing the indices of a correlation signal based on the transitionsfound ind_tmp=floor(samples_rise/2); cor_ind_pos=[[1:samples_rise][ind_synch_rise-ind_tmp:... ind_synch_rise+ind_tmp]]; cor_ind_neg=[[ind_synch_fall-ind_tmp:ind_synch_fall+ind_tmp][ind_blank_fall-ind_tmp:... ind_blank_fall+ind_tmp]]; %performing correlation dif_cor=zeros(floor(hor_len),1); for loop=1:hor_len dif_cor(loop)=sum(hor_sum(wrap(loop-1+cor_ind_pos,floor(hor_len))))-sum(hor_sum(wrap(loop-1+cor_ind_neg,floor(hor_len)))); end cor_seg=dif_cor; start_ind=ind_synch-synch_len-front_porch-delta_front-slope_dur-delta_slope; return;endif(cor_type==3) %samples to search over when searching for first gcr search_samples_synch2gcr=ceil(rate_uncertainty/f_ver_synch*f_s+hor_synch_precision*f_s); %samples to search over going from one gcr tothe next search_samples_gcr2gcr=ceil(rate_uncertainty/f_ver_synch*f_s); %search one vertical field for gcr waveform % %number horizontal segments in vertical segment num_hor_per_ver=ceil(f_hor_synch/f_ver_synch); %stores maximum correlation for each horizontal segment cor_max_vec=zeros(num_hor_per_ver,1); %stores index of maximum correlation for each horizontal segment ind_max_vec=zeros(num_hor_per_ver,1); for loop=1:num_hor_per_ver %store results of the correlation searching sample by sample search_cor_vec=zeros(2*search_samples_synch2gcr+1,1); %stores the indices at which we search for ref signal search_ind_vec=zeros(2*search_samples_synch2gcr+1,1); %samples resulting from the drift in the symbol clock samples_from_rate_offset=floor(f_s*rate_offset*loop/f_hor_synch); for loop1=1:search_samples_synch2gcr*2+1 %index offset at which to search for ref signal ind_offset=loop1-search_samples_synch2gcr-1-samples_from_rate_offset; start_ind=floor(synch_corr_cross+time_from_hor_synch*f_s+(loop-1)*hor_len+ind_offset); searcb_cor_vec(loop1)=sig(start_ind:start_ind+gcr_len-1)′*gcr_chirp; search_ind_vec(loop1)=start_ind; end [search_cor_vec_max,search_cor_vec_max_ind]=max(abs(search_cor_vec)); cor_max_vec(loop)=search_cor_vec(search_cor_vec_max_ind); ind_max_vec(loop)=search_ind_vec(search_cor_vec_max_ind); end %finding the maximum correlation result for whole vertical segment [tmp,ind_tmp]=max(abs(cor_max_vec)); first_gcr_ind=ind_max_vec(ind_tmp);%resolving the 262/263 horizontal_segment ambiguity % %stores maximum correlation for each horizontal segment cor_max_vec=zeros(2,1); %stores index of maximum correlation for each horizontal segment ind_max_vec=zeros(2,1); for loop=1:2 %store results of the correlation searching sample by sample search_cor_vec=zeros(2*search_samples_gcr2gcr+1,1); %stores the indices at which we search for ref signal search_ind_vec=zeros(2*search_samples_gcr2gcr+1,1); %samples resulting from the drift in the symbol clock samples_from_rate_offset=floor(f_s*rate_offset/f_ver_synch); for loop1=1:search_samples_gcr2gcr*2+1 %index offset at which to search from ref signal ind_offset=loop1-searcb_samples_gcr2gcr-1-samples_from_rate_offset; start_ind=first_gcr_ind+floor((262+loop-1)*hor_len+ind_offset); search_cor_vec(loop1)=sig(start_ind:start_ind+gcr_len-1)′*gcr_chirp; search_ind_vec(loop1)=start_ind; end [search_cor_vec_max,search_cor_vec_max_ind]=max(abs(search_cor_vec)); cor_max_vec(loop)=search_cor_vec(search_cor_vec_max_ind); end [tmp,ind_tmp]=max(abs(cor_max_vec)); if(ind_tmp==1) step_262=1; else step_262=0; end %computing combined correlation output % dropped_ind=first_gcr_ind-1 ; %point at which correlation begins- effects pseudorange cor_seg=zeros(floor(hor_len),1); num_ver=ceil((t_len-dropped_ind)*f_ver_synch/f_s); %number of verticalsegments increment_ind=0; %tracks how far aheadof first gcr segment for loop=1:num_ver start_ind=max(1,floor(first_gcr_ind-protection_interval*f_s+... increment_ind-rate_offset*increment_ind)); gcr_corr=zeros(floor(hor_len),1); for loop1=1:hor_len gcr_corr(loop1)=sig(start_ind+loop1-1:start_ind+loop1-2+gcr_len)′*gcr_chirp; end %gcr_corr maximum value may be positive or negative [tmp,tmp_ind]=max(abs(gcr_corr)); %if(loop＜7) % subplot(2,3,loop);plot(gcr_corr); %end cor_seg=cor_seg+gcr_corr*sign(gcr_corr(tmp_ind)); %move to next gcr segment if(step_262==1) increment_ind=increment_ind+262*hor_len; step_262=0; else increment_ind=increment_ind+263*hor_len; step_262=1; endend start_ind=0; return;end]]></pre>
权利要求
1.一种用于确定用户终端位置的方法，包括基于广播模拟电视重影消除基准信号的已知特性来产生相关基准信号；在用户终端，接收包括所述重影消除基准信号的一个广播模拟电视信号；和把所述广播模拟电视信号与所述相关基准信号相关，从而产生一个伪距；并且其中，基于所述伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。
2.如权利要求1所述的方法，还包括基于所述伪距和所述广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。
3.如权利要求2所述的方法，还包括基于所述伪距、基于广播数字电视信号而计算的伪距、以及所述广播模拟电视信号和所述广播数字电视信号的发射机位置，来确定用户终端的位置。
4.如权利要求1所述的方法，还包括识别相关结果的峰值，从而产生伪距。
5.如权利要求1所述的方法，其中用户终端位置可如此确定基于广播模拟电视信号的发射机处的发射机时钟和已知时间基准之间的差值，来调整伪距，并且，基于所述调整了的伪距和所述电视发射机的位置来确定用户终端的位置。
6.如权利要求1所述的方法，还包括基于另外一个广播模拟电视信号确定另外一个伪距；和把所述伪距和所述另外的伪距投射到一个时间瞬时，从而消除用户终端时钟中的任何一阶项。
7.如权利要求1所述的方法，还包括利用时间门控延迟锁定环来跟踪重影消除基准信号。
8.一种用于确定用户终端位置的设备，包括基于广播模拟电视重影消除基准信号的已知特性来产生相关基准信号的装置；用于在用户终端接收包括所述重影消除基准信号的广播模拟电视信号的装置；和用于把所述广播模拟电视信号与所述相关基准信号相关，从而产生伪距的装置；并且其中，基于所述伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。
9.如权利要求8所述的设备，还包括基于所述伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置的装置。
10.如权利要求9所述的设备，还包括基于所述伪距、基于广播数字电视信号所计算的伪距、以及所述广播模拟电视信号和所述广播数字电视信号的发射机位置，来确定用户终端的位置。
11.如权利要求8所述的设备，还包括用于识别相关结果的峰值，从而产生伪距的装置。
12.如权利要求8所述的设备，其中用户终端位置可如此确定基于广播模拟电视信号的发射机处的发射机时钟和已知时间基准之间的差值，来调整所述伪距并且，基于所述调整了的伪距和所述电视发射机的位置来确定用户终端的位置。
13.权利要求8的装置，还包括用于基于另外一个广播模拟电视信号确定另外一个伪距的装置；和一种装置，用于把所述伪距和所述另外的伪距投射到一个时间瞬时，从而消除用户终端时钟中的任何一阶项。
14.如权利要求8所述的设备，还包括利用时间门控延迟锁定环来跟踪所述重影消除基准信号的装置。
15.一种用于确定用户终端位置的设备，包括信号发生器，基于广播模拟电视重影消除基准信号的已知特性来用于产生相关基准信号；接收机，用于在用户终端接收包括所述重影消除基准信号的广播模拟电视信号；和相关器，用于把所述广播模拟电视信号与所述相关基准信号相关，从而产生伪距；并且其中，基于所述伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。
16.如权利要求15所述的设备，还包括处理器，基于所述伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。
17.如权利要求16所述的设备，其中所述处理器基于所述伪距、基于广播数字电视信号所计算的伪距、以及所述广播模拟电视信号和所述广播数字电视信号的发射机位置，来确定用户终端的位置。
18.如权利要求15所述的设备，其中所述处理器识别相关结果的峰值，从而产生伪距。
19.如权利要求15所述的设备，其中用户终端的位置可如此确定基于广播模拟电视信号的发射机处的发射机时钟和已知时间基准之间的差值，来调整所述伪距，并且，基于所述调整了的伪距和所述电视发射机的位置来确定用户终端的位置。
20.如权利要求15所述的设备，其中，所述处理器基于另外一个广播模拟电视信号确定另外一个伪距；和把所述伪距和所述另外的伪距投射到一个时间瞬时，从而消除用户终端时钟中的任何一阶项。
21.权利要求15的设备，还包括跟踪重影消除基准信号的时间门控延迟锁定环。
22.包含指令的计算机可读介质，所述指令可被计算机执行，以便执行一种用于确定用户终端位置的方法，所述方法包括基于广播模拟电视重影消除基准信号的已知特性来产生相关基准信号；在用户终端，接收包括所述重影消除基准信号的广播模拟电视信号；和把所述广播模拟电视信号与所述相关基准信号相关，从而产生伪距；并且其中，基于所述伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。
23.如权利要求22所述的介质，其中所述方法还包括基于所述伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。
24.如权利要求23所述的介质，其中，所述方法还包括基于所述伪距、基于广播数字电视信号而计算的伪距、以及所述广播模拟电视信号和所述广播数字电视信号的发射机位置，来确定用户终端的位置。
25.如权利要求22所述的介质，其中所述方法还包括识别相关结果的峰值，从而产生伪距。
26.如权利要求22所述的介质，其中用户终端位置可如此确定基于广播模拟电视信号的发射机处的发射机时钟和已知时间基准之间的差值，来调整所述伪距，并且，基于所述调整了的伪距和所述电视发射机的位置来确定用户终端的位置。
27.如权利要求22所述的介质，其中所述方法还包括基于另外一个广播模拟电视信号确定另外一个伪距；和把所述伪距和所述另外的伪距投射到一个时间瞬时，从而消除用户终端时钟中的任何一阶项。
28.如权利要求22所述的介质，其中所述方法还包括利用时间门控延迟锁定环来跟踪重影消除基准信号。
29.一种用于确定用户终端位置的方法，包括基于出现在广播模拟电视信号中的啁啾型信号的已知特性来产生相关基准信号；在用户终端，接收包括所述啁啾型信号的广播模拟电视信号；和把所述广播模拟电视信号与所述相关基准信号相关，从而产生一个伪距；并且其中，基于所述伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述啁啾型信号是一个场间测试信号。
31.如权利要求29所述的方法，其中所述啁啾型信号是重影消除基准信号A，重影消除基准信号B或者重影消除基准信号C。
32.如权利要求29所述的方法，还包括基于所述伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。
33.如权利要求32所述的方法，还包括基于所述伪距、基于广播数字电视信号而计算的伪距、以及所述广播模拟电视信号和所述广播数字电视信号的发射机位置，来确定用户终端的位置。
34.如权利要求29所述的方法，还包括识别相关结果的峰值，从而产生伪距。
35.如权利要求29所述的方法，其中用户终端的位置可如此确定基于广播模拟电视信号的发射机处的发射机时钟和已知时间基准之间的差值，来调整所述伪距，并且，基于所述调整了的伪距和所述电视发射机的位置来确定用户终端的位置。
36.如权利要求29所述的方法，还包括基于另外一个广播模拟电视信号确定另外一个伪距；和把所述伪距和所述另外的伪距投射到一个时间瞬时，从而消除用户终端时钟中的任何一阶项。
37.权利要求29的方法，还包括利用时间门控延迟锁定环来跟踪所述啁啾型信号。
38.一种用于确定用户终端位置的设备，包括基于出现在广播模拟电视信号中的啁啾型信号的已知特性来产生相关基准信号的装置；用于在用户终端接收包括所述啁啾型信号的广播模拟电视信号的装置；和用于把所述广播模拟电视信号与所述相关基准信号相关，从而产生一个伪距的装置；并且其中，基于所述伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。
39.如权利要求38所述的设备，其中所述啁啾型信号是一个场间测试信号。
40.如权利要求38所述的方法，其中所述啁啾型信号是重影消除基准信号A，重影消除基准信号B，或者重影消除基准信号C。
41.如权利要求38所述的设备，还包括基于所述伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来用于确定用户终端的位置的装置。
42.如权利要求41所述的设备，还包括基于所述伪距、基于广播数字电视信号而计算的伪距、以及所述广播模拟电视信号和所述广播数字电视信号的发射机位置，来确定用户终端的位置。
43.如权利要求38所述的设备，还包括用于识别相关结果的峰值，从而产生伪距的装置。
44.如权利要求38所述的设备，其中用户终端的位置可如此确定基于广播模拟电视信号的发射机处的发射机时钟和已知时间基准之间的差值，来调整所述伪距，并且，基于所述调整了的伪距和所述电视发射机的位置来确定用户终端的位置。
45.如权利要求38所述的设备，还包括基于另外一个广播模拟电视信号来确定另外一个伪距的装置；和一种装置，用于把所述伪距和所述另外的伪距投射到一个时间瞬时，从而消除用户终端时钟中的任何一阶项。
46.如权利要求38所述的设备，还包括利用时间门控延迟锁定环来跟踪所述啁啾型信号的装置。
47.一种用于确定用户终端位置的设备，包括信号发生器，基于出现在广播模拟电视信号中的啁啾型信号的已知特性来产生相关基准信号；接收机，用于在用户终端接收包括所述啁啾型信号的广播模拟电视信号；和相关器，用于把所述广播模拟电视信号与所述相关基准信号相关，从而产生伪距；并且其中，基于所述伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。
48.如权利要求47所述的设备，其中所述啁啾型信号是一个场间测试信号。
49.如权利要求47所述的设备，其中所述啁啾型信号是重影消除基准信号A，重影消除基准信号B或者重影消除基准信号C。
50.如权利要求47所述的设备，还包括处理器，基于所述伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来用于确定用户终端的位置。
51.如权利要求50所述的设备，其中所述处理器基于所述伪距、基于广播数字电视信号而计算的伪距、以及所述广播模拟电视信号和所述广播数字电视信号的发射机位置，来确定用户终端的位置。
52.如权利要求47所述的设备，其中所述处理器识别相关结果的峰值，从而产生伪距。
53.如权利要求47所述的设备，其中用户终端位置可如此确定基于广播模拟电视信号的发射机处的发射机时钟和已知时间基准之间的差值，来调整所述伪距，并且，基于所述调整了的伪距和所述电视发射机的位置来确定用户终端的位置。
54.如权利要求47所述的设备，其中所述处理器基于另外一个广播模拟电视信号确定另外一个伪距；和把所述伪距和所述另外的伪距投射到一个时间瞬时，从而消除用户终端时钟中的任何一阶项。
55.如权利要求47所述的设备，还包括跟踪啁啾型信号的时间门控延迟锁定环。
56.包含指令的计算机可读介质，所述指令可被计算机执行，以便执行一种用于确定用户终端位置的方法，所述方法包括基于出现在广播模拟电视信号中的啁啾型信号的已知特性来产生相关基准信号；在用户终端，接收包括所述啁啾型信号的广播模拟电视信号；和把所述广播模拟电视信号与所述相关基准信号相关，从而产生伪距；并且其中，基于所述伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。
57.如权利要求56所述的介质，其中所述啁啾型信号是一个场间测试信号。
58.如权利要求56所述的方法，其中所述啁啾型信号是重影消除基准信号A，重影消除基准信号B或者重影消除基准信号C。
59.如权利要求56所述的介质，其中所述方法还包括基于伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。
60.如权利要求59所述的介质，其中所述方法还包括基于所述伪距、基于广播数字电视信号而计算的伪距、以及所述广播模拟电视信号和所述广播数字电视信号的发射机位置，来确定用户终端的位置。
61.如权利要求56所述的介质，其中所述方法还包括识别相关结果的峰值，从而产生伪距。
62.如权利要求56所述的介质，其中用户终端的位置可如此确定基于广播模拟电视信号的发射机处的发射机时钟和已知时间基准之间的差值，来调整所述伪距，并且，基于所述调整了的伪距和所述电视发射机的位置来确定用户终端的位置。
63.如权利要求56所述的介质，其中所述方法还包括基于另外一个广播模拟电视信号确定另外一个伪距；和把所述伪距和所述另外的伪距投射到一个时间瞬时，从而消除用户终端时钟中的任何一阶项。
64.如权利要求56所述的介质，其中所述方法还包括利用时间门控延迟锁定环来跟踪所述啁啾型信号。
全文摘要
一种用于确定用户终端位置的方法、设备和计算机可读介质，包括基于出现在广播模拟电视信号中的啁啾型信号的已知特性来产生相关基准信号；在用户终端(102)，接收包括所述啁啾型信号的广播模拟电视信号；和把所述广播模拟电视信号与相关基准信号相关，从而产生伪距；并且其中，基于伪距和广播模拟电视信号的发射机位置来确定用户终端的位置。
文档编号G01S5/00GK1585903SQ02822650
公开日2005年2月23日 申请日期2002年11月8日 优先权日2001年11月14日
发明者M·拉比诺维茨, J·J·小施皮尔克 申请人:罗瑟姆公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
