DE102009009909A1

DE102009009909A1 - Galileo/GPS Empfänger mit verbesserter Positionsbestimmungsgenauigkeit

Info

Publication number: DE102009009909A1
Application number: DE102009009909A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schmid
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2009-08-27
Also published as: US8229031B2; US20090213906A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt einen Empfänger, ein Verfahren und ein globales Positionsbestimmungssystem bereit. Der Empfänger (200) umfasst eine erste und eine zweite Basisbandsignalentspreizungsstufe (201, 202), eine erste und eine zweite kohärente Integrationsstufe (203, 204) und eine Entfernungsberechnungsstufe (205). Jede Basisbandsignalentspreizungsstufe (201, 202) ist ausgestaltet, ein erstes bzw. ein zweites kohärent integriertes Basisbandsignal aus einem digitalisierten Basisbandspreizspektrumsignal gemäß einer ersten bzw. einer zweiten Zeitschätzung zu erzeugen. Die erste und die zweite kohärente Integrationsstufe (203, 204) sind mit der ersten bzw. der zweiten Basisbandsignalentspreizungsstufe (201, 202) gekoppelt und jeweils ausgestaltet, das jeweilige kohärente integrierte Basisbandsignal zu verzögern und daraus jeweils eine komplex konjugierte zu bilden. Weiterhin ist jede kohärente Integrationsstufe ausgestaltet, eine Summe von Produkten der kohärent integrierten Basisbandsignale mit den verzögerten und komplex konjugierten kohärent integrierten Basisbandsignalen zu bilden. Die Entfernungsberechnungsstufe (205) ist mit der ersten und der zweiten kohärenten Integrationsstufe (203, 204) gekoppelt und ausgestaltet, eine Berechnung der Entfernung des Empfängers (200) zu einem Sender aus den Summen von Produkten zu berechnen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Empfänger zum Erfassen und Verarbeiten eines GPS Signals und ein entsprechendes Verfahren.
Hintergrund der Erfindung
Ein heute gebräuchliches System zum Bestimmen einer unbekannten Position eines mobilen Funkempfängers kann das satellitengestützte GPS System („Global Positioning System") und in der nahen Zukunft das europäische Galileosystem verwenden. Die Begriffe „GPS" und „Galileo" werden hierin austauschbar verwendet werden. Beide Systeme arbeiten ähnlich, jedes verwendet ungefähr 24 bis 30 erdumkreisende Satelliten mit jeweils genau bekannter Position und Zeit, welche ein Signal mit einem Zeitstempel übertragen, welches anzeigt, wann das Signal von dem Satelliten gesendet wurde. Um die Position des mobilen Empfängers berechnen zu können, werden die Satellitenuhren in jedem System genau auf eine gemeinsame Zeitreferenz synchronisiert. Der mobile Empfänger berechnet seine Position durch die folgenden (vereinfachten) Schritte: Zuerst wird der Zeitstempel von mindestens vier Satelliten von den von dem mobilen Empfänger empfangenen Signalen extrahiert und der Zeitpunkt des Eintreffens der Nachrichten mit Zeitstempel wird aufgezeichnet. Die Entfernung von jedem Satelliten zu dem mobilen Empfänger wird durch Vergleichen der entsprechenden Zeitstempel mit ihrer Ankunftszeit berechnet, wobei die genau bekannte Ausbreitungsgeschwindigkeit des Funksignals verwendet wird. Die Position eines jeden Satelliten kann zu einem beliebigen Moment genau bestimmt werden, indem ephemere Daten des Satelliten, welche regelmäßig aktualisiert werden, verwendet werden. Somit kann der Abstand zu mindestens drei der Satelliten von der Position des mobilen Empfängers unter Verwendung einer Triangulation berechnet werden. Es kann jedoch vorkommen, dass die Uhr in dem mobilen Empfänger nicht vollständig mit den synchronisierten Uhren in den Satelliten synchronisiert ist. Ein Signal mit Zeitstempel, welches von einem vierten Satelliten von dem mobilen Empfänger empfangen wird, wird im Allgemeinen verwendet, um Ungenauigkeiten der Uhr in dem mobilen Empfänger zu kompensieren. Um eine Genauigkeit bei der Bestimmung der Position des mobilen Empfängers weiter zu verbessern, werden typischerweise Störeffekte, welche auf das empfangene Signal wirken, wie z. B. atmosphärische Effekte, die Erddrehung, die Relativität usw., bei der Berechnung der Position des mobilen Empfängers berücksichtigt.
Der von den Satelliten ausgesendete Zeitstempel verwendet einen Spreizspektrum Code mit einer Bitrate von näherungsweise 1 Mchip/s (1,023 Mchip/s). Als ein Chip wird ein einzelner diskreter Zustandswert eines pseudozufälligen Datengenerators bei dem Spreizspektrum Verfahren bezeichnet. Da die Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum) näherungsweise 299.792.458 m/s beträgt, beträgt die „Länge" eines Chips näherungsweise 300 m. Das bedeutet, dass die Ankunftszeit von dem mobilen Empfänger innerhalb eines einigermaßen kleinen Anteils eines Chips bestimmt werden muss, um eine hohe Genauigkeit bei der Positionsberechnung zu erzielen. Bestehende Produkte sind in der Lage, eine Position mit einer Genauigkeit genauer als 10 m zu bestimmen, wenn ein ausreichend hohes Signal-zu-Rauschverhältnis vorhanden ist, wodurch es möglich ist, die Ankunftszeit des empfangenen Signals mit einer hohen Genauigkeit zu bestimmen.
Satellitennavigationsanwendungen fordern Galileo-/GPS-Empfänger mit einer hohen Positionsbestimmungsgenauigkeit bei einem geringen Signal-zu-Rauschverhältnis. Dies ist insbesondere bei Anwendungen in tiefen städtischen Straßenschluchten und Umgebungen innerhalb von Gebäuden der Fall, wo Gebäudehüllen und Fahrzeughüllen die von den Satelliten übertragenen Signale dämpfen, welche ohnehin sehr schwach bei näherungsweise –160 dBW sind, wenn sie ungehindert auf der Erdoberfläche empfangen werden. Die von einem Galileo-/GPS-Empfänger erzeugte Positionsbestimmungsgenauigkeit hängt im Allgemeinen von dem Signal/Rauschverhältnis des empfangenen Signals ab, welches typischerweise in tiefen Straßenschluchten und in Umgebungen in Gebäuden gering ist. Das Ergebnis ist eine verschlechterte Positionsbestimmungsgenauigkeit aus Sicht von Benutzererwartungen oder Systemanforderungen.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Galileo-/GPS-Empfänger bereitzustellen, welcher eine verbesserte Positionsbestimmungsgenauigkeit insbesondere in einer Umgebung mit einem geringen empfangenen Signal/Rauschverhältnis bereitstellt.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen Empfänger nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 11 und ein globales Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 20 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Empfänger zum Berechnen eines Abstandes zu einem GPS Satelliten und ein entsprechendes Verfahren bereitgestellt.
Der Empfänger weist eine erste und eine zweite Basisbandsignalentspreizungsstufe auf, wobei jede Entspreizungsstufe ausgestaltet ist, ein erstes bzw. ein zweites kohärent integriertes Basisbandsignal aus einem digitalisierten Basisbandspreizspektrumsignal gemäß einer ersten und einer zweiten Schätzung einer empfangenen Signalzeit zu erzeugen. Der Empfänger umfasst ferner eine erste und eine zweite kohärente Integrationsstufe, welche mit der ersten bzw. der zweiten Basisbandsignalentspreizungsstufe gekoppelt sind, wobei die erste und die zweite kohärente Integrationsstufe jeweils ausgestaltet sind, die kohärent integrierten Basisbandsignale zu verzögern und jeweils eine komplex Konjugierte der kohärent integrierten Basisbandsignale auszubilden. Die erste und die zweite kohärente Integrationsstufe sind weiterhin jeweils ausgestaltet, jeweils eine Summe von Produkten der kohärent integrierten Basisbandsignale mit den verzögerten und komplex konjugierten kohärent integrierten Basisbandsignalen zu bilden. Der Empfänger umfasst außerdem eine Entfernungsberechnungsstufe, welche mit der ersten und der zweiten kohärenten Integrationsstufe gekoppelt ist. Die Entfernungsberechnungsstufe ist ausgestaltet, eine Berechnung der Entfernung des Empfängers zu einem Sender, beispielsweise zu einem GPS- oder Galileo-Satelliten, aus den Summen von Produkten zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die erste und die zweite Zeitschätzung jeweils Früh- und Spätschätzung der empfangenen Signalzeit.
Gemäß einer Ausführungsform verwenden die erste und die zweite Basisbandsignalentpreizungsstufe einen sekundären Entspreizungscode.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste und die zweite kohärente Integrationsstufe jeweils ausgestaltet, die kohärent integrierten Basisbandsignale um eine Integrationsdauer der ersten und zweiten Basisbandsignalentpreizungsstufe zu verzögern.
Die Entfernungsberechnungsstufe kann ausgestaltet sein, jeweils einen Betrag der Summe von Produkten zu bilden.
Weiterhin kann die Entfernungsberechnungsstufe ausgestaltet sein, eine Differenz der Beträge zu bilden.
Die Entfernungsberechnungsstufe kann die Differenz mit einem auf die Lichtgeschwindigkeit bezogenen Faktor skalieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Empfänger eine Funkfrequenzeingangsstufe auf, welche ausgestaltet ist, das digitalisierte Basisbandspreizspektrumsignal aus einem empfangenen Signal zu erzeugen, indem das empfangene Signal digitalisiert und das digitalisierte Basisbandspreizspektrumsignal mit einem komplexen Digitalsignal multipliziert wird.
Das komplexe Digitalsignal kann ausgestaltet sein, die Frequenz eines lokalen Oszillators darzustellen.
Das digitale Basisbandspreizspektrumsignal kann gleichphasige und Quadratursignalkomponenten aufweisen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Konstruktion eines Empfängers bereitgestellt. Bei dem Verfahren wird ein digitalisiertes Basisbandspreizspektrumsignal jeweils unter Verwendung eines Entpreizungsmultiplizierers mit einer ersten und einer zweiten Zeitschätzung in Beziehung gesetzt, um ein erstes bzw. ein zweites kohärent integriertes Basisbandsignal zu erzeugen. Weiterhin werden bei dem Verfahren das erste und das zweite kohärent integrierte Basisbandsignal jeweils verzögert und jeweils eine komplex Konjugierte des verzögerten ersten bzw. zweiten kohärent integrierten Basisbandsignals gebildet. Weiterhin wird eine Summe von Produkten des ersten bzw. des zweiten kohärent integrierten Basisbandsignals mit jeweils der entsprechenden komplex Konjugierten gebildet und ein Abstand des Empfängers zu einem Sender, beispielsweise zu einem GPS Satelliten, aus den Summen von Produkten berechnet.
Die erste und die zweite Zeitschätzung können eine Früh- und eine Spätschätzung der empfangenen Signalzeit sein.
Das Demodulieren der digitalisierten Basisbandspreizspektrumsignale kann ein Verwenden eines sekundären Entspreizungscodes umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform werden die digitalisierten Basisbandspreizspektrumsignale mit einer Integrationsdauer integriert und das erste und das zweite kohärent integrierte Basisbandsignal werden um die Integrationsdauer verzögert.
Das Berechnen der Entfernung kann ein Bilden eines jeweiligen Betrags von der Summe von Produkten umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Skalieren und Verschieben einer Differenz der Beträge, um die Entfernung zu berechnen.
Das Skalieren kann ein Skalieren mit einem Faktor, welcher sich auf die Lichtgeschwindigkeit bezieht, umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin ein Digitalisieren eines empfangenen Signals und ein Multiplizieren des digitalisierten empfangenen Signals mit einem komplexen Digitalsignal, welches einen lokalen Oszillator darstellt, um das digitalisierte Basisbandspreizspektrumsignal zu erzeugen.
Weiterhin kann das Verfahren ein Bilden des digitalisierten Basisbandspreizspektrumsignals mit gleichphasigen und Quadraturkomponenten umfassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein globales Positionsbestimmungssystem bereitgestellt. Das System umfasst einen Empfänger, welcher eine erste und eine zweite Basisbandsignalentspreizungsstufe, eine erste und eine zweite kohärente Integrationsstufe und eine Entfernungberechnungsstufe umfasst. Jede Basisbandsignalentspreizungsstufe ist ausgestaltet, ein erstes bzw. ein zweites kohärent integriertes Basisbandsignal aus einem digitalisiertem Basisbandspreizspektrumsignal gemäß einer ersten bzw. einer zweiten Zeitschätzung zu erzeugen. Die erste und die zweite kohärente Integrationsstufe sind jeweils mit der ersten bzw. der zweiten Basisbandsignalentspreizungsstufe gekoppelt, wobei die erste und die zweite kohärente Integrationsstufe jeweils ausgestaltet sind, jeweils eine komplex Konjugierte der kohärent integrierten Basisbandsignale zu bilden und zu verzögern, und jeweils ausgestaltet, jeweils eine Summe von Produkten der kohärent integrierten Basisbandsignale mit den verzögerten und komplex konjugierten kohärent integrierten Basisbandsignalen zu bilden. Die Entfernungsberechnungsstufe ist mit der ersten und der zweiten kohärenten Integrationsstufe gekoppelt. Die Entfernungsberechnungsstufe ist ausgestaltet, eine Berechnung einer Entfernung des Empfängers zu einem Sender aus den Summen von Produkten zu berechnen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den Figuren bezeichnen in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen gleiche oder im Wesentlichen identische Komponenten. Bei der nachfolgenden Beschreibung werden verschiedene exemplarische Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die vorliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 stellt eine exemplarische Blockdarstellung einer bekannten GPS- Empfänger Signalverarbeitungskette dar.
2 stellt eine Blockdarstellung einer GPS-Empfänger Signalverarbeitungskette dar, welche eine kohärente Integrationssignalverarbeitungsabfolge verwendet und welche gemäß einer exemplarischen Ausführungsform aufgebaut ist.
3 stellt die mittlere Korrelationsspitzenfunktion und die mittlere Unterscheidungsfunktion für GPS L1-C/A und Galileo E1-B/C globale Positionsbestimmungssysteme dar, wie sie von einer Empfängerkette berechnet werden, welche gemäß einer exemplarischen Ausführungsform aufgebaut ist.
4 stellt Graphen der Standardabweichung eines berechneten Bereichs zwischen einem Satelliten und einem Empfänger über einer spektralen Leistungsdichte eines Träger/Rausch-Abstands für eine bekannte GPS-Empfänger Signalverarbeitungskette dar.
5 stellt die Standardabweichung einer berechneten Satelliten-zu-Empfänger Entfernung für eine GPS-Empfänger Signalverarbeitungskette dar, welche eine kohärente Integrationssignalverarbeitungsfolge verwendet, welche gemäß einer exemplarischen Ausführungsform aufgebaut ist.
6 stellt Verhältnisse einer Standardabweichung einer berechneten Entfernung für eine GPS-Empfänger Signalverarbeitungskette gemäß dem Stand der Technik gegenüber der, welche von einer Empfängerkette berechnet wird, die gemäß einer exemplarischen Ausführungsform aufgebaut ist, dar.
Detaillierte Beschreibung von veranschaulichenden Ausführungsformen
In einer Umgebung mit einem geringen Signal/Rauschverhältnis sind für eine Positionsbestimmungsgenauigkeit lange Beobachtungsszeiten wichtig. Die maximale kohärente Integrationsdauer für ein Verarbeiten eines empfangenen Signals ist jedoch durch eine Restfrequenzabweichung begrenzt. Je länger die kohärente Integrationsdauer ist, umso kleiner ist die tolerierbare Frequenzabweichung. Die Frequenzabweichung kann aufgrund unbekannter Doppler-Frequenzverschiebungen an dem Sender und Empfänger nicht vermieden werden. Ein bekanntes Verfahren einer Signalerfassung und Verarbeitung weist daher eine nicht kohärente Integration auf, welche eine unbestimmte Verlängerung der Beobachtungsszeit ermöglicht, ohne eine Empfindlichkeit bezüglich einer Frequenzabweichung zu erhöhen. Die nicht kohärente Integration ist jedoch zum Verbessern des wirksamen Signal/Rauschverhältnisses des empfangen Signals im Wesentlichen weniger effektiv als die kohärente Integration.
Eine Signalerfassung ist der erste Schritt zum Messen einer GPS-Empfänger Position. Ein Empfänger führt eine Rastersuche nach der Codephase des empfangenen Signals durch. Der Empfänger beschränkt jedoch die Auflösung der berechneten Codephase auf die vorbestimmte Größe von Codephasensuchbündeln. Die grobe Granularität der Codephasensuchbündel stellt im Allgemeinen eine unzureichende Genauigkeit für die meisten Positionsbestimmungsanwendungen dar. Eine höhere Genauigkeit kann durch Interpolieren der empfangenen Codephasen zwischen Abtastwerten einer Korrelationsspitze erzielt werden. Der übliche Ansatz für eine Codephasenberechnung in GPS-Empfängern ist die früh-spät Unterscheidung. Dieses Verfahren ergibt sich automatisch, wenn eine rechteckige Spreizimpulsform betrachtet wird. 1 stellt eine bekannte Positionsbestimmungsempfängerkette mit einer nicht kohärenten Integration und einer früh-spät Unterscheidung dar.
Bezug nehmend auf 1 ist eine exemplarische Blockdarstellung einer bekannten GPS-Empfänger Signalverarbeitungskette 100 dargestellt, welche eine üblicherweise verwendete Folge von kohärenten und nicht kohärenten Integrationssignalverarbeitungsschritten verwendet und Früh- und Spät-Signalunterscheidungspfade einbezieht. Die kohärente Integration betrifft die Verarbeitung von sowohl dem Betrag als auch der Phase eines empfangenen Signals. Die kohärente Integration kann z. B. durch getrenntes Integrieren vorzeichenbehafteter Real- und Imaginärkomponenten eines Signals, welches in der komplexen Ebene dargestellt ist, durchgeführt werden, z. B. durch getrenntes Integrieren von gleichphasigen und Quadratursignalkomponenten. Das empfangene Signal kann kohärent integriert werden, nachdem es in das Basisband unter Verwendung eines lokalen Oszillators umgesetzt wurde, welcher eine Frequenz aufweist, die ungenau auf die Trägerfrequenz des Senders abgestimmt ist. Der lokale Oszillator kann z. B. eine Frequenz aufweisen, welche aus einer Frequenzsuchtabelle ausgewählt ist, welche beim Erfassen eines empfangenen GPS Signals verwendet wird. Die nicht kohärente Integration betrifft im Allgemeinen nur ein Verarbeiten des Betrages des empfangenen Signals. Daher enthält die in 1 dargestellte Blockdarstellung eine kohärente Eingangsintegrationsstufe, wie z. B. eine kohärente Integrationsstufe 101, welcher eine nicht kohärenten Stufe, wie z. B. eine nicht kohärenten Stufe 103, folgt. Das gesamte in 1 dargestellte Verfahren wird im Allgemeinen als nicht kohärente Integration bezeichnet.
Ein Satellitensignal wird von einer Antenne 102 empfangen und von einer RF Eingangsstufe (Funkfrequenzeingangsstufe) 104 verstärkt, gefiltert und in eine komplexe digitale Signalfolge 105 umgewandelt. Die komplexe digitale Signalfolge wird durch gleichphasige und Quadratursignalkomponenten dargestellt. Die Folge der Signalkomponenten wird in einem Multiplizierer 106 mit einer Folge von komplexen digitalen Phasensignalen e^–jνΩ multipliziert, wobei j die Quadratwurzel aus –1 darstellt, ν ein ganzzahliger Index ist, welcher der Folge der digitalen Signale zugeordnet ist (z. B. bei einer Abtastrate von 4 MHz oder 10 MHz), und Ω die Frequenz des „lokalen Oszillators" ist, welcher das empfangene Signal auf Basisbandfrequenzen umsetzt. Die Frequenz Ω wird auf die Abtastperiodendauer normalisiert. Die sich ergebenden empfangenen Signalkomponenten sind in der Figur durch das Symbol r_ν dargestellt, welches gleichphasige und Quadraturkomponenten aufweist. Bei einem GPS-Empfänger wird die Frequenz Ω des lokalen Oszillators der Reihe nach auf Suchwerte eingestellt, welche aus einer Frequenzsuchtabelle ausgewählt werden, um ein Satellitensignal zu erfassen. Wenn die Frequenz des lokalen Oszillators, d. h. Ω, genau mit der Trägerfrequenz übereinstimmt, wird die Trägerfrequenz exakt von der Signalfolge r_ν entfernt. Ein Versatz zwischen der Frequenz des lokalen Oszillators und der Frequenz des übertragenen Trägers besteht im Allgemeinen aufgrund einer Dopplerverschiebung (z. B. aufgrund einer bekannten oder unbekannten relativen Geschwindigkeit zwischen dem Satelliten und dem Empfänger) und aufgrund einer Ungenauigkeit beim Einstellen der Frequenz des lokalen Oszillators, z. B. aufgrund der Schrittgröße der Frequenzen in der Frequenzsuchtabelle. Die Frequenz des lokalen Oszillators Ω kann in einem Rückkopplungsverfahren einstellt werden, um zu einer Trägerfrequenz des Satelliten, die bezüglich der Dopplerverschiebung korrigiert ist, zu passen, indem in dem Stand der Technik bekannte Techniken verwendet werden.
Die Basisbandsignalkomponenten von r_ν werden in zwei Signalverarbeitungspfade 108 und 110 aufgeteilt. Der obere Pfad entspricht einer angenommenen frühen Zeitschätzung einer dem empfangenen Signal zugeordneten Codeverzögerung, und der untere Pfad entspricht einer späten Zeitschätzung. Diese Zeitschätzungen werden auf der Grundlage von Ergebnissen des Signalerfassungsverfahrens durchgeführt. Vorzugsweise werden Vorkehrungen getroffen, um sicherzustellen, dass die frühe und die späte Zeitschätzung an entgegengesetzten Seiten des richtigen Codeverzögerungswertes sind. In jedem Pfad werden die Signalkomponenten von r, welches ein Spreizspektrumsignal ist, z. B. mit einem Früh-Multiplizierer 112 mit einem Entspreizungscode c⌊(ν·T_s + τ_E)/T_c⌋, welcher dem Satelliten entspricht, dessen Signal empfangen wurde, multipliziert und ebenso mit einem Spät-Multiplizierer 113. Das funktionale Symbol ⌊x⌋ stellt die Funktion „größte Ganzzahl von x" dar. Das Symbol T_s stellt die Abtastperiodendauer des Analog/Digital-Wandlers in der RF Eingangsstufe dar, welcher die abgetasteten Daten in dem Datenstrom 105 erzeugt, das Symbol τ_E stellt eine Früh Schätzung des empfangenen Zeitsignals dar, das Symbol τ_L eine Spät-Schätzung für die Zeitvorgabe, und das Symbol T_c stellt die Zeitdauer eines Chips dar. Natürlich ist es notwendig, unter Verwendung der richtigen Entspreizungscodephase, welche experimentell herausgefunden werden kann, zu multiplizieren.
Für einen speziellen Satelliten, welcher in einer Ephemeride verzeichnet ist, ist der Entspreizungscode im Allgemeinen zuvor bekannt. Bei einem Kaltstart des Empfängers ohne eine angemessen aktualisierte Ephemeride ist der Entspreizungscode im Allgemeinen nicht im Voraus bekannt und muss durch eine Suche in einer Liste von bekannten Möglichkeiten, z. B. über die 30 Möglichkeiten für einen Galileo-Satelliten, herausgefunden werden. Wenn der richtige Entspreizungscode und die richtige Entspreizungscodephase gefunden sind, sind die Ausgaben der Multiplizierer 112 und 113 jeweils im Wesentlichen konstant. Gemäß der Ausführung des Systems können zusätzlich die Signalkomponenten von τ_ν auch mit einem Sekundärentspreizungscode q⌊(ν·T_s + τ_E)/T_c⌋ multipliziert werden, wie es bei Galileo-Systemen erforderlich ist. Alternativ kann die Funktion q⌊(ν·T_s + τ_E)/T_c⌋ einfach die Konstante 1 sein, wie es in derzeitigen GPS-Systemen verwendet wird. Es ist eine Aufgabe der Signalverarbeitungskette 100, eine genaue Schätzung von τ, d. h. der Phase/Verzögerung des Entspreizungscodes, zu erzeugen, welche wiederum eine Schätzung oder Berechnung der Entfernung zu dem entsprechenden Satelliten ergibt. Somit erzeugt das Entspreizverfahren für einen GPS-Empfänger eine Berechnung einer Zeitverzögerung anstatt einer Demodulation eines Signals, um eine Datenfolge zurückzugewinnen, was das normale Verfahren ist, welches bei Kommunikationskanälen durchgeführt wird.
Eine Summation der komplexen Signalkomponenten, welche durch Block 114 dargestellt ist, stellt eine kohärente Integration dar. Bei einem erheblichen Fehler der lokalen Oszillatorfrequenz erzeugt diese Summation eine unerhebliche Ausgabe aufgrund der chaotischen Natur der Vorzeichen der summierte Terme, wenn eine erhebliche Frequenzfehlanpassung vorliegt. Die Dauer der Summation, welche durch den Parameter N dargestellt wird, ist durch die Genauigkeit der lokalen Oszillatorfrequenz sowie weiterer Faktoren begrenzt, welche zu einem Frequenzversatz zwischen dem Satelliten und dem Empfänger beitragen können, wie z. B. die Granularität des Frequenzsuchraums. Sogar bei einer verhältnismäßig genauen lokalen Oszillatorfrequenz werden durch diesen Summationsvorgang Real- und Imaginärkomponenten erzeugt.
Bei dem GPS-System wird typischerweise eine Spreizfolge von 1023 Chips verwendet, welche jeweils mindestens zweimal pro Chip, im Allgemeinen häufiger, abgetastet werden. Dies erzeugt einen Wert für den Parameter N von 2046 oder größer, beispielsweise einige 100000. Bei mobilen zellulären Telefonen können Kohärenzzeiten von einer Länge von 10 ms mit einem stabilen lokalen Oszillator hergestellt werden.
Block 116 bildet die Quadratsumme der zwei komplexen Komponenten, welche von Block 114 hergestellt wurden.
Block 118 stellt eine nicht-kohärente Integration dar. Block 118 lässt eine längere Dauer M einer Integration zu, als in Block 114 ausgeführt werden kann, welcher selbst keine ausreichende Signalstärke für eine Signalerfassung für eine weitere Signalverarbeitung herstellen kann. Es ist anzumerken, dass ein Verdoppeln des Kohärenzintegrationsparameters N in Block 114 einen 3 dB-Gewinn beim Signal/Rauschverhältnis erzeugt, d. h. ein halb so starkes Signal kann einfach durch Verdoppeln von N verarbeitet werden, da Mittelwert-freies „weißes" Rauschen bei jedem Zyklus aufgrund der unabhängigen Natur von aufeinanderfolgenden Rauschabtastwerten inkohärent addiert wird. Ein Verdoppeln des nicht-kohärenten Integrationsparameters M erzeugt hingegen nur einen Gewinn von 1,5 dB, da der Betrag von aufeinanderfolgenden Rauschabtastwerten, welche nun einen von Null verschiedenen Mittelwert aufweisen, bei jedem Zyklus addiert werden, ohne dass es eine Möglichkeit zur Auslöschung zwischen aufeinanderfolgenden Abtastwerten gibt.
Die Ausgabe von Block 118 ergibt die Früh-Testkenngröße Λ_E und dementsprechend ergibt der untere Pfad die „Spät"-Testkenngröße Λ_L. Die Differenz Δ zwischen Λ_E und Λ_L wird in Block 120 berechnet. In Block 126 wird die Differenz in eine Berechnung des Satellitenabstands durch Skalieren der Berechnung der Codeverzögerung mit der Lichtgeschwindigkeit, wie hierin zuvor beschrieben, umgewandelt, wobei Korrekturen für atmosphärische Brechungen des empfangenen Signals usw. einbezogen werden.
Bezug nehmend auf 2 ist eine Blockdarstellung eine GPS-Empfängersignalverarbeitungskette 200 dargestellt, welche eine kohärente Integrationssignalverarbeitungsfolge verwendet, welche gemäß einer exemplarischen Ausführungsform aufgebaut ist. Das Empfängerkettenpositionsbestimmungsverfahren, welches in 2 dargestellt ist, verbessert eine Positionsbestimmungsgenauigkeit über eine nicht-kohärente Integration, insbesondere bei geringen Signal/Rauschverhältnissen, welche häufig in städtischen Straßenschluchten und Umgebungen im Gebäude angetroffen werden. Die Signalverarbeitungsfolge gemäß dem Stand der Technik akkumuliert quadrierte Beträge der kohärenten Integrationsergebnisse. Bei der Empfängerkette, welche in 2 dargestellt ist, wird der Modulus-Vorgang der Codeunterscheidungskette gemäß dem Stand der Technik in 1 ersetzt und multipliziert jetzt nachfolgende kohärente Integrationsergebnisse. Der neue Ansatz kann dieselbe Größe einer Frequenzabweichung wie der Ansatz gemäß dem Stand der Technik tolerieren und kann die in 1 dargestellte Signalverarbeitungskette in einem großen Bereich von Betriebsbedingungen ersetzten, welche eine Positionsverfolgungsbetriebsart einschließen. Die neue Technik verbessert im Wesentlichen eine Positionsbestimmungsgenauigkeit, indem das quadrierte Rauschen des Verfahrens gemäß dem Stand der Technik verringert wird.
Wie in 2 dargestellt, weist die Empfängersignalverarbeitungskette eine erste und eine zweite Basisbandsignalentspreizungsstufe 201 bzw. 202, eine erste und eine zweite kohärente Integrationsstufe 203 bzw. 204, und eine Entfernungsberechnungsstufe 205 auf. Eine Multiplikation wird in den kohärenten Integrationsstufen 203 und 204 anstatt eines Summierens eines quadrierten Betrags verwendet, um eine Kohärenz beizubehalten.
Grob beschrieben sind bei den Signalverarbeitungsstufen, welche in 2 dargestellt sind, die erste und die zweite Basisbandsignalentspreizungsstufe jeweils ausgestaltet, ein summiertes erstes bzw. zweites kohärent integriertes Basisbandsignal zu erzeugen. Die erste und die zweite kohärente Integrationsstufe sind mit der ersten bzw. der zweiten Basisbandsignalentspreizungsstufe gekoppelt. Die erste und die zweite kohärente Integrationsstufe sind jeweils ausgestaltet, die komplex Konjugierte aus Ausgaben der ersten bzw. der zweiten Basisbandsignalentspreizungsstufe zu verzögern und zu bilden, und dann jeweils eine Summe von Produkten der Ausgaben der ersten bzw. der zweiten Basisbandsignalentspreizungsstufe mit den verzögerten und komplex konjugierten Ausgaben zu bilden. Die Entfernungsberechnungsstufe ist mit der ersten und der zweiten kohärenten Integrationsstufe gekoppelt und ist ausgestaltet, eine Berechnung der Entfernung des Satelliten aus einer Differenz zu erzeugen, welche aus der Summe von Produkten von der ersten bzw. der zweiten kohärenten Integrationsstufe abgeleitet wird.
Bei der Früh-Signalverarbeitungsfolge, welche im Allgemeinen durch Pfad 208 dargestellt ist, wird das Signal im Block 230 um eine Abtastverzögerung verzögert (d. h. nach einem Summieren von Chip-Abtastwerten auf N), welche auf ein Kohärenzzeitintervall bezogen ist, wie z. B. 1 ms oder länger, bei einer Ausführungsform z. B. die Dauer N·T_c. Wenn z. B. N = 4092 und T_c = 1/2046 ms ist, dann beträgt die Verzögerung im Block 230 4092:(2046 Mchip/s) ≈ 2 ms. Im Block 232 wird seine komplex Konjugierte gebildet. Das Signal und seine verzögerte komplex Konjugierte werden im Block 234 miteinander multipliziert und dann der Reihe nach als komplexe Werte im Block 236 summiert, um das komplexwertige „Früh"-Signal ψ_E zu erzeugen. Entsprechend wird das komplexwertige „Spät"-Signal ψ_L in dem unteren Pfad 210 erzeugt. Eine Früh-Testkenngröße Λ_E wird in Block 238 durch Bilden des quadrierten Betrags des Signals ψ_L erzeugt. Entsprechend wird eine Spät-Testkenngröße Λ_L in dem Spät-Signalverarbeitungspfad 210 aus dem komplexwertigen „Spät"-Signal ψ_L erzeugt. Die Differenz Δ zwischen Λ_E und Λ_L wird wie zuvor in Block 120 berechnet. Die Differenz Δ wird mit der inversen der partiellen Ableitung von m_Λ bezogen auf die Codeverzögerung im Block 222 skaliert. Ein Versatz, welcher den Mittelwert des Früh- und Spät-Zeitversatzes darstellt, wird in Block 224 addiert, um eine Berechnung der richtigen Codeverzögerung τ zu erzeugen. Im Block 226 wird die Berechnung der Codeverzögerung in eine Berechnung einer Satellitenentfernung durch Skalieren der Berechnung der Codeverzögerung mit der Lichtgeschwindigkeit und mit geeigneten Korrekturen, wie sie hierin zuvor beschrieben wurden, umgewandelt.
Bezug nehmend auf 3 ist die mittlere Korrelationsspitze m_Λ und die mittlere Unterscheidungsfunktion m_Δ für GPS L1-C/A und Galileo E1-B/C dargestellt, wie sie von der Empfängerkette berechnet werden, welche hierin zuvor unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde. „L1" betrifft näherungsweise das 1,5 GHz Frequenzband, welches von GPS verwendet wird, und „C/A" betrifft die „grobe" Positionsbestimmungserfassungsbetriebsart des GPS-Systems, welche ursprünglich für eine zivile, d. h. nicht-militärische, Verwendung vorgesehen war. Exemplarische Früh- und Spät-Entscheidungskenngrößen m_ΛE und m_ΛL sind mit Kreuzen in 3a und 3c markiert. Die Codeverzögerungsdifferenz ist mit τ bezeichnet, die Chipdauer mit T_c, die Varianz der kohärenten Integrationsergebnisse mit σ_ω und der Unterscheidungsabstand mit δ.
In 3a ist ein Graph dargestellt, welcher die mittlere Entscheidungskenngröße m_Λ als eine Funktion der Codeverzögerungsdifferenz τ für eine binäre Phasenmodulation (binary Phase shift keying, BPSK) zeigt. Eine scharfe Korrelationsspitze über der Codeverzögerungsdifferenz bezogen auf den Spreizungscode ist in dem Graph dargestellt, welcher einen hohen Korrelationswert anzeigt, wenn die Schätzung der Codeverzögerungsdifferenz richtig ist. Eine Genauigkeit eines Bruchteils der Dauer eines Chips ist für eine genaue Positionsbestimmung erforderlich. Zwei exemplarische Werte von Früh- und Spät-Datenabtastwerten sind in dem Graph dargestellt. Idealerweise fällt ein Datenpunkt auf die linke Seite der Spitze und einer auf die rechte Seite. Somit ist ein Punkt früher und ein Punkt später bezogen auf die tatsächliche Codeverzögerungsdifferenz. Die Codeverzögerungsdifferenz, welche den Spitzenwert erzeugt, wird aus der Form dieser Kurve geschätzt.
In 3b ist ein Graph gezeigt, welcher Komponenten von m_Λ getrennt für den Früh- und Spät-Signalverarbeitungspfad in dem oberen und dem unteren Abschnitt der Figur als eine strichpunktierte Linie bzw. als eine gestrichelte Linie und ihre Differenz als die durchgezogene Linie in der Mitte zeigt. Die strichpunktierte Linie und die gestrichelte Linie in 3b entsprechen der Form der in 3a dargestellten Kurve. Wenn somit die Beträge der zwei in 3a dargestellten exemplarischen Abtastpunkte gleich wären, dann würde die richtige Codeverzögerung auf halber Strecke zwischen ihnen liegen. Wenn die Differenz positiv ist, dann ist der linke Codewert dichter an dem richtigen Wert der Codeverzögerung usw. Für Betragsdifferenzen, welche dicht beieinander sind, kann eine Schätzung der richtigen Codeverzögerung durch eine Interpolation durchgeführt werden.
In 3c und 3d sind Graphen für eine Binary Offset Carrier Modulation (BOC(1,1)) dargestellt, welche denen in 3a und 3b entsprechen. Eine BPSK-Modulation verwendet im Allgemeinen eine Rechteckwellenform mit einem positiven Wert, um ein binäres Bit 1 darzustellen, und einem äquivalenten negativen Wert, um ein binäres Bit 0 darzustellen. Die BOC(1,1)-Modulation verwendet im Allgemeinen eine „Manchester-Kodierung", wobei wiederum eine Rechteckwellenform verwendet wird. Um jedoch ein binäres Bit 1 darzustellen, weist die modulierende Rechteckwellenform für eine Hälfte des Zeitintervalls einen positiven Wert und während der anderen Hälfte des Zeitintervalls einen entsprechenden negativen Wert auf. Um ein binäres Bit 0 darzustellen, wird das Vorzeichen der Wellenform invertiert. Das Reinergebnis ist ein Mittelwert von Null für die modulierende Wellenform, um entweder ein binäres Bit 1 oder 0 darzustellen. Die Manchester-Kodierung wird für einige Signale des Galileo-Satellitennavigationssystems verwendet, so dass die modulierten Wellenformen keinen Gleichspannungsversatz aufweisen. Die Notation (1,1) in BOC(1,1) bezieht sich auf einen positiven und einen negativen Schritt bei der modulierenden Wellenform.
Bezug nehmend auf 4 ist in jedem der sechs Graphen 4a, ... 4f für den Fall der Positionsbestimmungstechnik gemäß dem Stand der Technik, wie sie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde, eine Standardabweichung σ_ρN der berechneten Entfernung zwischen dem Satelliten und dem Empfänger (in Metern) auf den vertikalen Achsen und eine spektrale Träger/Rausch-Leistungsdichte PSD C/N₀ (in dBHz) auf den horizontalen Achsen dargestellt. Die Notation „E1-C" in der Figur betrifft das Signal C des Galileo E1-Bands, d. h. die Pilotkomponente des Galileo-Signals für offene Dienste in dem E1/L1-Band. Jede Darstellung enthält drei Kurven, welche mit der gesamten Überwachungszeitdauer M·N·T_s parametrisiert sind. T_s ist die Abtastdauer des Analg/Digital-Wandlers in der RF-Eingangsstufe und das Produkt N·T_s ist die kohärente Integrationsdauer. Das Produkt M·N·T_s stellt die kombinierte Überwachungsdauer dar. Der Parameter f_d stellt die Differenz zwischen der empfangenen Trägerfrequenz und der lokalen Oszillatorfrequenz während einer Herunterwandlung dar, z. B. aufgrund einer nicht-kompensierten Doppler-Verschiebung, der Granularität der Frequenzbündel usw. Die kohärente Integrationsdauer N·T_s = 4 ms wurde für alle Simulationen gewählt. 4a, 4c, und 4e zeigen eine Entfernungsgenauigkeit für GPS L1-C/A mit verschiedenen Frequenzabweichungen f_d, während 4b, 4d und 4f entsprechende Entfernungsgenauigkeiten für Galileo E1-C zeigen. Aus 4 ist ersichtlich, dass ein Erhöhen einer Frequenzabweichung eine Positionsbestimmungsgenauigkeit verschlechtert. Es ist ferner zu sehen, dass sich eine Entfernungsgenauigkeit bei sinkendem C/N₀ verschlechtert.
Bezug nehmend auf 5 ist die Standardabweichung einer berechneten Entfernung zwischen Satellit und Empfänger σ_ρ,D für den Fall der neuen Positionsbestimmungstechnik, welche unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde, dargestellt. 5 zeigt eine ähnliche Entwicklung der Genauigkeit für das neue Verfahren wie für das Verfahren gemäß dem Stand der Technik, welche in 4 dargestellt ist. Die Werte der Standardabweichung in 5 sind jedoch geringer als entsprechende Werte in 4. Somit verbessert das neue Verfahren eine Positionsbestimmungsgenauigkeit. Es ist ferner aus 5 ersichtlich, dass die neue Technik die Positionsbestimmungsgenauigkeit ungeachtet einer Oszillatorfrequenzabweichung f_d verbessert. Wie bei dem inkohärenten Verfahren gemäß dem Stand der Technik ermöglicht die neue Technik unbegrenzte Überwachungszeitdauern und kann daher eine Signalerfassungs- und Verarbeitungsanordnung gemäß dem Stand der Technik für einen breiten Bereich von Empfängerkonfigurationen vollständig ersetzten.
Die Genauigkeitsverbesserung, welche durch Anwenden der neuen Technik erzielt wird, ist in 6 zusammengefasst, welche Verhältnisse von Standardabweichungen von berechneten Entfernungen für die Technik gemäß dem Stand der Technik σ_ρ,N und für die neue Technik σ_ρ,D darstellt. Dies ist das Verhältnis der Werte, welche in 4 und 5 dargestellt sind, und stellt eine Angabe der Entfernungsgenauigkeitsverbesserung bereit. Es ist zu erkennen, dass die Genauigkeitsverbesserung bei geringen Träger/Rauschwerten C/N₀, welche häufig in städtischen Straßenschluchten und Umgebungen im Gebäude angetroffen werden, besonders hoch ist. Die Genauigkeitsverbesserung ist unabhängig von der Frequenzabweichung f_d, was zeigt, dass die neue Technik eine Verbesserung gegenüber einem Empfänger gemäß dem Stand der Technik unabhängig von einer Frequenzabweichung eines lokalen Oszillators bereitstellt. Die Genauigkeitsverbesserung wird bei allen simulierten Empfängerkonfigurationen und Empfangsbedingungen beibehalten und kann bis zu 80% betragen.
Somit wurde ein GPS-Empfänger beschrieben, welcher eine Signalverarbeitungskette enthält, welche vorteilhafterweise verwendet werden kann, um eine genaue Berechnung einer Empfängerposition in einer Umgebung mit einem geringem Signal/Rauschverhältnis auszuführen. Gemäß einer Ausführungsform weist der GPS-Empfänger eine erste und eine zweite Basisbandsignalentspreizungsstufe auf, welche jeweils ausgestaltet sind, ein erstes bzw. ein zweites kohärent integriertes Basisbandsignal aus einem digitalisierten Basisbandspreizsektrumsignal zu erzeugen. Das erste und das zweite kohärent integrierte Basisbandsignal entsprechen einer ersten bzw. einer zweiten Zeitschätzung. Bei einer Ausführungsform ist eine erste und eine zweite kohärente Integrationsstufe mit der ersten bzw. der zweiten Basisbandsignalentspreizungsstufe gekoppelt. Bei einer Ausführungsform sind die erste und die zweite kohärente Integrationsstufe ausgestaltet, die kohärent integrierten Basisbandsignale jeweils zu verzögern und jeweils eine komplex Konjugierte daraus zu bilden, und jeweils eine Summe von Produkten aus den kohärent integrierten Basisbandsignalen mit den verzögerten und komplex konjugierten kohärent integrierten Basisbandsignalen zu bilden. Bei einer Ausführungsform ist eine Entfernungsberechnungsstufe mit der ersten und der zweiten kohärenten Integrationsstufe gekoppelt. Die Entfernungsberechnungsstufe ist ausgestaltet, eine Berechnung der Entfernung des Empfängers zu einem Sender, wie z. B. einem Satelliten, aus den Summen der Produkte zu erzeugen. Bei einer Ausführungsform stellen die erste und die zweite Zeitschätzung eine Früh- bzw. eine Spät-Schätzung des empfangenen Zeitsignals bereit. Bei einer weiteren Ausführungsform verwenden die erste und die zweite Basisbandsignalentspreizungsstufe einen sekundären Entspreizungscode. Bei einer Ausführungsform werden die verzögerten und komplex konjugierten kohärent integrierten Basisbandsignale um eine Integrationsdauer der ersten und der zweiten Basisbandsignalentspreizungsstufe verzögert. Bei einer Ausführungsform ist die Entfernungsberechnungsstufe ausgestaltet, jeweils einen Betrag von jeder der Summen von Produkten zu bilden. Bei einer Ausführungsform ist die Entfernungsberechnungsstufe ausgestaltet, eine Differenz der Beträge zu bilden. Bei einer Ausführungsform skaliert die Entfernungsberechnungsstufe die Differenz mit einem Faktor, welcher sich auf die Lichtgeschwindigkeit bezieht, um die Entfernungsberechnung durchzuführen. Bei einer Ausführungsform weist die Entfernungsberechnungsstufe ferner eine Funkfrequenzeingangsstufe auf, welche ausgestaltet ist, das digitale Basisbandspreizspektrumsignal aus einem empfangenen Signal zu erzeugen, indem das empfangene Signal digitalisiert und indem das digitalisierte Basisbandspreizspektrumsignal mit einem komplexen Digitalsignal multipliziert wird. Bei einer Ausführungsform stellt das komplexe Digitalsignal die Frequenz eines lokalen Oszillators dar. Bei einer weiteren Ausführungsform weist das digitalisierte Basisbandspreizspektrumsignal gleichphasige und Quadratursignalkomponenten auf.
Eine weitere exemplarische Ausführungsform stellt ein Verfahren zum Aufbauen eines Empfängers bereit, welcher vorteilhafterweise eine genaue Berechnung einer Empfängerposition aus einem GPS-Satellitensignal, welches mit einem niedrigen Signal/Rauschverhältnis empfangen wird, erzeugen kann. Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren ein Korrelieren eines digitalisierten Basisbandspreizspektrumsignals mit einer ersten und einer zweiten Zeitschätzung unter Verwendung eines Entspreizungsmultiplizierers auf, um ein erstes bzw. ein zweites kohärent integriertes Basisbandsignal zu erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren ein Verzögern des ersten bzw. des zweiten kohärent integrierten Basisbandsignals und ein Bilden einer komplex Konjugierten von dem verzögerten ersten bzw. zweiten kohärent integrierten Basisbandsignal auf. Das Verfahren weist ferner ein Bilden einer Summe von Produkten des ersten bzw. des zweiten kohärent integrierten Basisbandsignals mit der jeweiligen entsprechenden komplex Konjugierten auf. Bei einer Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin ein Berechnen einer Entfernung des Empfängers zu einem Sender aus den Summen von Produkten auf. Bei einer Ausführungsform sind die erste und die zweite Zeitschätzung eine Früh- und eine Spät-Schätzung des empfangenen Zeitsignals. Bei einer weiteren Ausführungsform weist ein Demodulieren der digitalisierten Basisbandspreizspektrumsignale ein Verwenden eines sekundären Entspreizungscodes auf. Bei einer Ausführungsform weist das Verfahren ein Demodulieren der digitalisierten Basisbandspreizspektrumsignale mit einer Integrationsdauer und ein Verzögern des ersten und zweiten kohärent integrierten Basisbandsignals um die Integrationsdauer auf. Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren ein Berechnen der Entfernung durch Bilden eines jeweiligen Betrages von jeder der Summe von Produkten auf. Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren ein Skalieren und Verschieben einer Differenz der Beträge auf, um die Entfernung zu berechnen. Bei einer Ausführungsform weist das Skalieren der Differenz ein Anwenden eines Faktors, welcher sich auf die Lichtgeschwindigkeit bezieht, auf. Bei einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner ein Digitalisieren eines empfangenen Signals und ein Multiplizieren desselben mit einem komplexen Digitalsignal auf, welches einen lokalen Oszillator darstellt, um das digitalisierte Basisbandspreizspektrumsignal zu erzeugen. Bei einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner ein Verwenden von gleichphasigen und Quadraturkomponenten auf, um das digitalisierte Basisbandspreizspektrumsignal zu bilden.
Eine weitere exemplarische Ausführungsform stellt ein globales Positionsbestimmungssystem bereit, welches einen Empfänger aufweist. Der Empfänger weist eine erste und eine zweite Basisbandsignalentspreizungsstufe auf, wobei jede Basisbandsignalentspreizungsstufe ausgestaltet ist, ein erstes bzw. ein zweites kohärent integriertes Basisbandsignal aus einem digitalisierten Basisbandspreizspektrumsignal gemäß einer ersten bwz. einer zweiten Zeitschätzung zu erzeugen. Der Empfänger weist ferner eine erste und eine zweite kohärente Integrationsstufe auf, welche mit der ersten bzw. der zweiten Basisbandsignalentspreizungsstufe gekoppelt sind, wobei die erste und die zweite kohärente Integrationsstufe jeweils ausgestaltet sind, die kohärent integrierten Basisbandsignale jeweils zu verzögern und eine komplex Konjugierte zu bilden, und jeweils ausgestaltet sind, jeweils eine Summe von Produkten der kohärent integrierten Basisbandsignale mit den verzögerten und komplex konjugierten kohärent integrierten Basisbandsignalen zu bilden. Der Empfänger weist ferner eine Entfernungsberechnungsstufe auf, welche mit der ersten und der zweiten kohärenten Integrationsstufe gekoppelt ist, wobei die Entfernungsberechnungsstufe ausgestaltet ist, eine Berechnung der Entfernung des Empfängers zu einem Sender aus den Summen von Produkten zu erzeugen.
Obwohl eine Folge von Signalverarbeitungsstufen für eine Anwendung zum Bestimmen einer Position eines GPS- und Galileo-Empfängers beschrieben wurde, sollte es klar sein, dass andere Anwendungen dieser Signalverarbeitungsstufen innerhalb des breiten Umfangs der Erfindung betrachtet werden und nicht auf eine Berechnung einer Position eines GPS- und Galileo-Empfängers beschränkt sind.
Obwohl die Erfindung hauptsächlich in Verbindung mit speziellen exemplarischen Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, sollte es für einen Fachmann klar sein, dass verschiedene Änderungen in der Konfiguration und den Details davon durchgeführt werden können, ohne von dem Sinn und Umfang der Erfindung, wie sie nachfolgend durch die Ansprüche definiert ist, abzuweichen. Der Umfang der Erfindung ist daher durch die beigefügten Ansprüche bestimmt und alle Veränderungen, welche innerhalb des Bereichs des Sinngehalts und des Bereichs von äquivalenten der Ansprüche liegen, sollen von den Ansprüche umfasst sein.

Claims

Empfänger, umfassend: eine erste und eine zweite Basisbandsignalentspreizungsstufe (201, 202), wobei jede der Basisbandsignalentspreizungsstufen (201, 202) ausgestaltet ist, ein erstes bzw. ein zweites kohärent integriertes Basisbandsignal aus einem digitalisierten Basisbandspreizspektrumsignal gemäß einer ersten bzw. einer zweiten Zeitschätzung zu erzeugen; eine erste und eine zweite kohärente Integrationsstufe (203, 204), welche mit der ersten bzw. der zweiten Basisbandsignalentspreizungsstufe (201, 202) gekoppelt sind, wobei die erste und die zweite kohärente Integrationsstufe (203, 204) jeweils ausgestaltet sind, die kohärent integrierten Basisbandsignale jeweils zu verzögern und eine komplex Konjugierte daraus zu bilden, und ausgestaltet sind, jeweils eine Summe von Produkten der kohärent integrierten Basisbandsignale mit den verzögerten und komplex konjugierten kohärent integrierten Basisbandsignalen zu bilden; und eine Entfernungsberechnungsstufe (205), welche mit der ersten und der zweiten kohärenten Integrationsstufe (203, 204) gekoppelt ist, wobei die Entfernungsberechnungsstufe (205) ausgestaltet ist, eine Berechnung einer Entfernung des Empfängers (200) zu einem Sender aus den Summen von Produkten zu erzeugen.
Empfänger nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Zeitschätzung eine Früh-Schätzung bzw. eine Spät-Schätzung des empfangenen Zeitsignals umfassen.
Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste und die zweite Basisbandsignalentspreizungsstufe (201, 202) einen Sekundärentspreizungscode verwenden.
Empfänger nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die verzögerten und komplex konjugierten kohärent integrierten Basisbandsignale um eine Integrationsdauer der ersten und der zweiten Basisbandsignalentspreizungsstufe (201, 202) verzögert werden.
Empfänger nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Entfernungberechnungsstufe (205) ausgestaltet ist, jeweils einen Betrag von jeder der Summen von Produkten zu bilden.
Empfänger nach Anspruch 5, wobei die Entfernungsberechnungsstufe (205) ausgestaltet ist, eine Differenz der Beträge zu bilden.
Empfänger nach Anspruch 6, wobei die Entfernungsberechnungsstufe (205) die Differenz mit einem auf die Lichtgeschwindigkeit bezogenen Faktor skaliert.
Empfänger nach einem der Ansprüche 1–7, ferner umfassend eine Funkfrequenzeingangsstufe (104, 106), welche ausgestaltet ist, das digitalisierte Basisbandspreizspektrumsignal aus einem empfangenen Signal zu erzeugen, indem das empfangene Signal digitalisiert wird und das digitalisierte Basisbandspreizspektrumsignal mit einem komplexen Digitalsignal multipliziert wird.
Empfänger nach Anspruch 8, wobei das komplexe Digitalsignal ausgestaltet ist, die Frequenz eines lokalen Oszillators darzustellen.
Empfänger nach Anspruch 8 oder 9, wobei das digitalisierte Basisbandspreizspektrumsignal gleichphasige und Quadratursignalkomponenten aufweist.
Verfahren zum Aufbauen eines Empfängers, wobei das Verfahren umfasst: Korrelieren eines digitalisierten Basisbandspreizspektrumsignals mit einer ersten und einer zweiten Zeitschätzung unter Verwendung eines Entspreizungsmultiplizierers (112, 113), um ein erstes bzw. ein zweites kohärent integriertes Basisbandsignal zu erzeugen; Verzögern des ersten bzw. des zweiten kohärent integrierten Basisbandsignals; Bilden einer jeweiligen komplex Konjugierten aus dem verzögerten ersten bzw. zweiten kohärent integrierten Basisbandsignal; Bilden einer Summe von Produkten aus dem ersten bzw. dem zweiten kohärent integrierten Basisbandsignal mit der entsprechenden komplex Konjugierten; und Berechnen einer Entfernung des Empfängers (200) zu einem Sender aus den Summen von Produkten.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die erste und die zweite Zeitschätzung eine Früh-Schätzung bzw. eine Spät-Schätzung einer empfangenen Signalzeitvorgabe sind.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei ein Demodulieren der digitalisierten Basisbandspreizspektrumsignale ein Verwenden eines sekundären Entspreizungscodes umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11–13, wobei die digitalisierten Basisbandspreizspektrumsignale mit einer Integrationsdauer integriert werden, und wobei das erste und das zweite kohärent integrierte Basisbandsignal um die Integrationsdauer verzögert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11–14, wobei das Berechnen der Entfernung ein Bilden eines jeweiligen Betrags von jeder der Summen von Produkten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, umfassend ein Skalieren und Verschieben einer Differenz der Beträge, um die Entfernung zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Skalieren ein Skalieren mit einem auf die Lichtgeschwindigkeit bezogenen Faktor umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, ferner umfassend ein Digitalisieren eines empfangenen Signals und ein Multiplizieren des digitalisierten empfangenen Signals mit einem komplexen Digitalsignal, welches einen lokalen Oszillator darstellt, um das digitalisierte Basisbandspreizspektrumsignal zu erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, ferner umfassend ein Bilden des digitalisierten Basisbandspreizspektrumsignals mit gleichphasigen und Quadraturkomponenten.
Globales Positionsbestimmungssystem, umfassend: einen Empfänger (200), umfassend: eine erste und eine zweite Basisbandsignalentspreizungsstufe (201, 202), wobei jede Basisbandsignalentspreizungsstufe (201, 202) ausgestaltet ist, ein erstes bzw. ein zweites kohärent integriertes Basisbandsignal aus einem digitalisiertem Basisbandspreizspektrumsignal gemäß einer ersten bzw. einer zweiten Zeitschätzung zu erzeugen; eine erste und eine zweite kohärente Integrationsstufe (203, 204), welche mit der ersten bzw. der zweiten Basisbandsignalentspreizungsstufe (201, 202) gekoppelt sind, wobei die erste und die zweite kohärente Integrationsstufe (203, 204) jeweils ausgestaltet sind, die jeweiligen kohärent integrierten Basisbandsignale zu verzögern und daraus jeweils eine komplex Konjugierte zu bilden, und jeweils ausgestaltet, eine jeweilige Summe von Produkten der kohärent integrierten Basisbandsignale mit den verzögerten und komplex konjugierten kohärent integrierten Basisbandsignalen zu bilden; und eine Entfernungsberechnungsstufe (205), welche mit der ersten und der zweiten kohärenten Integrationsstufe (203, 204) gekoppelt ist, wobei die Entfernungsberechnungsstufe (205) ausgestaltet ist, eine Berechnung einer Entfernung des Empfängers (200) zu einem Sender aus den Summen von Produkten zu erzeugen.