CN101937089B - 用于在定位系统中弱数据位同步的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及位置定位系统，并且尤其涉及在定位系统信号中同步数据位的方法和装置。依据第一方面，本发明对粗辅助情形通过允许在整个位同步计算中使用高Pfa(例如，10-2)加快了数据位同步。依据另一方面，本发明组合并对准来自卫星的信号以用于位同步计算中(例如，为改善灵敏度和速度)。

Description

用于在定位系统中弱数据位同步的方法和装置
技术领域
本发明涉及定位系统，并且尤其涉及在卫星定位系统信号，如GPS信号中，同步数据位的方法和装置。
背景技术
随着无线电和空间技术的发展，一些基于卫星的导航系统(即，卫星定位系统或称为“SPS”)已经建立并且更多的系统也会在不久的将来投入使用。SPS接收机，例如使用全球定位系统(“GPS”)的接收机，也被称为NAVSTAR的，已变得非常常见。SPS系统的其他例子包括但不限于美国(“U.S.”)海军导舷卫星系统(“NNSS”)(也被称为TRANSIT)、罗兰(LORAN)、肖兰(Shoran)、台卡(Decca)、塔康(TACAN)、授时与测距导航系统(NAVSTAR)、俄罗斯与NAVSTAR相应的被称为全球导航卫星系统(“GLONASS”)，以及未来的西欧的SPS，例如提出的“伽利略(Galileo)”计划。作为例子，在霍夫曼-韦勒霍夫、里斯顿艾格，科林斯：《GPS理论与实践》第五次修订版，施普林格出版社维也纳 纽约，2001(GPS Theory and Practice，Fifth ed.，revised editon byHofmann-Wellenhof、Lichtenegger and Collins，Springer-Verlag Wien NewYork，2001)一书中描述美国NAVSTAR GPS系统，在此全文引用作为参考。
美国GPS系统由美国国防部建立和运转。该系统使用24颗或更多的围绕地球飞行的卫星，这些卫星高度约为11,000英里、周期约为12小时。这些卫星分布在6个不同的轨道以便在任何时间在地球表面除极地地区外的任何位置都可以看到最少6颗卫星。每颗卫星发射一个以原子钟为基准的时间和位置信号。典型的GPS接收机锁定到此信号上并提取信号中包含的数据。使用来自足够数量卫星的信号，GPS接收机能够计算出其位置、速度、高度和时间。
一个GPS接收机为了导出位置和时间，一般地必须要捕获并锁定到至少4个卫星信号上。通常，GPS接收机有许多平行的信道，每个信道接收来自一个可见GPS卫星的信号。卫星信号的捕获包括载波频率和伪随机(PRN)码相位的二维搜索。每个卫星发射使用唯一的1023码片长的PRN码的信号，该码每毫秒重复一次。接收机在本地产生载波副本以便去除残留的载波频率和产生PRN码序列的副本以便与数字化接收的卫星信号序列相关。对大多数导航卫星信号接收机来说，在捕获阶段，码相位的搜索步骤是半码片的。因此码相位的全部搜索范围包括2046个以半码片间隔的备选码相位。载波频率搜索范围取决于由于卫星和接收机之间的相对运动产生的多普勒频率。其他的频率变化可能由本地振荡器的不稳定性造成。
导航卫星的信号以50位每秒(即：20毫秒1位)的速率与导航数据调制。该导航数据包括星历(ephemeris)、年历(almanac)、时间信息、时钟和其他校正系数。该数据流以子帧、帧和超帧的格式编排。一个子帧包括300位的数据，因此需发射6秒。在该子帧中以30位为一组形成一个字，字的最后6位作为奇偶校验位。因此，一个子帧包括10个字。每帧数据包括5个子帧，发射30秒。一个超帧包括25帧，相继发射12.5分钟。
一个子帧的第一个字总是相同的，被称为TLM字，该TLM字的前8位是用于帧同步的前导位。巴克(Barker)序列因为其优秀的相关特性而用来作为前导。该第一个字的其他位包含遥测位，在位置计算中不使用。任何帧的第二个字是HOW(Hand Over Word，切换位)字，并且包括TOW(Time Of Week，一周中的时间)、子帧ID、同步标志和奇偶校验的最后两位永远是“0”的奇偶校验位。这两个“0”帮助识别导航数据位的正确极性。第一子帧的第3-10个字包含时钟校正系数和卫星质量指示。子帧2和3的第3-10个字包含星历。这些星历用来精确确定GPS卫星的位置。这些星历每两小时上传一次，并在4到6小时内有效。子帧4的第3-10个字包含电离层和UTC时间校正以及卫星25-32的年历。这些年历与星历类似，但给出卫星的较不精确的位置，并在6天内有效。子帧5的第3-10个字仅包含在不同帧中不同卫星的星历。超帧包含25个连续的帧。而除了TOW和每两小时星历的偶然变化之外，子帧1、2、3的内容在超帧的每一帧中重复。因此来自某颗卫星的特定信号的星历仅包含在每个子帧中重复的那颗卫星的星历。但是，不同卫星的年历在给定卫星的导航数据信号的不同帧中轮流传播。因此，上述25帧在子帧5中发射所有的24颗卫星的年历。任何其他不用的卫星年历被包含在子帧4中。年历和星历用来计算给定时刻卫星的位置。
因此，从前述的内容清楚的知道，锁定和同步到来自定位系统卫星的信号的过程，特别是能够从上述信号中提取有用数据的过程，是在能够开始使用上述信号确定位置和进行导舷之前的一个重要过程。
因为传统的同步方案有时是很耗时的，一个称作“同步自由导航(Sync FreeNav)”的方法已被使用。但是，这个方法通常要求捕获和跟踪来自5颗卫星的信号，这不总是可行的。此外，使用同步自由导航有时会导致初始位置性能的降低，因为同步自由导舷有一个时间偏移，这会导致由于卫星运动造成的位置误差。
因此，不管同步自由导航还使用与否，仍然需要能够快速和有效地同步到来自定位系统卫星的信号的方法和装置。
发明内容
本发明涉及定位系统，并且尤其涉及在定位系统信号中，数据位同步的方法和装置。根据第一个方面，本发明通过对粗略辅助情形在整个位同步计算中允许高Pfa(例如10-2)来提高数据位同步的速度。根据其他方面，本发明合并和排列用于位同步计算的来自多颗卫星的信号(例如，用于改进敏感性和速度)。
这些和其他方面的进一步，在定位系统中同步一个或多个信号的一个示例性方法包括：对于信号中的第一信号，累加在多个时间偏移处的各个第一功率值，对于信号中的第二信号，累加在多个时间偏移处的各个第二功率值，时间对准该第一和第二信号，在时间对准之后组合累加的在多个时间偏移处的第一和第二功率值，识别位于多个时间偏移中的一个时间偏移处的组合功率峰值，并确定该组合功率峰值是否对应于成功的同步。
在上述及其他方面的再进一步中，在定位系统中同步一个或多个信号的另一个示例性方法包括：对于信号中的第一信号，累加在多个时间偏移处的各个第一功率值，识别位于多个时间偏移中的一个时间偏移处的第一功率峰值，并确定该功率峰值是否对应于第一信号的成功同步，对于信号中的第二信号，累加在多个时间偏移处的各个第二功率值，时间对准第一和第二信号，在时间对准之后组合累加的在多个时间偏移处的第一和第二功率值，识别位于多个时间偏移中的一个处的组合功率峰值，并确定该组合功率峰值是否对应于组合信号的成功同步，其中组合信号成功的阈值低于第一信号成功的阈值。
附图说明
本发明的这些和其他方面和特点通过浏览下面结合附图描述的发明的具体实施例将使本领域普通技术人员更为清楚，其中：
图1是本发明原理实现示例的框图；
图2是涵盖本发明在内的典型接收机序列的框图；
图3是依据本发明的弱数据位同步器的框图；
图4是说明根据本发明可以执行的组合位同步方法的一个例子的流程图；
图5A和5B分别说明了使用位排列和不使用位排列在20毫秒间隔下的累加的I和Q值；以及
图6说明了依据本发明检测与位转换关联的功率峰值的例子。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行详细描述，其中附图作为说明本发明的例子以便于本领域技术人员实践本发明。特别地，下面的附图和例子并不将本发明的范围局限到单一的实施例，而是通过替换部分或全部所描述或说明的元件的其他的实施例也是可能的。此外，对于本发明的某些元件可以部分地或整个地使用已有组件实现，仅仅那些已有组件中对于理解本发明有必要的部分才会在此描述，并且那些已有组件其他部分的详细描述将省略以便不混淆本发明。除非在此明确说明，对本领域技术人员显而易见的是，描述为用软件实现的实施例不应局限于此，而能够包括在硬件中实现的实施例，或者软硬件结合实现的实施例，反之亦然。在本说明书中，示出单一组件的实施例也不应被认为是限制性的；而是，本发明有意包括包含多个相同组件的其他实施例，反之亦然，除非在此明确说明。此外，除非明确提出，申请人不认为本说明书和权利要求中的任何术语归于非普遍或特定含义。而且，本发明包括在此举例涉及的已知组件的当前和未来已知的等效物。
图1说明本发明实施例的实现的一个例子。如图1所示，GPS卫星(即，SV)114、116、118和120分别广播信号106、108、110和112，信号被手持终端102上的接收机122接收，手持终端位于相对接近地球表面104的用户位置处。
手持终端102可以是个人导航设备(PND，例如来自Garmin，TomTom，等等)或者可以是内置了GPS功能的蜂窝或者其他类型的电话，或者任何嵌入了跟踪应用的GPS设备(例如，来自Trimble的自动跟踪，来自Fedex的包裹或车队管理的跟踪，儿童定位器跟踪应用等)。
接收机122的实现可以使用任何硬件和/或软件的组合，包括GPS芯片集，例如SiRF科技公司的SiRFstarIII GSD3tw或者SiRFstar GSC3e和Broadcom公司的BCM4750，作为依照本发明的功能的改装和/或补充，在此更详细地描述。更特别的，在本说明书的教导下，本领域技术人员能够理解利用本发明的数据位同步技术怎样通过对这些芯片和/或软件进行改装和/或补充来实现本发明。
信号106、108、110和120是所熟知的GPS信号，其中将卫星发射的L1和/或L2频率载波相位偏移三个二进制码。其中特别应注意的，C/A码(粗捕获)调制L1载波相位。C/A码是一个重复的1MHz伪随机噪声(PRN)码。这个噪声类码调制L1载波信号，“扩展”频谱到1MHz带宽上。C/A码每1023位(1毫秒)重复。每一个SV有一个不同的C/A码PRN。GPS卫星经常是由他们的PRN号来标识，该PRN号对每个伪随机噪声码是唯一的标识。调制L1载波的C/A码是民用GPS的基础。
接收机122用某些形式的C/A码生成器对某个特定的SV产生C/A码序列。调制解调器接收器通常在内存中存储预先计算的C/A码片的全集，但是也可使用硬件的移位寄存器实现。C/A码生成器对每个相位抽头设置(phase tap setting)产生不同的1023码片序列。在移位寄存器实现中，通过回转控制移位寄存器的时钟，码片在时间上被移位。在内存查找方案中，所需的码片从内存中获取。C/A码生成器每毫秒重复相同的1023码片的PRN码序列。PRN码被定义用于多达1023个卫星识别号(在ICD中，使用37个用于定义卫星星座，但现代化系统可使用更多)。接收机在时间上移动码副本直到与SV码相关。
众所周知，在接收机122能够提供一个3维导航解之前，至少需要4颗SV的信号(对于例如使用已知高度的2维导航解，仅需要3颗卫星)。因此，如图2所示，接收机122一般输入预定的一个序列来从信号106、108、110和112的每一个中捕获和提取需要的数据。第一步，捕获202，通过将与SV 114、116、118和120相对应的唯一的C/A码与在手持终端102的天线处接收的RF能量相关，以及确定这些接收到的信号具有在后续处理中使用的足够的强度(例如，载波噪声比C/N0)，接收机122捕获信号106、108、110和112。下一步，跟踪204，接收机112锁定到每个捕获的每1毫秒重复一次的SV的C/A码。步骤206，接收机112同步20毫秒发生一次的每个信号106、108、110和112的数据位。然后在步骤208，接收机112确定信号106、108、110和112中接收的位的帧边界。此时在步骤210可以开始导航，例如通过本领域技术人员所熟知的三角测量技术。
从图2中需要注意的是，在一些应用中，例如同步自由导航(sync free nav)(尽管位同步206作为优化操作仍然是需要的，因为跟踪循环需要在精确的数据位上积分，以便最大化应用到跟踪的信号能量)，帧同步步骤208是省略的(并且有时还省略步骤206)。不过，通过利用本公开的改进位同步206，在所有类型的应用中，获取位置解的整个过程得到加速，同时信号更加灵敏，不论是否使用同步自由导航。此外，尽管本公开涉及确定数据位同步206的实施例，但其他传统的和新的技术也可以被用于执行捕获202、跟踪204、帧同步208(参见，例如共同未决的申请No.[SRF-103]，在此引用作为参考)和导航210，但为了本发明清楚起见，有关详细内容在此省略。
参考图2，跟踪完成后，接收机尝试同步来自每个SV的信号的数据位。具体地，在跟踪204之后，接收机锁定到每1毫秒重复一次的每个SV的C/A码。然而，由于数据位仅每20毫秒发生一次，接收机仍然需要解决数据位发生在哪个1毫秒间隔内并且精确设置接收机时间。
一个常规的数据位同步过程单独处理每个被跟踪的SV，并使用接收到的位的样本(例如从5直到200)。算法的成功取决于采样中位转换的实际次数——也就是，相邻位具有相反极性的概率。通过观察，长期来看这种概率大约50％。也即，大约50％的时间，下一位将具有与当前位相同/不同的极性。然而，在使用相对较短的样本的情况下，这种长期平均值不可信。这种算法的性能取决于采样中位转换的实际概率。注意正位的数目与负位的数目没有实际意义，只与位转换有关系。
算法对整个采样中的20个1毫秒I和Q相关值求和，然后将积分时间偏移1毫秒并重复这个过程，然后将积分偏移2毫秒、3毫秒，等等，直到19毫秒。在这个过程的最后，得到每20毫秒加和的幅值Vn(n＝0到19)。
该过程在连续的20毫秒周期上重复，并且各个和Vn被累加直到某个和Vn中的一个与其他的相比满足预定的标准。更特别的，这些和中的一个，例如V0，保证精确跨越1个位周期。剩下的，V1到V19，在2个位周期的部分上已进行积分，因此位转换更可能已经相互消除。
这方面更详细的举例说明是在图5A和5B。在每20毫秒周期上的对于偏移0...19毫秒的积分是一个相干积分过程(在I和Q中都是)。为了获得与数据位边沿理想的毫秒对准，典型的相干过程将看到：在20毫秒周期上单独的I和Q的总和的幅值如图5A所示线性增长。注意I和Q总和可能正增长或负增长，取决于相对于输入卫星信号的载波相位，这种加或减的求和效果在在20毫秒周期结尾进行的信号幅值计算中通过函数sqrt(I2+Q2)被移除。在图5A的例子中，该幅值将持续增长直到20毫秒间隔的结尾，结果导致在该间隔的结尾产生峰值。
相比较而言，举一个不精确的位对准的例子(即，位转换发生在20毫秒间隔内)，I和Q值将停止线性增长并开始线性下降，如图5B所示。与图5A相比，因此，在20毫秒间隔的结尾，该幅值将比最大值小。
当该概率超过某个阈值，也就是这些和中的一个(即，V0)对应于数据位的1毫秒C/A偏移位置时，该过程停止并且数据位同步已经实现。该概率能够表达为虚警概率Pfa或者判决概率Pd。成功的数据位同步的常规测量是当Pfa＜10-4时。在对于所有被跟踪的SV都实现数据位同步之后，帧同步可以开始，并且可以执行最终的导航。
上述传统的数据位同步过程存在一个问题：对一个或多个SV，Pfa达到小于10-4需要花费许多秒，特别是在弱信号环境中(例如，对于载波噪声比(CNO)小于20dB-Hz的情形，长达8秒钟)。同时，一些GPS应用(例如，用于GSM手持终端)，要求快速的首次定位时间(time-to-first-fix，即，TTFF)(例如，参见GSM手持终端的3GPP标准)。在这种情形下，整个时间序列必须被优化，并且一般要求位同步发生在少于2秒内。
按照一个方面，在某些关于时间和/或位置的先验信息已知的情况下(例如网络辅助或粗略辅助情况)，本发明通过在位同步计算中允许更高的Pfa(例如，10-2)，加速位同步过程。按照另一方面，本发明在位同步运算中将卫星组合在一起(改善灵敏度和速度)。
需要注意的是本发明进一步加速了图2所示的整个流程。同步自由导航主要指的是跳过帧同步步骤(步骤208)。这里所述的本发明涉及加速位同步步骤206，同样对同步自由导航开或关的情况均可以起到加速作用。实际来说，当关掉同步自由导航时，改进的位同步速度和灵敏度有助于恢复性能(速度和灵敏度)，而对于同步自由导航的情况，同样也有改进。本发明因此既可以用于同步自由导航打开的情形，也可以用于加速同步自由导航关闭的情形。
需要进一步注意的是本发明的所有方面可以一般地适用于卫星之间的未知时间偏移量大约小于以1毫秒为模的半毫秒的不确定性的任何情形中。这意味着只要时间偏移量对于所有的卫星均相似，时间偏移量就可以比较大(如由网络定时或者接收机RTC、实时时钟提供的)。第二个标准是要知道的位置好于大约150公里(按照光速0.5毫秒)。对于GSM网络中的网络辅助，这种定位辅助误差一般小于30公里。GSM中网络辅助情况一般被称为粗略辅助操作(因为通过网络给出时间误差小于2秒并且位置误差小于30km)。
本发明可应用的另一个重要情况是所熟知的“热”启动。“热”指接收机最近开机过(例如，过去1小时内)但已经关机并且使用RTC电路保持时间。当电源重新打开，接收机已经有一些上次打开时的星历数据(注意：这是没有网络辅助的情形)。那么由于RTC的精度，现在时间已经漂移，并且基于假定的用户运动模型(例如，假设最大运动50米/秒)，估算位置误差。时间精度偏移对于所有的卫星均相同，并且只要假定的位置误差模型漂移不超过大概0.5毫秒(150公里)，本发明描述的技术就可以使用。本发明的技术也可以应用在更准确的辅助信息可用的情况。
仍需进一步注意的是，依照一些方面，本发明的技术可以克服发生在诸如同步自由导航的某些方法中的、由卫星运动产生的误差。具体地，假设星历信息对每个被跟踪的卫星已知(这是粗略辅助GSM和热启动的情形)，并且大概的位置固定(例如，小于30公里)。进一步假设时间偏移是2秒。卫星相对用户的最大运动是大约1公里/秒或者1米/毫秒，因此如果时间已知在2秒内，那么卫星位置也已知在大约2公里误差范围内。当卫星位置用于位置确定时，误差被乘以位置精度衰减因子(position dilution of precision，PDOP)。PDOP是卫星几何对位置确定精度的影响。在最差情况下，所有的卫星位于空间上同一点，那么伪距上的任何误差将导致无限的位置确定误差，因为方程式是不清楚的。PDOP一般为3，因此由于每个卫星的时间不确定性产生的误差大约是3米/毫秒。该时间误差可以通过正确的位同步和帧同步避免，使得卫星之间的时间误差为0。这里详细描述的位同步算法，通过假设建立的第一个位同步对于所有其他的卫星是正确的(假设以1毫秒为模，解缠已知用户到卫星的距离)或者使用多个卫星来计算位同步，使得位同步误差在所有的卫星之间都相同。如果位同步对所有的卫星有1毫秒的错误，那么其在导航方程中变成接收机时间偏移常量，并不引起导舷误差。
一般来说，如图3所示，按照本发明的实施例，弱数据位同步器300包括单独的SV位同步模块302-1到302-4，组合的SV位同步模块304，和位同步检测器306。在操作中，数据位同步器300使用两个不同的Pfa阈值。单独的SV位同步模块302-1到302-4使用传统的高Pfa阈值，而组合的SV位同步模块304使用较低的Pfa阈值。检测器306将检测何时弱位同步首先触发，并且第二位同步阈值将继续改进结果，但这对初始的导航并不必要。
在实施例中，单独的SV位同步模块302-1到302-4运行上述的位同步算法。同时，对20×1毫秒功率求和中的每一个，组合的位同步模块304将各卫星的功率和相加。多个卫星的功率和然后被用来使用较低的Pfa阈值(例如，10-2)进行位同步判决。需要注意的是较低的Pfa不是必须的，而是多卫星组合也能用于在维持较高的阈值的同时提高性能，因此发明并不局限于此例。
在下面将要详细描述的实施例中，组合的位同步模块304使用来自所有被跟踪的SV的信息执行组合的位同步计算。然而，其他的实施例也是可能的。例如，如果每个卫星的CNO没有在给定的阈值(例如，彼此大约3dB)内，模块304可基于每个卫星的CNO使用一个优化的组合算法。例如，如果2颗卫星的CNO＝21dB-Hz，并且另外2颗卫星的CNO＝15dB-Hz，那么最佳的组合是基于21dB-Hz的2颗卫星，而15dB-Hz的两颗卫星不宜用于多卫星组合位同步算法。其他的组合也是可能的。例如，单一的高CNO卫星在粗略辅助情况下，可用于为所有的卫星设置位同步。在任何情况下，模块304在所有20个可能的毫秒偏移中形成组合的位同步功率和。
需要注意的是，按照发明的各方面，这里的位同步算法仅需要如图3所示的4个SV就能完成同步，而不是一些其他应用中要求的5个或更多。然而，这也不是必然的，发明也可以用附加的SV来实施。
图4说明了组合的SV位同步模块304的检测方法的示例。
每20毫秒，每个单独的SV位同步模块302-s(s＝1，2，3，4)提供了20个1毫秒和Vns的集合，如下所示：
I＝∑Ik(k＝1...20)
Q＝∑Qk(k＝1...20)
V ns = I 2 + Q 2 , ( n = 0 . . . 19 )
步骤S402中，模块304从模块302接收对于给定的20毫秒周期的和Vns的全集。
步骤S404中，在对功率和求和之前，模块304通过调整每个卫星信号转换时间，将来自不同卫星的功率和在时间上对准。转换时间得自卫星的位置(通过星历信息获知)与用户位置(从粗略辅助系统获知)之间的差。
更具体地，除此之外，本发明还认识到，粗略辅助系统(例如，GSM网络辅助应用)提供大约30km内的用户位置(即，Xu，Yu，Zu)，并且还提供所有卫星的星历(即，Xs，Ys，Zs)。还存在一个±2秒的时间不确定度，因此位同步和帧同步在非同步自由导航情形下，被要求将时间分辨为好于1毫秒。在这种情形下，可计算所有被跟踪的卫星的伪距PR：
PRs＝SQRT((Xs-Xu)2+(Ys-Yu)2+(Zs-Zu)2)其中s＝1，2，3，4
然后容易地获得每个卫星信号的转换时间：Ts＝PRs/c，其中c是光速(约3×108米/秒，或者约300公里每毫秒)。需要注意的是，电离层效应可单独考虑，但一般不大(小于100米)。同时，诸如多普勒的参数与相对位置变化相关，所以作为卫星位置误差考虑，因为卫星已移动。
每个卫星的时间可以容易地以毫秒对准，例如对来自第一个卫星SV1的：
ΔT2＝(T2-T1)/1msec+余数2
ΔT3＝(T3-T1)/1msec+余数3
ΔT4＝(T4-T1)/1msec+余数4
为了对准功率和的目的，仅仅考虑偏移的1毫秒部分，并且余数部分忽略。
显而易见的，对于步骤S404的第一次迭代，由于每个SV的转换时间的不同，在为第一组20毫秒时间周期的进行的对准发生之前，可能需要为每个卫星获取多于一组的和Vns。在时间对准功率和之后，对于每个n＝0...19，组合的1毫秒和Vn可以对来自SVs(s＝1到4)的所有Vns求和获得：
Vn＝∑Vns
在步骤S406中，这些新的和Vn与来自先前20毫秒周期的任何先前的和Vn分别累加在一起。
同传统过程相似，各个和Vn在相继的20毫秒周期上累加，直到其中的一个和Vn与其他相比满足预定的标准。更具体地，如步骤S408中所示，确定其中的一个和，例如V0，对应于数据位的1毫秒C/A偏移位置的概率。还与传统过程相似的是，该概率也可被表达为虚警概率Pfa。
在实施例中，在步骤408中，作为具有最高累加值的相应的1毫秒功率和(例如，V0)和具有次高累计值的相应的1毫秒功率和(例如，V1或V19)之间差的函数确定Pfa。虽然图4显示步骤S408在每次迭代中均被执行，但应理解的是实际中并不必要。例如，最高峰(例如，V0)的阈值或者最高峰值与次最高峰值的阈值比可从仿真中得出(可能在存在噪声、频率偏移等的情况下)。这种仿真的一个示例结果是Vn的阈值Pthreshold，其中Pthreshold是通过仿真确定的以给出可接受的Pd和Pfa，这种情况下Pfa＜10-2。本领域技术人员将熟知各种仿真方法和技术，均可用来为任何合适的应用确定Pthreshold。此外，本领域技术人员将理解怎样运行与传统的技术中的仿真相类似的这些仿真，但选择导致产生显著减弱的Pfa的阈值，或者基于通过本说明书所教导的多卫星组合可获得的提高的信号能量选择不同阈值。
在步骤S410中，累加的组合功率和的峰值Vn(例如，V0)，同预先确定的阈值相比较，例如上述的Pthreshold。如果该功率值等于或者超过该阈值，则如步骤S412中所示，弱数据位同步已完成。这种情况与关于在20毫秒C/A码中数据位的确定位置的信息一起被报告给位同步检测器306。
图6说明了整个位同步求和(对多个位进行sqrt(I2+Q2)求和，所示情况为200位)的示例结果。结合图4所描述的位同步算法的一个示例实现是：选取对应于图6的峰值的1毫秒间隔，并将其累加值与预先确定的阈值Pthreshold比较。另外的或作为替代的，峰值与次峰值的比率可以被检查，这有效地检查是否已经有足够的数据转换(如果没有数据转换发生，图6中在0...19上会是平坦的)。
回到图4，如果同步尚未完成，下一个20毫秒周期的处理在步骤S414中继续，直到超过预先确定的阈值。
回到图3，如上面所讨论的，当模块304检测到弱数据位同步时，这被报告给位同步检测器306，位同步检测器306提供有关弱数据位同步(例如，高Pfa的数据位同步)的信号给后续的处理。同时，进一步的处理可由每个SV位同步模块302执行，直到它们分别为具有较低Pfa(例如，小于10-4)的各个SV信号确定数据位同步。
虽然在弱数据位同步之后总有一些概率出现位同步错误，这种情况下，位同步错误引起≈3×N米的定位误差(其中N＝1...10)，如上所述，由于卫星的运动导致的最大误差约30米。
尽管这里参考优选的实施例对本发明进行了特别描述，但对本领域普通技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围情况下，可以进行形式和内容上的变化和修改。希望后附的权利要求包括了这些变化和修改。

Claims (26)

1.一种用于在定位系统中同步信号的方法，该方法包括：
对于信号中的第一信号，累加在多个时间偏移处的各个第一功率值；
对于信号中的第二信号，累加在所述多个时间偏移处的各个第二功率值；
时间对准所述第一和第二信号；
在时间对准后，组合累加的在所述多个时间偏移处的第一和第二功率值；
识别在所述多个时间偏移中的一个时间偏移处的组合功率峰值；以及
确定该组合功率峰值是否对应于成功的同步。
2.如权利要求1所述的方法，其中该多个时间偏移是对应于GPS信号中的20毫秒数据位间隔的20个1毫秒的间隔。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二功率值分别对应于得自于所述第一和第二信号的组合的I和Q值。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述时间对准的步骤包括：
确定所述第一和第二信号的各自传送时间的差；
基于所确定的差，对准所述第一和第二信号的所述多个时间偏移。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述时间对准的步骤包括：
获得所述第一和第二信号的各自发射机的估计位置；
获得所述第一和第二信号的公共接收机的估计位置；
基于获得的这些估计位置，确定所述第一和第二信号的各自传送时间的差；
基于所确定的差，对准所述第一和第二信号的所述多个时间偏移。
6.如权利要求5所述的方法，其中所估计的位置是从网络获取的。
7.如权利要求5所述的方法，其中各自的发射机由各自的卫星飞行器携带。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
识别所述信号的信号质量；
在组合步骤之前，基于识别出的信号质量，从信号中选择所述第一和第二信号。
9.一种用于在定位系统中同步信号的方法，该方法包括：
接收估计的位置信息和估计的时间，其中所述估计的位置信息包括所述信号中的两个或更多个信号的估计的公共接收机位置和估计的各自发射机位置；
组合所述信号中的所述两个或更多个信号的在多个对准的时间偏移处的各个功率值；
识别该多个时间偏移中的一个时间偏移处的功率峰值；
确定该功率峰值是否对应于成功的同步，
其中如果接收到的估计的位置信息和估计的时间在各自预定不确定度范围内，使用较低的成功阈值。
10.如权利要求9所述的方法，其中该多个时间偏移是对应于GPS信号中的20毫秒数据位间隔的20个1毫秒的间隔。
11.如权利要求9所述的方法，其中功率值对应于得自所述信号的组合的I和Q值。
12.如权利要求9所述的方法，其中所述信号包括第一和第二信号，该方法进一步包括，在组合所述信号中的所述两个或更多个信号的在多个对准的时间偏移处的各个功率值的步骤之前：
确定从所述第一和第二信号的各自的发射机到所述第一和第二信号的公共接收机的所述第一和第二信号的各自传送时间的差；
基于所确定的差，对准所述第一和第二信号的所述多个时间偏移。
13.如权利要求9所述的方法，其中所述信号包括第一和第二信号，该方法进一步包括，在组合所述信号中的所述两个或更多个信号的在多个对准的时间偏移处的各个功率值的步骤之前：
从估计的位置信息中获得所述第一和第二信号的各自发射机的估计位置；
从估计的位置信息中获得所述第一和第二信号的公共接收机的估计位置；
基于获得的这些估计的各自发射机和公共接收机位置，确定所述第一和第二信号的各自传送时间的差；
基于所确定的差，对准所述第一和第二信号的所述多个时间偏移。
14.如权利要求13所述的方法，其中该估计的位置是从网络获取的。
15.如权利要求13所述的方法，其中该估计的位置是从存储的信息中获取的，该信息是在所述公共接收机的“热”启动中获取的。
16.一种用于在定位系统中同步信号的方法，该方法包括：
对于所述信号中的第一信号，累加在多个时间偏移处的各个第一功率值；
识别在该多个时间偏移中的一个时间偏移处的第一功率峰值；以及
确定该第一功率峰值是否对应于该第一信号的成功的同步；
对于所述信号中的第二信号，累加在该多个时间偏移处的各个第二功率值；
时间对准所述第一和第二信号；
在时间对准之后，组合在该多个时间偏移处的累加的第一和第二功率值；
识别在该多个时间偏移中的一个时间偏移处的组合功率峰值；以及
确定该组合功率峰值是否对应于组合信号的成功同步，
其中，该组合信号成功的阈值低于该第一信号成功的阈值。
17.如权利要求16所述的方法，其中该多个时间偏移是对应于GPS信号中的20毫秒数据位间隔的20个1毫秒的间隔。
18.如权利要求16所述的方法，其中该第一和第二功率值分别对应于得自所述第一和第二信号的I和Q值。
19.如权利要求16所述的方法，其中时间对准的步骤包括：
确定从所述第一和第二信号各自的发射机到所述第一和第二信号的公共接收机的所述第一和第二信号的各自传送时间的差；
基于所确定的差，对准所述第一和第二信号的所述多个时间偏移。
20.如权利要求16所述的方法，其中时间对准的步骤包括：
获得所述第一和第二信号的各自发射机的估计位置；
获得所述第一和第二信号的公共接收机的估计位置；
基于获得的这些估计位置，确定第一和第二信号的各自传送时间的差；
基于所确定的差，对准所述第一和第二信号的所述多个时间偏移。
21.如权利要求20所述的方法，其中该估计位置是从网络获取的。
22.一种用于在定位系统中同步信号的方法，该方法包括：
通过组合所述信号中的两个或更多个信号中的在多个对准的时间偏移处的累加的功率值，并且识别位于所述多个对准的时间偏移中的一个时间偏移处的组合功率峰值并将其与一个低成功阈值相比较，同步到所述信号中共同的20毫秒数据位间隔；并且
通过在所述信号中的一个信号中识别位于多个单个的时间偏移中的一个时间偏移处的单个功率峰值并将其与较高的成功阈值相比较，同步到所述信号中的所述20毫秒数据位间隔。
23.一种执行权利要求1所述方法的装置。
24.一种执行权利要求9所述方法的装置。
25.一种执行权利要求16所述方法的装置。
26.一种执行权利要求22所述方法的装置。
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