消除多路誤差的接收衛星定位信號的方法和電路的制作方法

專利名稱：消除多路誤差的接收衛星定位信號的方法和電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及用來通過衛星定位的接收機，例如GPS(全球定位系統)接收機。
GPS利用在精確確定的軌道上圍繞地球旋轉的衛星星座，亦即，能夠在所有時刻了解任一衛星的位置。這些衛星發送出包含導航數據的射頻信號和使每一衛星能被識別的代碼。這些代碼經受一載波頻率的相位調制(BPSK調制)。地面上或一陸地、空中或海上運載工具上的GPS接收機可同時接收來自數個衛星的信號，對其與每一衛星的距離作出精確計算，并由此精確地推導出它在一地面參考系統中由緯度、經度和高度表示的準確位置。由此還能推算出在此GPS的瞬時參考系統中接收的精確日期和時間。最后，可據此利用多普勒測定法來得到它自己在此地面參考系統中的速度矢量(在一接收機被裝在運動中的運載體上時)。
在GPS中，每一衛星均由一為它專用的并重復地(例如每數毫秒)調制由衛星送出的載波頻率的偽隨機碼來加以識別。有些系統接近于GPS系統，特別是GLONASS系統，其中也存在這種偽隨機碼，只是它不被用來識別各個衛星。將說明的本發明可直接應用于GLONASS系統，但為更簡單起見我們下面將僅引用GPS，更具體說是GPS的“民用”部分，此GPS包括的軍用部分本發明也是能適用的。
此偽隨機碼為一長代碼(1.023MHz的1023bit，即1毫秒)，其主要功能之一是能在遠遠大于信號電平的(例如30dB)噪聲電平中提取來自衛星的信號。這種技術是當前公知的擴展頻譜發送技術。在接收機中，在所接收到的信號和一與期望在此信號中發現的代碼相同的周期偽隨機碼之間的相關運算來實現的。如果此代碼瞬時不吻合，在所接收的信號與由本地代碼發生器所產生的本地代碼之間即不相關。如果它們是差不多吻合的，就存在著一定的相關性，這種吻合越精確相關能量就將越大。因此就可能建立一相關信號，它能被用來對一本地代碼發生器作伺服控制直至達到本地代碼與衛星發送的調制該信號代碼嚴格地相吻合。然后代碼伺服控制環路即能用來維持這種吻合。
該偽隨機碼由衛星以接收機所知道的極精確的時刻發送。特別地，這些時刻根據代表每一毫秒此偽隨機碼起始的特征二態躍變(稱之為出現時間)加以識別。此相關運算被用來確定這些代碼到達接收機的時刻此本地代碼的發送特征時刻亦即出現時間被確定，而因為該本地代碼是與生成最大的相關時接收的代碼相吻合的所以這一時刻即代表所接收代碼到達的時刻。衛星發射代碼的瞬間與接收機接收此代碼的時刻之差用來確定信號在衛星與接收機之間的旅行時間。眾所周知，信號的旅行速度為光速，因而能夠計算接收機與一給定衛星之間的距離。對另外二個衛星進行同樣的操作，利用三角網就可確定接收機的準確位置。如采用第四個衛星，就可消除接收機的時鐘誤差，因為接收機的時鐘不如衛星的精確。除開接收機的位置外，還可計算在GPS衛星的時間參考系統中進行位置測定的準確時間。
因此確定位置的精度在很大程度上依賴于確定該偽隨機碼的接收時刻的精度。由于接收衛星碼的時刻是通過測量本地碼的發送時刻來測量的，當它以最大功率與所接收的代碼相關時，并且當因而假定它與所接收的代碼完全吻合時，則這種精度本身實質上取決于相關運算的質量。
相關運算是所接收的信號(轉置成低頻但保持其相位調制)與由一本地代碼發生器所產生的本地代碼之間的簡單相乘。如果代碼間的互相吻合到小于一個碼的時刻亦即一時隙(Chip)之內，就能得到一定能級的相關信號。一時隙是代碼的二連續位(在1023位中)之間的間隔T。在等于2T的時間間隔內，相關信號因代碼間的吻合更精確而更強。對于本地代碼與所接收代碼之間的精確吻合存在有一最大的相關信號。


圖1表明所接收代碼與本地代碼間的理論相關函數，亦即作為接收代碼與本地代碼間的瞬時偏離的函數的相關信號能量，如果此代碼早或遲的偏離大于一時隙它就等于零。在代碼間的瞬時偏離由-T減至零時它線性增加而在此瞬時偏離在另一方向由零增加到+T時它再作線性降低。偏離大于T它保持為零。在這一三角形相關曲線中，三角形的頂點表示代碼間的準確吻合點。
應理解的是這種三角形形狀為一理論的形狀。在現實中此三角形的底邊與頂點因限于變化程度的相關電路的帶寬的關系是稍許呈弧形的。這里以下的說明的論據將根據此理論形式，而本發明則基于這些相關曲線的線性近似。
因此，相關運算就是使得本地代碼相對從衛星接收到的代碼滑動直至相關信號達到最大。一旦達到這一結果，本地碼產生器就被伺服控制使得相關器繼續地產生一最大相關峰值。
實際中對一未清楚了解的函數最大值不大可能正確地達到伺服控制。較可能的是相對一中央零值來達到對信號的有效伺服控制如果發生了正的偏離，本地代碼的相位就向前移，而如果發生負的偏離就加以延遲。
因此最好采用在代碼精確吻合時表示為零的相關函數。為此可有數種方法，特別是采用雙相關器，它不僅利用必須使之與從衛星接收到的代碼相吻合的稱做準點代碼P的本地碼，而且還要利用一其相位前于準點碼P一個短時間d(小于或等于半個時隙T/2)的超前碼E和一其相位遲于準點碼P同樣時間d的滯后碼L。
在這些代碼P、E、L的每一個與從衛星接收的信號之間繪出相關函數F(p)、F(E)、F(L)，取所接收代碼與準點碼P之間的瞬時偏離作為X軸的值并與所接收代碼對準排列，即可看到圖1的三角形為函數F(P)，而同樣的三角形向左或右位移時間d則為函數F(E)和F(L)。
圖2表示在代碼間的位移時間d等于半個時隙T/2這一特定情況中的這些相關函數。X軸上的瞬時偏離0表示所接收代碼與準點本地代碼P之間的準確吻合。這一圖形表明對于標繪在X軸的任一瞬時偏離，可能通過讀取該偏離值的函數F(P)、F(E)和F(L)的值讀得每一代碼P、E和L的相關能量值。
產生在準點碼P與所接收的代碼相吻合時為零的相關函數的一種方法是建立超前碼E的所接收代碼相關函數F(E)和滯后碼L的所接收代碼相關函數F(L)，并取此二函數間的差F(E)-F(L)。
圖3以實線表示作為所接收代碼與準點代碼之間的瞬時偏離的函數的這一差值。準點碼的相關函數F(P)以點線作出。可看到差分相關函數F(E)－F(L)在與準點碼準確相關的位置上為零而在此零點左右為線性的。
由此，確定和建立與準點碼準確相關點的伺服控制就在于取相關信號F(E)與F(L)之間的差并通過保持這種差F(E)-F(L)為零這樣來伺服連接本地準點碼(代碼E和L被連接到代碼P)。
圖2是假定代碼L滯后于而代碼E先于精確的半個時隙的情況作出的。圖3也相當于這種情況。但是位移d有可能小于半個時隙。在同一位置保持零點并且在零的左右保持為線性。
產生在準點碼與所接收代碼相吻合時為零的相關函數的另一種可能是根據代碼E和L生成差分代碼E-L(亦被稱為超前-滯后)，并得到此差分代碼與從衛星接收的信號之間的相關性。由此所得的相關函數F(E-L)實際上與圖3的函數F(E)-F(L)相同，此后將認為這二種方法是等效的。
有一種公知的現象可能會影響相關的精度，因而影響確定時間周期以及距離的精度。這一現象與衛星和接收機之間的射頻波多重通路有關。欲計算的距離是衛星與接收機間的直線照準方向的距離。但所接收的射頻信號有時含有由周圍表面反射產生的成分，例如因建筑物表面上的反射，船舶的金屬表面上的反射，等等。
這些反射對應于具有較大長度但此長度又不必足夠超出代碼間的相關區的在衛星與接收機之間的通路。一般，相關區對應于1.023MHZ時的一個半孔屑，這相當于約450m的波長，或約相當于一百米或數十米的時隙的部分。一建筑上的波反射很可能導致一具有與直線照準通路相差數十米的通路長度的次級波通路。在這種情況下，直達信號與反射信號相混合，兩者在相關函數中均起作用但是具有不同的準確吻合時刻，因為它們對應于不同的由衛星發送的偽隨機碼到達時刻。
實際上，直線通路對應于比反射通路(它經受了反射時以及在入射到天線期間的損失)強的信號，因而反射通路的主要作用就在于它們會改變相關函數的形狀。很容易理解，相關函數將不是對稱和三角形的，而是畸變的(非三角形的)和不對稱的。
圖4表示因存在反射而被修改的相關函數的典型形狀。實線的相關曲線F(P)完全是一對應于直線照準波的對稱三角形函數Fd(P)(虛線)與另一對應于反射通路的較小幅值的對稱三角形函數Fr(P)(也為虛線)的簡單疊加。由于通路長度不同三角形的峰值在時間上發生位移，因而認為所需做的就在于設法使準點本地代碼與對應于直線通路的主三角形d(P)的峰值同步來計算接收機與衛星之間的直線距離。
自然，超前和滯后代碼的相關函數F(E)和F(L)經受同樣的干擾的影響，因而具有相同的形狀。
在這些畸變的相關函數的情況下，如上述采用多個相關器E、L或P、E-L將導致誤差。事實上，差分相關函數F(E)-F(L)或F(E-L)的零值將不再位于準點代碼與所接收代碼相吻合的時刻。在這一零值與相關函數的峰值之間具有位移。
這一點可以作出代碼P、代碼E和代碼L在多通路的情況下的相關曲線來加以解釋，而此時這些曲線不是三角形的而是類似于圖4中那樣的。
圖5表示這三種函數。F(E)-F(L)之差的零值對應于函數F(L)和F(E)的相交點A。它并不位于函數F(P)的相關峰值的下面。誤差為dT1。這意味著，相關器認為它已將準點本地碼作伺服連接到衛星碼，盡管它已經由其偏離了可能是很重要的一個時隙的一部分。
相關器所作的伺服控制循環將被鎖定于點A，而它本應該希望被鎖定到函數F(P)的峰值。實際上，在計算GPS位置時，在認為準點代碼P是嚴格地與從衛星接收的代碼同步的條件下伺服循環的各種數字信號的狀態在一給定瞬間被讀取，并且作為這些信號的函數計算出對應于此讀取時刻的時間T1。現在，此準點代碼并不與所接收的代碼同步。它相對于所接收代碼位移了一時間間隔dT1。接收時間T1的計算受到誤差dT1的影響。實際關心的時間值為T0＝T1-dT1，但由多重反射決定的誤差dT1是未知的。
當接收機以假定準點代碼與衛星代碼同步作為基礎計算其位置時，這種確定時間中的誤差可能引起至少數十米的定位誤差。這種誤差在很多應用場合是無法接收的，特別是在靜態測量非常精確的位置的情況下。對于運動中的接收機，相關曲線的畸變周期性地變化，一種濾除操作消除了這種誤差源。
本發明部分地依賴于這一觀測結果，即在當反射通路的幅值低于直線通路時和在不存在數個反射通路以高幅值和嚴格相同的相位到達接收機時，被畸變的相關函數F(P)的峰值位于與對應于直線通路的三角形相關函數Fd(P)的峰值相同的位置。
按照本發明，提出一種能顯著降低多重通路的有害影響而且有時能完全地消除這種影響的簡單手段。按照本發明的這一方法不需要那種要進行復雜和長時間操作的連續不斷地搜索次級通路的存在以便將它從相關函數中減去。
由此提出一種為消除在由衛星定位的接收機中多重通路的影響的方法，其中通過借助至少4個是從一衛星接收的代碼的拷貝的偽隨機碼E1、L1、E2、L2來使用一種相關，代碼E1和L1各自相對于準點代碼P1超前和滯后一時間d，而代碼E2和L2各自相對于準點代碼P2超前和滯后一時間K.d，K不為1亦不為0；為能從所接收代碼的瞬時位置推算出接收機的位置而不含因多重通路造成的誤差，首先以超前和滯后d的拷貝碼E1、L1，然后再以超前和滯后K.d的拷貝碼E2、L2來測量相關能量值和至少一個接收時間，并根據這兩組測量值以簡單的外推計算法來計算對應于k＝0的瞬時位置，它確定了所接收代碼的瞬時位置。
換言之，本發明是基于這樣的觀點，即如果所接收代碼與代碼E1、E2、L1、L2間的相關能量值是已知的(亦即帶有二種不同的延遲d和k.d)話，就可能以簡單的外推法來計算相關曲線的峰值。由延遲d能知道相關曲線的二個點，而以延遲k.d可知道另外二點。這四點確定二個線段，一個在峰值左邊具有第一斜率，另一個在右邊具有另一種斜率，而這些線段的向上外推即給出峰值頂點(相當于外推k＝0)。
再換句話說，這是意味著，如果伺服控制循環利用由相隔2d的代碼E1、L1的相關而被鎖定在錯誤的瞬時位置，就得到帶有未知的時間誤差dT1的時間T1的測量值，但如果這一時間的測量值根據具有另外的間隔，即隔開2k.d(k非1亦非0)的代碼E2、L2所作測量來加以補充的話，就存在有兩組測量值使得有可能以簡單的外推法來求得對應于K值為零的相關峰值的準確位置。
因此，如果沒有多重通路的話此伺服控制循環應被鎖定的點就由兩組測量值來推導得出，所使用的是簡單的外推法而不是逐次逼近法或試錯性的經驗方法。
可以采用二主要實現模式第一模式是代碼P1和P2相互獨立，對代碼E1、L1(具有瞬時偏離2d)和代碼E2、L2(具有偏離2k.d)生成二獨立的伺服連接，分別給出時間T1和T2的計算，并由下列外推公式來確定對應于k＝0的時間T0T0＝(KT1-T2)/(K-1)這種實現模式可應用二個同時并行工作的數字伺服控制通道，要不然就要采用一個單時分多路通道，在后一情況下要考慮這一事實，即測量不是同時進行的而因此必須由時間的計算來推導二測量值之間的時間。
另一主要實現模式使用帶有能計算受誤差影響的時間T1的時間段的代碼E1和L1單伺服控制環路(準點代碼P1與P2合并)。它還利用所接收代碼各自與代碼E1、L1(超前或滯后d)和E2、L2(超前和滯后k.d)之間的相關能量值Y1、Z1、Y2、Z2的測量。時間T1加以計算而對應于外推值k＝0的時間T0則由以下外推公式來確定T0＝T1-d(Y2-Z2)/(Y1+Z1-Y2-Z2)在這樣確定了按照本發明方法的要點后，將會注意到，本發明的目的也是一由衛星定位的接收機，它包括產生四個是從一衛星接收到的代碼的拷貝的偽隨機碼E1、L1、E2、L2的裝置，代碼E1和L2各自相對于準點碼P1超前和滯后一時間d，而代碼E2和L2則各自相對于準點碼P2超前和滯后期限kd，k非1和0；其中它還包括有所接收代碼與拷貝代碼間的相關裝置，為測量相關能量值和至少一個接收時間的裝置，這些裝置首先利用拷貝代碼E1和L1然后再利用拷貝代碼E1和L2，以及用于根據此二組測量值以簡單的外推算法進行計算相當于k＝0的瞬時位置的裝置，該瞬時位置確定了所接收代碼的瞬時位置。
由下面參照附圖進行的詳細說明將清楚理解本發明的其它特點和優點，這些附圖是圖1-3為說明準點本地代碼伺服控制環鎖定到從衛星接收的代碼的原理的相關函數圖形(上面已說明)；圖4、5說明因存在多重通路而造成的時間測量誤差(也已說明)；圖6以存在多重通路的相關能量值圖形的形式來解釋本發明的基本原理；圖7表示本發明的第一實現模式；圖8為第二實現模式的解釋性圖；和圖9表示此第二實現模式。
回到圖5，可以看到沒有必要表示出超前和滯后代碼F(E)和F(L)事實上已觀測到，函數F(E)和F(L)相等的鎖定點A位于與曲線F(P)的二邊等距離處，而更具體說它是位于相當于準點碼與另外二代碼間的瞬時偏離的距離d處。因此此連接點可直接地表示為與函數F(P)二邊相距距離d處的點而無須繪出函數F(E)和F(L)。
在這種情況下，假定伺服控制環路以X軸上的值dT1連接到點A，則函數F(P)的任一X軸上的點t和Y軸上的點y即代表接收代碼與相對于所接收代碼延遲t-dT1的拷貝代碼間的相關能量值的測量值。因而就可能單獨根據曲線F(P)來表示超前和滯后代碼的相關能量值。
如上述那樣，將假定此相關是通過計算差分F(E)-F(L)以伺服連接此差值到零來進行的，這可理解為有可能以同樣方式來使用差分碼E-L的相關F(E-L)或者甚至通過差分的其他相關。
其結果就是如果采用兩組具有二不同瞬時偏離值d和k.d的相關代碼(k是任一系數)，就會得到對應于因多重通路造成的二不同時間誤差dT1和dT2的二不同的鎖定點A和B。
圖6表示此二鎖定點A和B。本發明的原創性就依賴于這一事實，即由此二點以簡單的外推法計算來直接推導得一相當于時間誤差為零的K＝0的、并因此表示所尋求的準確時間亦即相關函數F(P)的峰值的第三點C。此點C與點A和B相對準。
更一般地說，它是可觀測到的，如果我們知道-首先，在該峰值的左邊接近峰值C的此二點的X軸值(時間量度)和Y軸值(能量量度)，一和第二，在該峰值的右邊接近峰值C的此二點的X軸值(時間量度)和Y軸值(能量量度)；就可能通過由這些點所限定的二直線段的簡單外推法來計算峰值C的瞬時位置。
在本發明的第一實施例中有二個獨立的伺服控制環路。一個以分別超前和滯后一時間d的代碼E1和L1工作。它利用相關函數F(E1)和F(L1)。它可被用于在一給定測量時刻計算對應于圖6的點A的接收時間，此環路被鎖定到這一點。所計算時間為時間T1。因多重通路引起的誤差為一未知值dT1，這就是說所求的時間為T0＝T1-dT1。
另一環路以超前和滯后一時期k.d的代碼E2和L2工作。參數k為非0和1的任一系數值。環路的鎖定點為點B。此第二環路能計算對應于此環路鎖定點的接收時間T2。用于計算時間的數據采樣時刻在二環路中是同時的，以便對時間T1和T2的比較具有意義。如果它們不是同時的，就計算一時間T′2，而為求得T2，第一環路中的測量與第二環路中的測量間的時間間隔要從T′2中除去。因而也有可能以交替地利用代碼E1、L1然后代碼E2、L2的單一環路按多路復用模式工作，而只要能完全地知道延遲d和延遲k.d的計算時刻之間的時間間隔。而后能減去它而回歸到就象在二分開的環路中同時進行采樣的相同條件。
滯后/超前k.d的對T2的計算誤差為dT2，因而所求的時間即為T0＝T2-dT2。對于K＝1的誤差為dT1并且此誤差隨K作線性變化。因此dT2/dT1＝K。
隨著時間T1，時間T2降低到相同測量時刻并且系數K已知時，采用直接外推法來由此推導得對應于沒有多重通路的，由衛星直照接收的信號的時間T0。此外推公式為T0＝(KT1-T2)/(K-1)因而這是一非常簡單的公式，特別對于值得注意的K值(例如K＝2)。
圖7表明一具有二伺服控制環路而不進行多路復用的方案中的對應電路。
此圖未表示出為從衛星接收和對信號作頻率轉置所需的射頻電路。經傳統地轉置后的信號由一模/數變換器10數字化后被提供給具有試圖從其同時接收的衛星數量一樣多的處理通道的數字信號處理電路。在作多路復用的處理情況中，衛星可逐個由一相同通道進行處理。圖7中表示一單通道。
此通道通常具有一雙伺服控制環路載波相位伺服控制和代碼相位伺服控制。后者是本發明中所采用的而在此實施例中是它本身的復制。載波相位環路無需加以復制，但如果對實際有利它也可以加以復制。
載波相位環路主要利用一本地的數控振蕩器12，提供相當于被轉置的載波頻率的頻率的周期數字相位(呈鋸齒形的)，同時它考慮到影響衛星所發射的載波頻率的多普勒效應。考慮多普勒效應是因為存在著伺服控制環路這一事實。
通過電路14、16產生該相位的余弦和正弦而將該數字相位變換成為同相的和相移90°的正弦波周期信號。乘法器18、20能乘以這些從衛星接收到的信號的正弦函數(轉置成低頻和保持其代表由衛星以其他調制數據發送的偽隨機碼的相位調制)。
在二通道上乘以一正弦函數即同相的(通道I)和相移90°的(通道II)的信號與本地產生的偽隨機碼進行相關，以便建立使此本地代碼能被伺服連接到從衛星接收的代碼的代碼伺服控制環路，和然后為能夠確定這樣被伺服連接的本地代碼的準確的瞬時位置。
第一伺服控制環路包括一由它本身接收代碼相位伺服控制信號的數控振蕩器24驅動的代碼發生器22。
代碼發生器22可產生二種相對于準點代碼P1超前和滯后d的代碼E1和L1。它也可產生代碼P1和代碼E1-L1而所示的是后一情況。
同相通道I在一數字乘法器26中與代碼P1相乘，然后加以積分(利用一每毫秒讀數并在此時刻復位的“積分和轉儲”式積分器28)。此積分器28的輸出表示對應于與準點代碼P1相關的同相通道的相關信號IP1的電平。
同樣，利用乘法器30、34、38和積分器32、36、40產生下列相關信號-Qp1，由差分代碼E1-L1相關的90°相移通道；-Id1，由代碼P1相關的同相通道；和-Qd1，由代碼E1-L1相關的90°相移通道。
通常，這些相關信號被用來計算相關誤差信號。此計算在一計算電路中進行，它實際上是控制整個信號處理電路和進行時間及GPS位置計算的微處理器50。此相關誤差信號最好采用與接收信號的能量值隨時間變化的事實相符的標準化項IP12＋Qp2，由兩個相關向量IP1、QP1和Ed1、Qd1的標量積來得到。
因而此誤差信號具有形狀(Ip1.Id1＋Qp1.Qd1)/(Ip12＋Qp12)這一誤差信號被加到驅動代碼發生器22的振蕩器24。此誤差信號在由代碼E1和L1相關的能量值相等時為零。因此伺服控制環路被鎖定在圖6的點A。如上所說，除由差分代碼(E1-L1)相關外，也可能采用相關F(E1)和F(L1)的能量值有差分來產生伺服控制環路的誤差信號。
所接收的GPS時間T1的計算通常是依靠在每一確定的采樣時刻讀取信號處理電路的一定數量的寄存器，特別是讀取實際上由數控振蕩器24的輸出的狀態所決定的準點代碼P1的相位狀態來進行的。
與此并行進行另一計算來給出將控制該數控振蕩器12的載波相位誤差信號。一般這種計算依靠對Arctan(QP1/IP1)的估定。
獨立于第一代碼相位伺服控制環路的第二代碼相位伺服控制環路利用由數控振蕩器48控制的另一偽隨機碼發生器46。此發生器產生對應于此發生器產生的準點代碼P2被隔開K.d的代碼E2和L2，或者也如上述產生一代碼P2和一代碼E2-L2。代碼P2與代碼P1相同，但因為飼服控制環路是獨立的，所以與代碼P1不同步(在沒有多重通道時除外)。
第二環路與第一個相同。它接收乘法器18和20的輸出數字信號，即來自衛星的在經過效率置換、模數變換和乘以經振蕩器12重組的置換后的載波頻率的正弦和余弦之后的信號。但也可能復制部件12、14、16、18、20來使得此二環路不僅對于代碼伺服控制而且對于載波相位伺服控制均是完全獨立的。
此第二環路產生信號IP2、QP2、Id2、Qd2和誤差信號(IP2*QP2+Id2*Qd2)/(IP22+QP22)。它被鎖定在圖6的點B，由此超前和滯后相關的能量值相同。
對寄存器以及特別是對振蕩器48的相位輸出的采樣在與第一環路相同的瞬間進行。這使得能在存在多重通路時計算與時間T1不同的GPS時間T2。
這種正如時間T1那樣的計算由控制GPS接收機的PVT(位置，速度，時間)點的計算的微處理機50進行。
然后T1和T2的計算就使得能以外推法來計算時間T0，這就使其能計算沒有因多重通路所造成的誤差的真實GPS位置。
圖7中所示的一缺點在于對屬于僅一個衛星的確定操作實際上需要二個數字信號處理通道。這一缺點可以兩種方法糾正。第一種方法是，如前面提到的，采用由代碼發生器22產生的連續的兩個延遲d和K.d以時分多路模式工作。這使得需要眾所周知的在環路被鎖定到延遲d之后讀取寄存器的時刻te1與在環路被鎖定到延遲K.d之后讀取寄存器的時刻te2之間的時間間隔te2-te1。T0的計算考慮到這一時間間隔，以便進行外推第一次測量給出時間T1，第二次給出時間T′2，按下式將時間T′2還原成時間T2T2＝T′2-(te2-te1)另一方法是利用代碼P、E1、L1、E2、L2同時進行相關能量值的計算，僅代碼E1、L1(延遲d)被用于伺服控制此環路，其他代碼僅被用于計算相關能量值。
而后外推算法就是求出由每一個均由相關能量和相應的瞬時偏離組成的四對點確定的二直線線段的相交點的瞬時位置。
在敘述與之相對應的實施例之前首先參照圖8的圖示來解釋這一點。
圖8再次表示作為出現在所接收信號中的代碼與準點代碼p間的瞬時偏離的函數的所接收信號與本地準點代碼P之間的相關能量。如果產生了超前代碼E1和E2(分別提前d和K.d)及滯后代碼L1和L2(分別延遲d和k.d)而且如果碼相關環路以相關能量Y1＝F(E1)等于相關能量Z1＝F(L1)這樣的方式被伺服控制的話，那么由伺服控制得的位置就是圖8的點A，此時Y軸值Y1＝Z1而X軸值dT1位于與相關曲線的超前部分的點D和滯后部分的點F的相等距離d處。相關環路給出點D的Y軸值Y1和點F的Y軸值Z1的量度，并使其可能提供與X軸值dT1同步的時間T1的量度。點D和F的X軸值分別為dT1-d和dT1+d。
準點代碼在建立伺服控制時被置于dT1處。
然后就可能無需用第二閉合相關環路來生成一相對于準點代碼滯后K.d(X軸值dT1+K.d)的代碼和一超前K.d(X軸值dT1-Kd)的代碼，并測量接收的代碼與這些滯后和超前代碼之間的相關能量。這在圖8中就相當于進行搜索具有X軸值(dT1-K.d)的點G并測量這一點的相關能量Y2；具有X軸值(dT1+K)的點H并測量這一點的相關能量Z2。
隨著得知能量值Y1、Z1、Y2、Z2和一與鎖定點A同步的時間T1的測量值，此外推公式僅需進行對應于相關峰值的時間T0的計算。此峰值位于外推線段DG與FH的交點處。其等式為T0＝T1-d(Y2-Z2)/(Y1+Z1-Y2-Z2)圖9中所示使得可能按照這一測量模式的變體實現本發明，它采用單個的代碼環路伺服控制和具有不同的超前和滯后值的相關能量值的四個不同測量。
同相和相移90°的載波的重組如圖7中那樣，其基礎是一產生以鋸齒形線性變化的載波相位的本地振蕩器12，這一相位的正弦和余弦計算(14，16)以及首先接收來自變換器10的衛星數字信號其次接收載波相位的正弦和余弦的乘法器18、20。
這樣建立的正弦和余弦通路分別以一超前代碼E1(相對于準點代碼P超前d)和一滯后代碼L1(滯后d)，一超前代碼E2(超前K.d)和一滯后代碼L2(滯后K.d)通過乘法器60、62、64、66、70、72、74、76進行相關。
乘法器的輸出分別為各自的積分器(“積分和轉儲”式)80至86和90至96所匯集，并給出下列相關信號在余弦通道上的IE1、IL1、IE2、IL2和在正弦通道上的QE1、QL1、QE2、QL2。
由計算向量I、Q的模來求得相關能量值例如以超前代碼E2的相關能量等于下列平方和IE22+QE22。
然后控制此信號處理電路的計算軟件計算下列相關能量值Y1＝(IE12+QE12)，它代表圖8中點D的Y軸值；
Z1＝(IL12+QL12)，它代表圖8中點F的Y軸值，進行伺服控制使得Y1＝Z1；Y2＝(IE12+QE12)，它代表點G的Y軸值；和Z2＝(IL12+QL12)，它代表點H的Y軸值。
為進行伺服控制，對位移d進行超前和滯后相關能量值間的差的計算(Y1-Z1)/(Y1+Z1)項(Y1+Z1)為一標準化項，這一差值被用來控制一數控振蕩器100的相位，后者驅動具有數個對應于代碼E2、E1、L1、L2的輸出的本地代碼發生器102。
另外，如圖7中那樣，載波環路根據用于代碼相位伺服控制的相關信號被加以伺服控制。在此，可能計算Arctan(IE1+IL1)/(QE1+QL1)值用來作為誤差信號以控制數控振蕩器12。
用于控制和計算GPS位置的微處理器可在環路被伺服控制時計算任一測量時刻的GPS時間T1。這種計算根據在該時刻振蕩器相位100的讀數進行。
它還可由計算器80至96的輸出數字值計算出能量值Y1、Z1、Y2、Z2。
最后，通過以上的外推公式，根據d、Y1、Z1、Y2和Z2來計算所尋求的時間T0，它可被用于計算經過對多重通路的影響進行校正后的準確位置G
權利要求
1.一種消除由衛星定位的接收機中的多重通路的影響的方法，其中通過借助至少四個是從一衛星接收的代碼的拷貝的偽隨機碼E1、L1、E2、L2來使用一種相關，代碼E1和L1分別相對于準點代碼P1超前和滯后一時間d而代碼E2和L2分別相對于準點代碼P2超前和滯后時間k·d；為了由接收的代碼的瞬時位置推導得接收機的位置而不含有因多重通路所引起的誤差，首先利用超前和滯后d的拷貝代碼E1、L1，然后利用超前和滯后k·d的拷貝代碼E2、L2進行對相關能量值和/或接收的時間的測量；根據這二組測量以一簡單的外推計算法來計算對應于k＝0的瞬時位置，它確定了所接收代碼的瞬時位置。
2.按照權利要求1的方法，其中，相互獨立地發送準點代碼P1和P2，產生一第一伺服控制環路通過一表示代碼E1和代碼L1的能量值相等的誤差信號來對準點代碼P1作伺服控制，和產生一第二相關環路通過一表示代碼E2和代碼L2的相關能量值相等的誤差信號對準點代碼P2作伺服連接；和由第一環路中準點代碼P1的位置計算時間T1，由第二環路中的準點代碼P2的位置計算時間T2，并以外推公式T0＝(KT1-T2)/(K-1)計算對應于從衛星接收信號的代碼的被校正的時間T0。
3.按照權利要求2的方法，其中此二伺服控制環路以二不同的代碼發生器產生一組碼P1、E1和L1及另一組碼P2、E2和L2同時工作；并且在一個且相同的時刻通過讀取每一環路中的數字信號來計算時間T1和T2。
4.按照權利要求2的方法，其中此二伺服控制環路由一相同的伺服控制電路在二連續的時間間隔里組成，此伺服控制電路包括一首先連續地產生一串代碼P1、E1、L1的代碼發生器，在第一采樣時刻te1讀取該伺服控制電路中的數字信號來計算時間T1；然后產生一系列代碼P2、E2、L2，先在第二采樣時刻te2讀取該伺服控制電路中的數字信號來計算出一時間段T’2，再從此時間T’2中減去時間間隔te2-te1以便使時間T2成為相當于伺服控制環路同時工作那樣所應得到的值。
5.按照權利要求2-4中任一個的方法，其中由代碼E1和L1產生一代碼E1-L1，由代碼E2和L2產生一代碼E2-L2，建立伺服控制以趨向于使代碼E1－L1與從衛星接收的代碼間的相關函數F(E1-L1)和代碼E2-L2與從衛星接收的代碼間的相關函數F(E2-L1)降低到零。
6.按照權利要求1的方法，其中二代碼P1和P2結合成一單代碼P，根據代碼E1和L1建立伺服控制環路，通過表示一方面在所接收信號與代碼E1之間和另一方面在所接收信號與代碼L1之間的相關能量值Y1和Z1相等的誤差信號對代碼P作伺服控制，分別測量所接收信號與代碼E2和L2間的相關能量值Y2和L2，根據在采樣時刻伺服控制環路中采樣的數字信號從準點代碼0的位置計算時間段T1，并以下面的外推公式計算未受多重通路誤差影響的時間T0T0＝T1-d(Y2-Z2/(Y1+Z1-Y2-Z2)
7.一種通過衛星定位的接收機，它包括用來產生四個是從一衛星接收的代碼的拷貝的偽隨機碼E1、L1、E2、L2的裝置，代碼E1和L1分別相對于準點代碼P1超前和滯后一時間d，以及代碼E2和L2分別相對于準點代碼P2超前和滯后一時間K·d(k不同于1和0)；還包括接收代碼與拷貝代碼間的相關裝置，用于測量相關能量值和至少一接收時間裝置，這些裝置首先利用拷貝代碼E1和L1而后利用拷貝代碼E2和L2，以及用于根據這二組測量以簡單的外推法計算對應于k＝0的瞬時位置的裝置，該瞬時位置確定所接收代碼的瞬時位置。
全文摘要
本發明關于由衛星定位的接收機。提出一種能以外推計算法來消除多重通路的影響的方法。通過從衛生接收到的代碼的拷貝的四個偽隨機碼E1、E2、L1、L2的相關來進行測量。第一組測量以對應于相對準點碼超前和滯后d的代碼E1、L1進行，第二組測量以對應于一超前和滯后k·d(k非1和0)的代碼E2、L2來進行。由線性外推法來推導得k＝0的測量，這相當于無多重通路影響的情況。
文檔編號H04B1/707GK1157416SQ9611400
公開日1997年8月20日 申請日期1996年12月16日 優先權日1995年12月15日
發明者阿蘭·勒納爾, 貝爾納·富揚 申請人:塞克斯丹航空電子公司