專利名稱：頻率轉換器電路和衛星位置信號接收設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及頻率轉換器電路和用于從衛星定位系統中所使用的 定位衛星接收位置信號的接收設備。
背景技術：
到目前為止，已經使用全球定位系統(GPS)來作為確定移動物體 的當前位置或速度的定位系統。GPS不僅己廣泛用于航空或航海導航 系統，而且還廣泛用于汽車導航系統。此外，除了GPS，還已知其它 定位系統，諸如在俄羅斯開發并投入使用的全球軌道導航衛星系統 (GLONASS)，以及由以歐盟為中心的國際合作所開發并投入使用的 Galileo(伽利略)。例如，在GPS和Galileo之間，用于位置信號的擴 頻調制的人為噪聲(PN碼)或載波頻率的設置不同，其中該位置信號 是從定位衛星廣播的。但是，通用的定位原理和定位計算方法彼此相 似。因此，已經積極開發了能夠共享多個定位系統的接收設備。作為能夠共享多個定位系統的接收設備，如JP 7-128423A中所 述，提出了一種GPS/GLONASS共享接收設備，其能夠接收由來自 組成GPS的定位衛星(GPS衛星)的位置信號以及來自組成GLONASS 的定位衛星(GLONASS衛星)的位置信號所組成的兩個頻率的位置信 號。該接收設備利用初始級鏡像消除混頻器將從GPS衛星和 GLONASS衛星接收的兩個頻率的各個位置信號從RF(高次諧波)信 號頻率轉換為IF(中頻)信號，并將各個位置信號相互分離以抑制各個 位置信號的干擾，從而實現GPS和GLONASS的共享。在GPS中，禾擁"GPS現代化項目"，近幾年已經發射了具有被 稱為"block IIR-M"和"block IIF"形式的GPS衛星，并且L2C信 號(block IIR-M之后)和L5信號(block IIF之后)開始作為除Ll之外的 新用戶信號來廣播，其中Ll己經被從開始到Block IIR形式的GPS衛星進行廣播以供用戶使用。因此，在GPS中，由Ll、 L2C和L5 組成的三個頻率的位置信號可以作為用戶信號。同樣，在Galileo中，諸如E2-L1-E1(L1)、 E5a、 E5b和E6的多 個頻帶的位置信號從開始就規劃作為用戶信號。當可以使用這多個位 置信號時，有可能實現比傳統性能更高的性能(接收范圍的擴展、定 位精度的提高)。但是，JP 7-128423A中所描述的接收設備只能接收由GPS和 GLONASS組成的兩個頻率，并且不能接收諸如GPS的Ll、 L2和 L5的三個頻率的位置信號。此外，例如，當借助于多個頻率的位置 信號對引起定位精度劣化的電離層延遲誤差進行校正以實現高精度 定位時，取決于衛星的操作狀態或排列狀態，位置信號可能不能同時 在兩個頻率的接收中接收。因此，由于能夠通過校正來實現高精度定 位的時區受限，所以該定位不充分。相反的，當允許接收三個頻率的位置信號時，有可能安全地進行 比兩個頻率接收更高精度的定位。此外，當通過接收三個頻率的位置 信號進行能夠獲得高精度定位結果的載波定位時，其優點在于可根據 超寬巷(extra wide lane， EWL)方法輕易地確定整周模糊度(integer ambiguity)。但是，為了接收三個頻率的位置信號，需要處理系統來接受新的 頻率和帶寬。更具體的，例如，需要與所接收的位置信號的個數相同 的信號處理系統。這些信號處理系統中的每個包括混頻器部分，用 于對位置信號進行頻率轉換；本地振蕩器，用于頻率轉換；參考振蕩 器或放大器部分，用于放大中間波。上述處理系統存在這樣的問題， 即，增大了接收設備的規模。此外，當接收設備規模增大時，出現諸 如功耗增大或制造成本增加的問題。此外，例如，由于兩個位置信號通過初始級鏡像消除混頻器分離， 所以在初始級的下游級中需要兩個處理系統。當這一結構應用于三頻 波接收時，不能充分減小接收設備的尺寸。發明內容因此本發明的一個目的是提供一種頻率轉換器以及一種接收設 備，其能夠使用三個頻率的位置信號并且配置簡單、功耗降低以及成 本降低。為了達到上述目的，根據一個方面，提供一種頻率轉換器電路對 從衛星定位系統中所使用的人造衛星接收的、載波頻率互不相同的第 一位置信號、第二位置信號和第三位置信號進行頻率轉換。該頻率轉 換器電路包括振蕩信號生成部分、第一混頻部分、分頻部分、第二混 頻部分以及分離部分。振蕩信號生成部分生成第一本地振蕩信號，該第一本地振蕩信號 的頻率被設置為使得第一位置信號的頻率與第二位置信號和第三位 置信號的頻率具有鏡像關系，并且使得不與通過第一混頻部分頻率轉 換后的各個位置信號的頻帶重疊。第一混頻部分將振蕩信號生成部分 生成的第一本地振蕩信號與第一、第二以及第三位置信號進行混頻，以將各個位置信號頻率轉換為第一中頻(lstIF)。在這種情況下，如上 所述設置第一本地振蕩信號的頻率，從而使其可以在初始級頻率轉換 中消除各個位置信號的鏡像干擾。分頻部分將振蕩信號生成部分生成的第一本地振蕩信號分頻為 1/m(m是2或更大的整數)，以生成第二本地振蕩信號，該第二本地 振蕩信號的頻率被設置為使得lstIF的第一位置信號的頻率與lstIF 的第二位置信號以及lstIF的第三位置信號的頻率具有鏡像關系。第 二混頻部分將分頻部分生成的第二本地振蕩信號與lstIF的第一、第 二以及第三位置信號進行混頻，以將各個位置信號頻率轉換為第二中 頻(2ndlF)。然后第二混頻部分將第一位置信號、第二位置信號以及第 三位置信號相互分離，同時消除2ndlF的第一位置信號與2ndlF的第 二位置信號以及2ndlF的第三位置信號的干擾，也就是說，消除鏡像。 然后第二混頻部分獨立輸出第一位置信號、第二位置信號以及第三位 置信號。分離部分將第二混頻部分混頻并輸出的2ndlF的第二位置信 號以及2ndlF的第三位置信號相互分離，并獨立輸出2ndlF的第二位 置信號以及2ndlF的第三位置信號。頻率轉換器電路能夠將三個頻率的諧波(RF)頻率轉換為中頻(IF)的位置信號而不受鏡像干擾。此外，當第二級的頻率轉換由第一和第 二混頻部分以二級頻率轉換進行時，第一位置信號與第二位置信號和 第三位置信號分離。在后續的分離級，第二位置信號和第三位置信號 相互分離，從而與在進行初始級頻率轉換時分離各個信號的情況相 比，可以縮小與各個分離的位置信號相關的信號處理系統。因此，實 現了頻率轉換器電路的尺寸縮小以及成本降低。此外，利用簡單的電 路配置，減少了功耗，并節約了電能。此外，借助于第二混頻部分進行的頻率轉換中使用的第二本地振 蕩信號通過對振蕩信號生成部分振蕩的第一本地振蕩信號進行分頻 而產生。因此，各個級的頻率轉換可以由一個本地振蕩器進行而不使用諸如壓控振蕩器(vco)之類的多個本地振蕩器。因此，實現了頻率轉換器的尺寸縮小、成本降低以及電能節約。此外，頻率轉換器電路關閉到與第一、第二以及第三位置信號中 未被選為待接收信號的位置信號相關的信號處理系統的電源供應。利 用這一操作，減少了位置計算中未使用的信號處理系統所引起的功 耗，實現了電能節約。更具體的，例如，可以進行配置以便根據操作 部分的用戶操作選擇啟用/禁用各個位置信號的接收，或進行配置以 便基于接收狀態的質量自動選擇啟用/禁用各個位置信號的接收。這里，當接收到三個頻率的位置信號時，假設接收了諸如GPS 的L1、 L2C或L5之類的由同一衛星定位系統廣播的多個位置信號， 或者接收了由諸如GPS或Galileo的多個衛星定位系統廣播的位置信 號。然后，進行位置計算，同時根據情況需要一起使用各個衛星定位 系統的多個定位衛星，從而使其可以很好地維持定位精度。在這種情況下，當即使在不同衛星定位系統中多個位置信號也相 同時，諸如GPS-L1和Galileo-Ll信號(這些信號的載波頻率都是 1575.42 MHz)或GPS-L5和Galileo-E5a信號(這些信號的載波頻率都 是1176.45MHz)，可以通過一個接收系統同時接收多個位置信號。根據第二方面， 一種衛星位置信號接收設備包括接收部分，用于 接收從衛星定位系統中所使用的人造衛星以無線電波形式傳輸的位 置信號；上述頻率轉換器電路；解調部分，用于分別解調已經由頻率轉換器電路進行了頻率轉換的第一、第二以及第三位置信號；以及控 制部分。在這些部分中，解調部分包括第一、第二以及第三解調系統。至 少第一、第二以及第三解調系統中的一個包括用于多個衛星定位系統 中的每一個的不同解調器電路以及能夠由多個衛星定位系統共享的 解調器電路，其中這些解調器電路的個數能夠確保電路的個數滿足與 所述各個衛星定位系統相關的位置計算中所使用的衛星的最大個數。 利用上述配置，能夠解調與所述多個衛星定位系統相關的相同載波頻 率的位置信號。當借助于解調部分解調位置信號時，控制部分根據位置信號的接 收狀態選擇位置計算中使用的定位衛星，分配任意解調器電路給所選 定位衛星，并基于由所分配的解調電路所解調的位置信號進行位置計 算。當上述配置應用于GPS和Galileo時，提出了一種配置，例如， 其在頻率轉換器電路端，同時接收GPS-L1和Galileo-Ll作為第一位 置信號，接收GPS-L2作為第二位置信號，并且同時接收GPS-L5和 Galileo-E5a作為第三位置信號。頻率轉換器電路的上述配置包括第一解調系統中的各個GPS-L1 和Galileo-Ll的多種解調器電路，以及GPS-L1和Galileo-Ll共享的 解調器電路。這些電路根據接收狀態適當分配給GPS和Galileo,從 而啟用在一個接收系統中同時接收GPS和Galileo位置信號的混合定 位。此外，當GSP-L2可以在第二解調系統中解調，而GPS-L5和 Galileo-E5a可以在第三解調系統中解調時，由各個GPS-L1或 Galileo-L2位置信號進行的位置計算的結果可以分別通過來自第二解 調系統或第三解調系統的各個位置信號來校正。此外，根據位置信號的接收狀態，從與GPS和Galileo相關的多 個定位衛星中選擇適于位置計算的定位衛星。然后，將解調器電路分 配給所選擇的定位衛星，從而使其可以接收與增強定位精度的定位衛 星相結合的位置信號，以進行位置計算。因此，能夠得到很好的定位 精度。采用可以由多個衛星定位系統共享的解調器電路作為上述實例中所描述的可以由GPS-L1和Galileo-Ll共享的多個解調器電路。因 此，與由于各個衛星定位系統而在位置計算中所使用的用于各個衛星 定位系統的各種解調器電路的最大個數的情況相比，由于各個衛星定 位系統而在位置計算中所使用的解調器電路的最大個數可以由解調 器電路的最小個數來滿足。因此，衛星位置信號接收設備可以縮小尺 寸并降低成本。
從下面的參考附圖的詳細描述，本發明的上述以及其它目的、特 性和優點將變得更加清楚。附圖中圖1是示出根據本發明一個實施例的衛星位置信號接收設備的 一部分的RF前端部分的方框圖；圖2是示出根據實施例的衛星位置信號接收設備的一部分的信 號處理部分的方框圖；以及圖3是示出由圖2中所示的信號處理部分的算術處理部分執行的 信道選擇處理的過程的流程圖。
具體實施方式
參考圖1，衛星位置信號接收設備包括天線101，用于從定位衛星接收位置信號；RF前端部分1，用于對已經從定位衛星接收到 的位置信號進行頻率轉換并輸出轉換后的位置信號作為數字信號。 RF前端部分1連接到圖2中所示的信號處理部分2，信號處理部分2 獲取并跟隨來自定位衛星的載波和PN碼，并解調從RF前端部分1 提供的位置信號以進行位置計算。在這一實施例中，用于GPS和Galileo的各個衛星定位系統的具 有三個頻率的下面五種位置信號被用作可接收的位置信號。 (1 ) GPS-L1和Galileo-Ll(這些信號都是1575.42 MHz)(2) GPS畫L2C(1227.6固z)(3) GPS-L5和Galileo-E5a(這些信號都是1176.45 MHz)上述(1)到(3)項中各個頻率的位置信號的所有載波頻率是通過乘 以fo=1.023 MHz(fo是GPS的基頻10.023 MHz的1/10)產生的。也就 是說，上述(l)項中GPS-L1和Galileo-Ll的位置信號(統一簡單表示 為"LI")的載波頻率用1540fo表示，上述(2)項中GPS-L2C的位置 信號(簡單表示為"L2C")的載波頻率用1200fo表示，并且上述(3) 項中GPS-L5和Galileo-E5a的位置信號(統一簡單表示為"L5'E5a") 的載波頻率用1150fo表示。在GPS和Galileo中，當位置信號從定位衛星發送時，位置信號 要受到借助于給定PN碼的擴頻調制。從定位衛星接收位置信號的衛 星位置信號接收設備將所接收的位置信號從高次諧波(RF)頻率轉換 為中頻(IF)，然后轉換為基帶。然后，衛星位置信號接收設備從發送 位置信號的定位衛星獲取載波以及定位衛星的擴頻調制中所使用的 PN碼，并解調所接收的位置信號。衛星位置信號接收設備利用已解 調的位置信號來計算到定位衛星的人為距離(偽距離)或各個定位衛 星的位置，或根據所計算的各種數據校正諸如電離層延遲之類的各種 誤差以計算當前位置、速度、或方向。RF前端部分l(圖1)是頻率轉換器電路。RF前端部分1包括低噪 聲放大器(LNA)102、帶通濾波器(BPF)102、混頻器104、壓控振蕩器 (VCO)105、分頻器106、 107，以及鏡像消除混頻器108。 RF前端部 分1還包括低通濾波器(LPF)109、 116，分路濾波器112,帶通濾波器 (BPF)113， AGC(自動增益控制)放大器110、 114、 117， A/D轉換器 111、 115、 118，參考振蕩器119，以及電源控制器120。天線101由三帶天線構成，其接收各個位置信號Ll、 L2C和 L5-E5a;或由雙帶天線構成，其具有頻帶Ll作為一個極并具有在頻 帶L2C和L5，E5a之間的中間頻帶中的另一個極以提供廣泛的特性。 天線101從GPS衛星和Galileo衛星接收位置信號。天線101所接收的各個位置信號的RF信號由LNA102以低噪聲 放大。由LNA 102放大的各個位置信號的RF信號由BPF 103限制于 頻帶中。BPF 103例如由SAW濾波器構成，且通帶由三帶構成，允 許各個頻帶L1、 L2C和L5'E5a通過BPF 103，或由雙帶構成，包括一個帶允許頻帶Ll通過BPF 103，而一個帶允許頻帶L2C和L5'E5a 通過BPF 103。由BPF 103限制于帶中的各個位置信號的RF信號在混頻器104 中與第一本地振蕩信號(lstLo)進行混頻，從而轉換為第一中頻 (lstIF)，其中該第一本地振蕩信號是通過分頻器106對來自VCO 105 的振蕩信號(Lo)進行分頻得到的。在這一實例中，設置lstLo的頻率 以使得從lstLo端看Ll的載波頻率與L2C和L5'E5a的載波頻率具有 鏡像關系，并通過頻率轉換將lstLo的頻率設置為不與各個位置信號 的頻帶重疊的頻率。也就是說，lstLo的頻率被設置為基本是L1的載 波頻率和L2C至lj L5'E5a的頻帶之間的中頻(更具體的，fo的倍數 1376fo)。 lstLo是通過由頻率分頻器106將Lo(頻率2752fo)分頻為 1/2頻率而產生的，其中所述Lo(頻率2752fo)由VCO105生成，其 頻率是與由參考振蕩器119生成的參考時鐘(頻率64fo)相比的比較 頻率變為足夠高的頻率。RP的Ll在混頻器104中與lstLo混頻，并被轉換為頻率為164fo 的lstIF(Ll)。同樣，RF的L2C被轉換為頻率為176fo的lstlF(L2C)。 此外，RF的L5'E5a被轉換為頻率為226fo的lstlF(L5'E5a)。由混頻器104進行了頻率轉換的lstIF的各個位置信號與由分頻 器107對lstLo進行分頻所獲得的第二本地振蕩信號(2ndLo)進行混 頻，并被轉換為第二中頻(2ndlF)。在這一實例中，2ndLo的頻率被設 置為一個頻率(更具體的，fo的倍數172fo)，以使得從2ndLo端看， lstIF的Ll的頻率與lstIF的L2C和L5'Ea的頻率具有鏡像關系。也 就是說，2ndLo的頻率被設置為基本是lstIF的Ll的載波頻率和lstIF 的L2C到lstIF的L5'E5a的頻帶之間的中頻。2ndLo由分頻器107 通過將lstLo(頻率1376fo)分頻為1/8頻率來產生。lstRF的Ll在鏡像消除混頻器108中與2ndLo進行混頻，并被 轉換為頻率為8fo的2ndlF(Ll)。同樣，lstlF的L2C被轉換為頻率為 4fo的2ndlF。并且，lstIF的L5'E5a被轉換為頻率為54fo的2ndlF。鏡像消除混頻器108分離各個信號，同時消除己經進行了頻率轉 換IF的2ndlF的Ll與2ndlF的L2和L5'E5a之間的干擾，也就是說，消除鏡像。然后鏡像消除混頻器108獨立輸出這些信號。也就是說， 2ndlF的Ll和2ndlF的L2和L5'E5a在這一級彼此分離。從鏡像消除混頻器108獨立輸出的2ndlF的Ll被LPF 109限制 于中心頻率為8fo的通帶內，從而被AGC放大器110放大至滿足后 續模擬/數字轉換所需要的輸入等級的等級。fe AGC放大器110放大 的2ndlF的Ll通過A/D轉換器111轉換為數字信號，并被提供到信 號處理部分2。LPF 109、 AGC放大器110以及A/D轉換器111組成與從鏡像消 除混頻器108輸出的2ndlF的Ll相關的信號處理系統，對它們進行 配置以便在電源控制器120的控制下統一改變每個系統中的電源的 開/關狀態。因此，當從定位衛星未接收到L1信號時，切斷系統的電 源以減少RF前端部分1的電能消耗。另一方面，2ndlF的L2C和L5'E5a混頻并從鏡像消除混頻器108 輸出。從鏡像消除混頻器108輸出的2ndlF的L2C和L5'E5a分別由 分路濾波器112分離。分離后的2ndlF的L2C被BPF 113限制于中心 頻率為4fo的通帶內，從而被AGC放大器114放大至滿足后續模擬/ 數字轉換所需要的輸入等級的等級。由AGC放大器110放大的2ndlF 的L2C通過A/D轉換器115轉換為數字信號，并被提供到信號處理 部分2。BPF 113、 AGC放大器114以及A/D轉換器115組成與從分路濾 波器112輸出的2ndlF的L2C相關的信號處理系統，對它們進行配置 以便在電源控制器120的控制下統一改變每個系統中的電源的開/關 狀態。因此，當從定位衛星未接收到L2C信號時，切斷系統的電源 以減少RF前端部分1的電能消耗。另一方面，由分路濾波器112分離的2ndlF的L5'E5a由BPF 116 限制于中心頻率為54fo的通帶，此后由AGC放大器117放大至滿足 后續模擬/數字轉換所需要的輸入等級的等級。由AGC放大器117放 大的2ndlF的L5'E5a向下轉換為頻率為10fo的第三中頻(3rdlF),其 中從參考振蕩器119振蕩的頻率64fo的參考時鐘作為A/D轉換器118 的采樣頻率。然后，3rdlF的L5"E5a轉換為數字信號，并提供到信號處理部分2。LPF 116、 AGC放大器117以及A/D轉換器118組成與從分路濾 波器112輸出的2ndlF的L5"E5a相關的信號處理系統，對它們進行 配置以便在電源控制器120的控制下統一改變每個系統中的電源的 開/關狀態。因此，當從定位衛星未接收到L5'E5a信號時，切斷系統 的電源以減少RF前端部分1的電能消耗。電源控制器120基于來自信號處理部分2的算術處理部分5的電 源控制信號改變針對上述各個系統的電源的開/關狀態。例如，提出 一種配置，其中可以接受通過交換機(未示出)選擇三頻接收和雙頻接 收的任意一個的操作，或選擇從L1、 L2C以及L5'E5a接收任意信號 的操作，并且電源只提供到與被選為接收目標的位置信號相關的系 統。此外，可以進行配置，以使得算術處理部分5根據位置信號的接 收狀態的質量選擇啟用/禁用各個位置信號的接收，并且電源只提供 到與被算術處理部分5選為待接收信號的位置信號相關的系統。信號處理部分2(圖2)包括向下轉換器部分3、信號處理器部分4 以及算術處理部分5。在下面的描述中，為描述方便，與用于L1信 號的信號處理相關的系統稱為"第一系統(#1)"，與用于L2C信號的 信號處理相關的系統稱為"第二系統(#2)"，與用于L5f5a信號的信 號處理相關的系統稱為"第三系統(#3)"。在第一、第二和第三系統中，向下轉換器部分3包括混頻器31a、 31b禾B31c， LPF32a、 32b和32c，以及分頻器33a、 33b和33c。從RF前端部分1提供的各個位置信號Ll 、 L2C和L5，E5a與在 各個分頻器33a、33b和33c中生成的振蕩信號在各個混頻器31a、31b 和31c中進行混頻，并被轉換到基帶。在這一實例中，通過分頻從 RF前端部分1提供的參考時鐘，各個分頻器33a、 33b和33c生成與 2ndlF的Ll和L2C以及3rdlF的L5"E5a的各個中頻相同頻率的振蕩 信號。由各個混頻器31a、 31b和31c轉換到基帶的各個位置信號Ll、 L2C和L5'E5a分別由LPF32a、 32b和32c限制在帶中，并提供到信 號處理器4。在第一系統中，由于解調位置信號所需的帶寬在GPS-L1和Galileo-Ll之間不同，所以LPF 32a根據從算術處理部分5輸出的 GPS/Galileo標識信號改變信號的通帶。信號處理部分4包括多個信號處理器40a、 40b和40c，對應于各 個第一、第二和第三系統中位置計算所使用的定位衛星的信道個數。 在下面的描述中，當各個信號處理器40a、 40b和40c彼此無特別區 別時，不添加符號a、 b和c到信號處理器，而表示為"信號處理器 40"。各個信號處理器40內的各個部分的結構與此相同。每個信號處理器40包括混頻器41、 42，載波生成器43以及代 碼生成器44。載波生成器43在一個頻率振蕩，其中該頻率根據來自 算術處理部分5的載波頻率設置信號(CFSS)與從RF前端部分1提供 的參考時鐘同步地設置。由算術處理部分5設置的頻率對應于將由各 個信號處理器40處理的位置信號的載波頻率。從向下轉換器部分3 提供的各個位置信號在混頻器41中與載波生成器43的輸出進行混 頻。混頻器41的輸出信號通過混頻器42提供到算術處理部分5。算 術處理部分5基于所提供的信號檢測載波頻率，并輸出對應于所檢測 到的頻率的載波頻率設置信號到載波生成器43。也就是說，信號處 理器40中的混頻器41和載波生成器43組成載波跟隨回路，其通過 算術處理部分5獲取并跟隨GPS或Galileo的各個位置信號的載波。混頻器41的輸出信號在混頻器42中與代碼生成器44的輸出信 號進行混頻，以被解調為初始信號波。代碼生成器44生成PN碼， 該PN碼根據來自算術處理部分5的代碼設置信號CSS與從RF前端 部分1提供的參考時鐘同步地設置。在GPS和Galileo中，當從定位 衛星傳輸位置信號時，位置信號被借助于給定PN碼而進行擴頻調制。 在這種環境下，在代碼生成器44中生成與位置信號的擴頻調制中所 使用的PN碼相同的PN碼，并且所生成的PN碼在混頻器42中與已 轉換到基帶的位置信號進行混頻，以對位置信號進行反擴頻。信號處 理器40中的混頻器42和代碼生成器44組成延遲鎖相環(DLL)，其通 過算術處理部分5進行獲取并跟隨GPS或Galileo的各個位置信號的 PN碼的操作。此外，算術處理部分5能夠根據由代碼生成器44生成 的PN碼的相位和來自定位衛星的PN碼的相位之間的時間差來計算收設備之間的人為距離。在第一系統中，具有上述配置的信號處理器40a具有總共12個 電路(信道)，包括4個GPS-L1專用電路、4個可以由GPS-L1和 Galileo-Ll信號共享的電路，以及4個Galileo-Ll專用電路。根據上 述配置，通過適當改變GPS信號和Galileo信號相對于能夠處理 GPS-L1和Gaiileo-Ll信號二者的4個信號處理器40a的分布，獲取 各個位置信號GPS-L1和Galileo-Ll的信道個數可以在4個和8個信 道之間改變。在第二系統中，信號處理器40b具有8個專用的GPS-L2C 專用電路(信道)，而在第三系統中，信號處理器40c具有8個可以由 GPS-L5和Galileo-E5a 二者共享的電路(信道)。算術處理部分5包括CPU，并執行各種處理，諸如確定位置計 算中所使用的定位衛星，設置載波頻率以及設置針對與從確定的定位 衛星接收位置信號的處理相關的信號處理器40的PN碼，根據對從 各個信號處理器40輸出的解碼信號的分析計算各個定位衛星的人為 距離或位置，校正諸如電離層延遲之類的各種誤差，根據所計算的各 種數據計算當前位置、速度以及方向，或者諸如RF前端部分1的電 源控制之類的各種處理。在根據這一實施例的衛星位置信號接收設備中，Ll、 L2C以及 L5-E5a三個頻率的位置信號中，L2C和L5'E5a用于校正電離層延遲 誤差。為此，算術處理部分5通過隨后改變GPS和Galileo的信道相 對于信號處理器40a(4個電路)的分布，來進行查找位置計算的最佳信 道的組合的過程，其中信號處理器40a可以由與信號處理器部分4中 Ll的信號處理相關的系統中(也就是說，第一系統)的信號GPS-L1和 Galileo-Ll共享。下文中，將描述"信道選擇處理"的細節。根據這一實施例的衛星位置信號接收設備中的RF前端部分1形 成頻率轉換器電路。在RF前端部分1中，壓控振蕩器(VCO)105和 分頻器106形成振蕩信號生成部分，并且混頻器104形成第一混頻部 分。此外，分頻器107對應于分頻部分、鏡像消除混頻器108形成第 二混頻部分，并且分路濾波器112形成分離部分。此外，天線101形 成接收部分，信號處理部分2中的信號處理器部分4形成解調部分，并且算術處理部分5形成控制部分。算術處理部分5被編程以執行圖3中所示的信道選擇處理。 一旦開始信道選擇處理，算術處理部分5分別向各個信號處理器40a分配GPS-Ll和Galileo-Ll，每個六個信道，并在步驟100基于各個信道接收到的位置信號計算到對應于各個信道的定位衛星的人為 距離(SIOO)。在這一實例中，假設下面SIOI到S105的處理在第一系統中接收 位置信號的每個信道中執行。首先，檢查通過目標信道獲取的信號是 GPS-L1信號還是Galileo-Ll信號(SIOI)。在這一實例中，當通過目標 信道獲取的信號是GPS-L1信號時(S101中是GPS)，確認與目標信道 相關的GPS衛星的類型(S102)。當確定GPS衛星的類型是"Block IIR-M" (S102中是IIR-M)時，這一類型的GPS衛星廣播信號L2C和 信號Ll。因此，算術處理部分5借助于來自相同GPS衛星的信號L2C 來校正位置信號的電離層延遲，其中L2C信號通過與L2C的信號處 理有關的第二系統輸入(S103)。另一方面，當確定GPS衛星的類型是 "Block IIR-F"之后的類型時(S102中是IIF之后)，這一類型的GPS 衛星廣播L5信號和L1信號。因此，算術處理部分5借助于來自相 同GPS衛星的信號L5來校正位置信號的電離層延遲，其中L5信號 通過與L5的信號處理有關的第三系統輸入(S104)。另一方面，當確 定GPS衛星的類型是"BlocklIR"之前的類型時(S102中是IIR之前)， 這一類型的GPS衛星只廣播L1信號供客戶使用。因此，處理切換到后續步驟而不校正電離層延遲。另一方面，當在S101中確定目標信道接收的信號是Galileo-Ll 信號時(S101中是Galileo),算術處理部分5借助于來自相同Galileo 衛星的信號E5a來校正位置信號的電離層延遲，其中E5a信號通過與 E5a的信號處理有關的第三系統輸入(S105)。此后，算術處理部分5再次基于在S103、 S104和S105中校正 每個信道中的電離層延遲的結果來計算到各個定位衛星的人為距離， 并在當前信道設置中計算精度劣化指數DOP(精度因子)(S106)。 DOP 是指示由于定位衛星的排列狀態而造成的定位精度的劣化程度的指數(數字值越小，定位精度越高)。位置信號接收狀態的質量可以根據 該指數確定。在S106中計算了人為距離和DOP之后，檢査是否所有12個信 道都可以獲取或接收位置信號(S107)。在這種情況下，當存在不能獲 取的信道時(S107中為否)，檢査在GPS-L1和Galileo-Ll的任意一個 中是否可以獲取6個或更多信道(S108)。當在所有GPS-L1和 Galileo-Ll中不能獲取6個或更多個信道時(S108中為否)，處理返回 到S100中的處理，繼續獲取未用信道中的位置信號。另一方面，當確定在GPS-L1和Galileo-Ll的任意一個中可以獲 取6個或更多信道時(S108中為是)，在GPS-L1的情況下(S109中為 GPS)，將一個GPS-U信道增加到未用信道(S110)。另一方面，當 Galileo-Ll中可以獲取6個或更多信道時(S109中為Galileo)，將一個 Galileo-Ll信道增加到未用信道(Slll)。在S110或Sill分別增加了 所獲取的信道之后，基于在信道設置中接收的位置信號計算對應于各 個信道的定位衛星的人為距離(S119)，并且處理返回到S101的處理。另一方面，當在S107中確定可以在所有的12個信道中獲取位置 信號時，在前述例程循環通過S118的情況下(S112中為是)，處理切 換到S117;在前述例程循環未通過S118，也就是說，未執行S108， 的情況下(S112中為否)，處理切換到S1B。在S113中，檢查是否將 下面將要描述的S120中所獲取的信道的組合改變到DOP最佳的設 置。當確定信道的組合不改變為DOP最佳的設置時(S113中為否)， 處理切換到S114。在S114中，當例程循環第一次通過這一步驟時 (S114中為是)，處理切換到S116。在S116中，在可以由GPS-L1和Galileo-Ll的信號二者共享的 信號處理器40a中，GPS-L1的信道被新分配給Galileo-Ll的信道所 分配的多個電路中的一個，并且增加一個GPS-Ll信道作為所獲取的 信道。也就是說，在這一實例中，12個所獲取的信道中增加一個 GPS-Ll信道，減少一個Galileo-Ll信道。在S116中增加一個GPS-Ll 信道后，基于當前信道設置中所接收的位置信號，計算到對應于各個 信道的定位衛星的人為距離(S119)，并且處理返回到S101的處理。另一方面，當第二個或后面的例程循環通過這一步驟時(S114中 為否)，處理切換到S115。在S115中，檢查當前信道設置中GPS-L1 的信道個數是否小于8，并且當前面的信道設置改變時增加一個 GPS-L1信道。在這一實例中，在肯定確定的情況下(S115中為是)， 再次增加一個GPS-L1信道作為所獲取的信道(S116)。在否定確定的 情況下(S115中為否)，也就是說，在當前獲取8個GPS-L1信道(可獲 取信道的最大個數)的情況下，或當此前改變信道設置時增加了一個 Galileo-Ll信道時，檢査當前信道設置中Galileo-Ll的信道個數是否 小于8(S117)。在這一實例中，當確定Galileo-Ll的信道個數小于8時(S117中 為是)，在可以由GPS-L1和Galileo-Ll的信號二者共享的信號處理器 40a中，Galileo-Ll的信道被新分配給GPS-L1的信道所分配的多個電 路中的一個，并且增加一個Galileo-Ll信道作為所獲取的信道(S118)。 也就是說，在所獲取的12個信道中減少一個GPS-L1信道，增加一 個Galileo-Ll信道。在S118中增加了一個Galileo-Ll信道之后，基 于當前信道設置中所接收的位置信號，計算到對應于各個信道的定位 衛星的人為距離(S119)，并且處理返回到S101的處理。在上述過程中依次重復S101到S119的處理，從而在將GPS-L1 和Galileo-Ll信道分配給12個信號處理器40a時，計算針對所有組 合的人為距離(S100和S119)和DOP(S106)。然后，當在S117確定當 前信道設置中Galileo-Ll的信道個數是8時(S117中為否)，設置改變 為從當前信道組合目前已經試圖到達的信道的組合中DOP最小(也就 是說，接收狀態非常好)的設置。然后，在信道設置中計算人為距離 (S119),并且處理返回到S101的處理。在后續例程循環中，在S113 中進行肯定確定(S113中為是)，在當前信道設置中對定位精度貢獻最 小的信道中，信道在GPS-L1和Galileo-Ll之間交替改變(S121)，并 重復上述處理。可以基于諸如各個定位衛星的高度或位置之類的影響 定位精度的條件確定對定位精度的貢獻。更具體的，當對定位精度貢獻最小的信道是GPS衛星信道時， 信道改變為Galileo衛星信道。相反的，當對定位精度貢獻最小的信道是Galileo衛星信道時，信道改變為GPS衛星信道。這樣，在信道 改變為DOP最佳的信道設置時，重復上述操作以便總是維持高的定 位精度。根據上述實施例的衛星位置信號接收設備提供以下優點。衛星位置信號接收設備的RF前端部分l(圖l)能夠進行從Ll、 L2C以及L5，E5a的三個頻率的諧波(RF)位置信號頻率轉換為中頻(IF) 位置信號而不受到鏡像干擾。在混頻器104和鏡像消除混頻器108中， Ll信號在二級頻率轉換的第二頻率轉換時與L2C和L5"E5a分離。下 文中，L2C信號和L5'E5a信號在分路濾波器112中彼此分離。因此， 與各個信號在初始頻率轉換時彼此分離的情況相比，可以縮減與已經 彼此分離的各個位置信號相關的信號處理系統。利用上述配置，頻率 轉換器電路大小縮小，并且成本降低。此外，由于電路配置簡單，所 以減少了功耗，并節約了電能。在鏡像消除混頻器108中與位置信號進行混頻的第二本地振蕩 信號在VCO 105中振蕩，并且己經由分頻器106分頻的第一本地振 蕩信號進一步被分頻使用。因此，各個級的頻率轉換可以由一個VCO 進行而不需使用多個VCO。利用上述配置，RF前端部分1的大小減 小，成本降低，并且節約電能。此外，電源只提供到與被選為待接收信號的位置信號相關的信號 處理系統，并且關閉到與未被選為待接收信號的位置信號相關的信號 處理系統的電能供應。因此，減少了RF前端部分1的功耗，并且實 現了能量節約。在圖2中所示的信號處理部分2中，信號處理器40總共具有28 個信道，包括第一系統中(L1)的12個信道，第二系統中(L2C)的8個 信道，第三系統中(L5'E5a)的8個信道。信號處理器40能夠獲取可以 獲得足夠定位精度的個數的定位衛星。在這些系統中，第一系統包括用于各個GPS-L1和Galileo-Ll的 專用信號處理器40a，以及可以由GPS-L1和Galileo-Ll共享的信號 處理器40a。到GPS-L1和Galileo-Ll的信道分配可以根據位置信號 的接收狀態適當改變，并且位置信號由提高定位精度的信道設置接收，從而能夠達到很好的定位精度。此外，由于使用了可以由GPS-L1和Galileo-Ll共享的信號處理 器40a，與由于各個衛星定位系統而在位置計算中所使用的用于各個 衛星定位系統的各種解調器電路的最大個數的情況相比，由于各個衛 星定位系統而在位置計算中所使用的解調器電路的最大個數可以由 解調器電路的最小個數來滿足。因此，衛星位置信號接收設備可以縮 小尺寸并降低成本。
權利要求
1、一種頻率轉換器電路，其對載波頻率各不相同并且從衛星定位系統中所使用的人造衛星接收的第一位置信號、第二位置信號以及第三位置信號進行頻率轉換，所述頻率轉換器電路包含振蕩信號生成部分(105、106)，用于生成第一本地振蕩信號，該第一本地振蕩信號的頻率被設置為使得所述第一位置信號的頻率與所述第二位置信號和所述第三位置信號的頻率具有鏡像關系，并且使得所述各個位置信號的頻帶在頻率轉換后不重疊；第一混頻部分(104)，用于將所述第一本地振蕩信號與所述第一、第二以及第三位置信號進行混頻，以將所述各個位置信號頻率轉換為第一中頻；分頻部分(107)，用于將所述第一本地振蕩信號分頻為1/m，其中m是2或更大的整數，以生成第二本地振蕩信號，該第二本地振蕩信號的頻率被設置為使得所述第一中頻的第一位置信號的頻率與所述第一中頻的第二位置信號以及所述第一中頻的第三位置信號的頻率具有鏡像關系；第二混頻部分(108)，用于將所述第二本地振蕩信號與所述第一中頻的所述第一、第二以及第三位置信號進行混頻，以將所述各個位置信號頻率轉換為第二中頻，將所述第二中頻的第一位置信號與所述第二中頻的第二位置信號以及所述第二中頻的第三位置信號分離，同時消除所述第一、第二以及第三位置信號的相互干擾，并獨立輸出所述第二中頻的第一位置信號、第二位置信號以及第三位置信號；以及分離部分(112)，用于相互分離所述第二中頻的第二位置信號與所述第二中頻的第三位置信號，并獨立輸出所述第二中頻的第二位置信號以及所述第二中頻的第三位置信號。
2、 根據權利要求1所述的頻率轉換器電路，進一步包含 三個信號處理系統(109到118)，處理由所述第二混頻部分和所述分離部分輸出的所述第二中頻的第一、第二以及第三位置信號；以及電源部分(120)，用于關閉到信號處理系統的電源供應，該信號 處理系統與所述第一、第二以及第三位置信號中未被選為待接收的信 號的位置信號相關。
3、 一種衛星位置信號接收設備，包含接收部分(IOI)，用于以無線電波形式接收從衛星定位系統中所使用的人造衛星傳輸的第一位置信號、第二位置信號以及第三位置信號；根據權利要求1或2的頻率轉換器電路(l);以及 解調部分(4)，用于分別解調由所述頻率轉換器電路頻率轉換的 所述第一、第二以及第三位置信號； 其中所述解調部分(4)包括第一解調系統(40a)，包括與使用所述第一位置信號的位置計算中 所使用的定位衛星的個數相對應的個數的用于解調所述第一位置信 號的解調電路；第二解調系統(40b)，包括與使用所述第二位置信號的位置計算 中所使用的定位衛星的個數相對應的個數的用于解調所述第二位置 信號的解調電路；第三解調系統(40c)，包括與使用所述第三位置信號的位置計算中所使用的定位衛星的個數相對應的個數的用于解調所述第三位置信 號的解調電路；控制部分(5)，用于執行位置計算，其中所述第一、第二以及第三解調系統(40a到40c)中的至少一個 包括用于多個衛星定位系統中的每一個的不同解調器電路以及能夠 由多個衛星定位系統共享的解調器電路，其中這些解調器電路的個數 能夠確保電路的個數滿足與所述各個衛星定位系統相關的位置計算 中所使用的衛星的最大個數，并且能夠解調與所述多個衛星定位系統 相關的相同載波頻率的位置信號，并且其中當所述解調部分解調所述位置信號時，所述控制部分(5)根 據所述位置信號的接收狀態選擇所述位置計算中使用的定位衛星，并分配所述解調電路中的任意一個給所選擇的定位衛星，并基于由所分 配的解調電路解調的位置信號來執行所述位置計算。
全文摘要
本發明提供了一種頻率轉換器電路和衛星位置信號接收設備。其中，混頻器(104)將各個信號L1、L2C以及L5·E5a與本地振蕩信號進行混頻以進行頻率轉換(1stIF)，其中L1信號的頻率與L2C和L5·E5a信號的頻率具有鏡像關系。鏡像消除混頻器(108)將1stIF的各個位置信號與本地振蕩信號進行混頻以進行頻率轉換(2ndIF)，其中1stIF的L1信號的頻率與1stIF的L2C和L5·E5a信號的頻率具有鏡像關系。然后鏡像消除混頻器獨立輸出2ndIF的L1信號和2ndIF的L2C和L5·E5a信號。分路濾波器(112)將2ndIF的L2C和L5·E5a信號彼此分離，并輸出分離后的信號。
文檔編號H03D7/18GK101221234SQ20071019277
公開日2008年7月16日 申請日期2007年11月20日 優先權日2006年11月20日
發明者渡邊友輔 申請人:株式會社電裝