JP3783022B2 - Receiver for wide-area position measurement system - Google Patents

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Description

【0001】
(技術分野)
本発明は、無線受信機に関し、詳しくは、NAVSTAR広域位置測定システム(GPS)で使用する広域位置測定システム用受信機に関する。
【0002】
(背景技術)
NAVSTAR広域位置測定システムは、広域衛星に基づく無線航法と時刻転送システムであり、アメリカ国防総省の衛星の集合体を使用している。この集合体は、地球上の所定の距離にある複数の軌道に位置する少なくとも21個の衛星を有し、実質的に地球上のいれの場所でも常に水平線上に少なくとも4個の衛星が存在するように構成されている。1つの衛星管制基地があり、この基地は、中でも、衛星内の高精度クロックを制御し、これらのクロックを同期させ、軌道、即ち衛星を確認し、ユーザに再送信するための軌道情報をこれらの衛星にアップロードする。
【0003】
この集合体の各衛星は、2種類の独自の直接シーケンス拡散スペクトル・メッセージを、2つのLバンド周波数のそれぞれと直交する位相で送信する。ここで説明する受信機は、L1(1575.42MHz)搬送波上のC/A(粗/捕捉)コード・メッセージだけを処理するが、ここで論じる原理は、L1とL2上のP(精密)コード信号に対してもまた適用される。この直接シーケンス・コード信号は、1.023Mchips/秒の周波数と1KHzのコード反復基準速度を有し、2進移送シフト・キー(BPSK)方式で搬送波を変調する。この拡散信号は、50bpsのデータ信号によって更にBPSK変調される。このデータは、受信機がこの受信機と衛星との間の距離を測定できる情報、即ち、宇宙船の軌道(位置推算表)の標準化と、高精度クロックを基準にした情報を計時を可能にするデータを有する。受信機のクロックは、常に衛星のクロックに対してオフセットを生じるので、これらの距離測定値は疑似距離として知られる。位置の解明を実行するには、4つの変数X、Y、Z及び局部クロックのオフセットを解明するため、4つの疑似距離の測定値が必要である。位置を解明する精度を更に高めるには、時刻(同じ衛星からの幾つかの測定値)、より広域の衛星の組み合わせ、またはより広範囲の位相と位相速度のような衛星信号の変数に対して、更に測定を行うことができる。
【0004】
NAVSTAR GPS衛星信号を使用する位置通報システムは、共願のオーストラリア特許出願番号第63995/90号に説明されている。
【0005】
多くの要因が、本発明のGPS受信機に基本設計に影響を与えた。特定の顧客の要求に加えて、幾つかの設計上の要望が確認された。
【0006】
先ず、受信機の設計は、多くの用途で十分使用できるように柔軟でなければならない。このことは、個々のモジュールが互換性を有するモジュラー設計を意味する。更に、ソフトウェアによって与えられるべき受信機の機能性の比率を、モジュラー形式で、好ましくは高度言語で書かれたソフトウェアによって最適化しなければならない。
【0007】
第2に、受信機の設計、種々の潜在的環境に適するものでなければならない。このことは、ハードウェアの設計に対して適切な余裕とパッケージを使用することを意味する。更に重要なのは、自動車が移動する場合の変動、または衛星信号の振動と間欠的ブロッキングのような種々の動的条件の下で動作する信号処理能力である。
【0008】
第3に、高性能、低価格の受信機は、製造コストの切り下げを意味し、これは、ソフトウェアによって与えられる機能性を最大にすることまたは高密度の実装技術を使用することのいれか、または両者によって、ハードウェアを小型化することにより実現できる。更に、受信機は、より複雑なPコードとは異なるC/Aコードを使用するように設計される。
【0009】
第4に、C/Aコードを使用しても、差動モードで使用した場合には、Pコード受信機とほぼ同程度に受信機を正確にすることができる。このことは、受信機に対する疑似距離のエラー補正をシステム的に行うため、正確に位置決めしベース基地を必要とする。この受信機は、正確な解明に必要とされる分解能と精度で疑似距離(及び他のパラメータ)を測定しなければならず、従って、この測定誤差と分解能は、除去されるシステム上のエラーよりもはるかに小さくなけばならない。
【0010】
第5に、可搬性と便宜性のために、受信機は重量と体積が最小になるよう設計しなけばならない。更に、多くの提案されている用途は遠隔地で携帯してバッテリー電源で使用することであるので、電力消費を最小にしなければならない。ここで、再び高密度実装技術が重要になる。
【0011】
周知のクローズド・ループ型のGPS受信機は2種類のループを使用する。即ち、これらは、コードの遅延積算(疑似距離)を取り出すコード・ロック・ループとデータを取り出す位相ロック・ループ(一般的にはCostasループ)の2つである。Costasループは、位相と位相速度のような搬送波のパラメータの実行中の測定を行うためにまた使用できる。コード・ロック・ループでは、衛星コードの複製を使用して受信した信号を逆拡散させ、データ変調された搬送波の複製を使用してこの逆拡散させた信号をコピーレントに復調する。この複製を受信した信号と整合させるために、初期と後期の各チャンネルに結果的に生じたエネルギーを平衡させる。Costasループでは、このデータはコヒーレント復調によって復調する。
【0012】
この位相ロックのアプローチは、最適性に近似させるだけである。他の問題は、信号対雑音比(SNR)が低い状況、例えば、大きい雑音、振動、または電波妨害が存在するような状況で、ロックが失われたり周期が飛びやすいことである。コード・ロック・ループはまた性能の劣化を受けるが、これは受信機の性能全体に対しては重要でない。この問題は、動的な条件では当然である。しかし、高精度の探査を行うようなそれほど動的でない条件下でさえ、周期が飛ぶ可能性は重大であるが、その理由は、関連する測定に時間がかかるからである。
【0013】
他の種類のGPS受信機は、信号パラメータのオープン・ループ推定子を使用する。特に、一般的な相関受信機を使用して、信号パラメータの推定子が最も近似するようにできる。推定値は、位置の解明を行うために処理した信号パラメータを選択することによって得られる。
【0014】
オープン・ループ設計による動的性能は、クローズド・ループの設計による動的性能よりも優れているが、その理由は、前者は、同期の飛びや搬送波のロックが失われるような現象を受けないからである。このことから、オープン・ループ受信機の設計者は、変化する用途上の要求を満足するため、パラメータを変更する自由度が大きい。更に、オープン・ループの設計は、よりコスト効率よく実行できるが、その理由は、基本処理がモジュール性であることと、許容できる処理の遅延という点で設計者に対する制約が少ないからである。
【0015】
高度に動的な広域位置測定システムの受信機は、W.J.ハードによる米国特許番号第4,578,678号に述べられている。ハードの受信機とは異なり、本発明の受信機は位相を同期して(コヒーレント的に)動作する。この結果、SNRを大きく改善することができる。更に、位相同期のアプローチがなければ、搬送波の位相パラメータを測定することができない。これによって、使用するパラメータの数を増加することが可能になり、これは精度の大幅な向上につながる。ハードはPコードを使用したが、本発明の受信機はC/Aコードを使用し、これはハードウェアと処理ソフトウェアを大幅に簡素化することにつながる。ハードの設計は、用途によって特定のハードウェアと処理ソフトウェアに依存している。処理はソフトウェアで実行されるので、本発明の受信機は、受信機のソフトウェアのアゴリズムを単純に変更することによって、多くの異なった用途に供する柔軟性がより高い。ハードに対する他の利点は、局部コード発生器の周波数に対してプロセッサが有する制御であり、このことによって、信号パラメータによって構成される測定値の最適化が可能になる。
【0016】
本発明によるGPS受信機は、コードの遅延、搬送波の周波数、搬送波の位相、搬送波の位相の加速度、データの値とデータの遅延の推定値を作成する。この受信機は、オープン・ループ相関技術を使用して、これらの推定値を作る。複数の最適パラメータの推定値を使用することによって、この受信機の精度は高い。受信機が本来オープン・ループであることによって、この受信機は大きい振動または非常に動的な環境に比較的強く、信号が間欠的にブロックされても、高い信頼性で動作することができる。更に、信号処理の大部分はソフトウェアで実行されるので、受信機は低価格で多用途である。
【0017】
(発明の開示)
従って、本発明は、衛星に基づいたNAVSTAR広域無線航法及び時刻転送システムで使用するGPS受信機によって構成され、ここで、複数の衛星のそれぞれからの送信は、コードとデータで変調した搬送波によって構成されるC/Aコード信号を有し、上記の受信機は、少なくとも4個の衛星から送信されるC/Aコード信号を受信する手段と、コードの遅延、搬送波の周波数、搬送波の位相、搬送波の位相速度、データの値及びデータの遅延を含む複数の信号パラメータの位相同期推定のための信号パラメータのオープン・ループ推定子を有する信号を処理する手段によって構成される。
【0018】
本発明の原理を組み込んだこの受信機は、種々の環境条件や動的条件を有する多数の種種の用途に対して設計することがでる。本発明をより詳細に示すため、添付の図面を参照して発明の1実施例を説明する。
【0019】
(発明を実施するための最良の形態)
信号パラメータの推定を容易にし、システム上のエラーを除去するため、パラメータの内の3つは直接推定しないが、選択した衛星の間の差異として推定する。4つの疑似距離に対する4つの推定値を作成するのではなく、最短の疑似距離を名目上の値ゼロに割り当て、従って、このゼロ値を超える値を他の疑似距離に割り当てる。このことは位置の解明にエラーを生じないと分かっているが、その理由は、解明に必要な変数の1つがクロックのオフセットであるからである。事実上、この推定方法によって、クロックのオフセットの値を最短の疑似距離の値に設定することができる。各チャンネルに共通のエラーがこのアプローチによって除去されるだけでなく、疑似距離を表すのに必要なビット数が1/4以上減少し、これによって、差動的位置測定を使用している場合、ベース基地に送る必要のあるメッセージのサイズを少させることができる。位相、位相速度(周波数)及び位相の加速度のパラメータについて、また差異を推定する。これによって、基準発振器の位相の変動に起因するエラーのような異なった衛星からの推定値に共通するエラーが除去される。
【0020】
ハードウェア
図1A〜図1Dは、本実施例の受信機のアーキテクチャを示す。これらの機能ブロックは、ハードウェァ(10、12、14、16、20、22、24、26、28、30)ディジタル信号プロセッサによって実行されるソフトウェア(32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60、62、64)に分割される。ハードウェアは、増幅(10、12)、下方変換(14、26)、フィルタ(12、28、30)の機能を実行し、これらは全てハードウェア内で実行される「通常」の機能である。この下方変換は「疑似信号段」であり、即ち、搬送波(搬送波の周波数と信号の帯域幅に対して)直流より若干高い周波数に下方変換される。このオフセットによって、自己検出成分と局部発振器のフィード・スルー成分を28及び30において濾波することが可能になる。このオフセットは信号の帯域幅と比較して非常に小さいので、同相の直交成分を発生する必要がある。
【0021】
本実施例では、コードの発生と混合は、20と22においてメイン・プロセッサの制御下でハードウェアによって実行される。26において、限界を明確に設定した「複合」局部発振器を使用して更に下方変換をまた実行する。この局部発振器の周波数は、プロセッサから制御され、ドリフトと予想できるドップラー・シフトを可能にし、これによって、この受信機が取り扱うことのできる搬送波の周波数の有効範囲を拡大することができる。混合は、受信した信号を16において限界を明確に設定して、即ち、もし正なら2進数の「1」で、またもし負なら「0」によって表し、22においてデジタル的に2進法によって実行される。16において限界を明確に設定する結果、SNRの損失を生じるが、ハードウェア内で可能なこの単純化は不利を補って余りある。
【0022】
22においてコードを混合する結果、これらのコードが「完全に」一致しない限り、信号の帯域幅はコードの周波数のおよそ2倍、即ち2MHzになる。この信号は24において5MHzでサンプリングされ、次に、28において低域濾波器で濾波され976Hzにダウンサンプリングされ、この周波数は、ソフトウェアを使用して処理を行うのに十分な低さである。この28で示すフィルタ/ダウンサンプラは、多数の入力サンプルを積分(計数)して1つの出力サンプルを与える積分とダンプとして実現される。積分とダンプ・フィルタは、sinc-機能周波数応答を有し、この周波数応答はサンプリング周波数で最初のゼロを有する。これは、ナイキスト周波数より高い周波数に多くの通過帯域幅が存在することを意味する。従って、この領域に於ける信号と雑音の周波数成分は、エイリアジング(折り返し)に起因する雑音として通過する。この問題は、もし同じ出力サンプル化速度に対して、2倍の入力サンプルを積分すると、簡単に解決できる。これは、与えられた出力サンプルが、先行する2つの積分とダンプの合計であることを意味する。この第2の合計は、反エイリアジング・フィルタ30として知られ、ハードウェアで実行される。
【0023】
メイン・プロセッサ
この点に至るまで、受信機の機能ブロックは連続的に動作しているか、または、もしサンプリングされたなら、各サンプルは時刻による受信機の位置に関して特別の意味を持たないかのいずれかである。メイン・プロセッサでは、全てのアルゴリズムは「積分期間」として知られる25msの時間単位の前後を基本としている。図1A〜図1Dに示すように、あるアルゴリズムは、各積分期間で実行され、他のアルゴリズムは3乃至54積分期間毎に1回実行される。
【0024】
また、メイン・プロセッサのアルゴリズムの幾つかは、受信機の捕捉状態、即ち、衛星が捕捉されているかどうかに従って実行される。入力した信号は、32において、高速フーリエ変換(FFT)を使用することによって、周波数領域に変換する。FFT内の各ビンは、36において大きさをチェックする。もしいずれのビンもしきい値を超えないなら、衛星の信号は捕捉されなかったと見なされ、メイン・プロセッサは、次の積分期間を待機する。もししきい値を超えるなら、最大値が発生するこのビンは、34においてゼロHzのビンに下方変換され、狭帯域の無限インパルス応答(IIR)低域フィルタ38をこの時間領域に適用する。この段階の信号は、50Hzデータによって拡散された搬送波である。
【0025】
40においてこの信号の折り返しのない位相を求め、42において積分期間にわたって微分する。これによって、44においてデータ・ビットの遷移値(180°の位相の遷移値)を検出することが可能になる。遷移値のストリングのロケーションが決まると、60においてデータを復号することができる。この動作によって繰り返されるフレーム情報を探し、この情報を入手すると、極性のあいまいさが除去され、残りのデータを復号することができる。この復号の目的は、データの遷移値の送信時間を設定し、位置推算データを取り出すことであり、このデータは高精度で衛星の軌道を示す。
【0026】
44において検出したこれらの遷移値に基づいて、46において、信号を検出したデータの複製との乗算によって逆拡散させる。最適な検出法は、検出された遷移値の前後でこれらの逆拡散操作の幾つかを実行し、データの遅延パラメータに対する相関関数のピークをピックアップすることによって保証することができる。名目上搬送波だけを残して、データに対して信号が逆拡散されたなら、48において位相をもう一度測定する。この位相の関数に対して直線適合が行われる。これによって、46において、積分期間に渡る位相速度の最小二乗推定値を生み出す。次に、直線適合によって得られた線を実数軸に変換したこの変換を使用して、52においてこの信号の位相を回転させる。54におけるこの回転させた信号の実数値の合計は事実上この信号の位相同期相関である。各積分期間これらの相関値の1つが作られる。この相関値上のしきい値の組は、衛星が捕捉されていないこともまた示す。
【0027】
疑似距離を測定するために、コード遅延の推定行わなければならない。この受信機では、疑似距離は直接測定されないが、衛星の間の差異として測定される。1つの衛星に値ゼロ割り当て、他の衛星には、この疑似距離と問題になっている疑似距離との間の差異を割り当てる。差異を測定することによって、高分解能クロックが不要であるという点で受信機は簡素化され、ベース基地との通信も簡素化される。
【0028】
コードの遅延値は、連続する3つの積分期間に対する3つの異なった「位相」にコード発生器20を設定することによって、推定される。これらの3つの位相は、チップの一部を初期に、チップの一部を後期にして、「ロック」(即ち、局部コードと衛星コードを整合させて)する。これらの3つのコードの位相から、相関関数を再構成することができる。相関関数を再構成し、ピークをピックアップする最適な方法は、54において3点でサンプリングして測定された相関関数を56において予想相関関数と相関させることであり、これは優先的に測定することができる。この二重相関法を使用することによって、原疑似距離の推定値を発生する。この第2相関を使用することは、測定に貢献する3つの積分時間によって構成される用途を最適化するのに必要である。3つの相関サンプル値の各々は、1積分期間だけの間信号を観察することによって54において発生されるが、全体の測定時間は3積分期間になる。サンプル上の雑音は、サンプル値の間で関連がない。従って、このサンプリングした相関曲線は半最適である。この相関曲線を予想される相関関数と相関させることによって、相関信号対雑音比が最大になり、これによって、この処理の最適性を回復し、これらのサンプル値の補間を可能にする。
【0029】
疑似距離の差異、位相の差異、周波数の差異及び位相の加速度の差異を正確に測定する要求を満足するため、積分期間よりはるかに長い期間(この長さは信号検出要件によって設定される)にわたって信号を観察しなければならない。言い換えれば、より正確な推定値を発生するめに、何等かの最適な方法でこれらの原推定値を結合しなければならない。これらの推定値を結合するために選択した方法は、カルマン・フィルタ62を使用することである。このフィルタ62への入力は、疑似距離、周波数及び位相差異の推定値とベース基地からの疑似距離の補正値である。このフィルタ62は、受信機の位置、衛星と受信機の動き、及び受信機の発振器のドリフトのモデルを作る。これらのモデルと入力から、このフィルタは、ベース基地に送信するための平滑ではあるが未補正の疑似距離を発生するだけではなく、ユーザに対して受信機の位置の推定値を発生する。これらの推定値は、64において、幾何学的な変換を必要とする標準化した基準システムでユーザに提供される。
【0030】
相関
最も近似した(ML)推定子は、相関検出器である。問題の信号パラメータは、コードの値、信号遅延(コード遅延とデータ遅延を使用して測定した)、搬送波の周波数、搬送波の位相、とデータ値である。受信機は、最適な位置の解明を得るために、6次元相関を効果的に実行し、そのピークをピックアップして全てのパラメータの最適な推定値を求めなければならない。
【0031】
この推定のプロセスに現れる他の2つのパラメータは、局部発振器のドリフトとコード発生器の周波数である。発振器のドリフトは重要であるが、その理由は、受信機内で作られた全ての時間の測定値は1つの発振器を基準にして作られるからであり、この発振器は局部発振器とサンプリング・クロックに使用する。カルマン・フィルタ62の出力を使用して、発振器の周波数の推定値を発生し、これを使用しコード発生器20の周波数の設定を補正することができる。コード発生器20の周波数を補正することによって、衛星コードを精密に追跡し、相関形状と相関値を最適化し、SNRを最大にすることができる。これは独立したパラメータとしては推定しない(即ち、補正した周波数に対して相関は実行しない)が、その理由は、既に推定されている衛星信号搬送波の周波数と正比例しているからである。
【0032】
コードの値
コードの値の選択は、単に受信機の各チャンネルに対して使用しようとする衛星コード選択を必要とする。各衛星は1023チップのエポック長のコードを有し、衛星は1KHzのエポック速度でこのコードを繰り返す。受信機では、20おいて、各衛星チャンネルは、データを受信しようとする衛星のコードの複製を発生する。22において、この局部的に発生されたコードに受信した衛星の信号を乗じる。もしコードが一致するように局部コードが遅延したなら、受信した信号は2MHz拡散スペクトル帯域幅から100MHzデータ帯域幅に逆拡散される。
【0033】
データ値の推定
データ値は、データの遷移値を探索することによって求める。データの正しい極性は、60においてデータ復号アルゴリズムで設定する。信号処理の目的で、このデータ値は、実際のデータの反転または非反転の値として推定され、後段で「1」または「0」であると判定される。42において、データで変調した搬送波の位相を濾波し、フィルタを遷移値と一致させることによって、時間的に遷移値を設定する。42において一致したフィルタの出力のピークがデータ遷移の領域で発生する。濾波の一致は遷移値を設定する最適の方法であり、少数のサンプル内で正確である。コードのエポックを使用して、遷移値を明白に設定し、一致したフィルタからの最初の推定値を与えることができる。一致したフィルタは、少数のサンプル内で(即ち、数百マイクロ秒内で)遷移値を設定し、データの遷移値は常にコード・エポックの遷移値と対応し、これは1ms毎に発生し、もし積分期間内のコード・エポックの境界の位置が既知なら、遷移値を明白に設定することが可能である。これが、この受信機で使用する方法である。
【0034】
データの遷移値が設定して復号すると、このデータ内の情報は、56及び58において他の測定値に貢献する。このデータ内のタイミング情報を使用して、一週間の時刻を設定し、受信機が疑似距離の測定に使用する端部の送信時刻を計算するのを可能にする。位置推算表のデータを使用して、衛星の位置を正確に割り出し、送信時刻を与える。
【0035】
位相、位相速度(周波数)と位相加速度の推定
各衛星チャンネルの周波数の推定値は、信号を同期させて検出するために使用した14、26及び34における下方変換値の全てを単純に合計したものである。名目上、このような下方変換値が4つ存在し、1つはアナログ・ハードウェア内(LOによって)の14に、1つはデジタル・ハードウェア内の26に、及び2つはメイン・プロセッサ内(1つはIIRフィルタ38の前の34に、1つは52において位相の回転によって、両者とも時間領域で)にある。これらの変換値の各々は、名目上、以前の変換値よりも小さい。また、測定したそれぞれの値は、LO周波数に比例している。これは、ハードウェアとプロセッサ内で実行された下方変換の周波数は全てサンプリング周波数によるものであるからであり、このサンプリング周波数はLOとして同じ供給源から取り出される。言い換えれば、LOのドリフトによって、この測定に乗算エラーが生じる。しかし、周波数の差異を推定することによって、第1LO周波数のオフセットは除去され、ドリフトはソフトウェアで実行される下方変換を増加させるだけである。
【0036】
周波数の推定値による最適性は、34及び52における最後の2つの下方変換値だけに関連し、14及び26における最初の2つは、事実上「定数」である。FFTは周波数に相関し、従って、FFTによってメイン・プロセッサ内で第1下方変換に対して周波数を推定すると、ML推定値が与えられる。40、46及び48おける位相の処理は、周波数と位相の推定値に対する平均化を使用し、これは複雑なFFT推定値の最適な補間となることを示すことができる。
【0037】
もし積分期間の境界で位相が測定されたなら、その測定値もまた最適である。第1LOによる位相の貢献は、位相の差異を使用することによって除去される。26におけるデジタル・ハードウェア内の下方変換と34におけるFFT下方変換は、いずれも積分期間の境界で信号をゼロ位相にするのに貢献する。これは、1つの積分期間内に積分した数の周期を有し、ゼロに初期化されているこれらの下方変換「発振器」によるものである。このことは、位相の推定値が位相の処理期間中に推定した平均値であるのを意味する。位相の不明確さを除去するために、この位相の推定値は、2に関連して「折り返しがない」ものでなくてはならない。
【0038】
位相の加速度は最適ではないが、その理由は、これが入手できる情報を全て使用しないからである。これは、初期と後期の積分期間だけを使用し、一般的にこれらの積分期間は両方とも時間を厳守したものよりSNRが低い。
【0039】
遅延の推定(疑似距離)
遅延の推定値は、他の推定値よりも複雑であるが、受信機の位置の決定の最も基本となる。前に説明したように、疑似距離の差異だけを推定する。この推定は、コードの遅延(これは不明確さが1msであるが、コードが既知なので容易に推定することができる)とデータの遅延(これには不明確さがないが、既知ではない)の両方からの入力を必要とする。56及び58において、各チャンネルで発生するデータの遷移を使用して疑似距離の測定値に時刻をタッグ付けする。これは、データ値の推定で説明したように、1つのサンプル内にデータの遷移を設定する。データ遷移は、コードのエポック遷移と常に一致する。サンプル間での補間は、56において、積分期間の開始と終了時にコードの「位相」を、サブチップ精度でサンプリングすることによって可能になる。局部コード周波数を推定できる程度に受信したコードの周波数「ロック」すると、56において、遷移が発生するサンプルの間の点を補間できる。もし、局部コードが受信したコードと完全に(遅延が)一致し、システム内に雑音が存在しないなら、この補間した疑似距離の測定値は完全に正しい。
【0040】
しかし、コードのロックを保持することと、システムの雑音にも拘らず正確な推定を行なうことの両方のための要求は、更に2つの処理ステップを取ることを必要とする。これらステップの第1は、56において遅延パラメータに対する相関ピークをピックアップすることを含み、第2のステップは、56において精度に対する要求が満足されることを保証する観察期間にわたって取られた一連の測定値を組み合わせることを含む。
【0041】
上述の方法を使用して作成した疑似距離の測定値は、「原疑似距離」と呼ばれてきた。これらの推定値は最適ではないが、その理由は、これらの推定値と遅延パラメータ内の相関の間に関係が存在しないからである。このことは、連続する3つの積分期間内のこのような3個の推定値を作り、それぞれの推定値をコードの異なった「位相」に対して作ることによって処理する。積分の1つは、コードの位相の「最適な推定値」に設定(即ち、「ロックされた」と推定できるぐらい近似させて)したコードによって行う。他の2つは、チップの初期の点の部分とチップの後期の部分で行われ、図2に示すような組の測定値が与えられる。相関の正確なピークを発見し従って「最良」の推定値で行った疑似距離測定を補正するために、これら3つの点を使用して相関関数の形状を再構成しなければならない。再構成の最適な方法は、56において、これら3つの点を予想される相関の形状(図2に示される)と相関させることである。この疑似距離の推定値は、「補間した疑似距離」と呼ばれ、最適の推定値であるが、その理由は、推定の作成に相関を使用している(2つの推定値-相関の形状の推定値と相関のピークの推定値-を作成しているので、事実上、2回)からである。しかし、各推定値が最適であるにもかかわらず、これらは尚十分正確ではない。これらの補間した疑似距離の幾つか(通常少なくとも18)をカルマン・フィルタ62に供給することによって、疑似距離と位置の最終的な推定値を作成する。カルマン・フィルタ62に入力された位相と周波数の推定値は、疑似距離の推定値の向上に貢献する。
【0042】
カルマン・フィルタ
カルマン・フィルタ62の機能は、反復性の最小二乗法で観察値を処理することによって、直線動的システムの「状態」を追跡することである。このシステムの状態は、システム変数のベクトルによって説明され、これらの変数は既知の直線方程式の組によって互いに関連させなければならない。一般的に、状態ベクトルは1つ以上の導関数の組によって構成され、従って、これらのベクトルに関連する方程式は、システムの動力学を示す微分方程式である。観察値は、観察可能な値を測定することによって行われ、これらの観察可能な値は、状態変数の既知の直線関数でなければならない。
【0043】
図3は、カルマン・フィルタ62の動作を示す。観察ベクトルYは、3つの疑似距離の差異と3つの位相の差異によって構成される。状態ベクトルはXであり、3つの座標軸に於ける受信機の位置、速度と加速度、及び局部クロックのオフセットの変化速度によって構成される。「ハット(hats)」は、推定値、即ち推算を示す。
【0044】
遷移マトリックスφを

Figure 0003783022
に乗じ、次の時間間隔に対する状態ベクトルの推定値を得る。このループは、状態遷移ループとして知られる。N回遷移するたびに、観察が行われ、
Figure 0003783022
に対して補正が行われる。従って、観察値の間に、遷移マトリックスは受信機の予想できる動的挙動のモデルを作る。
【0045】
予想された観察ベクトル
Figure 0003783022
を観察ベクトルYと比較し、その結果得られた予測エラー・ベクトルを処理することによって補正値が作られる。後者には、いわゆるカルマ−・ゲイン・マトリックスKを乗じる。後者は、状態共分散マトリックスP、観察エラー共分散マトリックスR、システム雑音の共分散マトリックスQ、及び観察マトリックスMを含む確率的モデル技術によって計算する。この観察マトリックスは、測定ベクトルを状態ベクトルと関連づける。
【0046】
モデル(例えば、φ、Q、及びM)を形成するマトリックス上に記述子が存在するが、このことは、これらのマトリックスは時間の不変量であるので、定期的に更新しなければならないことを示している。これらのマトリックスは、衛星と受信機の位置によって決まる。更に、QとRは、フィルタ62が受信機の動的挙動の変化に適応するのを可能にする種々の方法によって観察値から推定することができる。フィルタ62を適応できる他の方法は、当該予想エラーの推定値の軌跡に関するスカラー係数を乗じることによる方法である。詳しくは、スカラー係数は、1+αであり、ここでαはマトリックス
Figure 0003783022
のサブ軌跡と直線的に関連する。
【0047】
カルマン・フィルタ62に関連する観察は、疑似距離補間アルゴリズムからの入力と周波数と位相推定子からの入力によって行われる。所定数の観察が行われた後、位置の推定値は予想された状態ベクトルから、直接ユーザに出力できる。同様に、微分演算を行ってベース基地に送信しようとする疑似距離の差異の推定値は、予想された観察ベクトルから直接取り出すことができる。疑似距離補正値がベース基地から入手可能である場合、図3に示すように、フィルタ62に供給することによってこれらの値を使用してより正確な位置を発生することができる。
【0048】
位置測定のアルゴリズム
この受信機で使用する位置測定のアルゴリズムは、カルマン・フィルタ62内で実行される。
【0049】
本発明は、ここで説明した実施例に限定されないことを強調する。多くの変更と変形を、説明した広範な概念の範囲内で行うことができる。受信機の設計は幾つかの方法によって向上させることができる。
【0050】
ここで説明した包括的な概念は、「多重チャンネル」受信機として知られる、4つ以上のチャンネルを有する受信機に関するものである。
【0051】
殆ど努力を加えることなく、本概念は、3チャンネルの舶用受信機または1チャンネル多重受信機のような用途に容易に適用することができる。1チャンネル受信機の場合、重要な相違点は、差異ではなく、疑似距離、位相等の絶対測定値を必要とされる点である。他の変更と変形を行って、特定の用途と特別の環境条件に対応することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1A〜図1Dの配置を示す構成図である。
【図1A】本発明による1つの受信機の機能ブロック図の一部である。
【図1B】本発明による1つの受信機の機能ブロック図の一部である。
【図1C】本発明による1つの受信機の機能ブロック図の一部である。
【図1D】本発明による1つの受信機の機能ブロック図の一部である。
【図2】相関図上の原疑似距離を示す。
【図3】カルマン・フィルタのブロック図である。[0001]
(Technical field)
The present invention relates to a radio receiver, and more particularly to a receiver for a wide area position measurement system used in a NAVSTAR wide area position measurement system (GPS).
[0002]
(Background technology)
The NAVSTAR wide area location system is a radio navigation and time transfer system based on a wide area satellite and uses a collection of US Department of Defense satellites. This assembly has at least 21 satellites located in multiple orbits at a predetermined distance on the earth, substantiallyZAt these locations, at least four satellites always exist on the horizon. There is one satellite control base that controls, among other things, the high-precision clocks in the satellites, synchronizes these clocks, confirms the orbits, ie the satellites, and orbit information to retransmit to the user. Upload to the satellite.
[0003]
Each satellite in this aggregate transmits two unique direct sequence spread spectrum messages in phase orthogonal to each of the two L-band frequencies. The receiver described here only processes C / A (coarse / acquisition) code messages on the L1 (1575.42 MHz) carrier, but the principle discussed here is the P (fine) code on L1 and L2. It also applies to signals. This direct sequence code signal has a frequency of 1.023 Mchips / second and a code repetition reference rate of 1 KHz and modulates the carrier wave in a binary transfer shift key (BPSK) scheme. This spread signal is further BPSK modulated by a 50 bps data signal. This data enables the receiver to measure the distance between the receiver and the satellite, that is, the standardization of the spacecraft's orbit (position estimation table) and the information based on the high-precision clock. Have data to do. These distance measurements are known as pseudoranges because the receiver clock is always offset from the satellite clock. To perform position resolution, four pseudo-range measurements are needed to resolve the four variables X, Y, Z and the local clock offset. To further improve the accuracy of position resolution, for satellite signal variables such as time of day (several measurements from the same satellite), wider satellite combinations, or wider phase and phase velocity, Further measurements can be made.
[0004]
A location reporting system using NAVSTAR GPS satellite signals is described in co-pending Australian Patent Application No. 63939/90.
[0005]
Many factors have influenced the basic design of the GPS receiver of the present invention. In addition to specific customer requirements, several design requirements have been identified.
[0006]
First, the receiver design must be flexible enough to be used in many applications. This means a modular design in which the individual modules are compatible. Furthermore, the ratio of receiver functionality to be provided by the software must be optimized by software written in modular form, preferably in advanced languages.
[0007]
Second, receiver designIsMust be suitable for a variety of potential environments. This means using appropriate margins and packages for hardware design. More important is the signal processing capability to operate under various dynamic conditions such as fluctuations as the vehicle moves or satellite signal vibration and intermittent blocking.
[0008]
Third, high performance, low cost receivers mean a reduction in manufacturing costs, which maximizes the functionality provided by the software or uses high density packaging technology.ZThis can be realized by reducing the size of the hardware. Furthermore, the receiver is designed to use a C / A code that is different from the more complex P code.
[0009]
Fourth, even when a C / A code is used, when used in a differential mode, the receiver can be made almost as accurate as a P-code receiver. This is a systematic correction of the pseudorange error for the receiver, so positioning is accurate.TheRequires a base base. The receiver must measure pseudoranges (and other parameters) with the resolution and accuracy required for accurate interpretation, so this measurement error and resolution is less than the error on the system being removed. Must be much smallerThisI must.
[0010]
Fifth, for portability and convenience, receivers should be designed to minimize weight and volume.ThisI must. Furthermore, since many proposed applications are to be carried remotely and used on battery power, power consumption must be minimized. Here, high-density mounting technology becomes important again.
[0011]
A known closed loop GPS receiver uses two types of loops. That is, these are two code lock loops that extract delay accumulation (pseudorange) of codes and phase lock loops (generally Costas loops) that extract data. The Costas loop can also be used to perform on-the-fly measurements of carrier parameters such as phase and phase velocity. In the code lock loop, the received signal is despread using a replica of the satellite code and the datasoThis despread signal is demodulated to be copyless using a modulated carrier replica. In order to match this replica with the received signal, the resulting energy is balanced between the early and late channels. In the Costas loop, this data is demodulated by coherent demodulation.
[0012]
This phase-lock approach only approximates optimality. Another problem is that in situations where the signal-to-noise ratio (SNR) is low, such as where there is significant noise, vibration, or jamming, the lock is lost or the period is likely to jump. The code lock loop also suffers performance degradation, but this is not critical to the overall receiver performance. This problem is natural in dynamic conditions. However, even under less dynamic conditions, such as with high precision exploration, the possibility of a cycle skipping is significant because the associated measurements take time.
[0013]
Other types of GPS receivers use an open loop estimator of signal parameters. In particular, a general correlation receiver can be used to make the signal parameter estimators most approximate. The estimate is obtained by selecting the processed signal parameters to perform position resolution.
[0014]
The dynamic performance of an open loop design is superior to that of a closed loop design because the former is not subject to phenomena such as loss of synchronization or loss of carrier lock. It is. This allows open loop receiver designers to be more flexible in changing parameters to meet changing application requirements. Furthermore, open loop design can be performed more cost-effectively because the basic processing is modular and there are fewer constraints on the designer in terms of acceptable processing delay.
[0015]
A receiver for a highly dynamic wide area location system is described in US Pat. No. 4,578,678 to WJ Hard. Unlike a hard receiver, the receiver of the present invention operates in phase (coherently). As a result, the SNR can be greatly improved. Furthermore, without a phase synchronization approach, the phase parameter of the carrier cannot be measured. This increases the number of parameters usedDoThis can lead to a significant improvement in accuracy. Although the hardware used P-codes, the receiver of the present invention uses C / A codes, which greatly simplifies the hardware and processing software. The hardware design depends on the specific hardware and processing software depending on the application. Since the processing is executed by software, the receiver of the present invention is a software application of the receiver.LeBy simply changing the golism, more flexibility is offered for many different uses. Another advantage to the hardware is the control that the processor has over the frequency of the local code generator, which allows the optimization of the measurement values constituted by the signal parameters.
[0016]
The GPS receiver according to the present invention produces code delay, carrier frequency, carrier phase, carrier phase acceleration, data values and data delay estimates. The receiver makes these estimates using an open loop correlation technique. By using multiple optimum parameter estimates, the accuracy of this receiver is high. Because the receiver is inherently open loop, the receiver is relatively resistant to large vibrations or very dynamic environments and can operate reliably even if the signal is intermittently blocked. Furthermore, since most of the signal processing is performed in software, the receiver is inexpensive and versatile.
[0017]
(Disclosure of the Invention)
Accordingly, the present invention comprises a GPS receiver for use in a satellite-based NAVSTAR wide area radio navigation and time transfer system, where the transmission from each of the plurality of satellites comprises a carrier modulated in code and data. And a receiver for receiving a C / A code signal transmitted from at least four satellites, a code delay, a carrier frequency, a carrier phase, a carrier wave Phase ofOKConsists of means for processing a signal having an open loop estimator of signal parameters for phase synchronization estimation of a plurality of signal parameters including speed, data value and data delay.
[0018]
This receiver incorporating the principles of the present invention can be designed for many different applications with various environmental and dynamic conditions.KiThe To illustrate the invention in greater detail, an embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0019]
(Best Mode for Carrying Out the Invention)
To facilitate the estimation of signal parameters and eliminate errors on the system, three of the parameters are not estimated directly, but as differences between selected satellites. Rather than making four estimates for the four pseudoranges, the shortest pseudorange is assigned to the nominal value zero, and therefore values above this zero value are assigned to other pseudoranges. This has been found not to cause errors in position resolution because one of the variables required for resolution is the clock offset. In effect, this estimation method allows the clock offset value to be set to the shortest pseudorange value. Not only does this approach eliminate errors common to each channel, but the number of bits needed to represent the pseudorange1/4 or moreThis reduces the size of the message that needs to be sent to the base base when using differential positioning.DecreaseCan be reduced. Differences are also estimated for phase, phase velocity (frequency) and phase acceleration parameters. This eliminates errors common to estimates from different satellites, such as errors due to reference oscillator phase variations.
[0020]
hardware
1A to 1DThese show the architecture of the receiver of a present Example. These functional blocks are hardware(10, 12, 14, 16, 20, 22, 24, 26, 28, 30)WhendigitalSoftware executed by the signal processor(32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64)It is divided into. Hardware amplified(10, 12)Down conversion(14, 26),filter(12, 28, 30)Perform functions, these are all “normal” functions that are performed in hardware. This down conversion is a “pseudo-signal stage”, ie a carrier waveButDownconverted to a frequency slightly higher than DC (relative to carrier frequency and signal bandwidth). This offset reduces the self-detection component and the local oscillator feed-through component.At 28 and 30It becomes possible to filter. Since this offset is very small compared to the signal bandwidth, it is necessary to generate an in-phase quadrature component.
[0021]
In this example, code generation and mixing isIn 20 and 22It is executed by hardware under the control of the main processor.In 26Further down conversion is also performed using a “composite” local oscillator with clearly defined limits. The frequency of the local oscillator is controlled by the processor, allowing drift and a predictable Doppler shift, thereby extending the effective range of carrier frequencies that the receiver can handle. MixingThe received signal at 16Clearly set the limit, ie, binary “1” if positive, “0” if negative,In 22Performed digitally in binary.In 16Setting the limits clearly results in a loss of SNR, but this simplification possible in hardware more than compensates for the disadvantages.
[0022]
In 22As a result of mixing the codes, the bandwidth of the signal will beAbout twice, ie 2MHzbecome. This signal isIn 24Sampled at 5 MHz, thenIn 28Filtered with a low pass filterThe9765Downsampled to Hz, this frequency is low enough to process using software.Shown by this 28The filter / downsampler is implemented as an integration and dump that integrates (counts) a number of input samples to give one output sample. The integral and dump filters have a sinc-function frequency response, which is sampledringHas first zero at frequency. This means that there are many pass bandwidths at frequencies higher than the Nyquist frequency. Therefore, the signal and noise frequency components in this region pass as noise due to aliasing. This problem can be easily solved by integrating twice as many input samples for the same output sampling rate. This means that a given output sample is the sum of the two previous integrals and dumps. This second sum is the anti-aliasing filter30Known as and implemented in hardware.
[0023]
Main processor
Up to this point, the functional block of the receiver is either operating continuously, or if sampled, each sample has no special meaning with respect to the position of the receiver by time. . In the main processor, all algorithms are based around a 25 ms time unit known as the “integration period”.1A to 1DAs shown, one algorithm is executed in each integration period and the other algorithm is executed once every 3 to 54 integration periods.
[0024]
Also, some of the main processor algorithms are executed according to the acquisition status of the receiver, i.e. whether the satellite is being acquired. The input signal is32,Transform to frequency domain by using Fast Fourier Transform (FFT). Each bin in the FFT isIn 36Check the size. If any bin does not exceed the threshold, the satellite signal is considered not captured and the main processor waits for the next integration period. If the threshold is exceeded, this bin where the maximum value occurs is, 34Narrowband Infinite Impulse Response (IIR) low pass filter down converted to zero Hz bin38Apply to this time domain. The signal at this stage is a carrier wave spread by 50 Hz data.
[0025]
At 40Of this signalUnwrappedFind the phaseIn 42Differentiate over the integration period. by this,In 44Data bit transition values (180 ° phase transition values) can be detected. Once the location of the transition value string is determined,At 60Data can be decrypted. Looking for frame information repeated by this operation and obtaining this information, the polarity ambiguity is removed and the remaining data can be decoded. The purpose of this decoding is to set the transmission time of the transition value of the data and to extract the position estimation data. This data indicates the orbit of the satellite with high accuracy.
[0026]
In 44Based on these detected transition values,46,Signal,Replication of detected dataMultiplication withDespread by. The optimal detection method can be ensured by performing some of these despreading operations before and after the detected transition value and picking up the peak of the correlation function against the delay parameter of the data. If the signal is despread with respect to the data, leaving only the nominal carrier,In 48Measure the phase again. A linear fit is performed on this phase function. by this,46,Produces a least-squares estimate of the phase velocity over the integration period. Next, by linear fittingObtainedLineReal axisUsing this conversion converted toIn 52The phase of this signal is rotated.In 54Of this rotated signalReal valueThe sum of,In effect, this is the phase synchronization correlation of this signal. Each integration periodInOne of these correlation values is created. This set of thresholds on the correlation value also indicates that the satellite has not been acquired.
[0027]
Estimate code delay to measure pseudorangeTheIt must be made. In this receiver, pseudoranges are not directly measured, but are measured as differences between satellites. Zero value for one satelliteTheAssign to other satellites the difference between this pseudorange and the pseudorange in question. Measuring the difference simplifies the receiver in that no high resolution clock is required and simplifies communication with the base base.
[0028]
Code delay values are code generators in three different "phases" for three consecutive integration periods20Is estimated. These three phases “lock” (ie, align the local and satellite codes) with a portion of the chip early and a portion of the chip late. The correlation function can be reconstructed from the phases of these three codes. The best way to reconstruct the correlation function and pick up the peaks isIn 54Correlation function measured by sampling at 3 pointsIn 56Correlating with the expected correlation function, which can be measured preferentially. By using this double correlation method, an estimate of the original pseudorange is generated. The use of this second correlation is necessary to optimize the application consisting of three integration times that contribute to the measurement. Each of the three correlation sample values is obtained by observing the signal for only one integration periodIn 54Although generated, the total measurement time is three integration periods. The noise on the sample is not related between the sample values. Therefore, this sampled correlation curve is semi-optimal. By correlating this correlation curve with the expected correlation function, the correlation signal-to-noise ratio is maximized, thereby restoring the optimality of the process and allowing interpolation of these sample values.
[0029]
Over a period much longer than the integration period (this length is set by the signal detection requirements) to meet the requirement to accurately measure pseudorange differences, phase differences, frequency differences and phase acceleration differences The signal must be observed. In other words, generate a more accurate estimateTheTherefore, these original estimates must be combined in some optimal way. The method chosen to combine these estimates is the Kalman filter62Is to use. This filter62Inputs to pseudorange, frequency and phaseofThe estimated difference and the pseudo distance from the basecorrectionValue. This filter62Model receiver position, satellite and receiver movement, and receiver oscillator drift. From these models and inputs, this filter not only generates a smooth but uncorrected pseudorange for transmission to the base station, but also generates an estimate of the receiver position for the user. These estimates are64,Provided to the user with a standardized reference system that requires geometric transformation.
[0030]
correlation
The closest (ML) estimator is a correlation detector. The signal parameters in question are code value, signal delay (measured using code delay and data delay), carrier frequency, carrier phase, and data value. The receiver must effectively perform a 6-dimensional correlation and pick up its peaks to obtain an optimal estimate of all parameters in order to obtain an optimal position resolution.
[0031]
Two other parameters that appear in the estimation process are local oscillator drift and code generator frequency. Oscillator drift is important because all time measurements made in the receiver are made with reference to one oscillator, which is used for the local oscillator and the sampling clock. To do. Kalman filter62To generate an estimate of the oscillator frequency and use thisTheCode generator20The frequency setting can be corrected. Code generator20By correcting the frequency, the satellite code can be tracked precisely, the correlation shape and the correlation value can be optimized, and the SNR can be maximized. This is not estimated as an independent parameter (ie, no correlation is performed on the corrected frequency) because it is directly proportional to the already estimated frequency of the satellite signal carrier.
[0032]
Code value
The choice of code value is simply the satellite code to be used for each channel of the receiver.ofRequires selection. Each satellite has an epoch length code of 1023 chips, and the satellite repeats this code at an epoch rate of 1 KHz. In the receiver,20Each satellite channel generates a copy of the satellite code from which data is to be received.22To this locally generated code,Multiply the received satellite signal. If the local code is delayed so that the codes match, the received signal is despread from the 2 MHz spread spectrum bandwidth to the 100 MHz data bandwidth.
[0033]
Estimating data values
The data value is obtained by searching for the transition value of the data. The correct polarity of the data isAt 60Set by data decryption algorithm. For the purpose of signal processing, this data value is estimated as an inverted or non-inverted value of the actual data, and is determined to be “1” or “0” later.42,The transition value is set in time by filtering the phase of the carrier modulated with data and matching the filter with the transition value.In 42Matched filter output peaks occur in the region of data transition. Filter matching is the best way to set transition values and is accurate within a small number of samples. A code epoch can be used to unambiguously set the transition value and give an initial estimate from the matched filter. The matched filter sets the transition value in a small number of samples (ie within a few hundred microseconds), the data transition value always corresponds to the code epoch transition value, which occurs every 1 ms, If the position of the code epoch boundary within the integration period is known, the transition value can be explicitly set. This is the method used in this receiver.
[0034]
When data transition values are set and decoded, the information in this data is, 56 and 58Contributes to other measurements. The timing information in this data is used to set the time of the week and allow the receiver to calculate the end transmission time used to measure the pseudorange. Using the data in the position estimation table, the satellite position is accurately determined and the transmission time is given.
[0035]
Estimation of phase, phase velocity (frequency) and phase acceleration
An estimate of the frequency of each satellite channel was used to detect the signal synchronouslyIn 14, 26 and 34It is simply the sum of all down conversion values. Nominally there are four such down conversion values, one in analog hardware (by LO)Of 14And one in digital hardwareOf 26And two in the main processor (one in the IIR filter)34 before 38And one isIn 52Both are in the time domain) due to phase rotation. Each of these conversion values is nominally smaller than the previous conversion value. Each measured value is proportional to the LO frequency. This is because the down conversion frequency performed in the hardware and processor is all due to the sampling frequency, and this sampling frequency is taken from the same source as LO. In other words, LO drift causes a multiplication error in this measurement. However, by estimating the frequency difference, the first LO frequency offset is removed and the drift only increases the down conversion performed in software.
[0036]
The optimality from the frequency estimate isIn 34 and 52Only relevant to the last two down conversion values,In 14 and 26The first two are effectively “constants”. The FFT is correlated with frequency, so estimating the frequency for the first down-conversion within the main processor with the FFT gives an ML estimate.40, 46 and 48The phase processing uses averaging over frequency and phase estimates, which can be shown to be an optimal interpolation of complex FFT estimates.
[0037]
If the phase is measured at the boundary of the integration period, that measurement is also optimal. The phase contribution due to the first LO is eliminated by using the phase difference.In 26Down conversion in digital hardwareIn 34Any FFT down-conversion contributes to bringing the signal to zero phase at the boundary of the integration period. This is due to these down conversion “oscillators” having an integrated number of periods within one integration period and initialized to zero. This means that the estimated value of the phase is an average value estimated during the phase processing period. In order to remove phase ambiguity, this phase estimate must be “no wrap” with respect to 2.
[0038]
The phase acceleration is not optimal because it does not use all available information. This uses only early and late integration periods, and generally these integration periods both have a lower SNR than those that adhere to time.
[0039]
Delay estimation (pseudo distance)
The delay estimate is more complex than the other estimates, but is the most fundamental in determining the receiver location. As explained earlier, only the pseudorange differences are estimated. This estimate consists of a code delay (which is 1 ms ambiguity, but can be easily estimated because the code is known) and a data delay (which is not ambiguous but not known) Requires input from both.56 and 58,Tag time to pseudorange measurements using data transitions that occur on each channel. This sets data transitions within one sample, as described in Estimating Data Values. Data transitions always coincide with code epoch transitions. Interpolation between samples is56,The "phase" of the code at the start and end of the integration period,Sub chipThis is possible by sampling with accuracy. The frequency of the received code to such an extent that the local code frequency can be estimatedThe"Lock"56,Interpolate points between samples where transitions occur. If the local code exactly matches the received code (with delay) and there is no noise in the system, this interpolated pseudorange measurement is perfectly correct.
[0040]
However, the requirement for both maintaining code lock and making an accurate estimate despite system noise requires two additional processing steps. The first of these steps isIn 56Picking up a correlation peak for the delay parameter, the second step comprises:In 56Including combining a series of measurements taken over an observation period to ensure that the requirements for accuracy are met.
[0041]
The pseudorange measurement created using the method described above has been referred to as the “original pseudorange”. These estimates are not optimal because there is no relationship between these estimates and the correlation in the delay parameter. This is handled by making three such estimates within three consecutive integration periods, and making each estimate for a different “phase” of the code. One of the integrations is performed by a code set to an “optimal estimate” of the phase of the code (ie, approximated so that it can be estimated to be “locked”). The other two are done in the early point part of the chip and the late part of the chip,FIG.A set of measurements is given as These three points must be used to reconstruct the shape of the correlation function in order to find the exact peak of the correlation and thus correct the pseudorange measurements made with the “best” estimate. The best way to reconstruct is56,These three points are the expected correlation shape (As shown in FIG.). This estimate of pseudorange is called the “interpolated pseudorange” and is the best estimate because it uses the correlation to create the estimate (two estimates-the shape of the correlation Estimates and correlation peak estimates-Since, in fact, 2 times). However, even though each estimate is optimal, they are still not accurate enough. Some of these interpolated pseudoranges (usually at least 18)62To produce a final estimate of the pseudorange and position. Kalman filter62The estimated phase and frequency values input to the signal contribute to improvement of the estimated pseudorange.
[0042]
Kalman filter
Kalman filter62The function of is to track the “state” of a linear dynamic system by processing the observations in an iterative least squares method. The state of this system is described by a vector of system variables, which must be related to each other by a set of known linear equations. In general, a state vector is composed of a set of one or more derivatives, so the equations associated with these vectors are differential equations that represent the dynamics of the system. Observed values are made by measuring observable values, and these observable values must be known linear functions of the state variables.
[0043]
FIG.The Kalman filter62Shows the operation. The observation vector Y is composed of three pseudo-range differences and three phase differences. The state vector is X and is composed of the receiver position, velocity and acceleration on three coordinate axes, and the rate of change of the local clock offset. “Hats” indicates estimated values, ie, estimates.
[0044]
Transition matrix φ
Figure 0003783022
To obtain an estimate of the state vector for the next time interval. This loop is known as a state transition loop. Observations are made every N transitions,
Figure 0003783022
Is corrected. Thus, during the observation, the transition matrix models a predictable dynamic behavior of the receiver.
[0045]
Expected observation vector
Figure 0003783022
Is compared to the observation vector Y and the resulting prediction error vector is processed to produce a correction value. The latter is multiplied by a so-called karma gain matrix K. The latter is calculated by a probabilistic model technique including a state covariance matrix P, an observation error covariance matrix R, a system noise covariance matrix Q, and an observation matrix M. This observation matrix associates measurement vectors with state vectors.
[0046]
There are descriptors on the matrices that form the models (eg, φ, Q, and M), which means that these matrices are time invariants and must be updated regularly. Show. These matrices depend on the satellite and receiver positions. Furthermore, Q and R are filters62Can be estimated from the observations by various methods that allow the receiver to adapt to changes in the dynamic behavior of the receiver. filter62Another method that can be applied is by multiplying a scalar coefficient related to the locus of the estimated value of the prediction error. Specifically, the scalar coefficient is 1 + α, whereαIs a matrix
Figure 0003783022
Linearly related to the subtrajectory of
[0047]
Kalman filter62The observations related to are made by input from a pseudorange interpolation algorithm and input from a frequency and phase estimator. After a predetermined number of observations have been made, the position estimate can be output directly to the user from the expected state vector. Similarly, an estimate of the pseudorange difference that is to be differentiated and transmitted to the base station can be extracted directly from the expected observation vector. If the pseudorange correction value is available from the base station,FIG.Filter, as shown in62These values can be used to generate a more accurate position by supplying to
[0048]
Positioning algorithm
The positioning algorithm used in this receiver is the Kalman filter.62Executed within.
[0049]
It is emphasized that the present invention is not limited to the embodiments described here. Many modifications and variations can be made within the broad concepts described. The receiver design can be improved in several ways.
[0050]
The generic concept described here relates to a receiver having four or more channels, known as a “multi-channel” receiver.
[0051]
With little effort, this concept is a 3 channelshipIt can be easily applied to uses such as a marine receiver or a one-channel multiplex receiver. In the case of a one-channel receiver, the important difference is not the difference but the absolute measurement values such as pseudorange, phase, etc. are required. Other modifications and variations are intended to accommodate specific applications and special environmental conditions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the arrangement of FIGS. 1A to 1D.
FIG. 1A is part of a functional block diagram of one receiver according to the present invention.
FIG. 1B is part of a functional block diagram of one receiver according to the present invention.
FIG. 1C is part of a functional block diagram of one receiver according to the present invention.
FIG. 1D is a part of a functional block diagram of one receiver according to the present invention.
[Figure 2]The original pseudorange on the correlation diagram is shown.
[Fig. 3]It is a block diagram of a Kalman filter.

Claims (24)

複数の衛星特定コードとデータとを表す位相反転変調された搬送波信号を含む複数の衛星信号を、複数の衛星から受信する、衛星に基づいた無線航法に使用するGPS受信機であって、
アンテナを介して前記複数の衛星信号を受信して増幅する手段(12)と、
前記複数の衛星特定コードのいずれかを発生するコード発生手段であって、該発生されたコードのコード遅延がサブチップ精度で制御できるようなコードを発生するコード発生手段(20)と、
前記増幅した衛星信号に前記発生されたコードを乗じる(22)とともに搬送波周波数の下方変換(14、26)を行ってディジタル信号を作るコード混合・下方変換(コードミキシング・ダウンコンバーティング)手段(14、22、26)であって、前記ディジタル信号は、下方変換(ダウンコンバーティング)した搬送波周波数を持ち且つ前記発生されたコードを乗じたものであり、それにより前記発生されたコードのコード遅延が、そのコードと同じコードを有する衛星信号のコード遅延と同じになるか又はほぼ同じになるときに、前記同じコードを有する衛星信号から生じるディジタル信号の部分のバンド幅が逆拡散するようにする、コード混合・下方変換手段(14、22、26)と、
コード遅延を含む衛星信号の信号パラメータを計算する手段(32、34、36、38、40、42、44、46、48、52、54、56、58、60)と、
前記複数の衛星信号の少なくとも4つからの信号パラメータを利用してアンテナの位置についての情報を与える手段(62、64)と、
を備えるGPS受信機において、同じコードを有する前記衛星信号のコード遅延を決定する方法において、
(1)複数の前記ディジタル信号であって、前記ディジタル信号の各々が前記コード発生手段から発生されたコードの異なるコード遅延にそれぞれが対応しているような複数の前記ディジタル信号を発生する段階(20、22、24、26、28、30)と、
(2)各ディジタル信号に対応する複数の相関値であって、各相関値が搬送波位相と搬送波周波数の両方の情報を利用して生成され且つそのディジタル信号のコード復調の程度を示すような複数の相関値を計算する段階(32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54)と、
(3)発生されたコードの最適コード遅延を前記複数の相関値から計算して前記衛星信号のコード遅延を与える段階(56)とを備え、
前記複数の相関値を計算する段階が、
(a)前記ディジタル信号少なくともつの複合周波数スペクトルを積分期間にわたって計算する段階(32)と、
(b)前記周波数スペクトルにおける最大ビンの位置を見出す段階(36)と、
(c)搬送波周波数と搬送波位相のオフセットを求める段階(36、46、48)とを備えることを特徴とする方法。
A GPS receiver used for satellite-based radio navigation that receives a plurality of satellite signals including a phase-inverted modulated carrier signal representing a plurality of satellite identification codes and data from a plurality of satellites,
Means (12) for receiving and amplifying the plurality of satellite signals via an antenna;
Code generating means (20) for generating any one of the plurality of satellite specific codes, wherein the code generating means (20) generates a code such that a code delay of the generated code can be controlled with subchip accuracy;
Code mixing / down converting (code mixing / down converting) means (14) for multiplying the amplified satellite signal by the generated code (22) and down-converting the carrier frequency (14, 26) to produce a digital signal , 22, 26), wherein the digital signal has a down-converted carrier frequency and is multiplied by the generated code, so that the code delay of the generated code is reduced. The bandwidth of the portion of the digital signal resulting from the satellite signal having the same code is despread when the code delay of the satellite signal having the same code is the same or nearly the same. Code mixing / downward conversion means (14, 22, 26);
Means (32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 52, 54, 56, 58, 60) for calculating the signal parameters of the satellite signal including the code delay;
Means (62, 64) for providing information about the position of the antenna using signal parameters from at least four of the plurality of satellite signals;
In a GPS receiver comprising: a method for determining a code delay of the satellite signals having the same code;
(1) generating a plurality of the digital signals, each of the digital signals corresponding to a different code delay of the code generated from the code generating means ( 20, 22, 24, 26, 28, 30),
(2) A plurality of correlation values corresponding to each digital signal, each correlation value being generated using information on both the carrier phase and the carrier frequency and indicating the degree of code demodulation of the digital signal Calculating correlation values of (32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54);
(3) calculating an optimal code delay of the generated code from the plurality of correlation values to provide a code delay of the satellite signal;
Calculating the plurality of correlation values comprises :
(A) step of calculating over an integration period at least one composite frequency spectrum of the digital signal (32),
(B) finding the position of the largest bin in the frequency spectrum (36) ;
And (c), characterized in that it comprises a step (36,46,48) for determining the carrier frequency offset and carrier phase.
複数の衛星特定コードとデータとを表す位相反転変調された搬送波信号を含む複数の衛星信号を、複数の衛星から受信する、衛星に基づいた無線航法に使用するGPS受信機であって、
アンテナを介して前記複数の衛星信号を受信して増幅する手段(12)と、
前記複数の衛星特定コードのいずれかを発生するコード発生手段であって、該発生されたコードのコード遅延がサブチップ精度で制御できるようなコードを発生するコード発生手段(20)と、
前記増幅した衛星信号に前記発生されたコードを乗じる(22)とともに搬送波周波数の下方変換(14、26)を行ってディジタル信号を作るコード混合・下方変換(コードミキシング・ダウンコンバーティング)手段(14、22、26)であって、前記ディジタル信号は、下方変換(ダウンコンバーティング)した搬送波周波数を持ち且つ前記発生されたコードを乗じたものであり、それにより前記発生されたコードのコード遅延が、そのコードと同じコードを有する衛星信号のコード遅延と同じになるか又はほぼ同じになるときに、前記同じコードを有する衛星信号から生じるディジタル信号の部分のバンド幅が逆拡散するようにする、コード混合・下方変換手段(14、22、26)と、
コード遅延を含む衛星信号の信号パラメータを計算する手段(32、34、36、38、40、42、44、46、48、52、54、56、58、60)と、
前記複数の衛星信号の少なくとも4つからの信号パラメータを利用してアンテナの位置についての情報を与える手段(62、64)と、
を備えるGPS受信機において、同じコードを有する前記衛星信号のコード遅延を決定する方法において、
(1)複数の前記ディジタル信号であって、前記ディジタル信号の各々が前記コード発生手段から発生されたコードの異なるコード遅延にそれぞれが対応しているような複数の前記ディジタル信号を発生する段階(20、22、24、26、28、30)と、
(2)各ディジタル信号に対応する複数の相関値であって、各相関値が搬送波位相と搬送波周波数の両方の情報を利用して生成され且つそのディジタル信号のコード復調の程度を示すような複数の相関値を計算する段階(32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54)と、
(3)発生されたコードの最適コード遅延を前記複数の相関値から計算して前記衛星信号のコード遅延を与える段階(56)とを備え、
前記複数の相関値を計算する段階が、
(a)前記ディジタル信号少なくともつの複合周波数スペクトルを積分期間にわたって計算する段階(32)と、
(b)前記周波数スペクトルにおける最大ビンの位置を見出す段階(36)と、
(c)前記最大ビンの位置にしたがって時間領域において各ディジタル信号にさらに下方変換を実行して残存搬送波周波数を有するさらに下方変換した信号をつくる段階(34)
を備えることを特徴とする方法。
A GPS receiver used for satellite-based radio navigation that receives a plurality of satellite signals including a phase-inverted modulated carrier signal representing a plurality of satellite identification codes and data from a plurality of satellites,
Means (12) for receiving and amplifying the plurality of satellite signals via an antenna;
Code generating means (20) for generating any one of the plurality of satellite specific codes, wherein the code generating means (20) generates a code such that a code delay of the generated code can be controlled with subchip accuracy;
Code mixing / down converting (code mixing / down converting) means (14) for multiplying the amplified satellite signal by the generated code (22) and down-converting the carrier frequency (14, 26) to produce a digital signal , 22, 26), wherein the digital signal has a down-converted carrier frequency and is multiplied by the generated code, so that the code delay of the generated code is reduced. The bandwidth of the portion of the digital signal resulting from the satellite signal having the same code is despread when the code delay of the satellite signal having the same code is the same or nearly the same. Code mixing / downward conversion means (14, 22, 26);
Means (32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 52, 54, 56, 58, 60) for calculating the signal parameters of the satellite signal including the code delay;
Means (62, 64) for providing information about the position of the antenna using signal parameters from at least four of the plurality of satellite signals;
In a GPS receiver comprising: a method for determining a code delay of the satellite signals having the same code;
(1) generating a plurality of the digital signals, each of the digital signals corresponding to a different code delay of the code generated from the code generating means ( 20, 22, 24, 26, 28, 30),
(2) A plurality of correlation values corresponding to each digital signal, each correlation value being generated using information on both the carrier phase and the carrier frequency and indicating the degree of code demodulation of the digital signal Calculating correlation values of (32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54);
(3) calculating an optimal code delay of the generated code from the plurality of correlation values to provide a code delay of the satellite signal;
Calculating the plurality of correlation values comprises :
(A) step of calculating over an integration period at least one composite frequency spectrum of the digital signal (32),
(B) finding the position of the largest bin in the frequency spectrum (36) ;
And (c), characterized in that it comprises a said maximum step in the time domain according to the position of the bottle by running further downconverted to respective digital signals make further down converted signal with a residual carrier frequency (34).
前記複数の相関値を計算する段階が、前記ディジタル信号の前記少なくともつから何らかのデータ遷移があればそれを取り除く段階(46)を含む請求項に記載の方法。 Wherein the plurality of calculating a correlation value The method of claim 1 including the step (46) to remove it if there is any data transitions said at least one of said digital signal. 前記複数の相関値を計算する段階が、前記さらに下方変換した信号の前記少なくともつから何らかのデータ遷移があればそれを取り除く段階(46)を含む請求項に記載の方法。 Wherein the plurality of calculating a correlation value The method of claim 2 including the step (46) to remove it if there is any data transitions from said at least one of said further down-converted signal. 前記複数のディジタル信号が順次に発生される(20)請求項1に記載の方法。The method of claim 1, wherein the plurality of digital signals are generated sequentially (20) . 複数の衛星特定コードとデータとを表す位相反転変調された搬送波信号を含む複数の衛星信号を、複数の衛星から受信する、衛星に基づいた無線航法に使用するGPS受信機であって、
アンテナを介して前記複数の衛星信号を受信して増幅する手段(12)と、
前記複数の衛星特定コードのいずれかを発生するコード発生手段であって、該発生されたコードのコード遅延がサブチップ精度で制御できるようなコードを発生するコード発生手段(20)と、
前記増幅した衛星信号に前記発生されたコードを乗じる(22)とともに搬送波周波数の下方変換(14、26)を行ってディジタル信号を作るコード混合・下方変換(コードミキシング・ダウンコンバーティング)手段(14、22、26)であって、前記ディジタル信号は、下方変換(ダウンコンバーティング)した搬送波周波数を持ち且つ前記発生されたコードを乗じたものであり、それにより前記発生されたコードのコード遅延が、そのコードと同じコードを有する衛星信号のコード遅延と同じになるか又はほぼ同じになるときに、前記同じコードを有する衛星信号から生じるディジタル信号の部分のバンド幅が逆拡散するようにする、コード混合・下方変換手段(14、22、26)と、
コード遅延を含む衛星信号の信号パラメータを計算する手段(32、34、36、38、40、42、44、46、48、52、54、56、58、60)と、
前記複数の衛星信号少なくとも4つからの信号パラメータを利用してアンテナの位置についての情報を与える手段(62、64)と、
を備えるGPS受信機において、同じコードを有する前記衛星信号のコード遅延を決定する方法において、
(1)複数の前記ディジタル信号であって、前記ディジタル信号の各々が前記コード発生手段から発生されたコードの異なるコード遅延にそれぞれが対応しているような複数の前記ディジタル信号を発生する段階(20、22、24、26、28、30)と、
(2)各ディジタル信号に対応する複数の相関値であって、各相関値が搬送波位相と搬送波周波数の両方の情報を利用して生成され且つそのディジタル信号のコード復調の程度を示すような複数の相関値を計算する段階(32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54)と
(3)発生されたコードの最適コード遅延を前記複数の相関値から計算して前記衛星信号のコード遅延を与える段階(56)とを備え
前記複数の相関値を計算する段階が、
(a)前記ディジタル信号少なくともつの複合周波数スペクトルを積分期間にわたって計算する段階(32)と、
(b)前記周波数スペクトルにおける最大ビンの位置を見出す段階(36)と、
(c)時間領域において各ディジタル信号にさらに下方変換を実行して零周波数と位相とを有するさらに下方変換した信号をつくる段階(34、52)
を備えることを特徴とする方法。
A GPS receiver used for satellite-based radio navigation that receives a plurality of satellite signals including a phase-inverted modulated carrier signal representing a plurality of satellite identification codes and data from a plurality of satellites ,
Means (12) for receiving and amplifying the plurality of satellite signals via an antenna;
Code generating means (20) for generating any one of the plurality of satellite specific codes , wherein the code generating means (20) generates a code such that a code delay of the generated code can be controlled with subchip accuracy ;
Code mixing / down converting (code mixing / down converting) means (14) for multiplying the amplified satellite signal by the generated code (22) and down-converting the carrier frequency (14, 26) to produce a digital signal , 22, 26), wherein the digital signal has a down-converted carrier frequency and is multiplied by the generated code, so that the code delay of the generated code is reduced. The bandwidth of the portion of the digital signal resulting from the satellite signal having the same code is despread when the code delay of the satellite signal having the same code is the same or nearly the same. Code mixing / downward conversion means (14, 22, 26);
Means (32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 52, 54, 56, 58, 60) for calculating the signal parameters of the satellite signal including the code delay;
And means (62, 64) that utilizes at least 4 Tsukara signal parameter of said plurality of satellite signals gives information about the position of the antenna,
In a GPS receiver comprising: a method for determining a code delay of the satellite signals having the same code;
(1) step of a plurality of said digital signal, for generating a plurality of said digital signal, such as different code delays codes each of said digital signal is generated from said code generation means corresponds ( 20, 22, 24, 26, 28, 30) ,
(2) A plurality of correlation values corresponding to each digital signal, each correlation value being generated using information on both the carrier phase and the carrier frequency and indicating the degree of code demodulation of the digital signal Calculating correlation values of (32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54) ;
(3) the optimal code delay of the generated code calculated from said plurality of correlation values and a step (56) providing a code delay of the satellite signals,
Calculating the plurality of correlation values comprises :
(A) step of calculating over an integration period at least one composite frequency spectrum of the digital signal (32),
(B) the step of finding the location of the maximum bin in the frequency spectrum (36),
Method characterized by comprising the steps (34, 52) which in (c) the time domain by performing a further downconverted to respective digital signals make further down converted signal having a zero frequency and a zero phase.
零周波数と零位相へ前記さらなる下方変換が2段階(34、52)で行われ、第1段階(34)前記最大周波数ビンの位置にしたがって残存搬送波周波数への下方変換を含み、そして前記複数の相関値を計算する段階がさらに、残存搬送波周波数を推定する段階(46)を含む請求項に記載の方法。 Said further down-conversion to zero frequency and a zero phase is performed in two stages (34 and 52), the first stage (34) includes a lower conversion to residual carrier frequency according to the position of the maximum frequency bin, and the The method of claim 6 , wherein calculating a plurality of correlation values further comprises estimating a residual carrier frequency (46) . 前記複数の相関値を計算する段階は、さらに下方変換した信号の搬送波位相のオフセットを推定する段階(48)を含む請求項に記載の方法。The method of claim 7 , wherein calculating the plurality of correlation values further comprises estimating (48) a carrier phase offset of the down-converted signal. ディジタル信号とさらに下方変換した信号とが同相成分(I)と直交成分(Q)とを有する位相ベクトルにより表され、そして残存搬送波周波数はさらに下方変換した信号の位相ベクトルの回転速度を測定する(46)ことにより推定される請求項に記載の方法。The digital signal and the further down-converted signal are represented by a phase vector having an in-phase component (I) and a quadrature component (Q), and the remaining carrier frequency measures the rotational speed of the phase vector of the further down-converted signal ( 46) The method of claim 7 estimated by: 位相ベクトルの回転速度直線適合を使って測定される(46)請求項に記載の方法。The method of claim 9 , wherein the rotational speed of the phase vector is measured using a linear fit (46) . 零周波数と位相とを有するさらに下方変換した信号をつくる段階が、測定された搬送波周波数(46)搬送波位相のオフセット(48)にしたがって実数軸に対して位相ベクトルを回転させる段階(52)を含み、そして複数の相関値を計算する段階は、
(1)データ遷移があればそれを検出し(44)、そして取り除く(46)段階と
(2)その回転された位相ベクトルの実数値を積分期間にわたって集計してその相関値を与える段階(54)と
をディジタル信号毎に含んでいる請求項に記載の方法。
Creating a further down-converted signal having zero frequency and zero phase, rotating the phase vector about the real axis according to the measured carrier frequency (46) and carrier phase offset (48) (52); And calculating a plurality of correlation values comprises:
(1) Detect (44) and remove (44) and remove data transitions, and (2) Aggregate the real values of the rotated phase vectors over an integration period to give their correlation values (54) ) to the method described <br/> to claim 6 which contains for each digital signal.
前記コード混合・下方変換手段(14、22、26)が、前記搬送波周波数の下方変換を2段階(14、26)で実行し、この2段階の後の段階(26)前記コード混合(22)後に実施され、この後の段階(26)で実施される下方変換の程度は前記求められた搬送波周波数もしくは最大ビンの値(36)にしたがって調整される請求項に記載の方法。Said code mixing and down-conversion means (14,22,26) is a down-conversion of the carrier frequency run in two stages (14, 26), a later stage of this two-stage (26) is the code mixture (22 ) is carried out after method of claim 1 degree down-conversion carried out in a later stage (26) which is adjusted according to the determined carrier frequency or maximum bin value (36). 前記コード混合・下方変換手段(14、22、26)がコンピュータのソフトウェアによるさらなる処理に適したサンプリングレートへ信号をダウンサンプリングする(28)請求項1に記載の方法。Method according to claim 1, wherein said code mixing and down-converting means (14, 22, 26) downsamples (28) the signal to a sampling rate suitable for further processing by computer software. 発生されたコードの最適コード遅延を前記複数の相関値から計算する段階(56)が、前記複数の相関値を、それらの相関値前記衛星信号のコード遅延との間の予測された関係と比較し、そして前記複数の相関値とその予測された関係との間が最も良く一致する衛星のコード遅延を求めることを含んでいる請求項1に記載の方法。Calculating a optimum code delay of the generated code from said plurality of correlation values (56), a plurality of correlation values, and predicted relationship between those correlation values and code delay of the satellite signal The method of claim 1 including comparing and determining a code delay for a satellite that best matches between the plurality of correlation values and their predicted relationships. 請求項1に記載の方法により作動するGPS受信機。A GPS receiver operating according to the method of claim 1. 前記信号パラメータは、前記衛星信号の前記少なくとも4つの間での擬似離差を含み、この擬似距離差は前記衛星信号の各々のコード遅延から計算する請求項1に記載の方法により作動するGPS受信機。 The signal parameters may include a pseudo-away difference in said at least four between the satellite signal, GPS receiver pseudo distance difference is actuated by the method of claim 1, calculated from the code delay of each of the satellite signals Machine. 前記信号パラメータは、前記ディジタル信号から計算した搬送波位相のオフセットを含む請求項1に記載の方法により作動するGPS受信機。 The signal parameters, GPS receiver that operates by the method according to claim 1, which contains the offset of carrier phase calculated from the digital signal. 前記信号パラメータは、前記ディジタル信号から計算した搬送波位相の加速度を含む請求項1に記載の方法により作動するGPS受信機。 The signal parameters, GPS receiver that operates by the method of claim 1 including the acceleration of the carrier phase calculated from the digital signal. 前記信号パラメータは、前記ディジタル信号から計算した搬送波周波数を含む請求項1に記載の方法により作動するGPS受信機。 The signal parameters, GPS receiver that operates by the method of claim 1 including a carrier frequency calculated from the digital signal. 前記信号パラメータは推定された残存搬送波周波数、前記第1段階(34)におけるさらなる下方変換の程度、そして前記コード混合・下方変換手段(14、22、26)により実施された下方変換の程度を集計する(62)ことにより計算された搬送波周波数を含む請求項に記載の方法により作動するGPS受信機。 The signal parameters include the estimated residual carrier frequency , the degree of further down-conversion in the first stage (34), and the degree of down-conversion performed by the code mixing and down-conversion means (14, 22, 26). A GPS receiver operating according to the method of claim 7 , including carrier frequencies calculated by summing (62) . 前記信号パラメータは位相ベクトルの回転速度の変化速度を測定することにより計算された搬送波位相加速を含む請求項に記載の方法により作動するGPS受信機。 The signal parameters, GPS receiver that operates by the method according to claim 9 comprising a carrier phase acceleration calculated by measuring the rate of change of the rotational speed of the phasor. 前記信号パラメータを利用する手段が、前記パラメータを入力とするカルマンフィルタ(62)を含む請求項1に記載の方法により作動するGPS受信機。 Said means for utilizing the signal parameters, GPS receiver that operates by the method of claim 1 including a Kalman filter (62) for receiving said parameter. 前記信号パラメータを利用する手段が、前記パラメータを入力とするカルマンフィルタ(62)を含み、前記信号パラメータが
(1)搬送波位相のオフセット、
(2)搬送波位相の加速度
(3)衛星信号のコード遅延から求めた衛星信号間の擬似距離差、そして
(4)搬送波周波数
を含む請求項に記載の方法により作動するGPS受信機。
It said means for utilizing the signal parameters comprise a Kalman filter whose input (62) of the parameter, the signal parameter is (1) a carrier phase offset,
(2) Acceleration of carrier phase ,
(3) pseudo distance difference between the satellite signal obtained from the code delay of the satellite signals, and (4) GPS receiver that operates by the method of claim 6 including the carrier frequency.
前記零周波数と位相へのさらなる下方変換が2段階(34、52)で行われ、第1段階(34)は残存搬送波周波数へ前記最大周波数ビンにしたがって下方変換することを含み、搬送波周波数は前記第1の段階におけるさらなる下方変換の程度と残存搬送波周波数とを使って計算する請求項23に記載のGPS受信機。Further down conversion to the zero frequency and zero phase is performed in two stages (34 , 52) , the first stage (34) includes down converting to the remaining carrier frequency according to the maximum frequency bin, where the carrier frequency is 24. A GPS receiver according to claim 23 , wherein the GPS receiver is calculated using the degree of further down-conversion in the first stage and the residual carrier frequency.
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