DE60315500T2

DE60315500T2 - Gps-empfänger

Info

Publication number: DE60315500T2
Application number: DE60315500T
Authority: DE
Inventors: Saul R. Dooley; Andrew T. Yule
Original assignee: NXP BV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2023-10-15
Also published as: US7193560B2; EP1558943B1; US20050270233A1; WO2004040328A1; CN1708696A; JP2006504952A; DE60315500D1; AU2003267762A1; ATE369572T1; GB0225204D0; EP1558943A1; CN100557458C

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen GPS-Empfänger mit sowohl einer omnidirektionalen Antenne als auch einer direktionalen Antenne.
US-Patent 5.818.389 offenbart einen solchen GPS-Empfänger, bei dem die direktionale Antenne in erster Linie zum Empfang von Signalen einer möglichen Störquelle benutzt wird, und bei dem beide Antennen in Kombination benutzt werden, um die Richtung einer solchen Quelle zu bestimmen. US-Patent 5.818.389 beschreibt darüber hinaus in den Zeilen 37 bis 45 der Spalte 9, dass der GPS-Empfänger „[GPS]-Satelliten mit dem zusätzlichen Gewinn der direktionalen Antenne empfangen und verfolgen kann, wenn der größte Anteil des Störsignals nicht im direktionalen Strahl und ein wesentlicher Anteil des [GPS]-Signals innerhalb des direktionalen Strahls liegt".
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen GPS-Empfänger vorzuschlagen, der sowohl eine omnidirektionale (ungerichtete) Antenne als auch eine direktionale (gerichtete) Antenne aufweist und ein verbessertes Verhalten beim Erfassen schwacher GPS-Signale zeigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein GPS-Empfänger geschaffen, der entsprechend dem Anspruch 1 ausgebildet ist.
Obwohl es wünschenswert sein kann, eine relativ gerichtete Antenne zu benutzen, um die Chance des Empfangs eines schwachen GPS-Signals zu erhöhen (da der maximale Gewinn der Hauptkeule einer Richtantenne im allgemeinen größer ist als der Gewinn einer relativ ungerichteten Antenne), haben die Erfinder erkannt, dass eine omnidirektionale Antenne dennoch erforderlich ist, um auch Satelliten zu empfangen, die sich in den Nullpunkten der direktionalen Antenne befinden. Darüber hinaus führt das Kombinieren der Ausgangssignale einer omnidirektionalen Antenne und einer direktionalen Antenne, wie im US-Patent 5.818.389 vorgeschlagen, zu einer Reduzierung des Signal/Rausch-Verhältnisses von Signalen solcher Satelliten, die in den Nullstellen der direktio nalen Antenne liegen, wodurch der wesentliche Signalbeitrag solcher Satelliten nur von dem Ausgangssignal der omnidirektionalen Antenne stammt. Dadurch, dass es möglich ist, ein Signal von der direktionalen Antenne und ein anderes Signal von der omnidirektionalen Antenne allein zu erfassen, wird dieser Nachteil vermieden. Weiterer relevanter Stand der Technik ist im US-Patent 5.146.231 enthalten.
Das zweite GPS-Signal und weitere GPS-Signale können durch Unterstützungsdaten erhalten werden, die von dem ersten GPS-Signal abgeleitet werden (solche Unterstützungsdaten enthalten Almanach-Daten, Ephemeris-Daten, Frequenzreferenz-, Doppler- und Codephasen-Informationen).
Dies ist besonders von Vorteil in einer Umgebung, in der eine signifikante Satellitenabschattung besteht. Zum Beispiel kann ein Benutzer eines Hand-GPS-Empfängers, der sich in einem Gebäude befindet, den GPS-Empfänger so ausrichten, dass die Hauptkeule der direktionalen Antenne auf ein Fenster zeigt, so dass der GPS-Empfänger ein erstes GPS-Signal vom Ausgang dieser Antenne aus der Sichtlinie durch das Fenster (oder eine starke Signalreflexion) erhält. Dann hat der GPS-Empfänger aufgrund der Unterstützungsdaten aus dem ersten GPS-Signal eine verbesserte Chance schwächere Signale, zum Beispiel durch Wände, vom Ausgang der omnidirektionalen Antenne zu empfangen.
Zweckmäßigerweise ist ein solches GPS-Gerät zum Verkauf mit Instruktionen versehen, die einen Benutzer des GPS-Empfängers anweisen, dieses Gerät in eine Richtung (entsprechend einer Keule der direktionalen Antenne) auszurichten, aus der ein GPS-Signal mit großer Wahrscheinlichkeit kommen wird, wie ein Fenster bei der Benutzung in einem Gebäude oder einer Lücke zwischen Häusern in einer Häuserschlucht einer Stadt.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezug auf die beigefügte schematische Zeichnung beschrieben. 1 zeigt einen GPS-Empfänger entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Es ist allgemein bekannt, einen GPS-Empfänger vorzusehen, in dem nachgebildete, pseudozufällige Rausch-Codesignale (PRN-Codesignale) der GPS- Satelliten laufend erzeugt und mit empfangenen GPS-Signalen korreliert werden, um diese zu erfassen. Da die nachgebildeten Codes höchstwahrscheinlich eine abweichende Codephase zu denen der empfangenen GPS-Signale haben und auch eine abweichende Frequenz aufgrund der Doppler-Verschiebung zwischen dem Empfänger und den im Orbit umlaufenden Satelliten, wird typischerweise ein zweidimensionaler Codefrequenz/Phasen-Durchlauf angewandt, wodurch ein solcher Durchlauf letzten Endes zu dem Ergebnis führt, dass der ankommende PRN-Code die gleiche Frequenz und Codephase hat wie die lokal erzeugte Nachbildung. Wenn festgestellt, wird der Code erfasst und verfolgt, und die Pseudo-Entfernungs-Information kann abgeleitet werden, aus der die Position des Empfängers unter Benutzung konventioneller Navigations-Algorithmen berechnet werden kann.
Ein solcher GPS-Empfänger 1 ist schematisch in 1 gezeigt, und bei diesem sind sowohl eine omnidirektionale Antenne 12 als auch eine direktionale Antenne 14 an den Empfänger-Eingangsstufen 11 und 13 angeschlossen, alle unter der Steuerung eines GPS-Mikroprozessors 10, der darüber hinaus für die Verarbeitung der Signale in parallelen digitalen Empfangskanälen (nicht gezeigt) in konventioneller Weise zuständig ist.
Die Bezeichnungen omnidirektional und direktional sind relativ zueinander derart zu verstehen, dass die omnidirektionale Antenne einen Gewinn in den meisten Richtungen hat, während die direktionale Antenne eine Keule mit deutlicher ausgeprägtem hohen Gewinn in mindestens einer Richtung aufweist, aber möglicherweise signifikante Nullstellen in anderen Richtungen. Die Konstruktion solcher Antennen mit einem gewählten frequenzabhängigen Bereich und einem Keulen/Gewinn-Muster ist völlig konventionell.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der GPS-Empfänger in der Lage, GPS-Signale zu empfangen, wie in dem folgenden Ausführungsbeispiel erläutert wird:
Beispiel
In einer Häuserschlucht versucht ein GPS-Empfänger vergebens, irgendeines Anzahl von GPS-Signalen zu erfassen und versucht dies gleichzeitig unter Be nutzung eines Ausgangssignals einer omnidirektionalen Antenne. Der GPS-Empfänger informiert den Benutzer über diesen vergeblichen Versuch durch ein hörbares Alarmsignal.
Es sei angenommen, dass die dem GPS-Empfänger beim Verkauf beigefügte Dokumentation aussagt, dass im Falle eines solchen Alarms der Benutzer den GPS-Empfänger auf eine Lücke in einer Häuserschlucht richten soll, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, ein Signal zu erfassen.
Nach Abgabe eines solchen hörbaren Alarmsignals schaltet der GPS-Empfänger von der Benutzung eines Ausgangs der omnidirektionalen Antenne auf einen Ausgang der direktionalen Antenne, und der Benutzer richtet den GPS-Empfänger (und somit die direktionale Antenne) auf eine Lücke in der Häuserschlucht. Mit dem erhöhten Gewinn der direktionalen Antenne (entweder allein oder in Kombination mit dem Ausgangssignal der omnidirektionalen Antenne) ist es wahrscheinlicher, ein GPS-Signal (wenn auch in einem begrenzten Blickfeld) zu erfassen; zum Zwecke dieser Erläuterung sei angenommen, dass dies zutrifft.
Nach Erfassung eines GPS-Signals unter Benutzung des Ausgangssignals der direktionalen Antenne kann der GPS-Empfänger nun die Ephemeris-Datennachricht empfangen, die die Umlaufbahnen der Satelliten beschreibt. Darüber hinaus hat der GPS-Empfänger auch eine Referenzfrequenz, mit der Fehler des lokalen Oszillators korrigiert werden können. Und wenn der GPS-Empfänger im Besitz einer groben Schätzung seiner derzeitigen Position auf der Basis seiner zuletzt bekannten Position ist (die nicht unbedingt besonders genau sein muss), kann der GPS-Empfänger über die beobachtete Frequenz anderer GPS-Signale und auch über die Codephase ihrer entsprechenden pseudozufälligen Rausch-Codes, mit denen sie moduliert sind, spekulieren.
Der GPS-Empfänger versucht dann, unter Benutzung eines Ausgangssignals von der omnidirektionalen Antenne allein und mit den Unterstützungsdaten aus dem GPS-Signal der direktionalen Antenne, die verbleibenden Signale zu erfassen. Auf diese Weise ist die Wahrscheinlichkeit, die verbleibenden Signale zu erfassen, wesentlich erhöht.

Claims

GPS-Empfänger mit einer omnidirektionalen Antenne und einer direktionalen Antenne, wobei der GPS-Empfänger ausgebildet ist: i) zu versuchen, ein GPS-Signal von einem Ausgang der omnidirektionalen Antenne zu erfassen, ii) zu einem Ausgang der direktionalen Antenne zu schalten, wenn Schritt i) fehlschlägt, und ein GPS-Signal vom Ausgang der direktionalen Antenne zu erfassen, und iii) zur omnidirektionalen Antenne zurückzuschalten und ein GPS-Signal vom Ausgang der omnidirektionalen Antenne allein zu erfassen, unter Verwendung von Unterstützungsdaten, die aus dem GPS-Signal des Schritts ii) erhalten wurden.