BRPI0318397B1

BRPI0318397B1 - receptor para utilização com um sistema de satélite de navegação global, gerador de código local para um receptor e método de determinar a posição global dos sinais da portadora alternativa de recuo binário

Info

Publication number: BRPI0318397B1
Application number: BRPI0318397A
Authority: BR
Inventors: Gerein Neil
Original assignee: Esa
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2017-02-21
Also published as: ATE381028T1; CN1802572A; RU2005140737A; ES2298584T3; DE60318125D1; CA2530616C; US6922167B2; EP1644753A1; PT1644753E; CA2530616A1; BR0318397A; WO2005006011A1; US20050012664A1; EP1644753B1; CN1802572B; DE60318125T2; JP2007505287A; AU2003280530A1; RU2339051C2; JP4611199B2

Abstract

"arquitetura de hardware para processar sinais de portadora alternativa de recuo binários do galileo (altboc)". a invenção descreve um receptor gnss que acompanha o altboc (15, 10), ou códigos compostos e5a e e4b, códigos que utilizam hardware que gera localmente sinal composto complexo ao combinar componentes reais gerados separadamente e os componentes imaginários do sinal complexo. para acompanhar os sinais de código piloto compostos sem dados que estão no canal de quadratura do sinal altboc, o receptor opera geradores de código prn que produzem códigos prn e réplicas e5a e e5b e geradores de onda quadrática que geram o código composto complexo localmente gerado real e imaginário. o receptor remove o código composto complexo do sinal recebido ao multiplicar o sinal recebido, que foi convertido ('downconverted') para componentes do sinal i e q de banda base, pelo código composto complexo localmente gerado. o receptor então utiliza os resultados, que são valores do sinal de orientação i e q correlacionados, para estimar o erro de acompanhamento do ângulo de fase de portadora de freqüência central. o sinal de erro é utilizado para controlar um oscilador numericamente controlado que opera de maneira convencional para corrigir o ângulo de fase da portadora de freqüência central localmente gerada. o receptor também utiliza versões iniciais e tardias do código piloto composto complexo localmente gerado em um dll, e alinha o código piloto composto localmente gerado com o código piloto composto recebido ao minimizar o sinal de erro dll correspondente. uma vez o receptor está acompanhando o código piloto composto, o receptor determina seu pseudo-alcance e posição global de maneira convencional. o receptor também utiliza um conjunto separado de correlacionadores para alinhar versões localmente geradas dos códigos prn composto em fase com os códigos de canal em fase no sinal recebido, e dai em diante, recupera os dados que são neles modulados.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "RECEPTOR PARA UTILIZAÇÃO COM UM SISTEMA DE SATÉLITE DE NAVEGAÇÃO GLOBAL, GERADOR DE CÓDIGO LOCAL PARA UM RECEPTOR E MÉTODO DE DETERMINAR A POSIÇÃO GLOBAL DOS SINAIS DA PORTADORA ALTERNATIVA DE RECUO BINÁRIO".

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção relaciona-se genericamente a receptores GNSS e, em particular, a receptores que operam com sinais de satélite AltBOC Galileo.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

[002] Receptores do sistema de satélite de navegação global (GNSS), como os receptores GPS, determinam suas posições globais com base nos sinais recebidos de satélites GPS em órbita e de outros satélites. Os satélites GPS, por exemplo, transmitem sinais utilizando duas portadoras, a saber, uma portadora L1 de 1575.42 MHz e uma portadora L2 a 1227.60 MHz. Cada portadora é modulada por pelo menos um código pseudo-aleatório binário (PRN), que consiste de uma se-qüência aparentemente aleatória de uns e de zeros que periodicamente se repetem. Os uns e os zeros no código PRN são referidos como "chips de código" e as transições no código de um para zero ou de zero para um, que ocorrem nos "tempos de chip de código" são referidos como "transições de bit". Cada satélite GPS utiliza um código PRN singular, e assim, o receptor GPS pode associar um sinal recebido com um satélite particular ao determinar qual código PRN está incluído no sinal.

[003] O receptor GPS calcula a diferença entre o tempo em que o satélite transmite seu sinal e o tempo que o receptor recebe o sinal. O receptor então calcula sua distância, ou "pseudo-alcance" do satélite com base na diferença de tempo associada. Utilizando os pseudo-alcances de pelo menos quatro satélites, o receptor determina a sua posição global.

[004] Para determinar a diferença no tempo, o receptor GPS sincroniza um código PRN localmente gerado com o código PRN no sinal recebido ao alinhar os chips de código em cada um dos códigos. O receptor GPS então determina o quanto o código PRN localmente gerado é deslocado, no tempo, do tempo conhecido do código PRN do satélite na hora da transmissão, e calcula o pseudo-alcance associado. Quanto mais próximo o receptor GPS alinha o código PRN localmente gerado com o código PRN no sinal recebido, tanto mais precisamente o receptor GPS pode determinar a diferença de tempo associada e o pseudo-alcance e, por sua vez, a sua posição global.

[005] As operações de sincronização de código incluem a aquisição do código PRN do satélite e acompanhar o código. Para adquirir o código PRN, o receptor GPS geralmente faz uma série de medições de correlação que são separados no tempo por um chip de código. Após a aquisição, o receptor GPS acompanha o código recebido. Ele geralmente faz medidas de correlação "anterior-menos-posterior", isto é, medições da diferença entre (i) uma medição de correlação associada ao código PRN no sinal recebido e uma versão anterior do código PRN localmente gerado, e (ii) uma medição de correlação associada ao código PRN no sinal recebido e uma versão posterior do código PRN local. O receptor GPS então utiliza as medições anterior-menos-posterior em um laço de trava de retardo (DLL), que produz um sinal de erro que é proporcional ao erro de alinhamento entre os códigos PRN local e o recebido. O sinal de erro é utilizado, por sua vez, para controlar o gerador de código PRN, que desloca o código PRN local essencialmente para minimizar o sinal de erro DLL.

[006] O receptor GPS também tipicamente alinha a portadora de satélite com uma portadora local utilizando medições de correlação associadas a uma versão pontual do código PRN local. Para fazer isto o receptor utiliza um laço de trava de fase de acompanhamento de portadora.

[007] O receptor GPS recebe não apenas sinais de satélite de linha de visão, ou de via direta, mas também sinais multivias, que são sinais que percorrem ao longo de vias diferentes e são refletidos para o receptor da terra, de corpos d'água, prédios próximos, etc. Os sinais multivia chegam no receptor GPS após o sinal de via direta e combinam com o sinal de via direta para produzir um sinal recebido distorcido. Esta distorção do sinal recebido afeta adversamente as operações de sincronização de código pois as medições de correlação, que medem a correlação entre o código PRN local e o sinal recebido, têm por base todo o sinal recebido - incluindo os componentes multivia do mesmo. A distorção poderá ser tal que o receptor GPS tenta sincronizar em um sinal multivia em vez de no sinal de via direta. Isto é particularmente verdadeiro para os sinais multivia que têm transições de bit de código que ocorrem próximo das horas em que as transições de bit de código ocorrem no sinal de via direta.

[008] Uma maneira de sincronizar com maior precisão os códigos PRN recebidos e os códigos PRN gerados localmente é utilizar os "correlacionadores estreitos" discutido nas Patentes dos Estados Unidos números 5.101.416, 5.390.207 e 5.495.499, todos os quais são designados a um designado comum e aqui incorporados por referência. Foi determinado que o estreitamento do espaçamento de retardo entre as medições de correlação cedo e tarde reduz os efeitos adversos do ruído e da distorção do sinal multivia nas medições anterior-menos-posterior.

[009] O espaço de retardo é estreitado tal que o ruído correlaciona nas medições de correlação cedo e tarde. Outrossim, os correlacionadores estreitos são essencialmente espaçados mais próximos a um pico de correlação que é associado às medições de correlação de có- digo PRN pontual do que as contribuições de muitos dos sinais multi-via. Assim, as medições de correlação anterior-menos-posterior e feitas por estes correlacionadores são significativamente menos distorcidas do que elas seriam se fossem feitas a um intervalo maior ao redor do pico. Quanto mais próximo os correlacionadores são colocados ao pico de correlação, tanto mais os efeitos adversos dos sinais multivia nas medições de correlação são minimizadas. O espaço de retardo, contudo, não pode ser feito tão estreito que o DLL não pode travar no código PRN do satélite e então manter a trava de código. Caso contrário, o receptor não pode acompanhar o código PRN no sinal recebido sem repetidamente tomar o tempo para re-travar no código.

[0010] A portadora L1 é modulada por dois códigos PRN, a saber, um código C/A de 1,023 MHz e um código P de 10,23 MHz. A portadora L2 é modulada pelo código P. Geralmente, o receptor GPS construído de acordo com as patentes referenciadas acima adquire o sinal de satélite utilizando um código C/A localmente gerado e uma portadora L1 localmente gerada. Após a aquisição, o receptor sincroniza o código C/A localmente gerado e a portadora L1 com o código C/A e a portadora L1 no sinal recebido, utilizando os correlacionadores estreitos em um DLL e um correlacionador pontual no laço de acompanhamento de portadora. O receptor poderá então utilizar a informação de acompanhamento do código C/A para acompanhar os códigos L1 e/ou L2, que tiveram relações de tempo com o código C/A, e um com o outro.

[0011] Em uma geração mais nova de satélites GPS, a portadora L2 também é modulada por um código C/A que, por sua vez, é modulado por uma onda quadrática de 10,23 MHz. O código C/A modulado por onda quadrática, que doravante será referido como o "código C/A subdividido", possui máximos em seu espectro de energia em recuos de +10 MHz da portadora L2, ou nos nulos do espectro de energia do código P. O código C/A subdividido, assim, pode ser seletivamente bloqueado, conforme necessário, sem bloquear o código P da L2.

[0012] A função de auto-correlação associada ao código C/A subdividido tem um envelope que corresponde a auto-correlação do código C/A de 1,023 MHz e múltiplos picos dentro do envelope que correspondem à auto-correlação da onda quadrática de 10,23 MHz. Assim, há 20 picos dentro de um envelope de código C/A de dois chips, ou o pico de auto-correlação de onda quadrática a cada 0,1 chip de código C/A. Os múltiplos picos associados à onda quadrática são, cada um, relativamente estreitos, e assim, oferecem precisão de acompanhamento de código aumentada, supondo que o DLL acompanha o pico estreito correto.

[0013] Como foi discutido na Patente US 6.184.822 que é designado a um designador comum e aqui incorporada por referência, há vantagens em adquirir e acompanhar o código C/A subdividido ao alinhar separadamente com o sinal recebido as fases de uma onda quadrática de 10,23 MHz localmente gerada, que pode ser considerada como um código de onda quadrática de 20,46 MHz, e um código C/A de 1,023 MH localmente gerado. O receptor primeiro alinha a fase do código de onda quadrática localmente gerado com o sinal recebido, e acompanha um dos múltiplos picos da função de auto-correlação do código C/A subdividido. Ele então desloca a fase do código C/A localmente gerado com relação à fase do código de onda quadrática localmente gerado, para alinhar os códigos C/A local e recebido e posicionar os correlacionadores no pico central do C/A subdividido. O receptor então acompanha o pico central diretamente, com o código CA subdividido localmente gerado.

[0014] A European Commission e a European Space Agency (ESA) estão desenvolvendo um GNSS conhecido como Galileo. Satélites Galileo transmitirão sinais na banda E5a (1176,45 MHz) e na banda E5b (1207,14 MHz) como um sinal composto com uma freqüência centra! de 1195,795 MHz utilizando uma modulação proposta conhecida como “Alternate Binary Offset Carrier" (AltBOC). A geração do sinal AltBOC é descrita no documento da Força Tarefa de Sinal Galileo (“Galileo Signal Task Force") "Technieal Annex to Galileo SRD Signal Plans", Draft 1, 18 de julho de 2001, ref # STF-annexSRD-2001/003, que é aqui incorporada em sua inteireza por referência, Como os satélites GPS, os satélites GNSS transmitem, cada um, códigos PRN singulares e um receptor GNSS pode assim associar o sinal recebido com um satélite particular. Assim, o receptor GNSS determina os respectivos pseudo-alcances com base na diferença entre os tempos em que os satélites transmitem os sinais e o tempo que o receptor recebe os sinais AltBOC.

[0015] Uma portadora de recuo binário padrão (BOC) modula um sinal do domínio do tempo por uma onda seno sen(w0t) que desloca a frequência do sinal tanto para a banda lateral superior como para uma banda lateral inferior correspondente, A modulação BOC realiza o deslocamento de freqüência utilizando uma onda quadrática, ou sign(sen(w0t)), e é geralmente denotada como BOC(fsfc), em que fs é a freqüência subportadora (onda quadrática) e fc é a taxa de chip de código de espalhamento. Os fatores de 1,023 MHz são costumeiramente omitidos da notação por clareza de modo que a modulação BOC(15,345 MHz, 10,23MHz) é denotada BOC(15,10). A modulação BOC, que produz, por exemplo, sinais que são similares ao código C/A subdividido discutido acima, permite um único código de espalhamento, ou PRN, em cada uma das portadoras em fase e de quadratura.

[0016] A modulação de um sinal de domínio de tempo por uma exponencial complexa ^esloca a freqüência do sinal apenas para a banda lateral superior. A meta da modulação AltBOC é gerar de uma maneira coerente as bandas E5a e E5b, que são respectiva mente moduladas por exponenciais complexas, ou sub-portadoras, tal que os sinais podem ser recebidos como um "sinal assemelhado a BOC" de banda larga. As bandas E5a e E5b possuem, cada uma, códigos de espalhamento associados em fase e de quadratura, ou códigos PRN, com os códigos E5a deslocados para a banda lateral inferior e os códigos E5b deslocados para a banda lateral superior. As portadoras de quadratura E5a e E5b respectivas são moduladas por sinais pilotos sem dados, e as portadoras em fase respectivas são modulados tanto por códigos PRN como por sinais de dados. O receptor GNSS poderá acompanhar quer os códigos E5a ou os códigos E5b de uma maneira que é similar ao acompanhamento do código C/A subdividido discutido acima.

[0017] Contudo, há vantagens tanto na mitigação multivia como na precisão de acompanhamento associado com o acompanhamento dos sinais E5a e E5b compostos, isto é, acompanhar o sinal coerente Al-tBOC de banda larga. As respectivas portadoras em fase e de quadratura do sinal composto são moduladas por códigos de espalhamento complexos e, assim, os canais em fase e de quadratura incluem, cada um deles, contribuições tanto de componentes de sinal real como imaginários dos códigos E5a e E5b. Análises teóricas das operações de acompanhamento composto foram feitas utilizando matemática de alto nível. Assim, os receptores associados, que essencialmente reproduzem as operações matemáticas de alto nível, espera-se que sejam tanto complicados como caros.

[0018] Um receptor proposto produz versões locais dos códigos compostos AltBOC utilizando as mesmas tabelas de pesquisa que os satélites Galileo utilizam para gerar os sinais para a transmissão, isto é, as tabelas que correspondem aos códigos de espalhamento de chaveamento de deslocamento de fase subjacente (PSK). O receptor proposto precisa assim não apenas manter grandes tabelas de pesquisa para cada um dos códigos transmitidos pelos respectivos satéli- tes Galileo, o receptor também precisa operar circuito complexo que controla a entrada para as tabelas de pesquisa toda vez que um novo chip de código é recebido. As tabelas são ainda maiores e entrá-las é mais complicado quando códigos pilotos diferentes são utilizados nas bandas E5a e E5b, como é agora contemplado.

SINOPSE

[0019] A invenção é um receptor GNSS que acompanha o Al-tBOC(15,10), ou códigos E5a e E5b compostos, utilizando hardware que gera localmente o sinal composto complexo ao combinar componentes real e imaginário gerados separadamente do sinal complexo. Para acompanhar os sinais do código piloto composto sem dados que estão no canal de quadratura do sinal AltBOC, por exemplo, o receptor produz uma versão local do código piloto composto como uma combinação dos componentes do sinal piloto real e imaginário localmente gerados. O receptor assim opera geradores de código PRN que produzem réplicas de códigos PRN E5a e E5b e geradores de onda qua-drática que geral os componentes real e imaginário das sub-portadoras superior e inferior.

[0020] O receptor remove o código composto complexo do sinal recebido ao multiplicar o sinal recebido, que foi convertido (“downcon-verted”) para componentes de sinal de banda base I e Q, pelo código composto complexo localmente gerado. O receptor então utiliza os resultados, que são valores de sinal de orientação I e Q correlacionados, para estimar o erro de acompanhamento do ângulo de fase da portadora de freqüência central. O sinal de erro é utilizado para controlar um oscilador numericamente controlado que opera de maneira convencional, para corrigir o ângulo de fase da portadora de freqüência central localmente gerada. O receptor também utiliza versões cedo e tarde do código piloto composto complexo localmente gerado em um DLL, e alinha o código piloto composto localmente gerado com o códi- go piloto composto recebido ao minimizar o sinal de erro DLL correspondente.

[0021] Uma vez que o receptor está acompanhando o código piloto composto, o receptor determina seu pseudo-alcance e posição global de maneira convencional. Ainda, como é discutido em maior detalhe abaixo, o receptor utiliza um conjunto separado de correlacionado-res para alinhar versões localmente geradas dos códigos PRN compostos em fase com os códigos de canal em fase no sinal recebido, e dai em diante, recuperar os dados que estão nele modulados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0022] A descrição da invenção abaixo refere-se aos desenhos acompanhantes, dos quais: [0023] A Figura 1 representa o espectro de freqüência da seqüên-cia de canal de quadratura AltBOC(15,10).

[0024] A Figura 2 representa a função de auto-correlação normalizada associada ao sinal representado na Figura 1.

[0025] A Figura 3 é um diagrama de blocos funcional de um canal para o receptor GNSS.

[0026] A Figura 4 é um diagrama de blocos funcional de um gerador de código local que está incluído no receptor da Figura 3.

[0027] A Figura 5 é um diagrama de blocos funcional de um sub-sistema de correlacionador que está incluído no receptor da Figura 4.

[0028] A Figura 6 representa uma função de auto-correlação associada ao AltBOC no canal de fase.

[0029] A Figura 7 é um gráfico de valores de auto-correlação idealizados.

[0030] A Figura 8 representa outra função de auto-correlação associada ao AltBOC no canal de fase.

[0031] A Figura 9 é um diagrama de blocos funcional de um gerador de código local.

[0032] A Figura 10 é um diagrama de blocos funcional de um sub-sistema correlacionador. E

[0033] A Figura 11 é um diagrama de blocos funcional que combina os subsistemas correlacionadores das Figuras 5 e 10.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA VERSÃO ILUSTRATIVA

[0034] O esquema de modulação AltBOC Galileo gera um sinal AltBOC(15,10) que é um sinal "assemelhado ao BOC(15,10)" com as bandas E5a e E5b tendo seus próprios códigos de espalhamento respectivos, ou código PRN, em suas portadores em fase e de quadratu-ra. O sinal AltBOC(15,10) tem uma freqüência portadora central de 1191,795 MHz e uma freqüência sub-portadora de 15,345 MHz, com a banda E5a (1176,45 MHz) como a banda lateral inferior e a banda E5b (1207,14 MHz) como a banda lateral superior.

[0035] O sinal AltBOC(15,10) é gerado no satélite como um sinal de envelope constante que inclui no canal em fase um composto dos códigos de espalhamento, ou códigos PRN, e dados, no canal de qua-dratura e um composto dos códigos PRN sem dados E5a e E5b, ou códigos piloto. A Figura 1 representa o espectro de freqüência de uma seqüência de canal de quadratura PRN AltBOC.

[0036] A função de auto-correlação normalizada idealizada para o sinal AltBOC(15,10) é mostrado na Figura 2. O envelope 100 da função de auto-correlação 111 é a função de auto-correlação de um sinal de velocidade de chip de 10,23 MHz e os múltiplos picos da função de auto-correlação 111 são associados à sub-portadora de 15,3454 MHz,que pode ser considerada como um código de onda quadrática complexo.

[0037] As operações de um receptor GNSS 10 para acompanhar os sinais do satélite Galileo AltBOC(15,10) são discutidas abaixo. Na Seção 1, as operações para acompanhar os códigos piloto sem dados de quadratura como um código composto são discutidas. Na Seção 2 as operações para recuperar os dados E5a e E5b dos códigos de dados compostos em fase são discutidos. A discussão abaixo supõe que o receptor adquiriu a portadora de freqüência central utilizando um laço de acompanhamento de portadora convencional (não mostrado). Seção 1. Acompanhamento do Código Piloto Composto [0038] O sinal AltBOC é dado por: (1) em que Ci é o código E5b em fase, c2 é o código E5a em fase, c3 é o código E5b de quadratura e c4 é o código E5a de quadratura, e os códigos de espalhamento E5b e E5a são modulados, respectivamente, na portadora superior er(t) e na portadora inferior er*(t), que é o conjugado complexo de er(t). A portadora superior er(t) é: em que cr(t)=sign(cos^fst)), sr(t)=sign(sen^fst)) e fs é a freqüência de sub-portadora. A portadora inferior er*(t) é: [0039] O código piloto composto, que está no canal de quadratura do sinal AltBOC(15,10), inclui os códigos de quadratura E5a e E5b c4(t) e c3(t). A expressão Xq(t) para o sinal de canal de quadratura é derivada da equação 1 ao fixar os códigos de canal em fase em zero e substituir as expressões para as portadoras: (2) [0040] Os termos da equação 2 podem então ser separados nos componentes real e imaginário: (3) [0041] O receptor produz a versão local do código piloto composto complexo ao combinar os componentes de sinal real e imaginário localmente gerados, como será discutido em maior detalhe com referência à Figura 4. O receptor então correlaciona o código piloto composto localmente gerado com o código piloto composto correspondente no sinal recebido, como será discutido em maior detalhe com referência à Figura 5, abaixo. O receptor então determina pseudo-alcances associados e sua posição global de maneira convencional.

[0042] Com referência agora à Figura 3, um receptor GNSS 10 recebe por uma antena 12 um sinal que inclui os códigos compostos AltBOC transmitidos por todos os satélites que estão à vista. O sinal recebido é aplicado a um conversor (“downconverter”) 14 que, de maneira convencional, converte o sinal recebido em um sinal de freqüên-cia intermediária ("Fl") que tem uma freqüência que é compatível com o conversor analógico-digital 18.

[0043] O sinal Fl é aplicado a seguir a um filtro de passagem de banda Fl 16 que tem uma passagem de banda na freqüência portadora central desejada. A largura de banda do filtro 16 deve ser larga o suficiente para permitir a harmônica principal do código piloto composto AltBOC passar, ou aproximadamente 1192 MHz. A largura de banda larga resulta em transições de bit relativamente acentuadas no código recebido e, assim, picos de correlação razoavelmente bem definidos.

[0044] O conversor analógico- digital 10 amostra o sinal Fl filtrado a uma taxa que satisfaz o teorema de Nyquist e produz amostras de sinal digital em fase (I) e de quadratura (Q) correspondentes de maneira conhecida. As amostras do sinal digital I e Q são fornecidas a um processador de remoção de Doppler 20 que opera de maneira conhecida, para produzir as amostras de banda base Ibandabase e Qbandabase ao rotacionar os sinais de acordo com uma estimativa do ângulo de fase portadora de freqüência central. A estimativa do ângulo de fase de portadora tem por base em parte os sinais produzidos por um oscilador numericamente controlado de portadora ("NCO de portadora") 30, que é ajustado de acordo com os sinais de acompanhamento de erro de fase de portadora produzidos por um subsistema de correlação 22. As operações do sub-sistema correlacionador são discutidas abaixo com referência à Figura 5.

[0045] As amostras Ibandabase e Qbandabase são a seguir fornecidas ao sub-sistema correlacionador 22, que faz medidas de correlação ao multiplicar as amostras por versões cedo, pronta e tarde ou cedo menos tarde dos códigos piloto compostos localmente gerados por um gerador de código composto 24. As operações do gerador de código composto e do sub-sistema de correlacionador são discutidas abaixo com referência às Figuras 4 e 5, respectivamente. As medidas de correlação I e Q associadas às versões cedo, pronta e tarde ou cedo menos tarde do código piloto composto local são fornecidas a um circuito de integrar e jogar fora 26, que acumula separadamente as respectivas medições I e Q por intervalos predeterminados. Ao final de cada intervalo, o circuito de integrar e jogar fora 26 fornece os resultados das acumulações I e Q respectivas, isto é, os sinais de correlação I e Q, a uma controladora 40. A controladora então controla o NCO de portadora 30 e o gerador de código composto 24, para alinhar o código piloto composto localmente gerado com o código composto correspondente no sinal recebido.

[0046] O receptor GNSS 10 acompanha os sinais AltBOC(15,10) utilizando um código piloto composto localmente gerado que é gerado de componentes do sinal composto real e imaginário. As operações efetuadas pelo gerador de código composto 24 para produzir os componentes do código piloto composto localmente gerado são agora discutidas em detalhe com referência à Figura 4.

[0047] O gerador de código composto 24 inclui os geradores de código PRN c3 e c4 242 e 243 que produzem, respectivamente, versões locais dos códigos PRN E5a e E5b para um dado satélite GNSS. O gerador de código 24 ainda inclui dois geradores de onda quadrática 244 e 245 que produzem valores de cr e de sr que correspondem aos componentes real e imaginário das portadoras superior e inferior er(t) e er*(t). Como é discutido em maior detalhe abaixo com referência à Figura 5, a controladora utiliza os sinais de correlação para controlar o tempo relativo dos chips de código c3 e c4 localmente produzidos e as transições das ondas quadráticas cr e sr, que podem ser consideradas como respectivos padrões de código de 0,1,0..., e assim por diante.

[0048] O gerador de código composto 24 soma os chips de código c3 e c4 em um somador 240 e multiplica a soma no multiplicador 246 pelo valor de cr, que é sign(cos(nfst), para produzir o componente real do código piloto composto localmente gerado. O gerador de código composto produz o componente imaginário do código piloto composto ao inverter os chips de código c3 em um inversor 248, somando o chip de código c3 invertido no chip de código c4 correspondente em um somador 250 e, no multiplicador 252, multiplicar o resultado por sr, que é sign(sen(nfst). O componente imaginário do código piloto composto localmente gerado é doravante referido como "Qpjiot". A réplica local do código piloto composto é então a soma: [0049] Como é discutido em maior detalhe abaixo, o subsistema correlacionador 22 multiplica o código piloto composto recebido pelo código piloto composto localmente gerado. Com base nos resultados, a controladora 40 ajusta o código PRN e os geradores de onda qua-drática 242-245 para alinhar o código local ao código recebido.

[0050] Com referência agora à Figura 5, as operações do subsistema correlacionador 22 são explicadas em termos das operações que envolvem a versão pronta do código piloto composto localmente gerado. O receptor inclui circuitos similares para as versões anterior e posterior ou anterior-menos-posterior do código piloto composto localmente gerado que operam como parte de um laço de trava de retardo, ou DLL, que opera de maneira conhecida para produzir um sinal de erro DLL associado.

[0051] O subsistema de correlação 22 multiplica dois sinais complexos, a saber, o código piloto composto localmente gerado e o sinal composto recebido. O subsistema correlacionador assim efetua a operação: Multiplicando os termos e separando os componentes real e imaginário produz o sinal de correlação: [0052] Como é indicado na Figura 5, o subsistema de correlação manipula os sinais de banda base Ibandabase e Qbandabase fornecidos pelo processador de remoção de Doppler 20 e os componentes do sinal real e imaginário localmente gerados lpiiot e Qpiiot fornecidos pelo gerador de código 24, para produzir os componentes real e imaginário do sinal de correlação. O subsistema de correlação 22 multiplica o sinal Ibandabase pelo sinal ΙρΗοί no multiplicador 502, e o sinal Qbandabase pelo sinal Qpiiot no multiplicador 510. O somador 506 então soma os dois produtos e fornece o resultado para um circuito de integrar e jogar fora 516. O circuito integrar e jogar fora 516 acumula as somas produzidas pelo somador 506 e em ocasiões apropriadas produz um componente real correspondente, ou o sinal lpr0mpt· Para produzir os componentes imaginários, o subsistema de correlação multiplica o sinal Qbandabase pelo sinal ΙρΝοι em um multiplicador 508 e multiplica o sinal Ibandabase pelo sinal QPiiot em um multiplicador 504. O produto produzido pelo multiplicador 504 é invertido pelo inversor 512 e somado ao produto produzido pelo multiplicador 508 em um somador 514. O somador 514 então fornece as somas para o circuito integrar e jogar fora 518, que acumula as somas e em ocasiões apropriadas produz um sinal QpromPt correspondente.

[0053] A controladora 40 (Figura 3) manipula os sinais lpr0mpt e Qprompt, para determinar o erro de fase de acompanhamento da porta- dora central como o arco tangente de Qprompt/lprompt- O sinal de erro de fase é então utilizado, de maneira conhecida, para controlar o NCO da portadora 30, que, por sua vez, controla o processador de remoção de Doppler 20.

[0054] Como foi discutido acima, a controladora 40 também recebe sinais de correlação I e Q anterior-menos-posterior. Com base nesses sinais a controladora 40 ajusta os geradores 242-245 para alinhar o código composto local no código recebido e assim minimizar o sinal de erro DLL associado.

Seção 2. Recuperação dos Dados dos Sinais em Fase Compostos [0055] Os sinais AltBOC(15,10)incluem tanto dados como códigos de espalhamento nos canais E5a em fase e E5b em fase. O canal em fase E5a portará dados que são transmitidos a uma velocidade de dados particular e o canal em fase E5b portará dados diferentes que são transmitidos a uma velocidade de dados diferente. As transições de dados nos canais em fase E5a e E5b, contudo, ocorrerão em tempos correspondentes. O receptor GNSS 10 adquire e acompanha o sinal AltBOC(15,10) utilizando o código piloto composto, como foi discutido acima. Após a remoção da portadora, o receptor recupera os dados do sinal em fase composto utilizando um conjunto separado de correlaci-onadores, como será discutido em maior detalhe abaixo com referência à Figura 10.

[0056] O sinal de banda base em fase complexo AltBOC(15,10), isto é, o sinal com os códigos piloto de quadratura fixados para zero é: [0057] em que a sub-portadora está incluída na expressão como um sinusóide em vez das funções retangulares correspondentes cr(t)±sr(t) e supondo, pelo momento, que cr(t) e c2(t) estão livres de dados. Observe que o termo c-i(t). e]24st +c2(t). é similar à expressão para os códigos de espalhamento de quadratura, ou PRN, discutidos na Seção 1 acima.

[0058] Se o sinal em fase de banda base está correlacionado com uma réplica local do código de espalhamento em fase composto, o resultado é: multiplicando os termos: [0059] em que Rk denota a função de auto-correlação para o sinal k. Os termos cruzados serão filtrados pelo intervalo de pré-detecção, particularmente como os códigos de espalhamento em fase E5a e E5b são projetados para terem valores de correlação cruzada baixos. Remover os termos cruzados e expandir os exponenciais complexos, a expressão torna-se: [0060] No caso de sinais isentos de dados, as funções de auto-correlação e Rs serão iguais e a expressão simplifica para: [0061 ] A função de correlação correspondente é representada na Figura 6. Observe que isto é similar à função de correlação para o código piloto de quadratura composto, que é mostrado na Figura 2.

[0062] Se a suposição de que os códigos em fase E5a e E5b Ci(t) e c2{t) são isentos de dados é removida, o valor Ideal normalizado máximo das funções de correlação individuais Ri e R2, e sua soma e diferenças são mostradas na tabela da Figura 7. Assim, a seqüência de dados original pode ser recuperada se o receptor recupera tanto (Rt+R2) como (R2-R1) do sinal em fase composto.

[0063] O receptor poderá recuperar os dados {R1+R2) direta mente do sinal lprompt em fase. No entanto, a recuperação dos dados (R2-Ri) não é tão simples assim, Como é representado na Figura 6, o componente Rt+R2 do sinal composto em fase, a saber, (R1(r)+R2(r)).cos(2nfsr) tem uma função de auto-correlação que é similar ã função de auto-correlação do sinal do canal de quadratura composto. Entretanto, como é representado na Figura 8, o componente de sinal RrR2 do sinal composto em fase j.(R2(r)-R-i{r)).sen(2refsr) não possui uma função de auto-correlação similar porque o termo sen vai para zero quando r vai para zero, [0064] Para compensar para o termo sen ir para zero quando r vai para zero, uma operação de correlação podería ser compensada de modo que a operação acompanha o pico de correlação que corresponde a j,(R2{r)-R1(r)).sen(2Hfsr) e a seqüência de dados (R2-R1) poderá então ser lida do correi a cionador Qprompi, mas com energia reduzida.

[0065] Alternativamente, o circuito que gera a versão local do sinal composto poderá, em vez disso, gerar um sinal que produz para 0 termo (R2-R1) a função de auto-correlação (R2(r}-Ri(r)),cos(2Hfsr), O sinal composto em fase local assim torna-se: [0066] Para demodular os dados utilizando este método, 0 receptor produz localmente duas combinações dos códigos de espalha mento c^t) e c2(t), a saber, combinações que correspondem, respectiva mente, aos dados Ri+R2 e aos dados R2-Ri- Para recuperar os dados (Ri+R2) o receptor produz 0 sinal local: [0067] Para recuperar os dados (R2-Ri) que 0 receptor produz 0 sinal local: [0068] Com referência agora à Figura 9, os componentes real e imaginário das combinações R2-Ri e R^R2 são produzidos localmente por um gerador de código 54, que poderá ser parte do gerador de código composto local 24 (Figura 3). Para produzir o componente real da combinação Ri+R2, o gerador de código soma os códigos Ci e c2 em um somador 540 e multiplica o resultado pelo código de onda quadrá-tica cr em um multiplicador 546. Para produzir o componente imaginário da combinação Ri+R2, o gerador de código soma o código C1 e um código C2 invertido em um somador 550 e multiplica o resultado pelo código de onda quadrática sr em um multiplicador 562. O gerador também multiplica a soma Ci+c2 produzida pelo somador 540 pelo código de onda quadrática sr em um multiplicador 560, para produzir o componente imaginário da combinação R2-Rí. O gerador ainda multiplica a soma Ci-c2 produzida pelo somador 550 pelo código de onda quadrática cr em um multiplicador 522, para produzir o componente real do código R2-R-|.

[0069] O receptor então utiliza os componentes real e imaginário localmente produzidos das combinações R^R2 e R2-Ri para recuperar os dados do código em fase composto.

[0070] Com referência agora à Figura 10, o sistema multiplica o sinal de banda base em fase Ibandabase pelo componente real de Ri+R2 em um multiplicador 602, e o sinal de banda base de quadratura Qban-dabase pelo componente imaginário de R^R2 em um multiplicador 606. Os produtos produzidos pelos multiplicadores 602 e 606 são então somados em um somador 608 e a soma fornecida a um circuito de integrar e jogar fora 615. Para produzir o sinal de correlação relacionado a Ri-R2, o sub-sistema de correlação multiplica o sinal de banda base de quadratura Qbandabase pelo componente imaginário de R2-Ri no multiplicador 610. Ainda, o sistema multiplica o componente real do sinal de banda base Ibandabase pelo componente real de R2-Ri, em um multiplicador de código 604. As duas somas são somadas em um somador 612 e fornecida para um circuito de integrar e jogar fora 616. Os circuitos de integrar e jogar fora 615 e 616 acumulam os valores de correlação produzidos pelos somadores 608 e 612, respectivamente, e nos tempos apropriados produzem os sinais Ri+R2PromPt e Ri-R2PromPt· Os resultados são então utilizados para recuperar os dados de acordo com o gráfico da Figura 7.

[0071] O circuito das Figuras 5 e 10 podem ser combinados, como é representado na Figura 11, para produzir um sistema que acompanha o código composto AltBOC de quadratura e recupera dados E5a e E5b do código composto AltBOC de fase.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Receptor para utilização com um sistema de satélite de navegação global que transmite sinais de portadora alternativa de recuo binário (“Alternate Binary Offset Carrier”) ou sinais AltBOC, o receptor caracterizado por incluir: A. um gerador de código composto local (24) que produz uma versão local de um código composto AltBOC (Ipilot, Qpilot) como combinações de componentes de código real e imaginário localmente produzidos (c3, c4); B. um sub-sistema de correlação (22, 26) que produz sinais de correlação (Iprompt, Qprompt), o subsistema de correlação (22, 26) correlacionando o código composto localmente produzido com o código composto em um sinal AltBOC recebido ao combinar produtos produzidos pela multiplicação de componentes de fase de base e quadra-tura de banda (Ibaseband, Qbaseband) do sinal recebido pelos componentes de código composto real e imaginário localmente produzidos; C. uma controladora (40) que recebe sinais de correlação (Iprompt, Qprompt) do subsistema de correlação (22, 26) e ajusta o gerador de código composto local para alinhar o código composto local com o código composto correspondente no sinal AltBOC recebido, a controladora (40) determinando pseudo-alcances associados com base nas diferenças de tempo entre o tempo que o código composto AltBOC (Ipilot, Qpilto) é transmitido e o tempo em que o código é recebido.

2. Receptor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do gerador de código composto local (24) incluir: geradores de código de onda quadrática (244, 245) que produzem componentes real e imaginário (cr, sr) das portadoras superior e inferior (er, er*); um primeiro gerador de código PRN (243) que produz um primeiro código (c3) que é modulado na portadora superior (er); um segundo gerador de código PRN (242) que produz um segundo código (c4) que é modulado na portadora inferior (er*); e somadores (240, 248, 250) e multiplicadores (246, 252) que multiplicam o primeiro e o segundo códigos (c3, c4) pelos componentes real e imaginário (cr, sr) das portadoras superior e inferior (er, er*) e combinam os produtos para produzir os componentes real e imaginário (Ipilot, Qpilot) do código composto local.

3. Receptor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de: o gerador de código local (24) produzir ainda combinações (Iri+r2, Qri+r2, Iri-r2, Qri-r2) que correspondem respectivamente a uma soma e uma diferença de uma primeira função de auto-correlação (R1) que é associada ao primeiro código (c1) e a uma segunda função de auto-correlação (R2) que é associada ao segundo código (c2); o sistema de correlação (22) produzir sinais de correlação de combinação ((R1+R2)prompt, (R1-R2)prompt) que correspondem às respectivas combinações; e a controladora (40) recuperar dados dos primeiro e segundo códigos no sinal recebido com base nos sinais de correlação de combinação.

4. Gerador de código local (24) para um receptor para utilização com um sistema de satélite de navegação global que transmite sinais de portadora alternativa de recuo binário, ou sinais AltBOC, o gerador de código local caracterizado por incluir: D. um primeiro gerador de código (243) que produz uma versão local de um primeiro código (c3) que é modulado em uma portadora superior (er); E. um segundo gerador de código (242) que produz uma versão local de um segundo código (c4) que é modulado em uma por- tadora inferior (er*); F. um primeiro gerador de onda quadrática (244) que produz uma primeira onda quadrática que corresponde aos respectivos componentes reais (cr)das portadoras superior e inferior (er, er*); G. um segundo gerador de onda quadrática (245) que produz uma segunda onda quadrática que corresponde aos respectivos componentes imaginários (sr) das portadoras superior e inferior (er, er*); H. um ou mais somadores (240, 250) que combinam o primeiro e o segundo códigos (c3, c4) para produzir somas associadas; e I. um ou mais multiplicadores (246, 252) que multiplicam as somas pelas primeira e segunda ondas quadráticas para produzir componentes real e imaginário (Ipilot, Qpilot) do código composto.

5. Gerador de código local, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de um ou mais somadores (240, 250) incluírem um ou mais inversores (248) para inverter seletivamente os códigos (c3, c4).

6. Gerador de código local, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato do código gerado (Ipilot, Qpilot) corresponder a um código piloto composto sem dados.

7. Gerador de código local, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de um ou mais multiplicadores (546, 552, 560, 562) multiplicarem ainda cada soma separadamente pelas primeira e segunda ondas quadráticas (cr, sr) para produzir componentes real e imaginário (Iri+r2, Qri+r2, Iri-r2, Qri-r2) de respectivos sinais de correlação de combinação associados ((R1+R2)prompt, (R1-R2)prompt).

8. Método de determinar a posição global dos sinais da portadora alternativa de recuo binário, ou sinais AltBOC, recebidos de um sistema de satélite de navegação global, caracterizado por incluir as etapas de: A. produzir uma versão local de um código composto Al-tBOC (Ipilot, Qpilot) como combinações de componentes de código real e imaginário (c3, c4) localmente produzidos; B. produzir componentes de fase e quadratura do sinal Al-tBOC recebido; C. correlacionar o código composto localmente produzido com o código composto no sinal AltBOC recebido ao combinar produtos produzidos pela multiplicação dos componentes de fase e quadratura da banda base (Ibaseband, Qbaseband) do sinal AltBOC recebido pelos componentes do código composto real e imaginário (c3, c4) localmente produzidos para produzir sinais de correlação associados; D. ajustar o gerador de código composto local (24) com base nos sinais de correlação para alinhar o código composto local com o código composto correspondente no sinal AltBOC recebido; e E. determinar a posição global com base em diferenças de tempo entre os códigos compostos AltBOC local e recebido de pelo menos três satélites de navegação global.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato da etapa de produzir a versão local do código composto AltBOC incluir as etapas de: produzir ondas quadráticas que correspondem aos componentes real e imaginário (cr, sr) das portadoras superior e inferior (er, er*); produzir um primeiro código (c3) que é modulado na portadora superior (er); produzir um segundo código (c4) que é modulado na portadora inferior (er*); e seletivamente combinar os primeiro e segundo códigos (c3, c4) e multiplicar os resultados pelos componentes real e imaginário das portadoras superior e inferior (er, er*).

10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato da etapa de seletivamente combinar os primeiro e segundo códigos (c3, c4) incluir as etapas de produzir as primeira e segunda somas que são associadas respectivamente aos componentes real e imaginário, a primeira soma correspondendo a adição do segundo código (c3) a um primeiro código invertido e a segunda soma correspondendo a adição dos dois códigos.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por incluir ainda a etapa de recuperar dados a partir de códigos Al-tBOC compostos ao produzir duas combinações dos primeiro e segundo códigos (c3, c4) e das primeira e segunda ondas quadráticas que correspondem aos componentes real e imaginário de Ri+R2 e R2-R-i, em que Rk é a função de auto-correlação para o sinal k, e os valores associados das duas combinações determinam os valores dos dados correspondentes incluídos no primeiro e no segundo códigos (c3, c4).