CZ81293A3

CZ81293A3 - Receiver of a global positioning system

Info

Publication number: CZ81293A3
Application number: CS93812A
Authority: CZ
Inventors: Andrew Graham Dempster; Roderick Charles Bryant; Stanley Laverty Gougan; Harry Tagaris
Original assignee: Auspace Ltd
Priority date: 1991-09-12
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1994-02-16

Abstract

Přijímač se používá u satelitního globálního polohovacího systému NAVSTAR, určeného pro rádiovou navigaci a časový přenos. Vysílání z každého z mnoha satelitů sestává z kódovaných signálů v kódu C/A, přičemž tyto signály obsahují nosnou frekvenci kódu a modulovaných dat. Přijímač sestává z prostředku pro příjem kódovaných signálů v kódu C/A vysílaných z alespoň čtyř satelitů a z prostředku pro zpracování těchto signálů. Tento prostředek obsahuje odhadovací zařízení parametrů signálů s otevřenými smyčkami pro fázově koherentní odhad několika parametrů signálů, zahrnujících kódové zpoždění, nosnou frekvenci, fázi nosné frekvence, fázové zrychení nosné frekvence, hodnotu dat a zpoždění dat.The receiver is used with satellite global positioning NAVSTAR radio navigation and timing transmission. Broadcasting from each of many satellites consists of encoded signals in C / A code, including these signals carrier code and modulated data carrier. Receiver consists of a means for receiving coded signals in the code C / A transmitted from at least four satellites and from processing these signals. This resource contains an estimator device of open loop signal parameters for a phase coherent estimate of several parameters signals including code delay, carrier frequency, carrier frequency phase, carrier frequency phase acceleration, data value and data delay.

Description

Přijímač globálního polohovacího systémuGlobal Positioning System Receiver

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká rádiového přijímače globálního polohovacího systému, zejména přijímače pro použití u Globálního Polohovacího Systému NAVSTAR.The invention relates to a radio receiver of a global positioning system, in particular a receiver for use in the NAVSTAR Global Positioning System.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Globální Polohovací Systém NAVSTAR je globálním systémem pro rádiovou navigaci a přenos času, založeným na satelitech tak, že používá satelitní konstelaci Ministerstva obrany USA. Tato konstelace sestává z alespoň 21 satelitů, umístěných na mnoha orbitálních drahách v předem stanovených vzdálenostech nad Zemí a uspořádaných tak, že v jakémkoli okamžiku a v podstatě v jakékoli poloze na Zemi jsou vždy alespoň čtyři satelity nad horizontem. Dále je upravena stanice pro ovládání satelitů, která, mezi jiným, ovládá velmi přesné hodiny v satelitech, synchronizuje tyto hodiny, stanovuje dráhy satelitů a dodává na orbitální dráhy informace těmto satelitům pro jejich opětné vysílání pro uživatele.The NAVSTAR Global Positioning System is a global satellite-based radio navigation and time system using the US Department of Defense satellite constellation. This constellation consists of at least 21 satellites located on many orbital orbits at predetermined distances above the Earth and arranged so that at any given moment and at virtually any position on Earth there are always at least four satellites above the horizon. Furthermore, a satellite control station is provided which, inter alia, controls the very accurate clocks in the satellites, synchronizes the clocks, determines the orbits of the satellites, and supplies orbital orbits to the satellites for retransmission to the user.

Každý satelit z celé konstelace přenáší dvě jednoznačné zprávy se širším spektrem v přímém sledu ve fázové kvadratuře na každé ze dvou frekvencí pásma L. Popisovaný přijímač zpracovává pouze zprávy kódované v kódu C/A (Coarse/Acquisition) na nosném kmitočtu LI (1575,42 MHz); popisované principy se však rovněž používají u kódovaných signálů P (přesných) na nosném kmitočtu LI a L2. Kódovaný signál s přímým sledem, který má frekvenci 1 023 Mčip/s, a kódovanou frekvenci časového opakování 1 kHz, moduluje nosný kmitočet zapisovacím způsobem s binárním fázovým posuvem (BPSK). Tento široký signál je dále modulován binárním fázovým posuvem 50datovým signálem. Data obsahují informaci, která umožňuje přijímači měřit vzdálenost mezi přijímačem a satelitem, t.j. data, která umožňují modelování dráhy (efemeridy) kosmické lodi a časování informace týkající se přesných satelitních hodin. Hodiny přijímače budou mít vždy trvalou odchylku vůči satelitním hodinám, takže tato měření vzdáleností jsou známá jako měření pseudovzdáleností. Pro provádění řešení polohy jsou zapotřebí čtyři měření pseudovzdáleností - pro vyřešení čtyř proměnných x, y, z a místní trvalé odchylky hodin. Pro další zvýšení přesnosti řešení polohy je možno provést více měření - za určitý čas (několik měření ze stejných satelitů), u větší sady satelitů, nebo u širšího rozsahu proměnných satelitního signálu, jako je fáze a fázová rychlost.Each satellite from the whole constellation transmits two unambiguous broader spectrum messages in a straight-line phase-quadrature sequence on each of the two L-band frequencies. The described receiver only processes messages coded in C / A (Coarse / Acquisition) on the LI carrier frequency MHz); however, the principles described also apply to coded P signals (accurate) on the carrier frequencies L1 and L2. A coded direct-sequence signal having a frequency of 1,023 Mcip / s and a coded time repetition rate of 1 kHz modulates the carrier frequency in a binary phase shift (BPSK) writing manner. This broad signal is further modulated by a binary phase shift with a 50data signal. The data includes information that allows the receiver to measure the distance between the receiver and the satellite, i.e., the data that allows the modeling of the orbit (ephemeris) of the spacecraft and the timing of the information regarding the exact satellite clock. The receiver clock will always have a permanent deviation from the satellite clock, so these distance measurements are known as pseudo-distance measurements. Four pseudo-distance measurements are required to perform position resolution - to solve the four variables x, y, z and local permanent deviation of the clock. To further increase positioning accuracy, multiple measurements can be made - over a period of time (several measurements from the same satellites), for a larger set of satellites, or for a wider range of satellite signal variables such as phase and phase velocity.

Systém pro sdělování polohy, používající satelitní signály globálního polohovacího systému NAVSTAR, je popsán v naší souběžné australské přihlášce vynálezu č. 63995/90.A positioning system using satellite signals from the NAVSTAR global positioning system is described in our co-pending Australian patent application No. 63995/90.

Základní návrh přijímače globálního polohovacího systému podle vynálezu ovlivňovalo mnoho faktorů. Navíc podle zvláštních požadavků zákazníků bylo evidováno několik zvláštních návrhů.The basic design of the receiver of the global positioning system according to the invention was influenced by many factors. In addition, according to the special requirements of customers, several special proposals were registered.

Za prvé, návrh přijímače by měl být dosti pružný pro několik použití. Toho je dosaženo modulárním provedením, u něhož jsou jednotlivé moduly zaměnitelné. Navíc úměrnost fungování přijímače prováděného pomocí software by měla být optimalizována tím, že software je napsán v modulární formě, s výhodou ve vysokoúrovňovém jazyce.First, the design of the receiver should be quite flexible for several applications. This is achieved by a modular design in which the individual modules are interchangeable. In addition, the proportionality of the operation of the receiver performed by the software should be optimized by writing the software in a modular form, preferably in a high-level language.

Za druhé, provedení přijímače by mělo být vhodné pro mnoho potenciálních prostředí. To zahrnuje použití vhodných mezí a zhušťování v schopnost zpracování dynamických podmínek, vozidla, nebo vibrace provedení hardware. Důležitější je signálů pro činnost za různých jako za podmínek dynamického řízení a střídavého blokování satelitních signálů.Second, the receiver design should be suitable for many potential environments. This includes the use of appropriate limits and densities in the ability to handle dynamic conditions, vehicle, or vibration design hardware. More important is the signals for operation under various conditions such as dynamic control and alternate blocking of satellite signals.

Za třetí, vysoce výkonný a levný přijímač má minimální výrobní náklady, kterých může být dosaženo minimalizováním hardware, buď maximalizováním funkčnosti prováděné pomocí software nebo použitím techniky velkokapacitního zhušťování, nebo oběma. Navíc je přijímač upraven pro používání kódu C/A, na rozdíl od mnohem složitějšího kódu P.Third, a high-performance, low-cost receiver has minimal manufacturing costs that can be achieved by minimizing hardware, either by maximizing functionality performed by software or by using mass compression techniques, or both. In addition, the receiver is adapted to use the C / A code, as opposed to the more complex P code.

Za čtvrté, používáním kódu C/A může být přijímač téměř tak přesný jako přijímač s kódem P, když je použit v diferenciálním režimu. To vyžaduje u přesně polohované základní stanice provádění systematických korekcí chyb pseudovzdáleností k přijímači. Přijímač musí měřit pseudovzdálenosti (a některé další parametry) pro rozložení a přesnost, které jsou požadované pro přesné řešení, takže chyba měření a rozložení musí být menší než systematické chyby, které se odstraňují.Fourth, by using the C / A code, the receiver can be almost as accurate as the P code receiver when used in differential mode. This requires systematic error correction of pseudo-distance to the receiver at the precisely positioned base station. The receiver must measure the pseudo-distances (and some other parameters) for distribution and accuracy that are required for an accurate solution, so the measurement and distribution error must be less than the systematic errors that are eliminated.

Za páté, pro přenosnost a určité pohodlí musí být přijímač navržen tak, aby měl minimální hmotnost a objem. Navíc, protože se většinou používá jako přenosný, je vybaven bateriemi, takže spotřeba elektrické energie musí být minimální. Rovněž v tomto případě je důležitá technika velkokapacitního zhušťování.Fifth, for portability and some comfort, the receiver must be designed to have a minimum weight and volume. Moreover, since it is mostly used as portable, it is equipped with batteries, so electricity consumption must be kept to a minimum. Also in this case, the technique of mass densification is important.

Známý přijímač globálního polohovacího systému (GPS) typu se zpětnou vazbou používá dvě smyčky: kódově řízenou zpětnovazební smyčku, která vyjímá odhad kódového zpoždění (pseudovzdálenost) a fázově řízenou zpětnovazební smyčku (obvykle Costasovu smyčku) pro vyjímání dat. Costasova smyčka může být rovněž použita pro provádění dalších měření parametrů nosné frekvence, jako je fáze nebo fázová rychlost. V kódově řízené zpětnovazební smyčce se používá duplikát satelitního kódu pro zúžení přijmutého signálu, a datově modulovaný duplikát nosné frekvence je použit pro koherentní demodulaci zúženého signálu. Výsledná energie každého z a pozdějších kanálů se vyrovnává pro sladění s přijmutým signálem. V Costasově smyčce se data koherentní demodulací.The known feedback type global positioning system (GPS) receiver uses two loops: a code-controlled feedback loop that extracts a code delay estimate (pseudo-distance) and a phase-controlled feedback loop (usually a Costas loop) to extract the data. The Costas loop can also be used to make other measurements of carrier frequency parameters such as phase or phase velocity. In the code-controlled feedback loop, a duplicate of the satellite code is used to narrow the received signal, and a data-modulated duplicate of the carrier frequency is used to coherently demodulate the narrowed signal. The resulting energy of each of the later channels is equalized to match the received signal. In Costas loop, data is coherent by demodulation.

dřívějších duplikátu demoduluj íearlier duplicates demodulate

Toto fázově řízené přibližování se pouze blíží optimalizaci. Dalším problémem je citlivost na ztrátu jištění a kruhové posuvy v nízkofrekvenčním signálu při situacích s poměrně velkým šumovým poměrem (SNR), jako je přítomnost velkého šumu nebo vibrací nebo za podmínek záměrného rušení. Kódově řízená zpětnovazební smyčka rovněž trpí zhoršeným výkonem, avšak je méně významná z hlediska celkového výkonu přijímače. Tento problém převládá v dynamických podmínkách. Avšak i v nízkých dynamických podmínkách, jako u vysoce přesných průzkumů, se stane pravděpodobnost kruhového posuvu podstatnou, protože příslušná měření trvají dlouho.This phase-controlled approach is only approaching optimization. Another problem is the sensitivity to loss of fuse and circular shifts in the low-frequency signal in relatively high noise ratio (SNR) situations, such as the presence of high noise or vibration, or under deliberate interference conditions. The code-controlled feedback loop also suffers from poor performance, but is less significant in terms of overall receiver performance. This problem prevails under dynamic conditions. However, even in low dynamic conditions, such as high-precision surveys, the probability of circular displacement becomes essential because the measurements take a long time.

Další typ přijímače globálního polohovacího systému používá odhadovač parametrů signálů s otevřenou smyčkou. Pro maximální pravděpodobný odhad parametrů signálu může být zejména použit generický korelační přijímač. Odhady se provádějí z volby parametrů signálů, které jsou zpracovány pro vyřešení polohy.Another type of Global Positioning System receiver uses an open-loop signal parameter estimator. In particular, a generic correlation receiver may be used for the maximum probable estimation of signal parameters. Estimates are made from the choice of signal parameters that are processed to resolve the position.

Dynamický výkon provedení s otevřenou smyčkou je přesnější než u provedení se zpětnovazební smyčkou, protože provedení s otevřenou smyčkou nepodléhá jevu kruhového posuvu a ztrátě jištění nosné frekvence. To vyplývá z toho, že přijímač s otevřenou smyčkou má větší volnost pro změnu parametrů, pro přizpůsobení požadavkům různého použití. Dále, provedení přijímače s otevřenou smyčkou může být mnohem levnější, vzhledem k modulování základního zpracování a vzhledem k tomu, že konstruktér je mnohem méně omezován z hlediska přípustného zpoždění zpracování.The dynamic performance of the open-loop design is more accurate than the feedback-loop design, since the open-loop design is not subject to the circular displacement phenomenon and loss of carrier frequency fusing. This is because the open-loop receiver has more freedom to change the parameters to accommodate the requirements of different applications. Furthermore, the design of the open-loop receiver can be much cheaper, due to modulation of the base processing and since the designer is much less constrained in terms of the allowable processing delay.

Vysoce dynamický přijímač globálního polohovacího systému je popsán v patentu US 4 578 678, uděleného W.J. Hurdovi. Na rozdíl od Hurdova přijímače pracuje přijímač podle vynálezu fázově koherentně. To znamená podstatné zlepšení v situacích s vysokým šumovým poměrem. Dále, bez fázově koherentního přiblížení, nemůže být měřen parametr fáze nosné frekvence. To rovněž umožňuje zvýšení počtu parametrů, které mají být použity u řešení polohy, což vede ke zvýšení přesnosti. Zatímco Hurd použil kód P, používá přijímač podle vynálezu kód C/A, který vede ke značnému zjednodušení hardware a zpracovatelského software. Provedení podle Hurda spočívá na použití specifického hardware a software. Protože zpracování se provádí v software, je přijímač podle vynálezu mnohem pružnější při použití v mnoha různých situacích jednoduše změnou algoritmů software přijímače. Další výhodou oproti Hurdovu řešení je to, že ovládání procesoru má po celé frekvenci lokálního kódu generátor, který umožňuje optimalizaci měření provedeného z parametrů signálů.The highly dynamic receiver of the global positioning system is described in U.S. Patent 4,578,678 issued to W.J. Hurdovi. Unlike the Hurd receiver, the receiver of the invention operates in phase coherence. This means a significant improvement in situations with a high noise ratio. Further, without a phase coherent approximation, the carrier frequency phase parameter cannot be measured. This also makes it possible to increase the number of parameters to be used in positioning solutions, which leads to an increase in accuracy. While Hurd used the P code, the receiver of the invention uses the C / A code, which leads to a considerable simplification of hardware and processing software. The Hurd design is based on the use of specific hardware and software. Because processing is performed in software, the receiver of the invention is much more flexible in use in many different situations simply by changing the software algorithms of the receiver. Another advantage over Hurd's solution is that the processor control has a generator over the entire frequency of the local code, which allows optimization of measurements made from signal parameters.

Přijímač globálního polohovacího systému podle vynálezu provádí odhady kódového zpoždění, velikost nosné frekvence, fáze nosné frekvence, akceleraci fáze nosné frekvence, hodnoty dat a zpoždění dat. Tyto odhady se provádějí použitím korelační techniky otevřené smyčky. Použitím několikanásobných odhadů optimálních parametrů je přijímač velmi přesný. Provedení přijímače s otevřenými smyčkami znamená, že přijímač je poměrně imunní vůči vysokým vibracím nebo vysoce dynamickým prostředím, a může pracovat spolehlivě za přerušovaného blokování signálů. Navíc, u většiny zpracovávání signálů prováděných v software je přijímač levný a univerzální.The receiver of the global positioning system of the invention makes estimates of code delay, carrier frequency, carrier phase, carrier phase acceleration, data values, and data delay. These estimates are made using the open-loop correlation technique. Using multiple estimates of optimal parameters, the receiver is very accurate. An open loop receiver design means that the receiver is relatively immune to high vibrations or highly dynamic environments and can operate reliably with intermittent signal blocking. In addition, with most signal processing performed in software, the receiver is cheap and versatile.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nedostatky odstraňuje přijímač pro použití u satelitního globálního polohovacího systému NAVSTAR, určeného pro rádiovou navigaci a časový přenos, kde vysílání z každého z mnoha satelitů sestává z kódovaných signálů v kóduThe above drawbacks eliminate the receiver for use in the NAVSTAR satellite global positioning system, intended for radio navigation and time transmission, where transmission from each of the many satellites consists of coded signals in the code

C/A, přičemž tyto signály obsahují nosnou frekvenci kódu a modulovaných dat, podle vynálezu, jehož podstatou je, že sestává z prostředku pro příjem kódovaných signálů v kódu C/A vysílaných z alespoň čtyř satelitů a z prostředku pro zpracování těchto signálů, který obsahuje odhadovací zařízení parametrů signálů, s otevřenými smyčkami pro fázově koherentní odhad několika parametrů signálů, zahrnujících kódové zpoždění, nosnou frekvenci, fázi nosné frekvence, fázové zrychlení nosné frekvence, hodnotu dat a zpoždění dat.C / A, said signals comprising a carrier frequency of the code and the modulated data according to the invention, which consists of means for receiving coded signals in the C / A code transmitted from at least four satellites and means for processing said signals comprising estimating an open-loop signal parameter apparatus for phase coherent estimation of several signal parameters including code delay, carrier frequency, carrier frequency phase, carrier phase phase acceleration, data value, and data delay.

Přijímače založené na principu vynálezu mohou být navrženy pro mnoho různých použití, tzn. v různých prostředích a za různých dynamických podmínek.Receivers based on the principle of the invention can be designed for many different applications, i. in different environments and under dynamic conditions.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje funkční blokový diagram jednoho přijímače podle vynálezu, obr. 2 hrubé pseudovzdálenosti na korelačním diagramu a obr. 3 blokový diagram Kalmanova filtru.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows a functional block diagram of one receiver according to the invention; FIG. 2 shows a rough pseudo-distance on a correlation diagram; and FIG. 3 shows a block diagram of a Kalman filter.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Pro snadnější odhad parametrů signálů a pro vyloučení systematických chyb se tři parametry neodhadují přímo, avšak jako rozdíl mezi vybranými satelity. Spíše než vytvoření čtyř odhadů čtyř pseudovzdálenosti se nejkratší pseudovzdálenost nominálně označí hodnotou nula, a další se potom označí hodnotou, která překročí tuto nejkratší pseudovzdálenost. To je znázorněno, aby nedošlo k zavedení žádných chyb v řešení polohy, protože jedna z proměnných, pro kterou je řešení požadováno, je trvalá odchylka hodin. Tento způsob odhadování provádí účinné nastavování hodnoty trvalé odchylky hodin na hodnotu nejkratší pseudovzdálenosti. Tímto přiblížením se nejenže vyloučí chyby obvyklé pro každý kanál, avšak sníží se i počet bitů požadovaných pro popis pseudovzdálenosti o více než jednu čtvrtinu, což zmenší velikost zprávy, která má být vyslána do základní stanice, když se používá diferenciální polohování. Pro fázi, frekvenci a fázové akcelerační parametry se rovněž odhadují diference. To vylučuje chyby obvyklé při odhadování z různých satelitů, které vznikají díky kolísáním fáze referenčních oscilátorů.To make it easier to estimate signal parameters and avoid systematic errors, the three parameters are not estimated directly, but as a difference between the selected satellites. Rather than making four estimates of the four pseudo-distances, the shortest pseudo-distances are nominally denoted by zero, and the next one is labeled with a value that exceeds the shortest pseudo-distances. This is shown in order to avoid introducing any positioning errors since one of the variables for which the solution is required is a permanent clock offset. This estimation method efficiently adjusts the value of the permanent deviation of the clock to the value of the shortest pseudo-distance. This approach not only eliminates the errors common to each channel, but also reduces the number of bits required to describe the pseudo-distance by more than a quarter, reducing the size of the message to be sent to the base station when differential positioning is used. Differences are also estimated for phase, frequency and phase acceleration parameters. This eliminates estimation errors from various satellites due to phase oscillations of the reference oscillators.

HARDWARE obr. 1 znázorňuje konstrukci přijímače tohoto provedení. Funkční bloky jsou rozděleny mezi hardware a software provedené digitálním signálním procesorem. Hardware provádí rozšiřování, sestupnou konverzi a filtrovací funkce, z nichž všechny jsou normálními funkcemi prováděnými v hardware. Sestupná konverze je pseudojednostupňová, t.j. nosná frekvence se sníží na frekvenci pouze nepatrně (vzhledem k velikosti nosné frekvence a šířky pásma signálu) nad sestupnou konverzi. Tato trvalá odchylka umožňuje samodetekci výsledných hodnot a jejich vedení lokálním oscilátorem, kde mají být filtrovány. Protože trvalá odchylka je velmi malá ve srovnání se šířkou pásma signálu, je zapotřebí vytvářet složky ve fázi a v kvadratuře, t.j. s fázovým posunutím o 90°.HARDWARE Fig. 1 shows the receiver structure of this embodiment. Function blocks are divided between hardware and software made by a digital signal processor. Hardware performs expansion, downward conversion, and filtering functions, all of which are normal functions performed in hardware. The downlink conversion is a pseudo-one-step, i.e., the carrier frequency is only slightly reduced to the frequency (due to the carrier frequency and signal bandwidth) above the downlink conversion. This permanent deviation allows self-detection of the resulting values and their routing through the local oscillator where they are to be filtered. Since the permanent deviation is very small compared to the signal bandwidth, it is necessary to form components in phase and in quadrature, i.e. with a phase shift of 90 °.

U tohoto provedení se kódování a směšování rovněž provádí v hardware ovládáním hlavního procesoru. V tomto okamžiku se rovněž provádí další sestupná konverze při použití tvrdě omezeného komplexního lokálního lokálního oscilátoru je ovládána z driftu a předvídatelného Dopplerova účinný rozsah nosných frekvencí, oscilátoru. Frekvence procesoru pro umožnění posuvu, čímž se zvýší které může přijímač zpracovat. Směšování se provádí digitálně, binárním způsobem, přičemž přijímaný signál je tvrdě omezen, t.j. je představován binární 1, když je kladný, a 0, když je záporný. Tvrdé omezení má za následek ztrátu za podmínek vysokého šumu (SNR), avšak zjednodušení, které umožní hardware vyrovnat tuto nevýhodu.In this embodiment, coding and mixing is also performed in the hardware by controlling the main processor. At this point, another downward conversion is also performed using a hard-constrained complex local local oscillator controlled from the drift and the predictable Doppler effective carrier frequency range, the oscillator. Frequency of the processor to enable shifting, thereby increasing which the receiver can process. The mixing is performed digitally, in a binary manner, wherein the received signal is severely constrained, i.e. represented by binary 1 when it is positive and 0 when it is negative. A severe limitation results in a loss of high noise conditions (SNR), but a simplification that allows the hardware to compensate for this disadvantage.

Kódové směšování má za následek vytvoření signálu o šířce pásma zhruba dvakrát větší = 2 MHz, dokud nejsou kódy signál se sampluje (vzorkuje) než je frekvence kódu, t.j. perfektně přizpůsobeny. Tento při 5 MHz a potom se filtruje v dolnopropustném filtru a sampluje dolů na 9768 Hz, což je dostatečně nízko pro použití zpracování v software. Tento filtr/sestupný sampler je proveden jako integrační a vypisovací, přičemž integruje (sečítá) mnoho vstupních vzorků a vytváří jednotlivé výstupní vzorky. Integrační a vypisovací filtr má klesající funkční frekvenci, podle které má svoji první nulu při samplované frekvenci. To znamená, že existuje podstatné množství průchozích pásem nad Nyquistovou frekvencí. Komponenty signální a hlukové frekvence v této oblasti tedy procházejí jako šum vzhledem k optickému klamu. Tento problém může být jednoduše vyřešen tehdy, jestliže se pro stejnou výstupní samplovací rychlost integruje dvakrát tolik vstupních vzorků. To znamená, že daný výstupní vzorek je součtem předcházejících dvou integrací a vypsání. Tento druhý součet, známý jako filtr proti optickému klamu, se provádí v hardware.Code mixing results in a signal having a bandwidth roughly twice as large = 2 MHz until the codes are sampled (sampled) than the code frequency, i.e. perfectly matched. This at 5 MHz and then filtered through a low pass filter and sampled down to 9768 Hz, which is low enough to use software processing. This filter / downstream sampler is designed as an integrating and writing sampler, integrating (summing up) many input samples to produce individual output samples. The integration and writing filter has a decreasing functional frequency, according to which it has its first zero at the sampling frequency. That is, there are a substantial number of through bands above the Nyquist frequency. Thus, the signal and noise frequency components in this region pass as noise relative to the optical illusion. This problem can be easily solved if twice as many input samples are integrated for the same output sampling rate. This means that the given output sample is the sum of the previous two integrations and printouts. This second sum, known as the optical illusion filter, is performed in hardware.

HLAVNÍ PROCESORMAIN PROCESSOR

Až do tohoto okamžiku bylo funkční blokování přijímače v činnosti bud plynule, nebo při samplování, kde každý vzorek neměl žádný speciální význam z hlediska své polohy v čase. V hlavním procesoru jsou všechny algoritmy založeny na časové jednotce, známé jako integrační perioda = 25 ms. Určité algoritmy se provádějí každou integrační periodu, jiné se provádějí jednou za 3 nebo 54 integračních period, jak je znázorněno na obr. 1.Up to this point, the receiver function lock was in operation either continuously or at sampling, where each sample had no special significance in terms of its position over time. In the main processor, all algorithms are based on a time unit, known as the integration period = 25 ms. Certain algorithms are performed each integration period, others are performed once every 3 or 54 integration periods, as shown in Figure 1.

Rovněž několik algoritmů hlavního procesoru se provádí podle stavu shromažďování dat přijímače, t.j. jestli byl satelit zaznamenán nebo ne. Vstupní signál se převádí do frekvenční oblasti použitím převodu (Fast Fourier Transform) FFT. Každý soubor pamětí ve FFT se ověřuje na velikost. Jestliže žádný soubor pamětí nepřekročí prahovou hodnotu, považuje se satelitní signál za nezaznamenaný, a hlavní procesor čeká na další integrační periodu. Jestliže je prahová hodnota překročena, potom se soubor pamětí, v němž došlo k maximu, konvertuje dolů na soubor pamětí s nulovým počtem Hz a úzký dolnopropustný filtr s nekonečnou odezvou impulsů (IIR) se použije v časové oblasti. Signál je v tomto stupni nosnou vlnou, rozšířenou údajem 50 Hz.Also, several master processor algorithms are performed according to the receiver data collection status, i.e. whether the satellite has been recorded or not. The input signal is converted to the frequency domain using a Fast Fourier Transform (FFT). Each FFT memory file is verified for size. If no set of memories exceeds the threshold, the satellite signal is considered unrecorded, and the main processor waits for the next integration period. If the threshold is exceeded, then the set of memories in which the maximum has occurred is converted down to a set of zero Hz memories and a narrow low pass infinite response filter (IIR) is used in the time domain. The signal in this stage is the carrier wave, extended by 50 Hz.

Stanoví se rozbalená fáze tohoto signálu a derivuje se po dobu integrační periody. To umožňuje zjištění přenášení datových bitů (180° fázový přenos). Jakmile byla vyhledána paměťová místa řetězce přenosů, mohou být data dekódována. Tato operace vyhledává opakované základní informace, které jakmile jsou rezervovány, odstraní nejednoznačnost polarity, a zbytek dat může být dekódován. Cílem tohoto dekódování je vytváření času přenosu přeměn dat a vyjímání dat efemeridy, která popisují dráhu satelitu s vysokým stupněm přesnosti.The unfolded phase of this signal is determined and differentiated over the integration period. This makes it possible to detect the transmission of data bits (180 ° phase transfer). Once the transmission chain memory locations have been found, the data can be decoded. This operation retrieves repeated basic information which, once reserved, removes ambiguity of polarity, and the rest of the data can be decoded. The purpose of this decoding is to create transmission time for transforming data and extracting data by ephemeris that describe a satellite orbit with a high degree of accuracy.

Na základě těchto zjištěných přeměn se signál zúží násobením duplikátem zjištěných dat. Optimum zjištění je zaručeno prováděním několika těchto zužovacích operací okolo zjištěných přeměn a vyhledáním vrcholů korelační funkce pro parametr zpoždění dat. Jakmile je signál zúžen vůči datům, jmenovitě tak, že opustí pouze nosnou frekvenci, provede se ještě jednou změření fáze. K této fázové funkci se provede lineární přizpůsobení. To vytváří odhad nejnižších čtverců fázové frekvence po dobu integrační periody. Fáze signálu se potom otočí s použitím přeměny·, pomocí které je vytvořená přímka lineárním přizpůsobením transformována na reálnou osu. Součet reálných hodnot tohoto otočeného signálu je fázovou koherentní korelací signálu. Jedna z těchto korelačních hodnot se vytváří při každé integrační periodě. Sada prahových hodnot korelačních hodnot může rovněž zjistit, že satelit nebyl zaznamenán.Based on these detected transformations, the signal is narrowed by multiplying the duplicate data. The detection optimum is guaranteed by performing several of these tapering operations around the detected transforms and locating the peaks of the correlation function for the data delay parameter. As soon as the signal is narrowed to the data, namely by leaving only the carrier frequency, the phase measurement is performed again. Linear adjustment is performed for this phase function. This creates an estimate of the lowest squares of the phase frequency over the integration period. The signal phase is then reversed using a conversion by which the line formed is transformed into a real axis by linear adjustment. The sum of the real values of this inverted signal is the phase coherent correlation of the signal. One of these correlation values is generated at each integration period. The set of correlation thresholds may also detect that the satellite has not been recorded.

Pro provedení měření pseudovzdáleností je nutno provést odhad kódového zpoždění, pseudovzdáleností měřeny satelity. Jeden satelitTo perform pseudo-distance measurements, it is necessary to estimate the code delay, pseudo-distances measured by satellites. One satellite

V přijímači podle vynálezu nejsou přímo, nýbrž jako rozdíly mezi se označí hodnotou nula a další satelity se označí jako rozdíly mezi touto pseudovzdáleností a pseudovzdáleností, o kterou se jedná. Měřením rozdílů je přijímač zjednodušen tak, že není zapotřebí vysoce přesných hodin a spojení se základní stanicí je jednodušší.They are not directly in the receiver according to the invention, but the difference between is marked with a value of zero and the other satellites are marked with the difference between this pseudo-distance and the pseudo-distance in question. By measuring the differences, the receiver is simplified so that high-precision clocks are not needed and the connection to the base station is easier.

Kódové zpoždění se odhadne nastavením kódového generátoru na tři různé fáze pro tři postupné integrační periody. Tyto tři fáze jsou blokovány (t.j. lokální a satelitní kódy jsou vyrovnány), část čipů dříve a část čipů později. Z těchto tří kódových fází může být rekonstruována korelační funkce. Optimálním způsobem provádění rekonstrukce korelační funkce a vyhledáváním vrcholu je korelování změřené korelační funkce, samplované ve třech bodech, s očekávanou korelační funkcí, která je změřena předem. Při použití této techniky dvojité korelace vzniknou hrubé odhady pseudovzdáleností. Použití této druhé korelace je nutné pro optimalizování použití provedeného ze tří integračních časů přispívajících k měření. Každý ze tří korelačních vzorků je vytvářen pozorováním signálu pouze pro jednu integrační periodu, avšak celková doba měření představuje tři integrační periody. Šum na vzorcích je nezávislý mezi vzorky. Proto je samplovaná korelační křivka optimální částečně. Korelace neboli uvádění do vztahu s očekávanou korelační funkcí maximalizuje korelační poměr signálu k šumu, čímž se obnovuje optimálnost procesu a umožňuje se interpolování vzorků.The code delay is estimated by setting the code generator to three different phases for three successive integration periods. These three phases are blocked (i.e., local and satellite codes are aligned), some chips earlier and some chips later. The correlation function can be reconstructed from these three code phases. The optimal way to perform the correlation function reconstruction and peak search is to correlate the measured correlation function, sampled at three points, with the expected correlation function, which is measured in advance. Using this double correlation technique produces rough estimates of pseudo-distances. The use of this second correlation is necessary to optimize the use made of the three integration times contributing to the measurement. Each of the three correlation samples is generated by observing a signal for only one integration period, but the total measurement time is three integration periods. Noise on samples is independent between samples. Therefore, the sampled correlation curve is optimal in part. The correlation or correlation with the expected correlation function maximizes the signal-to-noise correlation ratio, thereby restoring process optimality and allowing sample interpolation.

Aby byly splněny požadavky na přesné měření rozdílů pseudovzdáleností, fázových diferencí, frekvenčních diferencí a diferencí fázové akcelerace, musí být signál pozorován po mnohem delší dobu než představuje integrační perioda (jejíž délka je nastavena požadavky zjišťování signálů). Jinými slovy, hrubé odhady musí být kombinovány několika optimálními způsoby pro vytvoření přesnějšího odhadu. Zvolený způsob kombinování odhadů představuje použití Kalmanova filtru. Vstupními údaji do filtru jsou odhady pseudovzdáleností, frekvence a fázových diferencí, a od základní stanice. Tento filtr pohyb satelitu a těchto modelů a vyrovnané, avšak základní stanici, vůči uživateli.To meet the requirements for accurate measurement of pseudo-distance differences, phase differences, frequency differences, and phase acceleration differences, the signal must be observed for a much longer time than the integration period (whose length is set by the signal detection requirements). In other words, rough estimates must be combined in several optimal ways to produce a more accurate estimate. The method of combining the estimates is to use the Kalman filter. The input data to the filter are estimates of pseudo-distances, frequency and phase differences, and from the base station. This filter moves the satellite and these models and balanced, but the base station, towards the user.

korelace pseudovzdáleností modeluje polohu přijímače, přijímače a drift oscilátoru přijímače. Z vstupních údajů filtr vytváří nejen pouze nesprávné pseudovzdáleností pro přenos na nýbrž rovněž odhaduje polohu přijímače Tyto odhady jsou předkládány uživateli ve standardním referenčním systému, který potřebuje geometrickou transformaci.pseudo-distance correlation models receiver position, receiver position, and receiver oscillator drift. From the input data, the filter not only generates incorrect pseudo-distances for transmission to, but also estimates the position of the receiver. These estimates are presented to the user in a standard reference system that needs geometric transformation.

KORELACECORRELATION

Odhadovací zařízení maximální pravděpodobnosti (MP) je korelačním detektorem. Parametry signálu, o který se jedná, jsou kódová hodnota, zpoždění signálu (změřené použitím kódového zpoždění a zpoždění dat), velikost nosné frekvence, fáze nosné frekvence a hodnota dat. Přijímač musí účinně provádět šestirozměrovou korelaci a vyhledávat její vrchol pro stanovení optimálních odhadů všech parametrů, pro provedení derivace řešení optimální polohy.The Maximum Probability Estimator (MP) is a correlation detector. The parameters of the signal in question are the code value, the signal delay (measured using the code delay and the data delay), the carrier frequency, the carrier phase and the data value. The receiver must effectively perform a six-dimensional correlation and look for its peak to determine optimal estimates of all parameters, to derive the optimal positioning solution.

Dvěma dalšími parametry, které vznikají v procesu odhadování, jsou drift lokálního oscilátoru a frekvence kódového generátoru. Drift oscilátoru je důležitý proto, že všechna měření provedená v daném čase v přijímači jsou provedena ve vztahu k jednomu oscilátoru, který je použit pro lokální oscilátor a samplovací hodiny. Výstup Kalmanova filtru je použit pro vytváření odhadu frekvence oscilátoru, která se použije pro korekci nastavení frekvence kódového generátoru. Korekce frekvence kódového generátoru umožňuje těsné sledování kódu satelitu, optimalizování korelačního tvaru a hodnoty a maximalizováním situace se šumovým poměrem (SNR). Není odhadována jako oddělený parametr (t.j. korelace není prováděna proti ní), protože je přímo úměrná nosné frekvenci satelitního signálu, která je již odhadnuta.The two other parameters that arise in the estimation process are the local oscillator drift and the code generator frequency. The oscillator drift is important because all measurements taken at a given time in the receiver are made in relation to one oscillator that is used for the local oscillator and the sample clock. The Kalman filter output is used to generate an oscillator frequency estimate that is used to correct the code generator frequency setting. Code generator frequency correction allows close tracking of the satellite code, optimizing the correlation shape and value, and maximizing the noise ratio (SNR) situation. It is not estimated as a separate parameter (i.e., the correlation is not performed against it) because it is directly proportional to the carrier frequency of the satellite signal that is already estimated.

KÓDOVÁ HODNOTACODE VALUE

Volba kódové hodnoty jednoduše znamená volbu satelitního kódu, který má být použit pro každý kanál přijímače. Každý satelit má kód časové délky 1023 čipů, který se opakuje za každou časovou frekvenci 1 kHz. V přijímači vytváří každý satelitní kanál duplikát kódu satelitu, ze kterého se přijímají údaje. Lokálně vytvořený kód se vynásobí přijmutým satelitním signálem. Jestliže je lokální kód prodloužený tak, že kódy jsou vyrovnány, je přijmutý signál zúžen z rozšířeného spektra šířky pásma 2 MHz na šířku pásma údajů 100 MHz.Selecting the code value simply means selecting the satellite code to be used for each receiver channel. Each satellite has a time length code of 1023 chips, which is repeated for each time frequency of 1 kHz. In the receiver, each satellite channel creates a duplicate of the satellite code from which the data is received. The locally generated code is multiplied by the received satellite signal. If the local code is extended so that the codes are aligned, the received signal is narrowed from the extended 2 MHz bandwidth spectrum to 100 MHz data bandwidth.

ODHADY HODNOTY DATDATA VALUE ESTIMATES

Hodnota dat se stanoví vyhledáním přeměn dat. Správná polarita dat se vytvoří v algoritmu pro dekódování dat. Za účelem zpracování signálů se hodnota dat odhadne jako invertovaná nebo neinvertovaná, vůči skutečným datům, přičemž v pozdějším stupni se stanoví 1 nebo 0. Přeměny se umístí v čase filtrováním fáze nosné frekvence modulovaných dat pomocí filtru upraveného pro přeměnu. Vrcholy ve výstupu porovnávacího filtru nastávají v oblasti přeměn dat. Porovnávací filtrování je optimálním způsobem umisťování přeměn a je přesné i u malého počtu vzorků. Pro nezávislé umisťování přeměn, daných počátečním odhadem z porovnávacího filtru, je možno použít kódových období. Protože porovnávací filtr umisťuje přeměny do několika vzorků (t.j. do stovek mikrosekund), a přeměny dat vždy odpovídají přeměnám kódových období, která nastávají každou 1 ms, je možné jednoznačné umisťování přeměn, jestliže umisťování mezí kódového období v integrační periodě jsou známá. Tento způsob je použit v přij ímači.The data value is determined by looking up the data transformations. The correct data polarity is created in the data decoding algorithm. For signal processing, the value of the data is estimated to be inverted or non-inverted relative to the actual data, with 1 or 0 being determined at a later stage. Peaks in the comparison filter output occur in the data conversion area. Comparative filtering is an optimal way of positioning transformations and is accurate even with a small number of samples. Code periods can be used to independently place the transformations given by the initial estimate from the comparison filter. Since the comparison filter places conversions into several samples (i.e., hundreds of microseconds), and data conversions always correspond to code period transformations that occur every 1 ms, it is possible to uniquely position the conversions if the positioning of code period boundaries in the integration period is known. This method is used in the receiver.

Když byly přeměny dat umístěny a dekódovány, přispívá informace v datech k dalším měřením. Časová informace v datech se použije pro nastavení týdenního času a umožní přijímači vypočítat čas přenosu okraje použitého pro měření pseudovzdálenosti. Údaje o efemeridě se použijí pro přesné umístění satelitů, daných dobou přenosu.When data conversions have been placed and decoded, the information in the data contributes to further measurements. The time information in the data is used to set the weekly time and allows the receiver to calculate the edge transmission time used to measure the pseudo-distance. The ephemeris data is used to accurately position the satellites given the transmission time.

FÁZE, FÁZOVÁ RYCHLOST (FREKVENCE) A ODHADY FÁZOVÉHO ZRYCHLENÍPHASES, PHASE SPEED (FREQUENCY) AND ESTIMATES OF PHASE ACCELERATION

Odhad frekvence v každém satelitním kanálu je jednoduše součtem všech sestupných přeměn použitých pro koherentní zjišťování signálu. Jmenovitě, existují čtyři takové sestupné přeměny - v analogovém hardware (přes lokální oscilátor LO), v digitálním hardware a dvě v hlavním procesu (jedna před IIR filtrem a jedna cestou fázového otočení, obě v časové oblasti). Každá z těchto přeměn je jmenovitě menší než předcházející. Změřená hodnota každé z nich je tedy úměrná frekvenci LO. Je to proto, že frekvence sestupné přeměny prováděné v hardware a v procesoru jsou všechny v samplovací frekvenci, která se derivuje ze stejného zdroje jako LO. Jinými slovy, drift LO způsobuje mnohonásobnou chybu v tomto měření. Avšak díky odhadu rozdílů frekvencí, je eliminována trvalá odchylka první frekvence LO, a drift pouze násobí sestupné přeměny prováděné v software.Frequency estimation in each satellite channel is simply the sum of all downlink transformations used for coherent signal detection. Namely, there are four such downlink transformations - in analog hardware (via a local LO oscillator), in digital hardware and two in the main process (one in front of the IIR filter and one in the phase reversal path, both in the time domain). Each of these transformations is nominally smaller than the previous ones. Thus, the measured value of each is proportional to the LO frequency. This is because the downward conversion frequencies performed in the hardware and processor are all at a sampling frequency that is derived from the same source as the LO. In other words, drift LO causes multiple errors in this measurement. However, by estimating frequency differences, the permanent deviation of the first LO frequency is eliminated, and drift only multiplies the downward conversions performed in the software.

Optimalizování přizpůsobené odhadu frekvence se týká pouze posledních dvou sestupných přeměn - první dvě jsou ve skutečnosti konstantní. Transformace FFT je korelací ve frekvenci, takže odhadování frekvence pro první sestupnou přeměnu v hlavním procesoru přes transformaci FFT poskytuje odhad MP. Fázové zpracování, které používá průměrování odhadů frekvence a fáze může být znázorněno jako optimální interpolace odhadů komplexní transformace FFT.Optimizing a customized frequency estimate only affects the last two downward conversions - the first two are actually constant. The FFT transformation is a frequency correlation, so estimating the frequency for the first downlink conversion in the main processor through the FFT transformation provides an estimate of the MP. Phase processing using the averaging of frequency and phase estimates can be represented as an optimal interpolation of complex FFT transformation estimates.

Jestliže je fáze změřena v mezích integrační periody, je měření rovněž optimální. Fázový příspěvek prvním LO je eliminován použitím fázových rozdílů. Jak sestupná přeměna v digitálním hardware, tak i sestupná přeměna FFT přispívá k nulové fázi signálu v mezích integrační periody. Je to díky těmto oscilátorům při sestupné přeměně, které mají integrální počty cyklů v integrační periodě, a jsou zpočátku nulové. To znamená, že fázový odhad je průměrnou hodnotou odhadnutou při zpracování fáze. Pro odstranění fázové nejednoznačnosti musí být fázový odhad rozbalen vzhledem k 2.If the phase is measured within the integration period, the measurement is also optimal. The phase contribution of the first LO is eliminated by using phase differences. Both the downlink conversion in digital hardware and the downlink conversion FFT contribute to the zero phase of the signal within the integration period. This is due to these down-conversion oscillators, which have integral cycles in the integration period and are initially zero. This means that the phase estimation is the average value estimated during phase processing. To eliminate phase ambiguity, the phase estimate shall be expanded relative to 2.

Fázové zrychlení není optimální, protože nepoužívá všech dostupných informací. Používá pouze dřívějších a pozdějších integračních period, které obě budou mít v podstatě nižší šumový poměr (SNR) než bodový.Phase acceleration is not optimal because it does not use all available information. It uses only earlier and later integration periods, both of which will have substantially lower noise ratio (SNR) than point noise.

ODHAD ZPOŽDĚNÍ (PSEUDOVZDÁLENOST)DELAY ESTIMATED (PSEUDDICTION)

Odhad zpoždění je mnohem komplexnější než jiné odhady, avšak většinou je nej základnější pro stanovení polohy přijímače. Jak již bylo uvedeno výše, odhadují se pouze rozdíly mezi pseudoodhady. Odhad vyžaduje vstup jak z odhadu kódového zpoždění (které má nejednoznačnost 1 ms, avšak může být odhadováno snadněji, protože kód je znám), tak i datové zpoždění (které není nejednoznačné, avšak není známé). Přeměna dat, která nastává v každém kanálu, se použije pro časové označování měření pseudovzdáleností. To provádí umisťování přeměny dat do jednoho vzorku, jak bylo popsáno pro odhad hodnoty dat. Přeměna dat se vždy shoduje s přenosem kódového období. Interpolace mezi vzorky je umožněna samplováním neboli vzorkováním fáze kódu na začátku a konci integrační periody, na přesnost podčipu. Když je dáno, že lokální kódová frekvence je blokována na přijmutou kódovou frekvenci na stupeň, který lze odhadnout, může být bod mezi vzorky, kde nastává přeměna, interpolován. Jestliže byl lokální kód přesně porovnán (ve zpoždění) s přijmutým kódem, a v systému nebyl žádný šum, mohlo by být toto interpolované změření pseudovzdálenosti přesně korigováno.Delay estimation is much more complex than other estimates, but is usually the most essential for determining receiver position. As mentioned above, only the differences between pseudo-estimates are estimated. The estimate requires input from both a code delay estimate (which has an ambiguity of 1 ms but can be estimated more easily because the code is known) and a data delay (which is not ambiguous but unknown). The data conversion that occurs in each channel is used to time-stamp pseudo-distance measurements. This accomplishes placing the data conversion into one sample as described for estimating the value of the data. Data conversion always coincides with the transmission of the code period. Interpolation between samples is made possible by sampling or sampling the phase of the code at the beginning and end of the integration period, to the accuracy of the subchip. When it is determined that the local code frequency is blocked to the received code frequency to a degree that can be estimated, the point between the samples where the conversion occurs can be interpolated. If the local code was accurately compared (in delay) to the received code, and there was no noise in the system, this interpolated pseudo-distance measurement could be accurately corrected.

Požadavky jak na udržování blokování kódu a provedení přesného odhadu, i přes šum v systému, však určují, že je nutno provést dva další zpracovatelské kroky. První z nich zahrnuje vyhledání korelačního vrcholu parametru zpoždění a druhý zahrnuje kombinaci série měření provedených při pozorovací periodě, která zajistí, že jsou splněny požadavky na přesnost.However, the requirements for both code blocking and accurate estimation, despite system noise, determine that two additional processing steps are required. The first involves finding the correlation peak of the delay parameter, and the second involves combining a series of measurements taken at an observation period to ensure that accuracy requirements are met.

Odhady pseudovzdálenosti provedené použitím výše uvedeného způsobu byly nazvány jako hrubé pseudovzdálenosti. Tyto odhady nejsou optimální, protože neexistuje žádný vztah mezi těmito odhady a korelace v parametru zpoždění. To je adresováno provedením tří takových odhadů ve třech následujících integračních periodách, přičemž každý odhad je proveden pro různou fázi kódu. Jedna z integrací se provádí se sadou kódů· u nejlepšího odhadu kódové fáze (t.j. nejtěsněji odhadnutelně k blokování). Další dvě jsou provedeny v okamžicích části dřívějšího čipu a části pozdějšího čipu, čímž vznikne sada měření znázorněná na obr. 2. Pro nalezení přesného vrcholu korelace, a tak korigování měření pseudovzdálenosti, provedeného při je nutno použít tyto tři body pro korelační funkce. Optimální způsob rekonstrukce je korelování tří bodů s korelace (znázorněným tečkované na obr. pseudovzdálenosti byl nazván interpolovaná pseudovzdálenost, a je optimálním odhadem, protože byla použita korelace (dvakrát, protože byly provedeny dva odhady - jeden tvaru nej lepším odhadu, rekonstrukci tvaru očekávaným tvarem 2). Tento odhad korelace a jeden vrcholu korelace) při provádění odhadu. Avšak vzdor optimálnosti každého odhadu nejsou pseudovzdálenosti dosud dosti přesné. Do Kalmanova filtru, který produkuje konečné odhady pseudovzdálenosti a polohy, se vede několik (jmenovitě alespoň 18) těchto interpolovaných pseudovzdáleností. Odhady fáze a frekvence, jako vstupy do Kalmanova filtru, rovněž přispívají ke zlepšení odhadu pseudovzdáleností.Pseudo-distance estimates made using the above method were termed gross pseudo-distances. These estimates are not optimal because there is no relationship between these estimates and the correlation in the delay parameter. This is addressed by making three such estimates in the three subsequent integration periods, each estimation being made for a different code phase. One of the integrations is carried out with a set of codes for the best estimation of the code phase (i.e., closest to estimating for blocking). The other two are performed at the moment of the part of the earlier chip and the part of the later chip to form the set of measurements shown in Fig. 2. To find the exact peak of the correlation, and thus to correct the pseudo-distance measurements made, The optimal way of reconstruction is to correlate three points with correlation (shown as dotted in the pseudo-distance figure was called interpolated pseudo-distance, and is an optimal estimate because correlation was used (twice because two estimates were made - one shape best estimate) This estimate of the correlation and one peak correlation) when making the estimate. However, despite the optimality of each estimate, the pseudo-distances are not yet accurate. Several (namely at least 18) of these interpolated pseudo-distances are fed to the Kalman filter, which produces final estimates of pseudo-distance and position. Phase and frequency estimates, such as inputs to the Kalman filter, also contribute to improving pseudo-distance estimation.

KALMANŮV FILTRKALMANŮV FILTR

Funkcí Kalmanova filtru je sledovat stav lineárního dynamického systému zpracováním pozorování opakovacím způsobem nejmenších čtverců. Stav systému je popsán vektorem proměnných systému, které musí být vztaženy vzájemně k sobě pomocí soustavy známých lineárních rovnic. Vektor stavu obvykle sestává z jedné nebo několika soustav derivací, a proto i rovnice, které se jich týkají, jsou diferenciálními rovnicemi popisujícími dynamiku systému. Pozorování jsou provedena měřením pozorovatelných veličin, které musí být známými lineárními funkcemi stavových proměnných.The function of the Kalman filter is to monitor the state of a linear dynamic system by processing observations of the least squares repetitive way. The state of the system is described by a vector of system variables that must be related to each other by a set of known linear equations. The state vector usually consists of one or more sets of derivatives, and therefore the equations relating to them are differential equations describing the dynamics of the system. Observations are made by measuring observable quantities, which must be known linear functions of state variables.

Obr. 3 znázorňuje funkci Kalmanova filtru. Pozorovací vektor Y sestává ze tří rozdílů pseudovzdálenosti a tří fázových rozdílů. Stavový vektor X sestává z polohy přijímače, rychlosti a zrychlení ve třech souřadnicích, a z rychlosti změny trvalé výchylky lokálních hodin. Kloboukovité tvary představuj í odhady nebo předpovědi.Giant. 3 shows the Kalman filter function. The observation vector Y consists of three pseudo-distance differences and three phase differences. The state vector X consists of the receiver position, the speed and the acceleration in three coordinates, and the rate of change of the permanent deviation of the local clock. Hat shapes represent estimates or predictions.

Matice (J) přeměny se násobí na x* pro získání odhadu stavového vektoru pro další časový interval. Smyčka je známá jako smyčka přeměny stavu. Provede se každých N přeměn a A ...The conversion matrix (J) is multiplied by x * to obtain a state vector estimate for the next time interval. The loop is known as the state transformation loop. Every N conversion and A ...

pozorovaní a provede se korekce na X. Tak, mezi pozorováními, modeluje matice přeměny předpověď dynamického chování přij ímače.Thus, between observations, the transformation matrix models the prediction of the receiver's dynamic behavior.

Korekce se provedou srovnáním předpovězeného pozorovacího /\ vektoru Y s pozorovacím vektorem Y a z toho vyplyne zpracováním předpovězený vektor chyby. Vektor chyby se násobí tzv. Kalmanovou ziskovou maticí K. Kalmanova zisková matice K se vypočítá technikou náhodného modelování zahrnující stavovou kovarianční matici P, kovarianční matici R pozorovaných chyb, kovarianční matici 2 šumu systému a pozorovací matici M. Pozorovací matice M uvádí vztah změřeného vektoru ke stavovému vektoru.Corrections are made by comparing the predicted observation vector Y with the observation vector Y, resulting in processing the predicted error vector. The error vector is multiplied by the so-called Kalman gain matrix K. The Kalman gain matrix K is calculated by a random modeling technique comprising a state covariance matrix P, a covariance matrix R of observed errors, a covariance matrix 2 of system noise and an observation matrix M. status vector.

Přítomnost označení matic, určujících jejich model (t.j. <j>, 2 ^a M ) označuje, že tyto matice musí být pravidelně obnovovány, protože nejsou časově neproměnné. Tyto matice 0, 2 ^a M závisí na polohách satelitů a přijímače. Navíc mohou být matice 2 a E odhadnuty z pozorování různými způsoby, což umožňuje přizpůsobení se filtru změnám v dynamickém chování přijímače. Dalším způsobem přizpůsobení filtru je jeho násobení skalárním faktorem vztaženým ke křivce odhadu týkající se předpovězené chyby. Skalární faktor je 1 + a, kde a je lineárně vztaženo k podkřivce matice <(Y-Ý) (Υ-¥*)Τ> (MPMT+R).The presence of matrix designations (ie, <j>, 2 ^and M) indicates that these matrices must be periodically renewed because they are not time-invariant. These matrices 0, 2 ^and M depend on the positions of the satellites and the receiver. In addition, matrices 2 and E can be estimated from observations in different ways, allowing the filter to adapt to changes in the dynamic behavior of the receiver. Another way to adapt the filter is to multiply it by a scalar factor relative to the prediction curve related to the predicted error. The scalar factor is 1 + a, where a is linearly related to the sub-curve of the matrix <(Y-Ý) (Υ- ¥ *) Τ> (MPMT + R).

Pozorování v kontextu tohoto Kalmanova filtru je vstupem z interpolačního algoritmu pseudovzdáleností a vstupem z odhadovacích zařízení frekvence a fáze. Po provedeném požadovaném množství pozorování může být odhadnutá hodnota polohy přímo výstupem z předpovězeného stavového vektoru k uživateli. Podobně mohou být odhady rozdílů pseudovzdáleností, které mají být přenášeny do základní stanice při diferenciální činnosti, přímo vyjmuty z předpovězeného pozorovacího vektoru. Když jsou ze základní stanice k dispozici korekce pseudovzdáleností, mohou být použity pro stanovení přesnější polohy přiváděním do filtru, jak je znázorněno na obr. 3.Observation in the context of this Kalman filter is an input from the pseudo-distance interpolation algorithm and an input from frequency and phase estimation devices. After the required amount of observations has been made, the estimated position value can be directly output from the predicted status vector to the user. Similarly, estimates of pseudo-distance differences to be transmitted to the base station during differential operation can be directly removed from the predicted observation vector. When pseudo-distance corrections are available from the base station, they can be used to determine a more accurate position by feeding into the filter as shown in Figure 3.

POLOHOVACÍ ALGORITMYPOSITIONING ALGORITHMS

Polohovací algoritmy, použité u tohoto přijímače, jsou prováděny v Kalmanově filtru.The positioning algorithms used in this receiver are implemented in the Kalman filter.

Je nutno zdůraznit, že vynález není omezen na popsané provedení. V rámci jeho širokého konceptu je možno provádět mnoho změn a modifikací. Přijímač může být vylepšen několika způsoby.It should be noted that the invention is not limited to the embodiment described. Within its broad concept, many changes and modifications can be made. The receiver can be upgraded in several ways.

Výše popsaný generický koncept se týká přijímačů se čtyřmi nebo více kanály, známých jako multikanálové přij ímače.The generic concept described above relates to four or more channel receivers known as multi-channel receivers.

S vynaložením malé námahy je možno uvedený koncept rozšířit na použití, jako např. u tříkanálových lodních přijímačů nebo jednokanálových multiplexních přijímačů. Pro jednokanálové přijímače je důležitým rozdílem to, že jsou zapotřebí absolutní měření pseudovzdálenosti, fáze atd., spíše než rozdíly.With little effort, the concept can be extended to applications such as three channel ship receivers or single channel multiplex receivers. For single channel receivers, the important difference is that absolute measurements of pseudo-distance, phase, etc. are needed, rather than differences.

Pro zajištění zvláštních případů použití a pro speciální podmínky prostředí je možno provádět další změny a modifikace.Further changes and modifications can be made to ensure special use cases and special environmental conditions.

ia !2 -7..ia! 2 -7 ..

- 19 PATENTOVÉ NÁROKY- 19 PATENT CLAIMS

Claims

PATENT CLAIMS

A global positioning system receiver for use in a NAVSTAR satellite global positioning system intended for radio navigation and time transmission, wherein transmission from each of a plurality of satellites consists of coded A / A code signals comprising the carrier frequency of the code and the modulated data characterized in that it comprises means for receiving coded A / A coded signals transmitted from at least four satellites and means for processing said signals comprising an open-loop signal parameter estimation apparatus for phase coherent estimation of several signal parameters including delay, carrier frequency, carrier phase, carrier phase acceleration, data value, and data delay.

2. The receiver of claim 1, wherein the open-loop estimating device is a correlation detector.

A receiver according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises means for selecting at least four satellites from which the C / A coded signals are to be received.

4. The receiver of claim 3, wherein at least one of the signal parameters is estimated as the difference between one and the remaining selected satellites.

5. The receiver of claim 4, wherein the estimation of the difference is made from a code delay.

Receiver according to claim 4 or 5, characterized in that the estimate of the difference is made from the size of the carrier frequency.

- 20

7. The receiver of claim 1, wherein the carrier frequency estimate.

4, 5 or 6, the designation of the compound is made from the phase

8. Receiver according to the phase acceleration.

of claim 4, 5, 6 or 7, that an estimate of the difference is known to be made

A receiver according to any preceding claim, comprising means for extracting information from signals transmitted from the satellite to enable the receiver to measure the distance between the receiver and said satellite.

A receiver according to any preceding claim, comprising means for extracting information from signals transmitted from the satellite to enable the receiver to measure the permanent deviation of the clock in the receiver and to specify the clock in said satellite.

Receiver according to any one of the preceding claims, characterized in that the signal processing means comprises a digital signal processor.

12. The receiver of claim 11, wherein the receiver functions are performed in hardware and software.

13. The receiver of claim 3, wherein the receiver has at least four channels, each channel corresponding to one of the selected satellites.

Receiver according to any one of the preceding claims, characterized in that the receiver is of modular design, the individual modules being interchangeable.