CN100472222C - Gps接收机和相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供操作GPS接收机以便通过在积分时间周期上处理接收的信号来获得GPS信号的方法，包括在两个离散值之间转换接收机的积分时间周期的步骤，其中在所述两个离散值之间转换的所述控制步骤响应表示所述接收机所处的环境的信号。

Description

GPS接收机和相关方法

技术领域

本发明涉及操作GPS接收机以便通过处理在一个积分(integration)时间周期上接收的信号而获得GPS信号的方法，该方法包括在两个离散值之间转换接收机的积分时间周期的步骤。

背景技术

GPS装置用于提供准确的位置信息并且日益随着移动通信装置一起用于在任意特定时间获得通信装置的地理位置的相对准确的确定。GPS接收机装置用于获得从卫星星座中发送的GPS信号，并且一般通过采用三个独立的GPS信号根据预定的捕获策略来计算接收机的位置。这种策略可以包括确定搜索哪一个或多个卫星；确定其中处理每个卫星信号的特定积分时间；和识别期望获得所需信号的可接受的时间周期。一个这样的因素(即，处理接收信号所需的积分时间)将根据输入信号的强度而不同。例如，在强信号条件下，用于每个卫星的1ms范围中的积分时间对于检测和信号捕获能够证明是可接受的，而在GPS信号可能会一定程度被衰减的环境中，例如，在森林、建筑区和一般封闭的区域中，将需要较长的积分时间来获得补偿这样的衰减所需要的处理增益。当前的GPS接收机用于在1和10ms之间的积分周期上处理接收到的GPS信号。

但实际上，目前大多数GPS接收机只提供1ms的合适功能来积分，已建议提供这样的接收机控制结构，使得如果在预定周期(例如，10秒)之后检测到不足的卫星信号，则积分时间增加到例如10ms。

US-A-6133873公开了用于自适应处理GPS信号以试图优化GPS信号的初始捕获的方法，其中如果在预定的积分时间内未正确接收GPS信号，则在接收信号的另一尝试之前增加积分时间。

同样，已提出对于捕获提供一个预定的最大时限，使得如果在该预定的周期内未检测到卫星，则促使用户指示GPS接收机是否可能处于例如室内的一个位置处，在这样的位置中不可能实现GPS信号的接收，因此不必浪费进一步的电池电源来试图捕获信号。

一般地，GPS系统中位置的计算在不同的环境中发生改变并且移动到一个新的环境在系统中会引起延迟，同时用标准的积分时间计算新的位置。以这样的方式，积分时间并不是最佳的并且这能够在信号捕获中导致不利的延迟和电池电源的浪费。

虽然人们认为只有通过增加积分时间从而允许GPS接收机在经历不良信号捕获条件时的操作能克服上述现有技术的问题，但是这样的策略能证明是不利的，即，对于积分时间的每次增加，捕获时间呈指数率增加。因此，如果积分时间增加10的因子，则捕获时间有可能增加100的因子，接收机电路的能量消耗也是如此。

如上所建议的，GPS系统内的位置计算相当消耗能量并且也表示复杂的计算，即使在良好信号条件下，这也将花费1-15秒范围。因此，在采用机载电源的移动装置中尤其不希望过多的能量消耗。因为用户在任何情况下都希望尽可能快地获得位置坐标(fix)，所以长的捕获时间也是不希望的方面。

发明内容

本发明试图提供相对于公知的这样的接收机和方法提供优点的GPS接收机结构及相关方法。

根据本发明的一个方面，提供一种操作如上定义的GPS接收机的方法，并且此方法的特征在于在积分时间周期的所述两个离散值之间的转换以响应表示所述接收机所处的环境的信号的步骤。

本发明的优点在于通过根据本地环境因素优化积分时间来减少捕获时间，并从而减少普遍的平均能量消耗和捕获时间。在试图优化用于处理接收信号的积分时间周期中，由于接收机在适当短的积分时间内不首先试图获得位置坐标，因此在不良信号条件下能减小能量浪费和延迟，并且在强信号条件下通过没有不必要地采用长的积分时间也能减小能量浪费和延迟。

权利要求2、3和4的特征证明在改善本发明对不同环境条件提供应答的灵活性方面特别有利。

权利要求5能有利于地允许特别准确、但容易修改的适当积分时间周期的选择，而权利要求6的特征有利地允许交替的和准确的积分时间周期的控制。

权利要求8的特征在随后能采用成功的捕获策略以便在类似的环境条件下减少在要求信号捕获时的未来能量开销。

权利要求9的主题在改善用于识别环境条件的灵活性和简易性方面是有利的。

根据本发明的另一方面，提供一种GPS接收机，用于通过在积分时间周期上处理接收信号来捕获GPS信号，所述接收机用于利用至少两个离散积分时间周期之中的任一个操作并包括用于在所述的积分时间周期之间转换的控制装置，其特征在于，所述控制装置对表示所述接收机所处的环境的信号作出响应。

有利地，本发明能提供这样一种接收机并包括用于根据上述任何一个或多个方法步骤操作的装置。

附图说明

下面将参照附图仅以示例的方式进一步描述本发明，其中：

图1是根据本发明一个实施例的移动通信设备的示意方框图；

图2是表示本发明另一实施例的示意方框图；

图3是图1的接收机在使用时和在两个不同环境之间经过时的示意图。

具体实施方式

首先参照图1，示出一个移动通信设备，诸如移动电话10，包括用于与通信网络的节点(例如，基站天线14)交换通信信号的天线12。从天线12中发射的通信信号从收发信机16中传送，该收发信机也用于接收从基站天线14发射给天线12的输入通信信号。收发信机16连接到移动电话10的其余功能性(functionality)，所述移动电话在所示的示例中是标准的，并因此不再进一步进行描述。

移动电话10也包括一个GPS天线18，该天线用于从卫星20的星座接收GPS信号。输入的GPS信号利用GPS天线18传送给GPS接收机单元22，该GPS接收机单元又将这些信号传送给处理单元24，该处理单元用于通过在积分时间周期内处理接收的信号而获得输入GPS信号。输入信号的这样的积分包括对GPS信号进行处理的一个方面，以获得移动电话10的位置坐标。

根据本发明的移动电话包括附加的功能，上述功能在图1中示出，参见从用于接收来自天线30的信号的积分控制器28导出的积分时间周期控制信号26。在图1所示的示例中，天线30用于接收来自本地固定天线22的信号，该本地固定天线22用于发射信号，这些信号传送用于识别本地环境的至少一个特征的数据。这样的环境数据利用天线30接收并利用积分时间控制器28进行处理，以使积分时间周期控制信号26用于以最适合本地环境的方式控制处理器24内的积分时间周期，其中移动电话10位于所述的本地环境内并且该本地环境利用固定天线32来表示。

参照图2，示出本发明的另一替换实施例的另一示意方框图，其中用相同的标号表示与权利要求1中相同的特征。图2表示移动电话10’，在该移动电话中以允许直接从用户输入的用户接口的形式利用积分时间周期控制器28’导出积分时间周期控制信号26’。这样，处理器24内的积分时间周期中的正确响应变化并不依赖于从本地固定天线输入的信号。相反地，用户自己能识别当前的环境条件并将合适的数据输入用户接口28’，以生成合适的积分时间周期控制信号26’用于控制处理器24内的积分时间周期。虽然此实施例依赖于用户的经验和知识来识别相应的环境条件，但是与图1的实施例的情况不同，本实施例并不依赖额外的外部通信链路。

现在参照图3，示出图1的移动电话10沿箭头A的方向从第一环境B到第二环境C的移动过程的示意图，并且每个环境都呈现不同的特征，这些不同的特征根据本发明能有利地用于控制在处理器24内采用的积分时间周期。例如，天线32’位于高的位置，有可能为卫星星座提供清晰的视线，从而应当只需要相对短的积分时间周期来获得准确的位置坐标。因此从天线32’发射的信号包括寻求以这种方式控制移动电话10内的积分时间周期的数据。但是，在环境C的区域中，其中环境C位于比环境B低的、更加掩蔽的位置，对卫星星座的视线不可能象在位置B处获得的一样好，并因此包含在从天线32”发射的信号内的数据用于控制移动电话10内的积分时间周期以增加允许获得所需位置坐标的时间周期。

如下面进一步描述的，至少两个不同积分时间周期中的每一个能形成可能多个信号捕获简表(profile)之一的一部分。每个这样的简表呈现采用各种依赖于环境条件的可能积分时间的预定捕获策略，并且每个积分时间都具有相应的预定时间限制，所述时间限制对于每个不同的积分时间周期能是不同的。在每个简表中能够提供不同的操作模式，以提高设备的灵活性和灵敏性。因此，本发明能有效地提供呈现多个捕获策略的GPS接收机设备，根据环境因素选择捕获策略，在这样的情况中每个这样的简表包括根据环境因素选择的离散积分时间周期。

作为进一步发展，本发明能存储包括不同卫星捕获策略的多个简表。这样的简表能包括下列记录：对于每个卫星，使用的积分时间和持续时间。因此，这些记录能用于限定多个程序，利用这些程序能开始捕获GPS信号。每个简表能适用于不同的用户环境，并且由用户通过适当的用户接口或利用从诸如通信业务基站的远程设备获得的控制信号能实现简表选择。

有利地，GPS设备随后通过参考成功位置坐标的历史记录或例如通过从本地广播业务接收这样的数据能知道什么是可能的最好捕获策略。

然后，通过选择最适于环境的捕获策略，而不是盲目地使用通用策略，GPS设备呈现实现减少能量消耗和捕获时间的潜力。

用户能选择有关GPS设备的许多公知的通用简表之一，诸如室内、室外、郊外等或诸如菲利普研究实验室等的更具体简表。这利用常规的用户接口能够实现。

另一个实施例用于使得用户的设备能从另一设备或基站接收识别本地环境的数据。例如，本地环境的估计能基于日期和一天中时间的信息，例如，如果已识别这是星期一早晨8:15，则能确定用户有可能在上班的路上，并因此能确定在预定位置的线路上，而且呈现预定的环境条件。

利用手机通过以前成功的位置坐标能知道这些简表内的合适参数，诸如积分时间。即，如果首先利用盲目策略得到一个位置坐标，并且有可能将一个环境与该位置相关联，则能相应地更新简表，并且手机随后知道对于该用户平时位置的最优简表。这有可能是非常有用的，因为对于每个接收机而言GPS接收机的灵敏性当然不同，而此获知过程优化用于用户手机中的特定接收机的简表。同样，在所有的用户GPS设备之中，这些简表能被共享或定期被更新。

或者，这些简表利用某一本地业务(诸如Bluetooth beaconnetwork(蓝牙信标网络))能被广播给用户。

简表也能够表示在混合设备中使用的模式，例如是使用硬件相关器还是软件(快照记录)类型方案来获得GPS卫星。硬件相关器相对能量消耗要求并且在需要小的积分时间时更合适，而软件相关器对于更长的积分时间是更合适的。

在下表中示出了具有两种模式的相对简单的简表的一个示例。

 

环境	积分时间1	时间限制	积分时间2(如果积分时间1没有产生结果)	时间限制
					户外	1ms	5s	5ms	10s
森林	5ms	10s	10ms	20s
					城市	10ms	20s	20ms	30s
在建筑物内	不使用GPS	N/A	不使用GPS	N/A
					伦敦市中心	20ms	20s	放弃	N/A
Reigate Hill	1ms	5s

对于多模式而言，此简表只包含环境标志(tag)和相应的积分时间与时间限制，其中该标志可以是通用的或者是特定的，并且在时间限制之后模式将改变。一个简表可以存储比此多的信息，并且能存储在与环境标志相关联时可能认为是有用的任何信息。例如，有可能基于卫星在空中的高度和位置，通过对于不同的卫星规定不同的积分时间，能够使简表更复杂。同样，在某些高度上的一些卫星有可能具有比其他卫星更强的信号。一般情况，卫星的高度越高，其能提供的信号就越强，并且比其他较低高度的卫星要求更少的积分时间。

Claims (13)

1.操作GPS接收机以便通过在积分时间周期上处理接收的信号来获得GPS信号的一种方法，该方法包括在两个离散值之间转换接收机的积分时间周期的步骤，并且其特征在于，在所述的两个离散值之间转换以响应GPS信号之外的用于识别本地环境特征的信号的步骤，其中所述接收机采用预定的操作简表，并且所述的至少两个离散积分时间周期形成所述简表的一部分，以及

根据基于时间表示信号对本地环境的估计来推导用于控制所述转换步骤的控制信号。

2.如权利要求1所述的方法，还采用多个不同的简表。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述多个简表之中的每一个简表包括各自不同组的积分时间周期。

4.如权利要求1所述的方法，其中用于控制所述转换步骤的控制信号利用用户接口来传送，以允许所述接收机的用户的直接输入。

5.如权利要求4所述的方法，其中从远程信号生成装置中发送用于控制所述转换步骤的所述控制信号。

6.如权利要求5所述的方法，其中从信号发射机中接收所述控制信号，所述信号发射机包括附加的通信设备、基站或蓝牙信标网络。

7.如权利要求1-6之一所述的方法，还包括记录成功捕获策略并将其与特定的环境条件相关联以备将来参考的步骤。

8.如权利要求1-6之一所述的方法，还包括确定成功捕获策略以允许在多个GPS接收机之间共享这样的策略的步骤。

9.如权利要求1-6之一所述的方法，还包括将信号-捕获简表从远程设备传送给接收机的步骤。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述远程设备是基站和蓝牙信标网络中至少之一。

11.如权利要求1-6之一所述的方法，还包括确定是使用硬件相关器还是软件相关器来捕获所需信号的步骤。

12.一种GPS接收机，用于通过在积分时间周期上处理接收的信号来获得GPS信号，所述接收机用于利用至少两个离散积分时间周期之中的任意一个积分时间周期来操作，并包括用于在所述积分时间周期之间转换的控制装置，其中所述控制装置响应GPS信号之外的用于识别本地环境特征的信号，并且包括用于根据预定操作简表进行操作的处理器，所述的至少两个离散积分时间周期形成所述简表的一部分，并且根据基于时间表示信号对本地环境的估计来推导用于控制所述转换步骤的控制信号。

13.如权利要求12所述的GPS接收机，还包括用于执行权利要求1-6之一所述步骤的装置。

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