DE102009044630B4

DE102009044630B4 - Verfahren und Vorrichtung für eine Synchronisation von schwachen Datenbits bei einem Positionsbestimmungssystem

Info

Publication number: DE102009044630B4
Application number: DE102009044630.3A
Authority: DE
Inventors: Gary Lennen
Original assignee: Cambridge Silicon Radio Ltd
Current assignee: Qualcomm Technologies International Ltd
Priority date: 2008-11-24
Filing date: 2009-11-23
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2029-11-24
Also published as: GB0920521D0; DE102009044630A1; GB2465491A; CN101937089A; US8970431B2; GB2465491B; NL2003860A; CN101937089B; NL2003860C2; US8184047B1; US20120299771A1

Abstract

Verfahren zum Synchronisieren mit einem oder mehreren Signalen (106, 108, 110, 112) bei einem Positionsbestimmungssystem, mit folgenden Schritten: Akkumulieren von jeweiligen ersten Leistungswerten bei einer Mehrzahl von Zeitversätzen für ein erstes der Signale; Akkumulieren von jeweiligen zweiten Leistungswerten bei der Mehrzahl von Zeitversätzen für ein zweites der Signale; Zeitabgleichen (S404) des ersten und des zweiten Signals; Kombinieren (S406) der akkumulierten ersten und zweiten Leistungswerte bei der Mehrzahl von Zeitversätzen nach dem Zeitabgleich; Identifizieren eines kombinierten Spitzenleistungswerts bei einem der Mehrzahl von Zeitversätzen; und Bestimmen (S410), ob der kombinierte Spitzenleistungswert einer erfolgreichen Synchronisation entspricht.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ortspositionsbestimmungssystem und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Synchronisieren mit Datenbits in einem Satellitenpositionsbestimmungssystemsignal, wie zum Beispiel einem GPS-Signal.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Mit der Entwicklung von Funk- und Raumfahrttechnologien wurden bereits mehrere Satelliten basierte Navigationssysteme (das heißt Satellitenpositionsbestimmungssysteme oder „SPS”) gebaut und werden in der nahen Zukunft stärker in Verwendung sein. SPS-Empfänger, wie zum Beispiel Empfänger, die das globale Positionsbestimmungssystem („GPS” (= Global Positioning System)), das ferner als NAVSTAR bekannt ist, verwenden, sind alltäglich geworden. Andere Beispiele von SPS-Systeme weisen das Navy Navigation Satellite System („NNSS”) der Vereinigten Staaten (das ferner als TRANSIT bekannt ist), LORAN, Shoran, Decca, TACAN, NAVSTAR, das russische Gegenstück zu NAVSTAR, das als das Global Navigation Satellite System („GLONASS”) bekannt ist, und jedes zukünftige westeuropäische SPS, wie zum Beispiel das vorgeschlagene „Galileo”-Programm, auf, sind jedoch nicht darauf begrenzt. Als ein Beispiel ist das US-NAVSTAR-GPS-System in GPS Theory and Practice, fünfte Ausgabe, überarbeitete Ausgabe von Hofmann-Wellenhof, Lichtenegger and Collins, Springer-Verlag, Wien, New York, 2001, beschrieben, das hierin durch Bezugnahme vollständig aufgenommen ist.
Das US-GPS-System wurde durch das United States Department of Defense gebaut und wird durch dieses betrieben. Das System verwendet vierundzwanzig oder mehr Satelliten, die die Erde in einer Höhe von etwa 17.703 km (= 11.000 Meilen) mit einer Periode von etwa zwölf Stunden umlaufen. Die Satelliten sind auf sechs unterschiedlichen Umlaufbahnen platziert, derart, dass zu jeder Zeit ein Minimum von sechs Satelliten an einem Ort auf der Oberfläche der Erde, außer in der Polarregion, sichtbar ist. Jeder Satellit sendet ein Zeit- und Positionssignal, das sich auf eine Atomuhr bezieht. Ein typischer GPS-Empfänger verregelt sich mit diesem Signal und extrahiert die Daten, die darin enthalten sind. Durch ein Verwenden von Signalen von einer ausreichenden Zahl von Satelliten kann ein GPS-Empfänger seine Position, Geschwindigkeit, Höhe und Zeit ausrechnen.
Ein GPS-Empfänger muss typischerweise mindestens vier Satellitensignale erfassen und sich mit diesen verriegeln, um die Position und Zeit abzuleiten. Ein GPS-Empfänger hat üblicherweise viele parallele Kanäle, wobei jeder Kanal Signale von einem sichtbaren GPS-Satelliten empfängt. Die Erfassung der Satellitensignale geht mit einer zweidimensionalen Suche einer Trägerfrequenz und der Codephase einer pseudozufälligen Zahl (PRN; PRN = pseudo-random number) einher. Jeder Satellit sendet unter Verwendung eines eindeutigen 1023 Chip langen PRN-Codes, der sich jede Millisekunde wiederholt, Signale. Der Empfänger erzeugt lokal einen Kopieträger, um eine Restträgerfrequenz zu tilgen, und eine Kopie-PRN-Codesequenz, um diese mit der digitalisierten empfangenen Satellitensignalsequenz zu korrelieren. Während des Erfassungsstadiums ist der Codephasensuchschritt bei den meisten Navigationssatellitensignalempfängern ein Halbchip. Somit weist der volle Suchbereich einer Codephase 2046 Kandidatencodephasen, die ein Halbchipintervall beanstandet sind, auf. Der Trägerfrequenzsuchbereich hängt aufgrund einer relativen Bewegung zwischen dem Satelliten und dem Empfänger von der Doppler-Frequenz ab. Eine zusätzliche Frequenzvariation kann aus einer Instabilität eines Lokaloszillators resultieren.
Die Signale von den Navigationssatelliten sind mit Navigationsdaten mit 50 Bit/Sekunde (d. h. 1 Bit/20 ms) moduliert. Diese Navigationsdaten bestehen aus Ephemeriden, einem Almanach, Zeitinformationen, einem Takt- und anderen Korrekturkoeffizienten. Dieser Datenstrom wird als Subrahmen bzw. Unterrahmen, Rahmen und Superrahmen bzw. Überrahmen formatiert. Ein Unterrahmen besteht aus 300 Bits an Daten und wird somit über 6 Sekunden gesendet. In diesem Unterrahmen bildet eine Gruppe von 30 Bit ein Wort, wobei die letzten sechs Bits Paritätsprüfbits sind. Als ein Resultat besteht ein Unterrahmen aus 10 Wörtern. Ein Datenrahmen besteht aus fünf Unterrahmen, die über 30 Sekunden gesendet werden. Ein Überrahmen besteht aus 25 Rahmen, die über 12,5 Minuten sequenziell gesendet werden.
Das erste Wort eines Unterrahmens ist immer gleich und ist als TLM-Wort bekannt, und die ersten acht Bits dieses TLM-Worts sind Präambelbits, die für eine Rahmensynchronisation verwendet werden. Eine Barker-Sequenz wird aufgrund Ihrer ausgezeichneten Korrelationseigenschaften als die Präambel verwendet. Die anderen Bits des ersten Worts enthalten Telemetriebits und werden bei der Positionsberechnung nicht verwendet. Das zweite Wort eines Rahmens ist das HOW-Wort (= Hand Over Word = Übergabewort) und besteht aus einer TOW-(= Time Of Week = wöchentliche Zeit)Unterrahmen-ID, einer Synchronisations-Flag und der Parität, wobei die letzten zwei Bits der Parität immer '0en' sind. Diese zwei '0en' helfen beim Identifizieren der korrekten Polarität der Navigationsdatenbits. Die Wörter 3 bis 10 des ersten Unterrahmens enthalten Taktkorrekturkoeffizienten und Satellitenqualitätsanzeiger. Die 3 bis 10 Wörter der Unterrahmen 2 und 3 enthalten Ephemeriden. Diese Ephemeriden werden verwendet, um die Position der GPS-Satelliten präzise zu bestimmen. Diese Ephemeriden werden alle zwei Stunden hochgeladen und sind für vier Stunden bis sechs Stunden gültig. Die Wörter 3 bis 10 des Unterrahmens 4 enthalten Ionosphären- und UTC-Zeitkorrekturen und einen Almanach von Satelliten 25 bis 32. Diese Almanache sind ähnlich zu den Ephemeriden, geben jedoch eine weniger genaue Position der Satelliten an und sind sechs Tage gültig. Die Wörter 3 bis 10 des Unterrahmens 5 enthalten lediglich die Almanache von unterschiedlichen Satelliten in unterschiedlichen Rahmen. Der Überrahmen enthält fünfundzwanzig aufeinanderfolgende Rahmen. Während dessen wiederholt sich der Inhalt der Unterrahmen 1, 2 und 3 in jedem Rahmen eines Überrahmens, außer der TOW und einer gelegentlichen Änderung der Ephemeriden, alle zwei Stunden. Die Ephemeriden eines speziellen Signals von einem Satelliten enthalten somit lediglich die Ephemeriden dieses Satelliten, die sich in jedem Unterrahmen wiederholen. Almanache von unterschiedlichen Satelliten werden jedoch ihrerseits in unterschiedlichen Rahmen des Navigationsdatensignals eines gegebenen Satelliten übertragen. Die 25 Rahmen senden somit den Almanach von allen 24 Satelliten in den Unterrahmen 5. Der Unterrahmen 4 weist zusätzlich einen Ersatzsatellitenalmanach in sich auf. Die Almanache und Ephemeriden werden bei der Berechnung der Position der Satelliten zu einer gegebenen Zeit verwendet.
Es ist dementsprechend aus dem Vorhergehenden deutlich, dass das Verfahren zum Verriegeln mit Signalen von Positionsbestimmungssystemsatelliten und Synchronisieren mit denselben, und um insbesondere fähig zu sein, aus solchen Signalen sinnvolle Daten zu extrahieren, ein wichtiges Verfahren vor dem Bestimmen einer Position ist, und ein Navigieren unter Verwendung solcher Signale kann beginnen.
Da herkömmliche Synchronisationsschemata manchmal zeitaufwendig waren, wurde manchmal ein Lösungsansatz, der „synchronisationsfreie Navigation” (engl.: „Sync Free Nav”) genannt wird, verwendet. Dieser Lösungsansatz erfordert jedoch typischerweise ein Erfassen und Verfolgen von Signalen von fünf Satelliten, was nicht immer möglich ist. Das Verwenden der synchronisationsfreien Navigation führt außerdem manchmal zu einer Verringerung der Anfangspositionsleistung, da die synchronisationsfreie Navigation einen Zeitversatz haben kann, der aufgrund einer Satellitenbewegung zu einem Positionsfehler führt.
Dementsprechend bleiben ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schnellen und effektiven Synchronisieren mit Signalen von Positionsbestimmungssystemsatelliten wünschenswert, unabhängig davon, ob die synchronisationsfreie Navigation ebenfalls verwendet wird oder nicht.
Aus dem Stand der Technik sind hierzu die US 2005/0116860 A1 sowie die US 2008/0002797 A1 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ortspositionsbestimmungssystem und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Synchronisieren mit Datenbits in einem Positionsbestimmungssystemsignal. Gemäß einem ersten Aspekt beschleunigt die vorliegende Erfindung durch Gestatten einer hohen Pfa bei der gesamten Bitsynchronisationsberechnung (zum Beispiel 10^–2) für einen grob untterstützten Fall die Datenbitsynchronisation. Gemäß einem anderen Aspekt kombiniert die vorliegende Erfindung Signale von Satelliten zur Verwendung bei der Bitsynchronisationsberechnung (zum Beispiel für eine verbesserte Empfindlichkeit und Geschwindigkeit) und gleicht dieselben ab.
Als eine Weiterbildung dieser und anderer Aspekte weist ein exemplarisches Verfahren zum Synchronisieren mit einem oder mehreren Signalen bei einem Positionsbestimmungssystem ein Akkumulieren von jeweiligen ersten Leistungswerten bei einer Mehrzahl von Zeitversätzen für ein erstes der Signale, ein Akkumulieren von jeweiligen zweiten Leistungswerten bei der Mehrzahl von Zeitversätzen für ein zweites der Signale, ein Zeitabgleichen des ersten und des zweiten Signals, ein Kombinieren der ersten und der zweiten akkumulierten Leistungswerte bei der Mehrzahl von Zeitversätzen nach dem Zeitabgleich, ein Identifizieren eines kombinierten Spitzenleistungswerts bei einem der Mehrzahl von Zeitversätzen und ein Bestimmen auf, ob der kombinierte Spitzenleistungswert einer erfolgreichen Synchronisation entspricht.
Bei einer zusätzlichen Weiterbildung der vorhergehenden und anderer Aspekte weist ein anderes exemplarisches Verfahren zum Synchronisieren mit einem oder mehreren Signalen bei einem Positionsbestimmungssystem ein Akkumulieren von jeweiligen ersten Leistungswerten bei einer Mehrzahl von Zeitversätzen für ein erstes der Signale, ein Identifizieren eines ersten Spitzenleistungswerts bei einem der Mehrzahl von Zeitversätzen und ein Bestimmen, ob der erste Spitzenleistungswert einer erfolgreichen Synchronisation des ersten Signals entspricht, ein Akkumulieren von jeweiligen zweiten Leistungswerten bei der Mehrzahl von Zeitversätzen für ein zweites der Signale, ein Zeitabgleichen des ersten und des zweiten Signals, ein Kombinieren der ersten und der zweiten Leistungswerte bei der Mehrzahl von Zeitversätzen nach dem Zeitabgleich, ein Identifizieren eines kombinierten Spitzenleistungswerts bei einem der Mehrzahl von Zeitversätzen und ein Bestimmen auf, ob der kombinierte Spitzenleistungswert einer erfolgreichen Synchronisation der kombinierten Signale entspricht, wobei eine Schwelle für einen Erfolg der kombinierten Signale niedriger als eine Schwelle für einen Erfolg des ersten Signals ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten bei einer Durchsicht der folgenden Beschreibung von spezifischen Ausführungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlich. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Beispielimplementierung von Prinzipien der Erfindung;
2 ein Blockdiagramm einer typischen Empfängersequenz, die die vorliegende Erfindung in sich aufweisen kann;
3 ein Blockdiagramm eines Synchronisierers für schwache Datenbits gemäß Aspekten der Erfindung;
4 ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer kombinierten Bitsynchronisationsmethodik darstellt, die gemäß Aspekten der Erfindung durchgeführt werden kann;
5A und 5B akkumulierte I- und Q-Werte über ein 20-ms-Intervall mit einem Bitabgleich bzw. ohne einen Bitabgleich; und
6 ein Beispiel eines Detektierens eines Spitzenleistungswerts, der einem Bitübergang zugeordnet ist, gemäß Aspekten der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die vorliegende Erfindung ist nun im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, die als darstellende Beispiele der Erfindung geliefert sind, um Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren. Die folgenden Fig. und Beispiele sind vor allem nicht so gemeint, um den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung auf ein einziges Ausführungsbeispiel zu begrenzen, es sind jedoch andere Ausführungsbeispiele durch einen Austausch von einigen oder allen der beschriebenen oder dargestellten Elemente möglich. Dort, wo außerdem bestimmte Elemente der vorliegenden Erfindung teilweise oder vollständig unter Verwendung von bekannten Komponenten implementiert sein können, sind lediglich jene Abschnitte von solchen bekannten Komponenten beschrieben, die für ein Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig sind, und detaillierte Beschreibungen von anderen Abschnitten solcher bekannter Komponenten sind weggelassen, um die Erfindung nicht undeutlich zu machen. Ausführungsbeispiele, die als in Software implementiert beschrieben sind, sollten nicht darauf begrenzt sein, können jedoch Ausführungsbeispiele, die in Hardware implementiert sind, oder Kombinationen von Software und Hardware und umgekehrt aufweisen, wie es für Fachleute offensichtlich ist, es sei denn, dass es hierin anders spezifiziert ist. In der vorliegenden Beschreibung sollte ein Ausführungsbeispiel, das eine einzelne Komponente zeigt, nicht als begrenzend betrachtet werden; die Erfindung soll vielmehr andere Ausführungsbeispiele, die eine Mehrzahl der gleichen Komponente aufweisen, und umgekehrt umfassen, es sein denn, dass es hierin explizit anders angegeben ist. Die Anmelder beabsichtigen außerdem nicht, dass einem Ausdruck in der Beschreibung oder den Ansprüchen eine nicht übliche oder spezielle Bedeutung zugeschrieben wird, es sei denn, dass es als solches explizit dargelegt ist. Die vorliegende Erfindung umfasst ferner derzeitige und zukünftige bekannte Äquivalente der bekannten Komponenten, auf die hierin mittels einer Darstellung Bezug genommen ist.
1 stellt eine Beispielimplementierung von Ausführungsbeispielen der Erfindung dar. Wie in 1 gezeigt ist, übertragen GPS-Satelliten (d. h. SV) 114, 116, 118 und 120 Signale 106, 108, 110 bzw. 112, die durch einen Empfänger 122 in einem Handgerät 102, das sich bei einer Benutzerposition irgendwo relativ nahe der Oberfläche 104 der Erde befindet, empfangen werden.
Das Handgerät 102 kann eine persönliche Navigationsvorrichtung (PND (= personal navigation device), zum Beispiel von Garmin, TomTom, etc.) sein, oder kann ein Mobilfunktelefon oder ein anderer Typ eines Telefons mit einer eingebauten GPS-Funktionalität oder eine GPS-Vorrichtung, die in Verfolgungsanwendungen (z. B. einer Kraftfahrzeugverfolgung von Trimble, einer Paket- oder Flottenmanagement- bzw. Fuhrparkverwaltungsverfolgung von FedEx, Kindortungsvorrichtungsverfolgungsanwendungen etc.) eingebettet ist, sein.
Der Empfänger 122 kann unter Verwendung von Hardware und/oder Software, einschließlich GPS-Chipsetzen, wie z. B. SiRFstarIII GSD3e oder SiRFstar GSC3e von SiRF Technology und BCM4750 von Broadcom Corp., die mit einer Funktionalität gemäß der vorliegenden Erfindung angepasst und/oder dadurch ergänzt sind, wie es hierin detaillierter beschrieben ist, implementiert sein. Fachleute sind insbesondere fähig, zu verstehen, wie die vorliegende Erfindung durch Anpassen und/oder Ergänzen solcher Chipsätze und/oder Software durch die Bitsynchronisationsverfahren der vorliegenden Erfindung, nach dem diese durch die vorliegende Beschreibung gelehrt wurden, zu implementieren ist.
Die Signale 106, 108, 110 und 112 sind gut bekannte GPS-Signale, bei denen drei binäre Codes die gesendete L1- und/oder L2-Frequenzträgerphase des Satelliten verschieben. Von besonderem Interesse ist, dass der C/A-Code (= Coarse Acquisition = Groberfassung) die L1-Trägerphase moduliert. Der C/A-Code ist ein sich wiederholender Code eines pseudozufälligen Rauschens (PRN) mit 1 MHz. Dieser rauschähnliche Code moduliert das L1-Trägersignal, was das Spektrum über eine 1-MHz-Bandbreite „spreizt”. Der C/A-Code wiederholt sich alle 1023 Bits (eine Millisekunde). Es gibt für jedes SV einen unterschiedlichen C/A-Code eines PRN. GPS-Satelliten werden oft durch ihre PRN-Nummer, der eindeutigen Identifizierung für jeden Code eines pseudozufälligen Rauschens, identifiziert. Der C/A-Code, der die L1-Träger moduliert, ist die Basis für die zivile Verwendung von GPS.
Der Empfänger 122 erzeugt für ein spezifisches SV mit einer bestimmten Form eines C/A-Codegenerators die C/A-Codesequenz. Modemempfänger speichern üblicherweise in einem Speicher einen kompletten Satz von vorberechneten C/A-Codechips, es kann jedoch ferner eine Hardwareschieberegisterimplementierung verwendet sein. Der C/A-Codegenerator erzeugt für jede Phasenabgriffseinstellung eine unterschiedliche 1023-Chip-Sequenz. Bei einer Schieberregisterimplementierung werden die Codechips hinsichtlich der Zeit durch Drehen des Taktes, der die Schieberegister steuert, verschoben. Bei einem Speichernachschlagschema werden die erforderlichen Codechips aus dem Speicher wiedergewonnen. Der C/A-Codegenerator wiederholt jede Millisekunde die gleiche 1023-Chip-PRN-Codesequenz. PRN-Codes sind für bis zu 1023 Satellitenidentifikationsnummern definiert (37 sind für eine Satellitenkonstellationsverwendung bei dem ICD definiert, eine Systemmodernisierung verwendet jedoch möglicherweise mehr). Der Empfänger schiebt eine Kopie des Codes hinsichtlich der Zeit, bis es eine Korrelation mit dem SV-Code gibt.
Wie bekannt ist, werden üblicherweise Signale von mindestens vier SV benötigt, bevor der Empfänger 122 eine 3-dimensionale Navigationslösung liefern kann (lediglich drei Satelliten sind für eine 2-dimensionale Navigationslösung, z. B. durch Verwenden einer bekannten Höhe, erforderlich). Wie in 2 gezeigt ist, tritt dementsprechend der Empfänger 122 typischerweise in eine vorbestimmte Sequenz ein, um von jedem der Signale 106, 108, 110 und 112 die erforderlichen Daten zu erfassen und zu extrahieren. Bei einem ersten Schritt, einer Erfassung 202, erfasst der Empfänger 122 durch Korrelieren des eindeutigen C/A-Codes, der den SV 114, 116, 118 und 120 entspricht, mit einer an der Antenne des Handgeräts 102 empfangenen Hochfrequenzenergie und Bestimmen, dass diese empfangenen Signale eine ausreichende Stärke (z. B. ein Träger-zu-Rausch-Verhältnis C/N₀) haben, um diese bei einem anschließenden Verarbeiten zu verwenden, die Signale 106, 108, 110 und 112. Bei einem nächsten Schritt, einer Verfolgung 204, verriegelt sich der Empfänger 112 mit dem C/A-Code für jedes erfasste SV, der sich alle 1 ms wiederholt. Bei einem Schritt 206 synchronisiert sich der Empfänger 112 mit dem Datenbit in jedem Signal 106, 108, 110 und 112, das einmal alle 20 ms auftritt. Bei einem Schritt 208 bestimmt dann der Empfänger 112 den Rahmenrand der in den Signalen 106, 108, 110 und 112 empfangenen Bits. An diesem Punkt kann bei einem Schritt 210 die Navigation beispielsweise durch Trilaterationsverfahren, die Fachleuten bekannt sind, beginnen.
Es sei zu 2 bemerkt, dass der Schritt 208 einer Rahmensynchronisation (und manchmal ferner der Schritt 206) bei einigen Anwendungen, wie z. B. einer synchronisationsfreien Navigation, weggelassen ist (obwohl eine Bit-Synchronisation 206 für einen optimalen Betrieb dennoch gewünscht ist, da Verfolgungsschleifen über ein exaktes Datenbit integrieren müssen, um eine Signalenergie, die auf das Verfolgen angewendet wird, zu maximieren). Dennoch ist durch Verbessern einer Bitsynchronisation 206 unter Verwendung der vorliegenden Offenbarung das gesamte Verfahren zum Erhalten einer Positionslösung bei allen Typen von Anwendungen sowohl beschleunigt als auch signalempfindlicher gemacht, ungeachtet dessen, ob eine synchronisationsfreie Navigation verwendet ist oder nicht. Obwohl sich die vorliegende Offenbarung auf Ausführungsbeispiele zum Bestimmen der Datenbitsynchronisation 206 bezieht, können außerdem andere herkömmliche und neue Verfahren durchgeführt werden, um eine Erfassung 202, eine Verfolgung 204, eine Rahmensynchronisation 208 (siehe zum Beispiel die Anmeldung DE 10 2009 044 628 A1 [SRF-103], die hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist) und Navigation 210 durchzuführen, Details davon sind jedoch hier einer Klarheit der Erfindung wegen weggelassen.
Unter Bezugnahme auf 2 versucht, nachdem eine Verfolgung erreicht wurde, der Empfänger die Datenbits in den Signalen von jedem SV zu synchronisieren. Nach einer Verfolgung 204 wird insbesondere der Empfänger mit dem C/A-Code für jedes SV verriegelt, der sich alle 1 ms wiederholt. Da jedoch das Datenbit lediglich alle 20 ms auftritt, muss der Empfänger dennoch auflösen, in welchem 1-ms-Intervall das Datenbit auftritt, und die Empfängerzeit genau einstellen.
Ein herhömmliches Datenbitsynchronisationsverfahren verarbeitet jedes SV, das verfolgt wird, separat und verwendet eine Abtastung (zum Beispiel 5 bis hoch zu 200) empfangener Bits. Der Erfolg des Algorithmus hängt von der tatsächlichen Zahl von Bitübergangen in der Abtastung – das heißt der Wahrscheinlichkeit, dass benachbarte Bits eine entgegengesetzte Polarität haben – ab. Langfristig wurde beobachtet, dass diese Wahrscheinlichkeit etwa 50% ist. Das heißt, etwa 50% der Zeit wird das nächste Bit die gleiche/unterschiedliche Polarität wie das aktuelle Bit haben. Bei den verwendeten, relativ kurzen Abtastungen kann man sich jedoch nicht auf diesen langfristigen Durchschnitt verlassen. Die Leistung des Algorithmus hängt von der tatsächlichen Wahrscheinlichkeit eines Bitübergangs bei der Abtastung ab. Es sei bemerkt, dass die Zahl von positiven Bits gegen die Zahl von negativen Bits von keinem Interesse ist, jedoch lediglich die Bitübergänge eine Rolle spielen.
Der Algorithmus summiert über die gesamte Abtastung 20 1-ms-I- und Q-Korrelationswerte, versetzt dann die Integrationszeit um 1 ms und wiederholt das Verfahren, versetzt dann die Integration um 2 ms, 3 ms etc. bis zu 19 ms. An dem Ende dieses Verfahrens wird der Betrag V_n von jeder 20-ms-Summe erhalten (n = 0 bis 19).
Das Verfahren wird über folgende 20-ms-Perioden wiederholt, und die jeweiligen Summen V_n werden akkumuliert, bis eine der Summen V_n ein vorbestimmtes Kriterium verglichen mit anderen erfüllt. Es wird insbesondere garantiert, dass eine dieser Summen, beispielsweise V₀, exakt eine Bitperiode überspannt hat. Der Rest derselben, V₁ bis V₁₉, wurden über Abschnitte von zwei Bitperioden integriert, und daher ist es wahrscheinlicher, dass die Bitübergänge einander aufgehoben haben.
Dieser Aspekt ist in Verbindung mit 5A und 5B detaillierter dargestellt. Die Integration über jede 20-ms-Periode für Versätze 0...19 ms ist ein kohärentes Integrationsverfahren (in sowohl I als auch Q). Für einen perfekten ms-Abgleich mit der Datenbitflanke wird ein typisches kohärentes Verfahren den Betrag von einzelnen I- und Q-Summationen über die 20-ms-Periode sich linear erhöhen sehen, wie es in 5A gezeigt ist. Es sei bemerkt, dass sich die I- und Q-Summationen abhängig von einer Trägerphase relativ zu einem ankommenden Satelllitensignal positiv oder negativ erhöhen können, wobei dieser additive oder subtraktive Summationseffekt bei der Signalbetragsrechnung, die an dem Ende der 20-ms-Periode durchgeführt wird, durch die Funktion Wurzel(I² + Q²) entfernt wird. In dem Fall von 5A wird sich der Betrag durch das Ende des 20-ms-Intervalls weiter erhöhen, was an dem Ende des Intervalls in einem Spitzenwert resultiert.
Im Vergleich dazu werden bei einem Beispiel, das nicht exakt bitabgeglichen ist (das heißt ein Bitübergang tritt innerhalb des 20-ms-Intervalls auf), die I- und Q-Werte ein lineares Erhöhen stoppen und ein lineares Verringern starten, wie es in 5B gezeigt ist. Im Vergleich zu 5A wird daher der Betrag an dem Ende des 20-ms-Intervalls kleiner als das Maximum sein.
Wenn die Wahrscheinlichkeit eine bestimmte Schwelle, dass eine dieser Summen (das heißt V₀) dem 1-ms-C/A-Versatzort des Datenbits entspricht, überschreitet, stoppt das Verfahren, und eine Datenbitsynchronisation wurde erreicht. Die Wahrscheinlichkeit kann entweder als die Wahrscheinlichkeit eines Falschalarms Pfa oder die Wahrscheinlichkeit einer Entscheidung Pd ausgedrückt werden. Ein herkömmliches Maß einer erfolgreichen Datenbitsynchronisation liegt vor, wenn Pfa < 10^–4 ist. Nachdem eine Datenbitsynchronisation für alle verfolgten SV erreicht ist, kann eine Rahmensynchronisation beginnen, und eine Navigation kann schließlich durchgeführt werden.
Ein Problem bei dem herkömmlichen Datenbitsynchronisationsverfahren, das im Vorhergehenden beschrieben ist, besteht darin, dass es viele Sekunden benötigen kann, um für eines oder mehrere SV, insbesondere bei schwachen Signalbedingungen (zum Beispiel bis zu 8 Sekunden für Träger-zu-Rausch-Verhältnis-(CNO-)Bedingungen von kleiner als 20 dB-Hz), eine Pfa von kleiner als 10^–4 zu erreichen. Einige GPS-Anwendungen (zum Beispiel zur Verwendung mit GSM-Handgeräten) erfordern unterdessen eine schnelle Zeit zum ersten Fix (engl.: time-to-first-fix) (das heißt TTFF) (siehe beispielsweise den 3GPP-Standard für GSM-Handgeräte). In diesem Fall muss die gesamte Zeitsequenz optimiert werden und erfordert allgemein, dass eine Bitsynchronisation in weniger als 2 Sekunden auftritt.
Gemäß einem Aspekt beschleunigt die vorliegende Erfindung durch Gestatten einer höheren Pfa bei einer Bitsynchronisationsberechnung (zum Beispiel 10^–2) in Fällen, bei denen einige Vorausinformationen über die Zeit und/oder Position bekannt sind (zum Beispiel bei netzunterstützten oder grob unterstützten Fällen), das Bitsynchronisationsverfahren. Gemäß einem anderen Aspekt kombiniert die vorliegende Erfindung bei der Bitsynchronisationsberechnung (verbesserte Empfindlichkeit und Geschwindigkeit) Satelliten miteinander.
Es sei bemerkt, dass die vorliegende Erfindung ferner die in 2 gezeigte gesamte Sequenz beschleunigt. Eine synchronisationsfreie Navigation bezieht sich hauptsächlich auf ein Auslassen des Schritts der Rahmensynchronisation (Schritt 208). Die hierin beschriebene Erfindung bezieht sich auf ein Beschleunigen des Schritts 206 einer Bitsynchronisation und ist als solche in der Lage, sowohl die EIN- oder AUS-Fälle einer synchronisationsfreien Navigation zu beschleunigen. Praktisch ausgedrückt helfen die verbesserte Bitsynchronisationsgeschwindigkeit und Empfindlichkeit dabei, eine Leistung (sowohl eine Geschwindigkeit als auch eine Empfindlichkeit) zurückzuerhalten, wenn die synchronisationsfreie Navigation ausgeschaltet wird, dieselben werden jedoch ferner den Fall einer synchronisationsfreien Navigation verbessern. Die vorliegende Erfindung kann daher bei einer eingeschalteten synchronisationsfreien Navigation verwendet sein, kann jedoch ferner verwendet sein, um den ausgeschalteten Fall einer synchronisationsfreien Navigation zu beschleunigen.
Es sei ferner bemerkt, dass Aspekte der vorliegenden Erfindung ferner allgemein bei einem Fall angewandt sein können, bei dem ein unbekannter Zeitversatz zwischen Satelliten annähernd kleiner als die Hälfte der Modulo-1-Millisekunden-Unsicherheit ist. Dies bedeutet, dass der Zeitversatz groß sein kann (wie er durch die Netzzeitsteuerung oder einen Empfänger-RTC, einen Echtzeittakt, zugeführt wird), solange der Zeitversatz für alle Satelliten ähnlich ist. Das zweite Kriterium besteht darin, dass die Position besser als annähernd 150 km (0,5 ms bei Lichtgeschwindigkeit) bekannt ist. Für ein Netzunterstützen bei GSM-Netzen ist dieses Positionsunterstützen hinsichtlich des Fehlers allgemein < 30 km. Auf den Netzunterstützungsfall bei GSM ist allgemein als ein grob unterstützter Betrieb Bezug genommen (da hinsichtlich des Fehlers eine Zeit über ein Netz als < 2 Sekunden und eine Position als < 30 km gegeben sind).
Ein weiterer wichtiger Fall, bei dem Aspekte der Erfindung angewendet werden können, ist allgemein als 'Warm'-Starts (englisch: 'hot' starts) bekannt. 'Warm' bezieht sich auf den Empfänger, der in jüngster Zeit (beispielsweise innerhalb der letzten einen Stunde) ein war, jedoch aus war, und die Zeit wird unter Verwendung der RTC-Schaltung aufrechterhalten. Wenn die Leistung wieder eingeschaltet wird, hat der Empfänger von der letzten Zeit, zu der derselbe EIN war, bereits einige Ephemeridendaten (es sei bemerkt, dass dies ein Fall ist, bei dem es kein Netzunterstützen gibt). Aufgrund der Genauigkeit des RTC ist nun die Zeit gedriftet, und der Positionsfehler wird basierend auf einem angenommenen Bewegungsmodell des Benutzers (beispielsweise eine maximale Bewegung von 50 m/s annehmend) geschätzt. Der Zeitgenauigkeitsversatz ist für alle Satelliten gleich, und solange das Fehlermodell der angenommenen Position nicht über annähernd 0,5 ms (150 km) hinaus driftet, können die in dieser Erfindung beschriebenen Verfahren verwendet werden. Die Verfahren der Erfindung sind ferner auf Fälle anwendbar, bei denen präzisere unterstützende Informationen verfügbar sind.
Es sei ferner bemerkt, dass gemäß einigen Aspekten die Verfahren der Erfindung Fehler aufgrund einer Satellitenbewegung überwinden können, wie es bei einigen Lösungsansätzen, wie zum Beispiel einer synchronisationsfreien Navigation, auftritt. Es sei angenommen, dass insbesondere für jeden verfolgten Satelliten Ephemerideninformationen (was der Fall für ein grob unterstütztes GSM und Warmstarts ist), sowie ein genähertes Positionsfix bekannt sind (zum Beispiel < 30 km). Es sei ferner angenommen, dass der Zeitversatz 2 Sekunden ist. Die maximale Bewegung der Satelliten hinsichtlich des Benutzers ist annähernd 1 km/s oder 1 m/ms, und daher ist dann, wenn die Zeit innerhalb von 2 Sekunden bekannt ist, die Satellitenposition innerhalb eines Fehlers von annähernd 2 km bekannt. Wenn die Satellitenposition bei einem Positionsfix verwendet wird, multipliziert sich der Fehler mit einer Positionsabschwächung einer Präzision (PDOP; PDOP = position delution of precision). Die PDOP ist der Satellitengeometrieeinfluss auf die Positionsfixgenauigkeit. In einem schlimmsten Fall befinden sich alle Satelliten an einem gleichen Punkt im Raum, und somit resultieren Fehler in Pseudobereichen in unendlichen Positionsfixfehlern, da die Gleichungen schlecht definiert sind. Eine PDOP von 3 ist typisch, so dass der Fehler aufgrund einer Zeitunsicherheit auf jedem Satelliten annähernd 3 m/ms ist. Dieser Zeitfehler wird durch korrektes Bitsynchronisieren und Rahmensynchronisieren vermieden, derart, dass der Zeitfehler zwischen Satelliten null ist. Der Bitsynchronisationsalgorithmus, der hierin detaillierter beschrieben ist, erzwingt, dass der Bitsynchronisationsfehler zwischen allen Satelliten gleich ist, indem entweder angenommen wird, dass die gefundene erste Bitsynchronisation für alle anderen Satelliten (annehmend ein Befreien des bekannten Benutzers gegenüber dem Satellitenabstand, modulo 1 ms) gültig ist, oder indem mehrere Satelliten verwendet werden, um die Bitsynchronisation zu berechnen. Wenn die Bitsynchronisation für alle Satelliten um 1 ms falsch ist, dann wird dies in Navigationsgleichungen ein konstanter Empfängerzeitversatz, und es entsteht kein Navigationsfehler.
Wie in 3 gezeigt ist, weist allgemein der Synchronisierer 300 für schwache Datenbits gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung einzelne SV-Bitsynchronisationsmodule 302-1 bis 302-4, ein kombiniertes SV-Bitsynchronisationsmodul 304 und einen Bitsynchronisationsdetektor 306 auf. Beim Betrieb verwendet der Synchronisierer 300 für Datenbits zwei unterschiedliche Schwellen für Pfa. Die einzelnen SV-Bitsynchronisationsmodule 302-1 bis 302-4 verwenden eine herkömmliche hohe Pfa-Schwelle, während das kombinierte SV-Bitsynchronisationsmodul 304 eine niedrigere Pfa-Schwelle verwendet. Der Detektor 306 wird detektieren, wann die Synchronisation für schwache Bits zuerst auslöst, und die zweite Bitsynchronisationsschwelle wird Resultate weiter verbessern, ist jedoch für eine Anfangsnavigation nicht erforderlich.
Bei Ausführungsbeispielen lassen die einzelnen SV-Bitsynchronisationsmodule 302-1 bis 302-4 einen Bitsynchronisationsalgorithmus, wie er im Vorhergehenden beschrieben ist, laufen. Das kombinierte Bitsynchronisationsmodul 304 addiert unterdessen über Satelliten für jede der 20 × 1-ms-Leistungssummationen Leistungssummen. Die Mehrsatellitenleistungssummen werden dann verwendet, um Bitsynchronisationsentscheidungen mit einer niedrigeren Pfa-Schwelle (zum Beispiel 10^–2) zu fällen. Es sei bemerkt, dass die niedrigere Schwelle nicht notwendig ist, dass jedoch die Mehrsatellitenkombination ferner verwendet sein kann, um die Leistung zu verbessern, während eine höhere Schwelle aufrechterhalten wird, und so sollte die Erfindung nicht auf dieses Beispiel begrenzt sein.
Bei den im Folgenden detaillierter zu beschreibenden Ausführungsbeispielen verwendet das kombinierte Bitsynchronisationsmodul 304 Informationen von allen verfolgten SV, um kombinierte Bitsynchronisationsberechnungen durchzuführen. Andere Ausführungsbeispiele sind jedoch möglich. Das Modul 304 kann beispielsweise einen optimalen Kombinieralgorithmus verwenden, der auf dem CNO jedes Satelliten basiert, wenn dieselben nicht innerhalb einer gegebenen Schwelle (zum Beispiel etwa 3 dB voneinander) sind. Wenn beispielsweise zwei Satelliten ein CNO = 21 dB-Hz haben, und zwei weitere ein CNO = 15 dB-Hz haben, dann basiert die beste Kombination auf den zwei Satelliten bei 21 dB-Hz, und die zwei bei 15 dB-Hz würden bei dem Mehrsatelliten-Kombinier-Bitsynchronisationsalgorithmus nicht verwendet. Andere Kombinationen sind ferner möglich. Ein einzelner Satellit mit einem hohen CNO kann beispielsweise verwendet sein, um für alle Satelliten bei dem grob unterstützten Fall die Bitsynchronisation einzustellen. In jedem Fall bildet das Modul 304 bei allen 20 möglichen ms-Versätzen kombinierte Bitsynchronisationsleistungssummen.
Es sei bemerkt, dass gemäß Aspekten der Erfindung der Bitsynchronisationsalgorithmus hierin eine Synchronisation mit lediglich vier SV, wie in 3 gezeigt ist, und nicht fünf oder mehr, wie es bei anderen Anwendungen erforderlich ist, erreichen kann. Dies ist jedoch nicht notwendig, und die Erfindung kann ferner mit zusätzlichen SV praktiziert werden.
Ein exemplarisches Detektionsverfahren eines kombinierten SV-Bitsynchronisationsmoduls 304 ist in 4 dargestellt.
Alle 20 ms liefert jedes der einzelnen SV-Bitsynchronisationsmodule 302 (s = 1, 2, 3, 4) einen Satz von 20 1-ms-Summen V_ns wie folgt:
Das Modul 304 empfängt bei einem Schritt S402 von den Modulen 302 für eine gegebene 20-ms-Periode einen vollen Satz von Summen V_ns.
Bei einem Schritt S404 gleicht, bevor die Leistungssummen miteinander summiert werden, das Modul 304 die Leistungssummen von den unterschiedlichen Satelliten hinsichtlich der Zeit durch Anpassen der Signallaufzeit jedes Satelliten ab. Die Transitzeit wird aus dem Unterschied zwischen der Position des Satelliten (die über Ephemerideninformationen bekannt ist) und der Benutzerposition (die von einem grob unterstützten System bekannt ist) abgeleitet.
Die vorliegende Erfindung erkennt insbesondere unter anderem, dass ein grob unterstütztes System (z. B. netzunterstützte GSM-Anwendungen) eine Benutzerposition (d. h. X_u, V_u, Z_u) innerhalb etwa 30 km liefert und ferner Ephemeriden für alle Satelliten (d. h. X_s, V_s, Z_s) liefert. Es gibt ferner eine ±2-Sekunden-Zeitunsicherheit, und es sind somit eine Bitsynchronisation und eine Rahmensynchronisation erforderlich, um in dem Fall einer nicht synchronisationsfreien Navigation die Zeit besser als 1 ms aufzulösen. In diesem Fall kann ein Pseudobereich PR für alle Satelliten S, die verfolgt werden, ausgerechnet werden: PR_s = WURZEL((X_s – X_u)² + (V_s – V_u)² + (Z_s – Z_u)²), wobei s = 1, 2, 3, 4
Die Transitzeit für jedes Satellitensignal wird dann ohne weiteres als T_s = PR_s/c erhalten, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist (etwa 3 × 10⁸ m/s oder etwa 300 km/ms). Es sei bemerkt, dass ionospährische Effekte separat betrachtet werden können, jedoch typischerweise nicht groß sind (< 100 m). Unterdessen beziehen sich Parameter, wie zum Beispiel Doppler, auf eine Änderung der relativen Position, so dass dieselben als ein Satellitenpositionsfehler, da sich derselbe bewegt hat, berücksichtigt werden.
Die Zeiten für jeden Satelliten können dann ohne weiteres beispielsweise von dem ersten Satelliten SV1 in Millisekunden abgeglichen werden als: ΔT₂ = (T₂ – T₁)/1 ms + Rest₂ ΔT₃ = (T₃ – T₁)/1 ms + Rest₃ ΔT₄ = (T₄ – T₁)/1 ms + Rest₄
Für den Zweck eines Abgleichens der Leistungssummen werden lediglich die 1-ms-Abschnitte des Versatzes betrachtet, und die Reste können ignoriert werden.
Es sollte offensichtlich sein, dass möglicherweise für eine erste Iteration des Schritts S404 mehr als ein Satz von Summen V_ns für jeden Satelliten, bevor ein Abgleich für eine erste eingestellte 20-ms-Zeitperiode auftritt, aufgrund von Unterschieden der Transitzeiten für jedes SV erhalten werden muss. Nach einem Zeitabgleichen der Leistungssummen können die kombinierten 1-ms-Summen V_n für jeweils n = 0...19 alle V_ns von SV (s = 1 bis 4) summierend gefunden werden. V_n = ΣV_ns
Bei dem Schritt S406 werden diese neuen Summen V_n jeweils mit früheren Summen V_n von früheren 20-ms-Perioden akkumuliert.
Ähnlich zu dem herkömmlichen Verfahren werden jeweilige Summmen V_n über folgende 20-ms-Perioden akkumuliert, bis eine der Summen V_n verglichen mit den anderen ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt. Wie insbesondere in Schritt S408 gezeigt ist, wird die Wahrscheinlichkeit, dass eine dieser Summen, beispielsweise V₀, dem 1-ms-C/A-Versatzort des Datenbits entspricht, bestimmt. Ähnlich zu dem herkömmlichen Verfahren kann ferner die Wahrscheinlichkeit als die Wahrscheinlichkeit eines Falschalarms Pfa ausgedrückt sein.
Bei Ausführungsbeispielen wird bei Schritt S408 Pfa als eine Funktion des Unterschieds zwischen der jeweiligen 1-ms-Leistungssumme (zum Beispiel V₀) mit dem höchsten akkumulierten Wert und der jeweiligen 1-ms-Leistungssumme mit dem nächst höchsten akkumulierten Wert (zum Beispiel V₁ oder V₁₉) bestimmt. Obwohl 4 zeigt, dass der Schritt S408 bei jeder Iteration durchgeführt wird, versteht es sich von selbst, dass dies in der Praxis nicht notwendig ist. Schwellenwerte der höchsten Spitze (zum Beispiel V₀) oder Schwellenverhältnisse der höchsten Spitze zu der nächst höchsten Spitze können beispielsweise aus einer Simulation (möglicherweise bei der Anwesenheit eines Rauschens, von Frequenzversätzen etc.) abgeleitet werden. Ein Beispielresultat solcher Simulationen ist ein Schwellen-V_n-Wert P_Schwelle, wobei P_Schwelle über eine Simulation bestimmt wird, um eine akzeptable Pd und Pfa, in diesem Fall Pfa < 10², zu ergeben. Fachleute werden verschiedene Simulationsverfahren und -Techniken erkennen, die verwendet werden können, um für eine passende Anwendung P_Schwelle zu bestimmen. Fachleute werden außerdem verstehen, wie Simulationen ähnlich zu denselben der herkömmlichen Technik laufen gelassen werden, jedoch Schwellen auswählen, die in einer bedeutsam geschwächten Pfa oder in einer unterschiedlichen Schwelle basierend auf der verbesserten Signalenergie, die über das Mehrsatellitenkombinieren verfügbar ist, wie es in der vorliegenden Beschreibung gelehrt wird, resultieren.
Bei dem Schritt S410 wird die akkumulierte kombinierte Spitzenleistungssumme V_n (zum Beispiel V₀) mit einer vorbestimmten Schwelle, beispielsweise P_Schwelle, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, verglichen. Wenn der Leistungswert gleich der Schwelle ist oder dieselbe überschreitet, dann wurde eine Synchronisation von schwachen Datenbits erreicht, wie es in einem Schritt S412 gezeigt ist. Diese Bedingung wird dem Bitsynchronisationsdetektor 306 zusammen mit Informationen hinsichtlich des bestimmten Orts des Datenbits in dem 20-ms-C/A-Code berichtet.
6 stellt ein Beispielresultat der gesamten Bitsynchronisationssummationen (eines Summierens von Wurzel(I² + Q²) über eine Zahl von Bits, 200 Bits in dem gezeigten Fall) dar. Eine Beispielimplementierung des Bitsynchronisationsalgorithmus, der in Verbindung mit 4 beschrieben ist, besteht darin, das 1-ms-Intervall auszusuchen, das der Spitze von 6 entspricht, und seinen akkumulierten Wert mit der vorbestimmten Schwelle P_Schwelle zu vergleichen. Zusätzlich oder alternativ kann das Verhältnis der Spitze zu der nächsten Spitze geprüft werden, wobei dies effektiv prüft, ob es genügend Datenübergänge (wenn keine Datenübergänge auftraten, würde 6 über 0...19 flach sein) gab.
Zurückkehrend zu 4 fährt, wenn eine Synchronisation noch nicht erreicht wurde, bei dem Schritt S414 ein Verarbeiten für die nächste 20-ms-Periode fort, bis die vorbestimmte Schwelle überschritten wurde.
Zurückkehrend zu 3, und wie im Vorhergehenden erörtert ist, wird, wenn eine Synchronisation von schwachen Datenbits durch das Modul 304 detektiert wurde, dies dem Bitsynchronisationsdetektor 306 berichtet, der ein Signal zu einem Stromabwärtsverarbeiten hinsichtlich der Synchronisation von schwachen Datenbits (das heißt eine Synchronisation für Datenbits mit einer hohen Pfa) liefert. Ein weiteres Verarbeiten kann unterdessen durch die Pro-SV-Bitsynchronisationsmodule 302 durchgeführt werden, bis dieselben jeweils für die einzelnen SV-Signale mit einer niedrigeren Pfa (zum Beispiel < 10^–4) eine Datenbitsynchronisation bestimmen.
Obwohl es immer eine bestimmte Wahrscheinlichkeit eines Bitsynchronisationsfehlers nach der Synchronisation von schwachen Datenbits gibt, verursacht in diesem Fall der Bitsynchronisationsfehler ungefähr ≈ 3 × N Meter eines Positionsfehlers (wobei N = 1...10 ist), einen maximalen Fehler um 30 Meter aufgrund einer Satellitenbewegung, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiel derselben genau beschrieben ist, sollte es Fachleuten ohne weiteres offensichtlich sein, dass Änderungen und Modifikationen der Form und von Details vorgenommen sein können, ohne von dem Geist und dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Es ist beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche solche Änderungen und Modifikationen umfassen.

Claims

Verfahren zum Synchronisieren mit einem oder mehreren Signalen (106, 108, 110, 112) bei einem Positionsbestimmungssystem, mit folgenden Schritten: Akkumulieren von jeweiligen ersten Leistungswerten bei einer Mehrzahl von Zeitversätzen für ein erstes der Signale; Akkumulieren von jeweiligen zweiten Leistungswerten bei der Mehrzahl von Zeitversätzen für ein zweites der Signale; Zeitabgleichen (S404) des ersten und des zweiten Signals; Kombinieren (S406) der akkumulierten ersten und zweiten Leistungswerte bei der Mehrzahl von Zeitversätzen nach dem Zeitabgleich; Identifizieren eines kombinierten Spitzenleistungswerts bei einem der Mehrzahl von Zeitversätzen; und Bestimmen (S410), ob der kombinierte Spitzenleistungswert einer erfolgreichen Synchronisation entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Mehrzahl von Zeitversätzen zwanzig 1-ms-Intervalle, die einem 20-ms-Datenbitintervall in einem GPS-Signal entsprechen, sind.
Verfahren nach Anspuch 1, bei dem die ersten und zweiten Leistungswerte kombinierten I- und Q-Werten entsprechen, die aus jeweils dem ersten und dem zweiten Signal abgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt eines Zeitabgleichens (S404) ferner folgende Schritte aufweist: Bestimmen eines Unterschieds von jeweiligen Laufzeiten des ersten und des zweiten Signals; Abgleichen der Mehrzahl von Zeitversätzen für das erste und das zweite Signal basierend auf dem bestimmten Unterschied.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt eines Zeitabgleichens (S404) folgende Schritte aufweist: Erhalten einer geschätzten Position von jeweiligen Sendern des ersten und des zweiten Signals; Erhalten einer geschätzten Position eines gemeinsamen Empfängers (122) des ersten und des zweiten Signals; Bestimmen eines Unterschieds von jeweiligen Laufzeiten des ersten und des zweiten Signals basierend auf den erhaltenen geschätzten Positionen; Abgleichen der Mehrzahl von Zeitversätzen für das erste und das zweite Signal basierend auf dem bestimmten Unterschied.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die geschätzten Positionen von einem Netz erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die jeweiligen Sender durch jeweilige Satellitenfahrzeuge (114, 116, 118, 120) getragen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, mit ferner folgenden Schritten: Identifizieren einer Signalqualität des einen oder der mehreren Signale (106, 108, 110, 112); Auswählen des ersten und des zweiten Signals aus den Signalen (106, 108, 110, 112) basierend auf der identifizierten Signalqualität vor dem Schritt eines Kombinierens (S406).
Verfahren zum Synchronisieren mit einem oder mehreren Signalen (106, 108, 110, 112) bei einem Positionsbestimmungssystem, mit folgenden Schritten: Empfangen von Informationen einer geschätzten Position und einer geschätzten Zeit; Akkumulieren (S406) von jeweiligen Leistungswerten bei einer Mehrzahl von Zeitversätzen für zwei oder mehrere der Signale unter Verwendung der empfangenen Informationen einer geschätzten Position und der geschätzten Zeit; Identifizieren eines Spitzenleistungswerts bei einem der Mehrzahl von Zeitversätzen; Bestimmen (S410), ob der Spitzenleistungswert einer erfolgreichen Synchronisation entspricht, wobei eine niedrigere Erfolgsschwelle verwendet wird, wenn die empfangenen Informationen einer geschätzten Position und die geschätzte Zeit ein gegebenes Kriterium erfüllen.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Mehrzahl von Zeitversätzen zwanzig 1-ms-Intervalle, die einem 20-ms-Datenbitintervall in einem GPS-Signal entsprechen, sind.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem Leistungswerte kombinierten I- und Q-Werten, die aus den Signalen (106, 108, 110, 112) abgeleitet werden, entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Signale (106, 108, 110, 112) ein erstes und ein zweites Signal aufweisen, mit ferner folgenden Schritten: Bestimmen eines Unterschieds von jeweiligen Laufzeiten des ersten und des zweiten Signals von jeweiligen Sendern des ersten und des zweiten Signals zu einem gemeinsamen Empfänger (122) des ersten und des zweiten Signals; Abgleichen der Mehrzahl von Zeitversätzen für das erste und das zweite Signal basierend auf dem bestimmten Unterschied.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Signale (106, 108, 110, 112) ein erstes und ein zweites Signal aufweisen, mit ferner folgenden Schritten: Erhalten einer geschätzten Position von jeweiligen Sendern des ersten und des zweiten Signals aus den Informationen einer geschätzten Position; Erhalten einer geschätzten Position eines gemeinsamen Empfängers (122) des ersten und des zweiten Signals aus den Informationen einer geschätzten Position; Bestimmen eines Unterschieds von jeweiligen Laufzeiten des ersten und des zweiten Signals basierend auf den erhaltenen geschätzten Positionen; Abgleichen der Mehrzahl von Zeitversätzen für das erste und das zweite Signal basierend auf dem bestimmten Unterschied.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die geschätzten Positionen aus einem Netz erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die geschätzten Positionen aus gespeicherten Informationen, die bei einem Warmstart des gemeinsamen Empfängers (122) wiedergewonnen werden, erhalten werden.
Verfahren zum Synchronisieren mit einem oder mehreren Signalen (106, 108, 110, 112) bei einem Positionsbestimmungssystem, mit folgenden Schritten: Akkumulieren von jeweiligen ersten Leistungswerten bei einer Mehrzahl von Zeitversätzen für ein erstes der Signale; Identifizieren eines ersten Spitzenleistungswerts bei einem der Mehrzahl von Zeitversätzen; und Bestimmen, ob der erste Spitzenleistungswert einer erfolgreichen Synchronisation des ersten Signals entspricht; Akkumulieren von jeweiligen zweiten Leistungswerten bei der Mehrzahl von Zeitversätzen für ein zweites der Signale; Zeitabgleichen des ersten und des zweiten Signals; Kombinieren der akkumulierten ersten und zweiten Leistungswerte bei der Mehrzahl von Zeitversätzen nach einem Zeitabgleich; Identifizieren eines kombinierten Spitzenleistungswerts bei einem der Mehrzahl von Zeitversätzen; und Bestimmen, ob der kombinierte Spitzenleistungswert einer erfolgreichen Synchronisation der kombinierten Signale entspricht, wobei eine Schwelle für einen Erfolg der kombinierten Signale niedriger als eine Schwelle für einen Erfolg des ersten Signals ist.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Mehrzahl von Zeitversätzen zwanzig 1-ms-Intervalle, die einem 20-ms-Datenbitintervall in einem GPS-Signal entsprechen, sind.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der erste und der zweite Leistungswert I- und Q-Werten, die aus jeweils dem ersten und dem zweiten Signal abgeleitet werden, entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Schritt eines Zeitabgleichens folgende Schritte aufweist: Bestimmen eines Unterschieds von jeweiligen Laufzeiten des ersten und des zweiten Signals von jeweiligen Sendern des ersten und des zweiten Signals zu einem gemeinsamen Empfänger (122) des ersten und des zweiten Signals; Abgleichen der Mehrzahl von Zeitversätzen für das erste und das zweite Signal basierend auf dem bestimmten Unterschied.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Schritt eines Zeitabgleichens folgende Schritte aufweist: Erhalten einer geschätzten Position von jeweiligen Sendern des ersten und des zweiten Signals; Erhalten einer geschätzten Position eines gemeinsamen Empfängers (122) des ersten und des zweiten Signals; Bestimmen eines Unterschieds von jeweiligen Laufzeiten des ersten und des zweiten Signals basierend auf den erhaltenen geschätzten Positionen; Abgleichen (S404) der Mehrzahl von Zeitversätzen für das erste und das zweite Signal basierend auf dem bestimmten Unterschied.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die geschätzten Positionen von einem Netz erhalten werden.
Verfahren zum Synchronisieren mit einem oder mehreren Signalen (106, 108, 110, 112) bei einem Positionsbestimmungssystem, mit folgenden Schritten: Synchronisieren mit einem gemeinsamen 20-ms-Datenbitintervall in den Signalen durch Identifizieren eines kombinierten Spitzenleistungswerts bei einem einer Mehrzahl von abgeglichenen Zeitversätzen in zwei oder mehreren der Signale (106, 108, 110, 112) und Vergleichen desselben mit einer niedrigen Erfolgsschwelle; und Synchronisieren des 20-ms-Datenbitintervalls in den Signalen durch Identifizieren eines einzelnen Spitzenleistungswerts bei einem einer Mehrzahl von einzelnen Zeitversätzen in einem einzelnen der Signale (106, 108, 110, 112) und Vergleichen desselben mit einer höheren Erfolgsschwelle.
Vorrichtung, die das Verfahren nach Anspruch 1 durchführt.
Vorrichtung, die das Verfahren nach Anspruch 9 durchführt.
Vorrichtung, die das Verfahren nach Anspruch 16 durchführt.
Vorrichtung, die das Verfahren nach Anspruch 22 durchführt.