CN104656105B - 用于卫星导航时钟校准的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于卫星导航时钟校准的系统和方法。卫星导航系统包括：定时部件，被配置为确定用于时钟校准的计数周期；计数器网络，被配置为在计数周期期间确定与本地时钟关联的本地时钟周期的第一数目并在计数周期期间确定与外部时钟关联的外部时钟周期的第二数目；和处理器，被配置为至少部分地基于本地时钟周期的第一数目和外部时钟周期的第二数目执行对本地时钟的校准。

Description

用于卫星导航时钟校准的系统和方法

相关申请的交叉引用

本公开要求2013年11月19日提交的美国临时专利申请号61/906,184的优先权并得益于此，其全部内容通过参考合并于此。

技术领域

本专利文件中描述的技术大体涉及基于卫星的导航，并且更加尤其涉及用于卫星导航的时钟校准。

背景技术

基于卫星的导航系统被广泛使用。全球导航卫星系统(GNSS)包括全球定位系统(GPS)(美国)、GLONASS(俄罗斯)、Galileo(欧洲)、和COMPASS(中国)。GNSS通常涉及多个绕地球轨道的卫星，并且多个卫星形成卫星的星群。每个卫星周期性发射导航消息，该消息能够由GNSS接收器接收并使用，以导出位置、速度、和/或时间。例如，GPS导航系统能够获得并追踪GPS卫星信号，以便能够在几个卫星和GPS接收器之间进行测距，以便计算接收器的位置。获取性能的量度是首次定位时间(TTFF)。TTFF可以取决于接收器对接收器本地定时系统内的GPS时间的先前先前估算的准确度。

电子器件(例如，移动式电话、平板计算机、照相机等)通常包括GPS接收器。不同的时钟可以用于这种电子器件中的不同功能模块。例如，用于GPS接收器的时钟对应GPS接收器的本地时钟，而其他时钟可以对应与GPS接收器相对的外部时钟。GPS接收器的本地时钟提供参考频率源，以便生成本地载波，其被用于在射频(RF)前端中的GPS信号降变换和在基带中的GPS信号混合。

发明内容

按照本文中上述的教导，提供用于时钟校准的系统和方法。卫星导航系统包括：定时部件，被配置为确定用于时钟校准的计数周期；计数器网络，被配置为在计数周期期间确定与本地时钟关联的本地时钟周期的第一数目并在计数周期期间确定与外部时钟关联的外部时钟周期的第二数目；和处理器，被配置为至少部分地基于本地时钟周期的第一数目和外部时钟周期的第二数目执行用于本地时钟的校准。

在一个实施例中，提供了用于为卫星导航系统时钟校准的方法。确定用于卫星导航系统的时钟校准的计数周期。在计数周期期间确定与卫星导航系统的本地时钟关联的本地时钟周期的第一数目。在计数周期期间确定与外部时钟关联的外部时钟周期的第二数目。至少部分地基于本地时钟周期的第一数目和外部时钟周期的第二数目为卫星导航系统的本地时钟执行校准。

在另一个实施例中，移动设备包括：一个或多个处理器；卫星导航系统；和计算机可读存储介质，其用指令编码，该指令被用于命令数据处理器执行操作。确定用于卫星导航系统的时钟校准的计数周期。在计数周期期间确定与卫星导航系统的本地时钟关联的本地时钟周期的第一数目。在计数周期期间确定与外部时钟关联的外部时钟周期的第二数目。至少部分地基于本地时钟周期的第一数目和外部时钟周期的第二数目，为卫星导航系统的本地时钟执行校准。

附图说明

图1示出显示卫星导航启动(enabled)器件的实例图表。

图2示出显示卫星导航系统的某些部件的实例图表。

图3示出显示卫星导航系统的某些部件的另一个实例图表。

图4示出了显示本地时钟信号、外部时钟信号和快照触发信号的实例图表。

图5示出显示用于时钟校准的流程图的实例图表。

图6示出显示用于时钟校准的流程图的另一个实例图表。

具体实施方式

GPS接收器的首次定位时间(TTFF)通常取决于接收器对其本地定时系统内的GPS时间的先前估算的准确度。如图1所示，当GPS接收器102(例如，在卫星导航启动装置100中)关闭时，GPS时间的估值通常用基于温度补偿晶体振荡器(TCXO)的本地时钟104维持。例如，校准时钟频率值被保存在与本地时钟104关联的存储器中以备将来使用。然而，本地时钟104的频率通常随温度和随时间变化。当接收器102开始时，存储的校准时钟频率值可能不再准确，这可能引起问题。例如，校准的时钟频率值的不准确性可能在降变换期间将频率误差引入GPS信号的多普勒频率。可能需要更大范围的多普勒频率搜索以便获取GPS信号，这可能产生长的多的TTFF。

图2示出显示卫星导航系统的某些部件的实例图表。如图2中所示，外部时钟信号202被引入卫星导航系统200(例如，GPS接收器)，并且使用外部时钟信号202和本地时钟信号204两者执行卫星导航系统200的时钟校准。例如，卫星导航系统200被包括在移动设备中(例如，智能电话、平板电脑)。该外部时钟信号202由移动设备的另一个功能模块提供，例如，由通信网络(例如，GSM/CDMA)校准的调制解调器时钟。本地时钟信号204由卫星导航系统200的本地时钟(未示出)提供。

具体地，定时部件206确定用于时钟校准的计数周期。计数器网络208在计数周期期间计数与卫星导航系统200的本地时钟信号204关联的本地时钟周期的数目，以及与外部时钟信号202关联的外部时钟周期的数目。计数器网络208在计数周期期间输出与本地时钟周期的计数数目有关的本地时钟值212，以及输出与外部时钟周期的计数数目有关的外部时钟值210。一个或多个处理器214基于本地时钟值212和外部时钟值210确定校准比率，并且使用校准比率执行对卫星导航系统200的本地时钟的校准。

图3示出显示卫星导航系统200的某些部件的另一个实例图表。如图3所示，在由定时部件206(例如，触发信号发生器)确定的计数周期期间，计数器网络208中的计数器302确定本地时钟信号204的本地时钟周期的数目，并且另一个计数器304确定外部时钟信号202的外部时钟周期的数目。

具体地，计数器302和304具有N比特宽。当本地时钟信号204的上升边沿或下降边沿到达时，计数器302使本地计数增加1。当本地计数超过2^N-1时，计数器302将本地计数重置到0。类似地，当外部时钟信号202的上升边沿或下降边沿到达时，计数器304使外部计数增加1。当外部计数超过2^N-1时，计数器304将外部计数重置到0。该处理器214生成用于时钟校准的触发命令312，并且定时部件206输出快照触发信号306，其可以与用于时钟校准的本地时钟信号304或外部时钟信号302同步。例如，如果本地时钟信号204频率比外部时钟信号202高，那么快照触发信号306与外部时钟信号202同步。如果本地时钟信号204频率比外部时钟信号202低，那么快照触发信号306与本地时钟信号204同步。当快照触发信号306的上升边沿或下降边沿到达时，开关308和310闭合(例如，接通)，并且处理器214分别通过开关308和310接收本地时钟值和外部时钟值。

图4示出了显示本地时钟信号204、外部时钟信号202、和快照触发信号306的实例图表。如图4所示，本地时钟信号204频率比外部时钟信号202低，快照触发信号306与用于时钟校准的本地时钟信号204同步。

具体地，快照触发信号306的上升边沿与本地时钟信号204的上升边沿同步(例如，在t_k)。对应本地时钟信号204的上升边沿(例如，在t_k)，计数器302将本地计数(例如，count_gps_clk(k))增加1。对应外部时钟信号202的上升边沿(例如，比t_k早)，计数器304已经使外部计数(例如，count_eclk(k))增加1。对应快照触发信号306的上升边沿，开关308和310接通，并且本地计数和外部计数的计数值(例如，count_gps_clk(k)和例如，count_eclk(k))被提供到处理器214。

快照触发信号306的下一个上升边沿到达(例如，在t_k+1)，并且与本地时钟信号204的另一个上升边沿同步。计数周期(例如，T_counting)对应快照触发信号306的两个上升边沿之间的时间周期。在计数周期期间，计数器302对应本地时钟信号204的每个上升边沿使本地计数(例如，count_gps_clk(k))增加1，并且计数器304对应外部时钟信号202的每个上升边沿使外部计数(例如，count_eclk(k))增加1。对应快照触发信号306的下一个上升边沿(例如，在t_k+1)，开关308和310再次接通，并且本地计数(例如，count_gps_clk(k))和外部计数(例如，count_eclk(k))的当前计数值被提供到处理器214。处理器214确定在不同时间t_k和t_k+1获得的本地计数的计数值之间的差异，以及在不同时间t_k和t_k+1获得的外部计数的计数值之间的差异以用于时钟校准。

例如，如下确定在不同时间t_k和t_k+1获得的本地计数的计数值之间的差异：

其中count_gps_clk表示本地计数的计数值，并且N表示计数器302和304的比特宽度。如下确定在不同时间t_k和t_k+1获得的外部计数的计数值之间的差异：

其中count_eclk表示外部计算的计数值。

如下确定本地时钟信号204的本地时钟频率：

其中f_{gps_clk}表示本地时钟信号204的本地时钟频率，f_eclk表示与外部时钟信号202关联的外部时钟频率，并且k表示对应快照触发信号306的k^th边缘的k^th快照。

在一些实施例中，当卫星导航系统200(例如，GPS接收器)与GNSS系统的一个或多个卫星通信用于定位时，卫星导航系统200的本地时钟可以由GNSS系统的系统时间校准，并且然后可以使用校准的本地时钟来校准外部时钟。例如，如下确定外部时钟信号202的外部时钟频率：

其中f′_{gps_clk}表示由GNSS系统的系统时间校准的本地时钟频率，并且f′_eclk表示由本地时钟频率校准的外部时钟频率。

举例来说，可以根据GNSD系统的系统时间来校准外部时钟。

其中gps_time表示由GNSS系统的系统时间，并且f′_eclk表示由系统时间校准的外部时钟频率。例如，该系统时间涉及本地时钟的时间。校准的外部时钟可以用于当卫星导航系统200关闭(例如，断电)时维持卫星导航时间。

本地计数和外部计数的计数值可以是整数。例如，计数周期包括许多全部本地时钟周期，同时计数周期可以包括许多全部外部时钟周期和分数外部时钟周期。外部计数的计数值可以不反映分数外部时钟周期。例如，误差不大于一个外部时钟周期。能够如下计算涉及分数外部时钟周期的本地时钟频率的频率误差：

其中Δf_{gps_clk}表示在使用外部时钟信号202校准之后的本地时钟信号204的本地时钟频率的频率误差，并且T表示计数周期的持续时间。为了减少用于本地时钟频率的频率误差，计数周期可以被选择为具有长持续时间，例如1秒。

在一些实施例中，能够如下计算涉及分数外部时钟周期的本地时钟频率的频率误差：

其中Δf_eclk表示在使用本地时钟信号202校准之后的外部时钟信号202的外部时钟频率的频率误差。

所描述的时钟校准方案仅仅是实例，并且可以为时钟校准实施变化、替换、和/或修改。在一些实施例中，快照触发信号306的上升边沿可以与用于时钟校准的本地时钟信号204的下降边沿同步。在某些实施例中，快照触发信号306的下降边沿可以与用于时钟校准的本地时钟信号204的上升边沿或下降边沿同步。在一些实施例中，如果本地时钟信号204的频率高于外部时钟信号202，那么快照触发信号306的上升边沿或下降边沿与用于时钟校准的外部时钟信号202的上升边沿或下降边沿同步。

图5示出显示用于时钟校准的流程图的实例图表。如图5所示，在502，发送快照触发命令(例如，通过一个或多个处理器214)。在504，生成快照触发信号(例如，由触发信号发生器)。接收卫星导航系统(例如，GPS接收器)的本地时钟信号和外部时钟信号。在506中，使快照触发信号的边缘(例如，上升边沿或下降边沿)与本地时钟信号和外部时钟信号之间较慢的时钟信号的边缘(例如上升边沿或下降边沿)同步。在508，为时钟校准获取并存储与本地时钟信号有关的计数值和与外部时钟信号有关的计数值。在510，使用与本地时钟信号有关的计数值和与外部时钟信号有关的计数值来校准本地时钟信号的本地时钟频率。

图6示出显示用于时钟校准的另一个流程图的实例图表。在602，确定用于卫星导航系统的时钟校准的计数周期。在604，确定在计数周期期间与卫星导航系统的本地时钟关联的本地时钟周期的第一数目。在606，确定在计数周期期间与外部时钟关联的外部时钟周期的第二数目。在608，至少部分地基于本地时钟周期的第一数目和外部时钟周期的第二数目，为卫星导航系统的本地时钟执行校准。

所写的描述使用实例公开本发明，包括最佳方式，以及使得本领域技术人员能够进行并使用本发明。本发明可取得专利权的范围可以包括本领域技术人员想到的其他实例。然而，也可以使用其他执行，诸如固件乃至适当设计的硬件，这些硬件被配置为实施本文中所述的方法和系统。例如，本文中所述的系统和方法可以在独立的处理引擎中执行，作为共同处理器或作为硬件加速器。在还另一个实例中，可以在许多不同类型的计算机可读介质上提供本文中所述的系统和方法，包括计算机储存机构(例如，CD-ROM、磁盘、RAM、闪速存储器、计算机硬盘等)，其可容纳供由一个或多个处理器运行中使用的指令(例如，软件)，以实行本方法的操作并实现本文中所述的系统。

Claims (18)

1.一种卫星导航系统，包括：

定时部件，被配置为确定用于时钟校准的计数周期；

计数器网络，包括：

本地时钟计数器，被配置为在所述计数周期期间确定与所述卫星导航系统的本地时钟关联的本地时钟周期的第一数目以及

外部时钟计数器，被配置为在所述计数周期期间确定与外部时钟关联的外部时钟周期的第二数目；和

处理器，被配置为：

确定与所述本地时钟周期的第一数目关联的本地时钟值；

确定与所述外部时钟周期的第二数目关联的外部时钟值；以及

将校准比率确定为等于所述本地时钟值除以所述外部时钟值以用于所述本地时钟的时钟校准。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述定时部件包括：

触发信号发生器，被配置为生成第一触发信号和第二触发信号，所述第一触发信号对应所述计数周期的开始，第二触发信号对应所述计数周期的结束。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述触发信号发生器进一步被配置为响应于来自所述处理器的一个或多个命令而生成所述第一触发信号和所述第二触发信号。

4.根据权利要求2所述的系统，其中：

所述触发信号发生器进一步被配置为，响应于与所述本地时钟关联的本地时钟频率高于与所述外部时钟关联的外部时钟频率，在第一时间生成所述第一触发信号的第一边沿，与所述外部时钟关联的外部时钟信号的第二边沿在所述第一时间出现；和

所述触发信号发生器进一步被配置为，响应于所述外部时钟频率高于所述本地时钟频率，在第二时间生成所述第一触发信号的第三边沿，所述外部时钟信号的第四边沿在所述第二时间出现。

5.根据权利要求4所述的系统，其中：

所述第一边沿对应上升边沿或下降边沿；

所述第二边沿对应上升边沿或下降边沿；

所述第三边沿对应上升边沿或下降边沿；和

所述第四边沿对应上升边沿或下降边沿。

6.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述本地时钟计数器具有N比特宽度；和

所述本地时钟值在0到2^N-1的范围中。

7.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述外部时钟计数器具有N比特宽度；和

所述外部时钟值在0到2^N-1的范围中。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器进一步被配置为将所述本地时钟的本地时钟频率确定为与所述校准比率和所述外部时钟的外部时钟频率的乘积成比例。

9.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述校准比率被提供用于所述外部时钟的校准；和

将所述外部时钟的外部时钟频率确定为与所述本地时钟的本地时钟频率除以所述校准比率成比例。

10.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述本地时钟包括温度补偿晶体振荡器；和

所述外部时钟包括与通信网络关联的调制解调器时钟。

11.一种用于卫星导航系统的时钟校准方法，所述方法包括：

确定用于卫星导航系统的时钟校准的计数周期；

在所述计数周期期间确定与所述卫星导航系统的本地时钟关联的本地时钟周期的第一数目；

在所述计数周期期间确定与所述本地时钟周期的第一数目关联的本地时钟值；

在所述计数周期期间确定与外部时钟关联的外部时钟周期的第二数目；

在所述计数周期期间确定与所述外部时钟周期的第二数目关联的外部时钟值；

将校准比率确定为等于所述本地时钟值除以所述外部时钟值；和

至少部分地基于所述校准比率执行针对所述卫星导航系统的所述本地时钟的校准。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

生成第一触发信号和第二触发信号，所述第一触发信号对应所述计数周期的开始，所述第二触发信号对应所述计数周期的结束。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述生成第一触发信号和第二触发信号包括：

响应于与所述本地时钟关联的本地时钟频率高于与所述外部时钟关联的外部时钟频率，在第一时间生成所述第一触发信号的第一边沿，与外部时钟关联的外部时钟信号的第二边沿在所述第一时间出现；和

响应于所述外部时钟频率高于所述本地时钟频率，在第二时间生成所述第一触发信号的第三边沿，所述外部时钟信号的第四边沿在所述第二时间出现。

14.根据权利要求13所述的方法，其中：

所述第一边沿对应上升边沿或下降边沿；

所述第二边沿对应上升边沿或下降边沿；

所述第三边沿对应上升边沿或下降边沿；和

所述第四边沿对应上升边沿或下降边沿。

15.根据权利要求11所述的方法，其中至少部分地基于所述本地时钟周期的第一数目和所述外部时钟周期的第二数目执行针对所述卫星导航系统的所述本地时钟的校准包括：

将所述本地时钟的本地时钟频率确定为与所述校准比率和所述外部时钟的外部时钟频率的乘积成比例。

16.根据权利要求11所述的方法，还包括：

至少部分地基于所述校准比率来执行所述外部时钟的校准。

17.根据权利要求16所述的方法，其中将所述外部时钟的外部时钟频率确定为与所述本地时钟的本地时钟频率除以所述校准比率成比例。

18.一种移动设备，包括：

一个或多个处理器；

卫星导航系统；和

计算机可读存储介质，其被编码有用于命令所述一个或多个处理器执行以下操作的指令：

确定用于所述卫星导航系统的时钟校准的计数周期；

在所述计数周期期间确定与所述卫星导航系统的本地时钟关联的本地时钟周期的第一数目；

在所述计数周期期间确定与所述本地时钟周期的第一数目关联的本地时钟值；

在所述计数周期期间确定与外部时钟关联的外部时钟周期的第二数目；

在所述计数周期期间确定与所述外部时钟周期的第二数目关联的外部时钟值；

将校准比率确定为等于所述本地时钟值除以所述外部时钟值；和

至少部分地基于所述校准比率执行针对所述卫星导航系统的本地时钟的校准。