CN101655686A - 补偿时钟偏差的方法以及装置 - Google Patents

Abstract

一种补偿时钟偏差的方法以及装置，其中，补偿时钟偏差的装置，应用于全球导航卫星系统接收机，该补偿时钟偏差的装置包含：时钟源，用于提供参考时间，该参考时间具有待补偿的该时钟偏差；以及处理模块，耦接于该时钟源，用于导出该至少一个时钟漂移值，该至少个时钟漂移值包含对应第一时间点的第一时钟漂移值，根据该至少一个时钟漂移值以及至少一时间区间，计算该时钟偏差，其中，该至少一时间区间位于该第一时间点与该第一时间点后特定时间点之间时间周期内。本发明提供的方法以及装置可以导出精确的时间信息显著降低首次定位时间。

Description

补偿时钟偏差的方法以及装置

技术领域

本发明有关全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)接收机，更具体地，本发明有关一种补偿时钟偏差方法以及装置。

背景技术

有关于全球导航卫星系统接收机最重要的问题之一是在GNSS接收机自关闭电源(power off)模式进入启动(start up)模式时，如何获得精确的GNSS时间。典型地，在GNSS接收机内部，除了实时时钟(Real Time Clock，RTC)的其它组部件，都在关闭电源模式时电源中断(power down)。根据现有技术，当GNSS接收机接通电源(power on)时，获得初始GNSS时间的常用方法就是读取实时时钟提供的实时时钟时间作为协调世界时(Coordinated Universal Time，又可以称之为UTC)，然后进一步将自实时时钟得到的UTC直接转换为GNSS时间的粗略初始值。

请注意，具有实时时钟漂移(drift)值的实时时钟为温度敏感组件，其中实时时钟漂移值可以随着温度变化而剧烈变化，实时时钟漂移值对时间累积的量可以称之为实时时钟偏差(bias)值。随着时间的流逝，在GNSS接收机的关闭电源周期内，随着实时时钟漂移值的累积，实时时钟偏差值会越来越大，这就使得GNSS时间的初始值变得不精确。

发明内容

鉴于现有技术中GNSS时间的初始值变得不精确，本发明提供一种补偿时钟偏差的方法以及装置。

本发明提供一种补偿时钟偏差的方法，应用于全球导航卫星系统接收机中，该方法包含：导出至少一个时钟漂移值，其中，该至少一个时钟漂移值包含对应第一时间点的第一时钟漂移值；以及根据该至少一个时钟漂移值及至少一时间区间，计算该时钟偏差，其中该至少一时间区间位于该第一时间点与该第一时间点后一特定时间点之间。

本发明另提供一种补偿时钟偏差的装置，应用于一全球导航卫星系统接收机，该装置包含：时钟源，用于提供参考时间，该参考时间具有待补偿的该时钟偏差；以及处理模块，耦接于该时钟源，用于导出至少一个时钟漂移值，该至少一个时钟漂移值包含对应第一时间点的第一时钟漂移值，根据该至少一个时钟漂移值，以及至少一时间区间，计算该时钟偏差，其中，该至少一时间区间位于该第一时间点与该第一时间点后一特定时间点之间。

本发明所提供的方法以及装置在环境(例如，温度或者机械稳定性)剧烈变化时仍然就可以恰当地计算时钟偏差。本发明提供的方法以及装置的另一个优点在于本发明所提供的方法以及装置可以有助于帧同步。所以，当GNSS接收机启动时，与现有技术相比可以显著降低首次定位时间(Time To First Fix，TTFF)。

附图说明

图1为根据本发明的第一实施例，用在GNSS接收机中补偿时钟偏差B_bias的装置100的示意图。

图2为根据本发明的一个实施例，图1所示的处理模块110所用的温度漂移模型示意图。

图3为根据本发明的一个实施例，在GNSS接收机中补偿时钟偏差的方法。

图4为根据本发明的另一个实施例，在GNSS接收机中的补偿时钟偏差的方法。

图5为根据本发明的另一个实施例，在GNSS接收机中补偿时钟偏差的方法。

具体实施方式

在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。所属领域中具有一般技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”和“包含”为开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。间接的电气连接手段包括通过其它装置进行连接。

请参阅图1，图1为根据本发明的第一实施例，用在GNSS接收机中补偿时钟偏差B_bias的装置100的示意图。根据第一实施例的一个选择，装置100可以代表GNSS接收机，但是本发明不以此为限。根据第一实施例的另一选择，装置100可以包含GNSS接收机。例如，装置100可以为多功能设备，包含手机(cellular phone)功能、个人数字助手(Personal Digital Assistant，PDA)功能以及GNSS接收机功能。而根据本发明的另一个实施例，装置100可以代表GNSS接收机的一部分。

根据第一实施例，装置100包含处理模块110、非易失性存储器120、基频电路130、时钟源以及环境传感器。如图1所示，此实施例中，时钟源可以为具有代表实时时钟偏差值的时钟偏差B_bias的实时时钟140，环境传感器可以为温度传感器150。另外，装置100进一步包含RF模块180。

根据第一实施例，基频电路130可以利用RF模块180接收来自GNSS卫星的信号，以及进一步根据RF模块180产生的信号实施基频处理。此实施例中的处理模块110包含微处理器112以及导航(navigation)引擎114，其中微处理器112可以对装置100实施整体控制，而导航引擎114可以根据来自基频电路130的处理结果而实施详细的导航运作。

GNSS接收机必须导出精确的时间信息，以用于处理卫星信号。在每一次定位后(position fix)，处理模块110可以导出精确的时间信息。但是当GNSS接收机刚自关闭电源模式醒来时，通常在获得第一次定位前，GNSS接收机可能不能导出精确的时间信息。既然实时时钟140在关闭电源周期内仍然处于接通电源状态，为了降低TTFF，处理模块110可以利用实时时钟140提供的参考时间，其中，该参考时间具有待补偿的时钟偏差。此实施例的处理模块110可以通过适当地计算时钟偏差B_bias(即，此实施例中的实时时钟140的实时时钟偏差值)而导出精确的时间信息。

根据第一实施例，处理模块110导出至少一个时钟漂移值，该至少一个时钟漂移值包含对应第一时间点的第一时钟漂移值D₀，其中，此实施例中该至少一个时钟漂移值中每一个时钟漂移值均为实时时钟140的一个实时时钟漂移值。此外，处理模块110根据至少一个时钟漂移值以及根据至少一个时间区间(interval)计算时钟偏差B_bias，其中，该时间区间位于第一时间点与第一时间点后的特定时间点之间的时间周期内。并且，在该第一时间点与该特定时间点之间该时间周期，该GNSS接收机关闭电源。更具体地，此实施例的处理模块110可以利用环境漂移(environment-drift)模块以及来自环境传感器(即，此实施例中的环境传感器150)的至少一个检测结果，以导出至少一个时钟漂移值，这样，就可以恰当地计算时钟偏差B_bias，而且精确的时间信息就可以相应导出。作为结果，当GNSS接收机启动时，与现有技术相比TTFF就可以显著减小。

图2为根据本发明的一个实施例，如图1所示的处理模块110所用的温度漂移模型示意图。于图示中，关于实时时钟140的振荡器频率f的时钟漂移Δf/f以PPM(Parts Per Million，PPM)为表示单位，而温度的单位为℃。因为温度漂移模型的曲线(curve)为抛物形(parabolic)，所以当温度远远偏离曲线的对称轴时，时钟漂移就会剧烈变化。通过将温度漂移模型应用到第一实施例，就可以恰当计算时钟偏差B_bias，因此就可以导出精确的时间信息。

图3为根据本发明的一个实施例，在GNSS接收机中补偿时钟偏差的方法。如图3所示的方法可以利用如图1所示的装置100实现，其中，图3以时间为参考而描述在GNSS接收机中补偿时钟偏差的方法。请参阅图1以及图3，处理模块110导出对应第一时间点的时钟漂移值D₀(时钟漂移值D₀可以称之为第一时钟漂移值，所以上述步骤就可以描述为：导出时钟漂移值D₀)，然后在GNSS接收机关闭电源之前，将时钟漂移值D₀存储在非易失性存储器120中。时钟漂移值D₀可以根据不同的实现选择而导出如下。

根据此实施例的第一实现选择，在GNSS接收机获得一次有效的定位之后，GNSS接收机典型地可以达到GNSS时间的纳秒级(nano-second)精确度，处理模块110通过将实时时钟140的参考时间与精确的GNSS时间做比较，从而计算时钟漂移值D₀。

根据此实施例的第二实现选择，根据自温度传感器150检测的温度，通过利用环境漂移模型(例如图2所示的温度漂移模型)处理模块110可以计算时钟漂移值D₀。

在GNSS接收机接通电源之后，在特定的时间点，处理模块110临时将初始GNSS时间设置作为关闭电源周期后自实时时钟140的参考时间导出的实时时钟时间，从而计算时钟偏差B_bias，以及使用时钟偏差B_bias补偿初始GNSS时间。时钟偏差B_bias可以使用下列方程式计算。

B_bias＝D₀*ΔT；

其中，ΔT代表在第一时间点与特定时间点之间的时间周期。既然时钟偏差B_bias可以恰当计算，那么相应地就可以得到精确的时间信息。

图4为根据本发明的另一个实施例，在GNSS接收机中的补偿时钟偏差的方法，其中，此实施例为图3中所示实施例的一个变形。如图4所示的方法可以利用图1所示的装置100实现，其中，图4以时间为参考而描述在GNSS接收机中补偿时钟偏差的方法。

可以根据如图3所示的实施例的两个实现选择中的任何一个而导出时钟漂移值D₀。在GNSS接收机接通电源之后，处理模块110进一步导出如图3所示的实施例的第二个实现选择所揭露的另一个时钟漂移值D₁，其中，时钟漂移值D₁对应特定的时间点。处理模块110临时将初始GNSS时间设置作为关闭电源周期后自实时时钟140的参考时间导出的实时时钟时间，从而计算时钟偏差B_bias，以及使用时钟偏差B_bias补偿初始GNSS时间。时钟偏差B_bias可以使用如下方程序而计算。

B_bias＝(D₀+D₁)*0.5*ΔT；

其中，ΔT代表第一时间点与特定时间点之间的时间周期。

图5为根据本发明的另一个实施例，在GNSS接收机中补偿时钟偏差的方法，其中，此实施例为图3所示的实施例的另一个变形。如图5所示的方法可以使用如图1所示的装置100而实现，其中，图5以时间为参考而描述在GNSS接收机中补偿时钟偏差的方法。

可以根据图3所示的实施例的两个实现选择中任何一个而导出时钟漂移值D₀。在关闭电源周期内(即，GNSS接收机关闭电源至GNSS接收机接通电源的周期内)装置100利用实时时钟140的实时时钟唤醒(wake-up)功能以唤醒处理模块110(特别地，此处为微处理器112)一次或者多次，以在关闭电源周期内导出至少一个时钟漂移值D₁，即分别唤醒微处理器导出时钟漂移值D₁～D_n-1。更具体地，在此实施例中，装置100利用实时时钟唤醒功能唤醒微处理器112多次，以导出图5所示的多个时钟漂移值D₁、D₂、......以及D_n-1，其中，n为大于1的整数。如图5所示，处理模块110(特别地，此处为微处理器112)计算出各个时间点的时钟漂移值D₁、D₂、......以及D_n-1中的一个时钟漂移值D_N。考虑到时钟漂移值D_N，其中，n为大于1的整数，N＝1，2，...，(n-1)，处理模块110然后利用环境漂移模型，例如图2所示的温度漂移模型(例如，图2所示的温度漂移模型)而将检测结果(如自温度传感器150检测得到的温度)转换为时钟漂移值D_N。此外，导出时钟漂移值D_N后，处理模块110就可以将时钟漂移值D_N存储在非易失性存储器120中，然后再次回到睡眠状态以省电。

在GNSS接收机接通电源后，处理模块110进一步以与得到时钟漂移值D₁、D₂、......以及D_n-1相同的方式导出另一个时钟漂移值D_n(即导出时钟漂移值D_n)，其中，时钟漂移值D_n对应特定的时间点。处理模块110临时将GNSS时间设置为关闭电源周期后自实时时钟140的参考时间而导出的实时时钟时间，从而计算时钟漂移值B_bias，然后使用时钟漂移值B_bia补偿初始GNSS时间。此处，时钟漂移值B_bia可以使用如下方程序计算得到。

B_bias＝(D₀+D₁)*0.5*ΔT₁+(D₁+D₂)*0.5*ΔT₂+...+(D_n-1+D_n)*0.5*ΔT_n；

其中ΔT₁、ΔT₂、......以及ΔT_n代表分别对应多个时钟漂移值D₀、D₁、......以及D_n的时间点之间的时间区间。

根据此实施例，当多个时钟漂移值D₁、D₂、......以及D_n-1中的一个时钟漂移值D_N的绝对值比前一个时钟漂移值D_N-1的绝对值大时，处理模块110将时间区间ΔT_N+1设置为比前一个时间区间ΔT_N小，其中，时间区间ΔT_N+1用于导出下一个时钟漂移值D_N+1。此外，当多个时钟漂移值D₁、D₂、......以及D_n-1中的一个时钟漂移值D_N的绝对值时比前一个时钟漂移值D_N-1的绝对值小时，处理模块110将时间区间ΔT_N+1设置为比前一个时间区间ΔT_N大，其中，时间区间ΔT_N+1用于导出下一个时钟漂移值D_N+1进一步说，当多个时钟漂移值D₁、D₂、......以及D_n-1中的一个时钟漂移值D_N的绝对值时与前一个时钟漂移值D_N-1的绝对值相等时，处理模块110将时间区间ΔT_N+1设置为与比前一个时间区间ΔT_N相等，其中，时间区间ΔT_N+1用于导出下一个时钟漂移值D_N+1。

请注意，在此实施例中，虽然处理模块110可以将多个检测结果中的一个检测出来时，计算多个时钟漂移值中的一个，但是本发明不以此为限。在此实施例的一个变形中，当多个检测结果中的一个检测出来时，处理模块110临时存储此检测结果，以用于在特定时间点实施的进一步的计算，以在关闭电源周期内更有效地省电。也就是说，在上述分别的时间点，处理模块110可以临时将温度存储在存储器120中，然后进入睡眠状态，而不是存储多个时钟漂移值D₁、D₂、......以及D_n-1。根据此变形，直到GNSS接收机再次接通电源才实施有关时钟漂移值D₁、D₂、......以及D_n-1的计算。

根据本发明的第二实施例(第二实施例为本发明的第一实施例的一个变形)，温度传感器150可以使用振动(vibration)传感器所替代。因此，前述环境漂移模型就可以为振动漂移模型，而且检测结果就可以代表振动。相似的描述在此实施例不再重复。

根据本发明的第三实施例(第三实施例为本发明第一实施例的一个变形，也是第二实施例的一个变形)，装置100也可以包含多个环境传感器，例如，温度传感器150以及前述振动传感器。因此，处理模块110利用分别的环境漂移模型(例如，温度漂移模型以及振动漂移模型)以及来自环境传感器的分别的检测结果，可以导出至少一个时钟漂移值。相似的描述在此实施例不再重复。

本发明的一个优点在于，本发明所提供的方法以及装置可以分别利用所需的合适的方程式恰当地计算时钟偏差B_bias。当环境(例如，温度或者机械稳定性)剧烈变化，就可以根据至少一个环境漂移模型导出多个时钟漂移值，这样，就可以恰当地计算时钟偏差B_bias。因此，在关闭电源周期后，就可以导出精确的时间信息。

本发明的另一个优点在于本发明所提供的方法以及装置可以有助于帧同步。所以，当GNSS接收机启动时，与现有技术相比，可以显著降低TTFF。

任何本领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明之保护范围当视所附之权利要求所界定者为准。

Claims (19)

1.一种补偿时钟偏差的方法，应用于全球导航卫星系统接收机中，该补偿时钟偏差的方法包含：

导出至少一个时钟漂移值，其中，该至少一个时钟漂移值包含对应第一时间点的第一时钟漂移值；以及

根据该至少一个时钟漂移值及至少一时间区间，计算该时钟偏差，其中该至少一时间区间位于该第一时间点与该第一时间点后一特定时间点之间。

2.如权利要求1所述的补偿时钟偏差的方法，其特征在于，进一步包含：

在该第一时间点与该特定时间点之间该时间周期内，该全球导航卫星系统接收机关闭电源。

3.如权利要求1所述的补偿时钟偏差的方法，其特征在于，进一步包含：

提供环境传感器；以及

利用环境漂移模型以及来自该环境传感器的至少一个检测结果，导出该至少一个时钟漂移值。

4.如权利要求3所述的补偿时钟偏差的方法，其特征在于，该环境传感器为温度传感器，该环境漂移模型为温度漂移模型，以及该检测结果代表温度；或者该环境传感器为振动传感器，以及该环境漂移模型为振动漂移模型，以及该检测结果代表振动。

5.如权利要求3所述的补偿时钟偏差的方法，其特征在于，该至少一个检测结果包含多个检测结果，以及该补偿时钟偏差的方法进一步包含：

当检测到该多个检测结果中的一个时，临时存储该检测结果，以用于进一步在该特定时间点实施计算；以及/或者

当检测到该多个检测结果中的一个时，计算该至少一个时钟漂移值中一个。

6.如权利要求1所述的补偿时钟偏差的方法，其特征在于，在计算该时钟偏差的步骤中，使用下面方程式计算该特定时间点的该时钟偏差：

B_bias＝D₀*ΔT；

其中，B_bias代表该时钟偏差，D₀代表该第一时钟漂移值，以及ΔT代表该第一时间点与该特定时间点之间该时间周期。

7.如权利要求1所述的补偿时钟偏差的方法，其特征在于，该至少一个时钟漂移值包含第一时钟漂移值及第二时钟漂移值，该第二时钟漂移值相应于该特定时间点，而且在计算该时钟偏差的步骤，使用下面方程式计算该时钟偏差：

B_bias＝(D₀+D₁)*0.5*ΔT；

其中，D₀代表该第一时钟漂移值，D₁代表该第二时钟漂移值，B_bias代表该时钟偏差，以及ΔT代表该第一时间点与该特定时间点之间该时间周期。

8.如权利要求1所述的补偿时钟偏差的方法，其特征在于，该至少一个时钟漂移值包含多个时钟漂移值，以及在计算该时钟偏差的步骤，使用下面方程式计算该时钟偏差：

B_bias＝(D₀+D₁)*0.5*ΔT₁+(D₁+D₂)*0.5*ΔT₂+...+(D_n-1+D_n)*0.5*ΔT_n；

其中，D₀、D₁、......以及D_n代表该多个时钟漂移值，其中D₀代表第一时钟漂移值，D_n代表相应该特定时间点的时钟漂移值，B_bias代表该时钟偏差，ΔT₁、ΔT₂、......以及ΔT_n代表分别对应该多个时钟漂移值的时间点之间的该至少一时间区间，其中，n为大于1的整数。

9.如权利要求8所述的补偿时钟偏差的方法，其特征在于，计算该时钟偏差的步骤进一步包含：

当该多个时钟漂移值D₁、D₂、......以及D_n-1中的时钟漂移值D_N的绝对值比前一个时钟漂移值D_N-1绝对值大时，将时间区间ΔT_N+1设置为比前一个时间区间ΔT_N小，其中，该时间区间ΔT_N+1用于导出该时钟漂移值D_N+1；以及/或者

当该多个时钟漂移值D₁、D₂、......以及D_n-1中的该时钟漂移值D_N的该绝对值时比该时钟漂移值D_N-1的绝对值小时，将该时间区间ΔT_N+1设置为比该时间区间ΔT_N大，其中，该时间区间ΔT_N+1用于导出该时钟漂移值D_N+1；其中，n为大于1的整数，N＝1，2，...，(n-1)。

10.如权利要求1所述的补偿时钟偏差的方法，其特征在于进一步包含：

当该全球导航卫星系统接收机接通电源时，使用已计算的该时钟偏差补偿具有该时钟偏差的初始全球导航卫星系统时间。

11.一种补偿时钟偏差的装置，应用于全球导航卫星系统接收机，该补偿时钟偏差的装置包含：

时钟源，用于提供参考时间，该参考时间具有待补偿的该时钟偏差；以及

处理模块，耦接于该时钟源，用于导出至少一个时钟漂移值，该至少一个时钟漂移值包含对应第一时间点的第一时钟漂移值，根据该至少一个时钟漂移值，以及至少一时间区间，计算该时钟偏差，其中，该至少一时间区间位于该第一时间点与该第一时间点后一特定时间点之间。

12.如权利要求11所述的补偿时钟偏差的装置，其特征在于，在该第一时间点与该特定时间点之间该时间周期内，该处理模块使该全球导航卫星系统接收机关闭电源。

13.如权利要求11所述的补偿时钟偏差的装置，其特征在于，进一步包含：环境传感器；

其中，该处理模块利用环境漂移模型以及来自该环境传感器的至少一个检测结果，导出该至少一个时钟漂移值。

14.如权利要求13所述的补偿时钟偏差的装置，其特征在于，该环境传感器为温度传感器，该环境漂移模型为温度漂移模型，以及该检测结果代表温度；或者该环境传感器为振动传感器，该环境漂移模型为振动漂移模型，该检测结果代表振动。

15.如权利要求13所述的补偿时钟偏差的装置，其特征在于，该至少一个检测结果包含多个检测结果，以及当检测到该多个检测结果中的一个时，该处理模块临时存储该检测结果，以用于在该特定时间点进一步实施计算；以及/或者

其中，该至少一个检测结果包含多个检测结果，当检测到该多个检测结果中的一个时，该处理模块计算该多个时钟漂移值中一个。

16.如权利要求11所述的补偿时钟偏差的装置，其特征在于，该处理模块在该特定时间点使用下面方程式计算该时钟偏差：

B_bias＝D₀*ΔT；

其中，B_bias代表该时钟偏差，D₀代表该第一时钟漂移值，以及ΔT代表该第一时间点与该特定时间点之间该时间周期。

17.如权利要求11所述的补偿时钟偏差的装置，其特征在于，该至少一个时钟漂移值包含第一时钟漂移值以及第二时钟漂移值，该第二时钟漂移值相应于该特定时间点，而且在计算该时钟偏差的步骤，使用下面方程式计算该时钟偏差：

B_bias＝(D₀+D₁)*0.5*ΔT；

其中，D₀代表该第一时钟漂移值，D₁代表该第二时钟漂移值，B_bias代表该时钟偏差，以及ΔT代表该第一时间点与该特定时间点之间该时间周期。

18.如权利要求11所述的补偿时钟偏差的方法，其特征在于，该至少一个时钟漂移值包含多个时钟漂移值，以及在计算该时钟偏差的步骤，该时钟偏差以下列方程式计算：

B_bias＝(D₀+D₁)*0.5*ΔT₁+(D₁+D₂)*0.5*ΔT₂+...+(D_n-1+D_n)*0.5*ΔT_n；

其中，D₀、D₁、......以及D_n代表该多个时钟漂移值，其中D₀代表第一时钟漂移值，D_n代表相应该特定时间点的时钟漂移值，B_bias代表该时钟偏差，ΔT₁、ΔT₂、......以及ΔT_n代表分别对应该多个时钟漂移值D₀、D₁、......以及D_n的时间点之间该至少一时间区间，其中，n为大于1的整数，N＝1，2，...，(n-1)。

19.如权利要求18所述的补偿时钟偏差的装置，其特征在于，计算该时钟偏差的步骤进一步包含：

当该多个时钟漂移值D₁、D₂、......以及D_n-1中的时钟漂移值D_N的绝对值比前一个时钟漂移值D_N-1的绝对值大时，将时间区间ΔT_N+1设置为比前一个时间区间ΔT_N小，其中，该时间区间ΔT_N+1用于导出该时钟漂移值D_N+1；以及/或者

当该多个时钟漂移值D₁、D₂、......以及D_n-1中的该时钟漂移值D_N的该绝对值时比该时钟漂移值D_N-1的绝对值小时，将该时间区间ΔT_N+1设置为比该时间区间ΔT_N大，其中，该时间区间ΔT_N+1用于导出该时钟漂移值D_N+1，其中，n为大于1的整数，N＝1，2，...，(n-1)。

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