CN101770014B - 得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法 - Google Patents

Abstract

一种得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法，包含有连续接收一卫星的多组数据，每一组数据具有一追踪频率；计算已接收到的多组数据的多个相位差；计算已计算得到的多个相位差的一相位差平均值；由计算得到的相位差平均值与一频率固定参数计算一频率差；由计算得到的频率差与已接收到的多组数据中最后一组数据的追踪频率计算一新的追踪频率；以及以计算得到的新的追踪频率接收下一组数据。通过重复计算接收自卫星的多组数据的平均相位差与一频率固定参数来得到新的追踪频率，以得到最精确的追踪频率。

Description

得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法

技术领域

本发明涉及一种得到全球定位系统信号的方法，特别是一种得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法。

背景技术

全球定位系统(Global Positioning System，GPS)是一个中距离圆型轨道卫星导航系统。它可以为地球表面绝大部分地区(98％)提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。全球定位系统由美国国防部研制和维护，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。该系统包括太空中的24颗GPS卫星；地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为客户端的GPS接收机。最少只需其中4颗卫星，就能迅速确定客户端在地球上所处的位置及海拔高度；所能收接到信号的卫星数越多，译码出来的位置就越精确。

由于GPS具有不受天气影响、全球高覆盖率(98％)与可移动定位等特性，因此除了军事用途外，大量用于民用的导航(例如：飞机导航、船舶导航与行车导航等)与定位(例如：车辆防盗、行动通讯装置的定位等)等。

由于卫星围绕着地球运转，因此全球定位系统在接收卫星所发出的卫星信号时，随着卫星所在的位置不同而使得全球定位系统所接收到的卫星信号强弱不一，例如：卫星在全球定位系统的正上方时，信号较强，当卫星在靠近地平面时，信号会较弱。同时，卫星信号也会受到其它电磁辐射等干扰而使得全球定位系统的收讯不佳。同时，根据都普勒定律，卫星所发出的信号会受GPS与卫星的相对运动或其它干扰因素影响，而使得GPS所能接收到的卫星信号的频率与卫星所发出的信号的频率有微小的频率差异。

因此GPS为了能精确地接受到卫星信号，以一既定频率范围内的多个追踪频率来检测卫星，以接收卫星所发出的卫星信号。并且，利用前一组导航数据所得到的相位差来修正追踪频率以得到下一组的追踪频率。即以单组数据的相位差叠代逼近追踪频率。

但是在卫星信号微弱或是噪声干扰的情形下，单组导航资料的相位差并不能反映真实的频率变化，因此修正追踪频率再多次也无法得到精确的追踪频率。

发明内容

本发明提供一种得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法，可以避免因为卫星信号微弱或噪声的影响，而无法得到精确的追踪频率。

根据本发明所公开的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法包含有：步骤一：连续接收一卫星的多组数据，每一组数据具有一追踪频率；步骤二：计算已接收到的多组数据的多个相位差；步骤三：计算已计算得到的多个相位差的相位差平均值；步骤四：由计算得到的相位差平均值与频率固定参数计算频率差；步骤五：由计算得到的频率差与已接收到的多组数据中最后一组数据的追踪频率计算新的追踪频率；以及步骤六：以新的追踪频率接收下一组数据。

其中，步骤一可包含：以一既定频率范围中的多个追踪频率检测一卫星，以得到多个卫星信号；以既定频率范围下所得到的多个卫星信号中能量反应最大的卫星信号的追踪频率作为初始追踪频率；以初始追踪频率接收卫星的卫星信号，以得到多组数据中的第一组数据；计算第一组数据的相位差；由计算得到的第一组数据的相位差与频率固定参数计算第一频率差；由计算得到的第一频率差与初始追踪频率计算第二追踪频率；以及以第二追踪频率接收卫星的卫星信号，以得到多组数据中的第二组数据。

其中，步骤二可包含：计算已接收到的多组数据中最后一既定数量组数据的多个相位差。步骤四可包含：计算已计算得到的相位差平均值与频率固定参数的乘积以得到频率差。步骤五可包含：加总计算得到的频率差与已接收到的多组数据中最后一组数据的追踪频率的和以得到新的追踪频率。

其中，多个相位差中每两相邻相位差的间隔时间可为1ms。频率固定参数可为159.155。

上述根据本发明所公开的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法还可包含有：在接收下一组数据后，回到步骤二继续执行步骤二到步骤六。其中，步骤二可包含有：计算已接收到的多组数据中最后一既定数量组数据的多个相位差。

根据本发明所公开的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法，先行连续接收一卫星以得到多组数据，再由已接到的多组数据得到一相位差平均值。利用相位差平均值与一频率固定参数计算以得到一频率差，再由频率差与已接收到的多组数据中最后一组数据的追踪频率计算得到新的追踪频率。然后由新的追踪频率接收下一组数据。通过不断重复以最后一既定数量的数据所得到的相位差平均值来得到新的追踪频率，再以新的追踪频率来接收下一组数据的步骤，可以避免因为卫星信号微弱或噪声的影响，并得到最精确的追踪频率。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法流程图；

图2为根据本发明第二实施例的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法流程图；

图3为根据本发明第三实施例的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

图1为根据本发明第一实施例的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法流程图。

如图1，本实施例的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法包含有：连续接收一卫星的多组数据，且每一组数据具有一追踪频率(步骤一)；计算已接收到的多组数据的多个相位差(步骤二)；计算已计算得到的多个相位差的相位差平均值(步骤三)；由计算得到的相位差平均值与频率固定参数计算频率差(步骤四)；由计算得到的频率差与已接收到的多组数据中最后一组数据的追踪频率计算新的追踪频率(步骤五)；以及以新的追踪频率接收下一组数据(步骤六)。

由于卫星围绕着地球运转，因此全球定位系统在接收卫星所发出的卫星信号时，会随着卫星所在的位置而使得全球定位系统所接收到的卫星信号强弱不一，例如：卫星在全球定位系统的正上方时，所需要穿过的大气层厚度较薄，因此信号会较强，当卫星在靠近地平面时，所需要穿过的大气层厚度较厚，因此信号会较弱。同时，卫星信号也会受到其它电磁辐射等干扰而使得全球定位系统的收讯不佳。根据都普勒定律，卫星所发出的信号会受GPS与卫星的相对运动或其它干扰因素影响，而使得GPS所能接收到的卫星信号的频率与卫星所发出的信号的频率会有微小的频率差异。

因此GPS为了能精确地接受到卫星信号，以一既定频率范围内的多个追踪频率来检测卫星，以接收卫星所发出的卫星信号。而在既定频率范围内的多个追踪频率均可检测到卫星，但只有能接收到的卫星信号最强的追踪频率才是最接近受到都普勒效应等影响后的卫星信号的频率。

因此根据本发明的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法：步骤一先行以一既定频率范围搜寻卫星(例如：搜寻到三个卫星，可以得知全球定位系统所在位置的经纬度；搜寻到四个卫星，可以得知全球定位系统的经纬度与海拔高度等)。当全球定位系统搜寻到卫星后，以能接收到的最大强度的卫星信号的追踪频率来连续接收卫星所发出的卫星信号，以得到多组导航数据。其中，得到的每一组导航数据具有一追踪频率。

接着，计算所接收得到的多组数据中的多个相位差(步骤二)，并将计算得到的相位差叠加后，除以多个相位差的数目以得出一相位差平均值(步骤三)。

在此实施例中，通过多组数据来计算用以修正追踪频率的相位差平均值，可大幅减少噪声的干扰，以得到更精确的追踪频率，并可观察出频率变化的趋势。

其中，在计算相位差时，可为计算已接收到的多组数据中最后一既定数量组数据的相位差。其中，最后一既定数量组的数据可为最后2组数据、最后3组数据或最后4组以上的数据。

用以计算相位差平均值的数据组数可由全球定位系统出厂时设定，当然也可由使用者自行设定。所取的既定数量组数据的总数若是太少，当卫星信号微弱或有大噪声的影响时，还是有可能会有误判的可能。而所取的既定数量组数据的总数若是太多，则会延长定位时间，并可能造成系统的负荷。因此，可依据全球定位系统所接收的卫星信号强度来决定所取的既定数量组数据。即可依据全球定位系统的应用区域来决定所取数据的组数。

其中，每两相邻的相位差之间的间隔时间可为1ms。即每组数据的时间周期为1ms。

接着，在步骤四可将相位差平均值与一频率固定参数相乘积，来得到频率差。当连续接收多组数据的间隔时间为1ms(即得到每一相邻的两相位差之间的间隔时间为1ms)时，频率固定参数可为159.155。

然后，加总计算频率差与已接收到的多组数据中最后一组数据的追踪频率的和，以得到新的追踪频率(步骤五)。

最后，再以新的追踪频率来接收卫星信号，以接收下一组数据(步骤六)。

通过多组数据来计算新追踪频率以接收卫星信号，可以大幅减少噪声所造成的干扰，观察出频率变化的趋势。

图2为根据本发明第二实施例得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法流程图。

如图2，并参照前述实施例。得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法还可包含有：在接收下一组数据后，回到步骤二继续执行步骤二到步骤六(步骤七)。

在此实施例中，可不断重复计算最后一既定数量的数据的相位差平均值，并且以计算得到的相位差平均值、频率固定参数和最后一组数据的追踪频率来重新得到新的追踪频率，再以新的追踪频率来接收下一组数据，以在每一组数据接收到时，重新计算下一组数据的追踪频率。即在此通过以多组数据的相位差所求得的频率差多次叠代法逼近精确的追踪频率，因此可避免卫星信号微弱或噪声的影响，并得到精确的追踪频率。

图3为根据本发明第三实施例得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法流程图。

为方便说明，在此以计算最后5组数据为例。

如图3，在全球定位系统开机时，会先以一既定频率范围中的多个追踪频率检测一卫星，以得到多个卫星信号(步骤11)。

然后，以在此既定频率范围下所得到的多个卫星信号中能量反应最大的卫星信号的追踪频率作为初始追踪频率(步骤12)。

以初始追踪频率接收卫星的卫星信号，以得到第一组数据(步骤13)。

计算第一组数据的相位差(步骤14)。

再计算第一组数据的相位差与频率固定参数的乘积以得到第一频率差(步骤15)。

然后计算第一频率差与初始追踪频率的和以得到第二追踪频率(步骤16)。

再以第二追踪频率接收卫星的卫星信号，来得到第二组数据(步骤17)。

在得到第二组数据后，通过计算最后一组数据与已接收到的数据的相位差平均值和频率固定参数的乘积的和来得到下一组数据的追踪频率。如此反复计算新的追踪频率，直到得到第五组数据。

即在得到第二组数据后，计算第二组数据的追踪频率与第一组数据和第二组数据的相位差平均值与频率固定参数的乘积的和，来得到第三追踪频率。并以第三追踪频率接收卫星的卫星信号，来得到第三组数据。

在接收到第三组数据后，通过计算第三追踪频率与第一组数据、第二组数据和第三组数据的相位差平均值与频率固定参数的乘积的和，来得到第四追踪频率。并且，以得到的第四追踪频率接收卫星的卫星信号，来得到第四组数据。

在接收到第四组数据后，通过计算第四追踪频率与第一组数据、第二组数据、第三组数据和第四组数据的相位差平均值与频率固定参数的乘积的和，来得到第五追踪频率。并以得到的第五追踪频率接收卫星的卫星信号，来得到第五组数据。

在接收到第五组数据后，通过计算第五追踪频率与第一组数据、第二组数据、第三组数据、第四组数据和第五组数据的相位差平均值与频率固定参数的乘积的和，来得到第六追踪频率。并以得到的第六追踪频率接收卫星的卫星信号，来得到第六组数据。

然后，在接收到第六组数据之后，通过计算最后一组数据与已接收到的最后五组数据的相位差平均值和频率固定参数的乘积的和来得到下一组数据的追踪频率。如此反复计算新的追踪频率，以更新后续数据的追踪频率。

即在接收到第六组数据后，通过计算第六追踪频率与第二组数据、第三组数据、第四组数据、第五组数据和第六组数据的相位差平均值与频率固定参数的乘积的和，来得到第七追踪频率。并以得到的第七追踪频率接收卫星的卫星信号，来得到第七组数据。

在接收到第七组数据后，通过计算第七追踪频率与第三组数据、第四组数据、第五组数据、第六组数据和第七组数据的相位差平均值与频率固定参数的乘积的和，来得到第八追踪频率。并以得到的第八追踪频率接收卫星的卫星信号，来得到第八组数据。以此类推。

由于根据本发明得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法通过频率差叠代法逼近精确的追踪频率，与现有技术的单组数据的相位差叠代法相比，具有简易且快速取得精确追踪频率的功效。如表一所示，当所接收到的卫星信号较强时，如强度在-120dBm时，以根据本发明得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法仅需要5组的数据组数即可得到精确的追踪频率，而现有技术需要叠代10次才可得到精确的追踪频率；当所接收到的卫星信号较弱时，如强度在-136dBm时，以根据本发明得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法仅需要200组的数据组数即可得到精确的追踪频率，而现有技术因需要叠代的次数太多，而导致追踪失败。

卫星信号强度	最少需求数据组数	现有技术需叠代次数
			-120dBm(强)	5	10
-124dBm	10	20
			-128dBm	20	100
-132dBm	80	300
			-136dBm(弱)	200	追踪失败

表一、本发明与现有技术在不同卫星信号强度所需求数据组数

根据本发明的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法可应用于具有全球定位系统的电子装置，例如：手机、笔记型计算机等携带式电子装置或单机装置(例如：GPS接收器)。其中，具有全球定位系统的电子装置可具有天线、储存单元与处理器。根据本发明的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法可通过软件或韧体程序内建储存单元中。天线用以接收多个卫星的卫星信号，再由处理器执行内建的软件或韧体程序，以在接收卫星信号中的数据后判读多个数据中的相位差平均值以计算出频率差，最后将频率差叠代回最后一组卫星信号的追踪频率，而得到新的追踪频率。

根据本发明的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法，利用已接收到的多组数据得到一相位差平均值，然后由相位差平均值与一频率固定参数计算出一频率差，再由频率差与最后一组数据的追踪频率计算新的追踪频率，以利用新的追踪频率接收下一组数据。如此可以大幅减少噪声所造成的干扰，以得到最精确的追踪频率，并且可观察出频率变化的趋势。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法，其特征在于，包含有：

步骤一：连续接收一卫星的多组数据，每一该组数据具有一追踪频率；

步骤二：计算已接收到的该多组数据的多个相位差；

步骤三：计算已计算得的该多个相位差的一相位差平均值；

步骤四：由计算得到的该相位差平均值与一频率固定参数计算一频率差；

步骤五：由计算得到的该频率差与已接收到的该多组数据中最后一组数据的该追踪频率计算一新的追踪频率；以及

步骤六：以该新的追踪频率接收下一组数据；

在接收该下一组数据后，回到该步骤二继续执行该步骤二到该步骤六。

2.如权利要求1所述的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法，其特征在于，所述的多个相位差中每两相邻相位差的间隔时间为1ms。

3.如权利要求1所述的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法，其特征在于，所述的频率固定参数为159.155。

4.如权利要求1所述的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法，其特征在于，所述的步骤二包括：

计算已接收到的该多组数据中最后一既定数量组数据的该多个相位差。

5.如权利要求1所述的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法，其特征在于，所述的步骤四包括：

计算已计算得到的该相位差平均值与该频率固定参数的乘积以得到该频率差。

6.如权利要求1所述的得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法，其特征在于，所述的步骤五包括：

加总计算得到的该频率差与已接收到的该多组数据中最后一组数据的该追踪频率的和以得到该新的追踪频率。

7.一种得到全球定位系统信号的精确追踪频率的方法，其特征在于，包含有：

步骤一：连续接收一卫星的多组数据，每一该组数据具有一追踪频率；

所述的步骤一包含：

以一既定频率范围中的多个追踪频率检测该卫星，以得到多个卫星信号；

以该既定频率范围下所得到的该多个卫星信号中能量反应最大的该卫星信号的追踪频率作为一初始追踪频率；

以该初始追踪频率接收该卫星的卫星信号，以得到该多组数据中的第一组数据；

计算该第一组数据的相位差；

由计算得到的该第一组数据的该相位差与一频率固定参数计算一第一频率差；

由计算得到的该第一频率差与该初始追踪频率计算一第二追踪频率；以及

以该第二追踪频率接收该卫星的卫星信号，以得到该多组数据中的第二组数据；

步骤二：计算已接收到的该多组数据的多个相位差；

步骤三：计算已计算得的该多个相位差的一相位差平均值；

步骤四：由计算得到的该相位差平均值与该频率固定参数计算一频率差；

步骤五：由计算得到的该频率差与已接收到的该多组数据中最后一组数据的该追踪频率计算一新的追踪频率；以及

步骤六：以该新的追踪频率接收下一组数据；

在接收该下一组数据后，回到该步骤二继续执行该步骤二到该步骤六。

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