CN1623103A - 确定信标信号的接收时间的方法、接收机和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于在定位系统中确定由接收机所接收和跟踪的信标信号的接收时间的方法和装置。为了实现基于带噪声的接收信号的系统时间的重新捕获，建议该方法包括根据可用信息在某个时间间隔重构信标信号的第一步骤。然后，在重构信号与接收信号之间在彼此不同的相对位置执行互相关。接着，根据重构信号的信息以及根据产生最大相关值的相对位置来确定接收信号的发送时间。最后，所述接收信号的接收时间被确定为接收信号的已确定发送时间与接收信号的所计算飞行时间之和。
Description
发明领域
本发明涉及用于在定位系统中确定由接收和跟踪来自至少一个信标的信号的接收机所接收的信标信号的接收时间的方法，其中来自此信标的信号具有已知规律性的成分。本发明同样涉及相应的接收机以及包括接收机的定位系统。
发明背景
一种众所周知的基于信标发送的信号的评估的定位系统是GPS(全球定位系统)。GPS中的星座由20个以上绕地球飞行、用作信标的卫星构成。
每个亦称作宇宙飞行器(SV)的卫星发送两个微波载波信号。这些载波信号其中之一L1用于承载标准定位服务(SPS)的导航消息和代码信号。L1载波相位由每个卫星采用不同的C/A(粗捕获)码来调制。因此，为不同卫星进行的传输获取不同的信道。在1MHz带宽上扩展频谱的C/A码每1023位重复一次，该代码的历元(epoch)为1ms。L1信号的载频还用导航信息以50比特/秒的比特率来调制，该信息具体包含星历和年历数据。星历参数描述了相应卫星轨道的短区间。根据这些星历参数，在卫星处于相应所述区间的任何时间，算法可估算卫星的位置。采用星历参数计算的轨道相当精确，但星历参数只在短时间、即大约2-4小时有效。年历数据另外还包含粗略的轨道参数。根据年历数据计算的轨道没有根据星历数据计算的轨道那么精确，但它们的有效时间超过一星期。年历和星历数据还包含时钟校正参数，这些参数指示卫星时钟与通用GPS时间的当前偏差。
此外，每六秒报告一次周时TOW计数，作为导航消息的另一个部分。
其位置要确定的GPS接收机接收当前可用卫星发送的信号，并且接收机的跟踪单元根据所包含的不同C/A码来检测和跟踪不同卫星所使用的信道。接收机首先确定各卫星发送的代码的发送时间TOT。所估算的发送时间通常由两个分量组成。第一分量是从来自卫星的信号中的已解码导航消息中提取的TOW计数，它具有六秒的精度。第二分量是基于从在接收机的跟踪单元中收到指示TOW的位的时间开始对历元和码片计数。历元和码片计数为接收机提供了特定接收位的发送时间的毫秒和亚毫秒。
根据发送时间和在接收机上测量的信号的到达时间TOA，确定信号从卫星传播到接收机所需的飞行时间TOF。通过把这个TOF与光速相乘，将其转换成接收机与相应卫星之间的距离。特定卫星与接收机之间所计算的距离称作伪距，因为在接收机中未精确地知道GPS系统时间。通常，接收机根据某个初始估算值来计算信号的精确到达时间，初始时间估算值越精确，则定位效率越高且时间计算越精确。参考GPS时间可以但不一定由网络提供给接收机。
所计算的距离和所估算的卫星位置则允许计算接收机的当前位置，因为接收机位于距一组卫星的伪距的相交处。为了能够在三维中计算接收机的位置以及接收机时钟的时间偏移，需要来自四个不同GPS卫星信号的信号。
如果导航数据在接收机信道之一上可用，则包含在接收信号中的发送时间的指示也可在时间初始化中用于校正接收机中的时钟误差。在GPS中，定位需要初始时间估算值。对于初始时间估算值，大约0.078秒的卫星信号的平均传播时间被加到从导航信息中提取的发送时间中。结果被用作信号到达时间的初始估算值，该估算值处于精确到达时间的大约20ms以内。然后，接收机为不同的卫星确定相应信号离开卫星的时间。采用当前时间的初始估算值，接收机通过以光速进行换算而产生以秒或以米为单位的伪距测量结果作为相应信号从卫星传播到接收机的时间间隔。在已经根据所确定的伪距计算了接收机的位置之后，则可根据标准GPS公式来计算精确的接收时间，其中精度为1μs。
但是，为了能够利用这个时间初始化，需要来自卫星信号的导航数据。目前，大部分GPS接收机是为采用来自卫星的良好信号电平的户外操作而设计的。因此，只有良好的传播条件才确保所述时间初始化所需的导航数据是可用的。
相反，在不良的传播条件下，可能无法从所接收的卫星信号中提取足够精确的导航消息，因为高误码率和弱信号电平使得不可能进行导航位的健壮解码。通常在室内产生的这类不良传播条件使时间初始化和伪距测量更为困难。
对于由于导航数据有噪声而无法应用标准时间初始化方法的那些情况，接收机的时间初始化过程可通过时间恢复方法来执行。一些已知的时间恢复方法基于被跟踪信号与预期信号的互相关以定义发送时间，下面将会进行说明。
即使在不良传播条件下，接收机通常仍然能够跟踪GPS卫星的信号，以及提供原始数据而没有评估所包含的比特值。另一方面，包含星历和/或年历数据的导航消息可能是可从移动通信网的基站接收的卫星信号中提取的。
在接收机处从空中接收原始卫星信号，从接收机的计时器中读取数据的接收时间。如果接收机是移动台的组成部分或者被连接到移动台，则原始数据可从移动接收机发送到移动通信网。在网络中，原始数据与位置测量单元(LMU)所接收的相应数据互相关，LMU是位于网络中的GPS接收机。然后，被跟踪信号的发送时间可根据产生最高相关的网络所接收信号中的导航数据来估算。接收时间的初始估算是同一段的LMU接收时间。LMU把所确定的时间估算值发送到移动接收机。在根据到至少四个GPS卫星的所确定伪距计算接收机的位置之后，这时可根据标准GPS公式来计算精确的接收时间，其中精度为1μs。
这种方法的缺点在于，时间初始化的计算必须在网络中进行。它还要求移动接收机与网络之间的附加信令。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种确定由接收和跟踪来自至少一个信标的信号的接收机所接收的信标信号的相当精确的接收时间的可能性。本发明的一个具体目的是对无法从信号中提取所包含的信号发送时间的指示的情况提供这种可能性。本发明的另一个目的是实现可根据来自单个信标的信号确定相当精确的接收时间。本发明的又一个目的是使得相当精确的接收时间的确定还可独立于移动通信网、例如在接收机本身中实现。
根据本发明，通过一种用于在定位系统中确定由信标发送并由接收和跟踪至少来自这个信标的信号接收机接收的信号的接收时间的方法来达到这些目的。对于所提出的方法假定，来自信标的信号具有已知规律性的成分，例如GPS信号。在所提出的方法的第一步骤中，在一个时间间隔中根据来自信标的信号中的可用信息、例如在此时间间隔中有效的星历和/或年历数据来重构信标信号。在第二步骤中，在彼此不同的相对位置在重构信标信号与接收信标信号的相应重叠部分之间执行互相关。应当指出，如果接收信号与重构信号具有不同的采样率，则对于互相关，必须考虑这个差异。
在第三步骤，根据重构信号的信息以及根据产生重构信号与接收信号之间最大相关值的相对位置来确定接收信标信号的发送时间。在所提出的方法的最后步骤中，接收信标信号的接收时间被确定为接收信标信号的所述已确定发送时间与接收信标信号的所计算飞行时间之和。
应当指出，另外，最接近最大相关值的相关值可能被考虑用于确定接收信标信号的发送时间，尤其是在没有明确最大值的情况下。
也通过包括用于接收和跟踪来自至少一个信标的信号的部件以及用于实现所提出的方法的处理部件的接收机来达到本发明的目的。
还通过包括接收机和网络的至少一个网元的定位系统来达到本发明的目的。这个网络可以是移动通信网或其它任何网络。接收机又包括用于接收和跟踪来自至少一个信标的信号的部件以及用于实现所提出的方法的步骤的处理部件。另外，接收机包括用于与网络进行通信的部件。
最后，根据本发明，通过定位系统来达到本发明的目的，其中，通过该系统的接收机外部的系统的处理单元来实现所提出的方法的步骤。在这种情况下，接收机包括用于接收和跟踪来自至少一个信标的信号的部件以及用于向处理单元提供所接收和跟踪的信标信号的部件。处理单元还可包括其它功能。它可由例如接收机所连接的、能够与用于接收各条信息的移动通信网进行通信的移动台来提供。它也可由其中可获得所需各条信息的网络的网元来提供。
本发明源于以下概念：从来自所述信标的信号在特定时间间隔可用的信息出发，能够重构在此时间间隔中预期的信标信号。可利用可用的星历和/或年历数据例如对所需时段构建包含导航数据的GPS信号。然后，重构信标信号可与接收信号的原始数据互相关，该原始数据可能有较大噪声，使得所包含的信息无法被正确提取。互相关揭示了不同移动位置中接收信号与重构信号之间的最佳匹配。由于信标信号的规律性，因此时间间隔不必与所述接收信号的时间一致，以便实现良好匹配，但仅就规律性而言与相应的信号一致。接收信号的发送时间可根据对于产生最佳匹配的重构信号部分可用的信息、例如重构信号的这个部分中的最后位的位地址来确定。接收信号的预期接收时间则由发送时间和信号从信标传播到接收机所需的飞行时间之和来提供。
因此，本发明的一个优点在于，它在包含于接收信标信号中的信息不可提取的情况中以高精度实现对信标信号的接收时间的估算。本发明的另一个优点在于，接收时间可根据单个信标的正确的估算发送时间来确定，而传统方法所采用的GPS公式则为此而需要至少四个GPS卫星的信号的发送时间。本发明的又一个优点在于，接收时间可根据需要在网络外部确定。网络的微控制器单元(MCU)仍然可帮助接收机的基带快速重新捕获系统时间。
应当指出，如果星历、年历和导航消息的其它成分在处理部件上可用、例如来自网络，则通常能够完全重构该信号。但是，如果只有星历或者只有年历可用，则可通过采用0取代“未知”位以及按照±1重构位来部分完成重构。通过监测具有“0”值的“未重构”位的数量，可在各互相关期间在接收机中维持控制。如果该数量不大，则执行互相关，但如果重构阵列几乎为空的，则不使用此段，接收机将等待更合适的时刻。由于通过滑动和互相关比较不同的相位，因此互相关峰值取决于给定阶段的“未知”位的数量，该数量逐个滑动位置地变化。一种换算可用来适当地归一化，使得根据本发明的方法即使对于一些未知位也仍然正常工作。
本发明的优选实施例通过从属权利要求变得十分清楚。
重构信号的时间间隔可以被具体地选择，使得可预计它包含在接收待确定其发送时间的接收信标信号之前接收的最后位边沿。
所接收信号由信标发送的精确时间可根据与重构信号的位相关的标识来计算，这使得能够确定它们由信标发送的时间。然后，只需要重构信号的特定位的假定接收与所述接收信标信号的接收之间的时间差作为另一个信息，以便确定精确的发送时间。
确定信标信号的较为精确的接收时间另外还需要的信标信号的飞行时间可根据在接收信号的精确发送时间信标的可用位置以及根据接收机的不精确参考位置来估算。这种不精确的参考位置可例如由网络提供，而且可以是距离正确的位置例如30km。参考位置也可以是接收机的某个先前计算的位置或者位置的其它任何估算值，它距离正确位置多达30km。所得飞行时间则将在离正确值1ms范围内。根据这个飞行时间确定的接收时间同样处于离正确值1ms范围内。
有利的是，接收信号在执行根据本发明的相关之前是位同步的，用于识别位边沿。它还实现接收信号与重构信号之间的各相对位置中的样本的正确对准。
互相关可按照传统方式进行，或者采用补偿所接收和跟踪的信标信号中的残留正弦调制的方式来进行。
如果接收机能够与网络通信，则接收机可接收各种信息，作为根据本发明的计算的基础。应当指出，在移动通信网的情况中例如经由某个移动台，接收机能够直接或间接地与网络进行通信。网络可为接收机提供例如接收机的参考时间、这个参考时间的最大误差、接收机的参考位置以及至少一个信标的位置信息。位置信息具体可包括至少一个信标的星历数据和/或年历数据。在根据本发明、包括移动通信网的网元的定位系统的一个有利实施例中，网元因此而包括用于接收和跟踪来自至少一个信标的信号的部件，还包括用于为接收机提供上述各条信息其中至少一个的部件。如上所述，提供辅助数据的网络可以是移动通信网，但也可以是能够经由网元、例如经由DGPS(差分全球定位系统)站提供辅助数据的其它任何类型的网络。
这些数据的每个或者可存储在接收机中，或者可由接收机或所连接的处理单元中的某个算法来提供，例如提供当前时间的估算值和这个估算值中最大可能误差的另一种时间恢复算法。因此，根据本发明的接收机也可不依赖来自网络的辅助数据进行工作。
根据本发明的方法最好但不一定作为软件来实现。
本发明可用于快速重新捕获以及用于确定时间估算值。通过此系统，可获取20dBHz或以下的信号。在快速重新捕获过程中，时间估算值用来预测其它信标的码相位和多普勒频率，以及用于把搜索缩小到更少的候选者。
具体但不是排他地来讲，信标可以是卫星或者移动通信网的基站。
本发明具体可用于当前的GPS系统，但同样可用于将来的具有新信号的扩展GPS系统以及用于其它类似的基于信标的定位系统、如Galileo。
接收机最好但不一定是GPS接收机，以及信标是GPS宇宙飞行器。
附图概述
通过以下结合附图对本发明的示范实施例的详细说明，本发明的其它目的和特征将变得非常清楚，附图中：
图1说明所接收信号的TOT与同一信道中接收的在前的最后位边沿之间的关系；
图2说明估算发送时间的误差与在前的最后位边沿的估算发送时间的误差之间的对应关系；
图3是流程图，说明根据本发明的方法的一个实施例；
图4说明在图3的方法中的位重构时间间隔的确定；
图5是图4的延续，说明原始数据阵列与图3的方法中的重构位阵列的互相关；以及
图6更详细地说明图5的互相关。
发明的详细说明
图1到6说明根据本发明的方法的一个实施例，它在GPS定位系统的接收机中实现，用于实现GPS系统时间的时间恢复。GPS接收机接收来自若干GPS卫星的信号，并且能够通过借助于相关器在接收机的跟踪单元中实现的跟踪环路来跟踪至少一个卫星。此外，GPS接收机包括移动台的功能，因而能够接收来自该接收机当前所连接到的移动通信网的基站的帮助。
GPS接收机接收最后测量结果的时间被称作当前时间，该当前时间是在所提出的时间恢复过程中要确定为精确GPS时间的时间。
首先将描述卫星信号现有的一些时间关系，所提出的时间恢复以该时间关系为基础。
当接收机跟踪卫星时，能够对代码历元以及整数和分数码片计数，其中各历元包含1023个码片。这在图1中通过时间条来说明。在此时间条上，表示了先前所接收信号的最后位边沿的发送时间。在此时间条上还表示了当前所接收信号的发送时间。每当在下文中采用术语“发送时间”而没有其它说明时，始终表示这种当前所接收信号的发送时间。通过从测量时间、即当前时间中减去信号从卫星传播到接收机所需的飞行时间TOF来计算发送时间。最后位边沿的发送时间可通过类似方式来确定。
由跟踪单元应用于被跟踪信号的位同步算法为最后位边沿提供某个历元计数器读数。此外，该算法为刚收到的信号提供历元/码片计数器读数。从最后位边沿的发送时间开始，接收机对历元计数，直到新接收的信号的发送时间为止。在附图的实例中，接收机在最后位边沿的发送时间与当前信号的已计算发送时间之间对3个完整的历元进行计数。接收机还对最后一个完整历元与当前信号的已计算发送时间之间的码片进行计数。在图中，在第三历元与当前信号的发送时间之间表明4个完整的码片。最后，接收机执行分数码片测量，计算最后一个完整码片与当前信号的发送时间之间的时间。由于历元和码片在卫星上具有固定持续时间，从最后位边沿的发送到所接收信号的发送的准确持续时间可根据历元和码片计数来确定。
从图1中清楚地看到，在最后位边沿的时间与新信号离开卫星的时间之间存在一一对应关系。这意味着，发送时间的时间估算值的误差导致最后位边沿的发送时间的估算值的同样误差。因此，精确地估算最后位边沿的发送时间将允许恢复新信号的精确发送时间。
图2通过另一个时间条来说明当确定最后位边沿的精确发送时间时必须处理的定时不确定性。
在图2的时间条的右端，表示了当前信号的实际发送时间和估算发送时间。估算发送时间根据从网络接收的当前时间的估算值以及根据假定的TOF来确定。因此，从当前时间的估算值的误差以及从TOF估算值的误差中导致估算发送时间的不精确。实际发送时间处于估算发送时间以及在这个估算发送时间的任一方向延伸的已知最大可能误差所给定的时间间隔中。最大可能误差取决于参考时间的质量。图中还表明了这个时间间隔。
在图2的时间条的左端，表示了最后位边沿的实际发送时间和最后位边沿的估算发送时间Tlb。最后位边沿的估算发送时间Tlb根据当前信号的估算发送时间以及根据参照图1所述的从最后位边沿开始的历元和码片计数来确定。当前信号的发送时间与最后位边沿的发送时间之间的时间间隔在图中通过双箭头来表示。
最后位边沿的估算发送时间Tlb在任一方向上具有与当前信号的估算发送时间相同的最大可能误差Terr。同样在时间条上表示了最后位边沿的估算发送时间Tlb的可能最大误差的时间间隔，该时间间隔由下限Tlb-err与上限Tlb+err确定，其中(Tlb-err，Tlb+err)≡(Tlb-Terr，Tlb+Terr)。最后位边沿的实际发送时间处于这个时间间隔内，因此该时间间隔可被视为实际最后位边沿的搜索区域。
实现GPS时间的时间恢复的所提出的过程基于这些考虑事项，现在将参照图3的框图进行说明，图3说明该过程的不同步骤。该过程由接收机的处理单元通过相应的软件来实现。
处理单元从GPS接收机当前所连接到的基站接收接收机的参考位置、参考时间、参考时间的最大可能误差以及来自至少一个卫星的导航数据。或者，这类信息可在接收机中存储和/或产生。
GPS接收机当前正在跟踪至少这个卫星，跟踪单元还把来自相应跟踪信道的原始数据提供到处理单元。术语“原始数据”表示没有在基带跟踪侧上对跟踪单元的相关器的输出执行对比特值的任何确定。相关器的输出包括I(同相)和Q(正交)分量，它们根据来自处理单元的软件的请求具有某种精度。
如上所述，跟踪单元还对被跟踪信号应用位同步算法。我们预计，在受关注信道中实现位同步，从而信号中的位边沿为已知，即使位本身因噪声而不容易识别。位边沿更易于在弱信号条件下检测，因为位同步算法是缩小噪声带宽的综合类型的例程。因此，跟踪单元还可向处理单元提供历元和码片计数。
在图3所示的过程的第一步骤，确定时间间隔，它包含最后接收的位边沿的正确的GPS发送时间。
为此，根据从基站接收的时间参考来确定当前时间的估算值Tcurr。同样从基站接收的可用时间估算值的时间不确定性同样以Terr来表示。为了确定预期时间间隔，还需要飞行时间的估算值TTOF，除非采用了0.078的标称缺省值。与累积到接收信号的最后位边沿的连续原始样本对应的时间间隔由Traw来表示。接收机的跟踪单元按照参照图1所述来测量从最后位边沿起的码片和历元计数，并将其提供到处理单元。从最后位边沿到所接收信号的估算发送时间的码片和分数码片测量结果表示为TFromLastBjt。来自卫星的最后位边沿的发送时间则预计处于以下时间间隔中：
(Tlb-err，Tlb+err)≡(Tcurr-TTOF-TFromLastBjt-Terr，Tcurr-TTOF-TFromLastBit+Terr)
在同样于图3所示的第二步骤，更精确地估算最后接收位边沿的发送时间。这种进一步估算基于把所接收的原始数据阵列与重构位阵列互相关。为此所需的位重构时间间隔的确定如图4所示。
图4表示另一个时间条。如图2中一样，表示了最后位边沿的估算发送时间Tlb、最后位边沿的实际发送时间以及最后位边沿的估算发送时间Tlb中的最大可能误差的边界Tlb-err，Tlb-err。第一水平粗线段a)还说明，当原始数据根据GPS信号的已知规律性在时间上后移时，具有持续时间Traw的所接收原始数据的实际时间位置正好以最后位边沿的实际发送时间结束。第二水平粗线段b)说明原始数据阵列的最早可能位置，以及第三粗线段c)说明在假定未知的最后位边沿时间处于以上定义的时间间隔(Tlb-err，Tlb+err)时原始数据阵列的最后可能位置。
当确定必须从互相关的可用导航数据中重构位的位重构时间间隔时，必须确保重构位可用于与从所述最早可能位置到所述最后可能位置的原始数据相关。这意味着，重构位必须在最早可能位边沿时间Tlb-err之前的原始数据的持续时间Traw的时间开始，以最后可能的最后位边沿时间Tlb+err结束。
因此，在图4中表示为第四水平粗线段d)的位重构时间间隔可计算为：
(Tstart，Tend)≡(Tlb-err-Traw，Tlb+err)
在下一个步骤，调用处理单元的帧重构器的导航数据重构例程。该例程采用从网络接收的卫星参数来重构导航数据位。对整个已确定时间间隔(Tstart，Tend)重构导航位。重构位阵列中的每个位可在导航消息中由其地址来标识，即，由帧编号、子帧编号以及该子帧中的位索引来标识。
图5是图4的延续，它再次说明最后位边沿的实际发送时间、最后位边沿的估算发送时间Tlb、估算时间的最大可能误差的极限Tlb-err和Tlb+err、表明原始数据阵列的最早可能位置的水平粗线段b)以及表示位重构时间间隔的水平粗线段d)。另外，重构位阵列在图5中表示为水平粗线段f)。
在图3的流程图所述的过程的第三步骤，在图5中由水平粗线段e)所表示的原始数据阵列与粗线段f)的重构位阵列之间执行互相关，以便找出原始数据与重构位阵列的特定段之间的最佳匹配。
通过把原始数据阵列沿重构位阵列移动以及互相关各移动位置上的重叠部分，粗线段e)的原始数据阵列中的累积数据与粗线段f)的重构位阵列的不同段进行比较，其中的各段具有与原始数据阵列相同的持续时间Traw。在各移动位置上的互相关结果被收集在阵列中。表示这种阵列中的值的示范分布的曲线图g)如图5所示，这些值与时间条上的相关中所采用的重构位阵列的相应段中的最后位相关。从该阵列中，选择最大绝对值，以及确定相应的移动位置。与这个移动位置相关的重构数据阵列的段被预期构成原始数据阵列的最佳匹配。在图5中，曲线相应地表示最后位边沿的实际发送时间的明确最大值。
因此，原始数据阵列的最后接收位可以与重构阵列的已确定段中的最后位相关。由于重构时间间隔中的所有重构位的位地址是已知的，因此已确定段的最后位可以被清楚地标识。子帧/子帧中的位格式中的最后位的标识允许查找最后位边沿的准确GPS发送时间。
在图3的过程的另一个步骤中，计算所接收信号离开卫星的时间，作为精确发送时间TTOT。重构位地址是已知的，其中具有已知的SubframeNumber(子帧编号)和LastBitNumber(最后位编号)，它们使得能够确定精确发送时间的第一分量。处理单元还从跟踪单元接收估算的最后位边沿LastBitEpochCount(最后位历元计数)以及当前历元计数CurrentEpochCount处的历元计数，也就是在所接收信号的接收时间的历元计数，以及同样地亚毫秒码片计数以秒来测量，它表示为C/A，并使得能够确定精确发送时间的第二分量。整个精确发送时间TTOT可计算为：
TTOT＝SubframeNumber*6s
+LastBitNumber*20ms
+(CurrentEpochCount-LastBitEpochCount)*1ms
+(IntegerChipCountInseconds
+FractionalChipCountInseconds)
在图3的过程的最后步骤，在接收机改进当前时间估算值。
为此，这时根据确定的精确发送时间以及从该卫星的基站接收的星历数据来计算卫星的位置。然后，根据基站提供的用户的参考位置以及根据已确定的卫星位置来计算准确飞行时间TOF。当前时间被估算为精确发送时间与已确定飞行时间之和。
图6最后更详细地说明用于上述方法的可能的互相关技术。
在图6的第一行a)，表示了具有重构位的阵列。该阵列对应于图5中通过粗线段f)所表示的阵列。在本例中以每位一个样本对复制品采样，每个位在阵列中由黑圈表示。
在第二行b)，表示了来自跟踪信道的原始数据的阵列。原始数据具有已知的每位样本数量，每个位在阵列中由黑圈表示。这个阵列对应于图5中通过粗线段e)所表示的阵列。卫星信号具有两个分量I和Q，各原始数据样本被适当地解释为具有表示实部和虚部的I和Q的复数。
行b)的原始数据阵列沿行a)的重构信号平移，以及处理单元尝试查找复制品中的相似位模式。在当前滑动位置中，原始数据的阵列与在行a)中通过两条垂直线确定的重构信号的段对齐。
对于各平移位置，所接收信号与重构信号的重叠部分逐个元素相乘，结果以加性方式组合，下面将进行描述。
如上所述，来自跟踪信道的信号具有两个分量I和Q。各原始数据样本被适当地解释为具有表示实部和虚部的I和Q的复数。如果重构位是已知的，则为1或-1，否则为0。重构位在这时将由Xr(n)表示，其中n＝0，1...，N-1。N为重构位的数量，假定每重构位的样本数量为一。原始数据将由Xs(k)＝I(k)+jQ(k)表示，其中k＝0，1，...，K-1。K为原始数据的样本数量，在原始数据中的每位的样本数量将由ks/b来表示，其中的缺省值例如为4。考虑到重构阵列中的每个位这样对应于原始数据阵列中的ks/b个样本，特定对准位置1的传统互相关R(1)则由下式确定：
这个操作在图6中通过行c)来表示。
所有对准位置的所得值R(1)在相应位置被插入图6的行d)所示的阵列。
当提供了所有对准位置的相关值时，确定最大值，如图6的行e)所示。
最后，确定与这个最大相关值对应的对准位置的相位，如图6的行f)所示，以便计算产生原始数据的信号的发送时间，如以上参照图3所述。
或者可采用补偿原始数据中的残留正弦调制的互相关，特别是对于多普勒频率。为此，不是直接对所接收信号和重构信号的相应重叠部分执行互相关，而是应用经修改的互相关算法。
在第一步骤，这个算法把具有重构信号的相应段的阵列与具有原始数据的阵列分为相等大小的各分区。然后，通过基于四个步骤的算法来计算各对准位置的相关。
在第一步骤，如传统的互相关一样，执行重构信号与原始数据的样本的逐点乘法。但是，在第二步骤，在相干积分中分别对于各分区对这些结果进行积分。
在第三步骤，这些次相关的结果与其自身的位移共轭形式相乘。在最后的第四步骤，在非相干积分中对这些二次乘法的结果进行积分。从而减少原始数据中的残留正弦调制。
当前对准位置的所得值被插入阵列中的相应位置，如图6的行d)所示的阵列，并按照参照图6所述的方式作进一步处理。
Claims (17)
1.一种用于在定位系统中确定由信标发送并由接收和跟踪至少来自这个信标的信号的接收机所接收的信号的接收时间的方法，其中来自所述信标的信号具有已知规律性的成分，所述方法包括：
a)根据在时间间隔(Tstart，Tend)有效的来自所述信标的信号上的可用信息在所述时间间隔重构信标信号；
b)在彼此不同的相对位置在所述重构信标信号与所述接收信标信号的重叠部分之间执行互相关；
c)根据所述重构信号的信息以及根据产生所述重构信标信号与所述接收信标信号之间的最大相关值的相对位置来确定所述接收信标信号的发送时间；以及
d)把所述接收信标信号的接收时间确定为所述接收信标信号的所述已确定发送时间(TTOT)与所述接收信标信号的所计算飞行时间(TTOF)之和。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述时间间隔中重构所述重构信标信号的步骤包括：
把包含在所述接收信标信号在所述接收信标信号的信道中发送之前的最后位边沿的发送时间的时间间隔(Tstart，Tend)计算为(Tstart，Tend)＝(Tcurr-TTOF-TFromLastBit-Terr-Traw，Tcurr-TTOF-TFromLastBit+Terr)，其中Tcurr为所述接收信标信号的估算到达时间，TTOF为所述接收信标信号的估算飞行时间，TFromLastBit为所述最后位边沿的估算发送时间与所述接收信标信号的估算发送时间之间的已确定时间，Terr为可用时间估算值Tcurr和TTOF的总的不确定时间，以及Traw为所述接收信标信号的长度；以及
对于所述已确定时间间隔(Tstart，Tend)重构所述重构信标信号。
3.如以上权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，所述接收信标信号的所述发送时间是根据与在与所述重构信标信号的所述互相关中呈现最高相关值的所述接收信标信号的段的最后位相关联的位地址、以及根据所述最后位边沿的发送与所述接收信标信号的发送之间的时间差来确定的，该时间差是根据对接收所述接收信标信号的所述信道进行的历元、码片和分数码片测量来确定的。
4.如以上权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，所述飞行时间是根据在所述接收信标信号的所述精确发送时间的所述信标的可用位置以及根据所述接收机的可用粗略参考位置来确定的。
5.如以上权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，所述互相关考虑了所述接收信标信号与所述重构信标信号的采样率的可能差异。
6.如以上权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，在执行所述互相关之前为所述接收信标信号实现位同步。
7.如以上权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，网络为所述方法提供以下各条信息中的至少一个：接收机的参考时间，参考时间的最大误差，所述接收机的参考位置以及至少一个信标的位置信息。
8.如以上权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，所述信标是卫星。
9.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述接收机是GPS接收机，以及所述卫星是GPS宇宙飞行器。
10.如权利要求1到7其中之一所述的方法，其特征在于，所述信标是通信网络的基站。
11.包括用于接收和跟踪来自至少一个信标的信号的部件以及用于实现如以上权利要求其中之一所述的方法的步骤的处理部件的接收机。
12.包括接收机和网络的至少一个网元的定位系统，所述接收机包括用于与所述网络通信的部件、用于接收和跟踪来自至少一个信标的信号的接收部件以及用于实现如权利要求1到10其中之一所述的方法的步骤的处理部件。
13.如权利要求12所述的定位系统，其特征在于，所述网元包括用于接收和跟踪来自所述至少一个信标的信号的接收部件以及用于为所述接收机提供以下信息中的至少一个的部件：所述接收机的参考时间，参考时间的最大误差，所述接收机的参考位置以及所述信标的位置信息。
14.如权利要求12或13所述的定位系统，其特征在于，所述网络是移动通信网。
15.包括接收机和所述接收机外部的处理单元的定位系统，所述接收机包括用于接收和跟踪来自至少一个信标的信号的接收部件以及用于向所述处理单元提供所接收和跟踪的信标信号的部件，所述处理单元包括用于实现如权利要求1到10其中之一所述的方法的步骤的部件。
16.如权利要求15所述的定位系统，其特征在于还包括网络的至少一个网元，其中所述处理单元包括用于与所述网元通信的部件，以及所述网元包括用于接收和跟踪来自所述信标的信号的接收部件以及用于向所述处理单元提供以下各条信息中至少一个的部件：所述接收机的参考时间，参考时间的最大误差，所述接收机的参考位置以及所述信标的位置信息。
17.如权利要求16所述的定位系统，其特征在于，所述网络是移动通信网。
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