DE112009001608T5

DE112009001608T5 - Verfahren und Vorrichtung zum Lindern der Effekte von Kreuz-Korrelationen in einem GPS-Empfänger

Info

Publication number: DE112009001608T5
Application number: DE112009001608T
Authority: DE
Inventors: Gary Cupertino Lennen
Original assignee: Sirf Technology Inc
Current assignee: CSR Technology Inc
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2011-05-12
Also published as: WO2009158047A1; GB2473791B; GB2473791A; US20090322604A1; US8072376B2; TWI435101B; GB201100940D0; TW201003107A

Abstract

Verfahren zum Erfassen oder Verfolgen von Signalen eines schwachen Satelliten in Gegenwart von starken Satellitensignalen durch Abschwächen der Kreuzkorrelation eines empfangenen Signals von einem starken Satelliten und eines C/A-Codes eines empfangenen Signals von einem schwachen Satelliten mit folgenden Schritten:
Abschätzen des Signals des starken Satelliten;
Subtrahieren des abgeschätzten Signals des starken Satelliten von dem tatsächlich empfangenen Signal von einem schwachen Satelliten; und
Ausführen einer Korrelation des subtrahierten Signals mit dem C/A-Code des schwachen Satelliten.

Description

Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung nimmt die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/076,600 mit dem Titel „Verfahren und Vorrichtung zum Abschwächen der Effekte der Kreuzkorrelation in einem GPS-Empfänger”, eingereicht am 27. Juni 2008, und der nicht vorläufigen US-Anmeldung Nr. 12/340,498 mit dem Titel „Verfahren und Vorrichtung zum Abschwächen der Effekte der Kreuzkorrelation in einem GPS-Empfänger”, eingereicht am 19. Dezember 2008, in Anspruch, welche in die vorliegende Anmeldung in ihrer Gesamtheit durch Bezug einbezogen sind.
Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Satellitennavigationssysteme und insbesondere auf das Abschwächen der Effekte der Kreuzkorrelation in Empfängern für das Globale Positionierungssystem (Global Positioning System, GPS).
2. Verwandter Stand der Technik
Kreuzkorrelationen zwischen einem starken empfangenen Satellitensignal mit dem C/A-Code (Clear/Acquisition Code) eines schwachen Satellitensignals können verhindern, dass das schwache Satellitensignal erfasst/getrackt wird. Dieses Problem kann sich einstellen, wenn das schwache Satellitensignal durch ein physikalisches Hindernis blockiert wird, oder in einer Innenraumumgebung, wo das Satellitensignal stark geschwächt wird. Es ist wünschenswert, die Kreuzkorrelation abzuschwächen, um das schwache Signal zu empfangen/zu verfolgen.
Frühere Verfahren der Abschwächung von Kreuzkorrelationen haben das klassische Postkorrelationssubtraktionsverfahren oder das Unterraumprojektionsverfahren umfasst. Das Postkorrelationssubtraktionsverfahren beruht üblicherweise auf dem Berechnen der Kreuzkorrelationssignatur des C/A des schwachen Satelliten mit einem erzeugten Signal, welches den abzuschwächenden starken Satelliten darstellt. Das erzeugte Signal verwendet die Trägerphase, die Trägerfrequenz und die Codephase, welche aus dem Tracking des starken Satelliten gewonnen wurden, um das empfangene starke Satellitensignal abzuschätzen. Die Korrelationssignatur wird dann mit der geschätzten starken Satellitenamplitude skaliert und von der Korrelation des empfangenen Signals mit dem C/A-Code des schwachen Satelliten subtrahiert. Alternativ wird in dem Unterraumprojektionsverfahren die Korrelationssignatur mit einem Schwellwert verglichen, und der C/A-Code des schwachen Satelliten wird um die empfangene Signalkorrelation modifiziert, um die Kreuzkorrelation des starken Satellitensignals mit dem modifizierten C/A-Code zu reduzieren und das Erfassen/Verfolgen des schwachen Satellitensignals zu ermöglichen.
Jedoch leiden sowohl das Postkorrelationssubtraktionsverfahren und das Unterraumprojektionsverfahren an einer mangelhaften Abschwächung in dynamischen Umgebungen. Die Korrelationssignatur hängt empfindlich von dem Fehler der Amplitudenschätzung und dem Fehler der Phasenschätzung des starken Satellitensignals ab. Das Abschätzen der Satellitenparameter kann aufgrund des Dopplereffekts und des Abklingen, welches in dynamischen Umgebungen häufig auftritt, möglicherweise ungenau sein. Im Unterraumprojektionsverfahren müsste für jede in der Korrelationssignatur verwendete Codephasenposition ein unterschiedlicher C/A-Code abgeleitet werden. Aufgrund der Codephasenabhängigkeit der Korrelationssignatur lässt sich auch die Integration des modifizierten C/A-Codes in die Korrelation mit dem empfangenen Signal schwierig implementieren.
Deshalb besteht Bedarf nach einem System und einem Verfahren, welche in der Lage sind, die Effekte der Kreuzkorrelation in einem GPS-Empfänger abzuschwächen.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung schwächt die Kreuzkorrelation durch Erzeugen eines starken Satellitensignals und dessen Subtraktion von dem empfangenen Signal vor der Korrelation ab. Sie beseitigt das Erfordernis der Kreuzkorrelationssignatur und ändert den C/A-Code nicht. Sie benötigt dieselbe genaue Abschätzung der starken Signalparameter aus dem Tracking des starken Satellitensignals wie in den früheren Postkorrelationsverfahren. Jedoch wird die Fehlerempfindlichkeit hinsichtlich des Amplitudenfehlers durch das Abschätzen der Amplitude des starken Satellitensignals unter Verwendung eines Amplitudenregelkreises reduziert.
Andere Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann nach dem Studium der nachfolgenden Figuren und der detaillierten Beschreibung offensichtlich sein oder werden. Alle solchen zusätzlichen Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile sollen von dieser Umschreibung umfasst sein, sollen im Bereich der Erfindung liegen und sollen durch die anliegenden Ansprüche geschützt sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung lässt sich mit Bezug auf die nachfolgenden Figuren besser verstehen. Die Bestandteile der Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, sondern das Gewicht liegt auf der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den unterschiedlichen Ansichten einander entsprechende Bestandteile.
1 ist eine Veranschaulichung eines Satellitenortungssystems mit Satelliten (Satellite Vehicles, SVs) und einem Satellitenortungssystem-Empfänger mit einer beispielhaften Implementierung der Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm der Beispielimplementierung des Satellitenortungssystem-Empfängers der 1.
3 ist ein Blockdiagramm der Beispielimplementierung der Erfindung, welches das Subtrahieren eines rekonstruierten starken Satellitensignals von einem empfangenen Signal zur Kreuzkorrelationsabschwächung zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Implementierung der Erfindung, welches das Erzeugen eines Signals des starken Satelliten unter Verwendung von Träger/Code-Phase, Daten und Amplitude zeigt.
5 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Implementierung der Erfindung, welches das Kombinieren mehrerer starker Satellitensignalrekonstruktionen zum Erzeugen eines zusammengesetzten abgeschätzten Signals zeigt.
6 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Implementierung der Erfindung, welches einen Amplitudenregelkreis eines starken Satellitensignals zeigt.
7 ist ein Flussdiagramm einer Beispielimplementierung eines Prozesses zum Abschwächen der Effekte der Kreuzkorrelationen in dem GPS-Empfänger der 2.
Detaillierte Beschreibung
In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen wird Bezug genommen auf die anliegenden Figuren, welche einen Bestandteil der Beschreibung bilden und in welchen im Wege der Veranschaulichung eine bestimmte Ausführungsform, in welcher die Erfindung ausgeführt werden kann, gezeigt ist. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden und strukturelle Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Bereich dieser Erfindung zu verlassen.
In der nachfolgenden Beschreibung von Beispielen von Implementierungen wird Bezug genommen auf die anliegenden Zeichnungen, welche einen Bestandteil der Beschreibung bilden und welche im Wege der Veranschaulichung bestimmte Implementierungen der Erfindung, welche verwendet werden können, zeigen. Andere Implementierungen können verwendet und strukturelle Modifikationen können vorgenommen werden, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die vorliegende Erfindung schwächt die Kreuzkorrelation durch das Erzeugen eines starken Satellitensignals und dessen Subtraktion von einem empfangenen Signal vor der Korrelation ab. Sie beseitigt das Erfordernis der Kreuzkorrelationssignatur und ändert den C/A-Code nicht. Sie benötigt dieselbe genaue Abschätzung der starken Signalparameter aus dem Verfolgen des starken Satellitensignals wie in den früheren Postkorrelationsverfahren. Jedoch wird die Fehlerempfindlichkeit hinsichtlich des Amplitudenfehlers durch das Abschätzen der starken Satellitensignalamplitude unter Verwendung eines Amplitudenregelkreises reduziert.
Hier werden Verfahren und Systeme zum Abschwächen der Kreuzkorrelation eines empfangenen Signals mit einem Satelliten-C/A-Code beim Erfassen/Verfolgen eines schwachen Signals beschrieben. Die abzuschwächende Kreuzkorrelation kann zwischen dem von einem Satelliten mit starkem Signal empfangenen Signal und dem C/A-Code eines Satelliten mit schwachem Signal vorliegen. Das beschriebene Verfahren erreicht die Abschwächung durch Abschätzen und Subtrahieren des starken Satellitensignals von dem tatsächlich empfangenen Signal und durch Ausführen der nachfolgenden Korrelation mit dem C/A-Code des schwachen Signals.
1 ist eine Veranschaulichung eines Satellitenortungssystems 100 mit einem Satellitenortungssystemempfänger (GPS-Empfänger) 102 mit einer Beispielimplementierung der Erfindung, welche die Effekte der Kreuzkorrelation abschwächt, sowie Ortungssatelliten 104, 106 und 108. Der Satellitenortungssystemempfänger 102 kann üblicherweise als ein GPS-Empfänger (Globe Positioning System Receiver) bezeichnet werden. Aber in der Praxis kann der GPS-Empfänger jede Art von Ortungssystemempfänger sein, einschließlich eines Galileo-Empfängers und eines GLONASS-Empfängers (Global Orbiting Navigation Satellite System). Die Satelliten 104, 106 und 108 übertragen CDMA-codierte Positionssignale 112, 114 und 116 an den GPS-Empfänger 102, welcher auf oder in der Nähe der Erdoberfläche 110 angeordnet ist. Üblicherweise können wenigstens zwei CDMA-codierte Ausbreitungsspektrumspositionssignale zuzüglich der genauen Zeit oder eines weiteren CDMA-codierten Ausbreitungsspektrumspositionssignals verwendet werden, um die Position des GPS-Empfängers 102 auf der Erde 110 zu bestimmen.
2 ist ein Blockdiagramm einer Beispielimplementierung 200 des Satellitenortungssystemempfängers (üblicherweise als GPS-Empfänger bezeichnet) 102 der 1. Ortungssignale von den Satelliten 104, 106 und 108 können über die Antenne 202 an dem GPS-Empfänger 102 empfangen werden. Die Ortungssignale werden auf eine Zwischenfrequenz (Intermediate Frequency, IF) herunterkonvertiert und in dem Abwärtswandler und dem Abtastmodul 204 digital abgetastet. Die abgetasteten Zwischenfrequenzsignale werden dann in dem digitalen Mischer 206 mit einem erzeugten Trägersignal von dem Trägererzeugermodul 208 digital gemischt. Die sich ergebenden I- und Q-Signaldaten können in einem Eingangssamplespeicher 210 gespeichert werden. Die digitalen Abtastsignale werden dann von einem komplexen Mischer 212 mit einem I- und einem Q-Signal von einem numerisch gesteuerten Trägeroszillator (Träger-NCO) 214 gemischt und ergeben ein Basisbandsignal.
Von dem sich ergebenden Basisbandsignal wird dann durch den Signalmischer 216 das rekonstruierte Signal des starken Satelliten entfernt. Die Rekonstruktion des Signals des starken Satelliten erfolgt in dem Rekonstruierungsmodul 218 für den starken Satelliten und kann Eingänge der Amplitude, der Phase und der Daten 220, welche mit einem Signal des starken Satelliten verknüpft sind, aufweisen. Das sich ergebende rekonstruierte Signal des starken Satelliten kann dann von den sich ergebenden Abtastsignalen entfernt werden.
Die sich ergebenden Abtastsignale, bei denen das Signal des starken Satelliten entfernt ist, werden vom abgestimmten Filter 222 verarbeitet. Der numerisch gesteuerte Träger-Oszillator (Träger-NCO) 214 kann in Abhängigkeit vom Typ der empfangenen GPS-Signale (GPS, Galileo, usw...) einen Trägeroffset an einen Träger/Code-Teiler 224 bereitstellen. Der Codegenerator 226 generiert eine Pseudozufallszahl (Pseudo-Random Number, PRN), welche mit einem schwachen CDMA-Signal von einem der Satelliten verknüpft ist. Die erzeugte Pseudozufallszahl wird dann von dem abgestimmten Filter 222 zum Bearbeiten der resultierenden Abtastsignale verwendet. Die abgestimmten digitalen Abtastsignale (I und Q) werden in dem kohärenten Speicher 228 gespeichert.
Eine schnelle Fouriertransformation (Fast Fourier Transform, FFT) kann durch das Fouriermodul 230 auf die abgestimmten digitalen Abtastsignale angewendet werden, und auf die sich ergebenden transformierten digitalen Abtastsignale kann dann eine Absolutwertfunktion 232 angewendet werden. Die sich ergebenden Werte werden dann in einem Speicher 234 für das nicht kohärente Sample (Non-Coherent Sample, NCS) gespeichert. Eine Spitzensortierung kann nachfolgend angewendet werden, wobei die Spitzen in einem Spitzenspeicher oder Spitzen-RAM 238 gespeichert sind. Die Spitzen zeigen an, wo die größten Übereinstimmungen zwischen dem Pseudozufallssignal und den digitalen Signalsamples, von denen das starke Satellitensignal entfernt wurde, auftauchen.
3 zeigt eine Ausführungsform 300 der Erfindung, bei welcher ein rekonstruiertes Satellitensignal, welches eine Schätzung der I/Q-Komponente des empfangenen starken Satellitensignals umfasst, von dem empfangenen Signalpfad, welcher Signale sowohl von dem starken Satelliten als auch von dem zu erfassenden und zu verfolgenden schwachen Satelliten umfasst, subtrahiert wird. Der Signalfluss wird gezeigt von dem Eingangssamplespeicher 210, welcher die empfangenen Signale als Zwischenfrequenzabtastsignale speichert. Der Träger-NCO 214 erzeugt den Trägeroffset, welcher von dem komplexen Mischer 212 verwendet wird, um das Zwischenfrequenzsignal auf ein Basisbandsignal herunterzuwandeln. Das Basisbandsignal umfasst Signaldaten sowohl von dem Signal des starken Satelliten als auch von dem Signal des schwachen Satelliten. Das Rekonstruktionsmodul 218 des starken Satelliten erzeugt das abgeschätzte Signal des starken Satelliten, welches durch einen Signalmischer 216 vom Ausgangssignal des komplexen Mischers 212 subtrahiert wird.
Die Signalrekonstruktion für das starke Satellitensignal nimmt als Eingang die Code Träger-Phase und die Datenbits 220 vom Verfolgen des starken Satellitensignals. Die Rekonstruktion des starken Satellitensignals kann auch eine genaue Abschätzung der Amplitude erfordern. Die Kreuzkorrelation wird erfolgreich abgeschwächt, wenn das abgeschätzte starke Satellitensignal eine genaue Darstellung des empfangenen Signals ist, so dass nach dem Subtrahieren nur das schwache Satellitensignal verbleibt, um mit dem C/A-Code oder dem Pseudozufallszahlsignal des schwachen Satelliten in dem abgestimmten Filter 222 korreliert zu werden. Die sich ergebenden Signalsampledaten von dem abgestimmten Filter 222 können dann in dem kohärenten Speicher 228 gespeichert werden.
4 zeigt eine Ausführungsform 400 der Rekonstruktion des starken Satellitensignals. Der Code-NCO 402 empfängt an seinen Eingangsanschlüssen die Codephasen des starken Satelliten von dem Tracking des starken Satelliten (nachdem das Erfassen des starken Satelliten zuvor erfolgt ist). Der Code-NCO 402 kann auch Trägerhilfssignale von dem Träger-NCO 404 empfangen. Die Codephase verfolgt die Codeposition innerhalb der 1023 C/A-Codeperiode. Das Trägerhilfssignal unterstützt beim Aufrechterhalten der Codeposition durch Aktualisieren der nominellen Codeposition mit durch den Dopplereffekt oder Empfängeroszillatorfehler hervorgerufenen Änderungen der Trägerfrequenz.
Das Ausgangssignal des Code-NCOs 402 kann zum Erzeugen des C/A-Codes für den starken Satelliten mit dem Pseudozufallszahlmodul 406 für den starken Satelliten verwendet werden. Datenmodulation des C/A-Codes wird auch ausgeführt, indem die demodulierten Daten vom Tracking des starken Satelliten auf den C/A-Code angewendet werden. Die Daten des starken Satelliten in 4 können auf das Ausgangssignal des Pseudozufallszahlenmoduls 406 des starken Satelliten angewendet werden, wobei der mit Datenbitabschätzungen modulierte C/A-Code im Wesentlichen erhalten werden kann durch Exklusives Oder (XOR) der Codebits (+/–1 bei 1.023 Mbps) mit den Datenbitabschätzungen (+/–1 bei 50 bps). Eine Zeitsteuerleitung kann zwischen dem Code-NCO 402 und dem Datengenerator für den starken Satelliten bereitgestellt werden, um zu erfassen, warm das nächste Datenbit verwendet wird (alle 20 C/A-Codewiederholungen), wobei die Zeittaktung der Datenbitkante bekannt ist, weil sie in der vorliegenden Implementierung von dem Satelitten alle 20 C/A-Epochen auf dem Eingangszustand des C/A-Codegenerators moduliert wird. Der Träger-NCO 404 erzeugt den Frequenzoffset, welcher auf den durch das Pseudozufallszahlenmodul 406 des starken Satelliten erzeugten C/A-Code angewandt werden kann.
Der Träger-NCO 404 kann als Eingangssignale die Trägerphase und die Trägerfrequenz der Frequenz des starken Satelliten, welche durch das Verfolgen des Satelliten erhalten werden, sowie den zur Abwärtswandlung des empfangenen Signalpfads in 3 verwendeten Offset aufnehmen. Die Trägerphase und Frequenz des starken Satelliten ist also eine Kombination der Phase und Frequenz von zwei Quellen, nämlich dem Trackingkanal des starken Satelliten und auch der Phase und Frequenz der kombinierten Trägermischungen vor der Subtraktion 216 der 3.
Das Ausgangssignal des Träger-NCOs 404 kann durch das sin/cos-Look-up-Tabellenmodul 408 weiterverarbeitet werden, um einen komplexen Träger mit sowohl I- als auch Q-Komponenten zu erzeugen, welcher durch den komplexen Mischer 410 mit dem C/A-Code komplex multipliziert wird. Das sin/cos-Look-up-Tabellenmodul 408 fungiert zum Erzeugen von Cosinus- und Sinus-Wellensignalen aus dem Ausgangssignal des Träger-NCOs 404. Der Träger-NCO 404 kann eine Vorrichtung sein, welche an ihrem Ausgang im Wesentlichen eine numerische Sägezahnwelle erzeugt (z. B. Zählen von 0 bis 2^N-1, dann Überrollen zurück auf 0, wobei N die Anzahl der Bits in dem Akkumulator des Träger-NCOs ist). Das sin/cos-Look-up-Tabellenmodul 408 nimmt Zahlen vom Ausgang des Träger-NCOs 404 und übersetzt sie von 0 bis 2N-1 in 0 bis 360°-Sinus- und Cosinus-Wellenformen, wobei die Ausgangsnummer des Träger-NCOs auch zum Adressieren des sin/cos-Look-up-Tabellenmoduls 408 verwendet werden kann. Die Amplitude des starken Satelliten kann nachfolgend auf das Ausgangssignal des komplexen Mischers 410 über den Mischer 412 angewandt werden, um ein abgeschätztes starkes Satellitensignal (I_est, Q_est) zu erzeugen. Das abgeschätzte starke Satellitensignal (I_est, Q_est) kann dann von dem empfangenen Signal subtrahiert werden.
Bezugnehmend auf 5, kann die Erzeugung mehrerer starker Satellitensignale kombiniert werden, um das abgeschätzte Signal von mehreren starken Satelliten zu ergeben.
Dargestellt ist das Blockdiagramm eines Beispiels 500 einer Implementierung der Erfindung, welche das Kombinieren mehrerer Signalrekonstruktionen starker Satellitensignale zum Erzeugen eines kombinierten abgeschätzten Signals zeigt. Das Rekonstruktionsmodul 218 für den starken Satelliten rekonstruiert Q_est(1) und I_est(1) für den starken Satelliten. Zusätzliche Rekonstruktionen für starke Satelliten können erfolgen, beispielsweise durch das Rekonstruktionsmodul Nr. N 502 für den starken Satelliten. Die mehreren Rekonstruktionen für starke Satelliten der entsprechenden Q_est und I_est können dann durch den Signalmischer 504 für die I_est und den Signalmischer 506 für die Q_est kombiniert werden. Das abgeschätzte starke Satellitensignal (I_est(total), Q_est(total)) kann dann von dem empfangenen Signal subtrahiert werden.
In 6 ist ein Blockdiagramm 600 eines Beispiels einer Implementierung der Erfindung, welche einen Regelkreis für die Amplitude des starken Satelliten zeigt, dargestellt. Wie erwähnt, ist die Leistungsfähigkeit der Kreuzkorrelationsabschwächung empfindlich gegenüber dem abgeschätzten Amplitudenfehler. Weil beim Satellitentracking die Amplitude üblicherweise nicht verfolgt wird, kann ein Amplitudenregelkreis eingesetzt werden, um die Amplitude des Signals des starken Satelliten abzuschätzen.
Der Eingangssamplespeicher 210, der Träger-NCO 214 und der komplexe Mischer 212 können dieselben sein wie die zum Erzeugen der Basisbandsignale mit sowohl starken als auch schwachen Satellitensignalen in 2. Das Rekonstruktionsmodul 218 für den starken Satelliten kann auch dasselbe sein wie das in 4 dargestellte, welches die abgeschätzten starken Satellitensignale erzeugt, die durch den Signalmischer 216 von dem Signalpfad subtrahiert werden sollen. Das Rekonstruktionsmodul 218 für den starken Satelliten kann Eingangssignale 602 empfangen, beispielsweise die Daten, Codephase, Trägerphase und Trägerfrequenz des starken Satelliten. Das Rekonstruktionsmodul 218 des starken Satelliten kann auch die Amplitude des starken Satelliten von dem Schleifenfilter 606 empfangen.
Das Ausgangssignal des Signalmischers 216 umfasst das verbleibende Signal des schwachen Satelliten und wird nachfolgend durch den einzelnen Korrelator 604 mit dem C/A-Code oder der Pseudozufallszahl des starken Satelliten kreuzkorreliert. Das Ausgangssignal des Signalmischers 216 umfasst für die Zwecke des Amplitudenregelkreises für den starken Satelliten die Reste des Signals des starken Satelliten, welche nicht durch die Kreuzkorrelation der Abschwächungskorrelation unterdrückt worden sind; im Wesentlichen arbeitet der Amplitudenregelkreis ausschließlich auf den Signalen des starken Satelliten. Das Signal des starken Satelliten wird durch diese Operation vollständig unterdrückt, so dass sich eine vollkommene Rekonstruierung des Signals des starken Satelliten ergibt. Beachte, dass der Wert A_εt (vgl. 6) einen Hinweis gibt, wie gut die Kreuzkorrelationsoperation bei diesem starken Satelliten ist. Dieser Hinweis ergibt sich, weil der Wert A_εt im Wesentlichen das übriggebliebene Signal des starken Satelliten misst. Der einzelne Korrelator 604 ist als ein einzelner Korrelator gezeigt, kann aber fortgesetzt werden, um andere Korrelatoren zu umfassen (d. h., zusätzliche Amplitudenschleifen zum Abschätzen der Amplitude bei verschiedenen Codephaseoffsets des starken Satellitensignals).
Der in 6 gezeigte Amplitudenregelkreis schätzt die Amplitude des starken Satelliten durch den Schleifenfilter 604, indem er den Kreuzkorrelationsfehlerausgang minimiert. Die Regelkreisparameter können abgestimmt werden, um die Amplitudevariation des starken Satelliten in einer dynamischen Signalumgebung zu verfolgen. Wenn die Signalamplitude des starken Satelliten genau geschätzt wird, erzeugt ihre Entfernung aus dem empfangenen Signalpfad ausschließlich das Signal des schwachen Satelliten, und es stellt sich eine minimale Kreuzkorrelation mit dem C/A-Signal des starken Satelliten ein.
Ein Träger-Rausch-Test (Carrier-to-Noise Test, C/No) kann verwendet werden, um eingangs festzustellen, ob das Erfassen/Verfolgen des schwachen Satelliten die Abschwächung des starken Satelliten erfordert. Das Verfahren zum Abschwächen der Kreuzkorrelation erfasst zunächst die Signale des starken Satelliten und verfolgt sie anschließend. Die Codephase, Trägerphase/-frequenz aus dem Tracking des starken Satelliten und die demodulierten Datenbits werden vom GPS-Empfänger empfangen. Sie können dann zur Unterstützung der Rekonstruktion des Signals des starken Satelliten in zwei verschiedenen Modulen des GPS-Empfängers verwendet werden. Das erste ist das Rekonstruktionsmodul des starken Satelliten, welches Teil des Amplitudenregelkreises zum Abschätzen der Amplitude des Signals des starken Satelliten ist, wie in 6 beschrieben.
Der zweite Ort für die Kreuzkorrelationsabschwächung, an dem die Codephase, Trägerphase/-frequenz und Daten zusammen mit der abgeschätzten Amplitude aus dem Amplitudenregelkreis verwendet werden können, um das Signal des starken Satelliten für die Subtraktion aus dem Signalpfad zu erzeugen, ist in 2 beschrieben. Dieses Verfahren kann für so viele starke Satelliten wiederholt werden, wie notwendigerweise abgeschwächt werden müssen. Der Kreuzkorrelationsfehlerausgang des Amplitudenregelkreises kann überwacht werden, um die erreichte Qualität der Abschwächung zu messen.
In anderen Anwendungen können die Datenbits des starken Satelliten über ein Netzwerk-Verbindungsansatz (z. B. eine Mobiltelefon-Anwendung) gewonnen werden oder durch vorausgegangene Beobachtung des Datenstromes des starken Satelliten und der Vorhersage, dass er ähnlich oder vorhersehbar in der Zukunft sein wird. Ein weiterer Ansatz zum Erhalten der Datenbits des starken Satelliten kann darin bestehen, die erste 1 Millisekunde der 20-msec-Datenbitperiode des starken Satelliten zu beobachten und den Rest des Datenbits aus diesem kurzen Abschnitt jedes Datenbits zu schätzen. Der Empfang des einlaufenden schwachen Signals kann (im Speicher) verzögert werden, während das Datenbit des starken Satelliten abgeschätzt oder lediglich ausgenullt wird (auf Null gesetzt am Ausgang des abgestimmten Filters während des Empfangs des schwachen Signals, wo bekannt ist, dass die Daten des starken Satelliten nicht bekannt sind).
7 ist ein Flussdiagramm 700 einer Beispielimplementierung eines Ablaufs zum Abschwächen der Effekte der Kreuzkorrelation in dem GPS-Empfänger 102 der 2. Ein Satellit mit einem starken Signal wird durch den GPS-Empfänger 102 erfasst und verfolgt (702). Das Rekonstruktionsmodul 218 für den starken Satelliten kann dann mit dem verfolgten Satelliten verknüpfte Daten-, Codephasen-, Trägerphasen- und Trägerfrequenz-Parameter empfangen (704). Das Rekonstruktionsmodul 218 für den starken Satelliten verwendet dann die Parameter zum Erzeugen eines abgeschätzten Signals für den starken Satelliten (706).
Das abgeschätzte Signal für den starken Satelliten wird dann durch den Signalmischer 216 von dem Basisbandsignal subtrahiert (708). Das sich ergebende Basisbandsignal kann in eine Amplitudenregelkreis verwendet werden, um eine Abschätzung der Signalamplitude des starken Satelliten zu bestimmen (710). Das sich ergebende Basisbandsignal kann auch verwendet werden, um unter Verwendung des abgestimmten Filters 222 das Signal eines schwachen Satelliten zu identifizieren. Dieser Ablauf kann auch wiederholt werden, um ein abgeschätztes starkes Satellitensignal von mehreren Satelliten mit starken Signalen zu erzeugen, wie in 5 beschrieben.
Die mehreren Ablaufschritte, welche mit einer Programmiersprache implementiert sind, die eine geordnete Liste ausführbarer Instruktionen zum Implementieren logischer Funktionen umfasst, kann überdies in jedem maschinenlesbaren Medium zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem System, einer Vorrichtung oder Einrichtung zum Ausführen von Instruktionen, wie beispielsweise einem computerbasierten System, einem eine Steuerung umfassenden System mit einem Prozessor oder einer Steuerung, wie beispielsweise einem Mikroprozessor, einem digitalen Signalprozessor, einem diskreten Logikschaltkreis, welcher als eine Steuereinheit fungiert, oder einem anderen System, welches die Instruktionen aus dem System, der Vorrichtung oder der Einrichtung zum Ausführen von Instruktionen abrufen und diese Instruktionen ausführen kann, verkörpert sein.
Während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, wird es dem Fachmann offensichtlich sein, dass viele weitere Ausführungsformen und Implementierungen innerhalb des Bereichs der Erfindung möglich sind. Darüber hinaus versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung zahlreicher Implementierungen dem Zweck der Veranschaulichung und der Beschreibung dient. Sie ist nicht umfassend und beschränkt die beanspruchten Erfindungen nicht auf die offenbarten genauen Formen. Modifikationen und Variationen sind im Lichte der vorstehenden Beschreibung möglich oder können beim Ausführen der Erfindung erworben werden. Die Ansprüche und ihre Äquivalente definieren den Umfang der Erfindung. Dementsprechend soll die Erfindung nur im Lichte der angefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente beschränkt werden.
Zusammenfassung
Ortungssystemempfänger, welcher die Kreuzkorrelation von empfangenen Signalen von Ortungssystemsatteliten abschwächt, indem er das Signal des starken Satteliten erzeugt und es vor der Korrelation von dem empfangenen Signal subtrahiert, wobei er das Erfordernis der Kreuzkorrelationssignatur beseitigt, ohne den C/A-Code zu ändern.

Claims

Verfahren zum Erfassen oder Verfolgen von Signalen eines schwachen Satelliten in Gegenwart von starken Satellitensignalen durch Abschwächen der Kreuzkorrelation eines empfangenen Signals von einem starken Satelliten und eines C/A-Codes eines empfangenen Signals von einem schwachen Satelliten mit folgenden Schritten: Abschätzen des Signals des starken Satelliten; Subtrahieren des abgeschätzten Signals des starken Satelliten von dem tatsächlich empfangenen Signal von einem schwachen Satelliten; und Ausführen einer Korrelation des subtrahierten Signals mit dem C/A-Code des schwachen Satelliten.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem das Signal des starken Satelliten unter Verwendung einer Codephase vom Verfolgen des starken Satelliten rekonstruiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, bei welchem die Codephase des Signals des starken Satelliten mit Träger-zu-Code-Unterstützung aufrechterhalten wird, um jede durch einen Dopplereffekt oder Oszillatorfehler hervorgerufene Änderung der Trägerfrequenz zu verfolgen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem das Signal des starken Satelliten unter Verwendung demodulierter Datenbits vom Verfolgen des starken Satelliten rekonstruiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem das Signal des starken Satelliten unter Verwendung einer Trägerphase und Trägerfrequenz vom Verfolgen des starken Satelliten rekonstruiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem das Signal des starken Satelliten unter Verwendung einer geschätzten Amplitude des Signals des starken Satelliten rekonstruiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem das Signal des starken Satelliten unter Verwendung einer Trägerphase und Trägerfrequenz vom Verfolgen des starken Satelliten rekonstruiert wird, wobei mehrere starke Satellitensignale kombiniert werden, um ein zusammengesetztes zu subtrahierendes Signal zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 7, bei welchem das Abschätzen der Amplitude des Satellitensignals die folgenden Schritte umfasst: Rekonstruieren des starken Satellitensignals; Subtrahieren des rekonstruierten starken Satellitensignals von dem tatsächlich empfangenen Signal von einem schwachen Satelliten; Ausführen einer Korrelation des subtrahierten Signals mit dem C/A-Code des starken Satellitensignals; und Aktualisieren einer abgeschätzten Amplitude zum Minimieren einer solchen Korrelation.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei welchem das starke Satellitensignal unter Verwendung einer Codephase, Trägerphase, Trägerfrequenz sowie demodulierten Datenbits vom Verfolgen des starken Satelliten rekonstruiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem ein Träger-Rausch-Test (C/No) verwendet wird, um zu bestimmen, ob die Kreuzkorrelationabschwächung des starken Satelliten notwendig ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem der starke Satellit zunächst erfasst und verfolgt wird, um eine Codephase, Trägerphase, Trägerfrequenz und demodulierte Datenbits abzuleiten.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei welchem ein Kreuzkorrelationsfehlerausgang eines Amplitudenregelkreises überwacht werden kann, um die Qualität der erreichten Abschwächung zu messen.
GPS-Positionssignalempfänger mit: einem Eingangssamplespeicher zum Empfangen digitaler Samples von Positionssignalen von wenigstens zwei Satelliten; einem numerisch gesteuerten Trägeroszillator, welcher ein Trägeroffsetsignal erzeugt; einem komplexen Mischer, welcher digitale Samples aus dem Eingangssamplespeicher und das Trägeroffsetsignal aus dem numerisch gesteuerten Trägeroszillator kombiniert und daraus ein Basisbandsignal erzeugt; einem Rekonstruktionsmodul für den starken Satelliten, welches ein abgeschätztes starkes Satellitensignal erzeugt; und einem Signalmischer, welcher das abgeschätzte starke Satellitensignal vor dem Filtern des Basisbandsignals mit einem abgestimmten Filter, welcher eine Pseudozufallszahl des schwachen Satelliten als einen Eingang aufweist, von dem Basisbandsignal subtrahiert.
GPS-Empfänger gemäß Anspruch 13, bei welchem das Rekonstruktionsmodul des starken Satelliten einen komplexen Mischer umfasst, welcher einen komplexen Träger mit einer Pseudozufallszahl des starken Satelliten multipliziert und nachfolgend ein Amplitudensignal des starken Satelliten anwendet, welches das abgeschätzte starke Satellitensignal ergibt.
GPS-Empfänger gemäß Anspruch 14, bei welchem der komplexe Träger durch ein sin/cos-LUT-Modul erzeugt wird, welches einen Frequenzoffset eines zweiten numerisch gesteuerten Trägeroszillators empfängt.
GPS-Empfänger gemäß Anspruch 13, bei welchem das Rekonstruktionsmodul des starken Satelliten ferner die Phase, Trägerfrequenz und mit dem Signal des starken Satelliten verknüpfte Dateninformationen empfängt.
GPS-Empfänger gemäß Anspruch 13 mit einem Amplitudenregelkreis, welcher die Amplitude des starken Satellitensignals abschätzt und den Ausgang des Signalmischers kreuzkorreliert.
GPS-Empfänger gemäß Anspruch 17, bei welchem der Amplitudenregelkreis Amplitudenvariationen des Signals des starken Satelliten in einer dynamischen Signalumgebung verfolgt.
Computerlesbares Medium mit durch ein Steuergerät ausführbaren Instruktionen, welche beim Ausführen ein Verfahren zum Erfassen oder Verfolgen von Signalen eines schwachen Satelliten in Gegenwart von starken Satellitensignalen durch Abschwächen der Kreuzkorrelation eines empfangenen Signals von einem starken Satelliten und eines C/A-Codes eines empfangenen Signals von einem schwachen Satelliten ergeben, wobei die von dem Steuergerät ausführbaren Instruktionen Instruktionen für die folgenden Schritte umfassen: Abschätzen des Signals des starken Satelliten; Subtrahieren des abgeschätzten Signals des starken Satelliten von dem tatsächlich empfangenen Signal von einem schwachen Satelliten; und Ausführen einer Korrelation des subtrahierten Signals mit dem C/A-Code des schwachen Satelliten.
Computerlesbares Medium mit von dem Steuergerät ausführbaren Instruktionen gemäß Anspruch 19, bei welchem das Signal des starken Satelliten unter Verwendung einer Codephase vom Verfolgen des starken Satelliten rekonstruiert wird.
Computerlesbares Medium mit von dem Steuergerät ausführbaren Instruktionen gemäß Anspruch 20, bei welchem die Codephase des Signals des starken Satelliten mit Träger-zu-Code-Unterstützung aufrechterhalten wird, um jede durch einen Dopplereffekt oder Oszillatorfehler hervorgerufene Änderung der Trägerfrequenz zu verfolgen.
Computerlesbares Medium mit von dem Steuergerät ausführbaren Instruktionen gemäß Anspruch 19, bei welchem das Signal des starken Satelliten unter Verwendung demodulierter Datenbits vom Verfolgen des starken Satelliten rekonstruiert wird.
Computerlesbares Medium mit von dem Steuergerät ausführbaren Instruktionen gemäß Anspruch 19, bei welchem das Signal des starken Satelliten unter Verwendung einer Trägerphase und Trägerfrequenz vom Verfolgen des starken Satelliten rekonstruiert wird.
Computerlesbares Medium mit von dem Steuergerät ausführbaren Instruktionen gemäß Anspruch 19, bei welchem das Signal des starken Satelliten unter Verwendung einer geschätzten Amplitude des Signals des starken Satelliten rekonstruiert wird.
Computerlesbares Medium mit von dem Steuergerät ausführbaren Instruktionen gemäß Anspruch 19, bei welchem das Signal des starken Satelliten unter Verwendung einer Trägerphase und Trägerfrequenz vom Verfolgen des starken Satelliten rekonstruiert wird, wobei mehrere starke Satellitensignale kombiniert werden, um ein zusammengesetztes zu subtrahierendes Signal zu erzeugen.
Computerlesbares Medium mit von dem Steuergerät ausführbaren Instruktionen gemäß Anspruch 25, bei welchem das Abschätzen einer Amplitude des starken Satellitensignals die folgenden Schritte umfasst: Rekonstruieren des starken Satellitensignals; Subtrahieren des rekonstruierten starken Satellitensignals von dem tatsächlich empfangenen Signal von einem schwachen Satelliten; Ausführen einer Korrelation des subtrahierten Signals mit dem C/A-Code des starken Satelliten; und Aktualisieren einer abgeschätzten Amplitude zum Minimieren einer solchen Korrelation.
Computerlesbares Medium mit von dem Steuergerät ausführbaren Instruktionen gemäß Anspruch 26, bei welchem das starke Satellitensignal unter Verwendung einer Codephase, Trägerphase, Trägerfrequenz sowie demodulierten Datenbits vom Verfolgen des starken Satelliten rekonstruiert wird.
Computerlesbares Medium mit von dem Steuergerät ausführbaren Instruktionen gemäß Anspruch 26, bei welchem ein Kreuzkorrelationsfehlerausgang eines Amplitudenregelkreises überwacht werden kann, um die Qualität der erreichten Abschwächung zu messen.
Computerlesbares Medium mit von dem Steuergerät ausführbaren Instruktionen gemäß Anspruch 19, bei welchem ein Software-C/No-Test verwendet wird, um zu bestimmen, ob eine Abschwächung der Kreuzkorrelation für den starken Satelliten notwendig ist.
Computerlesbares Medium mit von dem Steuergerät ausführbaren Instruktionen gemäß Anspruch 19, bei welchem der starke Satellit zunächst erfasst und verfolgt wird, um eine Codephase, Trägerphase, Trägerfrequenz und demodulierte Datenbits abzuleiten.