CN105723241B - 使用有向天线的高敏感度gps设备 - Google Patents

使用有向天线的高敏感度gps设备 Download PDF

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Abstract

各环境中存在的弱GPS信号的有效使用使电子设备能够在这样的环境中定点其位置。电子设备使用天线来执行多个方向上的全球定位系统(GPS)信号的顺序扫描。电子设备进一步分析从该多个方向进行扫描获得的GPS信号以确定所获取的提供GPS信号的GPS卫星的数量。GPS信号包括所获取的GPS卫星的码相位。在所获取的GPS卫星的数量满足阈值时，电子设备随后基于所获取的GPS卫星的码相位来计算该电子设备的位置。

Description

使用有向天线的高敏感度GPS设备
背景
配备全球定位系统(GPS)接收机的电子设备可依赖于由多个GPS卫星传送的信号来确定该电子设备的位置。GPS卫星信号中的每一者可以用标识卫星信号的源卫星的因卫星而异的编码来传送。GPS接收机可通过以下方式来计算电子设备的位置：标识进行广播的GPS卫星、解码卫星信号、并且对从经解码的信号中提取的数据执行一系列计算。
在一些情况下，电子设备的GPS接收机在获取GPS卫星信号时可能遇到困难。例如，与环境中存在的背景射频噪声相比，由GPS卫星传送的GPS信号可能相对很弱。此外，GPS信号可能被地形特征(如建筑物和自然形成物)阻隔或反射。例如，建筑物结构(如天花板和屋顶)可衰减GPS信号，从而导致GPS信号在室内环境中的损失。GPS接收机放大弱GPS信号的能力可能受限，因为任何放大也可能将环境中存在的背景射频噪声放大。因此，电子设备可能被迫退后到辅助地理定位技术，如蜂窝通信信号三角测量、惯性位置逼近、使用Wi-Fi签名、或使用调频(FM)无线电信号来确定电子设备的位置。
概述
本文描述了以下技术：使用电子设备的高增益有向天线以在数个时间区间期间在多个方向上获取来自GPS卫星的GPS信号，并将这些GPS信号相组合以确定电子设备的位置。高增益有向天线可包括能够连贯地获得来自多个方向的GPS信号的多个天线元件。所获得的GPS信号可以是不包括由常规GPS导航单元使用以计算位置的可解码定位数据(如时间戳或星历数据)的部分信号。相反，本技术可以使用(在多个时间区间期间从足够数量的卫星获取的)部分GPS信号的码相位来计算位置。
在至少一个实施例中，电子设备使用天线来在多个方向上执行顺序扫描以寻找GPS信号。电子设备进一步分析从该多个方向获得的GPS信号以确定所获取的GPS卫星的数量。GPS信号提供所获取的GPS卫星的码相位。在所获取的GPS卫星的数量满足阈值时，电子设备基于所获取的GPS卫星的码相位来计算该电子设备的位置。
因此，本技术使配备GPS定位器的电子设备能够使用受GPS信号衰减影响的室内环境或其他环境中存在的弱GPS信号。使用弱GPS信号的能力可以使电子设备能够运行(否则不能有效地运作的)位置管理应用。例如，这样的应用可包括导航应用、清单应用、个人跟踪应用，等等。使用经衰减的GPS信号查明位置的能力在辅助位置信息源(例如，蜂窝通信信号Wi-Fi签名、FM信号，等等)不可用的情况下可能尤其有用，或被用来提供地面真值以剖析空间来启用辅助位置解决方案。
提供本概述是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。
附图简述
参考附图来描述具体实施方式。在附图中，附图标记最左边的数字标识该附图标记首次出现的附图。在不同的附图中使用相同的附图标记来指示相似或相同的项。
图1是解说用于使用高增益有向天线来获取GPS信号以使得GPS信号可被用来确定位置的示例方案的框图。
图2是示出包括获取GPS信号的高增益有向天线和使用GPS信号来确定位置的GPS定位器的电子设备的示例组件的说明性示图。
图3是解说用于使用通过高增益有向天线获取的多个GPS信号来确定位置的示例过程的流程图。
图4是解说用于确定在一时间区间期间获取的卫星的数量的示例过程的流程图，在该时间区间期间高增益有向天线被定向在特定方向上。
详细描述
本文描述了用于使用电子设备的高增益有向天线以在数个时间区间期间在多个方向上获取来自GPS卫星的GPS信号，并将这些GPS信号相组合以确定电子设备的位置。高增益有向天线可包括能够连贯地获得来自多个方向的GPS信号的多个天线元件。所获得的GPS信号可以是不包括由常规GPS导航单元使用以计算位置的可解码定位数据(如时间戳或星历数据)的部分信号。相反，本技术可以依赖于(在多个时间区间期间从足够数量的卫星获取的)部分GPS信号所指示的码相位信息来计算位置。
在各实施例中，电子设备的高增益有向天线可被该电子设备的GPS定位器定向到特定方向。GPS定位器可以在该特定方向上扫描部分GPS信号达预定时间区间。该特定方向可以是半球内的任何方向。在至少一个实施例中，预定时间区间可具有数百毫秒的历时长度。一旦GPS定位器获得了该特定方向上的部分GPS信号，GPS定位器就可确定所获得的部分GPS信号是否来自足够数量的GPS卫星。如果部分GPS信号来自足够数量的GPS卫星，则GPS定位器可以使用在部分GPS信号中捕捉的GPS卫星的码相位来计算位置。
然而，如果GPS定位器确定部分GPS信号来自不足数量的GPS卫星，则GPS定位器可以将高增益有向天线重定向以扫描不同方向上的GPS信号。GPS定位器可以获得这一第二方向上的部分GPS信号。GPS定位器可随后再评估在第一和第二方向处获取的部分GPS信号的组合是否来自足够数量的GPS卫星。如果部分GPS信号来自足够数量的GPS卫星，则GPS定位器可以使用在部分GPS信号中捕捉的GPS卫星的码相位来计算电子设备的位置。否则，GPS定位器可以将高增益有向天线再次重定向以扫描另一方向上的GPS信号。GPS定位器可以重复高增益有向天线的重定向以扫描GPS信号，直至获得了来自足够数量的GPS卫星的码相位以计算电子设备的位置。
在一些情况下，因为电子设备使用高增益有向天线来获取GPS信号，所以电子设备的GPS定位器可以抗局部GPS信号干扰。根据各实施例的用于使用电子设备的高增益有向天线以获取来自GPS卫星的GPS信号并基于GPS信号来确定电子设备的位置的技术的各示例在下文参考图1-4来描述。
示例方案
图1是解说用于使用高增益有向天线来获取GPS信号以使得GPS信号可被用来确定位置的示例方案100的框图。示例方案100可包括GPS卫星102(1)-102(N)。GPS卫星102(1)-102(N)可包括与卫星导航系统相关联的任何卫星。GPS卫星102(1)-102(N)可传送对地理空间定位有用的GPS信号。例如，GPS信号可以与时间戳信息、星历数据、历书信息等等编码在一起。此外，GPS卫星102(1)-102(N)中的每一者可由GPS卫星所广播的卫星标识码(如粗/获取(C/A)码模式)来唯一地标识。在各实施例中，卫星导航系统可以使由美国运营的NAVSTARGPS、由俄罗斯联邦运营的格洛纳斯(GLONASS)、由欧盟运营的伽利略全球导航卫星系统(GNSS)、由中国运营的北斗导航卫星系统(BDS)、或任何其他卫星导航系统。
电子设备104可以配备天线106和GPS定位器108。电子设备104可以使台式计算机、平板计算机、膝上型计算机、智能电话、游戏控制台、个人数字助理(PDA)、便携式GPS导航单元，等等。天线106可以是可由GPS定位器108操纵以顺序地指向多个方向的高增益有向天线。例如，天线106可以由GPS定位器108来电子地或机械地瞄准。在一些实施例中，天线106可包括天线元件的阵列。天线元件中的每一者可以是被配置成接收来自窄空间区的RF信号(如GPS信号)的有向天线元件。在一些情况下，天线元件可被机械地操纵以定向在不同方向上，以接收来自这些方向的GPS信号。
例如，天线106可以是具有10x10平方英寸的尺寸的平面天线，其中存在16个4x4网格的16个天线元件。该平面天线可被设计成以12.3分贝(dBi)增益来接收1575.42兆赫兹(MHz)的RF信号。该平面天线可具有35°半功率束宽，侧射角(broadside angle)为0°±0.5°。该平面天线可配备在GPS定位器108的引导下定向或重定向该平面天线的电伺服马达。
在其他情况下，天线106的天线元件可以经由电信号来被相移，使得GPS信号接收在特定方向上被加强且在其他方向上被抑制。换言之，天线106的天线元件的相移可通过改变天线106的辐射模式来定向或重定向天线106，而无需天线106的任何物理移动。在附加实施例中，天线106可以是其他有向设计，只要该有向天线可被选择性地定向以顺序地扫描来自不同方向的GPS信号。例如，天线106可以是但不限于碟式反射器天线、缝隙天线、Yagi天线、号角天线、波导天线、Vivaldi天线、具有圆形天线元件的平面天线、螺旋天线、双极阵列天线、折纸天线，等等。
高增益有向天线106可以提供比常规GPS导航单元上使用的全向天线高级的GPS信号获取。常规GPS导航单元的全向天线可具有在所有方向上均匀的天线增益，因为全向天线被设计成同时接收来自天空中多个GPS卫星的GPS信号。然而，因为全向天线牺牲了信号增益来换取宽信号接收覆盖，所以全向天线在GPS信号被衰减时可能是低效的。因而，致使常规GPS导航单元在室内环境中是无用的。
在操作中，GPS定位器108可以将天线106定向到特定方向，以使得GPS定位器108可以扫描该特定方向上的GPS信号达预定时间区间。在至少一个实施例中，预定时间区间可具有数百毫秒的历时长度。由GPS定位器108获得的GPS信号110可以是缺少由常规GPS导航单元用来计算位置的可解码定位数据(如时间戳或星历数据)的部分GPS信号。然而，部分GPS信号可包括与GPS卫星的码相位有关的信息。一旦GPS定位器108获得了该特定方向上的部分GPS信号，GPS定位器108就可确定所获得的部分GPS信号110(即，数据块)是否来自足够数量的GPS卫星。如果部分GPS信号110来自足够数量的GPS卫星，则GPS定位器108可以使用在部分GPS信号110中捕捉的GPS卫星的码相位112来计算电子设备104的位置定位114。
然而，如果GPS定位器108确定部分GPS信号110来自不足数量的GPS卫星，则GPS定位器108可以将天线106重定向以扫描不同方向上的GPS信号达预定时间区间。在获取了来自新方向的GPS信号116之后，GPS定位器108可随后再评估在第一和第二方向上获取的GPS信号110和GPS信号114的组合是否来自足够数量的GPS卫星。如果部分GPS信号110和116来自足够数量的GPS卫星，则GPS定位器108可以使用在部分GPS信号110和116中捕捉的GPS卫星的码相位112来计算位置。否则，GPS定位器108可以将高增益有向天线再次重定向以扫描另一方向上的GPS信号，如GPS信号118。以此方式，GPS定位器可以重复高增益有向天线的重定向，直至获得了来自足够数量的GPS卫星的部分GPS信号以计算电子设备104的位置定位114。
示例组件
图2是示出包括获取GPS信号的高增益有向天线和使用GPS信号来确定位置的GPS定位器的电子设备104的示例组件的说明性示图。
电子设备104可包括天线106、一个或多个处理器202、用户接口204、网络接口206、以及存储器208。一个或多个处理器202可以包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微处理器、数字信号处理器等等。此外，尽管特定功能和模块在此被描述为由可在处理器上执行的软件和/或固件来实现，但是在其它实施例中，所述模块中的任何或全部模块都可以完全或部分地由硬件(例如作为ASIC、专用处理单元等)来实现以执行所描述的功能。所描述的功能可被实现为一个或多个硬件逻辑组件，如现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、程序专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)，等等。其他硬件组件可包括内部时钟、声卡、视频卡、相机、设备接口、运动传感器、惯性传感器、邻近度传感器、指南针，等等。电子设备104的用户接口204可包括但不限于以下各项中的一者或多者的组合：键区、键盘、鼠标设备、接受手势的触摸屏、话筒、话音或语音识别设备、以及任何其他合适的设备或其他电子装置/软件。网络接口206可包括提供有线和/或无线通信的网络接口卡(NIC)和/或其他网络组件。
存储器208可以用诸如计算机存储介质之类的计算机可读介质来实现。计算机可读介质包括至少两种类型的计算机可读介质，即计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括但不限于，RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其它光存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储设备，或者可用于存储供计算设备访问的信息的任何其它有形介质。相反，通信介质可在诸如载波之类的已调制数据信号或其他传输机制中体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。如本文所定义的，计算机存储介质不包括通信介质。
存储器208可以存储包括GPS定位器108和应用210的软件组件。数据存储212也可使用存储器208来实现。GPS定位器108可包括天线控制模块214、卫星获取模块216、以及位置计算模块218。
天线控制模块214可以发送指导天线106指向不同方向的电信号。各方向可以是随机选择的或基于预定模式来选择。在一些实施例中，天线控制模块214所提供的电信号可以控制瞄准天线106的一个或多个伺服马达。在其他实施例中，天线控制模块214所提供的电信号可以将天线106中的天线元件阵列进行相移，使得GPS信号接收在特定方向上被加强且在其他方向上被抑制。
卫星获取模块216可以使用天线106获得来自各方向的GPS信号。此外，卫星获取模块216可以分析GPS信号来确定GPS信号是否接收自足够数量的GPS卫星，以使位置计算模块218能计算电子设备104的位置。至少，位置计算模块218对位置的计算可依赖于获取来自至少五个GPS卫星的GPS信号。来自五个GPS卫星的GPS信号的使用由位置计算模块218用来确定位置的五个未知数来规定。前三个未知数(x、y以及z)是电子设备104在笛卡尔坐标中的三维位置。第四未知数是电子设备104的内部时钟相对于在特定方向上接收到的GPS信号的公共偏移。第五未知数是电子设备104的内部时钟相对于在特定方向上接收到GPS信号的时刻的粗时间误差。在至少一个实施例中，如果GPS信号足够强以使得卫星获取模块216能解码从GPS卫星发送的时间戳，则粗时间误差可以在位置计算中省略。
在其中卫星获取模块216不能在特定方向上定位来自五个GPS卫星的GPS信号的情况下，卫星获取模块216可以在不同方向上扫描来自附加GPS卫星的GPS信号，以此类推。卫星获取模块216可以执行这样的扫描，直至获取了来自足够数量的GPS卫星的GPS信号。然而，卫星获取模块216在新方向上的每一扫描引入了位置计算模块218必须求解才能确定位置定位114的两个新未知数。在每一扫描引入的第一新未知数是电子设备104的内部时钟相对于在新方向上接收到的GPS信号的公共偏移。第二新未知数是电子设备104的内部时钟相对于在新方向上接收到GPS信号的时刻的粗时间误差。
因此，被认为足够的GPS卫星数量和在不同方向上扫描GPS信号的次数之间的关系可被概括为方程2n+3，其中n是独立扫描的次数。这一方程产生了下表，它解说了独立扫描的次数与每一扫描所认为足够的GPS卫星数量之间的关系：
表1。针对各独立扫描足够的GPS卫星数量
独立扫描次数(n) GPS卫星数量(2n+3)
1 5
2 7
3 9
4 11
然而，卫星获取模块216可能将在不同扫描中获取的同一GPS卫星认为是不同的所获取的卫星。例如，GPS卫星“A”可在第一扫描和第二扫描两者期间被获取。在这样的示例中，GPS卫星“A”可在根据上表被认为对两次扫描足够的七个卫星中被计数两次。在以上示例中，卫星获取模块216可将GPS卫星“A”计数两次，因为GPS卫星“A”在这两个独立扫描之间在天空中移动了其位置。结果，GPS卫星“A”可被当作两个单独的卫星来用于位置计算模块218所执行的位置定位114计算。
位置计算模块218进行的位置定位114的计算还依赖于获得提供GPS卫星的码相位的GPS信号。在各实施例中，码相位是卫星获取模块216开始对来自GPS卫星的GPS信号进行采样的开始时间到接收到由GPS卫星传送的获取码模式(例如，C/A码模式)的开头的时间之间的历时。获取码模式可由GPS卫星来持续地重复。一旦被激活，卫星获取模块216就可从获取码模式中间的任意时间开始采样。因而，在卫星获取模块216获取了后续获取码模式重复的开头时，卫星获取模块216可以确定码相位。
常规GPS导航单元的信号获取时间区间一般是1毫秒的量级。这样的信号获取时间区间可能是不足的时间而不能捕捉用信号通知获取码模式的开始的重复GPS信号尖峰(即，相关尖峰)。相反，卫星获取模块216可以使用持续数百毫秒的信号获取时间区间。较长的信号获取时间区间可以使卫星获取模块216能够检测相关尖峰而非RF背景噪声中的其他噪声尖峰。这是因为GPS信号尖峰的信号强度一般比噪声尖峰的信号强度大数个数量级，使得卫星获取模块216不受噪声尖峰的混淆。卫星获取模块216在每一方向上所捕捉的GPS信号中的原始数据可被称为数据块。因此，电子设备104在静止于一位置处时接收到的GPS信号集合可包含多个数据块。卫星获取模块216可以分析每一数据块来确定提供了GPS信号的GPS卫星的数量和身份。
在各实施例中，卫星获取模块216可以使用每一数据块中的GPS信号的每一时间子区间(例如，每毫秒)的互相关矩阵。互相关矩阵的各行可包括不同多普勒频率，且各列可包括不同码相位。因此，假定C(k)表示使用第k毫秒信号的这样的矩阵，则C(k)＝[ci,j(k)]，其中ci,j是矩阵的第(i,j)个元素。
为检测相关尖峰，卫星获取模块216可以取多个相关矩阵C(1)、C(2)、……、C(n)的元素级绝对值的总和，并标识总和中的最高尖峰(即，峰值尖峰)。因此，给定|C(k)|＝|ci,j(k)|，卫星获取模块216可以计算：
随后，卫星获取模块216可以将C的最高值(例如，M1)与次最高值M2相比较。如果M1>αM2(预定α(即，阈值差))，则卫星获取模块216可以确定对应的卫星被获取，且M1的列索引可表示码相位。
在获取了来自足够数量的GPS卫星的数据块时，位置计算模块218可以计算电子设备104的位置定位114。位置计算模块218可以甚至在接收到的GPS信号很弱或间歇时计算位置定位114。弱或间歇的GPS信号可能缺少可解码定位数据，如时间戳或星历数据。相反，位置计算模块218可以使用粗时间导航技术来计算位置定位114。一般而言，粗时间导航可被表达为以下方程：
其中Pi表示距飞行时间的距离测量(使用码相位和参考位置)，(xi,yi,zi)表示卫星i在信号离开卫星i时的位置，(vxi,vyi,vzi)表示要计算的电子设备的位置。此外，ΔT表示粗时间误差，即电子设备的时间戳与卫星的在信号离开卫星时的时间戳之差，且τ表示公共偏移，它是被用来测量卫星的飞行时间的电子设备的内部时钟与标准时钟之间的差异。
因此，位置计算模块218可以在位置定位计算中使用以下未知数：(1)(x,y,z)，它是电子设备104在笛卡尔坐标中的三维位置；(2)bk，块k的内部时钟公共偏移；(3)ck，被分析的整个块集合的粗时间误差的变量集合。在一些情况下，ck可以用表示与整个块集合相关联的粗时间误差的变量来替换，例如在整个块集合的开始处设置的变量。
位置计算模块218可以使用每一所获取的卫星的伪距导航方程来计算位置定位114。换言之，如果在块k中获取了卫星s，则位置计算模块218可以应用导航方程Ds(x，y，z，bk，ck)＝ds·c，其中Ds是卫星s与电子设备104之间的距离，ds是根据对应的码相位估计的从卫星s到电子设备104的信号传播时间，且c是光速。因而，只要导航方程的总数大于未知数的总数，则位置计算模块218就可计算出电子设备104的位置(x,y,z)。
在替换实施例中，由GPS定位器108的一个或多个模块执行的功能可以用硬件而不是软件指令来实现。例如，一个或多个固定的硬件逻辑电路可实现由一个或多个模块所执行的功能。
应用220可以允许电子设备106执行各功能。应用220可包括操作系统。操作系统可包括使电子设备104能够经由各种输入(例如，用户控件、网络接口、和/或存储器设备)来接收数据并且能够使用处理器202来处理数据以生成输出的组件。操作系统还可包括呈现输出(例如，在电子显示器上显示图像、在存储器中存储数据、将数据发送给另一电子设备等)的一个或多个组件。操作系统可以允许用户使用用户接口与应用220交互以及针对应用220执行任务。另外，操作系统可包括执行一般与操作系统相关联的各种其他功能的其他组件，如支持存储在存储器208中的各模块的执行。
在各实施例中，应用220可包括使用由GPS定位器108获得的位置定位114来执行功能的应用。例如，应用220可包括将由GPS定位器108获得的位置定位报告给远程应用或服务的位置管理应用。远程应用或服务可以将位置定位与其他数据相关联，如地图数据、电子设备104的用户的购物或浏览习惯、公司位置数据，等等。在一些情况下，远程应用或服务可以将与位置定位相关的内容提供回电子设备104。该内容可由电子设备104上的位置管理应用来显示。
在其他实施例中，应用220可包括使GPS定位器108能够将由GPS定位器108的一个或多个模块所执行的数据处理卸载到远程计算设备的应用。例如，该应用可以使远程服务器能够执行由位置计算模块218实现的计算。这样的计算卸载可以减轻电子设备104的计算需求和能耗。在这样的示例中，该应用可包括与远程计算设备上的计算应用对接的应用程序接口(API)。
在附加实施例中，应用220还可包括能够基于GPS定位器108所产生的多个位置定位来计算电子设备104的中间位置的位置逼近应用。例如，位置逼近应用可以使用测量到的值，如电子设备104的惯性、速率、速度等等，结合一个或多个位置定位来在各位置定位之间逼近电子设备104的位置。
数据存储212可以存储由GPS定位器108的各模块和应用210所使用的数据。例如，数据存储212可以存储由GPS定位器108获得的数据块222、由GPS定位器108生成的位置定位224，等等。在其他示例中，数据存储212可以存储与位置定位相关联的内容、由位置逼近应用所逼近的位置，等等。
在各实施例中，GPS定位器108和/或电子设备104上的各其他应用被配置成在获得来自电子设备104的用户的许可之后执行位置获取和/或基于定位的内容供应功能。例如，在开始位置获取或一系列位置获取之前，GPS定位器108可以使用户接口204显示对话框。该对话框可向电子设备104的用户请求许可来获得电子设备104的位置。进而，用户可以通过选择确认选项来提供许可或通过选择对话框的取消选项来拒绝许可。以此方式，可以向用户128给予选择退出位置获取的机会。在另一示例中，在基于电子设备104的位置提供内容之前，应用可以使用户接口204显示向电子设备104的用户请求许可的对话框。进而，用户可以通过选择确认选项来提供许可或通过选择对话框的取消选项来拒绝许可。通过使用这样的对话框，电子设备104的用户可以保护他或她的隐私。
尽管GPS定位器108在上文被描述为使用来自高增益有向天线的GPS信号来计算位置定位，但GPS定位器108也可使用从全向天线获取的GPS信号。假若使用全向天线获取的GPS信号具有与由高增益有向天线所提供的GPS信号相同的属性，GPS定位器108就可以执行这样的计算。此外，因为GPS定位器108使用高增益有向天线来获取GPS信号，所以GPS定位器108可以抗局部GPS信号干扰。
示例过程
图3和4描述了以下各示例过程：使用电子设备的高增益有向天线以在数个时间区间期间在多个方向上获取来自GPS卫星的GPS信号，并将这些GPS信号相组合以确定电子设备的位置。每一示例过程中描述操作的次序并不旨在解释为限制，并且任何数量的所描述的操作可以按任何次序和/或并行组合以实现每一过程。此外，图3与4中的每一个中的操作可以用硬件、软件和/或其组合来实现。在软件的上下文中，各个操作可表示在由一个或多个处理器执行时使得一个或多个处理器执行既定操作的计算机可执行指令。该一个或多个处理器可被包括在各个体计算设备中或被包括在例如作为云的一部分的多个计算设备中。一般而言，计算机可执行指令包括使得执行特定功能或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。在其他实施例中，每一示例过程的操作可以由硬件逻辑电路来执行，如专用集成电路。
图3是解说用于使用通过高增益有向天线获取的多个GPS信号来确定位置的示例过程300的流程图。在框302，GPS定位器108可以经由电子设备104的天线106在特定方向上扫描GPS信号。天线106可以是可由GPS定位器108操纵以指向多个方向的高增益有向天线。例如，天线106可以由GPS定位器108来电子地或机械地瞄准。
在框304，GPS定位器108可以在一时间区间期间获得来自特定方向的GPS信号。在至少一个实施例中，时间区间可具有数百毫秒的历时长度。由GPS定位器108获得的GPS信号可以是缺少可解码定位数据(如时间戳或星历数据)的部分GPS信号。然而，这样的GPS信号可以提供对应的GPS卫星的一个或多个码相位，如GPS卫星102(1)-102(N)。
在框306，GPS定位器108可以分析GPS信号来确定提供GPS信号的GPS卫星的数量。换言之，GPS定位器108可以确定由GPS定位器108在该时间区间期间获取的GPS卫星的数量。在各实施例中，每一GPS卫星的标识可涉及检测在该时间区间期间GPS信号中的峰值信号尖峰，其中每一峰值信号尖峰的定时可被用来计算GPS卫星的码相位。
在判定框308，GPS定位器108可以确定是否获取了足够数量的GPS卫星。被认为足够的GPS卫星数量与由GPS定位器执行的独立GPS信号扫描的次数相关。在各实施例中，被认为足够的GPS卫星数量和在不同方向上扫描GPS信号的次数之间的关系可被概括为方程2n+3，其中n是独立扫描的次数。因而，如果GPS定位器108确定获取了不足数量的GPS卫星(判定框308处的“否”)，则过程300可进至框310。
在框310，GPS定位器108可切换天线106以扫描不同方向上的GPS信号。在一些实施例中，GPS定位器108可以通过发送使伺服马达机械地操纵天线106的电信号来将天线106重定向。在其他实施例中，GPS定位器108可以通过发送使天线106的天线元件进行相移以使得GPS信号接收在新方向上被加强的电信号来将天线106重定向。随后，过程300可循环回框304，在此，GPS定位器108可以获得来自新方向的GPS信号。然而，如果GPS定位器108确定获取了足够数量的GPS卫星(判定框308处的“是”)，则过程300可进至框312。
在框312，GPS定位器108可以基于来自所获取的卫星的GPS信号的码相位来计算电子设备104的位置定位，如位置定位114。在各实施例中，GPS定位器108可以使用粗时间导航技术来计算位置定位114。
图4是解说用于确定在一时间区间期间获取的卫星的数量的示例过程400的流程图，在该时间区间期间高增益有向天线被定向在特定方向上。过程400可进一步解说过程300的框306。
在框402，GPS定位器108可以计算在时间区间的多个子区间中的每一者期间获得的GPS信号的互相关矩阵。在一种情况下，时间区间可具有100毫秒的历时长度，且子区间中的每一者可具有1毫秒的历时长度。每一互相关矩阵的各行可包括不同多普勒频率，且各列可包括不同码相位。
在框404，GPS定位器108可以使用多个互相关矩阵来检测指示所获取的卫星的每一信号尖峰。在各实施例中，GPS定位器108可以通过取多个相关矩阵的元素级绝对值的总和来检测每一峰值信号尖峰，并从总和中的多个信号尖峰中标识峰值信号尖峰。多个互相关矩阵也可提供所获取的卫星的码相位。
在框406，GPS定位器108可以基于峰值信号尖峰生成在该时间区间期间所获取的卫星的数量。GPS定位器108可以对峰值信号尖峰的数量进行计数以计算所获取的卫星的数量。
综上所述，本技术可使配备GPS定位器的电子设备能够使用受GPS信号衰减影响的室内环境或其他环境中存在的弱GPS信号。使用弱GPS信号的能力可以使电子设备能够运行否则不能有效地运作的位置管理应用。
结语
总而言之，尽管用对结构特征和/或方法动作专用的语言描述了各实施方式，但可以理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于所述具体特征或动作。相反，这些具体特征和动作是作为实现权利要求的所要求保护的主题的示例性形式而公开的。

Claims (8)

1.一种在室内环境中进行全球定位的计算机实现的方法，包括：
在所述室内环境中操作天线控制组件来将有向天线顺序地瞄准多个方向以扫描卫星信号；
对于每一方向，分析在该方向上获得的卫星信号以确定提供了在该方向上获得的卫星信号的所获取的卫星导航系统卫星的数量，在该方向上获得的卫星信号指示所获取的卫星导航系统卫星的码相位；以及
响应于确定在每一方向上所获取的卫星导航系统卫星的数量的总和满足阈值数量，基于所获取的卫星导航系统卫星的码相位来计算电子设备的位置，所述阈值数量随扫描方向的数量的增加而增加。
2.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，所述卫星信号缺少可解码定位数据，所述可解码定位数据包括用于计算所述位置的时间戳和星历信息。
3.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，所述分析包括：
计算在一时间区间的多个子区间中的每一者期间获得的对应卫星信号的互相关矩阵，以生成多个互相关矩阵；
使用所述多个互相关矩阵从多个信号尖峰中检测一个或多个峰值信号尖峰，每一峰值信号尖峰指示所获取的卫星导航系统卫星；以及
基于所述峰值信号尖峰的数量来生成所获取的卫星导航系统卫星的数量。
4.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，所述分析包括将在不同扫描期间获取的卫星导航系统卫星认为是所获取的不同卫星导航系统卫星。
5.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，所述计算包括使用粗时间导航技术基于所获取的卫星导航系统卫星的码相位来计算所述位置。
6.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，所述阈值数量被定义为2n+3，其中n是所扫描的方向的数量。
7.一种包括用于执行如权利要求1-6中的任一项所述的方法的装置的计算机系统。
8.一种用于在室内环境中进行全球定位的电子设备，包括：
有向天线；
一个或多个处理器；
存储器，所述存储器包括可由所述一个或多个处理器执行的多个计算机可执行组件，所述组件包括：
天线控制组件，所述天线控制组件在所述室内环境中将所述有向天线顺序地瞄准多个方向以扫描卫星信号；
卫星获取组件，所述卫星换取组件对于每一方向，分析在该方向上获得的卫星信号以确定提供了在该方向上获得的卫星信号的所获取的卫星导航系统卫星的数量，在该方向上获得的卫星信号指示所获取的卫星导航系统卫星的码相位；以及
位置计算组件，所述位置计算组件响应于确定在每一方向上所获取的卫星导航系统卫星的数量的总和满足阈值数量，基于所获取的卫星导航系统卫星的码相位来计算所述电子设备的位置，所述阈值数量随扫描方向的数量的增加而增加。
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