CN2921856Y

CN2921856Y - 一种卫星定位系统时间测量的装置

Info

Publication number: CN2921856Y
Application number: CNU2006201246781U
Authority: CN
Inventors: 范国伟
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2016-07-12

Abstract

本实用新型公开了一种卫星定位系统时间测量的装置，该装置包括：一个接收机，一个数据处理器；所述接收机与所述数据处理器相连。本实用新型提供利用卫星定位系统接收的信号，例如全球定位系统GPS或Glonass，来测量其自己的位置或者确定日一时间的装置。

Description

一种卫星定位系统时间测量的装置

技术领域

本实用新型涉及利用从卫星定位系统(SPS)接收的信号来确定其自己的位置或者确定日—时间的装置。

背景技术

大多数情况下，允许一个系统(例如服务器系统)来确定另一个系统(例如移动SPS接收机/客户系统)的SPS信号的捕获时间(例如全球定位系统(GPS)信号)。在某些不正常情况，在移动站和服务器间的发送信号有非常长的延时，如果链路是使用允许任意长行程延时的打包通信，可能会引起该类情况的发生。偶而会发生该打包通信会经很长时间后才到达的情况。如此长的时延将要求服务器将从移动站收到的图形与储存于服务器的一个非常长的记录进行比较。这可能使计算很复杂或者要求有相当长的时间来执行必需的计算。另外，长时间的延迟可能引起与数据图形重复相关的模棱两可的情况。例如，GPS数据信号的一重要部分按30秒间隔重复，而小的部分按6秒间隔重复。在这种情况下，图形匹配过程会产生模棱两可的结果。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供利用卫星定位系统，例如GPS或Glonass，来测量与卫星数据信息相关的时间的装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供方案如下：

一种卫星定位系统时间测量的装置，其所述装置包括：一个接收机，一个数据处理器，其中，所述接收机与所述数据处理器相连，所述数据处理器中包括一个比较器，将所述接收机接收卫星数据信息中的至少一部分中的第一条记录与第二条记录在比较器中进行比较，从所述比较中确定一个时间，所述时间表明接收机何时接收到所述第一条记录。

本实用新型所述的装置，其中，进一步包括：一个存储设备，连接至所述数据处理器，存储所述记录。

进一步地，本实用新型所述的装置，其中，所述接收机接收卫星数据信息中的至少一部分中的第一条记录与第二条记录在比较器中进行比较，所述第一条记录和所述第二条记录至少有部分时间的交迭。

进一步地，本实用新型所述的装置，其中，进一步包括：一个发射器，连接至所述数据处理器，所述发射器用于与另一个实体通讯。

进一步地，本实用新型所述的装置，其中，所述接收机，为一个移动卫星定位系统接收机。

进一步地，本实用新型所述的装置，其中，所述移动卫星定位系统接收机，包括：一个天线，一个解调器，一个通信天线，一个通信接收机，所述解调器与所述天线、数据处理器相连，所述通信接收机与所述通信天线、数据处理器相连，其中，所述通信接收机将由所述通信天线接收的基站提供的卫星星历表信息发送给所述数据处理器。

进一步地，本实用新型所述的装置，其中，所述接收机，为一个卫星定位系统接收机。

进一步地，本实用新型所述的装置，其中，所述卫星定位系统接收机，包括：一个天线，一个解调器，一个通信天线，一个发射器，所述解调器与所述天线、数据处理器相连，所述发射器与所述通信天线、数据处理器相连，其中，所述发射器将所述第一条记录由所述通信天线发送给一个远地基站。

进一步地，本实用新型所述的装置，其中，所述卫星定位系统接收机，进一步包括：一个相关器，所述相关器与所述天线相连，其中，所述相关器通过天线获得卫星定位系统信号和确定至少一个伪距离。

进一步地，本实用新型所述的装置，其中，所述接收机，是一种无线通信接收机或一个有线通信接收机。

本实用新型是一个用于建立接收机定时关系的装置，该装置是为接收机形成一部分卫星数据信息的估计，并将该估计发送给基站。在基站将该估计与从另一个GPS接收机或GPS信息源接收到的卫星数据信息一条记录进行比较。该记录假定为没有错误的。接着该比较确定那一部分基站信息与远地单元发送的数据最相匹配的。因为基站已经读入无错误的卫星数据信息，它能将那条信息的每一位数据比特与纯粹的时间标记联系起来，如通过发送卫星所见的。因此，该比较导致基站将一合适的时间分配给经远地站发送的估计数据。如需要，该时间信息可发回给远地站。

上述手段是使基站给远地站发送一条清晰的卫星数据信息记录加上与该信息的开始部分有关的绝对时间。这种情况下，远地实体将该记录与数据的估计值作比较，该数据估计值通过处理收到GPS信息形成。该比较将提供两条记录间的时间偏移量，并因此为本地收集的数据建立一绝对时间。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的一个组合移动SPS和通讯系统的主要部件的框图；

图2为本实用新型实施例所述的图1的射频(RF)至中频(IF)转换器和频率合成器的典型实施例框图；

图3为本实用新型实施例所述的一个基站中卫星定位系统时间测量的装置图；

图4为本实用新型实施例所述的另一个基站中卫星定位系统时间测量的装置图；

图5为本实用新型实施例所述的一个系统图；

图6为本实用新型实施例所述的一种传统GPS接收机的简化结构图。

具体实施方式

下面将描述本实用新型利用卫星定位系统来测量与卫星数据有关时间的装置。

如图1所示，本实用新型实施例所述的一个组合移动式GPS接收机和通讯系统的主要部件的框图，该系统能接收SPS信号，并与基站建立通讯。

如图2所示，进一步详细地描述图1中的射频(RF)至中频(IF)转换器7和频率合成器16。

如图1所示的组合GPS和通讯系统100可能结合有某频率稳定或校正技术以进一步改进GPS接收机的灵敏度和精确度。在典型的实施例中，移动GPS接收机和通讯系统100及基站，例如基站17接收一条命令，它可以是如图3或图4所示的任一种基站。在通讯天线2上接收这个命令，在存入存储器9后，经过处理器10将命令处理成数字信息。该处理器10判断这信息是一条给基站提供位置信息的命令，这使处理器10激活系统的GPS部分，至少其中的某些部分可与通讯系统共享。例如包括设置转换6使射频(RF)至中频转换器(IF)7接收GPS天线1来的GPS信号，而不接收从通讯天线2来的通讯信号。接着接收GPS信号，经数字量化，储存于数字存储器9，然后依照数字信号处理技术对这些数据进行处理。这种处理的结果通常包括视线内多个卫星的多个伪距离，并且接着将这些伪距离返回给基站，该操作由处理元件10激活发射部分并将返回基站的伪距离传送至通讯天线2送还给基站来实现。

如图1所示的基站17可以通过无线电通信链路直接连接至远地站，或如图5所示可以通过蜂窝电话站连接至远地站，该蜂窝电话站在电话站和基站之间提供有线通信链路。图3和图4描述这两种可能的基站中卫星定位系统时间测量的装置图。

按照本实用新型，如图3中所描述的基站401可以起到如自治单元的功能，该自治单元提供至/自移动GPS接收机的无线电链路以及处理接收的伪距离和相应的时间记录。基站401可用于位于大城市的基站，并可用于位于大城市中要进行跟踪的所有移动GPS接收机中。例如，这种基站401可以由警察部门或救援部门雇用，以跟踪戴有或使用移动GPS接收机的人。通常，可以把发射器409和接收器411合并成单一带有天线的收发单元。然而因为这些单元还可以单独地存在，所以加以分别地示出。发射器409的功能是经过发送天线410向移动GPS接收机提供命令；该发射器409通常处于数据处理器405的控制下。该数据处理器405可接收处理用户的请求来确定一特殊移动GPS接收机的位置。因此，数据处理器405能产生命令，该命令由发射器409发送给移动GPS接收机。相应地，在本实用新型的一个实施例中，移动GPS接收机也可以给接收器411发送回伪距离和相应记录，它们由接收天线412接收.接收器411从移动GPS接收机接收这些信息并把它们供给数据处理器405。接着数据处理器405从来自移动GPS的伪距离和从GPS接收机403收到的卫星数据信息或者其他参考质量的卫星数据信息源中得到位置信息。该GPS接收机403提供卫星的星历表数据，该星历表数据与伪距离和确定时间一起用于为移动GPS接收机计算位置信息。该大规模存储器407含有卫星数据信息的参考记录的一个储存版本。这储存版本用于与从移动GPS接收机收到的记录作比较。数据处理器405可连接到显示器415(选项)，也可以连接到带有GIS软件(选项)的大规模存储器413。应当认识到，因为大规模存储413和大规模存储器407可以包含在相同硬盘或其他大规模存储设备中。

如图4中所示，描述本实用新型实施例所述的一个替代基站中卫星定位系统时间测量的装置图。该基站425可连接至远地发射和接收站，例如图6所示的蜂窝电话站455。该基站425也可以通过网络，如因特网或内部网或其他类型的计算机网络系统连接至客户系统。经过如图6所示的蜂窝式电话站455和它相应的天线或天线457，基站425可与移动GPS接收单元，例如图5所示的组合移动GPS接收机和通信系统453进行通信。应当认识到，该组合移动GPS接收机和通信系统453与图1所示的系统100也许相似。

如图4所示的基站425包含处理器427。该处理器427可以是传统的微处理器，它经过总线430连接至主存储器429，该主存储器429可以是随机存取存储器(RAM)。该基站425还包含其他输入/输出设备，例如键盘，鼠标，显示器435和有关的输入/输出控制器，它们经总线430接至处理器427和存储器429。大规模存储器433，例如硬盘或CD ROM或其他大规模存储设备，经过总线430被连接到系统的各种部件，例如处理器427。输入/输出控制器431连接至总线430，它能在GPS接收机之间或卫星数据信息的其他源之间提供输入/输出控制服务。该输入/输出控制器431从GPS接收器接收卫星数据信息，并将这些数据经过总线430提供给处理器427。该处理器427产生要加到卫星数据信息中的时间标记，然后将该标记储存于大规模存储器433中，以便随后用于与从移动GPS接收机收到的记录进行比较。在图4中所示的两个调制解调器439和437用作与远离于基站425的其他系统相连的接口。在调制解调器或网络接口439的情况下，该设备连接至客户计算机，例如可通过因特网或某些其他计算机网来连接。该调制解调器或其他接口437给蜂窝式电话站，例如图6所示的蜂窝式电话站455，提供一个接口。基站425可以由本领域的熟练人员用其他计算机结构来实现。例如可以是多总线、或一主总线和一外部总线、或者可以是多计算机系统和/或多处理器。优点是，例如有一专用处理器来接收从GPS接收机403来的卫星数据信息以及处理该信息，以便按指定的方式提供一条参考记录。这样，按本实用新型制备参考记录，储存该记录和管理批量储存的数据过程中，就不会有什么阻碍了。

如图5所示的系统451，该系统包括一个SPS接收机、一个蜂窝电话站、一个基站、互联网和客户计算机系统，在一个实施例中按以下的方式工作。客户系统463经过网络，例如因特网461，发送一条信息到基站425。应当认识到在网络或因特网461，可能有插入式路由器或计算机系统，它们沿着一特殊移动GPS接收机453的位置请求通过。然后，基站425经过一个链路，该链路通常是有线电话链路459，发送一条信息给蜂窝式电话站455。接着，该蜂窝式电话站455用自己的天线或天线457发送一条命令给组合移动GPS接收机和通信系统453。相似地按照本实用新型，该系统453将发回伪距离和卫星数据信息记录。然后蜂窝电话站455接收这些记录和伪距离，并经链路459传输回基站。随后基站按本实用新型描述进行工作，利用这些记录来确定卫星数据信息的接收时间、使用从远地GPS系统453来的伪距离和利用从基站GPS接收机或从其他GPS数据源的卫星星历表数据。随后该基站确定位置信息并经过网络，例如因特网461，将该位置信息传送给客户计算机系统453。

如图6所示，一个传统GPS接收机601的简化版本。该传统接收机601从GPS射频RF前端(即下变频器和数字化器)接收数字化I/O输入信号603，并在混频器605将该输入信号603与从数字振荡器607来的振荡信号进行混频。然后，混频器605的输出在混频器609中与PN发生器611的输出进行混频。该PN发生器由从微控制器617来的芯片预置信号619作芯片预置(Chip advance)控制。为了将信号转换成近基带，微控制器617也控制数字振荡器607。

在传统的GPS接收机操作中，从GPS卫星收到的信号在无噪声时的格式为：

Y(t)＝AP(t)D(t)exp(j2πf₀t+Ф) 公式(1)

本实用新型P(t)是长度为1023，有正负1误差的重复的二进制相移调节的伪随机码序列(芯片速率为每秒1.023兆碎片(Mchips))。D(t)是50波特数据信号，该信号按PN帧开始端排列，又假定该值为正负1。在将信号转换成近基带后(即通过混频器605)，用相关器(可认为相关器包括图6中的元件609、611、613、615和617)通常地将PN码移去。该设备本地重新产生P(t)码(为指定的卫星)，并确定所收到的PN码与本地产生的PN码之间的相对相位。当相位调整时，相关器将该信号与本地产生的参考信号相乘，导致的信号格式：

P(t)×y(t)＝P(t)AP(t)D(t)exp(j2πf₀t+Ф)＝A D(t)exp(j2πf₀t+Ф) 公式(2)

在这点，信号经窄带滤波(例如在滤波器613)，滤掉数据信号D(t)带宽外的噪声。然后经采样器615，可将采样速率减少至数据速率的较小数倍。这样，在公式2右边的时间变量t可取公式mT/K的值，m＝o、1、2、...，K为一小的整数(例如2)，T是比特周期。

此点的数据采样被用于执行PN跟踪操作，载波跟踪和数据解调。该操作也通常在微控制器617中的软件算法来执行，但也可以用硬件来实行.在图6中，微控制器617将校正信号621和619分别反馈给数字振荡器和PN发生器，以便本地产生的载波信号和PN信号与所接收的信号，在相位上保持同步。对于同时接收的多路GPS信号(通常从四颗或更多颗卫星上收到4路或更多路GPS信号)，该操作通常是并行执行的。

目前，在某些情况(例如：较低的信噪比(″SNR″))，GPS信号可能太弱，以至于数据D(t)不能可靠地被分离出来。如前所述，传统的GPS接收机需要读取该数据来确定世界时以及提供一个位置定位。在低信噪比(SNR)的情况下，由本实用新型提供一替代手段是远地站和基站一起工作，后者存取该卫星数据信息.远地站将该资料送给基站，让基站计算与远地站的原始接收的数据有关的时间。还存在一种可替代的配置，在该配置中，基站将资料送给远地站以便远地站计算该接收时间。主要考虑的是第一种情况。

应当注意，在某些情况，基站和远地站间的时间协调可以由下列两种方式中的任一种方式达到。一种是在通信链路上发送精确的定时信号(如脉冲或特定的波形信号)，另一种是通过对链路潜在能力的认识或测量环路延迟(假定是一双向对称的链路)来统计所经过的时间。可是有许多种情况，该手段是不切合实际的或不可能的。例如，在包括打包约定的许多链路中，每一个发送间的延迟均不同；并跨越许多秒钟。

本实用新型的手段是让远地站形成一部分数据序列D(t)的估计或处理该序列版本的估计，并将该数据发送给基站。该数据序列与由基站产生的相似的但高保真的信号进行比较。按照所给的尺度，如最小的均方根差，这两种序列在相对时间上进行滑动，直到产生最好的匹配为止。该“相关”过程与GPS接收机所用的为与PN展开序列同步的过程非常相似；可是该操作以较低速率的数据信号工作，此外该信号的图形是经常改变的，以及不可能预先知道的。

因为基站大概知道与该信息的每一元素有关的精确时间，该基站可以利用该知识加上前述的比较来查明与远地站接收的信号有关的原始时间。

本实用新型的上述讨论主要针对美国全球定位卫星(GPS)系统。但是，应当理解，这些装置同样适用于相似的卫星定位系统，例如：俄罗斯的Glonass系统。另外，还应认识到本实用新型的原理同样适用于利用假卫星(Pseudolites)或卫星与假卫星组合的定位系统。另外所提供的有关基站和移动SPS接收机的各种结构是属描述性的，而不能认为是对本实用新型的限制。本实用新型所提供的图表只用作描述目的，不能以任何方式企图限制本实用新型。此外，已经描述了本实用新型的各种设备的各种例子，并应当认识到，根据本实用新型的这些例子可进行修改并且仍落在下列的权利要求的范围内。

Claims

1、一种卫星定位系统时间测量的装置，其特征在于，所述装置包括：一个接收机，一个数据处理器，其中，所述接收机与所述数据处理器相连，所述数据处理器中包括一个比较器，将所述接收机接收卫星数据信息中的至少一部分中的第一条记录与第二条记录在比较器中进行比较，从所述比较中确定一个时间，所述时间表明接收机何时接收到所述第一条记录。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：一个存储设备，连接至所述数据处理器，存储所述记录。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收机接收卫星数据信息中的至少一部分中的第一条记录与第二条记录在比较器中进行比较，其中，所述第一条记录和所述第二条记录至少有部分时间的交迭。

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：一个发射器，连接至所述数据处理器，所述发射器用于与另一个实体通讯。

5、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收机，为一个移动卫星定位系统接收机。

6、如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述移动卫星定位系统接收机，包括：一个天线，一个解调器，一个通信天线，一个通信接收机，所述解调器与所述天线、数据处理器相连，所述通信接收机与所述通信天线、数据处理器相连，其中，所述通信接收机将由所述通信天线接收的基站提供的卫星星历表信息发送给所述数据处理器。

7、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收机，为一个卫星定位系统接收机。

8、如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述卫星定位系统接收机，包括：一个天线，一个解调器，一个通信天线，一个发射器，所述解调器与所述天线、数据处理器相连，所述发射器与所述通信天线、数据处理器相连，其中，所述发射器将所述第一条记录由所述通信天线发送给一个远地基站。

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述卫星定位系统接收机，进一步包括：一个相关器，所述相关器与所述天线相连，其中，所述相关器通过天线获得卫星定位系统信号和确定至少一个伪距离。

10、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收机，是一种无线通信接收机或一个有线通信接收机。