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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrelieren von Signalen, eine
Korrelatoreinheit, eine Signalprozessierungseinheit und einen Empfänger.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 einen
Sensor-gestützten
Empfänger gemäß dem Stand
der Technik,
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2 ein Verfahren zum Korrelieren eines Signals
mit einem dynamischen Signal gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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3 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
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4 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
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5 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
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Die
zwei Gebiete, die für
die vorliegende Erfindung relevant sind, sind einerseits GNSS Empfänger mit
hoher Empfindlichkeit (im Englischen „High Sensitivity GNSS”) und Unterstützung eines
GNSS Empfängers
durch lokale Sensoren (etwa durch inertiale Navigationssysteme INS
(Inertial Navigation System)).
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Die
Technik, die bei hochempfindlichen GNSS Empfängern Verwendung findet, konzentriert sich
auf die Akquisition und Signalverfolgung (im Englischen „Tracking”) bei schlechten
Signal-zu-Rausch-Verhältnissen.
Maßgeblich
ist dabei die Dauer der kohärenten
Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und dem Referenzsignal
(Im Folgenden „kohärente Integration” genannt).
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Unter
Korrelation wird in dieser Beschreibung das Vergleichen eines Signals,
wie z. B. eines Codes oder eines Teils eines Signals mit einem anderen
Signal verstanden.
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Unter
Integration im Zusammenhang mit der Korrelation wird in dieser Beschreibung
die mathematische Integration verstanden, die mit den dem Fachmann
bekannten Mitteln der Signalverarbeitung, insbesondere digitalen
Signalverarbeitung, durchgeführt
wird. Dies bedeutet insbesondere, dass die Integration durch eine
Addition bzw. Summenbildung bewirkt wird.
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Unter
Basisbandsignal wird in dieser Beschreibung ein Signal verstanden,
das keine Trägerfrequenzanteile besitzt
oder das nur noch Restanteile besitzt, die aus der Mischung durch
zwei nicht exakt gleicher Frequenz übrig bleiben.
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Ein
solcher Vergleich kann digital beispielsweise durch Multiplikation
und Addition abgetasteter Werte des Signals mit einem gespeicherten
Signal innerhalb eines vordefinierten Zeitintervalls erreicht werden.
Bei der kohärenten
Integration das in diesem vordefinierten Zeitintervall erhaltene
Ergebnis direkt für
die folgenden Prozessierungsstufen verwendet wird. D. h., es wird
nicht zwischengespeichert und mit einer nachfolgenden Korrelation
des nächsten
Zeitintervalls durch z. B. Addition verbunden.
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Die
Korrelation kann sowohl im Zeitbereich durch Methoden unter Verwendung
von z. B. sogenannter angepasster Filter oder Optimalfilter (im
Englischen „Matched
Filter”)
oder einer großen
Anzahl an Korrelatoren als auch im Frequenzbereich, z. B. durch
FFT (Fast Fourier Transformation)-Methoden implementiert werden.
Diese Methoden machen es möglich,
in kurzer Zeit das Signal unter schlechten Signalbedingungen zu
akquirieren. Typischerweise ist es dabei unmöglich, die auf dem Signal modulierten
Daten zu empfangen.
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Abhilfe
schafft hier das sogenannte Assistenzverfahren (im Englischen „Assisted
GNSS (Global Navigation Satellite System)”). Dabei erhält ein GNSS-Empfänger Informationen
zur Berechnung der Satellitenbahnen über eine Datenverbindung (z.
B. über
GSM (Global System for Mobile Communications), UMTS (Universal Mobile
Telecommunications System), WLAN (Wireless Local Area Network) usw.).
Möglicherweise
werden auch grobe Positionsdaten (mit einer Genauigkeit von z. B.
im Bereich 1 km) und Uhrzeit mit übertragen. Anhand dieser Informationen
kann der Empfänger
den Suchraum bei der Signalakquisition einschränken.
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Um
eine möglichst
hohe Empfindlichkeit zu erreichen, muss die Dauer der kohärenten Integration,
d. h. das Zeitintervall, über
das integriert wird, so hoch wie möglich gewählt werden. Im Regelfall wird die
kohärente
Integrationszeit durch die Datenrate begrenzt, da ein Datenbitwechsel
die Kohärenz
unterbricht. Es existieren Ansätze
um diese Problematik zu beheben. Da man bei Kenntnis der Datenbits anschaulich
gesprochen die Datenmodulation wieder rückgängig machen kann und man ein
Datenbit-freies Signal erhält,
werden z. B. die Datenbits in Echtzeit an den Empfänger übertragen.
Die Datenbits können
somit angewendet werden, um die Dauer der kohärenten Integration zu erhöhen.
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Das
zweite für
diese Erfindung relevante Verfahren ist die Stützung der GNSS-Signalverfolgung durch
externe Sensoren, die die Bewegungsdynamik des Empfängers messen.
Heute gängige
Methoden realisieren dies entweder auf Positionsebene, auf der Ebene
der sogenannten Rohdaten oder sogar auf Loop-Ebene: Die Dynamik
wird von externen Sensoren gemessen und genutzt, um die Frequenzen
der numerisch gesteuerten Oszillatoren (Numerically Controlled Oscillators;
NCOs) zu regeln.
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Das
Verfahren der Loop-Unterstützung
ist in 1 skizziert.
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Das
empfangene Signal (102) wird mit der Frequenzkompensation
(106) ins Basisband konvertiert.
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Dabei
wird das Signal mit dem Sinus bzw. Cosinus der Frequenz der vom
PLL/FLL Filter bestimmten Frequenzveränderung multipliziert.
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Anschließend wird
das Ergebnis aus der Frequenzkompensation (106) mit dem
lokal generierten Referenzsignal multipliziert und kohärent integriert (108).
Das Referenzsignal (128) wird typischerweise in 3 Ausführungen
generiert: früh,
pünktlich
und spät. Das
Ergebnis der Integration (108) mit dem pünktlichen
Signal (I k / p, Q k / p) wird an das PLL/FLL Signalverfolgungssystem weitergeleitet
(110, 112, 114, 104, 106, 108).
Die restlichen Signale (I k / e, Q k / e, I k / l, Q k / l) werden an das DLL Signalverfolgungssystem
weitergeleitet (118, 120, 122, 126, 128, 108).
Für beide
Systeme werden sogenannte Diskriminatoren D k / PLL/FLL, D k / DLL (110, 118)
gebildet, die die Phasenablage der Trägerphase (PLL)/Trägerfrequenz
(FLL) bzw. der Kode-Phase (DLL) schätzen. Das Ergebnis wird gefiltert
(FPLL/FLL(s) (112) und FDLL(s) (120)) und skaliert (LPLL (114) und LDLL (122)).
Die Ausgabe von den externen Sensoren (etwa INS) (130)
wird zusätzlich
herangezogen um die für
das nächste
Integrationsintervall gültige
Frequenzablage zu ermitteln. Wichtig ist hierbei, dass die Frequenzablage
während
der Integration konstant bleibt.
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Die
Empfindlichkeit eines Empfängers
wird im wesentlichen durch die Dauer der kohärenten Integration bestimmt.
Die maximal einstellbare kohärente
Integrationszeit ist wiederum nach oben limitiert u. A. durch die
dynamische Bewegung des Empfängers.
In 2A und 2B ist
die Problematik skizziert. 2A zeigt
den Suchraum bzw. die Integrationspfade für die Akquisition. Die vertikale
Achse (202) deutet die angesetzte Frequenzverschiebung an
und die horizontale Achse (204) deutet die Kode-Phase an.
Typischerweise wird für
eine bestimmte Frequenzverschiebung ein Integral über die Kode-Phase
berechnet. Dies kann entweder im Zeitbereich (etwa durch massiv
Parallelverarbeitung in oder im Frequenzbereich realisiert werden.
Die erforderliche Genauigkeit der Frequenzverschiebung während der
Integration ist invers proportional zur kohärenten Integrationszeit. Dies
bedeutet das je länger
die Integrationszeit, umso genauer muss die Frequenzverschiebung
bekannt sein. Wenn Integrationszeiten im Bereich von 1 Sekunde erreicht
werden sollen, spielt die Bewegung des Empfängers eine zunehmende Rolle.
Der Sachverhalt ist in 2B dargestellt. Der Suchraum,
bzw. der Pfad der kohärenten
Integration muss während
der Integration dynamisch angepasst werden. D. h. Die gängige Annahme über die
Konstanz der Frequenzverschiebung, bzw. des Kode-Dopplers ist nicht
mehr gültig.
Würde diese
Annahme in der Situation, wie sie in 2B dargestellt
ist, angewandt werden, wäre
das Ergebnis stark reduziert. Diese Problematik trifft zu sowohl bei
der Akquisition als auch bei der Signalverfolgung.
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Die
herkömmlichen
Ansätze
zur Stützung der
Signalprozessierung durch externe Sensoren (etwa INS) stützen nur
die Signalverfolgung der Trackingloops und greifen nicht in den
Korrelationsprozess selber ein. D. h. die oben geschilderte Problematik wird
nicht durch den Stand der Technik behoben.
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Aufgabe
der Erfindung ist es die Beschleunigung und Dynamische Terme höherer Ordnung
auf der Line-of-sight während
der kohärenten
Integration zu kompensieren. Dies gilt sowohl während der Akquisition also
auch während
der Signalverfolgung.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die
Aufgabe wird weiterhin durch eine Korrelatoreinheit nach Anspruch
15, durch eine Signalprozessierungseinheit nach Anspruch 19, durch
einen Empfänger
nach Anspruch 25 gelöst.
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Der
Empfänger
empfängt
von einem Sensor Beschleunigung und dynamische Terme höherer Ordnung
(BDTHO) projiziert auf die Sichtlinie zu einem Sender (Line-of-Sight).
Dieser Sensor misst Beschleunigungen und Drehraten oder stellt diese
anderweitig zur Verfügung.
Diese Daten sind entweder bezogen auf ein erdfestes und erdzentriertes
Koordinatensystem oder bezogen auf ein lokales Koordina tensystem
des Sensors. Der Empfänger
transformiert die BDTHO mittels der Lage, wenn nötig, in das erdfeste und erdzentrierte
Koordinatensystem, in dem der Empfänger arbeitet. Das Ergebnis
wird auf die Verbindungslinie zwischen Satellit und Empfänger projiziert.
Diese Informationen bestehen z. B. aus vom Empfänger bereits ermittelten Frequenzinformationen,
wie z. B. Ablage von Senderbewegungen, Uhrverhalten, Schätzungen
aus einer Regelschleife oder aus gespeicherten Informationen.
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In 4 wird
das Verfahren weiter verdeutlicht. Ein erstes Signal (302),
welches zum Beispiel ein Satellit ausgesendet hat und das von einem
Empfänger,
in dem das Verfahren angewendet wird, empfangen wird, wird mit einem
zweiten Signal (304) in (306) multipliziert. Das
erste Signal kann z. B. ein Signal mit einer Hochfrequenz, Trägerfrequenz
oder einer in Vorstufen des Empfängers
auf eine Zwischenfrequenz heruntergemischtes Signal sein. In der
Regel ist das erste Signal (302) ein abgetastetes, digitales
Signal. Das zweite Signal (304) ist beispielsweise ein
vom Empfänger
selbst generiertes Signal, das der Empfänger mittels weiterer Informationen
erzeugt hat.
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Wenn
der Empfänger
noch keine genauen Informationen über das erste Signal (302)
besitzt bzw. dieses noch nicht erkannt hat, muss er das Signal „akquirieren”. D. h.
der Empfänger
wird sich aus z. B. einem Speicher Daten, wie z. B. Frequenzinformation
und Synchronisationsinformationen, holen und versuchen, mit diesen
Informationen das Signal zu erkennen. Die Signalerkennung erfolgt
bei CDMA (Code Division Mulitple Access) beispielsweise über eine
Korrelation. In einer solchen Korrelation werden im Prinzip zwei
Signale auf ihre Ähnlichkeit
oder besser gesagt, Gleichheit hin verglichen. Die Korrelation wird
erfolgreich sein, wenn die Frequenzen, die CDMA-Sequenz und die
CDMA-Bitrate (oft auch als Chiprate bezeichnet) nahezu identisch
sind. Eine nicht erfolgreiche Akquistion wie auch ein Signalverlust
bei der Signalverfolgung kann z. B. eintreten, wenn die Sichtlinie
vom Sender zum Empfänger
durch z. B. eine Beschleunigung, eine hohe Dynamik aufweist, woraus
hohe Dopplerwerte resultieren oder wenn das Zeitintervall über das
bei der Korrelation integriert wird aufgrund hoher Anforderungen
an die Empfindlichkeit des Empfängers
hoch gewählt
werden muss. Da diese beiden Parameter sich nicht gegenseitig beeinflussen,
ist es möglich,
durch eine Anpassung der Signaldynamik (Doppler) während eines Korrelationsintervalls
den Folgen der langen Integrationszeit, d. h. dass die Synchronität zwischen
den Chips des Basisbandsignal und des dritten Signals verloren geht,
sowie sich durch Schwebung die Integration die negative und positive
Schwebungshalbwelle über
die Integrationszeit aufhebt, und damit eine Korrelation ein nicht
erfolgreiches Ergebnis aufweist, entgegenzuwirken.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung wird daher, wie in 3A gezeigt,
ein Verfahren zum Korrelieren von Signalen bereitgestellt, bei dem
ein erstes Signal (302) eine erste Frequenz aufweist, ein zweites
Signal (304) eine zweite Frequenz aufweist, ein drittes
Signal (310) ein vordefiniertes Signal ist, und wobei das
erste Signal (302) mit einem zweiten Signal (304)
multipliziert wird (306), das multiplizierte Signal (306)
mit dem dritten Signal (310) während eines zeitlichen Intervalls
korreliert wird oder, wie in 3B gezeigt,
das dritte Signal (310) mit dem zweiten Signal (304)
multipliziert wird, und das multiplizierte Signal (350)
mit dem ersten Signal während
eines zeitlichen Intervalls korreliert wird (308). Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird die zweite Frequenz während
des zeitlichen Intervalls verändert.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird die Korrelation zur Akquisition des ersten Signals
(302) angewandt.
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Hierdurch
wird erreicht, dass durch die Multiplikation eines durch z. B. eine
plötzliche
Bewegung des Empfängers
verändertes
erstes, empfangenes Signal (302) mit einem zweiten, vom
Empfänger
generiertes Signal (304) im Idealfall kein oder höchstens
ein unbedeutendes Schwebungssignal entsteht, da in dem zweiten Signal
(304) die Änderung
aufgrund der Dynamik mitberücksichtigt
wird, und zwar während
des Integrationsintervalls.
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Wenn
das Zeitintervall, über
das integriert wird, groß ist
gegenüber
der Ablage der Chiprate geht auch die Synchronität zwischen den Chips des Basisbandsignal
und des dritten Signals (des Codes) (310) verloren. Auch
hier ist es wichtig, dass eine Änderung
der Ablage der Chiprate, die z. B. durch eine Bewegung des Empfängers verursacht
wurde, während
eines Integrationsintervalls berücksichtigt
wird.
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Das
Signal (302, 310) kann ein binärer Code sein. Es kann aber
auch ein komplexwertiger Code sein Die kohärente Integration (Korrelation)
kann auch durch kleinere Integrationsintervalle approximiert werden,
bei denen die Frequenz konstant bleibt. Die kleineren Intervalle
werden dann unter Berücksichtigung
einer zusätzlichen
Phasendrehung kohärent
addiert. Frequenzkorrekturen (Doppler auf der Trägerphase und dem Code) werden
für jedes
Intervall neu angebracht In einer Ausführungsform der Erfindung wird
daher das vordefinierte dritte Signal (310), das aus einem
Code besteht, der eine Coderate aufweist, während des zeitlichen Intervalls
verändert.
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Um
zunächst
die Frequenz in Einklang zu bringen, wird also im Akquisitionsfall
zunächst
eine mögliche
Frequenz ausprobiert, indem das zweite Signal (304) mit
der ersten Frequenz multipliziert wird (306, 350),
um ein Basisbandsignal zu erhalten, das dann mit dem dritten Signal
(310), also dem Code korreliert wird (306, 350).
Führt dies
nicht zum Erfolg, wird nach einem bestimmten Schema oder Algorithmus
eine weitere Frequenz für
das zweite Signal (304) ausprobiert.
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Es
ist aber auch wie bereits oben anhand 3B beschrieben,
gemäß einer
Ausführungsform möglich, die
Reihenfolge der Operationen umzustellen, so dass zunächst das
Codesignal (310) mit dem generierten zweiten Signal (304)
multipliziert wird (350) und das resultierende Signal mit
dem empfangenen ersten Signal (302) korreliert wird (308).
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Da
der Code zu dem Basisband verschoben, d. h. nicht synchronisiert,
sein kann, wird auch hier nach bestimmten Algorithmen oder Vorgaben
der vom Empfänger
erzeugte Code verschoben, um eine Synchronisation zu erreichen.
Die reine Codeverschiebung (Synchronisation des Codes mit dem Basisbandsignal
zum Startzeitpunkt der Integration) ist jedoch für die Erfindung zweitrangig.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
wird die Korrelation zur Verfolgung des ersten Signals angewandt.
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Hat
der Empfänger
nämlich
bereits das Signal erkannt, ist es seine Aufgabe, das Signal weiterhin
zu verfolgen. Dies kann er bewerkstelligen, indem er ständig durch
Korrelation, d. h. z. B Integration über ein vorgegebenes zeitliches
Intervall, die aktuelle Frequenz „misst” und Abweichungen gegenüber seinem
selbstgenerierten Signal (z. B. hier dem „zweiten” Signal) nachführt. Bei
der Korrelation für die
Signalverfolgung treten ähnliche
Probleme auf wie bei der Signalaquisition. Wird über einen langen Zeitraum integriert,
kommt die negative Halbwelle der Schwebung aus der Multipliktation
des empfangenen ersten Signals mit dem selbst generierten zweiten
Signal (304) sowie die Synchronität der Codes des Basisbandsignals
(306) und des selbst generierten Codes (310) zu
tragen. Dies kann dazu führen,
dass der Empfänger,
wenn er eine Bewegung, wie z. B. eine Beschleunigung, Drehung oder
Stoß, erfährt, das
Signal verliert.
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Erfindungsgemäß können bei
der Signalverfolgung die gleichen Maßnahmen getroffen wie bei der
Signalakqusition getroffen werden, wie sie bereits oben beschrieben
wurden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung werden im Falle der Signalverfolgung die Veränderungen
der zweiten Frequenz und/oder der Coderate aus Informationen aus
einer Regelschleifenrückführung und
aus von der Regelschleife unabhängigen
Informationen bestimmt.
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Aus 5,
die den Fall der Signalverfolgung zeigt, wird deutlich, dass Informationen
aus der Einheit 336, die Teil der Regelschleife 304, 306, 308, 330 und 336 ist,
und von der Regelschleife unabhängigen Informationen
aus dem Zweig 322, 324, 328 in 312 zusammengeführt werden
und die zusammengeführten
Informationen in 304 zu einer Änderung der zweiten Frequenz
führen.
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Im
Falle der Signalakquisition wird gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung die Veränderung der
zweiten Frequenz und/oder der Coderate aus für ein Korrelationsintervall
vordefinierten Wert und aus von diesem vordefinierten Wert unabhängigen Informationen
bestimmt.
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Dies
ist in 4, die den Fall der Signalakquisition zeigt illustriert,
in der statt einer Regelschleife eine unabhängige Informationsquelle 402 zu
sehen ist, die z. B. Zugriff auf abgespeicherte Frequenzwerte hat,
oder die Frequenzwerte z. B. gemäß einem
vorgegebenen Schema oder mittels eines Algorithmus erzeugt wird,
oder an die Frequenzwerte z. B. per Kommandierung gesendet werden
können.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel liefern
ein oder mehrere Sensoren (322) Daten für die Änderung der zweiten Frequenz.
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Dieser
eine oder diese mehrere Sensoren (322) sind gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
Bewegungssensoren. Unter Bewegungssensoren werden hier Sensoren
verstanden, die gleichmäßige oder
beschleunigte Bewegungen, Bewegungen höherer Ordnung, die Richtung
der Bewegung usw. erfassen können,
d. h. messen können
und diese Information über
eine analoge oder digitale Schnittstelle abgeben können. Derartige
Sensoren sind z. B. in der Lage Fall, Neigungswinkel, Bewegung,
Position, Erschütterung
und Vibration zu erfassen.
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Weitere
Sensoren, die in Frage kommen sind: Kompass, Drucksensor (zur Höhenbestimmung),
Systeme, die von Bewegungssensoren abgeleitet werden oder darauf
basieren, wie z. B. Schrittzähler.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel werden
die unabhängigen
Informationen aus einer Vorverarbeitung der rohen Sensordaten gewonnen werden.
D. h. die Daten, die der Sensor (322) oder die Sensoren
liefern sind sogenannte Rohdaten, die zwar Bewegungsdaten liefern,
aber die z. B. noch keinen Bezug zu der Sichtline Empfänger-Satellit aufweisen.
Diese Daten müssen
somit beispielsweise erst in Beziehung zu einem definierten globalen Koordinatensystem
gesetzt werden, wie z. B. einem ECEF (Earth Centered Earth Fixed)-Koordiantensystem,
oder mittels der Geometrie der Sendestation, wie z. B. Satellit,
und des Empfängers
derart umgerechnet, skaliert und/oder gedreht werden, dass daraus
eine Dopplerverschiebung, Dopplerbeschleunigung oder sonstige Werte
berechnet werden können, die
einen Einfluss auf die empfange Frequenz haben können.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
liefert ein abgespeichertes Bewegungsszenario Daten für die Änderung
der zweiten Frequenz. Dies kann z. B. innerhalb einer Simulation
erfolgen oder ein geplantes Bewegungszenario sein. Es wäre auch
denkbar, die Bewegungsinformationen direkt aus Bewegungssteuerung
z. B. eines beweglichen Objektes, das auf dem der Empfänger befestigt
ist, zu erhalten. Hierdurch könnte
man anstatt einer Messung der Bewegung die Information direkt aus
der Steuerung der Bewegung, wie z. B. einer Antriebssteuerung, Motorsteuerung
etc. gewinnnen. Ein entsprechender Algorithmus könnte hier auch die Masse und
weitere Eigenschaften des zu bewegenden Objektes berücksichtigen.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
wird die Korrelation von Hardwarekorrelatoren durchgeführt. D.
h., die Korrelation wird in z. B. Korrelatoren ausgeführt, die
fest „verdrahtet” sind,
wie z. B. in speziell für solche
Operatinen vorgesehenen elektronischen Bauteilen oder in hierfür erstellten
Bauteilen, wie z. B. ASICs.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
erfolgt die Korrelation über
eine Fouriertransformation. D. h., die Korrelation kann über mathematische
Transformationen durchgeführt
werden, die mathematisch äquivalent
zu einer Korrelation sind, wie z. B. einer Fouriertransformation
der Signale, mit anschließender
Faltung und Rücktransformation.
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Damit
eine Fouriertransformation durchgeführt werden kann, muss die Funktion
der Frequenzänderung
des zweiten Signals über
das Integrationsintervall bekannt sein. Da diese Funktion jedoch frühestens
am Ende einer Integrationsgrenze bekannt ist, muss das erste Signal
zwischengespeichert werden und kann in frühestens dem nächsten Integrationsintervall
angewendet werden. Die Funktion der Frequenzänderung kann dann, sobald sie
bekannt ist, direkt am empfangenen, ersten Signal (302)
und am Code (310) angebracht werden.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
wird die Frequenzänderung
aus den Daten des einen Sensors (322) oder der mehreren
Sensoren dadurch bestimmt, dass die Beschleunigung und dynamische Terme
höherer
Ordnung auf die Sichtlinie projiziert werden und nach der Projektion
in Dopplerwerte erster und höherer
Ordnung umgerechnet werden.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist das erste Signal (302) ein abgetastetes Signal. D.
h. die Prozessierung der Signale findet digital statt.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
wird eine Korrelatoreinheit bereitgestellt, die Mittel aufweist, um
eine Korrelation während
eines Integrationsintervalles durchzuführen, wobei ein erstes Signal
(302) eine erste Frequenz aufweist, ein zweite Signal (304) eine
zweite Frequenz aufweist und ein drittes Signal (310) ein
vordefiniertes Signal ist, und wobei die Korrelation durchgeführt wird
zwischen dem dritten Signal (310) und einem aus einer Multiplikation
des ersten Signals mit dem zweiten Signal resultierenden Signal
(306), oder dem ersten Signal (302) und einem aus
einer Multiplikation des dritten Signals (310) mit dem
zweiten Signal (304) resultierenden Signal (350).
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird das zweite Signal (304) während des Integrationsintervalls
verändert
und die Korrelatoreinheit verwendet das aus der Multiplikation entstehende
Signal (306, 350) für die Integration.
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Da
das Basisbandsignal aus einer Multiplikation zweier Signale erhalten
wird, die nicht exakt die gleiche Frequenz aufweisen, verbleibt
in diesem Basisbandsignal noch die Differenzfrequenz. Eine solche
Differenzfrequenz wird auch häufig
als Schwebung bezeichnet. Die Suche bei der Akuisition wird für verschiedene
Frequenzschritte durchgeführt,
die sich aus der Integrationszeit ergeben.
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Gemäß einer
Ausführungsform
besteht das vordefinierte dritte Signal (310) aus einem
Code, der eine Coderate aufweist, die während des zeitlichen Integrationsintervalls
verändert
wird. Die Korrelatoreinheit verwendet das sich während des Integrationsintervalls ändernde
dritte Signal (310) für
die Integration.
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Gemäß einer
Ausführungsform
weist die Korrelatoreinheit Hardwarekorrelatoren auf.
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Gemäß einer
Ausführungsform
weist die Korrelatoreinheit Mittel auf, um die Korrelation über eine
Fouriertransformation oder über
ein Optimalfilter durchzuführen.
Wie weiter oben beschrieben, ist für die Fouriertransformation
vorteilhaft, wenn die Frequenzänderungsfunktion über das
Integrationsintervall bekannt ist und die Korrelationseinheit diese Funktion
zur Verarbeitung übergeben
bekommt.
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Die
obigen Ausführungen
treffen auch für
die nachfolgenden Ausführungsformen
zu und werden daher an dieser Stelle nicht wiederholt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
wird eine Signalprozessierungseinheit zur Prozessierung von Signalen
bereitgestellt, wobei ein erstes Signal (302) eine erste
Frequenz aufweist, ein zweites Signal (304) eine zweite
Frequenz aufweist, ein drittes Signal (310) ein vordefiniertes
Signal ist. Gemäß dieser Ausführungsform
weist die Signalprozessierungseinheit eine Frequenzmultiplikationseinheit
(306 bzw. 350) zum Multiplizieren des ersten bzw.
dritten Signals (310) mit dem zweiten Signal (304),
einen Korrelator zum Korrelieren des aus der Multiplikation resultierenden
Signals mit dem dritten (310) bzw. ersten Signal (302)
eine Frequenzveränderungseinheit
zur Änderung
der zweiten Frequenz. Die Frequenzveränderungseinheit weist dabei
Mittel auf, um die zweite Frequenz während eines zeitlichen Intervalls
zu ändern,
und die Frequenzmultiplikationseinheit weist Mittel, um die erste
bzw. dritte Frequenz mit der während
des zeitlichen Intervalls veränderten
zweiten Frequenz zu multiplizieren und an den Korrelator weiterzugeben.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist das dritte Signal ein Code ist mit einer Coderate, und die Signalprozessierungseinheit
weist zusätzlich
eine Frequenzveränderungseinheit
zur Änderung
der Coderate des dritten Signals (310) auf.
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Gemäß einer
Ausführungsform
weisen die Frequenzveränderungseinheit
zur Änderung
der zweiten Frequenz und Frequenzveränderungseinheit zur Änderung
der Coderate jeweils eine Frequenzveränderungsbestimmungseinheit
auf, die die Höhe und
Richtung der Änderung
der Frequenz durch Werte aus Beschleunigung und dynamischen Termen
höherer
Ordnung bestimmen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
weist die Signalprozessierungseinheit eine Sensordatenschnittstelle
auf, die Bewegungsdaten an die Frequenzveränderungsbestimmungseinheit
sendet. Die Bewegungsdaten können
hierbei Bewegungsinformation höherer
Ordung enthalten.
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Gemäß einer
Ausführungsform
wird die Signalprozessierungseinheit zur Akquisition des ersten Signals
(302) eingesetzt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird die Signalprozessierungseinheit zur Verfolgung des ersten Signals
(302) eingesetzt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird ein Empfänger
bereitgestellt, der eine Signalprozessierungseinheit zur Akquisition
und/oder eine Signalprozessierungseinheit zur Verfolgung des ersten
Signals (302) aufweist.
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Ein
solcher Empfänger
ist z. B. ein Navigationsempfänger,
wie z. B. ein GPS (Global Positioning System) oder ein GNSS (Global
Navigation Satellite System)-Empfänger. Es kann sich dabei aber
auch um einen Empfänger
für weitere
Navigationssysteme handeln oder allgemein um einen Empfänger, der CDMA
(Code Division Multiple Access)-Signale
empfangen kann.
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Gemäß einer
Ausführungsform
weist der Empfänger
einen Bewegungsdatenempfänger
aufweist, der Bewegungsdaten an die Sensordatenschnittstelle sendet.
Die Sensordatenschnittstelle kann eine interne Schnittstelle des
Empfängers
sein, wobei sich der Sensor dann innerhalb des Empfängers befindet
oder auch eine externe Schnittstelle, so dass der Empfänger Daten
von einem externen Sensor empfangen kann. Eine solche externe Schnittstelle
kann drahtgebunden oder drahtlos sein.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand 6 beschrieben,
bei dem ein Signal dem System mit einer Abtastrate von 66,188 MHz
und einer Zwischenfrequenz (ZF) von 14,934 MHz zur Verfügung gestellt
wird. Das empfangene Signal wird mit der Frequenzkompensation ins
Basisband konvertiert. Dabei wird das Signal mit dem Sinus bzw.
Cosinus der Summe der Nominalfrequenz (d. h. der ZF) und den Frequenzkorrekturen Δf k,i / PLL, ... Δf k,M / PLL (204) multipliziert.
Zu beachten ist, dass in diesem Beispiel, um genau einen Korrelationswert
zu erhalten die Frequenzkorrektur M = 100 mal aktualisiert wird
(228) und während
eines Integrationsintervalls von 1 Sekunde mehrfach geändert wird.
Z. B. wird alle 10 ms die Frequenz mit dem Wert Δfk,iPLL = Δfk0,PLL + Δfk,iα,PLL (204)
aktualisiert. Anschließend
wird das Ergebnis aus der Frequenzkompensation mit dem lokal generierten
Referenzsignal multipliziert (208) und kohärent integriert.
Das Referenzsignal wird in 3 Ausführungen generiert: früh, pünktlich
und spät.
Das Ergebnis der Korrelation mit dem pünktlichen Signal (I k / p, Q k / p) wird
an das PLL/FLL Signalverfolgungssystem weitergeleitet. Die restlichen
Signale (I k / e, Q k / e, I k / l, Q k / l) werden an das DLL Signalverfolgungssystem weitergeleitet.
Für beide
Systeme werden sogenannte Diskriminatoren D k / PLL/FLL, D k / DLL gebildet, die die
Phasenablage der Trägerphase
(PLL)/Trägerfrequenz
(FLL) bzw. der Kode-Phase (DLL) schätzen. Das Ergebnis wird gefiltert
(FPLL/FLL(s) und FDLL(s))
und skaliert (LPLL und LDLL).
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Der
PLL Diskriminator ist ein traditioneller nicht-kohärenter
Costas Diskriminator. Das Loop-filter ist ein einfaches Filter erster
Ordnung mit einer Bandbreite von beispielsweise 0,1 Hz.
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Der
DLL Diskriminator ist ein gewöhnlicher Früh-minus-spät Amplituden-Diskriminator
mit einer Bandbreite von z. B. 0,01 Hz.
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Der
externe Sensor in diesem Beispiel ist ein INS, das Beschleunigungswerte
in 3 orthogonale Richtungen liefert. Zudem wird auch die Lage und
die Drehraten um alle 3 Achsen ausgegeben. Diese Daten beziehen
sich auf das lokale Bezugssystem des INS Sensors.
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Die
Vorprozessierung projiziert die Beschleunigungswerte auf die jeweiligen
Verbindungslinien zwischen Satelliten und Empfänger. Die Resultate werden
auf die Frequenz und Gewichtung skaliert (KPLL)
und mit 100 Hz dem Integrationsprozess zur Verfügung gestellt.