DE102011102340B4 - Method for increasing the signal energy in a receiver and differential correlator, main processing arrangement and signal transit time measuring system therefor - Google Patents

Method for increasing the signal energy in a receiver and differential correlator, main processing arrangement and signal transit time measuring system therefor Download PDF

Info

Publication number
DE102011102340B4
DE102011102340B4 DE201110102340 DE102011102340A DE102011102340B4 DE 102011102340 B4 DE102011102340 B4 DE 102011102340B4 DE 201110102340 DE201110102340 DE 201110102340 DE 102011102340 A DE102011102340 A DE 102011102340A DE 102011102340 B4 DE102011102340 B4 DE 102011102340B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
receiver
correlator
signal
values
code
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE201110102340
Other languages
German (de)
Other versions
DE102011102340A1 (en
Inventor
Thomas Pany
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFEN GmbH
Original Assignee
IFEN GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFEN GmbH filed Critical IFEN GmbH
Priority to DE201110102340 priority Critical patent/DE102011102340B4/en
Publication of DE102011102340A1 publication Critical patent/DE102011102340A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102011102340B4 publication Critical patent/DE102011102340B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/24Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/25Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving aiding data received from a cooperating element, e.g. assisted GPS
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/24Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/30Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system code related
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/35Constructional details or hardware or software details of the signal processing chain
    • G01S19/37Hardware or software details of the signal processing chain

Abstract

Verfahren zur Erhöhung der Signalenergie in einem Empfänger – wobei der Empfänger ein mit einem Code gespreiztes Signal empfängt, das auf einen Träger moduliert ist. – wobei der Code und der Träger jeweils eine Phase aufweisen, – wobei der Empfänger die Phase des Codes und die Phase des Trägers nachführt – wobei der Empfänger zur der Nachführung der Phase und zur Nachführung des Codes das empfangene Signal mit einem vordefinierten Code korreliert, – wobei beim Korrelieren interne Korrelatorwerte erzeugt werden dadurch gekennzeichnet, dass – der Empfänger zusätzlich Daten empfängt, aus denen der Empfänger Referenzkorrelatorwerte bildet, – der Empfänger Differenzen zwischen den internen Korrelatorwerten und Referenzkorrelatorwerten bildetA method of increasing signal energy in a receiver - wherein the receiver receives a code spread signal modulated onto a carrier. Wherein the code and the carrier each have a phase, wherein the receiver tracks the phase of the code and the phase of the carrier, wherein the receiver for the tracking of the phase and for tracking the code correlates the received signal with a predefined code, wherein in correlating internal correlator values are generated, characterized in that - the receiver additionally receives data from which the receiver forms reference correlator values, - the receiver forms differences between the internal correlator values and reference correlator values

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Signalenergie in einem Empfänger. Der Empfänger ist vorzugsweise ein Empfänger für Satellitennavigation. Bei dem Verfahren wird die verfügbare Signalenergie zur verbesserten Schätzung der relevanten Radionavigationsparameter wie der Trägerphase, Dopplerfrequenz und Pseudostrecke erhöht. Diese Parameter können somit auch bei stärkerer Abschattung des Signals zur Positioniereung herangezogen werden. Dies wird durch Differenzbildung von Korrelatorwerten einer externen Quelle und intern erzeugter Korrelatorwerte erreicht.The invention relates to a method for increasing the signal energy in a receiver. The receiver is preferably a satellite navigation receiver. In the method, the available signal energy is increased for improved estimation of the relevant radionavigation parameters such as the carrier phase, Doppler frequency and pseudo range. These parameters can thus also be used for stronger shading of the signal for positioning. This is accomplished by subtracting correlator values from an external source and internally generated correlator values.

Bei der Satellitennavigation ist problematisch, dass in der Regel eine direkte Sichtverbindung vom Empfänger zum Satelliten notwendig ist. Sowohl die Verfügbarkeit der direkten Sichtverbindung als auch ausbreitungsbedingte oder systembedingte Fehlerquellen führen dazu, dass die Position ungenau wird oder ein Signal erst gar nicht gefunden oder nachgeführt werden kann.In satellite navigation is problematic that usually a direct line of sight from the receiver to the satellite is necessary. Both the availability of direct line-of-sight and propagation-related or system-related sources of error mean that the position becomes inaccurate or a signal can not be found or tracked at all.

Wird z. B. das Signal reflektiert, wird die Position verfälscht. Hierzu gibt es Algorithmen, die versuchen, das direkte Signal herauszurechnen.If z. B. reflects the signal, the position is corrupted. There are algorithms that try to calculate the direct signal.

Wird das Signal, etwa durch starken Regen, Blätter oder gar Wände bzw. Decken in einem Gebäude abgeschattet, verliert der Empfänger das Signal und eine Position kann nicht mehr berechnet werden.If the signal, for example due to heavy rain, leaves or even walls or ceilings in a building shadowed, the receiver loses the signal and a position can not be calculated.

Hochempfindliche Empfänger versuchen z. B., diese Probleme durch lokale Sensoren (etwa durch inertiale Navigationssysteme INS (Inertial Navigation System)) zu beheben.Highly sensitive receivers try z. B., these problems by local sensors (such as inertial navigation systems INS (Inertial Navigation System)) to fix.

Die Technik, die bei hochempfindlichen GNSS (Global Navigation Satellite System) Empfängern Verwendung findet, konzentriert sich auf die Akquisition und Signalnachführung (im Englischen „Tracking”) bei schlechten Signal-zu-Rausch-Verhältnissen. Maßgeblich ist dabei die Dauer der kohärenten und nicht-kohärenten Integration bei der Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und dem Referenzsignal.The technology used in highly sensitive Global Navigation Satellite System (GNSS) receivers focuses on acquisition and tracking in poor signal-to-noise ratios. Decisive here is the duration of the coherent and non-coherent integration in the correlation between the received signal and the reference signal.

Unter Korrelation wird in dieser Beschreibung das Vergleichen eines Referenzsignals, wie z. B. eines Codes oder eines Teils eines Signals mit einem empfangenen Signal, verstanden, wobei die Signale in der Regel zeitlich versetzt zueinander sind.Correlation in this description is to compare a reference signal, such as a reference signal. As a code or a portion of a signal with a received signal, understood, the signals are usually offset in time to each other.

Die Integration kann digital beispielsweise durch Multiplikation mit einem Abtastintervall abgetasteter Werte des Signals mit einem gespeicherten Signal und Addition der Produkte innerhalb eines vordefinierten Integrations-Zeitintervalls erreicht werden. Basieren die Signale beispielsweise auf dem gleichen Pseudozufallscode und sind die Bitfolgen (Chips) der beiden Signale gleich lang, wird der Korrelatorwert maximal, sobald eine zeitliche Übereinstimmung der vorhanden ist. Der Korrelatorwert geht bei einem Pseudozufallscode gegen Null, wenn z. B. die zeitliche Verschiebung mindestens ein Chip beträgt. Aufgrund von überlagertem thermischen Rauschen, weichen die Korrelatorwerte jedoch von den theoretischen Werten unter idealen Bedingungen, d. h. reinen Signalen ohne Rauschen, ab.The integration can be accomplished digitally, for example, by multiplying by a sample interval of sampled values of the signal with a stored signal and adding the products within a predefined integration time interval. For example, if the signals are based on the same pseudorandom code and the bit sequences (chips) of the two signals are the same length, the correlator value becomes maximum as soon as there is a match in time. The correlator value goes to zero for a pseudo-random code when z. B. the time shift is at least one chip. However, due to superimposed thermal noise, the correlator values deviate from the theoretical values under ideal conditions, i. H. pure signals without noise, from.

Bei der kohärenten Integration wird das am Endes des Integrations-Zeitintervalls erhaltene Ergebnis direkt für die folgenden Prozessierungsstufen im Empfänger verwendet. D. h., es wird im Gegensatz zur nicht-kohärenten Integration nicht zwischengespeichert und nicht mit einer nachfolgenden Korrelation des nächsten Integrationszeitintervalls durch z. B. Quadrierung und Addition verbunden.In coherent integration, the result obtained at the end of the integration time interval is used directly for the following processing stages in the receiver. That is, unlike non-coherent integration, it is not cached and not correlated with a subsequent correlation of the next integration time interval with z. As squaring and addition connected.

Die Korrelation kann sowohl im Zeitbereich durch Methoden unter Verwendung von z. B. angepasster Filter oder Optimalfilter (im Englischen „Matched Filter”) oder einer großen Anzahl an Korrelatoren als auch im Frequenzbereich, z. B. durch FFT(Fast Fourier Transformation)-Methoden implementiert werden. Diese Methoden machen es möglich, in kurzer Zeit das Signal unter schlechten Signalbedingungen zu akquirieren. Typischerweise ist es dabei unmöglich, die auf dem Signal modulierten Daten zu empfangen.The correlation can be both in the time domain by methods using z. B. matched filter or optimal filter (in English "Matched Filter") or a large number of correlators and in the frequency domain, z. B. be implemented by FFT (Fast Fourier Transformation) methods. These methods make it possible to acquire the signal under bad signal conditions in a short time. Typically, it is impossible to receive the data modulated on the signal.

Abhilfe schafft hier das sogenannte Assistenzverfahren (im Englischen „Assisted GNSS (Global Navigation Satellite System)”). Dabei erhält ein GNSS-Empfänger Informationen zur Berechnung der Satellitenbahnen über eine Datenverbindung (z. B. über GSM (Global System for Mobile Communications), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), WLAN (Wireless Local Area Network) usw.).The so-called assistance procedure (in English "Assisted GNSS (Global Navigation Satellite System)") helps to remedy this situation. In this case, a GNSS receiver receives information for calculating the satellite orbits via a data connection (eg via GSM (Global System for Mobile Communications), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), WLAN (Wireless Local Area Network), etc.).

Möglicherweise werden auch grobe Positionsdaten (mit einer Genauigkeit von z. B. im Bereich 1 km) und Uhrzeit mit übertragen. Anhand dieser Informationen kann der Empfänger den Suchraum, der über die Codephase und Frequenz aufgespant wird, bei der Signalakquisition einschränken.It is also possible that coarse position data (with an accuracy of, for example, in the range of 1 km) and time are also transmitted. Based on this information, the receiver can restrict the search space, which is spread over the code phase and frequency, in the signal acquisition.

Um eine möglichst hohe Empfindlichkeit zu erreichen, muss die Dauer der kohärenten Integration, d. h. das Zeitintervall, über das integriert wird, so hoch wie möglich gewählt werden. Im Regelfall wird die kohärente Integrationszeit durch die Datenrate begrenzt, da ein Datenbitwechsel die Kohärenz unterbricht. Es existieren Ansätze um diese Problematik zu beheben. Da man bei Kenntnis der Datenbits anschaulich gesprochen die Datenmodulation wieder rückgängig machen kann und man ein Datenbit-freies Signal erhält, werden z. B. die Datenbits in Echtzeit an den Empfänger übertragen. Die Datenbits können somit angewendet werden, um die Dauer der kohärenten Integration zu erhöhen. In order to achieve the highest possible sensitivity, the duration of the coherent integration, ie the time interval over which is integrated, must be selected as high as possible. As a rule, the coherent integration time is limited by the data rate, since a data bit change breaks the coherence. There are approaches to solve this problem. As you know the data bits vividly speaking, the data modulation can undo and you get a data bit-free signal, z. B. transmit the data bits in real time to the receiver. The data bits can thus be applied to increase the duration of the coherent integration.

Eine Verbesserung der GNSS-Signalnachführung wird gemäß dem Stande der Technik durch Stützung mittels externer Sensoren erreicht, die die Bewegungsdynamik des Empfängers messen. Heute gängige Methoden realisieren dies entweder auf Positionsebene, auf der Ebene der sogenannten Rohdaten oder sogar auf Loop-Ebene: Die Dynamik wird von externen Sensoren gemessen und genutzt, um die Frequenzen der numerisch gesteuerten Oszillatoren (Numerically Controlled Oscillators; NCOs) zu regeln.An improvement in GNSS signal tracking is achieved according to the prior art by support by means of external sensors which measure the motion dynamics of the receiver. Nowadays common methods realize this either at the position level, at the level of the so-called raw data or even at the loop level: The dynamics are measured by external sensors and used to control the frequencies of the Numerically Controlled Oscillators (NCOs).

Das Verfahren der Loop-Unterstützung ist in 1 skizziert. Das empfangene Signal (102) wird mit der Frequenzkompensation (106) ins Basisband konvertiert. Unter Basisbandsignal wird in dieser Beschreibung ein Signal verstanden, das keine Trägerfrequenzanteile besitzt oder das nur noch Restanteile besitzt, die aus der Mischung durch zwei nicht exakt gleicher Frequenz übrig bleiben.The method of loop support is in 1 outlined. The received signal ( 102 ) is used with the frequency compensation ( 106 ) converted to baseband. In this description, a baseband signal is understood to mean a signal which has no carrier frequency components or which only has residual components which remain from the mixture due to two frequencies which are not exactly the same.

Dabei wird das Signal mit dem Sinus bzw. Cosinus der Frequenz der von einem PLL (Phase Locked Loop)/FLL (Frequency Locked Loop) Filter bestimmten Frequenzveränderung multipliziert. Anschließend wird das Ergebnis aus der Frequenzkompensation (106) mit dem lokal generierten Referenzsignal multipliziert und kohärent integriert (108). Das Referenzsignal (128) wird typischerweise in 3 Ausführungen generiert: früh, pünktlich und spät. Das Ergebnis der Integration (108) mit dem pünktlichen Signal wird an das PLL/FLL Signalverfolgungssystem weitergeleitet (110, 112, 114, 104, 106, 108). Die restlichen Signale werden an das DLL (Delay Locked Loop) Signalverfolgungssystem weitergeleitet (118, 120, 122, 126, 128, 108). Für beide Systeme werden sogenannte Diskriminatoren (110, 118) gebildet, die die Phasenablage der Trägerphase (PLL)/Trägerfrequenz (FLL) bzw. der Code-Phase (DLL) schätzen. Das Ergebnis wird gefiltert (FPLL/FLL(s) (112) und FDLL(s) (120)) und skaliert (LPLL (114) und LDLL (122)). Die Ausgabe von den externen Sensoren (etwa INS, Inertial Navigation System) (130) wird zusätzlich herangezogen um die für das nächste Integrationsintervall gültige Frequenzablage zu ermitteln. Wichtig ist hierbei, dass die Frequenzablage während der Integration konstant bleibt.The signal is multiplied by the sine or cosine of the frequency of the frequency change determined by a PLL (Phase Locked Loop) / FLL (Frequency Locked Loop) filter. Then the result from the frequency compensation ( 106 ) multiplied by the locally generated reference signal and coherently integrated ( 108 ). The reference signal ( 128 ) is typically generated in 3 versions: early, on time and late. The result of the integration ( 108 ) with the punctual signal is forwarded to the PLL / FLL signal tracking system ( 110 . 112 . 114 . 104 . 106 . 108 ). The remaining signals are forwarded to the DLL (Delay Locked Loop) signal tracking system ( 118 . 120 . 122 . 126 . 128 . 108 ). Both systems use so-called discriminators ( 110 . 118 ), which estimate the carrier phase (PLL) / carrier frequency (FLL) and code phase (DLL) phases, respectively. The result is filtered (F PLL / FLL (s) ( 112 ) and F DLL (s) ( 120 )) and scales (L PLL ( 114 ) and L DLL ( 122 )). The output from the external sensors (eg INS, Inertial Navigation System) ( 130 ) is additionally used to determine the valid frequency offset for the next integration interval. It is important that the frequency offset during the integration remains constant.

Die Empfindlichkeit eines Empfängers wird zu einem wesentlichen Teil durch die Dauer der kohärenten Integration bestimmt. Die maximal einstellbare kohärente Integrationszeit ist wiederum nach oben unter Anderem durch die dynamische Bewegung des Empfängers oder Schwankungen der Empfängeruhr limitiert. In 2A und 2B ist die Problematik skizziert. 2A zeigt den Suchraum bzw. die Integrationspfade für die Akquisition. Die vertikale Achse (202) deutet die angesetzte Frequenzverschiebung an und die horizontale Achse (204) deutet die Code-Phase an. Typischerweise wird für eine bestimmte Frequenzverschiebung ein Integral über die Code-Phase berechnet. Dies kann entweder im Zeitbereich (etwa durch massive Parallelverarbeitung in oder im Frequenzbereich realisiert werden. Die erforderliche Genauigkeit der Frequenzverschiebung während der Integration ist invers proportional zur kohärenten Integrationszeit. Dies bedeutet, dass, je länger die Integrationszeit ist, umso genauer muss die Frequenzverschiebung bekannt sein. Wenn Integrationszeiten im Bereich von 1 Sekunde erreicht werden sollen, spielt die Bewegung des Empängers eine zunehmende Rolle. Der Sachverhalt ist in 2B dargestellt. Der Suchraum, bzw. der Pfad der kohärenten Integration muss während der Integration dynamisch angepasst werden. D. h., die gängige Annahme über die Konstanz der Frequenzverschiebung, bzw. des Code-Dopplers ist nicht mehr gültig. Würde diese Annahme in der Situation, wie sie in 2B dargestellt ist, angewandt werden, wäre das Ergebnis stark reduziert. Diese Problematik trifft sowohl bei der Akquisition als auch bei der Signalnachführung zu.The sensitivity of a receiver is determined to a significant degree by the duration of the coherent integration. The maximum settable coherent integration time is in turn limited, among other things, by the dynamic movement of the receiver or variations in the receiver clock. In 2A and 2 B the problem is sketched. 2A shows the search space or the integration paths for the acquisition. The vertical axis ( 202 ) indicates the applied frequency shift and the horizontal axis ( 204 ) indicates the code phase. Typically, an integral over the code phase is calculated for a given frequency shift. This can be done either in the time domain (such as massive parallel processing in or in the frequency domain.) The required accuracy of the frequency shift during integration is inversely proportional to the coherent integration time, which means that the longer the integration time, the more accurate the frequency shift must be If integration times in the range of 1 second are to be achieved, the movement of the recipient plays an increasing role 2 B shown. The search space or the coherent integration path must be adapted dynamically during the integration. This means that the common assumption about the constancy of the frequency shift or the code Doppler is no longer valid. Would this assumption in the situation as in 2 B applied, the result would be greatly reduced. This problem applies to both the acquisition and the signal tracking.

Eine Möglichkeit gemäß dem Stand der Technik zur Kompensation zumindest der Beschleunigung und der dynamischen Terme höherer Ordnung auf der Sichtlinie (Line-of-Sight) während der kohärenten Integration besteht darin, das (verlängerte) Integrationsintervall in Sub-Intervalle zu unterteilen, wobei die Frequenz für jedes Sub-Intervall angepasst wird. Die Ermittlung der Frequenzen erfolgt zum Beispiel über INS.One prior art approach for compensating for at least the acceleration and the higher order dynamic terms on the line-of-sight during coherent integration is to subdivide the (extended) integration interval into sub-intervals, where the frequency adjusted for each sub-interval. The determination of the frequencies takes place, for example, via INS.

Limitiert wird das Integrationsintervall aber auch durch die mangelnde Stabilität der Empfängeruhren. Die bisher zur Positionierung herangezogen Regelschleifen (DLL, FLL, PLL), Kalmanfilter oder Vektortrackingverfahren, können ohne ultrastabile Oszillatoren (d. h. kein OCXO, Oven-Controlled Crystal Oscillators) nur mit kurzen kohärenten Integrationszeiten (z. B. 20 ms) arbeiten.The integration interval is also limited by the lack of stability of the receiver clocks. The control loops hitherto used for positioning (DLL, FLL, PLL), Kalman filters or vector tracking methods can only work with short coherent integration times (eg 20 ms) without ultrastable oscillators (ie no OCXO, Oven-Controlled Crystal Oscillators).

Um die Genauigkeit zu erhöhen, kann das sogenannte differentielle GNSS eingesetzt werden. Hierbei werden beispielsweise gemäß dem Stand der Technik Messungen einer genau vermessenen, hochwertigen Referenzstation in Form von Positionsdaten oder Code- bzw. Phasenmessungen für die einzelnen Sichtlinien an die „sich bewegende” („Rover”) Station gesendet. Ist die Entfernung beider Stationen nicht allzugroß (z. B. bis 50 km), können die Abweichungen der Referenzmessungen von den theoretischen Messungen auf den Rover angewendet werden, wodurch gemeinsame Fehler, wie z. B. Ionosphären-, Troposphärenverzögerungen oder Satellitenuhrfehler ausgelöscht werden. Nicht gemeinsame Fehler wie Mehrwegempfang oder Empfängeruhrfehler können aber nicht eliminiert werden. Ebenso hat die Korrektur zwar einen Effekt auf die Genauigkeit, jedoch nicht auf das Trackingverhalten (Nachführverhalten). Das heißt, längere Integrationsintervalle zur Erhöhung der Empfängerempfindlichkeit sind mit der Einbindung von Referenzdaten gemäß dem Stand der Technik nicht möglich. To increase the accuracy, the so-called differential GNSS can be used. Here, for example, according to the prior art, measurements of an accurately measured, high-quality reference station in the form of position data or code or phase measurements for the individual lines of sight are sent to the "moving"("rover") station. If the distance between the two stations is not too great (eg up to 50 km), the deviations of the reference measurements from the theoretical measurements can be applied to the rover, which can cause common errors such as: As ionospheric, tropospheric delays or satellite clock errors are extinguished. Non-common errors such as multipath or receiver clock errors can not be eliminated. Likewise, the correction has an effect on the accuracy, but not on the tracking behavior (tracking behavior). That is, longer integration intervals to increase the receiver sensitivity are not possible with the inclusion of reference data according to the prior art.

Unter dem Begriff Rover wird hier der sich – in der Regel – bewegende Nutzerempfänger verstanden, als Gegenstück und im Unterschied zu der feststehenden Referenzstation. Es sei angemerkt, dass sich der Rover nicht tatsächlich bewegen muss.The term rover is understood here to mean, as a rule, moving user receiver, as a counterpart and unlike the fixed reference station. It should be noted that the rover does not actually have to move.

Differentielles GNSS wird auch bei der RTK(Real Time Kinematik)-Vermessung in der Geodäsie eingesetzt, bei der die Referenstationen von den Vermessungsverwaltungen der Bundesländer zur Verfügung gestellt werden. Mit RTK erreicht man Positionsgenauigkeiten im Zentimeter- oder gar sub-Zentimeter-Bereich.Differential GNSS is also used in RTK (Real Time Kinematics) surveying in geodesy, where the reference stations are provided by the surveying and mapping authorities of the federal states. With RTK one reaches position accuracies in the centimeter or even sub-centimeter range.

Die Veröffentlichung von Stöber, C., Anghilieri, M et al „ipexSR: A Real-Time Multi-Frequency Software GNSS Receiver”, IEEE Conferences, 2010, p. 407–416 zeigt einen Stand der Technik, bei dem ein hochsensibler Indoor-Software-Empfinger sowohl „Assisted GNSS”, d. h. Empfang und Speicherung von externen Navigationsdaten, als auch Differentielles GNSS durch den Empfang von Korrekturdaten gemäß dem RTCM(Radio Technical Commission for Maritime Services)-Standard oder über den Empfang von EGNOS-Daten (European Geostationary Navigation Overlay Service) anwendet, um schneller eine Positionslösung und eine erhöhte Positionsgenauigkeit zu erhalten.The Stöber, C., Anghilieri, M et al. "IpexSR: A Real-Time Multi-Frequency Software GNSS Receiver", IEEE Conferences, 2010, p. 407-416 shows a prior art in which a highly sensitive indoor software receiver has both "Assisted GNSS", i. H. Receive and store external navigation data, as well as apply Differential GNSS by receiving correction data according to the Radio Technical Commission for Maritime Services (RTCM) standard or by receiving European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) data to more quickly obtain a position solution and to obtain increased positional accuracy.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung bereitzustellen, um die verfügbare Energie in einem Empfangskanal zu erhöhen und somit auch die Empfindlichkeit und Genauigkeit eines GNSS-Empfängers.The object of the invention is to provide a method and an arrangement in order to increase the available energy in a receiving channel and thus also the sensitivity and accuracy of a GNSS receiver.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin durch einen Differenzkorrelator gemäß Patentanspruch 8, eine Signalverarbeitungsanordnung gemäß Patentanspruch 9 und ein Signallaufzeitmesssystem gemäß Patentanspruch 10 gelöst.The object is achieved by a method according to claim 1. The object is further achieved by a differential correlator according to claim 8, a signal processing arrangement according to claim 9 and a signal delay measurement system according to claim 10.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail below.

Es zeigenShow it

1 eine Phasennachführanordnung mit externem Sensor gemäß dem Stand der Technik 1 a phase tracking arrangement with external sensor according to the prior art

2 eine Illustration des Suchraums von Codeverschiebung und Dopplerverschiebung gemäß dem Stand der Technik, 2 an illustration of the search space of code shift and Doppler shift according to the prior art,

3 eine prinzipielle Konstellation gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 3 a basic constellation according to an embodiment of the invention,

4 einen Empfänger und einen Referenzempfänger gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 4 a receiver and a reference receiver according to an embodiment of the invention,

5 ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 5 a method according to an embodiment of the invention,

6 ein weiteres Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 6 another method according to an embodiment of the invention,

7 eine Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 7 an arrangement according to an embodiment of the invention, and

8 Korrelatorwerte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung 8th Correlator values according to an embodiment of the invention

3 zeigt die Konstellation, die Voraussetzung für das erfindungsgemäße Verfahren ist. Mehrere Sender 302, 304, senden Signale aus, die z. B. jeweils eine Trägerfrequenz und einen darauf modulierten Code aufweisen. Z. B. stehen in der Satellitennavigation mehrere Satelliten zur Verfügung, die im Rahmen eines Code-Multiplex-Mehrfachzugriffverfahrens (CDMA, Code Division Multiple Access) Signale aussenden, bei denen die Satelliten durch Pseudo-Zufallscodes (Pseudo Random Noise Codes, PRN Codes) unterschieden werden, die auf Träger im Bereich von z. B. 1 bis 3 GHz aufmoduliert werden. Als Modulationsarten werden hierbei beispielsweise BPSK (Binary Phase Shift Keying, Zweiphasen-Umtastung), QPSK QuadraturePhase Shift Keying, Quadratur-Phasenumtastung) oder andere Modulationsarten verwendet. In manchen Satellitennavigationssystemen, wie z. B. GLONASS (Globalnaja Nawigazionnaja Sputnikowaja Sistema, Globales Satellitennavigationssystem) wird zwar ein FDMA (Frequency Division Multiple Access) Verfahren eingesetzt, aber dennoch ist das Signal mit einem PRN-Code moduliert, wie es für die Erfindung wesentlich ist. Die Signale werden von den Stationen 306 und 308 empfangen. Station 306 ist eine Nutzerstation, die z. B. beweglich ist und im Folgenden „Rover” genannt wird. Station 308 ist eine Referenzstation. Die Referenzstation 308 misst, wie der Rover, die Laufzeiten der Signale. Da die Referenzstation ihre Position genau kennt, kann sie Daten über Abweichungen der Messungen gegenüber den theoretischen Werten ermitteln und als Korrektur an den Rover (306) senden. Die Korrekturen können z. B. einzelne Sichtlinien, die Position, oder aus den Messungen abgeleitete Parameter wie z. B. Ionosphärenparameter sein. Die Referenzstation 308 kann aber auch Messwerte, wie z. B. Phaseninformationen oder Signalstärke an den Rover senden. Weiterhin kann die Referenzstation auch Navigationsdaten senden. 3 shows the constellation that is a prerequisite for the inventive method. Several channels 302 . 304 , send out signals that z. B. each have a carrier frequency and a modulated code. For example, in satellites navigation, several satellites are available which emit signals in a code division multiple access (CDMA) mode where the satellites are distinguished by pseudo random noise codes (PRN codes). on carriers in the range of z. B. 1 to 3 GHz can be modulated. For example, BPSK (Binary Phase Shift Keying), QPSK QuadraturePhase Shift Keying, Quadrature Phase Shift Keying) or other types of modulation are used as modulation types. In some satellite navigation systems, such. Although GLONASS (Globalnaja Nawigazionnaja Sputnikovaja Sistema, Global Navigation Satellite System) uses a FDMA (Frequency Division Multiple Access) method, the signal is nevertheless modulated with a PRN code, as is essential to the invention. The signals are from the stations 306 and 308 receive. station 306 is a user station, the z. B. is mobile and hereinafter referred to as "Rover". station 308 is a reference station. The reference station 308 measures, like the Rover, the transit times of the signals. Since the reference station knows its position exactly, it can determine data about deviations of the measurements from the theoretical values and as a correction to the rover ( 306 ). The corrections can z. B. individual lines of sight, the position, or derived from the measurements parameters such. B. ionosphere parameters. The reference station 308 but also measurements, such. B. Send phase information or signal strength to the rover. Furthermore, the reference station can also send navigation data.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird, wie in 5 dargestellt, ein Verfahren zur Erhöhung der Signalenergie in einem Empfänger bereitgestellt, wobei der Empfänger ein mit einem Code gespreiztes Signal empfängt (502), das auf einen Träger moduliert ist, wobei der Code eine Codephase und der Träger eine Trägerphase aufweisen, wobei der Empfänger die Codephase und die Trägerphase nachführt, wobei der Empfänger zur Nachführung der Phase und zur Nachführung des Codes das empfangene Signal mit einem vordefinierten Code korreliert und wobei beim Korrelieren interne Korrelatorwerte erzeugt werden (504). Der Empfänger empfängt gemäß der Ausführungsform zusätzlich Daten (512), aus denen er Referenzkorrelatorwerte bildet (514) und bildet Differenzen zwischen den internen Korrelatorwerten und Referenzkorrelatorwerten (516).According to one embodiment of the invention, as in 5 1, a method is provided for increasing the signal energy in a receiver, wherein the receiver receives a signal spread with a code ( 502 ) modulated onto a carrier, the code having a code phase and the carrier having a carrier phase, wherein the receiver tracks the code phase and the carrier phase, the receiver for tracking the phase and for tracking the code the received signal with a predefined code correlates and where correlator internal correlator values are generated ( 504 ). The receiver additionally receives data ( 512 ), from which it forms reference correlator values ( 514 ) and forms differences between the internal correlator values and reference correlator values ( 516 ).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Differenzen zur Codephasenbestimmung und/oder zur Trägerphasenbestimmung verwendet.According to a further embodiment of the invention, the differences are used for code phase determination and / or carrier phase determination.

Das Verfahren wird nachfolgend genauer erläutert.The method will be explained in more detail below.

Ein Standard-Trackingkanal führt ein GNSS-Signal nach, indem er eine DLL (Delay Locked Loop) und eine FLL (Frequency Locked Loop) verwendet, die eine geringe Bandbreite aufweisen (z. B. < 1 Hz). Diese Nachführschleifen sind stabil und führen das Signal sogar dann nach, wenn es leicht verschlechtert ist (z. B. wegen Abschattung durch Bäume). Alternativ kann der DLL/FLL-Nachführblock durch eine Vektor-Nachführeinheit ersetzt werden, die den Nutzer-Statusvektor (Position, Geschwindigkeit, Uhrfehler und Drift) schätzt, anstatt die individuellen Sichtlinienparameter zu schätzen. Dieser Vektor-Nachführblock kann durch eine inertial abgeleitete Trajektorie (z. B. „Strapdown” oder „Dead-reckoning”) unterstützt werden. Gleichgültig welche Nachführmethode verwendet wird, produzieren die Nachfährschleifen Korrelatorwerte, die den Ausgangspunkt der erfindungsgemäßen Methode bilden.A standard tracking channel simulates a GNSS signal using a DLL (Delay Locked Loop) and a FLL (Frequency Locked Loop) that have low bandwidth (eg, <1 Hz). These tracking loops are stable and will track the signal even if it is slightly degraded (eg due to shading by trees). Alternatively, the DLL / FLL tracking block may be replaced by a vector tracking unit that estimates the user status vector (position, velocity, clock error, and drift) rather than estimating the individual line of sight parameters. This vector tracking block can be supported by an inertially derived trajectory (eg, "strapdown" or "dead-reckoning"). Regardless of which tracking method is used, the tracking loops produce correlator values that form the starting point of the method of the invention.

Unter Strapdown werden fahrzeugfeste Beschleunigungssensoren verstanden. In der Regel bestehen sie aus drei Beschleunigungsaufnehmern und drei Kreiseln. Da Strap-Down-Systeme fest auf die Trägerplattform montiert sind, entfällt eine kardanische Aufhängung.Strapdown means vehicle-mounted acceleration sensors. As a rule, they consist of three accelerometers and three rotors. Since strap-down systems are firmly mounted on the carrier platform, a gimbal suspension is eliminated.

Unter dem Begriff Dead-Reckoning bzw. Koppelnavigation wird eine Ortsbestimmung verstanden, bei der zu bestimmten Epochen Richtung, Geschwindigkeit und Zeit gemessen werden. Die Geschwindigkeit und Richtung werden zwischen den Messepochen als konstant angenommen.The term dead reckoning or dead reckoning is understood to mean a location determination in which direction, speed and time are measured at specific epochs. The speed and direction are assumed to be constant between the fairs.

Unter Epoche wird in der Satellitennavigation ein Zeitpunkt, z. B. der Zeitpunkt einer Signallaufzeitmessung, verstanden.Under Epoch in the satellite navigation is a time, for. As the timing of a signal delay measurement, understood.

Die internen Korrelatorwerte entstehen beim Korrelieren des abgetasteten, digitalen Signals mit einem im Empfänger gespeicherten oder generierten Referenzcode, beispielsweise einem pseudozufälligen Code. Beim Korrelieren werden in einem Empfängerkanal der Code und das digitale Signal z. B. in kurzen Intervallen multipliziert und die Ergebnisse der einzelnen Multiplikationen addiert. Entspricht der in dem abgetasteten Signal enthaltene Code denn Referenzcode, hängt der Betrag der addierten Werte im Wesentlichen von der zeitlichen Übereinstimmung der beiden Codes ab. Mit dem Fachmann bekannten Methoden werden die Korrelatorwerte verwendet, um zum Einen mittels einer Regelschleife (DLL) die beiden Codes zeitlich in Übereinstimmung zu halten und zum Anderen die Trägerphase in einem zweiten Regelkreis (FLL oder PLL) nachzuführen. Die Regelkreise können hierbei miteinander gekoppelt werden oder mittels externer Information, z. B. aus inertialen Sensoren, gestützt werden. Bei einer Vektor-Nachführeinheit werden – z. B. ähnlich wie bei der Positionsbestimmung über die Methode kleinster Quadrate – verfügbare Informationen aus allen Kanälen zur Positionsbestimmung zusammengeführt und daraus die Fehler der einzelnen Sichtlinien geschätzt (residuals). Diese Fehler können dann als Schleifenrückführung genutzt werden, um die Fehler durch Anpassen der Position zu minimieren und damit die relative zeitliche Abweichung von Referenzcode und Signal für die Korrelation zu korrigieren bzw. nachzuführen. Zudem können die Phasen für z. B. die Positionslösung besser geschätzt werden.The internal correlator values are obtained by correlating the sampled digital signal with a reference code stored or generated in the receiver, such as a pseudorandom code. When correlating, the code and the digital signal z. B. multiplied at short intervals and added the results of each multiplication. Corresponds to the scanned in the If the code contained in the signal is a reference code, the amount of added values essentially depends on the timing of the two codes. The correlator values are used with methods known to those skilled in the art in order to keep the two codes in time by means of a control loop (DLL) and to track the carrier phase in a second control loop (FLL or PLL). The control loops can be coupled with each other or by means of external information, eg. B. inertial sensors are supported. In a vector tracking unit -. For example, similar to the position determination using the least squares method, information from all the channels for position determination is brought together and from this the errors of the individual line of sight are estimated (residuals). These errors can then be used as loop feedback to minimize the errors by adjusting the position and thereby correcting or tracking the relative timing deviation of the reference code and signal for correlation. In addition, the phases for z. B. the position solution can be better appreciated.

Unter Fehler wird hier oftmals die Abweichung einer Messung z. B. einer Entfernung vom tatsächlichen Wert verstanden, wobei für diese Abweichung neben tatsächlichen Messfehlern hauptsächlich physikalische Phänomene, wie Ablenkung einer elektromagnetischen Welle in der Ionosphäre, ursächlich sind. Wenn der Fehler sich auf eine Entfernung einer Sichtlinie im Rahmen der Positionslösung einer überbestimmten Gleichung bezieht, spricht man in der Satellitennavigation auch von Residuen (engl.: residuals).Under error here is often the deviation of a measurement z. B. a distance from the actual value, for which deviation in addition to actual measurement errors mainly physical phenomena, such as deflection of an electromagnetic wave in the ionosphere, are causal. If the error refers to a distance of a line of sight in the position solution of an overdetermined equation, one speaks in the satellite navigation also of residuals.

Die bei der Korrelation der Vektor-Nachführeinheit bzw. der DLL/FLL errechneten Korrelatorwerte werden in dieser Beschreibung als „interne Korrelatorwerte” bezeichnet. Im Gegensatz hierzu berechnet der Empfänger aus den über eine Schnittstelle zu einem Referenzempfänger empfangenen Daten Referenzkorrelatorwerte. Diese können gemäß einer Ausführungsform der Erfindung z. B. aus Trägerbeobachtungen gewonnen werden, die beispielsweise von der Referenzstation in Form einer RINEX-Datei an den Rover gesendet wurden, der diese Datei speichert und die Trägerbeobachtungen ausliest.The correlator values calculated in the correlation of the vector tracking unit and the DLL / FLL are referred to as "internal correlator values" in this specification. In contrast, the receiver calculates reference correlator values from the data received via an interface to a reference receiver. These can, according to an embodiment of the invention z. B. are obtained from carrier observations that have been sent, for example, from the reference station in the form of a RINEX file to the rover, which stores this file and reads the carrier observations.

RINEX bezeichnet einen in der Satellitennavigation üblichen Standard, der ein Dateiformat zur für Beobachtungsdaten und Navigationsdaten beschreibt. Die Verwendung von RINEX als Referenzstation-Eingabeformat und Ausgabeformat ist nur exemplarisch hier angegeben und kann durch andere Formate wie z. B. RTCM, BINEX, RTCA ersetzt werden.RINEX denotes a standard standard in satellite navigation, which describes a file format for observation data and navigation data. The use of RINEX as a reference station input format and output format is only given as an example here and can be achieved by other formats such. RTCM, BINEX, RTCA.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet der Empfänger einfache Differenzen zwischen den internen Korrelatorwerten und Referenzkorrelatorwerten.According to one embodiment of the invention, the receiver forms simple differences between the internal correlator values and reference correlator values.

Unter Differenz wird hierbei, wie auch generell in dieser Beschreibung, insbesondere auch das Produkt vom Korrelatorwert mit dem komplex konjugierten Referenzkorrelatorwert verstanden, wie es z. B. bei den Differenzkorrelatoren gebildet wird, um die Differenz der Korrelatorphasen zu erhalten, wie nachfolgend erklärt wird.Difference is understood here, as generally in this description, in particular also the product of the correlator value with the complex conjugate reference correlator value, as described, for example, in US Pat. Is formed at the differential correlators to obtain the difference of the correlator phases, as explained below.

Das Bilden der Differenzen auf Korrelatorebene ist etwas trickreich, da verschiedene Wege um Trägerphasen zu definieren im Umlauf sind, und weil die Zeitbeziehung der Daten wichtig ist.Compiling differences at the correlator level is a bit tricky, as there are different ways to define carrier phases, and because the time relationship of the data is important.

Einfach- und Doppeldifferenzbeobachtungen (Code und Träger) sind gut bekannte Konzepte in präziser Positionsbestimmung um gemeinsame (common mode) Fehler auszulöschen. Differenzkorrelatoren weiten dieses Konzept auf die Ebene von Korrelatorwerten aus. Hierbei werden gleiche common mode Fehler ausgelöscht, wobei die Signaldynamik drastisch verringert wird. Dann können längere Filterzeiten angewandt werden, um das Rauschen zu verringern und Mehrwege-Beiträge zu entfernen.Single and double difference observations (code and carrier) are well known concepts in precise positioning to cancel common mode errors. Differential correlators extend this concept to the level of correlator values. In this case, the same common mode errors are extinguished, the signal dynamics being drastically reduced. Then longer filter times can be used to reduce noise and remove multipath contributions.

Allgemein werden Einfachdifferenzen der Phasenbeobachtungen über eine Gleichung folgender Art definiert: Δφk(tk) = φk,rov(tk) – φk,ref(tk) (1)

φk'rov
Rover-Trägerphase zu Satellit k [rad]
φk,ref
Referenz Trägerphase zu Satellit k [rad]
Δφk
Einfach-Differenz-Trägerphase [rad]
Generally, single differences of the phase observations are defined by an equation of the following kind: Δφ k (t k ) = φ k, rov (t k ) - φ k, ref (t k ) (1)
φ k'rov
Rover carrier phase to satellite k [rad]
φ k, ref
Reference carrier phase to satellite k [rad]
Δφ k
Single difference carrier phase [rad]

Die Trägerphasen werden von einer RINEX-Datei oder einer ähnlichen Quelle gelesen. Die Epoche tk bezieht sich allgemein auf die Rover-Zeitskala, aber falls Referenzstationswerte zu anderen Epochen verügbar sind, dann können diese zeitlichen Fehler geduldet werden, falls Satellitenpositionen richtig berücksichtigt werden. Dies wird gewöhnlich in vielen RTK (Real Time Kinematic) Software-Paketen so gehandhabt.Carrier phases are read from a RINEX file or similar source. The epoch t k refers generally to the rover time scale, but if reference station values to other epochs are available, then these temporal errors can be tolerated, if satellite positions are considered correctly. This is usually done in many RTK (Real Time Kinematic) software packages.

Da die Referenzstation im Wesentlichen einen Empfänger beinhaltet, wird in dieser Beschreibung auch gleichbedeutend der Begriff Referenzempfänger verwendet.Since the reference station essentially contains a receiver, the term reference receiver is used synonymously in this description.

Um Korrelatordifferenzen zu bilden, wird ein leicht anderer Ansatz benötigt. Zuerst gibt der Rover-Tracking-Kanal einen Trägerphasenmesswert aus, der auf dem internen NCO (Numerically Controlled Oscillator, digital gesteuerter Oszillator) basiert, der von einer FLL gesteuert wird. Das interne Nachführen ist nicht notwendigerweise auf die empfangene Trägerphase eingerastet und die Differenz zwischen der empfangenen und der internen Trägerphase ist in dem pünktlichen Korrelator enthalten: exp{iφk,rov(t)} = |α(t)|exp{iφk,NCO(t)}Pk,rov(t)(2)

α(t)
Amplitudenfunktion (hier nicht relevant)
φk'NCO
Rover Trägerphase zu Satellit k [rad], basierend auf dem NCO-Messwert während der Verwendung interner FLL-Nachführung
Pk,rov
Rover pünktlicher Korrelator (komplexwertig), der die Differenz zwischen der internen FLL-Nachführung und dem wahren empfangenen Signal aufnimmt
To form correlator differences, a slightly different approach is needed. First, the rover tracking channel outputs a carrier phase measurement based on the internal NCO (Numerically Controlled Oscillator) controlled by an FLL. The internal tracking is not necessarily locked to the received carrier phase and the difference between the received and the internal carrier phase is included in the punctual correlator: exp {iφk , rov (t)} = | α (t) | exp {iφk , NCO (t)} Pk , rov (t) (2)
α (t)
Amplitude function (not relevant here)
φ k'NCO
Rover carrier phase to satellite k [rad], based on the NCO reading while using internal FLL tracking
P k, rov
Rover punctual correlator (complex-valued), which takes the difference between the internal FLL tracking and the true received signal

Daher wird ein Einfach-Differenzkorrelator geschrieben als ΔPk(tk) = exp{iφk,NCO(t)}Pk,rov(tk)exp{–iφk,ref(tk)}d(t k / sent) (3)

d
Ausgestrahltes Navigationsdatenbit (falls vorhanden)
ΔP
Einfach-Differenzkorrelator
Therefore, a simple difference correlator is written as .DELTA.P k (t k) = exp {Iø k, NCO (t)} P k, rov (t k) exp {-iφ k, ref (t k)} d (tk / sent) (3)
d
Radiated navigation data bit (if available)
.DELTA.P
Easy-Differenzkorrelator

Der Einfach-Differenzkorrelator weist eine geringere Signaldynamik als der undifferenzierte Korrelator auf da die Dynamik hervorgerufen von z. B. dem Satellitenuhrfehler, dem Satellitenorbit oder atmosphärische Laufzeitverzögerungen durch die Differenzbildung sich eliminiert oder reduziert. Daher kann der Einfach-Differenzkorrelator länger köherent integriert werden oder mit kleineren Filterbandbreiten verarbeitet werden.The simple difference correlator has a lower signal dynamics than the undifferentiated correlator because the dynamics caused by z. As the satellite clock error, the satellite orbit or atmospheric propagation delays eliminated by the difference formation or reduced. Therefore, the simple difference correlator can be more gradually integrated or processed with smaller filter bandwidths.

Ein Daten-Abstreifprozess benutzt die „gesendet-Zeit” für den Korrelatorwert Pk,rov Es wird angenommen, dass die interne Empfängerzeit zu der wahren GPS(Global Positioning System)-Zeit besser als z. B. +/–1 ms hingesteuert wird, und das Gleiche für den Referenzempfänger gilt. Dann kann man einfach tk (welches eine Rover-Zeit ist) nehmen und als Referenzstationszeit verwenden, um die Referenzstationsträgerphase zu extrahieren. Später wird dieser Prozess umgekehrt, wobei jeglicher Zeitfehler in der Entfernung kompensiert wird. Die Satellitengeschwindigkeit und Beschleunigung werden mit diesem kleinen Zeitfehler genügend genau sein.A data stripping process uses the "sent time" for the correlator value P k, rov. It is assumed that the internal receiver time to the true Global Positioning System (GPS) time is better than e.g. B. +/- 1 ms is controlled, and the same applies to the reference receiver. Then one can simply take t k (which is a rover time) and use it as a reference station time to extract the reference station carrier phase. Later, this process is reversed, compensating for any time errors in the distance. The satellite speed and acceleration will be accurate enough with this little time error.

Alternativ kann tk durch eine Schätzung der wahren GPS-Zeit ersetzt werden, um Synchronizsationsfehler weiter zu minimieren.Alternatively t k can be replaced by an estimate of the true GPS time to minimize Synchronizsationsfehler on.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Referenzkorrelatorwerte durch Interpolation der Trägerphase der Referenzstation gewonnen.According to one embodiment of the invention, the reference correlator values are obtained by interpolation of the carrier phase of the reference station.

Die Berechnung von (3) erfordert die Auswertung der Trägerphase der Referenzstation mit einer Rate der Korrelatorwerte (z. B. 50 Hz). Die Phase selbst ist typischerweise mit einer geringeren Rate verfügbar (z. B. 1 Hz). Daher wurde ein geeignetes Interpolationsverfahren designed. In einem ersten Schritt wird die näheste, aber jüngste Referenzstationsepoche ausfindig gemacht:

Figure 00140001

tk
Korrelatorepoche (z. B. 50 Hz)
Tn
Niedrig-Raten (z. B. 1 Hz) Referenzdatenepochen
The calculation of (3) requires the evaluation of the carrier phase of the reference station at a rate of the correlator values (eg 50 Hz). The phase itself is typically available at a lower rate (eg 1 Hz). Therefore, a suitable interpolation method has been designed. In a first step, the closest but most recent reference station epoch is located:
Figure 00140001
t k
Correlator epoch (eg 50 Hz)
T n
Low rates (eg 1 Hz) Reference data epochs

Danach werden die Trägerphasendaten bei Tn, Tn-1, Tn+1 verwendet, um ein quadratischcs Polynomial zu definieren und die Interpolation durchzuführen. Das Interpolationsschema ist z. B. in einer Art und Weise gestaltet um ein kontinuierliches Interpolationsergebnis zu ergeben; ein Wechsel des Steuerpunkts tritt nur auf, wenn tk = Tn und dann ergeben beide Sets identische Ergebnisse.Thereafter, the carrier phase data at T n , T n-1 , T n + 1 are used to define a quadratic polynomial and perform the interpolation. The interpolation scheme is z. In a way designed to give a continuous interpolation result; a change of the control point only occurs if t k = T n and then both sets give identical results.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind jedoch auch andere Übertragungsmethoden in Nicht-Echtzeit oder in Echtzeit wie z. B. eine direkte Funkverbindung, eine Funknetzverbindung oder eine optische Verbindung möglich. Die Übertragung kann z. B. über GSM (Global System for Mobile Communications), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), WLAN (Wireless Local Area Network), WiFi, Adhoc-Netze, drahtgebunden, etc. Die Daten können hierbei auch in Speicherzellen gepuffert werden.According to one embodiment of the invention, however, other transmission methods in non-real time or in real time such. As a direct radio connection, a radio network connection or an optical connection possible. The transmission can z. For example, via GSM (Global System for Mobile Communications), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), WLAN (Wireless Local Area Network), WiFi, Adhoc networks, wired, etc. The data can also be buffered in memory cells.

Es ist anzumerken, dass auch die Referenzkorrelatorwerte mit Fehlern behaftet sind. In Bezug auf den Rover haben diese Fehler zu einem großen Teil die gleiche Ursache, wie z. B. Satellitenuhrfehler oder Ionosphäre und Troposphäre, und sind somit auch von Betrag und Richtung her gleich oder zumindest ähnlich. Über die Differenzkorrelatorbildung werden diese Fehler zumindest teilweise eliminiert.It should be noted that also the reference correlator values are subject to errors. With regard to the rover, these errors have to a large extent the same cause, such as: As satellite clock error or ionosphere and troposphere, and thus are the same or at least similar in magnitude and direction. About the difference correlator these errors are at least partially eliminated.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Empfänger Mittel auf, um Referenzkorrelatorwerte von der Referenzantennenposition auf eine andere geographische Position umzurechnen.According to one embodiment of the invention, the receiver has means for converting reference correlator values from the reference antenna position to another geographical position.

Die Abweichung der Referenzkorrelatorwerte zu Roverkorrelatorwerten nimmt mit steigender geometrischer Distanz zwischen Referenzantenne und Roverantenne zu. Damit erhöhen sich die verbleibenden Fehler in den Differenzkorrelatoren, was im allgemeinen kürzere Integrationszeiten bedingt. Teilweise ist die geometrische Abhängigkeit der Fehler gut bekannt und Referenzkorrelatorwerte, die für eine bestimmte Antennenposition bestimmt wurden, können auf eine andere Position (in der Nähe des Rovers) hingerechnet werden. Zum Beispiel kann die rein geometrische Abhängigkeit dadurch berücksichtigt werden, indem der Distanzunterschied zwischen tatsächlicher Referenzantennenpositionen und angenommener Referenzantennenpositionen zum Satelliten bestimmt wird und der Distanzunterschied ausgedrückt in Einheiten der Trägerphasenwellenlänge in Form eines komplexen Exponentials mit dem Referenzkorrelatorwert multipliziert wird. Ähnliche Korrekturen können auch aus Standardmodellen der Troposphäre und Ionosphäre gewonnen werden.The deviation of the reference correlator values from the rover correlator values increases as the geometric distance between the reference antenna and the rover antenna increases. This increases the remaining errors in the differential correlators, which generally results in shorter integration times. In part, the geometric dependence of the errors is well known and reference correlator values determined for a given antenna position can be counted to a different location (near the rover). For example, purely geometrical dependency can be taken into account by determining the distance difference between actual reference antenna positions and assumed reference antenna positions to the satellite and multiplying the distance difference expressed in units of the carrier phase wavelength in the form of a complex exponential with the reference correlator value. Similar corrections can also be obtained from standard models of the troposphere and ionosphere.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet der Empfänger doppelte Differenzen zwischen den internen Korrelatorwerten und Referenzkorrelatorwerten.According to one embodiment of the invention, the receiver forms double differences between the internal correlator values and reference correlator values.

Das Doppeldifferenzverfahren bildet Satellitendifferenzen zwischen zwei verschiedenen Einfach-Differenzkorrelatoren. Der Referenzsatellit bekommt den Index 1. Es ist typischerweise der Satellit mit der höchsten Elevation.The double difference method makes satellite differences between two different single difference correlators. The reference satellite gets index 1. It is typically the satellite with the highest elevation.

Der Doppeldifferenzkorrelator wird geschrieben als

Figure 00150001

tk
Weitere Satellitenepoche in [s], wenn ein Korrelatorwert für den Satellit k verfügbar ist
∇ΔP
Doppeldifferenzkorrelator
l
Referenzsatellitindex
k
Satellitenindex des weiteren Satelliten
und hängt von den zwei Epochen der beiden eingebundenen Einfach-Differenzkorrelatoren ab. Typischerweise können sie als die zeitlich nähesten Korrelatorwerte gewählt werden.The double difference correlator is written as
Figure 00150001
t k
Additional satellite epoch in [s], if a correlator value for the satellite k is available
∇ΔP
Doppeldifferenzkorrelator
l
Reference satellite Index
k
Satellite index of the further satellite
and depends on the two epochs of the two involved simple difference correlators. Typically, they can be chosen as the closest temporal correlator values.

Der Doppel-Differenzkorrelator weist eine geringere Signaldynamik als der Einfach-Differenzkorrelator auf, da die Dynamik hervorgerufen von z. B. dem Empängeruhrfehler oder der Roverbewegung durch die Differenzbildung sich eliminiert oder reduziert. Daher kann der Doppel-Differenzkorrelator länger köherent integriert werden oder mit kleineren Filterbandbreiten verarbeitet werden.The double difference correlator has a lower signal dynamics than the simple difference correlator, since the dynamics caused by z. B. the Empängeruhrfehler or rover movement by subtraction eliminated or reduced. Therefore, the double difference correlator can be more gradually integrated or processed with smaller filter bandwidths.

4 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung, bei der ein hochfrequentes Signal, z. B. ein CDMA-Signal von einer analogen Empfangseinheit 422 des Empfängers 420 empfangen wird, von analog nach digtal gewandelt wird und der DLL/FLL bzw. der Vektorschleife 428 zugeführt wird. 4 shows an inventive arrangement in which a high-frequency signal, eg. B. a CDMA signal from an analog receiving unit 422 Recipient 420 is received, is converted from analog to digtal and the DLL / FLL or the vector loop 428 is supplied.

Wie weiter in 4 dargestellt, wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Signalverarbeitungsanordnung zur Verfügung gestellt, aufweisend

  • – einen Korrelator 428 zur Erzeugung interner Korrelatorwerte durch Korrelation, wobei bei der Korrelation ein intern zur Verfügung stehender Code 426 mit einem empfangenen Signal 440 korreliert wird, wobei das empfangene Signal 440 einen Träger und einen auf den Träger modulierten Code aufweist,
  • eine Empfangsschnittstelle 424 zum Empfangen von Trägerphasenwerten, wobei die Signalverarbeitungsanordnung
  • eine Referenzkorrelatorwerteerzeugungseinheit 430 zur Erzeugung von Referenzkorrelatorwerten aus den Trägerphasen aufweist, und
  • – einen Differenzkorrelator 432 aufweist, der die Differenz zwischen den Referenzkorrelatorwerten und den internen Korrelatorwerten bildet.
As in further 4 In accordance with one embodiment of the invention, a signal processing arrangement is provided, comprising
  • - a correlator 428 for generating internal correlator values by correlation, wherein in the correlation an internally available code 426 with a received signal 440 is correlated with the received signal 440 has a carrier and a code modulated on the carrier,
  • - a reception interface 424 for receiving carrier phase values, the signal processing arrangement
  • A reference correlator value generation unit 430 for generating reference correlator values from the carrier phases, and
  • - a difference correlator 432 which is the difference between the reference correlator values and the internal correlator values.

Hier sei nochmals darauf hingewiesen, dass unter Differenz insbesondere auch das Produkt vom Korrelatorwert mit dem komplex konjugierten Referenzkorrelatorwert verstanden, wie es z. B. bei den Differenzkorrelatoren 432 gebildet wird, um die Differenz der Korrelatorphasen zu erhalten.It should be pointed out once again that differential also means, in particular, the product of the correlator value with the complex conjugate reference correlator value, as described, for example, in US Pat. B. in the differential correlators 432 is formed to obtain the difference of the correlator phases.

Es sei weiterhin angemerkt, dass die Operationen die in den digitalen Blöcken in 4, d. h. alle Blöcke mit Ausnahme der analogen Empfangseinheit R22, für jedes empfangene Signal, durchgeführt werden, abhängig von der Rechenkapazität des Empängers. Die Signale unterscheiden sich hierbei z. B. im CDMA-Code, der Frequenz, etc.It should also be noted that the operations described in the digital blocks in FIG 4 that is, all blocks except the analog receiving unit R22, for each received signal, are performed, depending on the computing capacity of the receiver. The signals differ here z. In CDMA code, frequency, etc.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet der Differenzkorrelator 432 einfache und/oder doppelte Differenzen, wie bereits oben beschrieben.According to one embodiment of the invention, the differential correlator forms 432 simple and / or double differences, as already described above.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Differenzen mit einem Filter 434 gefiltert und einer Codephasenbestimmungseinheit 436 und/oder Trägerphasenbestimmungseinheit weitergeleitet.According to an embodiment of the invention, the differences are with a filter 434 filtered and a code phase determination unit 436 and / or carrier phase determination unit forwarded.

Das Filter 434 kann gemäß einer Ausführungsform ein adaptives, spektrales Filter oder ein Kostenminimierungsfilter sein. Durch das Filter werden z. B. spektrale Anteile herausgefiltert, um z. B. Mehrwegeempfang und noch vorhandene Dopplerverschiebungen zu eliminieren. Das Filter 434 wird weiter unten in dieser Beschreibung erläutert.The filter 434 may be an adaptive spectral filter or a cost minimization filter according to one embodiment. Through the filter z. B. filtered spectral components to z. B. multipath and eliminate existing Doppler shifts. The filter 434 will be explained later in this description.

Um die Rover-Trägerphasenbeobachtungen zu erhalten, werden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wie in 6 gezeigt, folgende Schritte durchgeführt:
Für die Korrelatorwerte wird der Phasendiskriminator (z. B. atan2) gebildet (750). Der Phasendiskriminator 750 stellt die gewickelte Trägerphase dar.
In order to obtain the rover carrier phase observations, according to one embodiment of the invention, as in FIG 6 shown, performed the following steps:
For the correlator values the phase discriminator (eg atan2) is formed ( 750 ). The phase discriminator 750 represents the wound carrier phase.

„Gewickelte Trägerphase (englisch wrapped carrier phase) bedeutet hierbei, dass bei Erreichen eines Phasenwertes einer fortschreitenden Phase von 360° die Phase wieder bei 0° beginnt, bzw. einen Wertebereich von 0° bis 360° aufweist. Bei einem atan2-Diskrimininator kann sich dieser Bereich auch über –180°...+180° erstrecken, der bei Addition von 360° zu den negativen Werten wieder auf den Bereich 0°...360° abgebildet werden kann. Bei einer „abgewickelten Phase” (englisch „unwrapped Phase”) hingegen werden die Phasenwerte einer fortschreitenden Phase kontinuierlich erhöht, d. h. sie kann auch Werte über 360° annehmen, bzw. über 180° in vorgenanntem atan2-Beispiel."Wound carrier phase (English wrapped carrier phase) means here that when a phase value of a progressive phase of 360 ° is reached, the phase begins again at 0 °, or has a value range from 0 ° to 360 °. With an atan2 discriminator, this range can also extend over -180 ° ... + 180 °, which can be mapped back to the range 0 ° ... 360 ° when adding 360 ° to the negative values. In the case of an unwrapped phase, on the other hand, the phase values of a progressive phase are continuously increased; H. it can also assume values over 360 °, or over 180 ° in the aforementioned atan2 example.

Die gewickelte Trägerphase wird in 750 abgewickelt. Eine Polynomial-Anpassung 752 glättet die abgewickelte Phase zwischen zwei Ausgabe-Epochen. Danach wird das Polynom an der vorigen Ausgabe-Epoche ausgewertet (754, 756) und das Ergebnis wird mit der vorigen Trägerphasen-Ausgabe verglichen (754). Im Idealfall ist die Differenz sehr nahe an einem ganzzahligen Wert und dieser ganzzahlige Wert kann verwendet werden, um die Trägerphasenmehrdeutigkeit für die aktuelle Epoche aufzulösen. Falls der fraktionale Anteil dieser Differenz größer als z. B. 0,25 Zyklen ist, wird ein Cycle-Slip erklärt. Dieser Prozess wird als Trägerphasenfortführung bezeichnet. Unter Verwendung der aufgelösten Mehrdeutigkeit wird das Polynom zu der aktuellen Ausgabe-Epoche ausgewertet (756). Dies stellt die Trägerphasenschätzung dar. Falls unterstützende Information 718 (s. 7) vorhanden ist (z. B. wenn dieser Kanal ein Teil eines integrierten GPS/INS-System ist), dann wird der inertiale- bzw. geometriebasierte Phasenoffset zu der Trägerphasen-Pseudoentfernung hinzuaddiert. Die Prozedur wird wiederholt für alle nachgeführten GNSS-Signale unabhängig voneinander durchgeführt und die Trägerphasenschätzungen werden in eine RINEX-Datei geschrieben oder in einem anderen Format wie z. B. RTCM, BINEX der nächsten Verarbeitungsstufe zugeführt. Diese kann z. B. die Position der Roverantenne bestimmen.The wound carrier phase is in 750 settled. A polynomial adaptation 752 smooths the completed phase between two output epochs. Then the polynomial at the previous edition epoch is evaluated ( 754 . 756 ) and the result is compared with the previous carrier phase output ( 754 ). Ideally, the difference is very close to an integer value and this integer value can be used to resolve the carrier phase ambiguity for the current epoch. If the fractional fraction of this difference is greater than z. B. 0.25 cycles, a cycle slip is explained. This process is called carrier phase continuation. Using the resolved ambiguity, the polynomial is evaluated at the current output epoch ( 756 ). This represents the carrier phase estimate. If supporting information 718 (S. 7 ) (eg, if this channel is part of an integrated GPS / INS system), then the inertial or geometry based phase offset is added to the carrier phase pseudorange. The procedure is performed repeatedly for all tracked GNSS signals independently and the carrier phase estimates are written to a RINEX file or in a different format, such as a RINEX file. B. RTCM, BINEX supplied to the next processing stage. This can, for. B. determine the position of the rover antenna.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Signallaufzeitmesssystem, das einen Referenzempfänger und einen Empfänger aufweist, zur Verfügung gestellt, wobei

  • – der Referenzempfänger und der Empfänger örtlich voneineander getrennt sind
  • – der Referenzempfänger Mittel aufweist, Signallaufzeiten eines elektromagnetischen Signals zu messen,
  • – wobei das elektromagnetische Signal ein hochfrequentes Signal ist
  • – wobei auf das elektromagnetische Signal mit einem Code moduliert ist
  • – wobei der Referenzempfänger Mittel aufweist, um Trägerphasen zu messen
  • – wobei der Referenzempfänger Mittel aufweist, um die Werte der gemessenen Trägerphasen auszusenden
  • – wobei der Empfänger Mittel aufweist, um die vom Referenzempfänger gesendeten Trägerphasenwerte zu empfangen
  • – wobei der Empfänger Mittel aufweist, um das elektromagnetische Signal zu empfangen und mit einem intern zur Verfügung gestellten Code zu korrelieren, so dass interne Korrelatorwerte erzeugt werden, wobei
  • – der Empfänger Mittel aufweist, um aus den vom Referenzempfänger gesendeten Trägerphasen Referenzkorrelatorwerte zu erzeugen
  • – der Empfänger einen Differenzkorrelator aufweist, der die Differenz zwischen den internen Korrelatorwerten und den Referenzkorrelatorwerten bildet
According to one embodiment of the invention, a signal transit time measurement system having a reference receiver and a receiver is provided, wherein
  • - The reference receiver and the receiver are physically separated from each other
  • The reference receiver has means to measure signal propagation times of an electromagnetic signal,
  • - wherein the electromagnetic signal is a high-frequency signal
  • - wherein the electromagnetic signal is modulated with a code
  • - wherein the reference receiver has means to measure carrier phases
  • - wherein the reference receiver comprises means for transmitting the values of the measured carrier phases
  • - wherein the receiver comprises means for receiving the carrier phase values transmitted by the reference receiver
  • - wherein the receiver comprises means for receiving the electromagnetic signal and correlating with an internally provided code, so that internal correlator values are generated, wherein
  • - The receiver comprises means for generating reference correlator values from the carrier phase transmitted by the reference receiver
  • - The receiver has a differential correlator, which forms the difference between the internal correlator values and the reference correlator values

Der Referenzempfänger weist zumindest eine Trägerphasenmesseinheit auf, um Trägerphasen zu messen und eine Sendeschnittstelle, um die Messwerte auszusenden. Die Sendeschnittstelle kann hierbei beliebig spezifiziert sein, z. B. gemäß einem Mobilfunkprotokoll, WLAN usw. Vorzugsweise wird der Referenzempfänger mehrere Kanäle aufweisen, so dass mehrere Signale gleichzeitig gemessen werden können. Die Signale können z. B. von verschiedenen Navigationssatelliten stammen und auch unterschiedlichen Navigationssystemen zugehören, wie. Z. B. GPS, GALILEO, SBAS, EGNOS, GLONASS, COMPASS, etc. oder terrestrischen Stationen, wie z. B. Pseudo-Satelliten (engl. pseudolites).The reference receiver has at least one carrier phase measuring unit to measure carrier phases and a transmitting interface to transmit the measured values. The transmission interface can be specified here arbitrarily, z. B. according to a wireless protocol, WLAN, etc. Preferably, the reference receiver will have multiple channels, so that multiple signals can be measured simultaneously. The signals can z. B. come from different navigation satellites and also belong to different navigation systems, such as. For example, GPS, GALILEO, SBAS, EGNOS, GLONASS, COMPASS, etc. or terrestrial stations, such. B. pseudo-satellites (English pseudolites).

Der Referenzempfänger kann beispielsweise ein gewöhnlicher GNSS-Empfänger sein, der Messwerte in einer beliebigen Form ausgeben kann. So wäre es zum Beispiel möglich, dass die Sendeschnittstelle eine Ethernetschnittstelle ist, und der Empfänger Z. B. gemäß dem Rinex-Protokoll über eine Internet-Protokoll-Verbindung (LAN, WLAN) in regelmäßigen Intervallen Daten über UDP, TCP/IP oder Dateitransfer zu dem Empfänger schickt, der eine entsprechende Gegenschnittstelle aufweist.The reference receiver may be, for example, an ordinary GNSS receiver that can output readings in any form. For example, it would be possible that the transmission interface is an Ethernet interface, and the receiver ZB according to the Rinex protocol via an Internet Protocol connection (LAN, WLAN) at regular intervals data via UDP, TCP / IP or file transfer to the receiver sends, which has a corresponding counter-interface.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das empfangene Signal mit einem Datenbit moduliert, und der Empfänger entfernt das Datenbit vor der Bildung der Differenzen. Hierzu verwendet ein Daten-Abstreifprozess die „gesendet-Zeit” für den Korrelatorwert Pk,rov. In Satellitennagationssystemen werden Navigationsnachrichten mit einer geringen Symbolrate von z. B. 50 Hz oder 100 Hz mit dem Pseudozufallscode verknüpft. Das Datenbit kann als Beispiel in einer Zweiphasenmodulation (BPSK, Binary Phase Shift Keying), die die Zustande 0° und 180° kennt, bewirken, dass der Pseudozufallscode invertiert wird, solange das Datenbit z. B. eine „1” ist. Bei einer Phasenmodulation kann dies beispielsweise wiederum bewirken, dass die Trägerphase um 180° gegenüber der Trägerphase ohne Datenbit gedreht wird. Da in der Referenzträgerphase diese Phsendrehung nicht enthalten ist, muss bei der Differenzbildung dieses Datenbit berücksichtigt, d. h. entfernt werden. Das Datenbit kann aber auch an einer anderen Stelle, wie z. B. in der FLL oder nach der Differenzbildung eliminiert werden.According to an embodiment of the invention, the received signal is modulated with a data bit, and the receiver removes the data bit before forming the differences. For this purpose, a data stripping process uses the "sent time" for the correlator value P k, rov . In satellite navigation systems, navigation messages with a low symbol rate of e.g. B. 50 Hz or 100 Hz associated with the pseudo-random code. By way of example, in a two-phase modulation (BPSK), which knows the states 0 ° and 180 °, the data bit can cause the pseudo-random code to be inverted as long as the data bit z. B. is a "1". In the case of a phase modulation, this can, for example, in turn cause the carrier phase to be rotated by 180 ° with respect to the carrier phase without data bits. Since this phase rotation is not contained in the reference carrier phase, this data bit must be taken into account, ie removed, during the subtraction. The data bit can also be in another place, such. B. in the FLL or after subtraction are eliminated.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Differenzen gefiltert und die gefilterten Differenzen zur Codephasenbestimmung und/oder zur Trägerphasenbestimmung verwendet. Durch die Filterung werden in erster Linie noch vorhandene Dopplerverschiebungen und Mehrwegesignale entfernt, wie im Folgenden genauer beschrieben wird.According to one embodiment of the invention, the differences are filtered and the filtered differences used for code phase determination and / or carrier phase determination. The filtering primarily removes any remaining Doppler shifts and multipath signals, as described in more detail below.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Differenzen mit einem adaptiven Filter gefiltert. Allgemein hat das adaptive Filter F die Form Q(tμ) = F{P(tμ)} (6) According to an embodiment of the invention, the differences are filtered with an adaptive filter. In general, the adaptive filter F has the form Q (t μ ) = F {P (t μ )} (6)

und wandelt die rohen Korrelatorwerte P in gefilterte Korrelatorwerte Q um. Das Filter kann mit nicht-differenzierten Werten, Einfachdifferenzen oder Doppeldifferenzen arbeiten.and converts the raw correlator values P into filtered correlator values Q. The filter can work with non-differentiated values, single differences or double differences.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden bei der Filterung der Differenzen unter Verwendung des adaptiven Filters folgende Schritte ausgeführt:

  • – Transformation der Differenzen in den Frequenzbereich
  • – Bestimmung der Dopplerverschiebung in Richtung der Sichtlinie
  • – Adaptive Dopplerfilterung
  • – Rücktransformation in den Zeitbereich
  • – Ausgabe der gefilterten Differenzen
According to an embodiment of the invention, in filtering the differences using the adaptive filter, the following steps are performed:
  • - Transformation of the differences in the frequency domain
  • - Determination of the Doppler shift in the direction of the line of sight
  • - Adaptive Doppler filtering
  • - Back transformation into the time domain
  • - Output of the filtered differences

Die Schätzung im Frequenzbereich multipliziert erst die Korrelatorwerte mit der passenden Fensterfunktion h (z. B. ein Hamming-Fenster) P'(tμ) = P(tμ)h(tμ)(7) The estimate in the frequency domain first multiplies the correlator values with the appropriate window function h (eg a Hamming window) P '(t μ ) = P (t μ ) h (t μ ) (7)

Dann wird die Vektorlänge erhöht, um eine bessere Frequenzauflösung zu erhalten, und die Fouriertransformation berechnet. P ~(f) = FFT{P'(f)) (8) Then, the vector length is increased to obtain a better frequency resolution and the Fourier transform is calculated. P ~ (f) = FFT {P '(f)) (8)

Im nächsten Schritt wird der dominante Spektralanteil ermittelt als

Figure 00210001
In the next step, the dominant spectral component is determined as
Figure 00210001

Spektralanteile, die sich jenseits eines bestimmten Schwellwerts befinden, werden als Rauschen oder als Meterweg erachtet und werden im Frequenzbereich gelöscht:

Figure 00210002
Spectral components that are beyond a certain threshold are considered noise or meter-path and are deleted in the frequency domain:
Figure 00210002

Der Schwellwert γ liegt typischerweise bei 99%.The threshold value γ is typically 99%.

Schließlich werden die gefilterten Korrelatorwerte über eine inverse Fouriertransformation erhalten.Finally, the filtered correlator values are obtained via an inverse Fourier transform.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das adaptive Filter auf die Einfach-Differenzkorrelatorwerte angewandt und die Phase der gefilterten Korrelatorwerte wird abgewickelt, um nicht-differenzierte Trägerphasen-Ausgabedaten aus den Einfach-Differenzkorrelatorwerten zu erhalten: ΔQk(t) = F{ΔPk(t)} = |ΔQk(t)|exp{iΔηk(t)} (11)

ΔQk
Gefilterter Einfach-Differenzkorrelator
F
Adaptives Filter
Δηk
Abgewickelte Phase des gefilterten Einfach-Differenzkorrelators [rad]
According to an embodiment of the invention, the adaptive filter is applied to the single difference correlator values and the phase of the filtered correlator values is unwound to obtain non-differentiated carrier phase output data from the single difference correlator values: ΔQ k (t) = F {ΔP k (t)} = | ΔQ k (t) | exp {iΔη k (t)} (11)
ΔQ k
Filtered simple difference correlator
F
Adaptive filter
Δη k
Unwound phase of the filtered simple difference correlator [rad]

Schließlich wird die ausgepackte Phase zu der Phase der Referenzstation hinzuaddiert, wobei man die neue, nicht-differenzierte Rover-Trägerphase erhält, die dann z. B. in eine RINEX-Datei geschrieben wird: φk,rov(t) = Δηk(t) + φk,ref(t) (12) Finally, the unwrapped phase is added to the phase of the reference station, obtaining the new, non-differentiated Rover carrier phase, which is then z. For example, writing to a RINEX file: φ k, rov (t) = Δη k (t) + φ k, ref (t) (12)

Alternativ können die Einfach-Differenzkorrelatorwerte direkt zur weiteren Auswertung wie z. B. zur Positionsbestimmung herangezogen werden.Alternatively, the simple difference correlator values can be used directly for further evaluation, such as, for example, B. are used to determine the position.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird im Falle der Doppeldifferenzen das adaptive Filter auf die Doppeldifferenzkorrelatorwerte angewandt und die resultierende Phase wird abgewickelt. ∇ΔQk,l(t) = F{∇ΔPk,l(t)} = |∇ΔQk,l(t)}|exp{i∇Δηk,l(t)} (13)

∇ΔQk,l
Gefilterter Doppel-Differenzkorrelator
F
Adaptives Filter
Δηk,l
Abgewickelte Phase des gefilterten Doppeldifferenzkorrelators [rad]
According to one embodiment of the invention, in the case of double differences, the adaptive filter is applied to the double difference correlator values and the resulting phase is unwound. ∇ΔQ k, l (t) = F {∇ΔP k, l (t)} = | ∇ΔQ k, l (t)} | exp {i∇Δη k, l (t)} (13)
∇ΔQ k, l
Filtered double difference correlator
F
Adaptive filter
Δη k, l
Completed phase of the filtered double difference correlator [rad]

Um Korrekturwerte für die Phasenbeobachtung zu erlangen werden Einfach-Differenz-Beobachtungen benötigt, wodurch man schließlich, wie bereits oben beschrieben, nicht-differenzierte Beobachtungen erhält. Die Wiedergewinnung von Einfach-Differenz- von der Doppeldifferenzphase ist nicht geradlinig, weil der Empfängeruhrfehler vollständig während des Prozesses ausgelöscht wurde. Im Folgenden werden zwei Methoden vorgeschlagen um den Empfängeruhrfehler wieder einzuführen. In order to obtain correction values for the phase observation, single-difference observations are needed, whereby finally, as already described above, non-differentiated observations are obtained. The recovery of single difference from the double difference phase is not straightforward because the receiver clock error has been completely canceled out during the process. In the following two methods are proposed to reintroduce the receiver clock error.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Wiedergewinnung von Einfach-Differenz- von der Doppeldifferenzphase durch eine Inversion basierend auf dem stärksten Satelliten. Wenn ein starker Satellit verfügbar ist, d. h. z. B. der Referenzsatellit, kann seine Trägerphase mit dem Einfach-Differenzansatz oder über nicht-differenzierte Daten geschätzt werden. Dann erhält man die Einfach-Differenz-Trägerphase der anderen Satelliten, indem man die Doppeldifferenz zu der Referenz-Einfach-Differenz dazuaddiert. Die nicht-differenzierten Beobachtungen werden schließlich durch Addition der Trägerphase der Referenzstation erhalten: φk,rov(tk) = ∇Δηk,l(tk, tl) + Δηl(tl) + φk,ref(tk) (14) According to one embodiment of the invention, the recovery of single difference from the double difference phase is accomplished by an inversion based on the strongest satellite. If a strong satellite is available, ie, the reference satellite, its carrier phase can be estimated using the simple difference approach or non-differentiated data. Then one obtains the single difference carrier phase of the other satellites by adding the double difference to the reference single difference. The non-differentiated observations are finally obtained by adding the carrier phase of the reference station: φ k, rov (t k) = ∇Δη k, l (t k, t l) + Δη l (t l) + φ k, ref (t k) (14)

Es ist zu beachten, dass diese Berechnung nur für die RINEX Ausgabeepoche berechnet werden muss.Please note that this calculation only has to be calculated for the RINEX output period.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthalten die gefilterten Differenzen pünktliche, frühe und späte Differenzen. Die gefilterten Differenzen werden in einem Codediskriminator verarbeitet und aus den Ergebnissen des Codediskriminators werden Pseudo-Entfernungen berechnet.According to one embodiment of the invention, the filtered differences include punctual, early and late differences. The filtered differences are processed in a code discriminator and pseudoranges are calculated from the results of the code discriminator.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Wiedergewinnung von Einfach-Differenz- von der Doppeldifferenzphase durch eine Pseudoentfernungbasierte Inversion. Falls einfache oder nicht-differenzierte Nachführung für den Referenzsatelliten nicht angewandt werden kann, dann kann man wählen, die Trägerphase des Referenzsatelliten von der Code-Pseudoentfernung abzuleiten. Die nicht-differenzierte Trägerphase aller Satelliten ist gegeben durch:

Figure 00230001

Rl,rov
Code-Pseudoentfernung des Rovers für den Referenzsatelliten
λ
Träger-Wellenlänge [m]
According to another embodiment of the invention, the recovery of single difference from the double difference phase is done by a pseudorange based inversion. If simple or undifferentiated tracking can not be used for the reference satellite, then one can choose to derive the carrier phase of the reference satellite from the code pseudorange. The non-differentiated carrier phase of all satellites is given by:
Figure 00230001
R l, rov
Code pseudorange of the rover for the reference satellite
λ
Carrier wavelength [m]

Es ist zu beachten, dass diese Berechnung nur für die RINEX Ausgabeepoche berechnet werden muss.Please note that this calculation only has to be calculated for the RINEX output period.

Vorzugsweise wird die RTK (Real-Time-Kinematik) Positionierung mit Doppeldifferenzbeobachtungen durchgeführt. Jeglicher Fehler, der aufgrund der Verwendung der Code-Pseudoentfernung über (15) in die nicht-differenzierten Trägerphasenwerte eingebracht wurde, wird ausgelöscht. Falls der Positionieralgorithmus mit nicht-differenzierten Trägerphasen funktioniert, werden Fehler, die durch (15) eingebracht worden sind, sich auf die trägerphasenbasierte Empfängeruhrschätzung auswirken. Der künstlich eingeführte Empfängeruhrfehler ist ziemlich hoch und steht direkt zu der Code-Pseudoentfernung-Genauigkeit von Rl,rov.Preferably, the RTK (Real-Time Kinematics) positioning is performed with double difference observations. Any error introduced into the non-differentiated carrier phase values due to the use of the code pseudorange via (15) is canceled out. If the positioning algorithm works with non-differentiated carrier phases, errors introduced by (15) will affect the carrier-phase-based receiver clock estimate. The artificially introduced receiver clock error is quite high and is directly related to the code pseudorange accuracy of R l, rov .

Alternativ können die Doppel-Differenzkorrelatorwerten direkt zur weiteren Auswertung wie z. B. zur Positionsbestimmung herangezogen werden.Alternatively, the double difference correlator values can be used directly for further evaluation such as. B. are used to determine the position.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das spektrale adaptive Filter auch für Codenachführung angewandt werden. Die Idee ist hierbei, Doppeldifferenzkorrelatoren zu bilden, jedoch anstatt 4 pünktliche Korrelatorwerte (Referenstation/Rover und zwei Satelliten) zu verwenden, wird der Rover-Korrelatorwert des betrachteten Satelliten (d. h. nicht des Referenzsatelliten) durch einen Früh- oder Spätkorrelatorwert (oder einen Mehrfachkorrelatorwert) ersetzt. Daher wird der Doppeldifferenz-Früh-/Spätkorrelator geschrieben als: ∇ΔE k / α(tk) = exp{iϕk,NCO}E k,rov / a(tk)exp{–iϕk,ref}d(t k / sent) × exp{–iϕl,NCO}P l,rov / a(tk)exp{iϕl,ref}d(t l / sent) (16)

E
Früh-/Spätkorrelatorwert
α
Früh-/Spätindex; bezieht sich auf den Codephasenoffset oder Korrelatorabstand
l
Referenzsatellitenindex
k
Satellitenindex des betrachteten Satelliten
According to one embodiment of the invention, the spectral adaptive filter can also be used for code tracking. The idea is to form double difference correlators, but instead of using 4 punctual correlator values (reference station / rover and two satellites), the rover correlator value of the considered satellite (ie, not the reference satellite) is given an early or late correlator value (or multiple correlator value). replaced. Therefore, the double difference early / late correlator is written as: ∇ΔE k / α (t k) = exp {Iø k, k E} NCO, rov / a (t k) exp {-iφ k, ref} d (tk / sent) × exp {-iφ l, NCO} P l, rov / a (t k) exp {Iø l, ref} d (tl / sent) (16)
e
Early / Spätkorrelatorwert
α
Early / late index; refers to the code phase offset or correlator distance
l
Reference satellite Index
k
Satellite index of the considered satellite

Die Früh-/Spätkorrelatorwerte werden über das gleiche Intervall, das ein Bündel an Korrelatorwerten umfasst, gebildet wie die Promptkorrelatorwerte. The early / late correlator values are formed over the same interval comprising a bundle of correlator values as the prompt correlator values.

In einem weiteren Schritt wird das adaptive Frequenzbereichsfilter mit der dominanten Frequenz verwendet, die von dem pünktlichen Doppeldifferenzkorrelatorwert genommen wurde. Alle Früh-/Spätkorrelatoren werden dann mit den gleichen dominanten Frequenzwerten gefiltert. Dieses Filtern löscht Mehrwege-Beiträge in der gleichen Weise wie Mehrweg von dem pünktlichen Doppeldifferenzwert gelöscht werden.In a further step, the adaptive frequency domain filter is used with the dominant frequency taken from the punctual double difference correlator value. All early / late correlators are then filtered with the same dominant frequency values. This filtering clears multipath posts in the same way as multipath is deleted from the punctual double difference value.

Schließlich werden die gefilterten Korrelatorwerte separat für alle Werte der Codephasenoffsets über den Bündelzeitraum addiert und benutzt, um die Codephase zu schätzen. Dies kann entweder unter Benutzung von nicht-parametrischen Methoden, wie z. B. „Narrow Correlator” oder komplizierteren Mehrweg-Parameterschätzmethoden geschehen.Finally, the filtered correlator values are separately added for all values of the code phase offsets over the burst period and used to estimate the code phase. This can be done either using non-parametric methods, such as. "Narrow Correlator" or more complicated multipath parameter estimation methods.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird die Filterung mit einem Kostenminimierungsfilter durchgeführt.According to a further embodiment of the invention, the filtering is performed with a cost minimization filter.

Das Kostenminimierungsfilter passt zunächst ein Modell an das Bündel von Korrelatorwerten an.

Figure 00250001

φ
Trägerphasenoffset [rad]
f
Dopplerfrequenz [Hz]
α
Beschleunigung [Hz/s]
The cost minimization filter first adapts a model to the bundle of correlator values.
Figure 00250001
φ
Carrier phase offset [rad]
f
Doppler frequency [Hz]
α
Acceleration [Hz / s]

Alternativ können auch andere Kostenfunktionen und/oder eine höhere Anzahl an Parametern (z. B. Beschleunigungsänderung) gewählt werden. Ein Beispiel für eine andere Kostenfunktion wäre

Figure 00260001
Alternatively, other cost functions and / or a higher number of parameters (eg acceleration change) can also be selected. An example of another cost function would be
Figure 00260001

Ein „Dach” über einem Symbol bezeichnet einen geschätzten Parameter. Der zulässige Bereich für den Doppler und die Beschleunigung kann basierend auf das vorherige Wissen der Sichtliniendynamik begrenzt werden. Die Schätzung selbst wird z. B. mit einem Rastersuchalgorithmus für Doppler und Beschleunigung durchgeführt. Für feste Doppler- und Beschleunigungswerte kann die Phase analytisch berechnet werden.A "roof" over a symbol denotes an estimated parameter. The allowable range for Doppler and acceleration may be limited based on the prior knowledge of visual line dynamics. The estimate itself is z. B. performed with a raster search algorithm for Doppler and acceleration. For fixed Doppler and acceleration values, the phase can be calculated analytically.

Basierend auf den geschätzten Parameter sind die gefilterten Korrelatorwerte gegeben durchBased on the estimated parameters, the filtered correlator values are given by

Figure 00260002
Figure 00260002

Die geschätzte gewickelte Trägerphase und die Dopplerfrequenz können direkt aus obiger Gleichung abgelesen werden oder es kann der gefilterte püntkliche Korrelator über den Bündelzeitraum aufaddiert werden und Standardmethoden wie der atan, atan2 Diskriminator könner zur Gewinnung der gewickelten Trägerphase und der Dopplerfrequenz herangezogen werden.The estimated wound carrier phase and Doppler frequency can be read directly from the above equation, or the filtered punctual correlator can be added over the burst period and standard methods such as the atan, atan2 discriminator can be used to obtain the wound carrier phase and Doppler frequency.

Das Kostenminimierungsfilter kann auf Früh-/Spätkorrelatorwerte angewendet werden, wobei die Modellparameter von der Schätzung des Promptkorrelators übernommen werden.The cost minimization filter can be applied to early / late correlator values with model parameters taken from the prompt correlator estimate.

Figure 00260003
Figure 00260003

Die so erhaltenen Früh-/Spätkorrelatorwerte können über den Bündelzeitraum aufaddiert werden und können zur Codephasenbestimmung ähnlich wie beim spektralen Filter herangezogen werden (Early-late tracking).The early / late correlator values thus obtained can be added up over the bundle period and can be used for code phase determination similarly to the spectral filter (early-late tracking).

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand 7 erläutert.The invention will be described below with reference to an embodiment and with reference 7 explained.

Das digitalisierte und heruntergemsichte Signal wird in 702 in der DLL (Code-Nachführregelkreis) bzw. FLL (Frequenz-Nachführregelkreis) nachgeführt. Anstelle der DLL/FLL-Kreise kann auch ein Vektor-Nachführregelkreis zum Einsatz kommen. Für die Bestimmung der Codephase werden z. B. mit 50 Hz die frühen und späten Korrelatorwerte, für die Bestimmung der Trägerphase die pünktlichen Korrelatorwerte an einen Ringbuffer 706 übertragen. Synchronisiert auf z. B. die 1-Hz-Rinex Epochen 710, 712, extrahiert der Bündelextraktor die Korrelatorwerte aus dem Ringbuffer 706. The digitized and diminished signal is displayed in 702 tracked in the DLL (code tracking loop) or FLL (frequency tracking loop). Instead of the DLL / FLL circuits, a vector tracking control loop can also be used. For the determination of the code phase z. For example, at 50 Hz, the early and late correlator values, and for determining the carrier phase, the punctual correlator values to a ring buffer 706 transfer. Synchronized on z. For example, the 1 Hz Rinex epochs 710 . 712 The bundle extractor extracts the correlator values from the ring buffer 706 ,

Wie in 8 gezeigt, werden zuerst die Korrelatorwerte in Bündel 802, 804 gruppiert. Die Bündellänge ist gleich der RINEX Beobachtungsrate (z. B. 1 s oder 30 s) plus einer gewissen Überlappungsperiode (z. B. 20 ms oder 0,5 s). Das Bündel endet genau vor der RINEX Beobachtungsepoche 806 bzw. 808.As in 8th First, the correlator values are shown in bundles 802 . 804 grouped. The burst length is equal to the RINEX observation rate (eg 1 s or 30 s) plus a certain overlap period (eg 20 ms or 0.5 s). The bundle ends just before the RINEX observation epoch 806 respectively. 808 ,

Wenn man beispielhaft eine RINEX-Rate von 1 Hz und eine Korrelatorrate von 50 Hz annimmt, dann besteht ein Bündel aus ungefähr 75 komplexwertigen Korrelatorwerten, wobei die ersten 25 Korrelatorwerte mit dem vorigen Bündel überlappen. Für jeden Korrelatorwert werden auch die entsprechenden Zeitepochen und NCO(Numerical Controlled Oscillator)-Werte gespeichert. Optional könnte man auch in Betracht ziehen, ein paar Korrelatorwerte mehr mit in die jeweiligen Bündel einzuschließen (nach der RINEX Epoche, z. B. 100 ms), aber dies würde die Gesamtlatenz des Empfängers erhöhen. Es ist vorteilhaft, das Überlappen zweier Bündel zu minimieren um sicherzustellen, dass die Schätzungen statistisch unabhängig sind und die Phasendifferenz an der Grenze dann ein klarer Hinweis ist, ob eine kontinuierliche Trägerphasen-Nachverfolgung stattfindet oder oh sogenannte Cycle Slips auftreten.Assuming, for example, a 1 Hz RINEX rate and a 50 Hz correlator rate, then a cluster consists of approximately 75 complex correlator values, with the first 25 correlator values overlapping the previous burst. For each correlator value, the corresponding time periods and NCO (Numerical Controlled Oscillator) values are also stored. Optionally one could also consider including some correlator values in the respective bundles (after the RINEX epoch, eg 100 ms), but this would increase the overall latency of the receiver. It is advantageous to minimize the overlap of two bundles to ensure that the estimates are statistically independent and the phase difference at the boundary is then a clear indication of whether continuous carrier phase tracking is taking place or oh so-called cycle slips occur.

Als Cycle-Slip bezeichnet man plötzliche Änderungen in der ganzzahligen Phasenmehrdeutigkeit der Trägerphasenmessung, die meist durch einen kurzen Verlust der Signalnachführung entstehen.Cycle slip refers to sudden changes in the integer phase ambiguity of the carrier phase measurement, which usually results from a brief loss of signal tracking.

Nachdem ein Bündel gebildet worden ist, multipliziert ein Daten-Abstreifprozess 716 die Korrelatorwerte mit den entsprechenden Navigationsdatenbits bzw. Navigationsdatensymbolen. Die Bits bzw. Symbole werden von der Referenzstation 308 zur Verfügung gestellt.After a bundle has been formed, a data stripping process multiplies 716 the correlator values with the corresponding navigation data bits or navigation data symbols. The bits or symbols are from the reference station 308 made available.

Unter Verwendung von rohen Trägerphasenbeobachtungen 708 von der Referenzstation 308 werden die Differenzkorrelatoren 726 gebildet. Dies ist in 7 in 720 dargestellt.Using raw carrier phase observations 708 from the reference station 308 become the difference correlators 726 educated. This is in 7 in 720 shown.

In 720 werden die rohen Korrelatorwerte in Einfach-Differenzwerte oder Doppel-Differenzwerte umgewandelt. Optional kann er so konfiguriert werden, dass er in einem Bypass-Modus arbeitet und dann die rohen, d. h. nicht-differenzierten Korrelatorwerte ausgibt.In 720 The raw correlator values are converted into single difference values or double difference values. Optionally, it can be configured to operate in a bypass mode and then output the raw, ie non-differentiated correlator values.

Falls unterstützende Information 718 verfügbar ist, z. B. wenn dieser Kanal Teil eines integrierten GPS/INS (Global Positioning System/Inertial Navigation System) ist, dann wird die inertiale/geometrie-basierte Nutzerdynamik in den Korrelatorwerten korrigiert.If supporting information 718 is available, for. If, for example, this channel is part of an integrated GPS / INS (Global Positioning System / Inertial Navigation System), the inertial / geometry-based user dynamics are corrected in the correlator values.

Die Bündel mit den Korrelatorwerten werden in ein Filter 730, 740 gespeist. Dies kann zum Beispiel ein Frequenzbereich-Filter 730 oder ein Kostenminimierungsfilter 740 sein.The bundles with the correlator values become a filter 730 . 740 fed. This can be for example a frequency domain filter 730 or a cost minimization filter 740 be.

Für das Beispiel des Frequenzbereich-Filters, d. h. eines adaptiven spektralen Filters, werden nun die folgende Schritte durchgeführt:

  • – Transformation der Differenzen in den Frequenzbereich 728
  • – Bestimmung der Dopplerverschiebung in Richtung der Quelle des Signals 732, d. h. der Sichtlinie, die durch die Antenne des Empfängers und z. B. der Satellitensendeantenne, die das hochfrequente Signal abstrahlt.
  • Adaptive Dopplerfilterung 734
  • – Rücktransformation in den Zeitbereich 736
  • – Ausgabe der gefilterten Differenzen 744
For the example of the frequency domain filter, ie an adaptive spectral filter, the following steps are now carried out:
  • - Transformation of the differences in the frequency domain 728
  • Determination of the Doppler shift towards the source of the signal 732 , ie the line of sight through the antenna of the receiver and z. B. the satellite broadcast antenna, which radiates the high-frequency signal.
  • - Adaptive Doppler filtering 734
  • - Back transformation into the time domain 736
  • - Output of the filtered differences 744

Die Ausgabe 744, 746 der Filter 730, 740 ist ein Bündel gefilteter Korrelatorwerte.The edition 744 . 746 the filter 730 . 740 is a bunch of filtered correlator values.

Um die Rover-Trägerphasenbeobachtungen zu erhalten werden folgende Schritte durchgeführt:

  • – Für alle Korrelatorwerte in einem Bündel wird der Phasendiskriminator (z. B. atan2) gebildet (750). Der Phasendiskriminator 750 stellt die gewickelte Trägerphase dar.
To obtain the rover carrier phase observations, the following steps are performed:
  • For all correlator values in a bundle, the phase discriminator (eg atan2) is formed ( 750 ). The phase discriminator 750 represents the wound carrier phase.

Die gewickelte Trägerphase wird in 750 abgewickelt, beginnend mit 0 Zyklen am Anfang eines Bündels. Eine Polynomial-Anpassung 752 glättet die abgewickelte Phase während eines Bündel-Intervalls. Danach wird das Polynom an der vorigen RINEX-Epoche ausgewertet und das Ergebnis wird mit der vorigen Trägerphasen-Ausgabe verglichen (745). Im Idealfall ist die Differenz sehr nahe an einem ganzzahligen Wert und dieser ganzzahlige Wert kann verwendet werden, um die Trägerphasenmehrdeutigkeit für das aktuelle Bündel aufzulösen. Falls der fraktionale Anteil dieser Differenz größer als z. B. 0,25 Zyklen ist, wird ein Cycle-Slip erklärt. Dieser Prozess wird als Trägerphasenfortführung bezeichnet. Unter Verwendung der aufgelösten Mehrdeutigkeit wird das Polynom zu der aktuellen RINEX-Epoche ausgewertet (756). Dies stellt die Trägerphasenschätzung dar. Falls unterstützende Information 718 vorhanden ist (z. B. wenn dieser Kanal ein Teil eines integrierten GPS/INS-System ist), dann wird der inertiale- bzw. geometriebasierte Phasenoffset zu. der Trägerphasen-Pseudoentfernung hinzuaddiert. Die Prozedur wird wiederholt für alle nachgeführten GNSS-Signale unabhängig voneinander durchgeführt und die Trägerphasenschätzungen werden in eine RINEX-Datei geschrieben.The wound carrier phase is in 750 handled, starting with 0 cycles at the beginning of a bundle. A polynomial adaptation 752 smooths the unwound phase during a burst interval. Thereafter, the polynomial at the previous RINEX epoch is evaluated and the result is compared with the previous carrier phase output ( 745 ). Ideally, the difference is very close to an integer value and this integer value can be used to resolve the carrier phase ambiguity for the current burst. If the fractional fraction of this difference is greater than z. B. 0.25 cycles, a cycle slip is explained. This process is called carrier phase continuation. Using the resolved ambiguity, the polynomial is evaluated at the current RINEX epoch ( 756 ). This represents the carrier phase estimate. If supporting information 718 is present (eg, if this channel is part of an integrated GPS / INS system) then the inertial or geometry based phase offset will increase. added to the carrier phase pseudorange. The procedure is repeated for all tracked GNSS signals independently and the carrier phase estimates are written to a RINEX file.

Die Filteroption 1, d. h. das spektrale adaptive Filter 730, gibt auch gefilterte Früh-/Spät-Korrelatorwerte, oder in einem allgemeineren Sinn Mehrfach-Korrelatorwerte aus. Die Korrelatorwerte werden über das Bündelintervall aufsummiert und die aufsummierten Korrelatorwerte werden verwendet, um einen Code-Diskriminator 738 zu berechnen, um die Code-Pseudoentfernungen zu schätzen. Hierbei können Standardverfahren angewandt werden. Die sich ergebende Code-Pseudoentfernung wird zusammen mit der Trägerphase in eine RINEX-Datei geschrieben.The filter option 1, ie the spectral adaptive filter 730 , also outputs filtered early / late correlator values, or in a more general sense, multiple correlator values. The correlator values are summed over the burst interval and the accumulated correlator values are used to construct a code discriminator 738 to calculate the code pseudoranges. Standard procedures can be used. The resulting code pseudorange is written to a RINEX file along with the carrier phase.

Die Erfindung kann nicht nur im Bereich der Satellitennavigation eingesetzt werden, sondern auch z. B. im Mobilfunkbereich oder sonstigen Systemen, wo eine Laufzeit von Signalen für z. B. eine Synchronisation oder eine Positionsbestimmung ermittelt wird.The invention can not only be used in the field of satellite navigation, but also z. B. in the mobile sector or other systems where a duration of signals for z. B. a synchronization or a position determination is determined.

Claims (11)

Verfahren zur Erhöhung der Signalenergie in einem Empfänger – wobei der Empfänger ein mit einem Code gespreiztes Signal empfängt, das auf einen Träger moduliert ist. – wobei der Code und der Träger jeweils eine Phase aufweisen, – wobei der Empfänger die Phase des Codes und die Phase des Trägers nachführt – wobei der Empfänger zur der Nachführung der Phase und zur Nachführung des Codes das empfangene Signal mit einem vordefinierten Code korreliert, – wobei beim Korrelieren interne Korrelatorwerte erzeugt werden dadurch gekennzeichnet, dass – der Empfänger zusätzlich Daten empfängt, aus denen der Empfänger Referenzkorrelatorwerte bildet, – der Empfänger Differenzen zwischen den internen Korrelatorwerten und Referenzkorrelatorwerten bildetA method of increasing signal energy in a receiver - wherein the receiver receives a code spread signal modulated onto a carrier. Wherein the code and the carrier each have a phase, wherein the receiver tracks the phase of the code and the phase of the carrier, wherein the receiver for the phase tracking and the tracking of the code correlates the received signal with a predefined code, wherein in correlating internal correlator values are generated, characterized in that - the receiver additionally receives data from which the receiver forms reference correlator values, - the receiver forms differences between the internal correlator values and reference correlator values Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger einfache Differenzen oder doppelte Differenzen zwischen den internen Korrelatorwerten und Referenzkorrelatorwerten bildetA method according to claim 1, characterized in that the receiver forms simple differences or double differences between the internal correlator values and reference correlator values Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Empfänger die Differenzen filtert und – der Empfänger die gefilterten Differenzen zur Codephasenbestimmung und/oder zur Trägerphasenbestimmung verwendet.Method according to claim 1, characterized in that - the receiver filters the differences and - The receiver uses the filtered differences for code phase determination and / or carrier phase determination. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Filterung der Differenzen folgende Schritte ausgeführt werden: – Transformation der Differenzen in den Frequenzbereich – Bestimmung der Dopplerverschiebung in Richtung der Quelle des Signals – Adaptive Dopplerfilterung – Rücktransformation in den Zeitbereich – Ausgabe der gefilterten DifferenzenMethod according to claim 3, characterized in that When filtering the differences, perform the following steps: - Transformation of the differences in the frequency domain Determination of the Doppler shift towards the source of the signal - Adaptive Doppler filtering - Back transformation into the time domain - Output of the filtered differences Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterung der Differenzen mit einem Kostenminimierungsfilter durchgeführt wird.A method according to claim 3, characterized in that the filtering of the differences is performed with a cost minimization filter. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus den gefilterten Differenzen und den internen Korrelatorwerten die Trägerphase gewonnen wird.Method according to Claim 1, characterized in that the carrier phase is obtained from the filtered differences and the internal correlator values. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die gefilterten Differenzen pünktliche, frühe und späte Differenzen enthalten – die gefilterten Differenzen in einem Codediskriminator verarbeitet werden und – aus den Ergebnissen des Codediskriminators Pseudo-Entfernungen berechnet werden. Method according to claim 3, characterized in that - the filtered differences include punctual, early and late differences - the filtered differences are processed in a code discriminator and - pseudoranges are calculated from the results of the code discriminator. Differenzkorrelator, – aufweisend eine erste Schnittstelle zum Empfang von internen Korrelatorwerten, wobei die internen Korrelatorwerte durch eine Korrelation eines digitalisierten Analogsignals mit einem vordefinierten Referenzsignal erzeugt werden und – aufweisend eine zweite Schnittstelle, dadurch gekennzeichnet, dass – die zweite Schnittstelle Mittel zum Empfang von Referenzkorrelatorwerten aufweist, und wobei – der Differenzkorrelator Mittel zur Erzeugung von Differenzen zwischen den internen Korrelatorwerten und den Referenzkorrelatorwerten aufweist.Differenzkorrelator, - Having a first interface for receiving internal correlator values, wherein the internal correlator values are generated by a correlation of a digitized analog signal with a predefined reference signal, and Having a second interface, characterized in that The second interface comprises means for receiving reference correlator values, and wherein - The differential correlator comprises means for generating differences between the internal correlator values and the reference correlator values. Signalverarbeitungsanordnung, aufweisend – einen Korrelator zur Erzeugung interner Korrelatorwerte durch Korrelation, wobei bei der Korrelation ein intern zur Verfügung stehender Code mit einem empfangenen Signal korreliert wird, wobei das empfangene Signal einen Träger und einen auf den Träger modulierten Code aufweist – eine Empfangsschnittstelle zum Empfangen von Trägerphasenwerten dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungsanordnung – eine Referenzkorrelatorwerteerzeugungseinheit zur Erzeugung von Referenzkorrelatorwerten aus den Trägerphasen aufweist, und – einen Differenzkorrelator aufweist, der die Differenz zwischen den Referenzkorrelatorwerten und den internen Korrelatorwerten bildet.Signal processing arrangement comprising A correlator for generating internal correlator values by correlation, wherein correlation correlates an internally available code with a received signal, wherein the received signal comprises a carrier and a carrier modulated code A receive interface for receiving carrier phase values characterized in that the signal processing arrangement A reference correlator value generation unit for generating reference correlator values from the carrier phases, and - has a difference correlator that forms the difference between the reference correlator values and the internal correlator values. Signallaufzeitmesssystem, aufweisend einen Referenzempfänger und einen Empfänger, wobei – der Referenzempfänger und der Empfänger örtlich voneinander getrennt sind – der Referenzempfänger Mittel aufweist, Signallaufzeiten eines elektromagnetischen Signals zu messen, – wobei das elektromagnetische Signal ein hochfrequentes Signal ist – wobei auf das elektromagnetische Signal ein Code moduliert ist – wobei der Referenzempfänger Mittel aufweist, um Trägerphasen zu messen – wobei der Referenzempfänger Mittel aufweist, um die Werte der gemessenen Trägerphasen auszusenden – wobei der Empfänger Mittel aufweist, um die vom Referenzempfänger gesendeten Trägerphasenwerte zu empfangen – wobei der Empfänger Mittel aufweist, um das elektromagnetische Signal zu empfangen und mit einem intern zur Verfügung gestellten Code zu korrelieren, so dass interne Korrelatorwerte erzeugt werden dadurch gekennzeichnet, dass – der Empfänger Mittel aufweist, um aus den vom Referenzempfänger gesendeten Trägerphasen Referenzkorrelatorwerte zu erzeugen – der Empfänger einen Differenzkorrelator aufweist, der die Differenz zwischen den internen Korrelatorwerten und den Referenzkorrelatorwerten bildet.A signal transit time measurement system comprising a reference receiver and a receiver, wherein - the reference receiver and the receiver are spatially separated The reference receiver has means to measure signal propagation times of an electromagnetic signal, - wherein the electromagnetic signal is a high-frequency signal - Wherein a code is modulated on the electromagnetic signal - wherein the reference receiver has means to measure carrier phases - wherein the reference receiver comprises means for transmitting the values of the measured carrier phases - wherein the receiver comprises means for receiving the carrier phase values transmitted by the reference receiver - wherein the receiver comprises means to receive the electromagnetic signal and to correlate with an internally provided code, so that internal correlator values are generated characterized in that - The receiver comprises means for generating reference correlator values from the carrier phase transmitted by the reference receiver - The receiver has a differential correlator, which forms the difference between the internal correlator values and the reference correlator values. Signallaufzeitmesssystem nach Anspruch 10, wobei der Refernzempfänger eine Antenne aufweist, die das elektromagnetische Signal empfängt und auf die die Signallaufzeit bezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – der Empfänger Mittel aufweist, um Referenzkorrelatorwerte von der Referenzantennenposition auf eine andere geographische Position umzurechnen.A signal transit time measurement system according to claim 10, wherein the reference receiver comprises an antenna which receives the electromagnetic signal and to which the signal propagation time is related. characterized in that - The receiver has means for converting reference correlator values from the reference antenna position to another geographical position.
DE201110102340 2011-05-25 2011-05-25 Method for increasing the signal energy in a receiver and differential correlator, main processing arrangement and signal transit time measuring system therefor Active DE102011102340B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201110102340 DE102011102340B4 (en) 2011-05-25 2011-05-25 Method for increasing the signal energy in a receiver and differential correlator, main processing arrangement and signal transit time measuring system therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201110102340 DE102011102340B4 (en) 2011-05-25 2011-05-25 Method for increasing the signal energy in a receiver and differential correlator, main processing arrangement and signal transit time measuring system therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102011102340A1 DE102011102340A1 (en) 2012-11-29
DE102011102340B4 true DE102011102340B4 (en) 2013-06-06

Family

ID=47140293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201110102340 Active DE102011102340B4 (en) 2011-05-25 2011-05-25 Method for increasing the signal energy in a receiver and differential correlator, main processing arrangement and signal transit time measuring system therefor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102011102340B4 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Stöber, C., Anghileri, M. et al, ipexSR: A Real-Time Multi-Frequency Software GNSS Receiver, IEEE Conferences, 2010, p.407-416 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011102340A1 (en) 2012-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112009002434B4 (en) Method and device for position estimation
Montenbruck et al. Broadcast versus precise ephemerides: a multi-GNSS perspective
DE69909773T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING TIME IN THE SATELLITE POSITIONING SYSTEM
Laurichesse et al. Integer ambiguity resolution on undifferenced GPS phase measurements and its application to PPP and satellite precise orbit determination
DE102009043801B4 (en) Compact transmission of GPS information using a compressed measurement recording format
CA2823697C (en) Method and system for determining clock corrections
DE602004009452T2 (en) SYSTEM FOR SETTING THE GROB GPS TIME IN A MOBILE STATION IN AN ASYNCHRONOUS WIRELESS NETWORK
US5450448A (en) Removal of signal errors for differential satellite positioning systems
KR101360918B1 (en) Method of processing radionavigation signals
DE102013206544A1 (en) Advanced positioning with global navigation satellite systems (GNSS) using accurate satellite information
DE112010003679T5 (en) GNSS signal processing for estimating orbits
DE112010001482T5 (en) Use of SBAS signals to improve GNSS receiver performance
Gioia et al. A statistical characterization of the Galileo-to-GPS inter-system bias
WO2010104782A1 (en) Removing biases in dual frequency gnss receivers using sbas
DE112011100526T5 (en) GNSS signal processing with regional augmentation positioning
JP2010522874A5 (en)
DE102012200093A1 (en) Position determination from unknown position
DE102009044630B4 (en) Method and apparatus for synchronization of weak data bits in a position determining system
DE102013003265A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR SYNCHRONIZING AND ACCURATE TIME CALCULATION FOR GNSS RECEIVERS
DE112013007301T5 (en) Attenuation of scintillations in signals from global navigation satellite systems caused by ionospheric irregularities
DE60317193T2 (en) HELP IN A SATELLITE POSITIONING SYSTEM
JP6203608B2 (en) GLONASS receiver
DE102011102340B4 (en) Method for increasing the signal energy in a receiver and differential correlator, main processing arrangement and signal transit time measuring system therefor
EP3584606A1 (en) Method for providing precise positions of one or more gnss receivers
Gogoi et al. NavIC receiver clock offsets estimation with common view master clock method

Legal Events

Date Code Title Description
R086 Non-binding declaration of licensing interest
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20130907

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20131203

R073 Re-establishment requested
R124 Re-establishment decision now final