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专利名称：软件补偿的晶体振荡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及导航卫星接收机，特别地涉及用于在初始化期间准确地估算卫星导航接收机中的本地参考振荡器的频率的方法和系统。
现有技术全球定位系统(GPS)是一个基于卫星的无线电导航系统，由美利坚合众国国防部建立和控制，耗资超过$130亿。24个卫星在20,200Km的高度上围绕地球，并位于轨道，以使得在任何时间对任何用户可视六个卫星的最小星座。每个卫星发射称为原子时钟的准确的时间和位置信号。一个典型的GPS接收机锁到这个原子时钟上，然后能够很准确地测量该信号到达它的时间延迟，从而能计算出视在的接收机-卫星距离。根据来自至少四个卫星的测量允许一个GPS接收机计算其位置、速度、高度和时间。
一个刚被调谐的GPS接收机仍不知道它是在何处，其晶体振荡器误差多大，也不知道现在是何时，所有这些需要寻求并锁定到卫星的发射，而且必须进行所有可能性的搜索。这种搜索对于本地时间和参考时钟的大的初始不确定性具有广泛性。如果频率和时间能轻易地被控制或精确地估算，则可减轻该探索努力。
在还未锁定到一个卫星的一个GPS接收机中的晶体振荡器基本上是自由运行的。典型的相位锁定电路并不处锁定状态。实际的运行频率误差可以是相当大的，并且与温度的依赖性大，这是由压电晶体的性质所决定。温度和其他的偏移将产生频率的不确定性，其将增加在初始化期间必须探索的无线电频谱。在初始化期间该时间不确定性进而附加到该探索问题，这是因为卫星ID可以是错误的或期待的多谱勒偏移可以是错误的。
当时间或频率不确定性大时高灵敏度GPS接收机将产生更多的问题。当寻求信号的能量特别弱时，寻求信号能量要求进行更细小的步骤，并在每个步骤停止更长的时间。所以，使本地参考振荡器更好地初始估算能改善最初调整的时间(time-to-first-fix)。

发明内容
因此本发明的目的在于提供一种GPS接收机，该接收机在初始化期间能补偿其本地晶体振荡器以降低频率不确定性。
简单地，本发明的一种导航卫星接收机实施例包括一个晶体振荡器，它以可重复方式受本地环境温度的影响。当锁定一个GPS卫星时，该接收机被用来计算该本地晶体振荡器的真实频率偏移。测量和记录该晶体的目前温度与真实的频率偏移测量相关。之后该数据被用来产生描述该晶体随温度的频率漂移的一个九阶的多项式。接着在接收机初始化期间，当本地参考振荡器处未锁定状态时，环境温度被测量并用来标记该九阶多项式以估算实际的晶体频率。接着用这样的频率估算作为发现来自头顶上的星座的可视的SV的信号的基准。
本发明的一个优点在于提供的系统和方法用于导航卫星接收机的更快的初始化。
本发明的另一个优点在于提供的系统和方法用于改善导航卫星接收机的灵敏度。
在阅读了在各个附图中说明的优选实施例的以下的详细说明之后，本发明的这些和其他优点对本专业普通技术人员将无疑成为显而易见的。


图1是本发明导航平台实施例的功能方块图；以及图2是代表图1中本发明的晶体振荡器实施例温度和漂移误差的曲线。
具体实施例方式
图1说明一个GPS接收机网络100，在本发明的一个实施例中，它包括由一个网络服务器104支持的导航平台102。
每个GPS测量平台102最好包括一付GPS天线106，一个低噪声放大器(LNA)108，一个GPS表面声波(SAW)滤波器110，一个具有中频(IF)SAW-滤波器114的射频(RF)应用专用集成电路(ASIC)，一个数字信号处理器(DSP)116，一个参考晶体118，和一个参考晶体温度传感器120。
一般地，存在三类本发明的GPS测量平台实施例，它们是按照如何独立于它们能操作的服务器来进行分类的。一个独立客户机122能运行并只用来自服务器104的最小帮助，例如，差分校正数据对一个用户提供导航解。一个半-客户机124需要更多的帮助，例如简化星历表和时间偏移计算的多项式模式；一个细-客户机126正好依靠服务器104划分所有导航计算，并根据其SV星座观点基本上只提供观察的测量。只要有一个用户想看到它们，导航解返回用于本地显示。
特别是在一个薄-客户机中，DSP是与某些其他的非-GPS应用的一个共享部分。这样，在该客户机处不需要多线索应用程序并只执行简单的程序循环。
服务器104一般包括大量参考站天线128和130，其提供对一个参考站管理器132的GPS信号输入。一个本地服务器134能提供对该半-客户机124的支持信息，以便改善最初调整的时间和位置解质量。
高灵敏度接收机要求大量的数字数据处理和CPU时间。这可能出现普通信号电平能由一个本地处理器进行处理，而高灵敏度计算可能使本地处理器过载。在这样的情况下，观察测量传送到一个更能干的导航处理器，它能专门于这样的工作并继续地重新使用其可执行的代码。
本地参考振荡器晶体118将具有一个频率漂移误差，其将作为温度的函数改变。在图2中，曲线200代表这样一个未补偿的函数。在制造校准期间，曲线200最好与一个九阶多项式方程相接近，并且计算和储存其系数。曲线202表示当按软件方式初始化用这样的第九阶多项式方程补偿温度漂移时典型的可能性是什么样的。
参考晶体温度传感器120用来测量本地参考振荡器晶体118的温度。在当导航平台102初始化和跟踪SV时的制造校准期间首要使用是收集数据以建立曲线200。接着的使用是提供索引值，由此根据储存的系数能计算该九阶多项式方程，同时导航平台102初始化并试着锁到其第一个SV上。
虽然本发明己借助目前的优选实施例加以描述，但应理解公开并不解释成限制。对那些本专业技术人员而言各种变更和修改将无疑成为显而易见的，只要阅读以上公开。因此试图将附加的权利要求解释成复盖所有变更和修改并落在本发明的“真实”精神和范围内。
权利要求
1.一种导航卫星接收机，包括一个导航平台，能跟踪和锁定到GPS卫星；一个本地参考频率晶体振荡器，其随温度漂移并且在初始化前影响信号锁定的频率不确定性；一个温度传感器，用于测量该本地参考频率晶体振荡器的目前温度；一组储存值，代表一个多项式的系数，其拟合一个自测量的频率漂移误差同温度的变化关系曲线；以及一个处理器，用以使用该组储存值计算一个校准的本地参考频率晶体振荡器的频率，该频率给出由温度传感器得到的一个测量。
2.如权利要求1的导航卫星接收机，其中导航平台能从一个网络服务器接收用于初始化的支持。
3.如权利要求1的导航卫星接收机，其中在初始化期间，本地参考频率晶体振荡器驱动以时间和频率探索GPS信号的一个数字信号处理器和接着计算一个导航解。
4.如权利要求1的导航卫星接收机，其中在初始化期间，在以时间和频率探索GPS信号期间，由一个数字信号处理器能软件补偿本地参考频率晶体振荡器的频率漂移。
5.一种软件补偿一个本地参考频率晶体振荡器的方法，该方法包括步骤用导航平台跟踪GPS卫星的星座以提供时间和频率基准；测量所说导航平台的环境温度；在各种测量温度记录本地参考晶体振荡器的漂移误差；建立一个多项式方程，以最好地拟合在测量和记录步骤中得到的数据；以及对所说多项式方程储存一组系数值；其中，所说本地参考频率晶体振荡器的频率漂移可使用所说系数值组软件补偿。
6.如权利要求5的方法，还包括步骤在频域和时域通过搜索GPS卫星信号试图初始化所说导航平台；测量所说导航平台的环境温度；索引所说系数值组以计算在一个目前温度的一个漂移误差；以及按照所说多项式方程和一个测量的目前温度软件校准一个本地参考频率晶体振荡器。
全文摘要
一种导航－卫星接收机包括一个晶体振荡器，它以可重复方式受本地环境温度的影响。当锁定一个GPS卫星时，该接收机被用来计算该本地晶体振荡器的真实的频率偏移。GPS系统锁定对真实频率的这样的测量提供了自动锁定基础。晶体的目前温度的测量和记录与真实频率偏移测量相关。数据被用来产生一个九阶多项式，其描述晶体随温度的频率漂移。在本地参考振荡器未锁定时的接收机初始化期间，测量环境温度并用来索引该九阶多项式以估算实际的晶体频率。之后这样的频率估算用作一个基准以发现来自头上的星座的可视的SV的信号。
文档编号G01S1/00GK1439897SQ0310614
公开日2003年9月3日 申请日期2003年2月19日 优先权日2002年2月19日
发明者H·马特苏施塔, P·W·麦克博尼 申请人:伊莱德公司, 精工爱普生株式会社