TW200829944A - Method and apparatus for collecting subframes of satellite navigation data - Google Patents
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Description
200829944 μ 九、發明說明·· 、【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於實現縮減衛星通訊中首次定位時間(time_t0 first-fix,以下簡稱TTFF)之方法以及裝置,更明確而言,係有關 於一種用於收集衛星導航資料子訊框之方法以及實施此方法的全 球導航衛星系統(GNSS)接收器。 | 【先前技術】 衛星定位已廣泛使用於各種應用。在諸如全球導航衛星系統 (GNSS)等衛星定位系統中,冷啟動狀態意指無任何資訊可用,如 接收斋位置、觀察時間、衛星導航資訊(如粗略星曆資料(almanac) 或是精確星曆資料(ephemeris))等均為未知。 對於GNSS (如GPS,全球定位系統)接收器而言,靈敏度為 主要的性能判斷標準。冷啟動狀態下的TTFF (首次定位時間)是接 鲁 收器靈敏度的代表性標準。定位一個三維位置,至少需要四顆衛 星。TTFF係取決於獲取至少四個可見衛星的衛星訊號的時間以及 藉由將導航資料解調變而下載所需精確星曆資料的時間。當所接
收的訊號功率足夠強,需花費數秒以獲取衛星訊號,以及大約U 秒的時間來取得所需的精確星曆資料。如果訊號功率微弱,則獲 取衛星訊號的時間以及下載精確星曆資料的時間兩者均須延長。 而無論訊號功帛強或弱,很顯然,取得精確星曆資料的時間都是 TTFF的決定性因素。 5 200829944 ㊉要6秒來傳送。因此,傳送-頁需要30秒。每個子 訊框^含1〇卿元,後將詳細。第丨頁導航資
料的貝料結構不意圖。衛星導航資料包括精確星曆資料以及粗略 星層資料。各衛祕錢傳送其本身晴輕《料。此外,每 個衛星傳送所有衛星的粗略繼料,其為精確星㈣料的粗略 版。主要的衛星精確星曆及時脈參數係於子赌卜子訊框 2以及子雜3巾傳送。粗略絲細綠子雜4以及子訊框5 中傳达。第2圖係顯示包括财星曆資料以及粗略星曆資料之導 航㈣構示意圖。如第2圖所示,—份完整的粗略星層 貝料係刀別放佈在25頁的子訊框4和5中。傳送25頁的導航資 料〜、而要12.5分鐘。如果未發生星曆資料更新,則該等25 頁中的子訊框1至3所载帶的資訊是-樣的。換言之,子訊框1 至3中的資訊係每3〇秒重複一次。要取得完整的衛星精確星層資 料’必須收集子訊框i至3。通常,一顆衛星的精確星磨資料大約 每兩小時更新一次。 第3圖係顯示·收集精確星職料之習知方法的流程圖。 該方法起始於步驟S1G。在步驟S2Q巾,接收器接收一子訊框 SF⑴執行步驟S30 ’接收器藉由檢查每個字元的同位位元⑦紅办) 以檢查子雜SF(i)巾的1〇個字元是否正確。如果同錄元檢查顯 不ίο個字兀中有任何錯誤,則此子訊框SF(i)被丟棄;如果1〇個 6 200829944 職行步侧。在步_ t,輸子訊
疋否為子訊框1至3 夕 ,B 中之一。如是,執行步 r=_f部子訊框1到3,,檢_取_的精確 :二二::亍步驟S7。,更新_料庫;如否,則結束 1 4 ’亚開始重新收集财星層資料。簡言之,當所接收之
2框的1G個字元中有—個錯誤,該子訊框即被丢棄。如果很不 軸,下一頁的子訊框亦有錯誤,則接收器又必須再等候30秒。 此造成相當長的時間耗費,嚴__㈣的了顶錄。 【發明内容】 、本發明目的之-係提供—種祕㈣衛星導航資料子訊框之 方法。藉由利用該收集衛星導航:錄子訊框之方法嗜集所 ^諸如精輕__時義顧少,_歧進TTFF^、 此舉例而5 ’當载有接收器的交通工具經過一棵樹或是高大建 築物’訊號可能會·暫時敎的情況。本發使接收器在較 短的時間内迅速收集到所需資料。 本發明之另—目的係提供—_於絲衛星導締料子訊框 之裝置。該錢係實施魏絲星導航㈣子赌轉方法,以 在較短時間内收集到精確星曆資料。 、。於本發贿提叙方財,導航資料的刊_分割成較小 、子單元各子單元係被檢查,如果正確的話便加以收集。當含 7 200829944 有特定子赌之所需資_财子單元職收集到之後 ,此特定 子訊框的收集即完成。 本么月之用於收集衛星導航資料子訊框之裝置係執行上述子 訊框收集方法。當接收到由複數個子單元組成的子訊框時,根據 本發明之子訊減雜㈣檢查子訊歡各鮮單元,如果正確 的話便將之收集起來。如果含有子訊框之所需資訊的所有子單 元均被收特定子訊框之轉即完成。 本發明藉由將—個子訊框分魏複數錄小的子單元之方 式,j保接㈣於接收每個子單元的過程中,能有效降低各子單 π中字福錯解,從㈣加了能成功接好訊框賴率,改善 了習知技術巾因子訊域高錯辦而導致的耗時長之技術問題, 進而優化了接收器的TTFF性能。 另外’尚右接收器之接收訊號偶爾因特殊原因受到阻隔時,本 土月所揭的用純錄星導航資料子赌之方法與裝置能夠縮 短星曆資料收集所需時間’提高衛星定娜確度。 【實施方式】 精破星曆資制收集係藉由轉魏資料巾的子訊框i至3 而完成。如所提及者’-個子錄由1G辨元喊。字元錯誤率 (Word Error Rate,WER)係與訊號強度直接相關。 第4圖係顯示字元錯誤率與載波對雜訊比过t〇肠^ Ratio,CNR)之間關係的圖表。如所示,做對雜訊比愈低,字元 8 200829944 錯誤率愈高。當觀對雜舢下降❿⑽也 會顯著提高。假設單—字元的錯誤率為 個== 將是吵㈣崎,f細編物 的率大約為_,則〗。個字元的錯誤率將是心 门52顯然’當10個字元視為一個子單元時,錯誤率相卷大 因此,可將-個子訊框分割成較小的子單元。每個子單二=。
個字元、2個字喊是5個字心如上述例子,如果單-字元的j 誤率^為0.04,則·· 平子兀的錯 1〇 個予元錯誤率=l_(l-r)10 = 0.3352 5個子元錯誤率=1^ = 0.1846 2個子元錯誤率=l-(l-r)2 = 0.0784 1個予元錯誤率=jr=:〇Q4 第5圖係顯不2個字元、5個字元以及10個字元之各字元紐 之=誤率對單—字70錯誤率之間賴係示意圖。如圖,對於一個 疋的子元錯誤率’子元組所包括的字元數愈多,錯誤率愈大。 P使字兀錯誤率非常低,子訊框⑼個字元)的錯誤率還是相當高。 匕在驾知子訊框收集方法中,容易出現需要等候多次子訊框 〇 t重複才可缝集到正確的子訊框丨至3的不良狀況。 在本么明所提供之收集衛星導航資料子訊框之方法中,每個子 訊框係7刀成更小的子單元。例如,各子單元由5個字元、2個字元 9 200829944 或是僅1個字元組成。接收器係檢查—子單元是否正確。如果子 單兀正確,則將之儲存於緩衝器。在子訊框1至3之全部字元均 已分別收集到之後,子訊框i至3的收集即完成。不過,該等子 訊框中被的某些字元可鮮含雜何資訊。對於此 等被保留的字元的收射略去,亦即,秘收集轉子訊框之保 留字元。此外,某些特定字財所包含哺訊為共通資訊,其亦 在其他衛星的導航資射傳送。如果該:#訊已經取得,則含有同 樣負訊的子元就不必加以收集。 如所述,導航資料係以分頁形式傳送。五個子訊框構成一頁。 各子訊框由10個字元組成。每個字元含有6個同位位元。所有子 訊框的頭兩個字元均分別為遙測(telemetry,以下簡稱TLM)字元以 及送交字元伽11心^丽(1,以下簡稱恥切。第6圖係顯示11^ 字元以及HOW字元之資料結構的示意圖。丁^^字元含有前序資 料,其係用於同步化。H〇W字元含有子訊框識別碼(ID) (1、2、3、 4及5 ’或是〇(Η、〇ι〇、011、100及1〇1)以識別五個子訊框中具 體的-個子訊框。第7A圖至第7C目分麵示導航資料之子訊框 1至3之資料結構的示意圖。子訊框丨之字元8含有8位元之參數 IODC (Issue of Data ’ Clock ;發送日期,時脈)。子訊框2之字元3 含有8位元之參數I〇DE (Issue of Data,Ephemeris ;發送曰期,精 確星曆資料),其中,參數I0DC與參數I〇DE被統一視為i〇d(i隱 of Data,發送日期)。而子訊框3之字元1〇亦含有8位元之參數 200829944 " ια〇Ε。母當來自子訊框2及子訊框3之參數i〇de與來自子訊框 - 1之參數IODC的LSB(最低有效位元)不匹配時,即意謂著資料組 的系統轉換(cutover)發生,而必須收集新的資料。亦即,來自子訊 框2和子訊框3的兩組參數IODE以及來自子訊框1之參數 的8個LSB對於同一資料組而言應為相符。上述特性可用來檢查 根據本發明之子訊框收集的正確性。稍後將進一步詳細說明。 第8圖顯示一般GNSS系統(如GPS、Gameo(伽利略)以及 ⑩ SBAS (衛星基礎增強系統))接收器架構的示意圖。在此架構中, 係經由天線10接收衛星訊號,並藉由前置放大器12放大,藉由 降轉換器14將放大後的訊號降轉換成中頻(IF)。此時所接收之訊 號為類比形式。而後,所接收之訊號係藉由wc (類比數位轉換 器)16轉換成數位形式。接收器18包括複數個通道相關器、 CH2.....CHn 18,用於同時分別實行多個衛星訊號的訊號相關性 汁#。相關性計算後的訊號係饋入接收器處理器2〇。在接收器處 理器20中,係進行訊號解調以獲得及收集包含精確星曆資料以及 粗略星曆資料的導航資料。 杏第9圖係顯示根據本發明之子訊框收集裝置的功能方塊圖。 實作上,此子訊框收集裝置,尤其是儲存器以外的組件,可採用 t體硬體-軟體合併形式實施於接收器處理器中。第1〇圖係 =、祀據本發明之收集衛星導航資料子訊框之方法的流程圖。本 毛月之子Λ框收集裝置係包括一解調器2〇1,用於解調訊號以取得 11 200829944 、導航髓的子赌(針®之步驟s綱)。該科赌被送至訊框 . 財器202以檢查所接收之子訊框之各字元的同位位元(第十圖之 步驟S300)。此外’訊框同步㈣2觸各經解調之子訊框的ι〇。 於本實施财,導航龍之—的子赌4和子赌5_和 SF5)係直接遞送至導航資料庫2〇5。如果一個子訊框被辨識為子訊 框1至3其中之-,則此子訊框會被龜至—判錄置加。判定 裝置203係檢查此子訊框之子單元。如所述,當一個子訊框係由 # 1G辨元組成,子單元可為5财元、2辨元歧丨個字元。 亦即,子單元的大小可視所需加以定義。較佳而言,一個子訊框 之總字元係均等分成複數個子單元。在本實施例中係採用i個字 元之子單元作為範例。當判定裝置2〇3判定一字元為有效時,判 疋裝置2〇3係將該字兀傳送至一子訊框收集資料庫观(第十圖之 步驟S4GG)。子赌收縣置崎子赌執行某些保護性檢查措 施’相關細節稍後將進-步說明。於本實施例中,子訊框收集資 • 料庫204係分成三個區域,分別用於收集子訊框1至3阳、SF2 以及SF3)的字το。在SF1至SF3之所有字元收集完成之後,亦即 SF1至SF3之各個載有資訊的字元均被收集之後,收集到的子訊 框SF1、SF2以及SF3係被傳送至導航資料庫2〇5以更新導般資料 庫205(第十圖之步驟S500)。 如先前所提及者,核嫩餘置傭各輸人辭訊框執行 某些保護性的檢查措施。訊框同步器搬係檢查子訊框中的丁^ 12 200829944 * 字兀以&H0W字元,亦即,檢查子訊框中的字元1以及字元2。 .TLM字元含有前序資訊。如果TLM資訊有錯誤,則丟棄整個子 訊框。亦即,不會從此子訊框中收集任何字元。H〇w字元(字元 2)含有子訊框ID,表示此子訊框是子訊框則至奶中的哪一個。 於本實施例中,如果子訊框是SF4或是SF5,則藉由如先前技術 之子訊C執行其收集。如果子訊框是s;p4或SF5,訊框同步器202 係檢查此子訊框各字元的同位位元,如果子訊框之所有字元均為 _ #效,則將之遞送至導航資料庫205。如果藉由檢查H〇w字元中 之子訊框ID關定此子訊框為SF1至SF3其中之一,則此子訊框 係遞送至判定裝置2〇3。正常來說,遞送至判定裝置2〇3之子訊框 的順序會是SF卜SF2、SF3、SF卜SF2…以此類推。舉例而言, 如果子訊框ID顯示為SF卜SF2、SF2··.,則表示有錯誤。如果子 訊框之TLM字元以及H0W字元兩者均為有效,則可收集此子訊 框中的其他字元。舉咖言,無字元係齡同錄元檢查而加 響以檢查。如所述,對於相同資料組,子訊框SF卜SF2以及SF3 之IODC必須匹配。如不匹配,表示已發生導航資料更新。此時, 應清除已餘存於子訊框收集資料冑綱之所收集的字元,並且收 集當前子訊框之有效字元並儲存於子訊框收集資料庫綱。又,各 子赌可能具有某些保留字元。在該等保留字元中並無資訊。舉 例而言’子訊框1之字元4到6係被保冑,且並無資料載於其中。 第11A圖與f 11B圖係顯示本發明之收集衛星導航資料子訊 13 200829944 框之方法的一實施例的流糊。請—併參照第9圖。子訊框收集 方法從步驟si_開始,執行步驟S1_,解調器2〇1接收; 關性計算之訊絲㈣等職_為#奸赌。辦子赌係 傳送至訊框同步器2G2。在步驟S1G21中,訊框同步器2()2檢查子 訊框的TLM字元以及H0W字元。如果TLM字元不正確,辭 訊框將被m 缝查H〇w字元來辨辭訊框以便知 道其為子訊框1至5(SF1至SF5)中的哪一個。在步驟S1023中, 係判定子訊框是否為子訊框1至3 (SF1至SF3)其中之一。如是, 將執行步驟S1025 ;如否,顯示子訊框為SF4或SF5,則在步驟 S1030檢查此子訊框中的其他字元(亦即字元3至1〇)。通常,係藉 由同位位元檢查字元3至10。如果字元3至1〇均正確,則子訊框 (SF4或SF5)係儲存於導航資料庫(步驟S1080);否則,便不採用 此子訊框。如果在步驟S1023中,子訊框係被判定為子訊框j至 3(SF1至SF3)其中之一,則子訊框係遞送至判定裝置2〇3,而後檢 查IOD子元。IOD字元檢查包含兩個方面,一係檢查具有iqd資 訊之字元的正確性;二係檢查SF1之IODC以及SF2、SF3之IODE 是否彼此匹配。在此例中,如果於步驟S1025中檢查得知IOD字 元無效,則不對此子訊框執行子單元收集(字元收集)。如果於步驟 S1026中檢查得知i〇d已改變,亦即,IODC與IODE不匹配,則 判定裝置203在步驟S1040重置word_collected旗標以及 SF一collected旗標。亦即,精確星曆資料之收集應重新開始,而先 14 200829944 七收集的字70甚至子赌應予丟棄。在轉謂45…計數i係設 疋為3 ’因為該子訊框的頭兩個字元已經加以檢查並收集。在步驟 S1050 ’係逐字元檢查字元[丨犯弓〜丨〇),如正確,便收集至子訊框 收集資料庫204(步驟si〇5〇、S1G52、sl〇54、s刪)。當字元⑴ 被收集’其word一collected旗標便被設定。虛設字元可忽略。舉例 而δ ’如果該子訊框係觸為奶,則已知字元4、字元5以及字 元6為保留字元,並不具有資訊。因此,對於字元4、字元5以及 子元6的檢查可以省略。可藉由將該等字元之蕭(c⑽旗標 初始δ又疋而達成。在步驟S1_中,判定裝置2〇3係藉由檢查 word—collected旗標來判定刺至奶等各子訊框的字元3至字元 10疋否已被收集。舉例而言,如果判定肌之字元3至均已 被收市’則判定裝置203在步驟S1〇65設定SF1之SF—c〇llected 旗標。應住意在本實施例中,此種檢查係始終執行,亦即,一旦 -個子訊框之全料元均歡#,該子贿之SF—旗標即 被設定。在步驟S1070,該判定裝置2〇3藉由檢查則至肥之 SF_C〇llected旗標而判定是否已將肥至奶全部收集。如果已收 集至SF3,則將所收集的子訊框傳送至導航資料庫2〇5以更 新導航資料庫205。否則,子訊框收集裝置將等候下一個輸入的子 訊框。此子雜收財法歸聰結束。編紐係重複執 行。應注意無合職檢麵可併人軒贿轉雜轉除不 合理的子單元資訊。 15 200829944 ' 藉由姻本㈣,錄精確星㈣料的時間可_減少。因 -此,可改進接收器之贿性能,尤其在微弱訊號或斷續接收狀況 下效果尤為顯著。 综上所述,雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非 用以限制本發明,任何《此項技術者,在不脫離本發明之精神 和範圍内’當可作各種更動與调飾,因此本發明之保魏圍當視 後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示一頁導航資料之資料結構示意圖; 第2圖係顯示包括精確星料以及粗略星㈣料之導航資料的 資料結構示意圖; 第3圖係顯示用於㈣精確星曆f料之習知方法的流程圖; 第4圖係顯不字元錯誤率與載波對雜訊比之間關係的圖表; 第5圖係顯示2個字元、5個字元以及10個字it之各字元組之錯 誤率與單一字元錯誤率之間關係的圖表。 第6圖係顯示TLM字纽及HOW字it之資料結構的示意圖; 第7A圖至第7C圖係分別顯示子訊框1至3之資料結構的示意 圖; 第8圖係顯示—般GNSS系統接收器架構的示意圖; 第9圖係顯示根據本發明之子訊框收集裝置之方塊圖; 16 200829944 第ίο圖係顯示根據本發明之收集衛星導航資料子訊框之方法的 流程圖;以及 第11A圖與第11B圖係共同顯示本發明之收集衛星導航資料子訊 框之方法的一實施例的流程圖。 α要轉符號說明】 10
12 14 16 18 20 2〇1 202 203 204 205
天線 前置放大器 降轉換器 類比數位轉換器(ADC) 通道相關器 接收器處理器 解調器 訊框同步器 判定裝置 子訊框收集資料庫 導航資料庫 17
Claims (1)
- 200829944 十、申請專利範圍: 種用於收木衛生導航資料子訊框之方法,該方法係包含: ⑻接收由複數财元組叙子赌,鱗字元齡成複數個 子早7G ; (b) 檢查各該子單元是否有效; (c) 收集該有效子單元中之所需子單元;(d) 判定該子訊框之所需子單元是否已收集;以及 、⑻如果該子訊框之所需子單元尚未全部收制,等候重複傳 送下一子訊框以收集尚缺的子單元。 2·如申請專利範圍第1項之方法,其中各該子單元由至少-個字 元組成。 3·如申請專利範圍第1項之方法,其中該步驟⑼尚包含:檢查該 子雖之遙測字元’如果該遙測字元無效,則丟棄該子訊框,且 不會從該子訊框收集任何子單元。 1如申請專利範圍第丨項之方法,其中該步驟⑻尚包含:檢杳所 接收之子赌之敎字元,辨峨子赌之子龍識別碼。 5·、如申料植圍第4奴方法,財,檢魏子練之子訊框 識別碼以狀該子雜是賴有精確騎龍。 6. 如申請專利範圍第〗項之方法,其中該步驟⑼尚包含:判定是 否載有-組精確星曆資料的全部子訊框均已被收华。 7. 如申請翻翻第1狀枝,射如果軒錄讀需子單 200829944 。 元已被收集,則該子訊框即被視為已收集。 ' 8.如申請專利範圍第1項之方法,其中該步驟(Φ尚包含判定導航 資料中是否有發生更新,#更新發生時,放棄已收集之子單元。 9. 如申請專利細第8項之方法,其中檢查該子訊框之發送日期 資訊以判定是否發生更新。 10. 如申請專利範圍第i項之方法,其中該步驟⑼尚包含先檢查 該子訊框之遙測字元與駐字元,如果麵齡元與該送交字元 者均踢,則檢查該子訊框之其他部分;,該子訊框便被 丟棄,且不從該子訊框收集任何子單元。 η·如申請專利範圍第1項之方法,其中該步驟⑼尚包含省略對保 留字元的檢查。 12.-種用於㈣衛星導航龍子赌之裝置,各該子訊框係由複 数個字it域,鮮字元係分成子單元,該裝置係包含·· -導航資料庫’用於儲存—導航資料之__子訊框; • 一子訊框收集資料庫,用於儲存該子訊框之有效子單元;以 及 -接收器處理器’檢查該導航#料之該子訊框,縱該子訊 框是否為待收集子單元之子框之一,如該子訊框非是待收集子 單元之:訊框,則將之遞送至該導航資料庫,並判定該子訊框之 各別子乎7G是否有效,並將該子訊框之概子單元齡於該子訊 框收集資料庫, ^ 19 200829944 其中,在該子訊框收集資料庫已收集到該等子訊框其中之一 的全部所需子單元之後,該子訊框係被傳送至該導航資料庫以將 之更新。 13·如申請專利範圍第12項之裝置,其中該等待收集子單元之子 訊框係在該等子訊框之全部所需子單元均已收集到之後,一起傳 送至該導航資料庫以將之更新。 14·如申請專利範圍第12項之裝置,其中該等子訊框之保留子單 元不被視為所需子單元。 15·如申睛專利範圍第12項之裝置,其中該接收器處理器尚用於 檢查$航貝料疋否發生績,並當更新發生時,清除已儲存於該 子訊框收集資料庫的子單元。 16·如申請專利範圍第ls項之裝置,其中該接收器處理器尚用於 檢查該子訊框之發送日期資訊以判定是否發生更新。 Π·如申請專利範圍第!2項之裝置,其中該接收器處理器尚用於 檢查該子雜之达父字疋以辨識該子訊框是否為待收集子單元 之子訊框。 队如㈣專利範圍第u項之裝置,其中如果該子訊框載有精確 生層貝料’職接收處理關定該子訊框為待收集子單元 訊框。 19·如申請專利範圍第12項之裝置,其中該接收器處理器尚用於 檢查該子酿之遙測字元贿交字元,如果該遙測字元與該送交 20 200829944 字元兩者均正;,則檢查該子訊框之其他部分;否則,則該接收 器處理器丟棄該子訊框且不會從該子訊框收集任何子單元。 2〇.如申睛專利範圍第12項之裝置’其中該子單元包含至少一個 字元。 21·如申請專利範圍第12項之裝置,其中該接收器處理器包含: 一訊框同步器,檢查該子訊框以判定該子訊框是否為待收集子 單元之子訊框之一,如該子訊框非是待收集子單元之子訊框,則 將之遞送至該導航資料庫;以及 一判定裝置,從該訊框同步器接收待收集子單元之子訊框,判 定該子訊框之各別子單元是财效,並觸子赌之有效的子單 元儲存於該子訊框收集資料庫。21
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