CN1940589B - 一种全球卫星定位系统的数据位同步的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是提出一种全球卫星定位系统的数据位同步的方法及系统，接收由卫星传送的一卫星信号，产生一同步信号，该卫星信号的每一数据位是由N个粗码所组成。一数据缓冲器用以接收并储存该卫星信号的数据位。一匹配滤波器对每一数据位的N个粗码进行滤波，以计算每一数据位中N个粗码的相关性，并输出与该数据位对应的一相关性组，其中，该相关性组具有N个相关性。一选择装置从该相关性组的N个相关性中选取具有最大值的相关性，并以与该最大值相关性对应的粗码作为该同步信号。本发明能够在低信号噪声比的环境下有效地执行数据位同步，同时能够实现快速定位。
Description
技术领域
本发明涉及影像处理技术领域，尤指一种全球卫星定位系统的数据位同步的方法及系统。
背景技术
在全球卫星定位系统(Global Position System，GPS)中，所传送的数据位是由20个展频(Spread Spectrum)处理后的粗码(Coarse/Acquisition Code，CAcode)所组成。接收装置接收卫星信号，经过射频降频动作到中频信号，并利用模拟至数字转换器(ADC)对中频信号取样，再利用信号处理技术取出卫星原始信号位，以便进行定位的工作。即使在低信号噪声比(Signal-to-NoiseRatio，SNR)的环境下也必须完成CA码同步(CA Synchronization)及数据位同步(Bit Synchronization)等信号同步，以便顺利完成数据解调的目的。数据位同步的目的是提供接收装置最大能量解调的时序同步信号。该同步信号的准确度是影响接收装置灵敏度最重要的参数。
图1为已知以长条图统计法执行位同步的流程图。该流程图是在一段观察时间内，统计20个粗码(CA code)发生切换的次数，并通过门槛设定来筛选出正确的位起始时间。如图2所示，当在高信号噪声比的环境时，粗码2(CA2)的统计数目超过高切换次数门槛(TH_H)，故可确定位同步是发生在粗码2(CA2)。然而，如图3所示，在低信号噪声比的环境下，粗码值切换机率接近50％，因此利用统计图演算法易造成侦测错误，导致信号解调失败。同时，已知技术累积统计样本，其观察时间必须增长，这需要加长追踪时间，而使得整个系统的反应变慢，因而无法快速定位。故已知的全球卫星定位系统的数据位同步的方法及系统仍有改善空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种全球卫星定位系统的数据位同步的方法及系统，从而解决已知的长条图统计法无法在低信号噪声比的环境下有效执行同步的问题，同时解决已知技术无法快速定位的问题。
依据本发明的一个特色，提出一种全球卫星定位的数据位同步的系统，其接收由卫星传送的一卫星信号，产生一同步信号，该卫星信号的每一数据位是由N个粗码(Coarse/Acquisition Code)所组成，其中N为正整数，该系统包含一数据缓冲器、一匹配滤波器及一选择装置。该数据缓冲器用来接收并储存该卫星信号的数据位；该匹配滤波器耦合到该数据缓冲器，对每一数据位的N个粗码进行滤波，以计算每一数据位中N个粗码的相关性(correlation)，并输出与该数据位对应的一相关性组(correlation set)，其中，该相关性组具有N个相关性；一相关性组合装置，耦合到该匹配滤波器，以组合多个相关性组，并产生一个组合相关性，该相关性组合装置是将该多个相关性组中对应的N个相关性分别相加；该选择装置耦合到该匹配滤波器，以从该相关性组(correlation set)中选取具有最大值的相关性，并以与该最大值的相关性对应的粗码作为该同步信号；或者耦合到该相关性组合装置，以从该组合相关性中选取具有最大值的相关性，并以与该最大值的相关性对应的粗码作为该同步信号。
依据本发明的另一特色，提出一种全球卫星定位系统的数据位同步的方法，其接收由卫星传送的一卫星信号，产生一同步信号，该卫星信号的每一数据位是由N个粗码(Coarse/Acquisition Code)所组成，其中N为正整数，该方法包含：一数据接收步骤，用来接收并储存该卫星信号的数据位；一匹配滤波步骤，对每一数据位的N个粗码进行滤波，以计算每一数据位中N个粗码的相关性(correlation)，并输出一与该数据位对应的相关性组(correlation set)，其中，该相关性组具有N个相关性；一相关性组合步骤，以组合多个相关性组，并产生一个组合相关性；其中，该相关性组合装置是将该多个相关性组中对应的N个相关性分别相加；选择步骤，从该相关性组(correlation set)中或者从该组合相关性中选取具有最大值的相关性，并以与该最大值的相关性对应的粗码作为该同步信号。
本发明是以匹配滤波器来计算一数据位中N个粗码的相关性，仅需用简易的硬件即可实现，不仅可达到实时效果，解决已知技术无法快速定位的问题，还可解决已知长条图统计法无法在低信号噪声比的环境下有效执行同步的问题。本发明设计新颖，能在产业上利用且确有技术效果。
附图说明
图1为已知以长条图统计法进行位同步的流程图。
图2为已知长条图统计法在高信号噪声比环境下的示意图。
图3为已知长条图统计法在低信号噪声比环境下的示意图。
图4为本发明的全球卫星定位系统的数据位同步的系统的方框图。
图5为本发明的匹配滤波器的方框图。
图6为本发明的匹配滤波器的工作示意图。
图7为本发明的相关性组合装置的方框图。
图8为本发明一种全球卫星定位系统的数据位同步的方法的流程图。
具体实施方式
有关本发明全球卫星定位系统的数据位同步的方法及系统的较佳实施例说明，敬请参照图4显示的系统方框图。其接收一由卫星传送的卫星信号，产生一同步信号，该卫星信号的每一数据位是由N个粗码(Coarse/Acquisition Code)组成，其中N为正整数，该系统包含一数据缓冲器410、一匹配滤波器420、一相关性组合装置430及一选择装置440。
该数据缓冲器410用来接收并储存该卫星信号的数据位。在本实施例中，是对三个数据位进行运算，由于每一个数据位具有20个粗码(CA code)，故该数据缓冲器410共具有3×20个位。由于一个粗码可用一个或多个位(bit)来储存，此时该数据缓冲器410可以以“字”(word)为单位。
该匹配滤波器420耦合到该数据缓冲器410，对每一数据位的20个粗码进行滤波，以计算每一数据位中20个粗码的相关性(correlation)，并输出一相关性组(correlation set)，其中该相关性组(correlation set)包含20个相关性。
图5是该匹配滤波器420的方框图。如图所示，该匹配滤波器420包含一匹配滤波器系数产生装置510、一乘法器520、一第一加法器530、一第一迟延器540、一粗码排程装置550及一粗码结果暂存装置560。
匹配滤波器系数产生装置510用来产生该匹配滤波器的系数，其可为一非易失性存储装置，以储存20个粗码的系数，作为该匹配滤波器的系数。由于该匹配滤波器的系数有逻辑特性可循，故匹配滤波器系数产生装置510也可为逻辑电路，以产生匹配滤波器的系数。
该乘法器520的第一端耦合到该数据缓冲器410，用来接收卫星信号的数据位，第二端耦合到匹配滤波器系数产生装置510，对数据位的一粗码及匹配滤波器系数进行乘法运算，以产生与该粗码对应的部分相关性(partialcorrelation)。该乘法器520的乘法运算是二进制乘法运算。
第一加法器530一端耦合到乘法器520，以接收与该粗码对应的部分相关性，另一端接收一迟延部分相关性(delayed partial correlation)，以对该粗码对应的相关性进行累加，并由其输出端产生该粗码的相关性(correlation)。第一迟延器540耦合到第一加法器530的输出端，来将加法器530的输出暂存，并产生该迟延部分相关性(delayed partial correlation)。
粗码排程装置550耦合到第一加法器530，用来将该第一加法器530输出的相关性传送到对应的一暂存位置。粗码结果暂存装置560耦合到该粗码排程装置550，用来暂存这20个粗码的相关性。
图6是匹配滤波器420的工作示意图，当计算粗码0(CA0)的相关性时，是将数据位与匹配滤波器的系数相乘，此时匹配滤波器的系数如图6中的A所示，所产生粗码0的相关性则经由粗码排程装置550而暂存于粗码结果暂存装置560中。当计算粗码1(CA1)的相关性时，是将数据位与匹配滤波器的系数相乘，此时匹配滤波器的系数如图6中的B所示。当计算完粗码0～粗码19的相关性后，粗码结果暂存装置560中暂存有20个相关性，并输出一相关性组(correlation set)。
相关性组合装置430耦合到该匹配滤波器420，以组合多个相关性组，并产生一个组合相关性，其中该相关性组合装置是将该多个相关性组中对应的N个相关性分别相加。
图7是该相关性组合装置430的方框图，其主要是计算1个分集(diversity)中粗码0～粗码19的相关性。在本实施例中，1个分集包含3个数据位。如图所示，相关性组合装置430包含一分集排程装置710、一第二加法器720、一第二迟延器730、一分集结果暂存装置740、观测时间控制装置750及一开关装置760。
分集排程装置710耦合到粗码结果暂存装置560，存取暂存于粗码结果暂存装置560中的相关性，以接收粗码结果暂存装置560所暂存的相关性。第二加法器720耦合到分集排程装置710，对暂存于粗码结果暂存装置560中的相关性进行累加，并将累加的结果暂存于分集结果暂存装置740。也就是，与3个数据位的粗码0对应的3个相关性相加之后，暂存于分集结果暂存装置740中的第一个储存位置中。
在本实施例中，相关性组合装置430累积1个分集(三个数据位)的能量。当要累积多个分集的能量时，可通过观测时间控制装置750来控制第二迟延器730及开关装置760，以累积多个分集的能量。例如，当要累积5个分集的能量时，观测时间控制装置750则将第二迟延器730及开关装置760使能5个分集的时间，使得分集结果暂存装置740累积5个分集的能量。
选择装置440耦合到该分集结果暂存装置740，以从该分集结果暂存装置740的N个相关性中选取具有最大值的相关性，并以与该最大值的相关性对应的粗码作为该同步信号。
在本实施例中，是计算1个分集(diversity)中粗码0～粗码19的相关性，且1个分集包含3个数据位。故选择装置440耦合到该相关性组合装置430。在其它实施例中，若1个分集包含1个数据位时，选择装置440则耦合到该匹配滤波器420，以从该粗码结果暂存装置560的N个相关性中选取具有最大值的相关性，并以与该最大值相关性对应的粗码作为该同步信号。
图8为本发明一种全球卫星定位系统的数据位同步的方法的流程图。首先，在步骤S810中接收一数据位的粗码。在步骤S820中，计算该数据位的一粗码的相关性，其是对该数据位的一粗码及一匹配滤波系数进行乘法运算，以产生与该粗码对应的相关性(correlation)。在步骤S830中，判断该数据位的20个粗码是否均已计算完成，若否，重回步骤S820，若是，执行步骤S840。
在步骤S840中是表示已经执行完一数据位中20个粗码的相关性计算，且该20个粗码的相关性组成一相关性组(correlation set)。在步骤S840再判断是否执行完一分集中的三个数据位的20个粗码的相关性计算。若是，执行步骤S850，若否，则重回步骤S820，以执行下一个数据位中20个粗码的相关性计算。
在步骤S850中是表示已经形成三个相关性组(correlation set)，故在步骤S850中将该三个相关性组予以组合，并产生一个组合相关性。在步骤S860中，判断是否执行完M个分集中的三个数据位的相关性计算。若是，执行步骤S870，若否，则重回步骤S820以执行下一个分集的数据位中20个粗码的相关性计算。在步骤S870中，在该组合相关性中选取具有最大值的相关性，并以与该最大值相关性对应的粗码作为该同步信号。
本发明是以匹配滤波器来计算一数据位中20个粗码的相关性，其仅需用简易的硬件即可实现，不仅可达到实时效果，更可解决已知长条图统计法无法在低信号噪声比的环境下有效执行同步的问题，同时又由于实时效果，一并解决了已知技术无法快速定位的问题。
上述较佳具体实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (8)
1.一种全球卫星定位的数据位同步的系统，其接收由卫星传送的一卫星信号，产生一同步信号，该卫星信号的每一数据位是由N个粗码所组成，其中N为正整数，该系统包括：
一数据缓冲器，用来接收并储存该卫星信号的数据位；
一匹配滤波器，耦合到该数据缓冲器，对每一数据位的N个粗码进行滤波，以计算每一数据位中N个粗码的相关性，并输出与该数据位对应的一相关性组；
一相关性组合装置，耦合到该匹配滤波器，以组合多个相关性组，并产生一个组合相关性，该相关性组合装置是将该多个相关性组中对应的N个相关性分别相加；以及
一选择装置，耦合到该匹配滤波器，以从该相关性组中选取具有最大值的相关性，并以与该最大值的相关性对应的粗码作为该同步信号；或者耦合到该相关性组合装置，以从该组合相关性中选取具有最大值的相关性，并以与该最大值的相关性对应的粗码作为该同步信号；
其中，该相关性组具有N个相关性。
2.如权利要求1所述的系统，其中，该匹配滤波器包含：
一匹配滤波器系数产生装置，用以产生该匹配滤波器的系数；
一乘法器，其第一端耦合到该数据缓冲器，用以接收该卫星信号的数据位，第二端耦合到该匹配滤波器系数产生装置，以对该数据位及匹配滤波器系数进行乘法运算，产生与一粗码对应的部分相关性；
一加法器，一端耦合到该乘法器，以接收与该粗码对应的部分相关性，另一端接收一迟延部分相关性，以对该粗码对应的相关性进行累加，并由其输出端产生该粗码的相关性；以及
一迟延器，耦合到该加法器的输出端，以将该加法器的输出暂存，并产生该迟延部分相关性。
3.如权利要求2所述的系统，其中，该匹配滤波器还包括：
一粗码排程装置，耦合到该加法器，用以将该加法器输出的相关性传送到对应的一暂存位置；以及
一粗码结果暂存装置，耦合到该粗码排程装置，用以暂存该N个粗码的相关性。
4.如权利要求3所述的系统，其中，该相关性组合装置还包括：
一分集排程装置，耦合到该粗码结果暂存装置，存取暂存于该粗码结果暂存装置中的相关性；
一分集结果暂存装置，耦合到该选择装置，用以暂存1个或者多个分集的能量；
一第二加法器，耦合到该分集排程装置，对分集排程装置存取到的相关性进行累加，将累加得到的1个分集能量暂存于该分集结果暂存装置；
当需要积累多个分集的能量时，该相关性组合装置还包括一第二迟延器、一开关装置，以及一观测时间控制装置，该第二迟延器分别与该第二加法器、该开关装置，以及该观测时间控制装置耦合，该开关装置还分别与该观测时间控制装置及该分集结果暂存装置耦合，该观测时间控制装置使能该第二迟延器及该开关装置，以使得该分集结果暂存装置累积多个分集的能量。
5.如权利要求2所述的系统，其中，该乘法器的乘法运算是二进制乘法运算。
6.如权利要求1所述的系统，其中，N为20。
7.一种全球卫星定位系统的数据位同步的方法，其接收由卫星传送的一卫星信号，产生一同步信号，该卫星信号的每一数据位是由N个粗码所组成，其中N为正整数，该方法包括：
一数据接收步骤，用以接收并储存该卫星信号的数据位；
一匹配滤波步骤，对每一数据位的N个粗码进行滤波，以计算每一数据位中N个粗码的相关性，并输出一与该数据位对应的相关性组；
一相关性组合步骤，以组合多个相关性组，并产生一个组合相关性；其中，该相关性组合装置是将该多个相关性组中对应的N个相关性分别相加；以及
一选择步骤，从该相关性组中或者从该组合相关性中选取具有最大值的相关性，并以与该最大值的相关性对应的粗码作为该同步信号；
其中，该相关性组具有N个相关性。
8.如权利要求7所述的方法，其中，N为20。
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