超低功率GNSS接收器制造技术

超低功率GNSS接收器。一种用于在低功率GNSS移动设备（30‑34）中更新历书数据的系统，包括保存存储在每个设备中的历书的本地拷贝并重复评估移动设备（30‑34）中的每个的历书质量的服务器。评估包括使用拷贝中的轨道参数预测可由移动设备潜在接收的所有卫星的多普勒偏移，并将结果与基于真实轨道数据的相同多普勒偏移的准确确定进行比较。

【技术实现步骤摘要】
超低功率GNSS接收器
在实施例中，本专利技术涉及具有超低功率卫星接收器的地理定位设备，所述超低功率卫星接收器例如是用于GPS、伽利略、北斗或Glonass地理定位卫星的接收器。相关技术描述全球导航卫星系统（通常简称为GNSS）指示一大类地理定位和导航系统，其中移动设备可以基于来自若干个轨道卫星的无线电信号确定其位置（以及附加地精确时间），并使用在这些信号中包含的信息来确定从接收器到每个接收到的卫星的距离或范围。卫星的轨道是已知的，接收器的位置于是可以用几何方式确定。全球定位系统（简称GPS）是最古老和最著名的全球导航卫星系统，但其他卫星星座——北斗、GLONASS、伽利略——最近已经部署或预期在不久的将来部署，从而改进卫星地理定位的性能和可用性。本专利技术适用于所有GNSS系统。地理定位广泛使用在许多设备和应用中，所述许多设备和应用包括车辆、便携式电话、资产跟踪、安全和许多其他应用。在许多用例——所谓的“物联网”应用（IoT）和低功率广域网（LPWAN）——中，存在将GNSS接收器集成在小设备中的需要，所述小设备预期将依靠有限的能源资源在长时间内自主操作，其例如诸如是电池或小光伏转换器。因此，存在对于GNSS接收器的需要，所述GNSS接收器可以以尽可能少的能量消耗来确定其位置。GNSS无线电信号在1GHz以上的无线电频谱部分中，并且一般是直接序列扩频信号。尽管不同的系统使用不同的格式和命名法，但GNSS无线电信号一般携带测距码和导航码。测距码是伪随机码二进制序列，其在接收器中用来确定到所有接收到的卫星的距离。遵循GPS命名法，L1波段中的C/A码是大多数商用接收器使用的测距码。为了简明，本公开将参考GPS系统的特定元件，应理解，等同的元件存在于GPS中和其他GNSS系统中，并且本专利技术也适用于这些。地球表面上GPS信号的信号强度标称为-130dBmW——每当天空的视野被遮挡并且尤其是在建筑内时就被进一步衰减的值。其他卫星导航系统提供可比强度的信号。这样的水平远在噪声基底（noisefloor）之下；因此，仅可以通过使用统计技术来接收信号。为了获取这些码并执行位置固定，GNSS接收器为每个接收到的卫星生成由卫星传输的测距码的本地副本，所述本地副本被调整到本地振荡器。然后，码被时移，在接收器的相关引擎中与接收信号进行相互关联，并在一时间内被积分，所述时间根据噪声水平可以或多或少地长，直到对于某个时移值获得相关值的峰值，所述时移值取决于在接收器与卫星之间的距离。不同的卫星——也称为“航天器（spacevehicle）”，或者简称SV——可以通过它们广播的不同C/A码来区分。除了测距码之外，卫星还广播导航消息（例如GPSNAVDATA消息），其包含如下重要信息：系统时间、针对卫星时钟的校正、电离层延迟参数、卫星健康指标和轨道数据，用于计算在每个给定时刻SV的精准位置，这对确定位置至关重要。轨道数据可以组织成两个文件或一组数据。“历书（almanac）”给出了所有SV的轨道参数，并且具有若干周的有效期。航天器的精确定位需要另一个文件——“星历表（ephemerides）”，其包含对历书轨道的短期校正。这些数据并且特别是历书也可从例如在互联网上的其他来源获得。实现最佳相关所需的时移量被标示为伪距，并且是卫星与GPS接收器之间距离以及发起信号捕获的时间的函数。相对于GPS卫星时钟，GPS的内部时钟通常受到大误差影响。为了解决该误差，GPS接收器必须获取至少四个卫星，以提供包括三个空间坐标x、y、z和时间t的位置固定。IoT地理定位设备中一种已知的节能方式是要将尽可能多的计算委托给基于云的服务器。辅助GNSS接收器没有被配备以计算其位置，而只是从多个卫星获取信号，并将经解调的信号传输到服务器，所述服务器知道卫星的位置，计算接收器的位置，并将其传输给可能是原始接收器节点的指定用户。GNSS信号的载波频率由于在接收节点与SV之间的相对速度而多普勒偏移。这些信号的采集是固有的耗时且耗能的过程，它牵涉到在三维参数空间中搜索相关峰值，所述三维参数空间的轴对应于卫星身份；频率，和伪随机码的时间偏移。对于针对特定卫星的每次搜索，可能必须在相关电路中尝试所有可能的码相位加上所有可能的频率，直到找到峰值。当没有先验知识可用时，搜索过程特别长且是能量密集的。取GPS系统作为示例，C/A码序列以每秒102.3万码片广播，并且包括1023个码片，每毫秒重复自身。因此，接收器中的相关器必须为每个卫星测试C/A码的1023个可能的相位。以从卫星轨道运动±4.2kHz的多普勒偏移加上由于设备自己的地面速度和设备内部频率参考（通常为TCXO）的不精确性所致的未知偏移而接收到为1.575GHz的载波频率，所述不精确性给频率不确定性贡献近似±4.7kHz。总结，用于GPS的采集搜索空间跨越：•对应于GPS星座中32个SV的32个可能的C/A码；•1023个可能的C/A码偏移；•100Hz步长中的±9kHz频率偏差（对于相关器触发的最大可容许频率失配）；在整个采集搜索空间中进行穷举搜索在长时间内需要相当大的计算能力，并且难以与IoT设备的能量资源兼容。本专利技术的目的是提供一种GNSS接收器，所述GNSS接收器可以以较少的能量消耗获取其位置。
技术实现思路
根据本专利技术，这些目的借助于独立权利要求的目标来实现。特别地，通过一种系统，该系统包括历书更新服务器和在低功率广域网中的多个支持GNSS的设备，其中支持GNSS的节点可以基于来自多个地理定位航天器的信号来确定它们的位置，并且历书更新服务器具有对航天器的真实位置和速度的访问，其中设备存储航天器的轨道数据，用于预测所述航天器的多普勒偏移的目的，并且历书更新服务器被布置为维护存储在设备中的轨道数据的拷贝，并且为每个设备和航天器计算：基于存储在设备的数字拷贝中的轨道数据的预测多普勒偏移；基于从另一个轨道数据来源导出的航天器位置和速度的实际多普勒偏移；并且其中历书更新服务器使用拷贝评估每个移动设备的历书的质量，并且基于所评估的历书质量，决定是否要向移动设备传输经更新的历书数据。从属权利要求处理本专利技术的重要和有利但非必要的特征，诸如利用在由所选设备接收的所选航天器的实际多普勒偏移与预测多普勒偏移之间的差异计算来评估历书的质量，将所述差异针对所确定的阈值进行比较，以及当在由所选设备接收的一个所选航天器的实际多普勒与预测多普勒之间的差异超过确定的阈值时，将相对于航天器的经更新轨道数据传输到所选设备。其他有利特征包括选择所选航天器的经更新轨道参数的恰当子集以传输到所选设备，存在从支持GNSS的设备接收中间定位结果并基于此计算它们的位置的A-GNSS服务器，其中中间定位结果包括所获取的航天器的标识码和相应测距码或伪距到所获取的航天器的延迟；以及更新服务器和/或LPWAN中的A-GNSS服务器的复制或倍增。本专利技术利用历书数据。假设设备对其位置（100km以内）和当前时间（±1分钟）有粗略的估计，历书可以用于计算可见卫星的列表，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括历书更新服务器和在低功率广域网中的多个支持GNSS的设备，其中支持GNSS的节点可以基于来自多个地理定位航天器的信号来确定它们的位置，并且历书更新服务器具有对航天器的真实位置和速度的访问，其中设备存储航天器的轨道数据，用于预测所述航天器的多普勒偏移的目的，并且历书更新服务器被布置为维护存储在设备中的轨道数据的拷贝，并且为每个设备和航天器计算：/n· 基于存储在设备的数字拷贝中的轨道数据的预测多普勒偏移；/n· 基于从另一个轨道数据来源导出的航天器位置和速度的实际多普勒偏移；/n并且，其中历书更新服务器使用拷贝评估每个移动设备的历书的质量，并且基于所评估的历书质量，决定是否要向移动设备传输经更新的历书数据。/n

【技术特征摘要】
20200214 EP 20157354.01.一种系统，包括历书更新服务器和在低功率广域网中的多个支持GNSS的设备，其中支持GNSS的节点可以基于来自多个地理定位航天器的信号来确定它们的位置，并且历书更新服务器具有对航天器的真实位置和速度的访问，其中设备存储航天器的轨道数据，用于预测所述航天器的多普勒偏移的目的，并且历书更新服务器被布置为维护存储在设备中的轨道数据的拷贝，并且为每个设备和航天器计算：
·基于存储在设备的数字拷贝中的轨道数据的预测多普勒偏移；
·基于从另一个轨道数据来源导出的航天器位置和速度的实际多普勒偏移；
并且，其中历书更新服务器使用拷贝评估每个移动设备的历书的质量，并且基于所评估的历书质量，决定是否要向移动设备传输经更新的历书数据。


2.根据权利要求1所述的系统，所述历书质量的评估包括：基于历书更新服务器中所选设备的历书拷贝，对所选设备接收的所选航天器的预测多普勒偏移的计算，在所选设备接收的所选航...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·索尔宁，宁宝柱，G·康斯坦特，
申请(专利权)人：商升特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US