CN1875289B - Gps接收器以及相关的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种GPS接收器(10)，包括GPS天线和包括用于采样所接收到的GPS信号的模数转换器的GPS RF前端；以及用于连同直接或间接地描述该GPS信号采样和/或包含在其中的该GPS信号的特征的辅助信息一起输出该GPS信号采样的处理器，包括输出到外部装置。而且公开了一种提供定位的相应方法，以及计算机程序、计算机可读存储介质和用于此的设备。

Description

GPS接收器以及相关的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种包括GPS天线和GPS RF前端的GPS接收器，其包括：用于采样所接收到的GPS信号的模数转换器；以及用于输出该GPS信号采样的处理器。
本发明进一步涉及一种提供定位(position fix)的相应方法，包括步骤：从GPS接收器接收GPS信号采样，并处理该GPS信号采样以确定定位；并且涉及一种计算机程序、计算机可读存储介质以及用于其的设备。
背景技术
Akos等人的论文“Rea1-time software radio architectures foGPS receivers”(GPS World，2001年7月)公开了“软件GPS”，其中其通过与模拟或离散硬连线组件相对的可编程微处理器或数字信号处理器来完成许多GPS信号处理。如该论文的图2中所述，提供了一种简化的GPS接收器，包括GPS天线以及用于GPS信号预处理(包括滤波、放大和降频转换)和模数转换的GPS RF前端。然后将从该GPS接收器输出的GPS信号采样馈送到运行适当GPS信号处理软件的现代PC或膝上电脑，以处理该GPS信号，确定定位。该论文的作者已经将该GPS接收器当作“插件”模块，即“道尔芯片(Dongle)”型装置其因为结构简单，制造成本低廉，从而便于广泛的采用。当然，驻留于该PC中的该GPS信号处理软件本身复制也很便宜。
无论采用何种具体GPS接收器结构和GPS信号处理软件配置，当然都希望该GPS接收器的输出与该GPS信号处理软件兼容。换言之，由于该GPS接收器与GPS信号处理软件之间的接口属性是已知的，其中一个或两个都可以彼此配合来进行设计。例如，该GPS信号处理软件可以被配置用来处理由该GPS接收器输出的格式、速率和分辨率的GPS信号采样。
发明内容
根据本发明，提供一种前述类型的GPS接收器，其中该处理器连同辅助信息一起输出(特别是输出到外部装置)该GPS信号采样，该辅助信息直接或间接地描述该GPS信号采样和/或包含在其中的该GPS信号的特征。
根据本发明，也提供一种提供定位的方法，包括步骤：从GPS接收器连同辅助信息一起接收GPS信号采样，该辅助信息描述该GPS信号采样和/或包含在其中的该GPS信号的特征；以及使用该辅助信息来处理该GPS信号采样，以确定定位。并且提供一种计算机程序、计算机可读存储介质和用于其的设备。
本发明人已经认识到：未来软件GPS系统并不必须具有它们的GPS接收器(即该GPS天线和GPS RF前端部分)和它们彼此配合设计的GPS信号处理软件。本发明提供一种机制，通过其可以建立接收该辅助信息的GPS信号处理软件，并然后使其适应特定GPS接收器的输出的特征。这样就使得特定的GPS信号处理软件能够处理从各种GPS接收器输出的信号，并且其甚至可以通过不同的公司设计和/或制造。
附图说明
现在将参照附图仅仅通过范例的形式来描述本发明，该附图示意性地描述了与GPS接收器连接的膝上PC，它们都是根据本发明进行工作的。
具体实施方式
参照该附图，该膝上PC通过USB PC端口和相应的线缆与包括GPSRF前端Rx和GPS天线的该GPS接收器10连接。虽然该GPS接收器可以是“道尔芯片”类型的装置，从而省掉电缆，但是该线缆便于将该GPS接收器(包括该天线)固定在突出的位置上，从而增加获取GPS信号的机会。例如，如果在室内工作时，人们可以将该GPS接收器放置地靠近窗户。
当进行工作的时候，该GPS接收器通过其天线接收NAVSTAR SPS GPS信号，并且对它们进行预处理，典型地是通过无源带通滤波以减少带外RF干扰，预放大，降频转换到中间频率(IF)以及模数转换。所得到的该GPS信号采样包含该IF信号，其保持被调制，还包含来自该可用卫星的所有信息。
根据本发明，该GPS信号采样连同描述该GPS信号采样和/或包含在其中的该GPS信号的特征的辅助信息一起从该GPS接收器通过USB链接输出到PC存储器(未示出)中。
使用基于膝上PC的GPS信号处理软件和该辅助信息，然后处理该GPS信号采样，从而可以获得GPS信号，以得到伪距离信息，使用常规导航算法就可以从该伪距离信息中确定出该PC的位置。这种GPS信号获取和伪距离处理是熟知的，例如参见GPS Principles andApplications(Editor，Kaplan)ISBN 0-89006-793-7Artech House。该辅助信息可以包括下列：
与该GPS接收器本身相关的信息：
■该GPS接收器的类型和/或标识。如果该GPS信号处理软件可以访问将该GPS接收器的类型和/或标识映射到从该特定的GPS接收器输出的GPS信号采样和/或该特定的GPS接收器用来接收的该GPS信号的特征的数据库，那么可以通过这种GPS信号处理软件间接地使用该GPS接收器的类型和/或标识来处理该GPS信号采样。
与该GPS接收器接收到的该GPS信号相关的信息：
■所接收的该GPS信号的类型和/或标识。特定的GPS接收器可以被设计用来接收不同的GPS信号，和/或工作于例如由用户使用该GPS接收器的用户输入装置直接选择的一个或多个工作模式；
■所接收的GPS信号的格式；
■所接收的GPS信号的中心频率；
■所接收的GPS信号的带宽；
与该GPS接收器输出的该GPS采样相关的信息：
■所输出的GPS信号的载波频率。所接收的该GPS信号典型地会通过该GPS接收器被降频转换到中间频率(IF)；
■所输出的GPS信号的带宽。这应该对应于通过该GPS接收器完成的滤波；
■所输出的GPS信号的采样格式；
■所输出的GPS信号的采样速率；
■所输出的GPS信号的采样分辨率；
■图像符号；也就是所接收的该GPS信号的频率增加是否会导致该输出GPS信号采样载波频率的增加还是减少；
■振荡器类型和/或振荡器稳定性参数；例如，该GPS接收器的振荡器是否具有温度补偿，并且如果有就是精确参数，如果没有就是误差参数；
■天线类型；例如，表示该有效波束图。
在适当的时候，该辅助信息也可以包括与上述任何一个的精度相关的信息。
可能在该膝上PC与该GPS接收器之间至少需要某种初始化，例如通过该膝上电脑的操作系统检测该GPS接收器的存在来触发。这可以包括在发送GPS信号采样到该膝上PC之前进行辅助信息的交换，从而使得该GPS软件能够正确地接收该数据，并允许该GPS信号处理软件能够选择优选的配置。
虽然已经结合膝上PC描述了本发明，但是其当然可以同样地应用于能够支持GPS信号处理软件的其它设备，并且根据本发明的GPS接收器可以与其连接。例如，本发明可以结合移动装置、诸如PDA和移动电话，或者通常是固定的物体、诸如TV或TV机顶盒一起使用。
而且，虽然上述范例中该GPS接收器与该GPS信号处理软件之间的连接都是有线的，但是其可以考虑到包含无线链接。
进一步，附图中所示的该GPS接收器可以配置有用户输入装置，用户可以使用其直接选择多个工作模式中的一个。例如，该用户可以改变与该GPS接收器所接收到的GPS信号相关的特性，诸如如果存在用于该目标信号的超过一个的可能频率，希望该GPS接收器在何中心频率接收GPS信号。在替换的范例中，该用户可以改变与由该GPS接收器输出的GPS采样相关的特性，诸如以何种速率或分辨率输出该GPS信号采样。
如上所述，可以通过该GPS接收器输出与该GPS接收器的振荡器相关的信息，以辅助基于该膝上PC的GPS信号处理软件。振荡器通常具有对应于制造公差的表明的工作频率范围，但是很可能的是，落入该范围内的实际工作频率非常稳定。如果单独校准该GPS接收器中的这种振荡器，可以将该校准信息或其衍生物(例如GPS信号采样输出频率的随后变化)提供给该GPS信号处理软件。该GPS信号处理软件实际上可以通过分析所接收GPS信号频率的该GPS接收器测量来自已执行该校准。一旦已经确定定位，就可以可信地确定所接收的该GPS信号的频率，并因此量化该GPS接收器的测量误差。然后可以将该误差上载到该GPS接收器，并存储在所谓的闪存中，从而该GPS接收器随后可以输出该校准信息，以辅助GPS信号处理软件执行定位。
最后，虽然已经结合由美国国防部开发并目前使用的基于全气象、空间的导航系统NAVSTAR GPS描述了本发明，但是应该理解的是，本发明可以同样地应用于其它全球定位系统，包括GLONASS和Galileo以及其混合体。

Claims (18)

1.一种GPS接收器，包括：
GPS天线，
GPS RF前端，该GPS RF前端包含用于采样所接收到的GPS信号的模数转换器，其中，所得到的GPS信号采样包含保持被调制的中频(IF)信号，以及
处理器，该处理器一起输出所述GPS信号采样以及直接或间接地描述该GPS信号采样和/或与GPS接收器相关的GPS信号的特征的辅助信息，其中，所述辅助信息使得GPS信号处理软件能够适应所述GPS接收器的特性。
2.根据权利要求1的GPS接收器，其中该GPS信号采样和辅助信息被输出到外部装置。
3.根据权利要求1的GPS接收器，其中该辅助信息包括与该GPS接收器的类型或标识相关的信息。
4.根据权利要求1的GPS接收器，其中该辅助信息包括与该GPS接收器所接收的该GPS信号相关的信息。
5.根据权利要求4的GPS接收器，其中该辅助信息包括所接收的该GPS信号的类型或标识，或者所接收的该GPS信号的格式、中心频率或带宽。
6.根据权利要求1的GPS接收器，其中该辅助信息包括与该GPS接收器所输出的该GPS采样相关的信息。
7.根据权利要求6的GPS接收器，其中该辅助信息包括所输出的该GPS信号载波频率或带宽、该GPS信号采样格式、速率或分辨率、图像符号、振荡器类型或振荡器稳定性参数、或者该天线类型。
8.根据权利要求1的GPS接收器，进一步包括用户输入装置，用户使用其可以直接地选择该GPS接收器的多个工作模式中的一个。
9.一种提供定位的方法，包括步骤：
■从GPS接收器接收GPS信号的GPS信号采样，所述GPS信号采样包含保持被调制的中频(IF)信号并且是与描述该GPS信号采样和/或与GPS接收器相关的GPS信号的特征的辅助信息一起被接收到的，其中，所述辅助信息使得GPS信号处理软件能够适应所述GPS接收器的特性；以及
■使用该辅助信息来处理该GPS信号采样以确定定位。
10.根据权利要求9的方法，其中该GPS信号是扩展频谱信号；并且其中该辅助信息用来辅助对该GPS扩展频谱信号进行去扩展。
11.根据权利要求9的方法，其中从外部装置接收该GPS信号采样和辅助信息。
12.根据权利要求9的方法，其中该辅助信息包括与该GPS接收器的类型或标识相关的信息。
13.根据权利要求9的方法，其中该辅助信息包括与该GPS接收器所接收的该GPS信号相关的信息。
14.根据权利要求13的方法，其中该辅助信息包括所接收的该GPS信号的类型或标识，或者所接收GPS信号的格式、中心频率或带宽。
15.根据权利要求9的方法，其中该辅助信息包括与该GPS接收器所输出的该GPS采样相关的信息。
16.根据权利要求15的方法，其中该辅助信息包括所输出的该GPS信号载波频率或带宽、该GPS信号采样格式、速率或分辨率、图像符号、振荡器类型或振荡器稳定性参数、或者该天线类型。
17.一种配置用来执行根据权利要求9至16的任何一个的方法的设备。
18.根据权利要求17的设备，其配置用来与权利要求1至8中的任何一个所述类型的GPS接收器连接。
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