專利名稱：一種衛星定位系統時間測量的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及利用從衛星定位系統(SPS)接收的信號來確定其自己的位置或者確定日—時間的裝置。
背景技術：
大多數情況下，允許一個系統(例如服務器系統)來確定另一個系統(例如移動SPS接收機/客戶系統)的SPS信號的捕獲時間(例如全球定位系統(GPS)信號)。在某些不正常情況，在移動站和服務器間的發送信號有非常長的延時，如果鏈路是使用允許任意長行程延時的打包通信，可能會引起該類情況的發生。偶而會發生該打包通信會經很長時間后才到達的情況。如此長的時延將要求服務器將從移動站收到的圖形與儲存于服務器的一個非常長的記錄進行比較。這可能使計算很復雜或者要求有相當長的時間來執行必需的計算。另外，長時間的延遲可能引起與數據圖形重復相關的模棱兩可的情況。例如，GPS數據信號的一重要部分按30秒間隔重復，而小的部分按6秒間隔重復。在這種情況下，圖形匹配過程會產生模棱兩可的結果。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在于提供利用衛星定位系統，例如GPS或Glonass，來測量與衛星數據信息相關的時間的裝置。
為解決上述技術問題，本實用新型提供方案如下一種衛星定位系統時間測量的裝置，其所述裝置包括一個接收機，一個數據處理器，其中，所述接收機與所述數據處理器相連，所述數據處理器中包括一個比較器，將所述接收機接收衛星數據信息中的至少一部分中的第一條記錄與第二條記錄在比較器中進行比較，從所述比較中確定一個時間，所述時間表明接收機何時接收到所述第一條記錄。
本實用新型所述的裝置，其中，進一步包括一個存儲設備，連接至所述數據處理器，存儲所述記錄。
進一步地，本實用新型所述的裝置，其中，所述接收機接收衛星數據信息中的至少一部分中的第一條記錄與第二條記錄在比較器中進行比較，所述第一條記錄和所述第二條記錄至少有部分時間的交迭。
進一步地，本實用新型所述的裝置，其中，進一步包括一個發射器，連接至所述數據處理器，所述發射器用于與另一個實體通訊。
進一步地，本實用新型所述的裝置，其中，所述接收機，為一個移動衛星定位系統接收機。
進一步地，本實用新型所述的裝置，其中，所述移動衛星定位系統接收機，包括一個天線，一個解調器，一個通信天線，一個通信接收機，所述解調器與所述天線、數據處理器相連，所述通信接收機與所述通信天線、數據處理器相連，其中，所述通信接收機將由所述通信天線接收的基站提供的衛星星歷表信息發送給所述數據處理器。
進一步地，本實用新型所述的裝置，其中，所述接收機，為一個衛星定位系統接收機。
進一步地，本實用新型所述的裝置，其中，所述衛星定位系統接收機，包括一個天線，一個解調器，一個通信天線，一個發射器，所述解調器與所述天線、數據處理器相連，所述發射器與所述通信天線、數據處理器相連，其中，所述發射器將所述第一條記錄由所述通信天線發送給一個遠地基站。
進一步地，本實用新型所述的裝置，其中，所述衛星定位系統接收機，進一步包括一個相關器，所述相關器與所述天線相連，其中，所述相關器通過天線獲得衛星定位系統信號和確定至少一個偽距離。
進一步地，本實用新型所述的裝置，其中，所述接收機，是一種無線通信接收機或一個有線通信接收機。
本實用新型是一個用于建立接收機定時關系的裝置，該裝置是為接收機形成一部分衛星數據信息的估計，并將該估計發送給基站。在基站將該估計與從另一個GPS接收機或GPS信息源接收到的衛星數據信息一條記錄進行比較。該記錄假定為沒有錯誤的。接著該比較確定那一部分基站信息與遠地單元發送的數據最相匹配的。因為基站已經讀入無錯誤的衛星數據信息，它能將那條信息的每一位數據比特與純粹的時間標記聯系起來，如通過發送衛星所見的。因此，該比較導致基站將一合適的時間分配給經遠地站發送的估計數據。如需要，該時間信息可發回給遠地站。
上述手段是使基站給遠地站發送一條清晰的衛星數據信息記錄加上與該信息的開始部分有關的絕對時間。這種情況下，遠地實體將該記錄與數據的估計值作比較，該數據估計值通過處理收到GPS信息形成。該比較將提供兩條記錄間的時間偏移量，并因此為本地收集的數據建立一絕對時間。
圖1為本實用新型實施例所述的一個組合移動SPS和通訊系統的主要部件的框圖；圖2為本實用新型實施例所述的圖1的射頻(RF)至中頻(IF)轉換器和頻率合成器的典型實施例框圖；圖3為本實用新型實施例所述的一個基站中衛星定位系統時間測量的裝置圖；圖4為本實用新型實施例所述的另一個基站中衛星定位系統時間測量的裝置圖；圖5為本實用新型實施例所述的一個系統圖；圖6為本實用新型實施例所述的一種傳統GPS接收機的簡化結構圖。
具體實施方式
下面將描述本實用新型利用衛星定位系統來測量與衛星數據有關時間的裝置。
如圖1所示，本實用新型實施例所述的一個組合移動式GPS接收機和通訊系統的主要部件的框圖，該系統能接收SPS信號，并與基站建立通訊。
如圖2所示，進一步詳細地描述圖1中的射頻(RF)至中頻(IF)轉換器7和頻率合成器16。
如圖1所示的組合GPS和通訊系統100可能結合有某頻率穩定或校正技術以進一步改進GPS接收機的靈敏度和精確度。在典型的實施例中，移動GPS接收機和通訊系統100及基站，例如基站17接收一條命令，它可以是如圖3或圖4所示的任一種基站。在通訊天線2上接收這個命令，在存入存儲器9后，經過處理器10將命令處理成數字信息。該處理器10判斷這信息是一條給基站提供位置信息的命令，這使處理器10激活系統的GPS部分，至少其中的某些部分可與通訊系統共享。例如包括設置轉換6使射頻(RF)至中頻轉換器(IF)7接收GPS天線1來的GPS信號，而不接收從通訊天線2來的通訊信號。接著接收GPS信號，經數字量化，儲存于數字存儲器9，然后依照數字信號處理技術對這些數據進行處理。這種處理的結果通常包括視線內多個衛星的多個偽距離，并且接著將這些偽距離返回給基站，該操作由處理元件10激活發射部分并將返回基站的偽距離傳送至通訊天線2送還給基站來實現。
如圖1所示的基站17可以通過無線電通信鏈路直接連接至遠地站，或如圖5所示可以通過蜂窩電話站連接至遠地站，該蜂窩電話站在電話站和基站之間提供有線通信鏈路。圖3和圖4描述這兩種可能的基站中衛星定位系統時間測量的裝置圖。
按照本實用新型，如圖3中所描述的基站401可以起到如自治單元的功能，該自治單元提供至/自移動GPS接收機的無線電鏈路以及處理接收的偽距離和相應的時間記錄。基站401可用于位于大城市的基站，并可用于位于大城市中要進行跟蹤的所有移動GPS接收機中。例如，這種基站401可以由警察部門或救援部門雇用，以跟蹤戴有或使用移動GPS接收機的人。通常，可以把發射器409和接收器411合并成單一帶有天線的收發單元。然而因為這些單元還可以單獨地存在，所以加以分別地示出。發射器409的功能是經過發送天線410向移動GPS接收機提供命令；該發射器409通常處于數據處理器405的控制下。該數據處理器405可接收處理用戶的請求來確定一特殊移動GPS接收機的位置。因此，數據處理器405能產生命令，該命令由發射器409發送給移動GPS接收機。相應地，在本實用新型的一個實施例中，移動GPS接收機也可以給接收器411發送回偽距離和相應記錄，它們由接收天線412接收.接收器411從移動GPS接收機接收這些信息并把它們供給數據處理器405。接著數據處理器405從來自移動GPS的偽距離和從GPS接收機403收到的衛星數據信息或者其他參考質量的衛星數據信息源中得到位置信息。該GPS接收機403提供衛星的星歷表數據，該星歷表數據與偽距離和確定時間一起用于為移動GPS接收機計算位置信息。該大規模存儲器407含有衛星數據信息的參考記錄的一個儲存版本。這儲存版本用于與從移動GPS接收機收到的記錄作比較。數據處理器405可連接到顯示器415(選項)，也可以連接到帶有GIS軟件(選項)的大規模存儲器413。應當認識到，因為大規模存儲413和大規模存儲器407可以包含在相同硬盤或其他大規模存儲設備中。
如圖4中所示，描述本實用新型實施例所述的一個替代基站中衛星定位系統時間測量的裝置圖。該基站425可連接至遠地發射和接收站，例如圖6所示的蜂窩電話站455。該基站425也可以通過網絡，如因特網或內部網或其他類型的計算機網絡系統連接至客戶系統。經過如圖6所示的蜂窩式電話站455和它相應的天線或天線457，基站425可與移動GPS接收單元，例如圖5所示的組合移動GPS接收機和通信系統453進行通信。應當認識到，該組合移動GPS接收機和通信系統453與圖1所示的系統100也許相似。
如圖4所示的基站425包含處理器427。該處理器427可以是傳統的微處理器，它經過總線430連接至主存儲器429，該主存儲器429可以是隨機存取存儲器(RAM)。該基站425還包含其他輸入/輸出設備，例如鍵盤，鼠標，顯示器435和有關的輸入/輸出控制器，它們經總線430接至處理器427和存儲器429。大規模存儲器433，例如硬盤或CD ROM或其他大規模存儲設備，經過總線430被連接到系統的各種部件，例如處理器427。輸入/輸出控制器431連接至總線430，它能在GPS接收機之間或衛星數據信息的其他源之間提供輸入/輸出控制服務。該輸入/輸出控制器431從GPS接收器接收衛星數據信息，并將這些數據經過總線430提供給處理器427。該處理器427產生要加到衛星數據信息中的時間標記，然后將該標記儲存于大規模存儲器433中，以便隨后用于與從移動GPS接收機收到的記錄進行比較。在圖4中所示的兩個調制解調器439和437用作與遠離于基站425的其他系統相連的接口。在調制解調器或網絡接口439的情況下，該設備連接至客戶計算機，例如可通過因特網或某些其他計算機網來連接。該調制解調器或其他接口437給蜂窩式電話站，例如圖6所示的蜂窩式電話站455，提供一個接口。基站425可以由本領域的熟練人員用其他計算機結構來實現。例如可以是多總線、或一主總線和一外部總線、或者可以是多計算機系統和/或多處理器。優點是，例如有一專用處理器來接收從GPS接收機403來的衛星數據信息以及處理該信息，以便按指定的方式提供一條參考記錄。這樣，按本實用新型制備參考記錄，儲存該記錄和管理批量儲存的數據過程中，就不會有什么阻礙了。
如圖5所示的系統451，該系統包括一個SPS接收機、一個蜂窩電話站、一個基站、互聯網和客戶計算機系統，在一個實施例中按以下的方式工作。客戶系統463經過網絡，例如因特網461，發送一條信息到基站425。應當認識到在網絡或因特網461，可能有插入式路由器或計算機系統，它們沿著一特殊移動GPS接收機453的位置請求通過。然后，基站425經過一個鏈路，該鏈路通常是有線電話鏈路459，發送一條信息給蜂窩式電話站455。接著，該蜂窩式電話站455用自己的天線或天線457發送一條命令給組合移動GPS接收機和通信系統453。相似地按照本實用新型，該系統453將發回偽距離和衛星數據信息記錄。然后蜂窩電話站455接收這些記錄和偽距離，并經鏈路459傳輸回基站。隨后基站按本實用新型描述進行工作，利用這些記錄來確定衛星數據信息的接收時間、使用從遠地GPS系統453來的偽距離和利用從基站GPS接收機或從其他GPS數據源的衛星星歷表數據。隨后該基站確定位置信息并經過網絡，例如因特網461，將該位置信息傳送給客戶計算機系統453。
如圖6所示，一個傳統GPS接收機601的簡化版本。該傳統接收機601從GPS射頻RF前端(即下變頻器和數字化器)接收數字化I/O輸入信號603，并在混頻器605將該輸入信號603與從數字振蕩器607來的振蕩信號進行混頻。然后，混頻器605的輸出在混頻器609中與PN發生器611的輸出進行混頻。該PN發生器由從微控制器617來的芯片預置信號619作芯片預置(Chip advance)控制。為了將信號轉換成近基帶，微控制器617也控制數字振蕩器607。
在傳統的GPS接收機操作中，從GPS衛星收到的信號在無噪聲時的格式為Y(t)＝AP(t)D(t)exp(j2πf0t+Ф)公式(1)本實用新型P(t)是長度為1023，有正負1誤差的重復的二進制相移調節的偽隨機碼序列(芯片速率為每秒1.023兆碎片(Mchips))。D(t)是50波特數據信號，該信號按PN幀開始端排列，又假定該值為正負1。在將信號轉換成近基帶后(即通過混頻器605)，用相關器(可認為相關器包括圖6中的元件609、611、613、615和617)通常地將PN碼移去。該設備本地重新產生P(t)碼(為指定的衛星)，并確定所收到的PN碼與本地產生的PN碼之間的相對相位。當相位調整時，相關器將該信號與本地產生的參考信號相乘，導致的信號格式P(t)×y(t)＝P(t)AP(t)D(t)exp(j2πf0t+Ф)＝A D(t)exp(j2πf0t+Ф)公式(2)在這點，信號經窄帶濾波(例如在濾波器613)，濾掉數據信號D(t)帶寬外的噪聲。然后經采樣器615，可將采樣速率減少至數據速率的較小數倍。這樣，在公式2右邊的時間變量t可取公式mT/K的值，m＝o、1、2、...，K為一小的整數(例如2)，T是比特周期。
此點的數據采樣被用于執行PN跟蹤操作，載波跟蹤和數據解調。該操作也通常在微控制器617中的軟件算法來執行，但也可以用硬件來實行.在圖6中，微控制器617將校正信號621和619分別反饋給數字振蕩器和PN發生器，以便本地產生的載波信號和PN信號與所接收的信號，在相位上保持同步。對于同時接收的多路GPS信號(通常從四顆或更多顆衛星上收到4路或更多路GPS信號)，該操作通常是并行執行的。
目前，在某些情況(例如較低的信噪比(″SNR″))，GPS信號可能太弱，以至于數據D(t)不能可靠地被分離出來。如前所述，傳統的GPS接收機需要讀取該數據來確定世界時以及提供一個位置定位。在低信噪比(SNR)的情況下，由本實用新型提供一替代手段是遠地站和基站一起工作，后者存取該衛星數據信息.遠地站將該資料送給基站，讓基站計算與遠地站的原始接收的數據有關的時間。還存在一種可替代的配置，在該配置中，基站將資料送給遠地站以便遠地站計算該接收時間。主要考慮的是第一種情況。
應當注意，在某些情況，基站和遠地站間的時間協調可以由下列兩種方式中的任一種方式達到。一種是在通信鏈路上發送精確的定時信號(如脈沖或特定的波形信號)，另一種是通過對鏈路潛在能力的認識或測量環路延遲(假定是一雙向對稱的鏈路)來統計所經過的時間。可是有許多種情況，該手段是不切合實際的或不可能的。例如，在包括打包約定的許多鏈路中，每一個發送間的延遲均不同；并跨越許多秒鐘。
本實用新型的手段是讓遠地站形成一部分數據序列D(t)的估計或處理該序列版本的估計，并將該數據發送給基站。該數據序列與由基站產生的相似的但高保真的信號進行比較。按照所給的尺度，如最小的均方根差，這兩種序列在相對時間上進行滑動，直到產生最好的匹配為止。該“相關”過程與GPS接收機所用的為與PN展開序列同步的過程非常相似；可是該操作以較低速率的數據信號工作，此外該信號的圖形是經常改變的，以及不可能預先知道的。
因為基站大概知道與該信息的每一元素有關的精確時間，該基站可以利用該知識加上前述的比較來查明與遠地站接收的信號有關的原始時間。
本實用新型的上述討論主要針對美國全球定位衛星(GPS)系統。但是，應當理解，這些裝置同樣適用于相似的衛星定位系統，例如俄羅斯的Glonass系統。另外，還應認識到本實用新型的原理同樣適用于利用假衛星(Pseudolites)或衛星與假衛星組合的定位系統。另外所提供的有關基站和移動SPS接收機的各種結構是屬描述性的，而不能認為是對本實用新型的限制。本實用新型所提供的圖表只用作描述目的，不能以任何方式企圖限制本實用新型。此外，已經描述了本實用新型的各種設備的各種例子，并應當認識到，根據本實用新型的這些例子可進行修改并且仍落在下列的權利要求的范圍內。
權利要求1.一種衛星定位系統時間測量的裝置，其特征在于，所述裝置包括一個接收機，一個數據處理器，其中，所述接收機與所述數據處理器相連，所述數據處理器中包括一個比較器，將所述接收機接收衛星數據信息中的至少一部分中的第一條記錄與第二條記錄在比較器中進行比較，從所述比較中確定一個時間，所述時間表明接收機何時接收到所述第一條記錄。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，進一步包括一個存儲設備，連接至所述數據處理器，存儲所述記錄。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述接收機接收衛星數據信息中的至少一部分中的第一條記錄與第二條記錄在比較器中進行比較，其中，所述第一條記錄和所述第二條記錄至少有部分時間的交迭。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，進一步包括一個發射器，連接至所述數據處理器，所述發射器用于與另一個實體通訊。
5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述接收機，為一個移動衛星定位系統接收機。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述移動衛星定位系統接收機，包括一個天線，一個解調器，一個通信天線，一個通信接收機，所述解調器與所述天線、數據處理器相連，所述通信接收機與所述通信天線、數據處理器相連，其中，所述通信接收機將由所述通信天線接收的基站提供的衛星星歷表信息發送給所述數據處理器。
7.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述接收機，為一個衛星定位系統接收機。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述衛星定位系統接收機，包括一個天線，一個解調器，一個通信天線，一個發射器，所述解調器與所述天線、數據處理器相連，所述發射器與所述通信天線、數據處理器相連，其中，所述發射器將所述第一條記錄由所述通信天線發送給一個遠地基站。
9.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述衛星定位系統接收機，進一步包括一個相關器，所述相關器與所述天線相連，其中，所述相關器通過天線獲得衛星定位系統信號和確定至少一個偽距離。
10.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述接收機，是一種無線通信接收機或一個有線通信接收機。
專利摘要本實用新型公開了一種衛星定位系統時間測量的裝置，該裝置包括一個接收機，一個數據處理器；所述接收機與所述數據處理器相連。本實用新型提供利用衛星定位系統接收的信號，例如全球定位系統GPS或Glonass，來測量其自己的位置或者確定日一時間的裝置。
文檔編號G01S19/23GK2921856SQ200620124678
公開日2007年7月11日 申請日期2006年7月12日 優先權日2006年7月12日
發明者范國偉 申請人:中興通訊股份有限公司