用于确定接收信标信号与重建信号之间相关性的方法技术

本发明专利技术涉及用于确定由信标发送并由接收机跟踪的信号与接收机预期要接收的重建信号之间相关性的方法，其中所述接收信号和所述重建信号彼此相对移位。为提供补偿跟踪信号中的残余正弦调制的可能性，建议在每个移位位置将接收信号和重建信号的样本相乘并分别在多个段中求积分。结果与其本身的经移位的复共轭形式相乘。对第二次相乘产生的乘积求积分，以得到对应每个移位位置的一个最终值。最后，确定相应于不同移位位置产生的最终值，将具有最大值的移位位置视为具有最大相关性的移位位置。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及确定在一方面由信标发送并由跟踪所述信标的接收机接收的信号与另一方面预期要在所述接收机上从所述信标接收的重建信号之间相关性的方法。为了确定相关性，使接收信号和重建信号彼此相对移位。具体地说，本专利技术涉及在接收信号包括无用正弦调制的情况下确定相关。本专利技术同样涉及对应的接收机和包括接收机的定位系统。
技术介绍
GPS(全球定位系统)是基于对信标所发信号进行评估的已知定位系统。GPS中的星座由围绕地球旋转并作为信标的20多个卫星组成。这些卫星的分布确保从地球上任意点通常可看到5到8个卫星。每个亦称为空间飞行体(SV)的卫星发送两种微波载波信号。其中一种载波信号L1用于承载标准定位服务(SPS)的导航消息和代码信号。L1载波相位由每个卫星使用不同的C/A(粗捕获)码调制。因此，不同的卫星获得了不同的传输信道。C/A码将频谱扩展到1MHz带宽上，每隔1023比特重复，该代码的出现时间间隔为1毫秒。L1信号的载频还用导航信息以50比特/秒的比特率进行调制，该信息具体而言包括星历和年历数据。星历参数描述了相应卫星轨道的近程区域。根据这些星历参数，在卫星处于相应所述区域的任意时间，算法可估计卫星的位置。使用星历参数计算的轨道很精确，但天文参数仅在短时间内有效，即大约2-4小时。相反，年历数据包含粗略的轨道参数。基于年历数据计算的轨道精度不如基于星历数据计算的轨道，但它们的有效时间可超过一周。年历和星历数据还包括时钟校正参数，这些参数指示卫星时钟与通用GPS时间的当前偏差。此外，每隔6秒周时(time-of-week)TOW计数会作为另一部分的导航消息报告。其位置要确定的GPS接收机接收由当前可用卫星发送的信号，并且接收机的跟踪单元根据不同的包括C/A码检测并跟踪不同卫星使用的信道。接收机先确定每个卫星发送的代码发送时间。通常，估计的发送时间由两部分组成。第一部分是从卫星信号的译码导航消息中提取的TOW计数，它具有6秒精度。第二部分是基于从接收机跟踪单元接收指示TOW的比特的时间对历元(epoch)和码片计数。历元和码片计数为接收机提供了特定接收比特发送时间的毫秒和亚毫秒。根据发送时间和接收机上信号的到达TOA的测量时间，确定了信号从卫星传播到接收机所需的飞行时间TOF。通过将此TOF乘以光速，它可转换为接收机与相应卫星之间的距离。特定卫星与接收机之间的计算距离称为伪距，这是因为在接收机中未精确地知道通用GPS时间。通常，接收机根据一些初始估计值计算信号的精确到达时间，初始时间估计值越精确，位置和精确时间计算就越有效。网络可以但不是必须向接收机提供参考GPS时间。随后，由于接收机位于一组卫星的伪距相交处，因此，计算的距离和估计的卫星位置允许计算接收机的当前位置。为能够计算接收机的三维位置，需要接收机时钟的时间偏差、4个不同GPS卫星的信号。如果一个接收机信道上导航数据可用，则包括在接收信号中的发送时间指示还可在时间初始化中用于校正接收机的时钟误差。在GPS中，定位需要使用初始时间估计。对于初始时间估计，大约0.078秒的卫星信号平均传播时间会加到从导航信息提取的发送时间中。相加结果用作信号到达时间的估计值，该估计值与精确到达时间相差在大约20毫秒内。随后，接收机为不同卫星确定相应信号离开卫星的时间。使用当前时间的初始估计值，接收机通过光速进行换算，形成了以秒或米为单位的伪距测量值，作为相应信号从卫星传播到接收机的时间间隔。从确定的伪距计算出接收机位置后，接着可以从标准GPS等式计算接收的精确时间，精度达1微秒。然而，为能够使用此类时间初始化，需要卫星信号的导航数据。目前，多数GPS接收机是为户外操作而设计的，具有良好的卫星信号电平。因此，只需良好的传播条件便可确保获得所述时间初始化所需的导航数据。与此相反，在传播条件差时，由于高误码率和弱信号电平使得稳健的导航比特译码无法实现，因此，可能无法从接收的卫星信号提取足够精确的导航消息。这种差的传播条件通常发生在室内，使得时间初始化和伪距测量更加困难。对于由于导航数据有干扰而无法应用标准时间初始化方法的那些情况，可以通过时间恢复方法执行接收机的时间初始化过程。一些已知的时间恢复方法基于跟踪信号与预期信号的互相关，以定义发送时间，这将在下文中解释。即使在差的传播条件下，接收机仍可跟踪GPS卫星的信号并提供原始数据而不评估包含的比特值。此外，可从网络获得例如星历和/或年历数据等有关卫星的一些信息，GPS信号内容的先验知识可实现导航数据流某些片段的重建。接着，使用基于互相关的技术可将重建的数据用于时间初始化和位置计算。对于互相关方法，将接收的原始数据和预期数据彼此相对移位。对于每个移位位置，执行两个信号重叠部分的逐点乘法，考虑不同的抽样率。在对应每次移位位置的乘法后对结果求积分。预期信号与接收的原始数据的重叠部分之间的最佳匹配假定为积分中产生最高值的移位位置。此最佳匹配允许确定接收信号上的时戳，即最后比特边沿发送时间，类似于常规方式中的TOW。由此时戳，随后可通过从此时戳对对应的历元和码片计数，估计跟踪信号的发送时间。通过将平均飞行时间或更精确的飞行时间估计值加上估计的发送时间，可获得接收机时间。或者，可对GPS等式求解以确定精确的接收机时间。这种替代方法构成了确定精确接收机时间的常规方法，但它需要至少4个卫星的信号的估计发送时间。然而，在互相关方法中，由于跟踪环卫星未完美地消除接收信号中的失真，因而可能会出现问题。在弱信号条件下，接收机跟踪单元的操作模式很不稳定，并且在跟踪的原始数据中可能保留了严重的正弦调制。特别是相关接收机和卫星移动和时钟不精确导致的多普勒频移会引起此类未补偿的频率失真。即使小量残余多普勒频移也是危险的，这是因为基于互相关的时间恢复方法在几秒(通常为1到6秒)内进行积分。即使在互相关期间实现了完美匹配，但由于正弦调制，互相关值可能非常小。这在以下事实中很清楚在原始数据与重建的比特正确对齐且进行两数组中样本逐元素相乘后，消除了数据调制，而正弦调制仍保留。在实际环境中，多普勒调制通常很随机，但在最坏的情况下，会导致固定的调制频率。随后，互相关算法将对复合正弦波求积分并输出一个很小的值。因此，将检测不到接收的原始数据与对应的预期信号片段之间的匹配。在已知的补偿正弦调制方式中，接收和预期的信号均分别乘以信号本身移位的复共轭形式。随后，以常规方式将接收和预期的信号互相关。专利技术概述本专利技术的目的是提供一种互相关方法，用于在信标的跟踪信号中补偿残余的正弦调制，具体而言是多普勒调制。本专利技术的另一目的是提供一种补偿信标跟踪信号中的正弦调制的已知方法的替代方法。根据本专利技术，通过确定在一方面由信标发送并由跟踪所述信标的接收机接收的信号与另一方面预期要在所述接收机上从所述信标接收的重建信号之间相关性的方法，实现了这些目的，其中使所述接收信号和所述重建信号彼此相对移位。所建议的方法包括的第一步骤是对于每个移位位置将所述接收信号和所述重建信号相应重叠部分相乘。具体而言，所述乘法可以在相应重叠部分逐点执行。但乘法应考虑所述接收信号与所述重建信号抽样率的可能差异。所述建议的方法包括的第二步骤是将每个移位位置的重叠部分划分为几个段，并对每段内前一步骤产生的乘积求积分。要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定在一方面由信标发送并由跟踪所述信标的接收机接收的信号与另一方面预期要在所述接收机上从所述信标接收的重建信号之间相关性的方法，其中，所述接收信号与所述重建信号彼此相对移位，所述方法包括下列步骤：ａ）对于每个移位位置将所述接收信 号和所述重建信号相应重叠部分相乘；ｂ）将每个移位位置的所述重叠部分划分为几个段，并且对每段内所述前一步骤产生的乘积求积分；ｃ）将相应第一段所述积分结果与相应第二段积分结果的复共轭形式相乘，对于预定数量的第一段，所述相应第二段 到所述第一段具有预定距离；ｄ）对步骤ｃ）中产生的乘积求积分；以及ｅ）至少确定步骤ｄ）中对应于所述不同移位位置产生的最大值，具有所述最大值的所述移位位置是是具有最大相关性的移位位置最可能的候选。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：D阿科皮安，J西耶林纳，
申请(专利权)人：诺基亚有限公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]