CN100356190C

CN100356190C - 无线接收机以及gps接收机

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Publication number: CN100356190C
Application number: CNB2004100594519A
Authority: CN
Inventors: 相泽进
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2024-06-28
Also published as: EP1491910A1; DE602004003629T2; HK1068956A1; DE602004003629D1; EP1491910B1; JP2005017197A; JP3722135B2; CN1576880A

Abstract

本发明提供能够可靠地鉴别来自GPS卫星的接收电波的多径影响，其结果，能够提高测位精度的GPS接收机。信号处理部(15a～15n)通过来自高频接收部(14)的输出，分别解调来自多个GPS卫星的接收信号，求包含在该各个接收信号中的来自各个GPS卫星的信息信号数据和各个接收信号电平。多径判断处理部(16)，分别求右旋圆偏振波天线(11)时的信号处理部(15a～15n)的各个接收信号，与线偏振波天线(12)时的相对应的各个接收信号的电平差，由此判断接收电波的多径影响的程度，根据该判断结果选择接收电波受多径影响的程度小的GPS卫星。测位计算部(18)，根据从所选择的GPS卫星的接收电波得到的信息信号数据计算现在位置。

Description

无线接收机以及GPS接收机

技术领域

本发明涉及接收具有圆偏振特性的电波(无线电波)的无线接收机，特别是，涉及能够判断其接收电波的多径影响的程度的无线接收机。

另外，本发明涉及接收来自多个GPS(全球定位系统)卫星的电波求现在(当前)位置的GPS接收机，特别是，涉及能够判断其接收电波的多径影响的程度，并且能够使用消除了该影响的电波求现在位置的GPS接收机。

背景技术

以往，GPS接收机接收来自各个GPS卫星的电波，并使用其到达时间计算GPS接收机自身与3个以上的GPS卫星的各个距离，从该计算结果计算现在位置。

然而，如图4所示，如果在GPS接收机1的接收位置附近有建筑物2等反射电波的大型物体，则将发生多径(マルチパス)。所谓多径，是指GPS接收机1除了来自GPS卫星3的直接波4以外，还同时接收由该建筑物2反射的反射波5的现象。

由于该多径的原因，使得GPS接收机测定GPS接收机自身与GPS卫星的距离带有误差。其结果，就存在测位结果也成为具有误差的值这样的问题。

为了解决这样的问题，在以往的GPS接收机中，进行了将来自GPS卫星的接收信号进行数字处理，排除受到多径影响的信号的尝试。

但是，如上所述，将来自GPS卫星的接收信号进行数字处理，排除受到多径影响的信号的方法，其效果小，而且其测位精度也低。

另外，来自GPS卫星的电波例如是右旋圆偏振波，这样的圆偏振波(椭圆偏振波)具有如果被建筑物等反射则偏振面改变，如果反复地被反射则偏振面紊乱而变成线偏振波的性质。

发明内容

因此，本发明是着眼于该圆偏振波的性质而完成的，其目的在于提供能够高精度地鉴别接收电波的多径影响的无线接收机。

另外，本发明的另一个目的在于，提供能够可靠地鉴别来自GPS卫星的接收电波的多径影响，并且在进行测位时，能够提高测位精度的GPS接收机。

为了解决上述的课题达到本发明的目的，各个发明的构成如下。

即，第1发明，在接收具有圆偏振特性的电波、解调发送数据的无线接收机中，具备：接收上述电波的接收偏振面各自不同的多个天线；求上述多个天线的输出信号中的指定的两个输出信号的电平差，并根据该所求出的电平差判断上述接收电波的多径影响的程度的多径判断处理装置。

第2发明，在接收具有圆偏振特性的电波、解调发送数据的无线接收机中，具备：接收上述电波的第1线偏振波天线；被配置成自身的长度方向与上述第1线偏振波天线的长度方向在同一个平面内成直角，接收上述电波的第2线偏振波天线；分别检测上述两个天线的两个输出信号的电平波动，根据该检测结果判断上述接收电波是圆偏振波还是线偏振波，并根据该判断结果判断上述接收电波的多径影响的程度的多径判断处理装置。

第3发明，在接收具有圆偏振特性的电波、解调发送数据的无线接收机中，具备：接收上述电波的第1线偏振波天线；被配置成自身的长度方向与上述第1线偏振波天线的长度方向在同一个平面内成小于90°的角，接收上述电波的第2线偏振波天线；分别检测上述两个天线的两个输出信号的电平波动，根据该检测结果判断圆偏振波的旋转方向，并根据该判断结果判断上述接收电波的多径影响的程度的多径判断处理装置。

如果是依据这种结构构成的本发明的无线接收机，则能够高精度地鉴别接收电波的多径影响。

第4发明，在接收来自多个GPS卫星的电波求现在位置的GPS接收机中，具备：接收来自上述GPS卫星的电波的右旋圆偏振波天线；接收来自上述GPS卫星的电波的线偏振波天线；求上述两个天线的两个输出信号的电平差，并根据该所求出的电平差判断上述接收电波的多径影响的程度的多径判断处理装置。

第5发明，在接收来自多个GPS卫星的电波求现在位置的GPS接收机中，具备：接收来自上述GPS卫星的电波的圆偏振波天线；接收来自上述GPS卫星的电波的线偏振波天线；根据上述圆偏振波天线接收的来自上述多个GPS卫星的各个电波，分别求每个GPS卫星的接收信号的第1电平，并且，根据上述线偏振波天线接收的来自上述多个GPS卫星的各个电波，分别求每个GPS卫星的接收信号的第2电平的信号处理装置；分别求上述各个第1电平和与其相对应的上述各个第2电平的电平差，根据该所求出的电平差分别判断上述各个接收信号的多径影响的程度，并根据该判断结果选择多径影响的程度小的接收信号的选择装置；根据由上述选择装置选择出的接收信号计算现在位置的测位计算装置。

如果是依照这种结构构成的本发明的GPS接收机，则能够高精度地鉴别来自GPS卫星的接收电波的多径影响，而且在进行测位时能够提高其测位精度。

附图说明

图1是表示本发明第1实施方案的结构的框图。

图2是表示图1的多径判断处理部的处理动作的具体例子的流程图。

图3是表示本发明第2实施方案的结构的框图。

图4是对多径进行说明的说明图。

符号说明

11...右旋圆偏振波天线，12、21、22...线偏振波天线，13、23...天线切换开关，14、24...高频接收部，15a～15n、25a～25n...信号处理部，16、26...多径判断处理部，17...参照表，18、28...测位计算部。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方案。

图1表示本发明第1实施方案的GPS接收机的结构，由于该第1实施方案是基于以下的想法，因此首先说明其想法。

即，来自GPS卫星的电波例如是右旋圆偏振波那样的圆偏振波，在受到了多径影响的情况下，在最初的反射时变为左旋圆偏振波，进而如果反复地进行反射，则偏振面紊乱，最终成为线偏振波。

因此，在没有受到多径影响的情况下，这样的右旋圆偏振波，用右旋圆偏振波天线可最有效地接收。另外，在该右旋圆偏振波没有受到多径影响的情况下，如果右旋圆偏振波天线对于线偏振波的增益与线偏振波天线的增益相同的话，则与用线偏振波天线接收该右旋圆偏振波的情况相比较，用右旋圆偏振波天线接收时的接收输出(接收增益)大3dB。

因此，在来自GPS卫星的电波没有受到多径的影响而用两个天线接收的情况下，上述两个天线的两个输出之间的电平(水平)差成为3dB。

另一方面，在受到了多径影响的情况下，该两个天线的两个输出之间的电平差比3dB小。

因而，本发明第1实施方案的GPS接收机，具备右旋圆偏振波天线和线偏振波天线，通过求两个天线的两个输出之间的电平差，根据该所求出的电平差判断接收电波的多径影响的程度，并使用多径影响小的电波高精度地求现在位置。

为此，如图1所示，该第1实施方案的GPS接收机，具备右旋圆偏振波天线11；线偏振波天线12；天线切换开关13；高频接收部14；n个信号处理部15a、15b、...15n；多径判断处理部16；参照表17；测位计算部18。

右旋圆偏振波天线11，是接收来自多个GPS卫星的电波，输出与该接收相对应的信号的天线。线偏振波天线12，同样是接收来自多个GPS卫星的电波，输出与该接收相对应的信号的天线。

天线切换开关13，是根据来自多径判断处理部16的指示，选择右旋圆偏振波天线11或线偏振波天线12中的某一个的开关。由该开关13选择了的天线11、12的输出被输入到高频接收部14。

高频接收部14对与右旋圆偏振波天线11或者线偏振波天线12所接收的电波相对应地输出的电信号进行放大、调谐、检波，抽出所希望的接收信号，并分别将该抽出的接收信号供给信号处理部15a～15n。

信号处理部15a～15n根据来自高频接收部14的输出信号，分别解调来自未图示的n个(例如8个)GPS卫星a、b、...n的接收信号，求包含在该各个接收信号中的来自各个GPS卫星a、b、...n的信息信号数据和各个接收信号电平。另外，所求出的信息信号数据和各个接收信号电平被暂时地存储在多径判断处理部16。

多径判断处理部16分别求使用右旋圆偏振波天线11接收来自GPS卫星a、b、...n的各电波时得到的信号处理部15a～15n的各个接收信号电平与使用线偏振波天线12接收来自GPS卫星a、b、...n的各电波时得到的信号处理部15a～15n的相对应的各个接收信号电平之间的电平差，根据该结果判断来自GPS卫星a、b、...n的接收电波受多径影响的程度。

另外，多径判断处理部16，根据来自GPS卫星a、b、...n的各个接收电波受多径影响的程度的判断结果，选择接收电波受多径影响的程度小的GPS卫星，例如选择4个，将所选择的GPS卫星通知给测位计算部18。

如后所述，参照表17预先保存多径判断处理部16判断来自GPS卫星a、b、...n的接收电波受多径影响的程度时的数据。

测位计算部18根据从多径判断处理部16通知的例如4个GPS卫星，以及从该4个GPS卫星的接收电波得到的来自信号处理部15a～15n的信息信号数据，计算现在位置。

下面，参照图1说明这样构成的第1实施方案的动作例。

首先，由于天线切换开关13的接点在图1的位置动作，因此，右旋圆偏振波天线11的输出被输入到高频接收部14。高频接收部14对右旋圆偏振波天线11接收的来自GPS卫星的电波进行放大、调谐、检波，抽出所希望的接收信号，将所抽出的接收信号分别供给信号处理部15a～15n。

在此，各个GPS卫星装备有铯原子钟，用特别的代码将其时刻信息和轨道上的位置信息编码生成发送数据。然后，在该发送数据实施PSK或者QPSK等窄频带数字调制，并且在每个卫星上使用不同的PN码在上述的调制输出进行了扩散调制后，使用1575.42(MHz)的载波发送。

因此，接收了来自高频接收部14的输出信号的供给的各个信号处理部15a～15n，使用与各个GPS卫星相对应的PN码，对该输出信号进行反扩散，解调来自各个GPS卫星的发送数据。如果从时间序列来看，则在一个时刻，一个的信号处理部解调来自一个GPS卫星的发送数据。因此，如果依据图1所示的装置结构，则能够同时解调来自n个(例如8个)不同的GPS卫星的发送数据。

这样，由信号处理部15a～15n解调了的来自n个GPS卫星a、b、...n的接收信号中所包含的来自各个GPS卫星a、b、...n的信息信号数据和各个接收信号电平Xa、Xb、...Xn，被供给并暂时地存储在多径判断处理部16。

接着，由于根据来自多径判断处理部16的指令，天线切换开关13的接点切换到与图1的位置相反的位置上，所以线偏振波天线12的输出被输入到高频接收部14。

因此，信号处理部15a～15n根据该线偏振波天线12的输出信号，分别解调来自GPS卫星a、b、...n的接收信号，求包含在该各个接收信号中的来自各个GPS卫星a、b、...n的信息信号数据和各个接收信号电平，所求出的信息信号数据和各个接收信号电平Ya、Yb、...Yn，被供给并暂时地存储在多径判断处理部16。

多径判断处理部16分别求基于右旋圆偏振波天线11的输出的信号处理部15a～15n的各个输出信号电平Xa、Xb、...Xn与基于线偏振波天线12的输出的信号处理部15a～15n的各个输出信号电平Ya、Yb、...Yn之间的电平差Δa、Δb、...Δn，根据该结果判断来自GPS卫星a、b、...n的接收电波受多径影响的程度。

在此，如上所述，在没有受到多径的影响接收了来自GPS卫星的电波的情况下，上述两个天线11、12的两个输出的电平差成为3dB。另一方面，在受到多径影响的情况下，该两个天线11、12的两个输出的电平差小于3dB。

因此，多径判断处理部16根据该事实判断是否存在多径的影响。另外，对于其判断处理的具体例子参照图2在后面叙述。

多径判断处理部16进而根据来自GPS卫星a、b、...n的各个接收电波受多径影响的程度的判断结果，选择接收电波受多径影响的程度小的GPS卫星，例如选择4个，将所选择的GPS卫星通知给测位计算部18。

这样，根据由多径判断处理部16对来自GPS卫星a、b、...n的接收电波受多径影响的程度进行的判断及其判断结果，选择受多径影响的程度小的接收电波的GPS卫星时，参考参照表17。

测位计算部18，根据从多径判断处理部16通知的例如4个GPS卫星和从该4个GPS卫星的接收电波得到的来自信号处理部15a～15n的信息信号数据计算现在位置。

下面，参照图2说明多径判断处理部16的判断处理的具体例子。

在该例子中，多径判断处理部16如上述的那样，分别求基于右旋圆偏振波天线11的输出的来自信号处理部15a～15n的各个接收信号电平Xa、Xb、...Xn，以及基于线偏振波天线12的输出的来自信号处理部15a～15n的各个接收信号电平Ya、Yb、...Yn之间的电平差Δa、Δb、...Δn，对于所求出的各个电平差Δa、Δb、...Δn分别进行图2所示的处理。

因此，在以下的说明中，参照图2说明基于来自GPS卫星a的接收电波的信号处理部15a的接收信号电平Xa与接收信号电平Ya求电平差Δa时的处理。

在步骤S1中，对于所求出的电平差Δa＝(Xa-Ya)，判断其是否在2dB以上。如果该判断结果是在2dB以上时，则进入到步骤S2，低于2dB时，则进入到步骤S4。

在步骤S2中，判断接收信号电平Ya是否在室外标准值以上。进行该判断是因为，当接收信号电平Ya在室外标准值以上时，则可推断多径的影响小。

该判断的结果，当接收信号电平Ya在室外标准值以上时，则进入到步骤S3。在步骤S3中，判断为GPS卫星a的接收电波受多径的影响小，可在测位计算中使用。因此，在这种情况下，解调了GPS卫星a的接收电波的数据，可在测位计算中使用。

另一方面，当该判断的结果为，接收信号电平Ya低于室外标准值时，则进入到步骤S5。在这种情况下，确定GPS卫星a的接收电波受多径的影响，要根据各种条件经验性地确认可用于测位计算的情况以及不能使用的情况。

在这样的情况下，最好根据各种条件能够判断GPS卫星a的接收电波是否可以在测位计算中使用。为此，用于根据各种条件判断GPS卫星a的接收电波是否可以在测位计算中使用的规则，预先被存储在参照表17中。

于是，在步骤S5中，参考参照表17，判断GPS卫星a的接收电波是否可以在测位计算中使用。

在步骤S4中，判断接收信号电平Xa、Ya的任意一个是否都低于室外标准值。其判断结果，当接收信号电平Xa、Ya的任意一个都低于室外标准值时，则进入到步骤S6。在这种情况下，GPS卫星a的接收电波被判断为受多径的影响大而不在测位计算中使用。因此，在这种情况下，解调了GPS卫星a的接收电波的数据不在测位计算中使用。

另一方面，当该判断的结果为，接收信号电平Xa、Ya的任意一个都在室外标准值以上时，则进入到步骤S5。在步骤S5中，参考参照表17，判断GPS卫星a的接收电波是否能够在测位计算中使用。

下面，说明本发明的第2实施方案。

由于该第2实施方案是根据以下的想法完成的，因此首先说明其想法。

例如，如果用线偏振波天线接收来自GPS卫星的圆偏振波，则具有伴随着该圆偏振波的偏振面的旋转，该线偏振波天线的输出电平发生变化的性质。

为此，准备2个线偏振波天线，预先配置成这两个天线的长度方向在同一个平面内成直角(90°)，通过分别求两个天线的两个接收信号电平波动，能够鉴别接收电波是圆偏振波还是线偏振波的哪一种。而且，通过使用该结果，能够鉴别接收电波受多径影响的程度。

因此，本发明的第2实施方案，基于这样的想法高精度地鉴别接收电波受多径影响的程度，如图3所示，其具备：一组线偏振波天线21、22；天线切换开关23；高频接收部24；n个信号处理部25a、25b、...25n；多径判断处理部26；测位计算部28。

一组的线偏振波天线21、22是分别接收来自多个GPS卫星的电波，输出与其接收相对应的信号的天线。这两个天线21、22被配置成其长度方向(朝向)在同一个平面内成直角(90°)。

天线切换开关23是根据来自多径判断处理部26的指示，选择线偏振波天线21或线偏振波天线22的某一个的开关。由该开关23选择了的天线21、22的输出被输入到高频接收部24。

高频接收部24对根据线偏振波天线21或者线偏振波天线22接收的电波而输出的电信号进行放大、调谐、检波，抽出所希望的接收信号，将所抽出的接收信号分别供给信号处理部25a～25n。

信号处理部25a～25n通过来自高频接收部24的输出信号，分别解调来自未图示的n个(例如8个)GPS卫星a、b、...n的接收信号，求包含在各个接收信号中的来自各个GPS卫星a、b、...n的信息信号数据，并且在整个指定期间求各个接收信号电平。另外，所求出的信息信号数据和指定期间的各个接收信号电平，被暂时地存储在多径判断处理部26。

多径判断处理部26，根据使用线偏振波天线21接收来自GPS卫星a、b、...n的各个电波时得到的信号处理部25a～25n的各个接收信号电平求该各个电平波动，并且，根据使用线偏振波天线22接收来自GPS卫星a、b、...n的各个电波时得到的信号处理部25a～25n的相对应的各个接收信号电平求该各个电平波动，根据所求出的各个电平波动判断来自GPS卫星a、b、...n的接收电波受多径影响的程度。

进而，多径判断处理部26根据来自GPS卫星a、b、...n的各个接收电波受多径影响的程度的判断结果，选择接收电波受多径影响的程度小的GPS卫星，例如选择4个，将所选择的GPS卫星通知给测位计算部28。

测位计算部28根据从多径判断处理部26通知的例如4个GPS卫星，以及从该4个GPS卫星的接收电波得到的来自信号处理部25a～25n的信息信号数据计算现在位置。

下面，参照图3说明这样构成的第2实施方案的动作例。

首先，由于天线切换开关23的接点在图3的位置动作，因此线偏振波天线21的输出被输入到高频接收部24。高频接收部24对线偏振波天线21接收的来自多个GPS卫星的电波进行放大、调谐、检波，抽出所希望的接收信号，将所抽出的接收信号分别供给信号处理部25a～25n。

信号处理部25a～25n通过来自高频接收部24的输出信号，分别解调来自GPS卫星a、b、...n的接收信号，求包含在各个接收信号中的来自各个GPS卫星a、b、...n的信息信号数据，并且在整个指定期间求各个接收信号电平。所求出的信息信号数据和指定期间的各个接收信号电平，被存储在多径判断处理部26。

接着，由于根据来自多径判断处理部26的指令，天线切换开关23的接点切换到与图3的位置相反的位置上，因此线偏振波天线22的输出被输入到高频接收部24。

因此，信号处理部25a～25n根据该线偏振波天线22的输出，分别解调来自GPS卫星a、b、...n的接收信号，求包含在各个接收信号中的来自各个GPS卫星a、b、...n的信息信号数据，并且在整个指定期间求各个接收信号电平。所求出的信息信号数据和指定期间的各个接收信号电平，被存储在多径判断处理部26。

多径判断处理部26根据使用线偏振波天线21接收来自GPS卫星a、b、...n的各个电波时得到的信号处理部25a～25n的各个接收信号电平求该各个电平波动，并且，根据使用线偏振波天线22接收来自GPS卫星a、b、...n的各个电波时得到的信号处理部25a～25n的相对应的各个接收信号电平求该各个电平波动，根据所求出的各个电平波动的大小判断来自GPS卫星a、b、...n的接收电波受多径影响的程度。

接着，多径判断处理部26根据来自GPS卫星a、b、...n的各个接收电波受多径影响的程度的判断结果，选择接收电波受多径影响的程度小的GPS卫星，例如选择4个，将所选择的GPS卫星通知给测位计算部28。

下面，说明本发明的第3实施方案。

在上述的第2实施方案中具备2个线偏振波天线21、22，这两个天线21、22的长度方向被配置成在同一个平面内成直角，而第3实施方案将这两个线偏振波天线的朝向配置成在同一个平面内例如成45°角而小于90°角的状态。

这样，如果将两个线偏振波天线的朝向配置为小于90°角，则从两个天线的输出波动的相位差判断圆偏振波的旋转方向，根据该判断能够鉴别接收电波是否受到多径的影响。

因此，在该第3实施方案中，设置了从这两个天线的输出求输出电平的波动，根据所求出的波动的大小判断圆偏振波的旋转方向(左旋或右旋)，并根据该判断对接收电波是否受到多径的影响进行鉴别的多径判断处理部。

如以上的说明，如果依照本发明的无线接收机，则能够高精度地鉴别接收电波的多径影响。

另外，如果依照本发明的GPS接收机，则能够高精度地鉴别来自GPS卫星的接收电波的多径影响，并且在进行测位时，能够提高其测位精度。

Claims

1.一种GPS接收机，其接收来自多个GPS卫星的电波求现在位置，其特征在于，具备：

接收来自上述GPS卫星的电波的右旋圆偏振波天线；

接收来自上述GPS卫星的电波的线偏振波天线；

求上述两个天线的两个输出信号的电平差，根据该所求出的电平差判断上述接收电波的多径影响的程度的多径判断处理装置。

2.一种GPS接收机，其接收来自多个GPS卫星的电波求现在位置，其特征在于，具备：

接收来自上述GPS卫星的电波的圆偏振波天线；

接收来自上述GPS卫星的电波的线偏振波天线；

根据上述圆偏振波天线接收的来自上述多个GPS卫星的各个电波，分别求每个GPS卫星的接收信号的第1电平，并且，根据上述线偏振波天线接收的来自上述多个GPS卫星的各个电波，分别求每个GPS卫星的接收信号的第2电平的信号处理装置；

分别求上述各个第1电平和与其相对应的上述各个第2电平的电平差，根据该求出的电平差分别判断上述各个接收信号的多径影响的程度，根据该判断结果选择多径影响的程度小的接收信号的选择装置；

根据由上述选择装置选择的接收信号，计算现在位置的测位计算装置。