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1.發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能夠確定衛(wèi)星的位置信息的接收機，并且更具體地涉及 這種在全球定位衛(wèi)星(GPS)系統(tǒng)中得到應用的接收機。

2.背景領(lǐng)域

GPS接收機一般通過計算從多個GPS(或NAVSTAR)衛(wèi)星同時發(fā)送的 信號的相對到達時間來確定其位置。作為其消息的一部分，這些衛(wèi)星發(fā)送 衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)以及時鐘定時數(shù)據(jù)，所謂“星歷”數(shù)據(jù)。搜索并捕獲GPS信 號的過程、從多個衛(wèi)星讀取星歷數(shù)據(jù)并且從這個數(shù)據(jù)計算該接收機的位置 是很耗時的，常常需要幾分鐘。在很多情況下，這個很長的處理時間時不 可接受的，而且在微小型化便攜應用中大大限制了電池的壽命。

當前GPS接收機的另一個局限是它們的操作限于多個衛(wèi)星在視野中 很清晰、不受遮擋這樣的情況，而且必須恰當?shù)胤胖靡粋€質(zhì)量很好的天線 去接收這種信號。正因為如此，在便攜、隨身放置的應用中、在有相當多 樹葉或建筑物遮蓋的地區(qū)、以及在定內(nèi)應用中一般是不能使用的。

GPS接收系統(tǒng)有兩個主要功能：(1)到各個GPS衛(wèi)星的偽距離的計 算，以及(2)使用這些偽距離以及衛(wèi)星定時和星歷數(shù)據(jù)計算接收平臺的 位置。簡單地說偽距離就是從每個衛(wèi)星接收的信號與本地時鐘之間測量的 時延。一旦GPS信號被捕獲并跟蹤，衛(wèi)星星歷以及定時數(shù)據(jù)就從GPS信號 中提取。如上所述，采集這種信息一般需要相對較長的時間(30秒到幾分 鐘)并且必須用好的接收信號電平來完成一般實現(xiàn)低誤碼率。

實際上眾所周知的GPS接收機利用相關(guān)的方法計算偽距離。這些相 關(guān)方法通常用硬件相關(guān)器實時地完成。GPS信號包括高速率重復的信號， 所謂偽隨機(PN)序列。用于民用的碼稱為C/A碼，具有1.023MHz的二 進制相位反轉(zhuǎn)速率，或“切普”速率，1毫秒的碼周期的重復周期為1023 個切普。家喻戶曉的碼序列是Gold碼。每個GPS衛(wèi)星用一種唯一的Gold 碼廣播信號。

對于從給定GPS衛(wèi)星接收的信號，下變頻到基帶的處理之后，相關(guān) 接收機用包含于本地存儲器中的恰當?shù)腉old碼的存儲副本乘以所接收的 信號，然后將所得乘積結(jié)果積分，或者低通濾波，以便得到信號出現(xiàn)的指 示。這個過程的術(shù)語是“相關(guān)”運算。通過相對于接收信號連續(xù)地調(diào)整這 個存儲副本的相對定時，并且觀察相關(guān)輸出，接收機可以確定接收信號和 本地時鐘之間的時延。這種輸出出現(xiàn)的最初確定被稱之為“捕獲”。一旦 捕獲發(fā)生，處理就進入“跟蹤”階段，其特征是少量調(diào)整本地參考的定時， 以便維持高相關(guān)輸出。跟蹤階段中的相關(guān)輸出可以看作是去掉偽隨機碼的 GPS信號，或者用通用術(shù)語來說，即“解擴”。這個信號是窄帶的，相當 于疊加在GPS波形上的每秒50比特的二進制相移鍵控數(shù)據(jù)信號的帶寬。

相關(guān)振獲過程是非常耗時的，特別是在接收信號很弱的時候。為了 改善捕獲時間，大多數(shù)GPS接收機利用多個相關(guān)器(一般多達12個)， 以便并行搜索相關(guān)峰。

一些現(xiàn)有的GPS接收機使用FFT技術(shù)確定所接收的GPS信號的多勒 頻率。這些接收機利用常規(guī)的相關(guān)運算，對GPS信號解擴并提供窄帶信號， 帶寬一般在10kHz到30kHz的范圍內(nèi)。所得的窄帶信號用FFT算法做傅立 葉分析，確定載波頻率。這種載波確定同時提供本地PN參考被調(diào)整到接 收信號的正確相位的指示并提供了載波頻率的精確測量。然后可以在接收 機的跟蹤操作中使用這個頻率。

Johnson的U.S.專利No.5,420,592討論了使用FFT算法在中央處理 單元計算偽距離，而不是在移動單元。根據(jù)該方法，GPS接收機收集數(shù)據(jù) 的抽樣轉(zhuǎn)儲，然后通過數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送到遠端接收機，在那里進行FFT處理。 但是，其中揭示的方法在執(zhí)行該組相關(guān)時只計算了單個正向以及逆快速傅 立葉變換(對應于四個PN周期)。

正如從本發(fā)明的如下描述中明顯看到的，較高的靈敏度和較高的處 理速度可以通過執(zhí)行大量的FFT運算以及特殊的預處理和后處理運算來實 現(xiàn)。

在這個專利中，常常用到術(shù)語相關(guān)、卷積和匹配濾波。術(shù)語“相關(guān)” 當用于兩個數(shù)字序列時意味著將兩個序列中相應的部分逐項相乘，然后將 序列相加。有時稱為“串行相關(guān)”，并得到單個數(shù)的輸出。在有些情況下， 在連續(xù)的數(shù)據(jù)組上執(zhí)行連續(xù)的相關(guān)運算。

術(shù)語“卷積”當用于兩個數(shù)字序列時與本領(lǐng)域通用的用法相同并等 效于長度為m的第二序列用一個濾波器濾波，該濾波器對應于具有長度為 n的沖擊響應的第一序列。其結(jié)果是長度為m+n-1的第三序列。術(shù)語“匹 配濾波”是指卷積或濾波運算，其中上述濾波器的沖擊響應是第一序列的 時間反轉(zhuǎn)的復共軛。術(shù)語“快速卷積”用于表示用有效的方式計算卷積運 算的算法序列。

一些作者互換地使用術(shù)語相關(guān)和卷積；但是，為了清楚起見，在這 個專利中，術(shù)語相關(guān)總是指上述的串行相關(guān)運算。

發(fā)明綜述

本發(fā)明的一個實施例提供了一種方法，從基站通過一條數(shù)據(jù)通信鏈 路向遠端單元或移運GPS單元發(fā)送GPS衛(wèi)星信息，包括多普勒，以便確定 遠端GPS接收機的位置。遠端單元使用這個信息以及從視野中的衛(wèi)星接收 的GPS信號，隨后計算出到該衛(wèi)星的偽距離。然后將所計算的偽距離發(fā)送 到基站，在那里計算遠端單元的位置。也描述了完成這個方法的不同的設 備實施例。

本發(fā)明的另一個實施例提供了一種GPS接收機，具有從視野中的衛(wèi) 星接收GPS信號的天線；以及將接收GPS信號的RF頻率降到中頻(IF) 的下變頻器。IF信號被數(shù)字并存儲在存儲器中以備接收機隨后處理。在本 發(fā)明的一個實施例中，這個處理一般使用可編程的數(shù)字信號處理器來完 成，數(shù)字信號處理器執(zhí)行在抽樣IF?GPS信號上完成快速卷積(例如FFT) 運算所必須的指令，以便提供偽距離信息。這些運算一般也包括對GPS信 號的存儲版本或GPS信號的處理及存儲版本進行預處理(在快速卷積之前) 和后處理(快速卷積之后)。

本發(fā)明的另一個實施例提供了一種GPS接收機的電源管理方法，并 提供了一種具有電源管理特性的GPS接收機。通過從視野中的衛(wèi)星接收GPS 信號；緩存這些信號；然后關(guān)閉GPS接收機來降低現(xiàn)有系統(tǒng)的功率消耗也 描述了其它電源管理特性。

附圖簡述

本發(fā)明通過例子來闡述，但是不限于附圖中的圖，圖中的標識表示 類似的單元，其中：

圖1A是使用本發(fā)明方法的遠端或移動GPS接收系統(tǒng)的主要部件的框 圖，并且表示了可能在基站和遠端之間存在的數(shù)據(jù)鏈路。

圖1B是可選擇的GPS移動單元的框圖。

圖1C是另一個可選的GPS移動單元的框圖。

圖2A和2B提供了作為本發(fā)明實施例的接收機的兩個可選的RF和IF 部分。

圖3表示根據(jù)本發(fā)明的方法，可編程DSP處理器所執(zhí)行的主要運算 (例如，軟件運算)的流程圖。

圖4說明根據(jù)本發(fā)明方法的各種處理階段上的信號處理波形。

圖5A說明本發(fā)明的一個實施例中的基站系統(tǒng)。

圖5B說明本發(fā)明的一個可選實施例中的基站系統(tǒng)。

圖6說明根據(jù)本發(fā)明的一個方面，具有本振校正或校準的GPS移動 單元。

圖7表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的移動單元的電源管理方法。

發(fā)明詳述

這個發(fā)明有關(guān)計算稱動站、或遠端站位置的裝置和方法，其目的是 得到具有很低電源消耗并能夠以很低接收信號電平操作的遠端硬件的一種 方法。即，降低電源消耗同時提高接收機靈敏度。通過實現(xiàn)圖1A中所示 的遠端接收功能、以及從分別放置的基站10向遠端站或GPS移動單元20 發(fā)送多普勒信息使之成為可能。

應該注意到可以用很多不同的方式使用偽距離計算遠端站的地理位 置。有三個例子是：

1.方法1：通過從基站10向遠端站20重發(fā)衛(wèi)星數(shù)據(jù)消息，遠端站 20可以將這個信息與偽距離測量結(jié)合計算其位置。例如，見U.S.專利 No.5,365,450，在這里結(jié)合作為參考。典型地，遠端單元20在遠端站20 中進行位置計算。

2.方法2：遠端站20可以用本領(lǐng)域通用的一般方式從GPS信號接收 中采集衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)，一般在一到兩個小時內(nèi)有效，可以與偽 距離測量結(jié)合，一般在遠端單元中完成位置計算。

3.方法3：遠端站20可以通過通信鏈路16將偽距離發(fā)送到基站10， 基站將這個信息與衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)結(jié)合完成位置計算。例如，見U.S.專利 No.5,225,842，在這里結(jié)合作為參考。

在途徑(或方法)1和3中，假設基站10和遠端站20對所討論的所 有衛(wèi)星具有共同的視角并且彼此位置足夠近，可以解決與GPS偽隨機碼的 重復速率有關(guān)的時間模糊性問題。當基站10和遠端站20之間的范圍是光 速乘以PN重復周期(1毫秒)的1/2，或大約150公里時可以滿足該要求。

為了解釋本發(fā)明，假設使用方法3完成位置計算。但是，當討論這 個說明時，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解到，可以與上三種方法中任何一個 以及其它途徑一起使用本發(fā)明的各種方面和實施例。例如，在方法1的變 形中，衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息，例如衛(wèi)星星歷的數(shù)據(jù)表示，可以由基站發(fā)送到遠端 單元，而且這個衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息可以與從緩存的GPS信號中根據(jù)本發(fā)明計算 出來的偽距離結(jié)合，提供遠端單元的緯度和經(jīng)度(而且在很多情況下也有 高度)?？梢岳斫獾氖菑倪h端站接收的位置信息可以限于緯度和經(jīng)度，或 者可以是包括遠端站的緯度、經(jīng)度、高度、速度和方位在內(nèi)的擴展信息。 特別是，本發(fā)明的本振校正及/或電源管理方面可以在方法1的這個變形 中使用。而且，多普勒信息可以發(fā)送到遠端單元20并由遠端單元20根據(jù) 本發(fā)明的方面來使用。

在方法3中，基站10通過在如圖1A所示的數(shù)據(jù)通信鏈路16上發(fā)送 消息來命令遠端站20進行測量?；?0也在這個消息內(nèi)發(fā)送構(gòu)成衛(wèi)星數(shù) 據(jù)信息的視野中衛(wèi)星的多普勒信息。這個多普勒信息一般在頻率信息格式 中，而且該消息一般也說明了視野中特定衛(wèi)星的標識或其它初始化數(shù)據(jù)。 這個消息由作為遠端單元20一部分的單獨的調(diào)制解調(diào)器22來接收，并且 存儲在與低功耗微處理器26相連的存儲器30中。微處理器26處理遠端 單元處理部件32-48與調(diào)制解調(diào)器22之間的數(shù)據(jù)信息傳遞，并且控制遠 端接收機20內(nèi)的電源管理功能，正如隨后討論中所見的。一般，微處理 器26將大多數(shù)或所有遠端單元20的硬件設置為低功耗、或下電狀態(tài)，進 行偽距離及/或其它GPS計算時、或當提供可選電源時除外。但是，調(diào)制 解調(diào)器的接收機部分至少要周期性地打開(至全功率)，以便確定基站10 是否發(fā)送了一條確定遠端站位置的命令。

這個上述的多普勒信息持續(xù)時間很短，因為這種多普勒信息所需的 精度不很高。例如，如果需10Hz精度而且最大多普勒頻移大約±7kHz， 那么視野中的每個衛(wèi)星只要11比特定就足夠了。如果視野中有8個衛(wèi)星， 那么需要88比特描述所有這些多普勒頻移。使用這個信息避免了遠端站20 搜索這種多普勒頻移的必要，藉此將其處理時間降低到十分之一以下。多 普勒信息的使用也使GPS移動單元20更快地處理GPS信號抽樣，而且這 會趨于減少處理器32必須得到全功率以便計算位置信息的時間量。只這 樣就降低了遠端單元20所消耗的功率并有助于改善靈敏度。附加信息也 可以發(fā)送到遠端站20，包括GPS消息中的數(shù)據(jù)時間點。

接收的數(shù)據(jù)鏈路信號可以使用精確的載波頻率。遠端站接收機20可 以使用自動頻率控制(AFC)環(huán)路鎖定到這個載波上并藉此校準其本身的 參考振蕩器，如圖6所示。10毫秒的滔滔息發(fā)送時間、20dB的接收信噪 比，一般會使通過AFC的頻率測量達到10Hz或更好的精度。這一般會超 過本發(fā)明所需的精度。這個特性也將增強常規(guī)地或者使用本發(fā)明的快速卷 積方法所進行的位置計算的精度。

在本發(fā)明的一個實施例中，通信鏈路16是商用的窄帶射頻通信媒體， 諸如雙向?qū)ず粝到y(tǒng)。這個系統(tǒng)可以用于遠端站20和基站10之間發(fā)送的數(shù) 據(jù)量較少的實施例中。多普勒頻移以及其它數(shù)據(jù)(例如，如視野中衛(wèi)星的 標識這樣的初始化數(shù)據(jù))的發(fā)送所需的數(shù)據(jù)量較少，而且類似地，位置信 息(例如，偽距離)所需的數(shù)據(jù)量也較少。因此，窄帶系統(tǒng)對于這個實施 例足夠了。這不象那些需要在短時間段內(nèi)發(fā)送大量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)；這些系統(tǒng) 可能需要較高帶寬的射頻通信媒體。

一旦遠端站20接收到GPS處理的命令(例如，從基站10)以及多普 勒信息，微處理器26就通過電池和電源管理器以及電源開關(guān)電路36(以 及受控電源線21a、21b、21c和21d)激活RF到IF變頻器42、模數(shù)轉(zhuǎn)換 器44以及數(shù)字抽樣轉(zhuǎn)儲存儲器46，藉此對這些部件提供全功率。這樣， 使來自GPS衛(wèi)星、通過天線40接收的信號下變頻到IF頻率，隨后進行數(shù) 字化。將相鄰的這樣一組數(shù)據(jù)，一般對應于100毫秒到1秒(或者甚至更 長)的持續(xù)時間，存儲在抽樣轉(zhuǎn)儲存儲器46中。存儲的數(shù)據(jù)量可以受微 處理器26的控制，使得在保存電源不如得到更好的靈敏度重要的情況下， 可以在存儲器46中存儲更多的數(shù)據(jù)(得到較好的靈敏度)，而且當保存 電源比靈敏度更重要的情況下可以存儲較少的數(shù)據(jù)。一般，當妗號可能部 分被遮蓋時靈敏度就更重要些，當有豐富的電源(例如，汽車電池)提供 時保存電源就不太重要。該存儲器46存儲該數(shù)據(jù)的尋址受到現(xiàn)場可編程 門陣列(FPGA)集成電路48的控制。GPS信號的下變頻使用頻率合成器38 完成，頻率合成器38為變頻器42提供本振信號39，正如下面進一步討論 的。

注意在這段時間中(當抽樣轉(zhuǎn)儲存儲器46被填入來自視野中衛(wèi)星的 數(shù)字化GPS信號時)DSP微處理器32可以保持在低功耗狀態(tài)。RF到IF變 頻器42以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器44一般只打開很短的一段時間，足夠采集并存儲 偽距離計算所需的數(shù)據(jù)即可。在數(shù)據(jù)采集完成之后，這些轉(zhuǎn)換器電路關(guān)閉 或者通過受控電源線21b和21c將功率降低(存儲器46繼續(xù)得到全功率)， 這樣在實際的偽距離計算過程中不貢獻附加的功耗。然后，在一個實施例 中使用通用、可編程數(shù)字信號處理器IC?32(DSP)進行偽距離計算，例如 備州儀器公司(Texas?Instruments)的TMS320C30集成電路。在進行這 種計算之前，這個DSP?32由微處理器26以及電路36通過受控電源線21e 置于激活電源裝態(tài)。

這個DSP?32不同于一些遠端GPS單元中使用的其它類型，比較專門 定制的數(shù)字信號處理IC而言，它是通用的而且可編程的。此外，DSP?32 使利用快速傅立葉變換(FFT)算法成為可能，通過在本地產(chǎn)生的參考和 接收信號之間快速完成大量的相關(guān)運算來實現(xiàn)非常快速的偽距離計算。一 般，需要2046個這樣的相關(guān)，以完成每個接收的GPS信號的時間點搜索。 快速傅立葉變換算法允許對所有這樣的位置進行同時以及并行的搜索，這 樣就可以將所需的計算過程加速到常規(guī)方法的10倍到100倍。

一旦DSP?32對每個視野中衛(wèi)星完成為偽距離計算，在一個發(fā)明的實 施例中，它將這個信息通過互連總線33發(fā)送到微片量器26。此時微處理 器26可以通過向電池和電源管理器電路36發(fā)送適當?shù)?a href='/zhuanli/list-16441-1.html' target='_blank'>控制信號使DSP?32 和存儲器46再次進入低功耗狀態(tài)。然扣為了最后的位置計算，微處理器26 利用調(diào)制解調(diào)器22在數(shù)據(jù)鏈路16上向基站10發(fā)送偽距離數(shù)據(jù)。除了偽 距離數(shù)據(jù)，可以同時向基站10發(fā)送時間標記，表示從在緩存器46中采集 初始數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈路16發(fā)送的時刻所經(jīng)歷的時間。這個時間標 記提高了基站進行位置計算的能力，因為它允許在數(shù)據(jù)采集時間計算GPS 衛(wèi)星位置。作為一種可選的方案，根據(jù)上述方法上，DSP?32可以計算遠端 單元的位置(例如，緯度、經(jīng)度或緯度、經(jīng)度和高度)并將這個數(shù)據(jù)發(fā)送 到微處理器26，后者類似地將這個數(shù)據(jù)通過調(diào)制解調(diào)器22中繼到基站10。 在這種情況下，通過DSP維持從衛(wèi)星數(shù)據(jù)消息接收到緩存器數(shù)據(jù)采集開始 時刻所經(jīng)歷的時間來減輕位置計算。這樣改善了遠端單元進行位置計算的 能力，因為它允許在數(shù)據(jù)采集時刻進行GPS衛(wèi)星位置的計算。

如圖1A所示，在一個實施例中，調(diào)制解調(diào)器22使用單獨的天線24 通過數(shù)據(jù)鏈路16發(fā)送和接收消息。應該理解的是，調(diào)制解調(diào)器22包括一 個通信接收機和一個通信發(fā)射機，交替耦合到天線24。類似地，基站10 可以使用單獨的天線14發(fā)送和接收數(shù)據(jù)鏈路消息，因此允許在基站10通 過GPS天線12連續(xù)地接收GPS信號。

如所希望的，在典型的例子中，DSP?32中的位置計算將需要少于幾 秒的時間，根據(jù)存儲在數(shù)字抽樣轉(zhuǎn)儲存儲器46中的數(shù)據(jù)量以及DSP或幾 個DSP的速度而定。

從上面討論中可以清楚的是，如果來自基站10的位置計算命令不太 頻繁，遠端單元20只需要將其高功耗電路激活一小段時間?？梢灶A期的 是，在至少很多情況下，這種命令只會使遠端設備在大約1％或更少的時間 內(nèi)激活到它的高功耗狀態(tài)。

這樣就允許電池工作到其它可能會達到的時間長度的100倍。執(zhí)行 電源管理操作所必須的程序命令存儲在EEPROM?28或其它合適的存儲介質(zhì) 中。這種電源管理策略對于不同的供電環(huán)境都是可接受的。例如，當主電 源可用時，位置確定可以連續(xù)地進行。

如上所示，數(shù)字抽樣轉(zhuǎn)儲存儲器46捕獲對應于相當長時間的記錄。 這種使用快速卷積方法的大塊數(shù)據(jù)的有效處理為本發(fā)明提供了以低接收電 平處理信號的能力(例如，當由于建筑物、樹木等的部分遮蓋造成接收較 差時)。所有可見GPS衛(wèi)星的偽距離都使用這種同樣緩存的數(shù)據(jù)進行計算。 在信號幅度快速變化情況(例如城市遮蓋條件下)下，相對于連續(xù)跟蹤GPS 接收機，這就提供了改善的性能。

圖1B中所示的一個稍微不同的實現(xiàn)無需微處理器26及其外設(RAM?30 和EEPROM?28)而且用更復雜的FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)49內(nèi)所包含的 附加電路來替換它們的功率。在這種情況下，F(xiàn)PAG?49，一個低功率器件， 用于當通過到連19檢測到調(diào)制解調(diào)器22的激活時醒DSP?32a芯片?；ミB 19將調(diào)制解調(diào)器連接到DSP?32a以及FPGA?19。當喚醒DSP芯片32a時， 它直接從調(diào)制解調(diào)器發(fā)送和接收數(shù)據(jù)/DSP?32a也通過它的互連18執(zhí)行功 率控制操作，互連18連接到電池和電源管理器以及開關(guān)36，為電路36提 供電源開/關(guān)命令。DSP?32a根據(jù)諸如圖7所示的電源管理方法，通過互連 18提供給電路36的電源開/并命令，選擇性地打開電源或降低不同器件的 功率。電路36接收這些命令并選擇性地為不同器件提供電源(或降低功 率)。電路36通過互連17喚醒DSP?36通過選擇性地通過可控電源線21a、 21b、21c、21d以及21f中所選的一個進行電源切換，從而選擇性地為不 同器件提供電源。因此，例如，為了給變頻器42和轉(zhuǎn)換器44提供電源， 可以通過線路21b和21c給這些轉(zhuǎn)換器提供電源。類似地，調(diào)制解調(diào)器的 電源通過可控的電源線21f提供。

低頻晶振47連接到存儲器和電源管理FPGA?49。在一個實施例中， 存儲器和電源管理FPGA?49包含一個包括低頻振蕩器47的低功率定時器。 當FPGA49定時器超時時，F(xiàn)PGA?49就通過互連17向DSP?32a發(fā)送喚醒信 號，然后DSP?32a就通過向電池和電源管理器以及電源開關(guān)電路36提供 電源開/關(guān)命令來喚醒其它電路。其它電路通過電路36控制之下的可控電 源線21a、21b、21c、21d以及21f上電，以便進行位置運算(例如確定 諸如偽距離或緯度及經(jīng)度之類的位置信息)。位置運算之后，DSP?32A復 位FPGA定時器并降低其本身的功率，電路36也根據(jù)圖7所示的方法降低 其它器件的功率。應該理解的是，電池或多個電池通過受存儲器及電源管 理FPGA?49以及DSP?32a控制的電源線為所有功率可控的電路提供電源。 也應該理解的是，不是直接通過控制到器件的電源線(例如21b)來降低 功率，而是通過對該器件發(fā)信令(如圖1B中所示的通過互連17的DSP?32a 的情況)減少功率或喚醒至全功率，來減少器件所消耗的功率；當一個器 件，例如一個集成電路，具有控制該器件的功率狀態(tài)的輸入時，而且該器 件具有控制功率消耗所必須的內(nèi)部邏輯(例如，降低該器件不同邏輯模塊 的功率的邏輯)時，這就常常是可能的。存儲器及電源管理FPGA?49提供 存儲器控制和管理，包括數(shù)據(jù)從轉(zhuǎn)換器44存儲到存儲器46時或當DSP器 件32a從存儲器46中讀數(shù)據(jù)時的尋址操作。如果必要的話，F(xiàn)PGA?49也可 以控制諸如存儲器刷新之類的其它存儲器功能。

圖1C表示根據(jù)本發(fā)明的GPS移動單元的另一個實施例，包括很多與 圖1A和1B所示的GPS移動單元相同的器件。此外，圖1C中所示的GPS 移動單元包知電源管理器77，連接它以便從多個電池81以及可選的外部 電源輸入83和太陽能電池79接收功率。電源管理器77在可控電源線的 控制下為所有電路提供電源，可控電源線由圖1C中所示的DSP芯片32a 和存儲器及電源管理FPGA?49進行管理。太陽能電池79可以使用常規(guī)的 充電技術(shù)對那些電池充電。除了對電池充電以外，太陽能電池79也可以 對GPS移動單元提供電源。在圖1C所示的實施例中，F(xiàn)PGA?49通過互連75 對DSP芯片32a提供喚醒信號；這個信號使DSP芯片架到全功率，以便進 行為DSP芯片32a所描述的各種功能。DSP芯片也可以通過來自調(diào)制解調(diào) 器22的外部命令激活到全功率狀態(tài)，調(diào)制解調(diào)器22通過互連19直接連 接到DSP芯片。

圖1C也表示了本發(fā)明的一個特性，即允許GPS移動單元為保存電源 而折衷靈敏度。正如這里所描述的，GPS移動單元的靈敏度可以通過增加 存儲在存儲器46中的緩存GPS信號量來增加。通過采集并數(shù)字化更多的GPS 信號并將該數(shù)據(jù)存儲在存儲器46中可以實現(xiàn)。盡管這種增加的緩存造成 了更多的功耗時，但改善了GPS移動單元的靈敏度。這種增加靈敏度模式 可以通過GPS單元上的功率模式開關(guān)85來選擇，該開關(guān)連接到總線19為 DSP芯片32a提供進入增加靈敏度模式的命令。還可以通過采集較少的GPS 信號的抽樣轉(zhuǎn)儲并藉此在存儲器46中存儲較少量的GPS信號實現(xiàn)選擇性 地使這個功率模式開關(guān)85向DSP芯片32a發(fā)送保存更多的電源并提供較 低靈敏度的命令。應該理解的是，這個功率模式選擇也可以通過從基站向 調(diào)制解調(diào)器22發(fā)送一個信號來實現(xiàn)，調(diào)制解調(diào)器22再通過互連19向DSP 芯片32a傳遞這個命令。

移動GPS單元的RF到IF頻率變換器以及數(shù)字化系統(tǒng)的一個代表性 例子示于圖2A。1575.42MHz的輸入信號通過限帶濾波器(BPF)50以及低 噪聲放大器(LNA)52傳遞并發(fā)送到頻率轉(zhuǎn)換級。這級中所用的本振(LO) 56被鎖相(通過PLL?58)到2.048MHz(或其諧波分量)的溫補晶振(TCXO) 60上。在優(yōu)選的實施例中，LO頻率是1531.392MHz，即2991×0.512MHz。 所產(chǎn)生的IF信號以44.028MHz為中心。這個IF是所需要的，因為接近44MHz 的低成本器件有供應。特別是，電視應用中用得很多的聲表面波濾波器 (SAW)是很容易得到的。當然，可以使用其它的限帶器件，而不是SAW 器件。

接收的GPS信號在混頻器54中與LO信號混頻，產(chǎn)生IF信號。這個 IF信號通過SAW濾波器64，精確限帶到2MHz帶寬，然后送到I/Q下變頻 器68，將該信號轉(zhuǎn)換成接近基帶(標稱4kHz中心頻率)。這個下變頻器 的本振頻率從2.048MHz的TCXO?60得到，為1.024MHz的43次諧波，即 44.032MHz。

I/Q下變頻器68一般是有供貨的RF器件。它通常由兩個混頻器和低 通濾器組成。在這種情況下，一個混頻器的輸入口饋入IF信號和LO信號， 另一個混頻器的輸入口饋入相同的IF信號和相移了90°的LO信號。兩 個混頻器的輸出被低通濾波以消除反饋和其糨失真成分。

如圖2A所示，如果需要，放大器62和66可以在限帶操作之前和之 后使用。

I/Q下變器68的兩個輸出送入兩個匹配的A/D變換器44，以2.048MHz 對該信號抽樣。另一種實現(xiàn)用比較器(未示出)代替A/D變換器44，其中 每一個根據(jù)輸入信號的極性輸出數(shù)據(jù)的二值(1比特)序列。熟知的是這 種方法相對于多電平A/D變換器會導致接收機靈敏度損失大約1.96dB。但 是，使用比較器而不是A/D變換器，而且在隨后的抽樣轉(zhuǎn)儲存儲器46中 減少對存儲器的需求會節(jié)省相當多的成本。

下變頻器和A/D系統(tǒng)的另一種實現(xiàn)示于圖2，其中使用了帶通抽樣方 法。所使用的TCXO?70在頻率4.096MHz處(或者其諧波)。TCXO的輸出 可以用作A/D變換器44(或比較器)的抽樣時鐘，用于將信號轉(zhuǎn)換到 1.028MHz。這個頻率是4.096MHz的11次諧波與輸入IF頻率44.028MHz 之差。所產(chǎn)生的1.028MHz?IF接近四分之一抽樣速率，已知這在最小化抽 樣類型失真上是近乎理想的。與圖2A中的I/Q抽樣相比，這種單個抽樣 器提供了一個數(shù)據(jù)信道而不是兩個，但是速率加倍了。此外，數(shù)據(jù)實際上 是在1.028MHz的IF處。然后，通過將要描述的隨后處理中的數(shù)字裝置實 現(xiàn)I/Q頻率轉(zhuǎn)換到接近0MHz。圖2A和2B中的裝置在成本和復雜度上都 是可以比擬的；通常器件的供貨決定了優(yōu)選的方法。但是對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員很顯然的是，可以使用其它接收機配置實現(xiàn)類似的結(jié)果。

為了簡化如下的討論，下面假設使用圖2A聽I/O抽樣而且抽樣轉(zhuǎn)儲 存儲器46包括2.048MHz的兩個數(shù)字化數(shù)據(jù)信道。

DSP?32中執(zhí)行的信號處理的細節(jié)可以在圖3流程圖以及圖4A、4B、 4C、4D和4E中圖示的幫助下理解。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然的是，執(zhí)行 要描述的信號處理用的機器碼、或其它合適的碼存儲在EPROM?34中。其 它非易失存儲器件也可以使用。該處理的目的是針對本地產(chǎn)生的波形確定 接收波形的定時。此外，為了實現(xiàn)高靈敏度，要處理很長一段的這種波形、 一般是100毫秒到1秒。

為了理解該處理，第一個應該注意的是每個接收的GPS信號(C/A模 式)由高速(1MHz)重量的1023個符號的偽隨機(PN)模式構(gòu)造，通常 稱為“切普”。這些“切普”組成了圖4A中所示的波形。這個模式上還 加上了從衛(wèi)星以50波特發(fā)送的低速數(shù)據(jù)。所有這些數(shù)據(jù)以在2MHz帶寬內(nèi) 測量的很低信噪比接收。如果對載波頻率和所有數(shù)據(jù)率的確知達到了很高 的精度，而且沒有數(shù)據(jù)出現(xiàn)，那么通過連續(xù)幀彼此相加，可以很大地改善 信噪比并大大減少數(shù)據(jù)。例如，在1秒時間內(nèi)有1000個PN幀。第一個這 樣的幀可以相干地加到下一幀，其結(jié)果再加到第三幀，等等。結(jié)果將是持 續(xù)1023個切普的一個信號。然后可以將這個序列的相位與本地參考序列 相比較，確定兩個之間的相對定時，因此建立所謂偽距離。

上述處理必須從抽樣轉(zhuǎn)儲存儲器46中存儲的同樣一組接收數(shù)據(jù)中對 視野中的每個衛(wèi)星分別進行，因此，一般來自不同衛(wèi)星的GPS信號具有不 同的多普勒頻移而且PN模式彼此不同。

因此載波頻率的未知可能由于信號多普勒不確定造成超過5kHz、以 及由于接收機本振不確定造成附加的未知量這個事實，上述處理就變得很 困難。這些多普勒不確定性在本發(fā)明的一個實施例中，通過從同時監(jiān)視來 自視野中衛(wèi)星的所有GPS信號的基站10發(fā)送這樣的信息來去除。因此， 就在遠端站20中避免了多普勒搜索。本振的不確定性也通過使用基站到 遠端站的通偏信信號而執(zhí)行的AFC操作而大大減少(到大約50Hz)，如圖 6所示。

疊加在GPS信號上的50波特數(shù)據(jù)的出現(xiàn)還限制PN幀的相干相加不 超過20毫秒的周期。即，在數(shù)據(jù)符號反轉(zhuǎn)進一步限制處理增益之前，幾 乎有20幀可以相干相加。附加的處理增益可以通過匹配濾波和幀幅度(或 幅度的平方)相加來實現(xiàn)，如下面段落所樣述的。

圖3的流程圖在步驟100開始，來自基站10的一個命令啟動GPS處 理操作(在圖3中稱為“定位命令”)。這個命令包括，通過通信鏈路16 發(fā)送視野中每個衛(wèi)星的多普勒頻移以及這些衛(wèi)星的標識。在步驟102，遠 端單元20通過頻率鎖定到從基站10發(fā)送的信號來計算它的本振漂移。另 一種方法是利用遠端單元中的質(zhì)量很好的溫補晶振。例如，控制TCXO，所 謂DCXO，目前可以實現(xiàn)的精確度是0.1個百萬分之一，或?qū)τ贚1?GPS信 號大約150Hz的差錯。

在步驟104，遠端單元的微處理器26打開接收機前端42、模數(shù)轉(zhuǎn)換 器44以及數(shù)字抽樣轉(zhuǎn)儲存儲器46的電源，并采集C/A碼持續(xù)K個PN幀 的數(shù)據(jù)的抽樣轉(zhuǎn)儲，這里K一般為100到1000(相對于100毫秒到1秒的 持續(xù)時間)。當足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)采集完之后，微處理器26關(guān)閉RF到IF 變頻器42和A/D轉(zhuǎn)換器44。

然后如下計算每個衛(wèi)星的偽距離。首先，在步驟106，為了處理給定 GPS衛(wèi)星信號，從EPROM?34獲取相應的偽隨機碼(PN)。正如所簡單討論 的，優(yōu)選的PN存儲格式實際上是這個PN碼的傅立葉變換，每1023個PN 比特以2048個抽樣的速率抽樣。

抽樣轉(zhuǎn)儲存儲器46中的數(shù)據(jù)以N個連續(xù)PN幀塊處理，即2048N個 復抽樣塊(N-般是范圍5到10中的整數(shù))。類似的操作在每塊上進行， 如圖3底部循環(huán)(步驟108-124)所示。即，這個循環(huán)對于要處理的每個 GPS信號執(zhí)行總共K/N次。

在步驟108，塊的2048N個數(shù)據(jù)字乘以一個復指數(shù)，去掉信號載波上 的多普勒效應，以及接收機本振漂移的影響。為了說明起見，假設從基站 10發(fā)送的多普勒頻率加上本振偏稱對應于feHz。那么，該數(shù)據(jù)的左乘取 函數(shù)e-j2πfenT的形式，n＝[0，1，2，...，2048N-1]+(B-1)×2048N，這里 T＝1/2.048MHz是抽樣周期，塊號B的范圍從1到K/N。

然后，在步驟110，塊內(nèi)鄰組的N(一般為10)幀數(shù)據(jù)彼此相干相加。 即，抽樣0，2048，4096，...2048(N-1)-1加在一起，然后1，2049，4097... 2048(N-1)加在一起，等等。此時，該塊只包含2048個復抽樣。每個求和 運算所產(chǎn)生的波形在4個PN幀情況下的例子示于圖4B。這個求和運算可 以認為是一種在快速卷積運算之前進行的預處理運算。

然后，在步驟112-118，每個平均的幀經(jīng)過一次匹配濾波運算，其目 的是確定包含在該數(shù)據(jù)塊中的所接收的PN碼和本地產(chǎn)生的PN參考信號之 間的相對定時。同時，也補償了抽樣次數(shù)上的多普勒效應。在一個實施例 中，通過使用諸如在某種意義上用于執(zhí)行循環(huán)卷積的快速傅立葉變換算法 這樣的快速卷積運算可以大大加速這些運算，如現(xiàn)在所描述的。

為了簡化討論，開始忽略了上述多普勒補償。

要執(zhí)行的在本運算是將正處理的塊(2048個復抽樣)內(nèi)數(shù)據(jù)與本地 存儲的類似的參考PN塊相比較，該比較實際上通過將該數(shù)據(jù)塊的每個元 素(復)乘以該參考的相應元素并將結(jié)果求和。這個比較稱為“相關(guān)”。 但是，單個相關(guān)只能針對該數(shù)據(jù)塊的一個特定開始時間來完成，而存在2048 種可能提供較好匹配的位置。對于所有可能的開始位置的所有相關(guān)運算的 集合被稱為“匹配濾波”運算。在優(yōu)選的實施例中需要完全匹配濾波運算。

PN塊的其他時間通過將PN參考循環(huán)移位并重復執(zhí)行相同的運算來檢 測。即，如果PN碼被標為p(0)P(1)...P(2047)，那么循環(huán)移位一個 抽樣得到p(1)P(2)...P(2047)p(0)。這個修改的序列檢測確定該數(shù)據(jù) 塊是否包含以p(10開始的PN信號。類似地，該數(shù)據(jù)塊可能以抽樣p(2)， p(3)，等等開始，而且每個都可以通過將參考PN循環(huán)移位并重復執(zhí)行該 檢測來測定。應該很明確的是完整的測試集應該需要2048× 2047＝4,194,304次運算，每次需要一次復數(shù)乘法和加法。

可以使用一種更有效的數(shù)學上等效的方法，利用快速傅立葉變換 (FFT)，只需要大約12×2048次復數(shù)乘法以及兩倍的加法數(shù)目。在這種 方法中，在步驟112，對該數(shù)據(jù)塊和PN塊進行FFT。在步驟114，該數(shù)據(jù) 塊的FFT乘以該參考的FFT的復共軛，并在步驟118對其結(jié)果進行逆傅葉 變換。這樣得到的最終數(shù)據(jù)長度為2048，包含該數(shù)據(jù)塊和該PN塊對所有 可能位置的相關(guān)集合。每個前向或逆FFT運算需要P/2log2P次運算，這 里P是正在轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)的大小(假設使用2-基FFT算法)。對于B＝2048 這種情況，每個FFT需要11×1024次復數(shù)乘法。但是，如果PN序列的FFT 預存在EPROM?34中，正如在優(yōu)選的實施例中那樣，那么就不需要在濾波 過程中計算FFT了。因此前向FFT、逆FFT以及FFT的乘積的復數(shù)乘法總 數(shù)為(2×11+2)×1024＝24576，比直接相關(guān)節(jié)省了171倍。圖4C說明了 這種匹配濾運算所產(chǎn)生的波形。

本發(fā)明的優(yōu)選方法是使用在1023切普的PN周期上取2048個數(shù)據(jù)抽 樣這樣的抽樣速率。這就允許使用長度為2048的FFT算法。已知是2或4 的方冪的FFT算法一般比其它大小更有效(而且2048＝211)。因此，這樣 選擇抽樣速率就大大提高處理速度。優(yōu)選的是FFT的抽樣數(shù)等于一個PN 幀的抽樣數(shù)，這樣可以實現(xiàn)恰當?shù)难h(huán)卷積。即，這種情況允許對PN碼 的所有循環(huán)移位版本測試該數(shù)據(jù)塊，如上面所討論的。如果FFT的大小選 擇為與一個PN幀長度不同的抽樣數(shù)，那么可以使用另一類方法，在本領(lǐng) 域稱為“重疊存儲”或“重疊相加”。這些方法大約需要上述優(yōu)選實現(xiàn)的 計算數(shù)目的兩倍。

本領(lǐng)域的計算人員應該清楚的是可以如何通過使用各種提供快速卷 積運算的不同長度的FFT算法以及各種抽樣速率來修改上述過程。此餐， 一組快速卷積算法的存在，也具有需要的計算數(shù)與Blog2B，而不是直接相 關(guān)中所需的B2成比例的特性。很多這種算法在標準參考書中列舉，例如， H.J.Nussbaumer，”Fast?Foruier?Transform?and?Convolution?Algorithms，” New?York，Springer-Verlag，C1982。這種算法的重要例子是Agarwal- Cooley算法、拆分嵌套算法、遞歸多項式嵌套算法，以及Winograd-Fourier 算法，前三種用于進行卷積，后一種用于進行傅立葉變換。這些算法可以 用于替換上面提出的優(yōu)選方法。

現(xiàn)在解釋步驟116中所使用的時間多普勒補償方法。在優(yōu)選實現(xiàn)中， 由于接收GPS信號上的多普勒效應以及本振不穩(wěn)的影響，所使用的抽樣速 率可能不精確地對應于每PN幀2048個抽樣。例如，已知多普勒頻移可能 產(chǎn)生±2700納秒/秒的延遲誤差。為了補償這種效應，在上述描述中處理 的數(shù)據(jù)塊需要進行時間移位以便補償這個誤差。例如，如果所處理的塊大 小對應于5個PN幀(5毫秒)，那么從一塊到另一塊的時間移位可能是 ±13.5納秒。較小的時間稱位是由于本振的不穩(wěn)定造成的。這些稱位可 以通過將連續(xù)數(shù)據(jù)塊時移單個數(shù)據(jù)塊所需的時間移位的倍數(shù)來補償。即， 如果每塊的多普勒時間移位是d，那么這些塊被時間移位 nd，n＝0，1，2，....。

一般來說，這些時間移位是一個抽樣的幾分之一。使用數(shù)字信號處 理方法直接執(zhí)行這些運算會包括使用非整數(shù)的信號插值方法而且會產(chǎn)生很 高的計算負擔。另一種方法是本發(fā)明的優(yōu)選方法，在快速傅立葉變換函數(shù) 中加入該處理。眾所周知d秒的時間移位等效于將一個函數(shù)的傅立葉變換 乘以e-j2πfd，這里f是頻率變量。因此，時間移位可以通過將數(shù)據(jù)塊的FFT， 對于n＝0，1，2，...，1023就乘以e-j2πnd/Tf，對于n＝1024，1025，...，2047就乘 以e-j2π(n-2048)d/Tf，這里Tf是PN幀長度(1毫秒)。這個補償只對與FFT 處理有關(guān)的處理時間增加了大約8％。該補償分成兩半，以便保證相位補償 在過0Hz時的連續(xù)性。

在匹配濾波運算完成之后，在步驟120計算該塊的復數(shù)的幅度、或 幅度平方。哪一種選擇都幾乎工作得很好。這個運算去掉了50Hz數(shù)據(jù)相 位翻轉(zhuǎn)(如圖4D所示)以及剩下的低頻載波誤差的影響。然后將2048個 抽樣的塊加前面塊的求和上，在步驟122處理。步驟122可以認為是后處 理運算，在步驟112-118所提供的快速卷積運算之后進行。一直持續(xù)到所 有K/N個塊都處理完畢，如步驟124的判決模塊所示，此時只乘下2048 個抽樣的一個塊，從中可以計算偽距離。圖4E說明了求和運算之后所得 到的波形。

偽距離確定在步驟126進行。搜索本地計算的噪聲電平之上的一個 峰值。如果找到了這樣的一個峰值，那么它相對于該塊開始出現(xiàn)的時間就 代表了與特定PN碼及相關(guān)GPS衛(wèi)星有關(guān)的偽距離。

在步驟126使用了一個插值程序?qū)ふ以摲逯档奈恢?，其精確度大于 與抽樣速率(2.048MHz)相關(guān)的精度。該插值程序依賴于遠端接收機20 的RF/IF部分中使用的預帶通濾波。質(zhì)量好的濾波器會得到近似三角形、 底部寬度等于4個抽樣的一個峰值。在這種情況下，在減去平均幅度(為 了去掉DC基線)之后，最大的兩個幅度可以用于更精確地確定峰值位置。 假設這些幅度被標為Ap和Ap+1，不失一般性，這里Ap≤Ap+1，p是峰值幅度 的索引。那么該峰值相對于與Ap對應的位置可以通過這個公式提供：峰值 位置＝p+Ap/(Ap+AP+1)。例如如果Ap＝Ap+1，那么找到峰值位置是p+0.5，即， 兩個抽樣索引中間的位置。在一些情況下，帶通濾波可能在該峰值附近， 而且三點多項式插值可能更合適。

在前面的處理中，用于門限的本地噪聲參考可以在去掉幾個最大的 這種峰值之后，通過將最后平均的塊中的所有數(shù)據(jù)平均來計算。

一旦找到偽距離，就在步驟128以類似的方法對視野中的另一個衛(wèi) 星繼續(xù)該處理，除非所有這種衛(wèi)星都處理完畢。對所有這種衛(wèi)星的處理完 成之后，處理在步驟130繼續(xù)，將偽距離數(shù)據(jù)通過通信鏈路16發(fā)射到基 站10，在這里進行遠端站的最后位置計算(假設使用方法3)。最后，在 步驟132，將遠端站20的大部分電路置于低功耗狀態(tài)，等待新的命令執(zhí)行 另一次位置運算。

現(xiàn)在提供上面描述的、并在圖3中表示的信號處理的概要。來自一 個或多個視野中GPS衛(wèi)星的GPS信號使用遠端GPS單元上的天線在遠端GPS 單元接收。這些信號被數(shù)字化并存儲在遠端GPS單元的緩存器中。這些信 號存儲之后，處理器進行預處理、快速卷積處理、以及后處理運算。這些 處理運算包括：

a)將存儲數(shù)據(jù)分成連續(xù)塊序列，每塊的持續(xù)時間等于包含在GPS信 號中的偽隨機(PN)碼的幀周期的倍數(shù)。

b)對于每一塊，進行預處理步驟，通過將連續(xù)的數(shù)據(jù)子塊—子塊持 續(xù)時間等于一個PN幀—相干相加產(chǎn)生長度等于偽隨機碼周期長度的壓縮 數(shù)據(jù)塊；這個加法步驟意味著每個子塊相應的抽樣號彼此相加。

c)對于每個壓縮塊，利用快速卷積技術(shù)進行匹配濾波運算，確定包 含在數(shù)據(jù)塊內(nèi)的所接收的PN碼與本地產(chǎn)生的PN參考信號(例如，正處理 的GPS衛(wèi)星的偽隨機序列)之間的相對定時。

d)通過在所述匹配濾波運算結(jié)果上進行幅度平方運算以及對其進行 后處理確定偽距離，后處理是通過將幅度平方數(shù)據(jù)塊加到一起產(chǎn)生一個峰 值，從而將所有塊的幅度平方數(shù)據(jù)合并成一個單數(shù)據(jù)塊。

以及e)使用數(shù)字插值方法精度地定位所述單數(shù)據(jù)塊的峰值，這里的 位置是數(shù)據(jù)塊的開始到所述峰值的距離，而且該位置代表了對應于正處理 的偽隨機序列的GPS衛(wèi)星的偽距離。

一般，處理緩存的GPS信號中使用的快速卷積技術(shù)是快速傅立葉變 換(FFT)，而且卷積的結(jié)果由計算壓縮塊的前向變換和預存儲的偽隨機 序列前向變換表示的乘積，以便產(chǎn)生一個第一結(jié)果，然后進行第一結(jié)果的 逆傅立變換恢復該結(jié)果來產(chǎn)生。而且，多普勒所引起的時延和本振所引起 的時間誤差的影響在每個壓縮數(shù)據(jù)塊上進行補償，方法是在前向和逆快速 傅立葉變換運算之間插入壓縮塊的前向FFT與一個復指數(shù)的乘積，該復指 數(shù)對應于抽樣號的相位被調(diào)整為對應于該塊所需的延遲補償。

在前面的實施例中，來自每個衛(wèi)星的GPS信號的處理時間上順序時 行，而不是并行的。在另一個實施例中，來自所有視野中衛(wèi)星的GPS信號 可以用并行方式及時地處理。

假設基站10對所有要處理的以及范圍上與遠端單元20足夠接近的 衛(wèi)星有共同的視野，這樣可以避免與C/A?PN碼的重復周期有關(guān)的模糊性。 90英里的范圍將滿足這個標準。也假設基站10具有GPS接收機和很好的 地理位置，這樣視野中的所有衛(wèi)星可以被連續(xù)地跟蹤到很高精度。

盡管幾處所描述的基站10的實施例表明在基站中使用諸如計算機這 樣的數(shù)據(jù)處理單元是為了為移動GPS單元計算諸如緯度和經(jīng)度這樣的位置 信息，但是應該理解每個基站10可以僅將從移動GPS單元接收的諸如偽 距離這樣的信息中繼到實際執(zhí)行緯度和經(jīng)度計算的中央單元或幾個中央單 元。用這種方式，可以通過從每個中繼基站中去掉數(shù)據(jù)處理單元及其有關(guān) 的器件來減少這些中繼基站的成本和復雜性。一個中央單元，可能包括接 收機(例如電信接收機)以及數(shù)據(jù)處理單元及其有關(guān)器件。特別是，在某 些實施例中，基站可能是虛擬的，它可能是向遠端單元發(fā)送多普勒信息的 衛(wèi)星，這樣就可以在傳輸服務小區(qū)中去掉基站。

圖5A和5B表示根據(jù)本發(fā)明的兩個基站實施例。在圖5A所示的在站 中，GPS接收機501通過GPS天線501a接收GPS信號?？赡苁浅Ｒ?guī)GPS接 收機的GPS接收機501提供一個定時參考信號，一般其定時相對于GPS信 號，并且提供相對于視野中衛(wèi)星的多普勒信息。這個GPS接收機501連接 到一個接收定時參考信號510的標準本振505上，并將其本身相位鎖定到 這個參考上。這個標準本振505具有一個提供給調(diào)制器506的輸出。該調(diào) 制器506也從該GPS移動單元視野中的每個衛(wèi)星接收多普勒數(shù)據(jù)信息信號 及/或其它衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息信號511。調(diào)制器506將多普勒及/或其它衛(wèi)星數(shù) 據(jù)信息調(diào)制到從標準本振505接收的本振信號上，以便為發(fā)射機503提供 調(diào)制的信號513。發(fā)射機503通過互連514連接到數(shù)據(jù)處理單元502，這 樣數(shù)據(jù)處理單元可以控制發(fā)射機503的操作，以便產(chǎn)生通過發(fā)射機的天線 503a向GPS移動單元的衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息的發(fā)送，例如多普勒信息。用這種方 式，GPS移動單元可以接收多普勒信息，其信息源是GPS接收機501，而 且也可以接收高精度本振載濾信號，用于校準GPS移動單元中的本振如圖 6所示。

圖5A中所示的基站也包括接收機504，連接它以便通過通信天線504a 從遠端站或GPS移動單元接收通信信號。應該理解的是天線504a可能與 發(fā)射機天線503a是同一天線，這樣一個單個天線可以按照常規(guī)方式即可 用于發(fā)射機也可用于接收機。接收機504連接到可能是常規(guī)計算機系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)處理單元502。處理單元502也可以包括一個互連512，從GPS接收 機511接收多普勒及/或其它衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息。這些信息可以用于處理通過 接收機504從移動單元接收的偽距離信息或其它信息。這個數(shù)據(jù)處理單元 502連接到可能是常規(guī)CRT的顯示設備508。該數(shù)據(jù)處理單元502也連接 到海量存儲器件507，其中包括GIS(地理信息系統(tǒng))軟件(例如，Strategic Mapping，Inc.Of?Santa?Clara，California的Atlas?GIS)，用于在顯 示器508上顯示地圖。使用顯示器地圖，移動GPS單元的位置可以相對于 所顯求援地圖在顯示器上表示出來。

圖5B所示的另一種基站包括很多與圖5A所示相同的元件。但是， 不是從GPS接收機得到多普勒及/或其它衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息，而是圖5B的基站 包括多普勒及/或其它衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息源552，用常規(guī)方式從電信鏈路或無線 鏈路得到。這個多普勒及/或衛(wèi)星信息通過互連553傳輸?shù)秸{(diào)制器506。圖 5B所示的調(diào)制器506的另一個輸入是來自諸如銫頻標本振這樣的參考質(zhì)量 本振的振蕩器輸出信號。這個參考本振551提供精確的載波頻率，多普勒 及/或其它衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息調(diào)制在其上，然后通過發(fā)射機503發(fā)射到移動GPS 單元。

圖6表示本發(fā)明的GPS移動單元的一個實施例，使用了通過類似于 圖1A所示的天線24的信道天線601接收的精確載波頻率信號。天線601 連接到調(diào)制解調(diào)器602，類似于圖1A中的調(diào)制解調(diào)器22，而且這個調(diào)制 解調(diào)器602連接到自動頻率控制電路603，該電路鎖定到這里根據(jù)本發(fā)明 的一個實施例所描述的基站發(fā)送的精確載波頻率信號上。自動頻率控制電 路603提供一個輸出604，一般在頻率上鎖定到精確載波頻率上。這個信 號604通過比較器605與GPS本振606經(jīng)過互連608的輸出比較。比較器 605所執(zhí)行的比較結(jié)果是一個誤差糾正信號610，提供給頻率合成器609。 用這種方法，頻率合成器609提供質(zhì)量較高的、校準的本振信號，通過互 連612送到GPS下變頻器614。應該理解的是通過互連612提供的信號類 似于圖1A中互連39提供給變頻器42的本振信號；而且，變頻器42類似 于連接到GPS天線613接收GPS信號的GPS下變頻器614。在另一個實施 例中，比較器605所執(zhí)行的比較結(jié)果可能通過互連610a輸出，作為DSP 器件620的誤差糾正，該DSP類似于圖1A所示的DSP芯片32。在這種情 況下沒有誤差糾正信號610提供給頻率合成器609。自動頻率控制電路可 以用多種常規(guī)技術(shù)實現(xiàn)，包括鎖相環(huán)或頻率跟蹤環(huán)或塊相位估計器。

圖7表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電源管理的特定序列。應該理解 的是有多種本領(lǐng)域已知的方法可用于降低功率。這些包括將提供給同步 的、時序器件的時鐘變慢以及對特定部件完全關(guān)閉電源或者關(guān)掉一個部件 的某部分電路而保留其它的。例如，應該理解到鎖相環(huán)和振蕩器電路需要 啟動及穩(wěn)定時間，因此設計者可能不會決定完全(或者根本上)對這些部 件掉電。圖7所示的例子在步驟701開始，系統(tǒng)的各個部件在其中初始化 并置于降低功率狀態(tài)?；蛘咧芷谛缘鼗蛘咴陬A定的一段時間之后，調(diào)制解 調(diào)器22中的通信接收機要返回全功率，以便確定是否有從基站10發(fā)送的 命令。在步驟703出現(xiàn)這種情況。如果在步驟705接收了來自基站單元的 定位信息請，那么調(diào)制解調(diào)器22就在步驟707提示電源管理電路。此時， 調(diào)制解調(diào)器22中的通信接收機或者可以關(guān)閉一段預定時間或者關(guān)閉、隨 后再周期性地打開，這在步驟709中表示。應該理解的是通信接收機可能 保持在全功率狀態(tài)而不是此時關(guān)閉。然后，在步驟711，電源管理電路通 過打開變頻器42和模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的電源，將移動單元的GPS接收機部分 返回到全功率；如果頻率振蕩器38也掉電，此時將這個部件上電并返回 全功率并允許一段穩(wěn)定時間。然后，在步驟713，包括部件38、42和44 的GPS接收機接收GPS信號。這個妗號緩存在當GPS接收機在步驟711返 回全功率時也返回全功率的存儲器46中。在抽樣轉(zhuǎn)儲信息采集完畢之后， 在步驟717，GPS接收機返回低功率狀態(tài)；這一般包括降低變頻器42和轉(zhuǎn) 換器44的功率，同時將存儲器46保持在全功率。然后在步驟719，處理 系統(tǒng)返回到全功率；在一個實施例中，這要包括給DSP芯片32全功率； 但是應該理解的是如果DSP芯片32也提供電源管理功能，如圖1C所示的 實施例情況，那么DSP芯片32一般要在步驟707返回全功率。在圖1A所 示的實施例中，微處理器26進行電源管理功能，該處理系統(tǒng)，例如DSP 芯片32可以在步驟719返回全功率。在步驟721，GPS信號根據(jù)本發(fā)明的 方法處理，例如圖3所示。然后，在GPS信號的處量完畢之后，該處理系 統(tǒng)被置于低功率狀態(tài)，如步驟23所示(除非該處理系統(tǒng)也為如上所示的 控制電源管理)。然后，在步驟725，調(diào)制解調(diào)器22中的通信發(fā)射機返回 全功率以便在步驟727將處理的GPS信號發(fā)回基站10。在處理的GPS信號 一一例如偽距離信息或糾度和經(jīng)度信息—發(fā)送完之后，在729，通信發(fā)射 機返回低功率狀態(tài)，而且在步驟731電源管理系統(tǒng)等待一段時間的延遲， 例如一段預定的時間。這段延遲之后，調(diào)制解調(diào)器22中的通信接收機返 回全功率以便確定是否有從基站發(fā)送的請求。

盡管本發(fā)明的方法和裝置已經(jīng)參考GPS衛(wèi)星進行了描述，但是應該 理解該概念可以同等地應用于使用偽星或衛(wèi)星和偽星結(jié)合的定位系統(tǒng)。偽 星是地基發(fā)射機，它廣播調(diào)制在L波段載波信號上的PN碼(類似于GPS 信號)。一般同步于GPS時間。每個發(fā)射機可以指定一個唯一的PN碼， 以便使遠端接收機能夠識別。偽星在不能提供來自軌道衛(wèi)星的GPS信號的 情況下很有用，例如隧道、礦井、建筑物或其它封閉區(qū)域。這里使用的術(shù) 語“衛(wèi)星”意圖包括偽星或偽星的等同物，而且這里使用的術(shù)語GPS信號 意圖包括來自偽星或偽星等同物的GPS類型的信號。

在前面的討論中，發(fā)明參考全美全球定位衛(wèi)星(GPS)系統(tǒng)方面的應 用來描述。但是，顯然這些方法可以同等地用于類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，而 且特別是Russian?Glonass系統(tǒng)。Glonass系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)的主要區(qū)別是 不同衛(wèi)星的發(fā)射是通過使用略微不同的載波頻率，而不是使用不同的偽隨 機碼來彼此區(qū)別的。在這種情況下，實際上前面描述的所有電路和算法都 可以使用，除了當處理新的衛(wèi)星發(fā)射時使用不同的指數(shù)因子來預處理數(shù) 據(jù)。這個運算可以與圖3中方框108中的多普勒校正運算結(jié)合，而不需要 任何附加的處理運算。在這種情況下只需要一個PN碼，因此去掉模塊106。 這里使用的術(shù)語“GPS”包括這些其它的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，包括Russian Glonass系統(tǒng)。

盡管圖1A、1B和1C表示了處理數(shù)字信號的多個邏輯模塊(例如圖1A 中的46、32、34、36、30、28)，但是應該理解的是這些模塊中的一些或 全部是集成在一個單片集成電路上的，同時還保持了這種電路的DSP部分 的可編程性。這樣一種實現(xiàn)可能對于低功率和成本敏感的應用很重要。

應該理解的是圖3中的一個或幾個運算可以由硬件邏輯完成，以便 增加整體的處理速度，同時保持DSP處理器的可編程性。例如，模塊108 的多普勒校正功能可以由專用硬件完成，放置在數(shù)字抽樣轉(zhuǎn)儲存儲器46 和DSP?IC?32之間。在這種情況下，圖3中的所有其它軟件功能可以由DSP 處理器來實現(xiàn)。而且，幾個DSP可以一起在一個遠端單元中使用，提供更 高的處理能力。也會理解的是可以采集(抽樣)多組GPS數(shù)據(jù)信號幀并如 圖3所示處理每一組，同時考到每組幀采集之間的時間。

已經(jīng)建立了一個演示系統(tǒng)，作為本發(fā)明實施例的一個例子，驗證這 里描述的方法和算法中的運算，并且顯示了使用這些方法和算法可能帶來 的靈敏度的改善。該演示系統(tǒng)包括GEC?Plessey?Semiconductors的GPS 天線和RF下變頻器，后面跟一個Gage?Applied?Sciences?Inc.的數(shù)字化 緩存板。天線和下變頻器執(zhí)行圖1A的功能38、40、42和44，數(shù)字化緩存 執(zhí)行圖1A的功能44、46和48。在IBM?PC兼容機上使用運行在Window?95 操作系統(tǒng)下的Pentium微處理器執(zhí)行數(shù)字信號處理。這樣仿真DSP芯片32 和存儲器外圍器件34的功能。來自視野中衛(wèi)星的多普勒信息作為信號處 理程序的輸入提供給信號處理軟件，用以仿真調(diào)制解調(diào)器和微處理器22、 24、25、26的功能。

這個演示系統(tǒng)的算法使MAYLAB編程語言開發(fā)。在各種阻塞情況下得 到的真實GPS信號上進行了大量測試。這些測試已經(jīng)驗證該演示系統(tǒng)的靈 敏度性能實際上超過了幾種同時測試的商用GPS接收機。附錄A提供了這 些測試中使用的MATLAB機器碼的詳細清單并且作為本發(fā)明的快速卷積運 算的一個例子(例如圖4)。

在前面說明中，發(fā)明已經(jīng)參考其特定示范實施例進行了描述。但是， 顯然的是可以在不背離所附權(quán)利要求中提出的發(fā)明更寬泛的精神和范圍的 情況下，對此進行各種修正和變更。因此該說明和附圖被認為是說明性的 而不是限制意義的。

?????????????????????????????????????附錄A

function {sv，prange，snrin，snrout，svdoppler，outdata}＝ 　　 gps(filename，srate，codes，doppler，no_pred，samplerange) ％， ％function ％{sv，prange，snrin，snrout，svdoppler，outdata}＝gps(filename，srate，codes，doppler， ％no_pred，samplerange) ％ ％N.Krasner Feb.20，1996. ％OPrecision Tracking，Inc.，San Jose，CA.95117 ％ ％This function processes digitized data and provides pseudoranges as outputs ％together with other statistical quanitites，as described below. ％ ％Data to be processed is stored in a file named filename′. ％ ％This function works on data from Gage digitizer at either sample rate ％3×2.048MBz(if srate＝＝0)or at sample rate 6×2.048MBz(if srate＝＝1). ％where it is assumed that IF is 35.42-(1400/45)＝4.308889MBz. ％The following are definitions of inputs and outputs of the routine： ％ ％Codes are the SV numbers；if codes＝0，then all codes will be used； ％ ％Doppler＝{dopper(1)doppler(2)...doppler(n)span}，specifies the mean ％doppler of each of the n satellite plus a span to be searched over；if span ％is missing or＝0)，then search is only done at the specified dopplers ％An algorithm is used to select the quantization size of doppler steps. ％In some cases even if span is nonzero，only one doppler frequency per satellite ％will be used.The search range is＝soan relative to each doppler. ％ ％no pred is number of predetection frames ％ ％All data in the file is procesaed′if samplerange is deleted.Bowever，if ％it is present it is two value and has the notation： ％ samplerange＝{lower_index，upper_index }； ％If these indices are not within range of that provided in the gage file ％then an error message is provided. ％ ％Defaults are：if doppler has only one value，then′doppler_span will be zero ％ if no_postd is not specified，then all data will be used ％ if no_pred is not specified，then pred will be set to 9 ％ if no_pred is specified，then no_postd must be specified ％ ％Cutputs are codenumbers，pseudrenges，gnrs and best doppler ％with the pseudoranges expressed in nsec and snrs in dB. ％A signal peak must exceed 15dB threshold for detection.An ％interpolation algorithm is used to determine signal peak location. ％If no codes are found，the the returned function will be ell zerog. ％ ％Cutdata is a vector of size 2048 that represents the output oignal plus ％noise after postdetection integrction for each dotected Datellite vehicle， ％for the best doppler.This datn wad used to find pseudoranges ％％％％％------------------------------------------------------------％％％％ ％First open the file and find the buffersize and indices to ％process，which may be all data if not specified in input argumenzs {filevals，rate}＝gageopen(filename}； buffsize＝filevals(3)；％zotal number of samples in file if nargin＝＝6， 　　lower_index＝samplerange(1)；upper_index＝samplerenge(2)； 　　if upper_index＞buffsize-1， 　　 error(′Samplerange is out of bounds′)； 　　end else， 　　lower_index＝0；upper_index＝buffsize-l； end ％％％％-----------------------------------------------------------------％％％ ％Now find number of doppler bins；the center of these bins are ％called dopps and they are referenced to the center of the input dopplers if length(doppler)＝＝length(codes)，span＝＝0； elseif length(doppler)＝＝length(codes)+1， 　　span＝doppler(length(codes)+1)； else， 　　error(′Length of doppler vector must egual length of codes，or 1 more′)； end if open＜0，error(′Span must be greater than zero)；end if srate＝＝0，s_per_frame＝6；else，s_per_frcme＝12；end if nargin＝＝3，no_pred＝min(9，fix(buffsize/(1024*s_per_frame)))；end no_postd＝fix(buffsize/(no_pred*1024*s_per_frame))； if no_pred＜1，error(′Number of predetection frames must be at least 1)；end if no_postd＜1，error(′Number of postdetection frcmes must be at least 1)；end deltaf＝(1/3)*1000/no_pred；％yields about 1.5dB loss which is made up 　　 ％worst case by two independent detections for 　　 ％when true freq is midway between bins if spcn＜deltaf， 　　dopps＝0；％no need to quantize doppler else. 　　dopps＝{0：-deltaf：-span}； 　　dopps＝sort({dopps deltaf：deltaf：span))； end ％％％---------------------------------------------------------------％％％ ％Now get the FFT of codes and put them in a matrix of size length(codes)X2048 if codes＝＝0，codes＝1：28；end 　　 ％search all codes in this case codearray＝zeros(length(codes)，2048)； for k＝1：length(codes)， 　　codearray(k，：)＝gps_resampled(codes(k))； end ％％％---------------------------------------------------------------％％％ ％In the following we input data in blocks equal to a number of PN ％frames equal to no_pred.For example if no_pred＝7，the the number ％of namples from the gage is 2048*3*7＝43008，no that in this case ％a full 4 Hbyte collection would take about 93 iterations.Each ％iteration then performs the pred summation，cross-correlation，mag- ％squared operation and surmation with previous blocks for all dopplers ％and ell satellite vehicles specified. blocksize＝1024*s_per_frame*no_pred； start＝lower_index-blocksize； lc＝length(codes)；ld＝length(dopps)； prdeta＝zeros(lc*ld，2048)； no_blocks＝fix((buffsize-10*s_per_frame)/blocksize)；％extra 60 or 120 samples 　　 ％for overlap-save allows impulse response to 　　 ％60 or 120；see if_2_base m-file for n＝1：no_blocks， start＝start+blocksize； {data，count}＝gageread(filevals，start，blocksize+10*s_per_frame)； data＝if_2_base{data，srate)；％Converts data to baseband and decimates to 　　 ％2.048MBz data＝data(21：20+2048*no_pred)；％reject edge effect data(overlaps save for k＝1：lc， ％Iterate over SV 　　 ref＝codearray(k，：)； ％code to be used for SV code(k) 　　 for d＝1：1d， ％Iterate over dopplers 　　 df＝doppler(k)+dopps(d)； 　　 rdata＝data.*exp(-j*2*pi*df*{0：2048*no_pred-1}/2.04Be6)； 　　 rdata＝sum(reshape(rdata，2048，no_pred)′)； ％does pred summation 　　 rdata＝fft(rdata).*ref； ％does matched filter 　　 ％compensate for time slip per block which is fdopp/to times time 　　 ％noting that fdoop/fo is doppler time slip per second 　　 timeslip＝le-3*no_pred*df/1575.42e6； 　　 phase＝exp(-j*2*pi*timeslip*(n-1)*{0：1024}*1e3)； 　　 rdata(1：1025)＝rdata(1：1025).*phase； 　　 rdata(1026：2048)＝rdata(1026：2048).*conj(phage(1024：-1：2))； 　　 rdata＝ifft(rdata)； 　　 rdata＝real(rdata).*2+imag(rdata).*2； ％magnitude 　　 prdata((k-1)*1d+d，：)＝prdata((k-1)*1d+d，：)+rdata； 　　 end 　　end end ％％％---------------------------------------------------------------％％％ sv＝{ }；，prange＝{ }；，snrin＝{ }；snrout＝{ }；svdopper＝{ }；outdate＝{ }； ％Now we look for peaks exceeding threshold for k＝1：1c，％look at all SV′s and dopps 　　z＝prdata((k-1)*1d+{1：1d}，：)；％data matrix for svak and all dopplero 　　z＝z-mean{mean(z))； 　　noise＝sqrt(mean(mean(z.*2)))； ％coarse noise rms 　　threshold＝5.7*noise； 　　 ％yields pfa less than 1e-4 per using all 　　 ％2B av′s and 10 dopplera per SV 　　indt＝find(z＜threshold)； 　　noise＝sqrt(mean(mean(z(indt).*2}))；％refined noise getting rid of signal 　　d＝z+0.2*max(mrotate(x，-1)，mrotate(2，1))；％detection otat.elimincting 　　 ％picket fence problem 　　{maxd，indd}＝max(d )；％：indn max and location for cach doppler 　　{maxsv，indsv}＝max(maxd)； ％find global peak for this sv 　　if maxsv＞threshold， ％then we detect this sv： 　　 r＝(maxsv/noise)*2； ％peak to noise away from peak 　　 snin＝sqrt(r/(no_pred*2*no_postd))； ％snrin via N.K analysis 　　 snrin＝{snrin 10*log10(snin))； 　　 ％now find snrout at peak 　　 snout＝(no_pred*2*no_postd)*snin*2/(1+2*no_pred*snin)； ％via N.K anal. 　　 snrout＝{snrout 10*log10(snout)}； 　　 sv＝{sv codes(k)}； 　　 d＝z(indsv，：)； ％data for best doppler 　　 outdata＝{outdata d}； 　　 svdoppler＝{svdoppler doppler(k)+dopps(indsv)}；％best doppler 　　 ind0＝indd(indsv)； ％best sample for best 　　 inds0＝{ind0-4：ind0+4}； ％block of 9 data samples about ind0； 　　 ninds＝find(inds0＜＝0 )； 　　 pinds＝find(inds0＞2048)； 　　 if length(ninds)＞0， ％keep data to interpolate within range 　　 inds0(ninds)＝inds0(ninds)+2048； 　　 elseif length(pinds)＞0， 　　 inds0(pinds)＝inds0(pinds)-2048； 　　 end 　　 dint＝interp(d(inds0)，10)；％go to rate 20MBz 　　 dint＝interp(dint，10)； ％go to rate 200MBz 　　 dint＝interp(dint，5)； ％go to rate 1GBz 　　 {amax，imax}＝max(dint)； ％find max 　　 indmax＝min(find(dint＞0.8*amax))； ％max above 80％ 　　 tmax＝ind0+(indmax-2001)/500； ％pseudorange in samples 　　 if tmax＞＝2048， 　　 tmax＝tmax-2048； 　　 elseif tmax＜0， 　　 tmax＝tmax+2048； 　　 end 　　 tmax＝tmax*500； ％pseudorange in units of nsec 　　 prange＝{prange tmax}； 　　end end if length(sv)＝＝0， ％then there were no detections 　　sv＝0；prenge＝0；snrin＝0；snrout＝0；svdoppler＝0；outdata＝0； end fclose(′all′)； function y＝gpscodcs(num) ％y＝gpscodes(num) ％ ％N.Frasner Jan.22，1996. ％OPrecision Tracking，Inc.，San Jose，CA.95117 ％ ％Returns dll 1023 bit codes associated with satellite in an ％array y of size 37×1023.Each row is the code ossociated ％with the satellite having the corresponding ID number.That ％is row 1 is the Pll(Gold)code of aetellite 1，etc. ％ ％If num is specified then only one code with that number in ％returned y1＝pngen({3，10}，1023，ones(1，10)}； y2＝pngen({2，3，6，8，9，10}，1023，ones(1，10))； delays＝{5，6 7，8，17，18，139，140，141，251，252，254，255，255，257，258 }； delays＝(delays，469，470，471，472，473，474，509 512，513，514，515，516}； delays＝{delays，859 860 861 862 863 950 947 948 950}； if nargin＝＝0， for k＝1：length(delays)， y(k，：)＝xor(y1，rotate(y2，deleys(k)))； end else， y＝xor(y1，rotate(y2，delays(num)))； end function z＝gps_rsmp(codcnumber) ％ ％N.Krasner Feb.16，1996 ％OPrecision Tracking，Inc.，San Jose，CA.95117 ％ ％Returns the resampled Fourier transform of spedified 1023 bit ％GPS code，resempled to at rate 2048kBz end weighted ％with a*sinc*function to emulate the tronsform of the ％sequences consisting of a get of sguare pulses，which ％is ideally bandpass filtered to the first nulls(＝1023kBz). ％ ％If codenumber is 0，then all gps codes are returned in a matrix ％of size 37×2048. ％ ％The transforned data contains real and imaginary components ％each of which is rounded to 4 bit signed integers in the range ％{-7，7).This is the form stored in EPROM. This quanitization ％minimizes required storage，but results in negligible loss of ％performance. ％ ％As in the function gpscodes，the returned value contains 37 ％rows each corresponding to the corresponding GPS code(row 1 ％contains code 1，etc.)if all codes are requested.Each row is ％of length 2048 and，as stated above contains complex words whose ％compoments are integers in the range{-15，15}. ％ ％Note that this function calls the function gpscodes to create ％the various Gold codes. if codenumber＝＝0， 　　y＝gpscodes； else， 　　y＝gpscodes(codenumber)； end ％returns matrix 37×1023 of GPS codes y＝2*y-1； ％convert to＝l if codenumber＝＝0， z＝zeron(37，2048)； for k＝1：37， 　　fyl＝fft(stretch(y(k，：)，2))； 　　fyll＝{fyl(1：1024).*sinc({0：1023}/1023)00}； 　　fyll＝{fyll fyl(1025：2045).*sinc({1022：-1：1}/1023)}； 　　z(k，：)＝conj(fyll)；％need conjuqate for matched filter end else， 　　fyl＝fft(stretch(y，2))； 　　fyll＝{fyl(1：1024).*sinc({0：1023}/1023)00}； 　　fyll＝{fyll fyl(1025：2046).*sinc({1022：-1：1}/1023)}； 　　z＝conj(fyll)； ％need conjugate for matched filzer end end z＝round(z/20)； ％since max is 171.9 but few values are above 140 rz＝min(real(z)，7)；rz＝max(rz，-7)； ％limit range iz＝min(imag(z)，7)；iz＝max(iz，-7)； ％limit range z＝rz+j*iz； function data_out＝if_2_basc(data_in，ratc) ％data_out＝if_2_base(data_in) ％ ％N.Krasner Feb.20，1996. ％OPrecision Tracking，Inc.，San Jose，CA.95117 ％ ％ ％If rate is missing or equals 0，then the input rate is essumed ％to be 3*2048kBz.If rate equals 1，then it is 6*2048kBz. ％ ％Converts data from GAGE digitizer sampled at either 3*2048kBz ％or 6*2048kBz with IF 6.144MBz(3*2.048)centered at ％35.42-(1400/45)＝4.308889MBz to a complex (I，Q)stream ％of data with sample rate 2.048MBz centered at 0 ％frequency(nominally).This routine does not compenacte for ％any doppler shifts on SV′s，nor any LO drifts.Note that the output ％data length is either 1/3 or 2/3 that of the input. if nargin＝＝1，rate＝0；end ifreq＝35.42-(1400/45)； ％in MBz if rate＝＝0， ％case where sample rate is 3*2048kBz 　　srate＝3*2.048； ％in MBz ％sample rate for GAGE 　　{u，v)＝size(data_in)；if u＞v；data_in＝data_in′；end；ld＝length(data_ln)； 　　c＝exp(-j*2*pi*{0：1d-1 }*ifreq/srate)； ％LO 　　data out＝data_in.*c；clear data_in c ％convert to 0 　　h＝firl(50，.9/3.072)； 　　data_out＝filter(h，l，data_out)； ％filter to＝1MBz 　　data out＝data out(1：3：1d)；％decimate to yield 2.048MBz srate else， ％case where sample rate is 6*2048kBz 　　srate＝6*2.048； ％in MBz 　{u，v }＝size(data_in)；if u＞v；data_in＝data_in*}onc：ld＝length(data_in)； 　 　　c＝exp(-j*2*pi*{0：1d-1}*ifreq/srate)； ％LO 　　data out＝data_in.*c；clear dcta_in c ％convert to 0 　　h＝firl(100，.9/6.144)； 　　data_out＝filter(h，1，data_out}； ％filter to al MBz 　　data_out＝data_out(1：6：1d)； ％dectmete to yieid 2.049MBz srate function y＝mrotatc(x，m) ％y＝mrotate(x，m)；matrix rotation by m units ％ ％N.Krasner Feb.20，1996. ％OPrecision Tracking，Inc.，San Jose，CA.95117 m＝round(m)； m＝rem(m，1x)； if m＞0， 　　y＝{x(：，1x-m+1：1x)x(：，1：1x-m)}； elseif m＜0， 　　y＝{x(：，1-m：1x) x(：，1：-m)}； else， 　　y＝x； end function y＝pagen(taps，npts，fill) ％pngen(taps，npts，fill) ％ ％N.Krasner Feb.13，1995. ％ONorman F.Krasner，San Carlos，CA.94070 ％ ％PNGEN generates*npts*number of points of the psuedo random ％ sequence defined by a shift register of length n with feedback taps ％ ′taps and initial fill′fill′.PN(npts，taps， fill)returns a ％ vector of length npts containing this sequence. ％ A typical example{1，6，8，14}for R14，fill＝{1 zeros(1，13)} ％ ％ If a single number is given in*taps*it is interpreted as ％ the octal value specifying the taps，as in Peterson and Weldon. For ％ exampie a code 2767(octal)＝010 111 110 111.We delete the leading 0 ％ to get the polynome al 10 111 110 111.The feedbacx taps for′this case ％ are found by ignoring the first one and choosing the remaining -ones* ％ to get position.For this case the taps are thus 2 3 4 5 6 8 9 10. if length(taps)＝＝1， 　　taps＝sprintf(′％.0f′，taps)；ntaps＝{}； 　　if taps(1)＝′1′，ntaps＝ {1}； 　　elseif taps(1)＝＝′2′，ntaps＝{10}； 　　elseif taps(1)＝＝′3′，ntaps＝{11}； 　　elseif taps(1)＝＝′4′，ntaps＝{100}； 　　elseif taps(1)＝＝′5′，ntaps＝{101}； 　　elseif taps(1)＝＝′6′，ntaps＝{110}； 　　elseif tap0(1)＝＝′7′，ntaps＝{111}； 　　end 　　for k＝2：lengzh(taps) 　 if taps(k)＝＝′0′，ntaps＝{ntaps 0 0 0}； 　 　　 elseif taps(k)＝＝′1′，ntaps＝{ntaps 0 0 1}； 　　 elseif taps(k)＝＝′2′，ntaps＝{ntaps 0 1 0} ； 　　 elseif taps(k)＝＝′3′，ntaps＝(ntaps 0 1 1}； 　　 elseif taps(k)＝＝′4′，ntaps＝{ntaps 1 0 0}； 　　 elseif taps(k)＝＝′5′，ntaps＝{ntaps 1 0 1}； 　　 elseif taps(k)＝＝′6′，ntaps＝{ntaps 1 1 0}； 　　 elseif taps(k)＝＝′7′，ntaps＝(ntaps 1 1 1}； 　　 end 　　end 　　ntaps(1)＝{}； 　　taps＝find(ntaps)； end n＝max(taps)； if nargin＜＝2，fill＝{1 zeros(1，n-1)}；end if nargin＝＝1，npts＝(2^n)-1；end y＝zeros(1，npts)； x＝zeros(1，n)； x＝fill(length(fill)：-1：1)； fori＝1：npts 　　y(i)＝x(n)； 　　x＝{rem(sum(x(taps))，2)，x(1：n-1)}； end function{file_vals，sample_rate}＝gageopen(filename) ％Read gage formatted file，with particular number of samples ％ function{file_vals，sample_rate}＝gageopen(filename) ％ ％B.wilson Jan.13，1996. ％OPrecision Tracking，Inc.，San Jose，CA.95117 file_vals(1)＝fopen(filename，′r′}； {sample_rate，sample_depth，head_vals，operation_mode}＝ rdgghead(file_vals(1))； file_vals(2)＝operation_mode； file_vals(3)＝sample_depth； file_vals(4：6)＝head_vals(1：3) function{buf，count}＝gagcrcad(file_vals，start，numsamplcs) ％Read gage formatted file，with particular number of samples ％ function{buf，count}＝gageread(file_vals，start，numscples) ％B.Wilson Jan.13，1996. ％OPrecision Tracking，Inc.，San Jose，CA.95117 ％files_vals ％ 1-fileid ％ 2-operation_mode-if＝1；file is memory image interleave sample_depth long；＝2 memory image ％ 3-sample_depth ％ ns2＝numsamples/2； fid＝file_vals(1)； if(file vals(2)＝＝2) 　　 buf＝zeros(numsamples，1)； 　　 fresult＝fseek(fid，512+start，-1)；％move to requested point in data portion of file 　　 {buf，count}＝fread(fid，numsamples，′uchar′)； else 　　 buf＝zeros(ns2，2)； 　　 fresult＝fseek(fid，512+(start/2)，-1)；％move to requested point in data portion of file 　　 {buf(：，1)，cl}＝fread(fid，ns2，′uchar′)； 　　 fresult＝fseek(fid，512+(start/2)+file_vals(3)，-1)；％move to BANK B，portion of memory image 　　 {buf(：，2)，c2}＝fread(fid，ns2，′uchar′)； 　　 count＝c1+c2； 　　 buf＝reshape(buf′，numsamples，1)； end ％ buf＝buf-128； function{ sample_rate，sample_depth，head_vals，operation_mode}- rdgghead(fid) ％Read gage formatted header ％B.Wilson Jan.13，1996. ％OPPrecision Tr-acking，Inc.，San Jose，CA.95117 ％ ％ ％ ％sample_rate＝ {1，2，5，10，20，50，100，200，500，1000，2000，5000，10000，20000，50000}； sample_rate_table＝ {1，2，4，5，10，12.5，20，25，30，40，50，60，100，120，125，150，200，250}； ％ fresult＝fseek(fid，0，-1)；％rewind the file ％ tmp＝fread(fid，14，′char′)； s＝setstr(tmp′)； ％ fresult＝fseek(fid，16，-1)；％move to name variable tmp＝fread(fid，9，′char′)； sname＝setstr(tmp′)； ％ fresult＝fseek{fid，287，-1)；％move to index to sample rate table variable sample_rate_index＝fread(fid，1，′int 16′)； if(sample_rate_index＝＝42) ％42 is′external 　　sample_rate＝-1； else 　　sample_rate＝sample_rate_tabie(sample_rate_index-17)； end ％ fresult＝fseek(fid，289，-1)；％move to index to oparetion mode veriable cperstion_mode＝fread(fid，1，′int16′) ％％ if(operation_mode＝＝1) ％％ sample_rate＝sample_rete/2； ％％ end ％ fresult＝fseek(fid，301，-1)；％move to sample_depth variable sample_depth＝fread(fid，1，′int32′) if(operation_mode＝＝1) 　　sample_depth＝sample_depth/2％ seems like a′bug′to me 　　if(sample_depth＝＝4194304) 　　 sample depth＝sample depth/2 　　end end； ％ fresult＝fseek(fid，313，-1)；％move to starting_address head vals＝fread(fid，3，′int32′)； ％ fresult＝fseek(fid，339，-1)；％move′to sample_depth variable resolution_12_bits＝fread(fid，1，′int16′)； ％ fresult＝fseek(fid，345，-1)；％move to/sample_|depth|variagle sample_cffset＝fread(fid，1，′int16′)； ％ fresult＝fseek(fid，349，-1)；％move to sample_depth variable sample_bits＝fread(fid，1，′int16′)； function y＝rotatc(x，q) ％y＝rotate(x，q) ％Rotates vector by q places ％N.Krasner Now.28，1995. ％ONorman Krasoer，San Carlos，CA.94070 ％If q is deleted this rotates a vector by interchanging the first and last half ％of the vector.If the vector is odd in length the mid point is ％placed at the beginning of the new vector. ％ ％If q is present and＞0 this rotates the vector x right by q positions； e.g. ％if x＝{11010}，then rotate(x，2)yields y＝{10110 }.If q is＜0 then ％this rotates x to the left. {m，n }＝size(x)；mn＝max(m，n)； if nargiz＞1，q＝rem(q，mn)；end if m＞1；n＞1，error(′This function works only for vectors，not matrices.′)；end if m＞1，x＝x′；end if nargin＝＝1， 　　if rem(mn，2)＝＝0， 　　 pivot＝1+mn/2； 　　else pivot＝(mn+1)/2； 　　end 　　y＝(x(pivot：mn)x(1：pivot-1)}； elseif abs(q)＞0， 　　if q＜0，q＝q+mn；end ％fix for shifts left 　　 y＝(x(mn-q+1：mn)x(1：mn-q))； 　　else y＝x； 　　end end if m＞1，y＝y(tǒng)′；end function r＝sinc(x) ％z＝sinc(x) ％N.Krasner April 21，1991 ％ONorman Krasner，San Carlos，CA.94070 ％ ％Definition：sinc(x)＝sin(pi*x)/(pi*x)，where x is a vector/matrix. ％sinc(x)＝1 if x＝0 ind1＝find(x＝＝0)； ind2＝find(x-＝0)； z＝x； x(ind1)＝ones(1，length(ind1))； x(ind2)＝sin(pi*x(ind2))./(pi*x(ind2))； z(：)＝x； function r＝strctch(signal，pcriod) ％function z＝stretch(signal，period) ％ ％N.Krasner March 12，1995 ％ONorman Krasner，San Carlos，CA.94070 ％This function stretchs a signal by replacing each element ％with m identical elements；m is specified by*period.* {u，v}＝size(signal)； if u＞1&v＞1 error(′This function works only for vector inputs.′}；end if u＞1，signal＝signal′；end a＝ones(period，1)*signal； z＝a(：)′；z＝conj(z)； if u＞1，z＝conj(z′)；end function y＝xor(a，b)； ％function y＝xor(a，b)； ％Exclusive or，term by term，of two vectors ％N.Krasner June 13，1994 ％ONorman Krasner，San Corlos，CA.94070 y＝(a&-b)|(b&-n)；

發(fā)明背景