SK43793A3 - Gps receiver - Google Patents
Gps receiver Download PDFInfo
- Publication number
- SK43793A3 SK43793A3 SK43793A SK43793A SK43793A3 SK 43793 A3 SK43793 A3 SK 43793A3 SK 43793 A SK43793 A SK 43793A SK 43793 A SK43793 A SK 43793A SK 43793 A3 SK43793 A3 SK 43793A3
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- receiver
- code
- phase
- satellite
- receiver according
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/13—Receivers
- G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
- G01S19/30—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system code related
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/13—Receivers
- G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
- G01S19/29—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system carrier including Doppler, related
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Prijímač sa používa pri satelitnom globálnom polohovacom systéme NAVSTAR, určenom pre rádiovú navigáciu a časový prenos, kde vysielanie z každého z mnohých satelitov pozostáva z kódovaných signálov v kóde C/A, pričom tieto signály obsahujú nosnú frekvenciu kódu a modulovaných dát, prijímač pozostáva z prostriedku pre príjem kódovaných signálov v kóde C/A vysielaných z aspoň štyroch sate- '' litov a z prostriedku pre spracovanie týchto sigj nálov, ktorý obsahuje odhadovacie zariadenie parametrov signálov s otvorenými smyčkami pre fázovo koherentný odhad niekoľko parametrov signálov, zahrňujúcich kódové oneskorenie, nosnú frekvenciu, fázu nosnej frekvencie, fázová zrýchlenie nosnej frekvencie, hodnotu dát a oneskorenie dát.The receiver is used in the NAVSTAR satellite global positioning system, intended for radio navigation and time transmission, where the transmission from each of a plurality of satellites consists of coded signals in the C/A code, these signals comprising a code carrier frequency and modulated data, the receiver comprises means for receiving coded signals in the C/A code transmitted from at least four satellites and means for processing these signals, which includes an open-loop signal parameter estimator for phase-coherent estimation of several signal parameters, including code delay, carrier frequency, carrier frequency phase, carrier frequency phase acceleration, data value and data delay.
Description
Vynález sa dotýka rádiového prijímača globálneho polohovacleho systéau, najmä prijímača pre použitie u Globálneho Po1ohovao1eho Systéau NAVSTAR.The invention relates to a radio receiver of a global positioning system, in particular a receiver for use in a NAVSTAR Global Positioning System.
Doterajfii qt^V tegbolkYPrevious qt ^ V tegbolkY
Globálny Polohovaoi Systéa NAVSTAR je globálnym systémom pre rádiovú navigáciu a prenos času, založenom na satelitoch tak, že používa satelitnú konštaláciu Ministerstva obrany USA. Tato konštelácia pozostáva z aspoň 21 satelitov, umiestených na mnohých orbitálnych dráhach vo vopred stanovených vzdialenostiach nad Zemou a usporiadaných tak, že v akomkoľvek okamžiku a v podstate v akejkoľvek polohe na Zemi sú vždy aspoň štyri satelity nad horizontom. Ďalej je upravená stanica pre ovládanie satelitov, ktorá, medzi iným, ovláda veľmi presné hodiny v satelitoch, synchronizuje tieto hodiny, stanovuje dráhy satelitov a dodáva na orbitálne dráhy informácie týmto satelitom pre ich opätné vysielanie pre užívateľov.Global Positioning The NAVSTAR system is a satellite-based global navigation and time-based radio navigation system using the US Department of Defense satellite installation. This constellation consists of at least 21 satellites, located on many orbital orbits at predetermined distances above the Earth, and arranged so that at any time and at virtually any position on Earth there are always at least four satellites above the horizon. Furthermore, a satellite control station is provided which, inter alia, controls the very accurate clocks in the satellites, synchronizes those clocks, determines the orbits of the satellites, and supplies orbital orbits to those satellites for retransmission to the users.
Každý satelit z celej konštelácie prenáša dve jednoznačné zprávy s širším spektrom v priamom slede vo fázovej kvadratúre na každej zo dvoch frekvencii pásma L. Popisovaný prijímač spracováva iba zprávy kódované v kóde C/A (Coarso/Aoqulmltlon) na nosnom kmitočte L.1 (1575,42 MHz); poplsôvané princípy sa však taktiež používajú u kódovaných signálov P (presných) na nosnom kmitočte Ll a L2. Kódovaný signál s priamym sledom, ktorý má frekvenciu 1 023 Mčlp/s, a kódovanú frekvenciu časového opakovania 1 kHz, moduluje nosný kmitočet zapisovacím spôsobom s binárnym fázovým posuvom (BPSK). Tento široký mignál je ďalej modulovaný binárnym fázovým posuvom SOdatovým signálom. Data obsahujú Informáciu, ktorá unožňuje prijímaču merať vzdialenosť aedzi prijímačom a satelitom, t. j. data, ktoré umožňujú modelovanie dráhy (efemeridy) kozmickej lodí a časovanie informácie dotýkajúcej sa presných satelitných hodín. Hodiny prijímača budú mať vždy trvalú odchýlku voči satelitným hodinám, takže tieto merania vzdialenosti sú známe ako meranie pseudovzdialeností. Pre vykonávanie riedenia polohy sú potrebné Štyri merania pseudovzdialeností - pre vyrie&enie Štyroch premenných x, y, z a miestnej trvalej odchýlky hodín. Pre ďalSie zvýSenie presnosti rleSenia polohy je možné vykonať viac meraní - za určitý čas (niekoľko meraní zo stejnýoh satelitov), u väčSej sady satelitov, alebo u SirSieho rozsahu premenných satelitného signálu, ako je fáza a fázová rýchlosť.Each satellite of the whole constellation carries two unambiguous broader spectrum messages in a straight sequence in phase quadrature on each of the two L-band frequencies. The described receiver only processes messages coded in C / A (Coarso / Aoqulmltlon) on the carrier L.1 (1575) , 42 MHz); however, the principles described also apply to the coded P signals (accurate) on the carrier frequencies L1 and L2. The coded direct-sequence signal having a frequency of 1023 Mcps / s and a coded time repetition rate of 1 kHz modulates the carrier frequency in a binary phase shift (BPSK) writing manner. This wide signal is further modulated by a binary phase shift SOdat signal. The data includes information that allows the receiver to measure the distance between the receiver and the satellite, i. j. data that allows spacecraft modeling of orbits and timing of information relating to accurate satellite clocks. The receiver clock will always have a constant deviation from the satellite clock, so these distance measurements are known as pseudo-distance measurements. Four pseudo-distance measurements are required to perform position dilution - to solve the four x, y, z variables and the local permanent deviation of the clock. To further increase positioning accuracy, multiple measurements can be made - over a period of time (several measurements from the same satellites), for a larger set of satellites, or for a wider range of satellite signal variables such as phase and phase velocity.
Systém pre oznamovanie polohy, používajúci satelitné signály globálneho polohovaoieho systému NAVSTAR, je opísaný v naSej súbežnej austrálskej prihláške vynálezu ô. 63995/90.The position reporting system using the satellite signals of the NAVSTAR global positioning system is described in our co-pending Australian application No. 6. 63995/90.
Základný návrh prijímača globálneho polohovaoieho systému podľa vynálezu ovplyvňovalo mnoho faktorov. Navlac podľa zvláštnych požladavkov zákazníkov bolo evidované niekoľko zvláštnych návrhov.Many factors influenced the basic design of the receiver of the global positioning system of the invention. In addition, according to the special requirements of customers, several special proposals were registered.
Za prvé, návrh prijímača by mal byť dosť pružný pre niekoľko použití. Toho je dosiahnuté modulárnym vyhotovením, u ktorého sú jednotlivé moduly zameniteľné. Navlac úmernosť fungovania prijímača vykonávaného pomocou Software by mala byť optlmallzovaná tým, že Software je napísaný v modulárnej forme, s výhodou vo vysokoúrovňovon.jazyku.First, the design of the receiver should be quite flexible for several applications. This is achieved by a modular design in which the individual modules are interchangeable. In addition, the proportionality of the operation of the receiver performed by the Software should be optimized by the fact that the Software is written in a modular form, preferably in a high-level language.
Za druhé, vyhotovenie prijímača by malo byť vhodné pre mnoho potenciálnych prostredí. To zahrňuje použitie vhodných medzí a zhusťovanl vo vyhotovení hardware. Dôležitejšia je schopnosť spracovania signálov pre činnosť za rôznych dynamických podmienok, ako za podmienok dynamického riadenia vozidla, alebo vibrácie a striedavého blokovania satelitných signálov.Second, the receiver design should be suitable for many potential environments. This includes the use of suitable limits and densities in the hardware embodiment. More important is the ability to process signals for operation under various dynamic conditions, such as dynamic driving conditions, or vibration and alternate blocking of satellite signals.
Za tretie, vysoko výkonný a lacný prijímač má minimálne výrobné náklady, ktorých môže byť dosiahnuté minimallaovanim hardvare, buď maxisal izovanía funkčnosti vykonávanej pomocou softvare alebo použitia techniky veľkokapacitného zhusťovania, alebo oboma. Naviac je prijímač upravený pre používanie kódu C/A, na rozdiel od omnoho zložitejšieho kódu P.Thirdly, a high-performance and inexpensive receiver has minimal manufacturing costs that can be achieved by minimizing hardware, either maximizing the functionality performed by the software or using high-density compression techniques, or both. In addition, the receiver is adapted to use a C / A code, as opposed to a much more complex P code.
Za Štvrté, používania kódu C/A môže byť prijíaač teaer tak presný ako prijíaač s kódom P, keď je použitý v dlferenciálnom režime. To vyžaduje pri presne polohovanej základnej stanici vykonávanie systematických korekpií chýb pseudovzdialeností k prijímaču. Prijímač musí merať pseudovzdialenostl (a niektoré ďalSle parametre) pre rozloženie a presnosť, ktoré sú požadované pre presné riešenie, takže chyba merania a rozloženia musí byť menšia ako systematické chyby, ktoré sa odstraňujú.Fourth, using a C / A code can be a teaer receiver as accurate as a P code receiver when used in a differential mode. This requires systematic correction of pseudo-distance errors to the receiver at a precisely positioned base station. The receiver must measure the pseudo-distance (and some otherSle parameters) for the distribution and accuracy that are required for an accurate solution, so the measurement and distribution error must be less than the systematic errors that are eliminated.
Za piate, pre prenosnosť a určité pohodlie musí byť prijímač navrhnutý tak, aby mal minimálnu hmotnosť a objem. Naviac, pretože sa väčšinou používa ako prenosný, je vybavený batériami, takže spotreba elektrickej energie musí byť minimálna. Taktiež v tomto prípade je dôležitá technika, veľkokapacitného zhusťovania.Fifth, for portability and some comfort, the receiver must be designed to have a minimum weight and volume. Moreover, since it is mostly used as portable, it is equipped with batteries so electricity consumption must be kept to a minimum. Also in this case, the technique of high-density densification is important.
Známy prijímač globálneho polohovaoieho systému (GPS) typu so spätnou väzbou používa dve smyčky: kódovo riadenú spätnoväzobnú smyčku, ktorá vyberá odhad kódového oneskorenia (pseudovzdialenosť) a fázovo riadenú spätnoväzobnú smyčku (obvykle Costasovu smyčku) pre vyberanie dat. Cootasova smyčka môže byť taktiež použitá pre vykonávanie ďalších meraní parametrov nosnej frekvencie, ako je fáza alebo fázová rýchlosť. V kódovo riadenej spätnoväzobnej sayčke sa používa duplikát satelitného kódu pre zúženie prijatého signálu, a dátovo modulovaný duplikát nosnej frekvencie je použitý pre koherentnú demoduláclu zúženého signálu. Výsledná energia každého zo skorších a pozdejšlch kanálov sa vyrovnáva pre zladenie dupli 3 kátu s prijatý· signálom. V Costasovej smyôko sa data demodulujú koherehtnou deaoduláciou.A known Global Positioning System (GPS) receiver of the feedback type uses two loops: a code-controlled feedback loop that selects a code-delay estimate (pseudo-distance) and a phase-controlled feedback loop (usually a Costas loop) for data retrieval. The Cootase loop can also be used to make other measurements of carrier frequency parameters such as phase or phase velocity. In the code-controlled feedback say, a duplicate of the satellite code is used to narrow the received signal, and a data-modulated duplicate of the carrier frequency is used for the coherent demodulation of the narrowed signal. The resulting energy of each of the earlier and later channels is equalized to match the duplicate 3 with the received signal. In the Costas loop, the data is demodulated by coherent deaodulation.
Toto fázovo riadené približovanie sa iba blíži optimalizácii. Ďalšia problémom je citlivosť na stratu istenia a kruhové posuvy v nízkofrekvenčnom signále pri situáciách s pomerne veľkým šumovým pomerom (SNR), ako je prítomnosť veľkého šumu alebo vibrácií alebo za podmienok zámerného rušenia. Kódovo riadená spätnoväzobná smyčka taktiež trpí zhoršeným výkonom, avšak je menej významná z hľadiska celkového výkonu prijímača. Tento problém prevláda v dynamických podmienkach. Avšak aj v nízkych dynamických podmienkach, ako u vysoko presných prieskumov, sa stane pravdepodobnosť kruhového posuvu podstatnou, pretože príslušne merania trvajú dlho.This phase-controlled approach is only approaching optimization. Another problem is sensitivity to loss of fuse and circular shifts in the low-frequency signal in relatively high noise ratio (SNR) situations, such as the presence of high noise or vibration, or under deliberate interference conditions. The code-controlled feedback loop also suffers from poor performance, but is less significant in terms of overall receiver performance. This problem prevails in dynamic conditions. However, even in low dynamic conditions, as with high-precision surveys, the probability of circular displacement becomes essential because the measurements take a long time.
Ďalší typ prijímača globálneho polohovaoieho systému používa odhadovač parametrov signálov s otvorenou sayčkou. Pre maximálny pravdepodobný odhad parametrov signálu môže byť najmä použitý generický korelačný prijímač. Odhady sa vykonávajú z voľby parametrov signálov, ktoré sú spracované pre vyriešenie polohy.Another type of Global Positioning System receiver uses an open-loop signal parameter estimator. In particular, a generic correlation receiver may be used for the maximum probable estimation of signal parameters. Estimates are made by selecting signal parameters that are processed to resolve the position.
Dynamický výkon vyhotovenia s otvorenou sayčkou je presnejší ako pri vyhotovení so spätnoväzobnou sayčkou, pretože vyhotovenie s otvorenou sayčkou nepodlieha javu kruhového posuvu a strate istenia nosnej frekvencie. To vyplýva z toho, že prijímač s otvorenou sayčkou má väčšiu voľnosť pre zmenu parametrov, pre prispôsobenie požiadavkoa rôzneho použitia. Ďalej, vyhotovenie prijímača s otvorenou sayčkou môže byť omnoho lacnejšie, vzhľadom k modulovaniu základného spracovania a vzhľadom k tomu, že konštruktér je omnoho menej obmezovaný a hľadiska prípustného oneskorenia spracovania.The dynamic performance of an open-ended version is more accurate than a feedback-type version, as the open-ended version is not subject to the circular shift phenomenon and loss of carrier frequency protection. This is because the open-ended receiver has more freedom to change the parameters, to adapt to the requirements and to the different applications. Further, the embodiment of an open-ended receiver can be much cheaper due to the modulation of the basic processing and because the designer is much less constrained and in terms of allowable processing delay.
Vysoko dynamický prijímač globálneho polohovaoieho systému je opísaný v patente US 4 578 678, udelenom W.J. Hurdovl. Na rozdiel od Hurdovho prijímača pracuje prijímač podľa vyná4 lezu fázovo koharentne. To znamená podstatná zlepSenie v situáciách s vysoký· Šumovým pomerom. Ďalej, bez fázovo koherentnáho priblíženia, nemôže byť meraný parameter fáze nosnej frekvencie. To taktiež umožňuje zvýšenie počtu parametrov, ktorá majú byť použitá pri riešení polohy, čo vedie ku zvýSenlu presnosti. Zatiaľ čo Hurd použil kód P, používa prijímač podľa vynálezu kód C/A, ktorý vedie ku značnému zjednodušeniu hardvare a spracovateľského Software. Vyhotovenie podľa Hurda spočíva na použitiu Špecifického hardvare a Software. Pretože spracovanie sa vykonáva v Software, je prijímač podľa vynálezu omnoho pružnejSl pri použití v mnohých rôznych situáciách jednoducho zmenou algoritmov Software prijímača. ĎalSou výhodou oproti Hurdovmu rleSenlu je to, že ovládanie procesora má po celej frekvencii lokálneho kódu generátor, ktorý umožňuje optimalizáciu merania vykonaného z parametrov signálov.A highly dynamic receiver of the global positioning system is described in U.S. Patent 4,578,678, issued to W.J. Hurdovl. In contrast to the Hurd receiver, the receiver according to the invention operates in phase coherence. This means a significant improvement in situations with a high noise ratio. Further, without a phase coherent approximation, the carrier frequency phase parameter cannot be measured. This also makes it possible to increase the number of parameters to be used in positioning, which leads to an increase in accuracy. While Hurd used the P code, the receiver of the invention uses the C / A code, which leads to considerable simplification of hardware and processing software. The Hurd design is based on the use of Specific Hardware and Software. Because processing is performed in the Software, the receiver of the invention is much more flexible in use in many different situations by simply changing the algorithms of the Software of the receiver. A further advantage over Hurd's remote is that the processor control has a generator over the full frequency of the local code that allows optimization of the measurement made from the signal parameters.
Prijímač globálneho polohovacleho systému podľa vynálezu vykonáva odhady kódového oneskorenia, veľkosť nosnej frekvencie, fáze nosnej frekvencie, akceleráciu fáze nosnej frekvencie, hodnoty dat a oneskorenie dat. Tieto odhady sa vykonávajú použitím korelačnej techniky otvorenej smyčky. 'Použitím niekoľkonásobných odhadov optimálnych parametrov je prijímač veľmi presný. Vyhotovenie prijímača s otvorenými smyčkami znamená, že prijímač je pomerne Imúnny voči vysokým vibráciám alebo vysoko dynamickým prostrediam, a môže pracovať spoľahlivo pri prerušovanom blokovaní signálov. Navlac, u väčSiny spracovávaní signálov vykonávaných v softvare je prijímač lacný a univerzálny.The global positioning system receiver of the invention makes estimates of code delay, carrier frequency size, carrier phase phase, carrier phase phase acceleration, data values, and data delay. These estimates are made using an open-loop correlation technique. Using multiple estimates of optimal parameters, the receiver is very accurate. An open loop receiver design means that the receiver is relatively immune to high vibrations or high dynamic environments, and can operate reliably with intermittent signal blocking. In addition, for most signal processing performed in software, the receiver is cheap and versatile.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
VySSie uvedené nedostatky odstraňuje prijímač pre použitie u satelitného globálneho polohovacleho systému NAVSTAR, určeného pre rádiovú navigáciu a časový prenos, kde vysielanie z každého z mnohých satelitov pozostáva z kódovaných signálov v kóde C/A, pričom tieto signály obsahujú nosnú frekvenciu kó5 du a modulovaných dat, podľa vynálezu, ktorého podstatou je, že pozostáva z prostriedkov pre pri je· kódovaných signálov v kóde C/A vysielaných z aspoň Štyroch satelitov a a prostriedku pre spracovanie týchto signálov, ktorý obsahuje odhadovacie zariadenie parasetrov signálov, s otvorenými srnyčkám1 pre fázovo koherentný odhad niekoľkých parametrov signálov, zahrňujúcich kódové oneskorenie, nosnú frekvenciu, fázu nosnej frekvencie, fázové zrýchlenie nosnej frekvencie, hodnotu dat a oneskorenie dat.The above drawbacks eliminate a receiver for use in NAVSTAR's global positioning system for radio navigation and time transmission, wherein transmission from each of a plurality of satellites consists of coded A / A coded signals comprising a carrier frequency of 5d and modulated data , according to the invention, which consists of means for coding signals in the C / A code transmitted from at least four satellites and means for processing these signals, comprising a signal paraset estimator, with open sliders1 for phase coherent estimation of several signal parameters including code delay, carrier frequency, carrier phase, carrier phase phase acceleration, data value, and data delay.
Prijímače založené na princípe vynálezu môžu byť navrhnuté pre mnoho rôznych použití, tzn. v rôznych prostrediach a za rôznych dynamických podmienok.Receivers based on the principle of the invention can be designed for many different applications, i. in different environments and under different dynamic conditions.
Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Vynález bude ďalej bližSie objasnený na príkladnom vyhotoveniu podľa priložených výkresov, na ktorých obr. 1 znázorňuje funkčný blokový diagram jedného prijímača podľa vynálezu, obr. 2 hrubé pseudovzdlalenost1 na korelačnom diagrame a obr. 3 blokový diagram Kalmanovho filtra.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 shows a functional block diagram of one receiver according to the invention, FIG. 2 shows a coarse pseudorange 1 on a correlation diagram; and FIG. 3 is a block diagram of a Kalman filter.
Príklady vyhotovenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Pre ľahSl odhad parametrov signálov a pre vylúôenle systematických chýb sa tri parametre neodhadujú*priamo, avSak ako rozdiel medzi vybranými satelitaml. Skôr ako vytvorenie Štyroch odhadov Stvoro pseudovzdlaleností sa najkratšia pseudovzdialenosť nominálne označí hodnotou nula, a dalSla sa potom označí hodnotou, ktorá prekročí túto najkratšiu pseudovzdlalenost. To Je znázornené, aby nedoSlo k zavedeniu žiadnýoh chýb v rleSení polohy, pretože jedna z premenných, pre ktorú je ríeSenie požadované, je trvalé odchýlka hodín. Tento spôsob odhadovania vykonáva účinné nastavovanie hodnoty trvalej odchýlky hodín na hodnotu najkratšej pseudovzdlalenoet1. Týato priblíženia sa nielenže vylúčia ohyby obvyklé pre každý kanál, avSak zníži sa aj počet bitov požadovaných pre popis pseudovzdialenostl o viac ako jednu Štvrtinu, Čo zaenSi veľkosť zprávy, ktorá aá byť vyslaná do základnej stanice, keď sa používa dlferenolálne polohovanie. Pre fázu, frekvenciu a fázové akceleračné paraaetre sa taktiež odhadujú diferencie. To vylučuje chyby obvyklé pri odhadovaniu z rôznych satelitov, ktoré vznikajú vďaka kolisaniaa fáze referenčných oscilátorov.For ease of estimation of signal parameters and for avoiding systematic errors, three parameters are not estimated directly, but as a difference between the selected satellites. Before making the Four Estimates of a Pseudorange, the shortest pseudo-distance is nominally denoted by zero, and then the values are marked with a value that exceeds the shortest pseudo-distance. This is shown in order to avoid introducing any errors in positioning, since one of the variables for which the solution is required is a permanent deviation of the clock. This estimation method efficiently adjusts the value of the permanent deviation of the clock to the value of the shortest pseudo-forwarded1. This approach not only eliminates the bends common to each channel, but also reduces the number of bits required to describe the pseudo-distance by more than one quarter, which reduces the size of the message that can be sent to the base station when using aferential positioning. Differences are also estimated for phase, frequency, and phase acceleration parameters. This eliminates estimation errors from various satellites due to the variation and phase of the reference oscillators.
HARDWARE obr. 1 znázorňuj e konStruko1u pr1J iaača tohoto vyhotovenia. Funkčné bloky sú rozdelené aedzl hardvare a Software vykonané digitálnym signálnym procesorom. Hardvare vykonáva rozširovanie, zostupnú konverziu a flltrovaoie funkcie, z ktorých vSetky sú normálnymi” funkcia·íl vykonávaný·i v hardvare. Zostupná konverzia je pseudojednostupňová, t.j. nosná frekvencia sa zníži na frekvenciu iba nepatrne (vzhľadom k veľkosti nosnej frekvencie a Šírky pásma signálu) nad zostupnú konverziu. Táto trvalá odchýlka unožňuje samodetekclu výsledných hodnôt a ich vedenie lokálnym oscilátorom, kde majú byť filtrované. Pretože trvalá odchýlka je veľmi malá v porovnaní so Šírkou pásma signálu, je potrebné vytvárať zložky vo fáal a v kvadratúre, t.j. s fázovým posunut1a o 90°.HARDWARE fig. 1 illustrates the construction of a receiver of this embodiment. The function blocks are divided by aedzl hardware and software executed by a digital signal processor. The hardware performs expansion, downward conversion, and filtering functions, all of which are normal functions of the clay performed in the hardware. The downward conversion is a pseudo-one step, i. the carrier frequency is reduced only slightly to the frequency (due to the size of the carrier frequency and the signal bandwidth) above the downlink conversion. This permanent deviation makes it possible to self-detect the resulting values and guide them to the local oscillator where they are to be filtered. Since the permanent deviation is very small compared to the signal bandwidth, it is necessary to create components in the façade and in the quadrature, i. with a phase shift of 90 °.
U tohoto vyhotovenia sa kódovanie a zaleSavanla taktiež vykonáva v hardvare ovládania hlavného procesora. V tomto okamžiku sa taktiež vykonáva ďalSia zostupná konverzia za použitia tvrdo obmedzeného komplexného lokálneho oscilátora. Frekvencia lokálneho oscilátora je ovládaná z procesora pre umožnenie dri ftu a predvídateľného Dopplerovho posuvu, čím sa zvýSi účinný rozsah nosných frekvencii, ktoré môže prijímač spracovať. ZmieSavanie sa vykonáva digitálne, binárnym spôsobom, pričom prijímaný signál je tvrdo obmedzený, t.j. je predstavovaný binárnou 1, keď je kladný, a ”0, keď je záporný. Tvrdá obmedzenie má za následok stratu za podmienok vysokého šumu (SNR), avšak zjednodušenie, ktoré umožní hardvare vyrovnať túto nevýhodu.In this embodiment, encoding and embedding are also performed in the master processor hardware. At this point, another downward conversion is also performed using a hard constrained complex local oscillator. The frequency of the local oscillator is controlled by the processor to allow dri ftu and predictable Doppler shift, thereby increasing the effective range of carrier frequencies that the receiver can process. The mixing is carried out digitally, in a binary manner, the reception signal being severely limited, i. is represented by binary 1 when it is positive, and ”0 when it is negative. A severe limitation results in a loss in high noise conditions (SNR), but a simplification that will allow the hardware to overcome this disadvantage.
Kódové zmiešavaníe má za následok vytvorenie signálu o šírke pásma zhruba dvakrát väčšej ako je frekvencia kódu, t.j. - 2 MHz, dokiaľ nie sú kódy perfektne prispôsobené. Tento signál sa sampluje (vzorkuje) pri 5 MHz a potom sa filtruje v dolnopriepustnom filtre a sampluj? dole na 9768 Hz, Čo je dostatočne nízko pre použitie spracovania v Software. Tento filter, zostupný sampler je vyhotovený ako Integračný a vypisovací, pričom Integruje (sčíta) mnoho vstupných vzorkov a vytvára jednotlivé výstupné vzorky. Integračný a vyplsovaci filter má klesajúcu funkčnú frekvenciu, podľa ktorej má svoju prvú nulu pri samplovanej frekvencii. To znamená, že existuje podstatné množstvo priechodných pásiem nad Nyqulstovou frekvenciou. Komponenty signálnej a hlukovej frekvencie v tejto oblasti teda prechádzajú ako šum vzhľadom k optickému klamu. Tento problém môže byť jednoducho vyriešený vtedy, ak sa' pre rovnakú výstupnú samplováciu rýchlosť Integruje dvakrát toľko vstupných vzorkov. To znamená, že daný výstupný vaorok je súčtom predchádzajúcich dvoch integrácií a vypísaní. Tento druhý súčet, známy ako filter proti optickému klamu, sa vykonáva v hardware.The code mixing results in a signal having a bandwidth roughly twice the frequency of the code, i. - 2 MHz until the codes are perfectly matched. This signal is sampled at 5 MHz and then filtered in a low pass filter and sampled? down to 9768 Hz, which is low enough to use processing in Software. This descending sampler filter is designed as an Integration and Write, integrating (summing) many input samples and creating individual output samples. The integration and padding filter has a decreasing functional frequency, according to which it has its first zero at the sampling frequency. That is, there are a substantial number of pass bands above the Nyqulst frequency. Thus, the signal and noise frequency components in this region pass as noise relative to the optical illusion. This problem can be easily solved if so many input samples are integrated twice for the same output sampling rate. This means that the output string is the sum of the previous two integrations and printouts. This second sum, known as the optical illusion filter, is performed in hardware.
oabout
HLAVNÝ PROCESORMAIN PROCESSOR
Až do tohoto okamžiku bolo funkčné blbkovanle prijímača v činnosti buď plynulo, alebo pri samplovaňí, kde každý vzorok nemal žiadny špeciálny význam z hľadiska svojej polohy v čase. V hlavnom procesore sú všetky algoritmy založené na časovej známej ako integračná perióda 25 as. Určité sa vykonávajú každú Integračnú periódu. iné sa jednotke, algoritmy vykonávajú raz za 3 alebo 54 integračných periód, ako je znázornená na obr. 1.Up to this point, the functional blinking of the receiver was in operation either continuously or at sampling, where each sample had no particular significance in terms of its location over time. In the main processor, all algorithms are based on the time known as integration period 25 as. Certainly, each Integration Period is performed. otherwise, the unit, algorithms are executed once in 3 or 54 integration periods, as shown in FIG. First
Taktiež niekoľko aIgorit«ον hlavného procesora sa vykonáva podľa stavu zhromažďovania dat prijímača, t.j. ak bol satelit zaznamenaný alebo nie. Vstupný signál sa prevádza do frekvenčnej oblasti použitia prevodu (Fast Fourler Transform) FFT. Každý súbor pamätí vo FFT sa overuje na veľkosť. Ak žiaden súbor pasáti neprekročí prahovú hodnotu, považuje sa satelitný signál za nezaznamenaný, a hlavný procesor čaká na ďalšiu Integračnú periódu. Ak je prahová hodnota prekročená, potom sa súbor pamäti, v ktorom došlo k maximu, konvertuje dolu na súbor pamätí s nulovým počtom Hz a úzky dolnopriepustný filter s nekonečnou ozvenou impulzov (IIR) sa použije v časovej oblasti. Signál je v tomto stupni nosnou vlnou, rozšírenou údajom 50 Hz.Also, several algorithms ον of the main processor are performed according to the data collection status of the receiver, i. if the satellite was recorded or not. The input signal is converted to the FFT frequency range. Each FFT memory file is validated to size. If no trapped file exceeds the threshold, the satellite signal is considered unrecorded, and the main processor waits for the next Integration period. If the threshold is exceeded, then the memory set at which the maximum is reached is converted down to a zero Hz memory set and a narrow infinite echo (IIR) low pass filter is used in the time domain. The signal at this stage is the carrier wave, extended by 50 Hz.
Stanoví sa rozbalená fáza tohoto signálu a derivuj· sa počas integračnej periódy. To umožAuje zistenie prená&ania dátových bitov (180° fázový prenos). Akonáhle boli vyhľadaná pamäťová miesta reťazca prenosov, môžu byť data dekódovaná. Táto operácia vyhľadáva opakovaná základná informácie, ktorá 'akonáhle sú rezervovaná, odstránia nejednoznačnosť polarity, a zvyšok dat môže byť dekódovaný. Cieľom tohoto dekódovania je vytváranie času prenosu premien dat a vyberanie dat efemerldy, ktoré popisujú dráhu satelitu s vysokým stupňom presnosti.The expanded phase of this signal is determined and differentiated during the integration period. This makes it possible to detect the transmission of data bits (180 ° phase transfer). Once the transmission chain memory locations have been found, the data can be decoded. This operation retrieves repeated basic information which, once reserved, removes the ambiguity of polarity, and the rest of the data can be decoded. The purpose of this decoding is to create the time of transmission of the data transformations and to select the ephemeris data that describes the satellite orbit with a high degree of accuracy.
Na základe týchto zistených premien sa signál zúži násobením duplikátom zistených dat. Optimum zistenia je zaručená vykonávaním niekoľkých týchto zúžovacích operácií okolo zistených premien a.vyhľadaním vrcholov korelačriej funkcie pre parameter oneskorenia dat. Akonáhle je signál zúžený voči datám, menovite tak, že opustí iba nosnú frekvenciu, vykoná sa ešte raz zmeranie fáze. K tejto fázovej funkcii sa vykoná lineárne prispôsobenie. To vytvára odhad najnižších štvorcov fázovej frekvencie <počas Integračnej periódy. Fáza signálu sa potom otočí s použitím premeny, pomocou ktorej je vytvorená priamka lineárny· prispôsobení· transformovaná na reálnu os. Súčet reálnych hodnôt tohoto otočeného signálu je fázovou koherentnou koreláciou signálu. Jedna z týchto korelačných hodnôt sa vytvára pri každej integračnej perióde. Sada prahových hodnôt korelačných hodnôt môže taktiež zistiť, že satelit nebol zaznamenaný .Based on these detected transformations, the signal is narrowed by multiplying the duplicate data found. The detection optimum is guaranteed by performing several of these narrowing operations around the detected transforms and by searching for the peaks of the correlation function for the data delay parameter. Once the signal is narrowed to the data, namely by leaving only the carrier frequency, the phase measurement is performed again. Linear adjustment is made to this phase function. This produces an estimate of the lowest squares of the phase frequency <during the integration period. The signal phase is then reversed using a transformation by which a linear line · fit · line is transformed into a real axis. The sum of the real values of this inverted signal is the phase coherent correlation of the signal. One of these correlation values is generated for each integration period. The set of correlation thresholds may also detect that the satellite has not been recorded.
Pre vykonanie merania pseudovzdialenosťi je nutná vykonať odhad kódového oneskorenia. V pri j ináč1 podľa vynálezu nie sú pseudovzdialenosťi Meraná priamo, ale ako, rozdiely Bedai satelita® i. Jeden satelit sa označí hodnotou nula a ďalSie satelity sa označia ako rozdiely Bedzl touto pseudovzdialenosťou a pseudovzdialenosťou, o ktorú sa jedná. Meraní· rozdielov je prijímač zjednodušený tak, že nie je potrebné veľai presných hodín a spojenie so základnou stanicou je jednoduchšie.To perform a pseudo-distance measurement, it is necessary to estimate the code delay. In another embodiment of the invention, the pseudo-distances are not measured directly, but as differences of Bedai satellite®. One satellite is marked as zero and the other satellites are marked as Bedzl differences by this pseudo-distance and the pseudo-distance in question. Measurement of differences makes the receiver simplified so that many accurate clocks are not needed and the connection to the base station is easier.
Kódové oneskorenie sa odhadne nastavenia kódového generátora na tri rôzne fáze pre tri postupné integračné periódy. Tieto tri fáze sú blokované (t.j. lokálne a satelitné kódy sú vyrovnaná), časť čipov skôr a časť. čipov pozdejSle. Z týchto troch kódových fáz aôže byť rekonštruovaná korelačná funkcia. Optimálny· spôsobom vykonávania rekonštrukcie korelačnej funkcie a vyhľadávaní· vrcholu je kôre1ovaňie nameranej korelačnej funkcie, saaplovanej v troch bodoch, s očakávanou korelačnou funkciou, ktorá je zmeraná vopred. Pri použití tejto techniky dvojitej korelácie vzniknú hrubé odhady pseudovzdialeností. Použitie tejto druhej korelácie je nutné pre optima 1 lzovanl e použitia vyhotoveného z troch integračných časov prispievajúcich k meraniu. Každý z troch korelačných vzorkov je vytváraný pozorovaní· signálu iba pre jednú Integračnú periódu, avSak celková doba merania predstavuje tri Integračné periódy. Šum na vzorkách je nezávislý medzi vzorka·1. Preto je samplovaná korelačná krivka optimálna čiastočne. Koreláoia čiže uvádzanie do vzťahu s očakávanou korelačnou funkciou maximalizuje korelačný pomer signálu k Sumu, čím sa obnovuje optimálnosť procesu a umožňuje sa interpolovanie vzorkov.The code delay is estimated by setting the code generator to three different phases for three successive integration periods. These three phases are blocked (i.e., local and satellite codes are aligned), part of the chips earlier and part. Chips LaterSle. From these three code phases, the correlation function can be reconstructed. The optimal way to perform the correlation function reconstruction and peak search is to correlate the measured correlation function, applied at three points, with the expected correlation function, which is measured in advance. Using this double correlation technique produces rough estimates of pseudo-distances. The use of this second correlation is necessary for optimizing the use made of the three integration times contributing to the measurement. Each of the three correlation samples is generated by observing the signal for only one Integration Period, but the total measurement time is three Integration Periods. Noise on samples is independent between sample · 1. Therefore, the sampled correlation curve is optimal in part. Correlation, or correlation with the expected correlation function, maximizes the signal-to-sum correlation ratio, thereby restoring process optimality and allowing sample interpolation.
Aby boli splnené požiadavky na presné meranie rozdielov pseudovzdlalenost1, fázových diferencii, frekvenčných diferencií a diferencii fázovej akcelerácie, musí byť signál pozorovaný po omnoho dlhší čas ako predstavuje integračná perióda (ktorej dĺžka je nastavená požiadavkami zisťovania signálov). Inými slovami, hrubé odhady musia byť kombinované niekoľkými optimálnymi spôsobami pre vytvorenie presnejšieho odhadu. Zvolený spôsob kombinovania odhadov predstavuje použitie Kalmanovho filtra. Vstupnými údajami do filtpa sú odhady pseudovzdialeností, frekvencie a fázových diferencií, a koreláacíe pseudovzdlaleností od základnej stanice. Tento filter modeluje polohu prijímača, pohyb satelitu a prijímača a drift oscilátora prijímača. Z týchto modelov a vstupných údajov filter vytvára nielen iba vyrovnané, avSak nesprávne pseudovzdlalenosti pre prenos na základnú stanicu, lež taktiež odhaduje polohu prijímača voči užívateľovi. Tieto odhady sú predkladané užívateľovi v Štandardnom referenčnom systéme, ktorý potrebuje geometrickú transformáciu.In order to meet the requirements for accurate measurement of pseudo-range differences 1, phase differences, frequency differences and phase acceleration differences, the signal must be observed for a much longer time than the integration period (the length of which is set by the signal detection requirements). In other words, rough estimates must be combined in several optimal ways to produce a more accurate estimate. The method of combining the estimates is to use the Kalman filter. The input data to the filter are estimates of pseudorange, frequency and phase difference, and correlation pseudorange from base station. This filter models the receiver position, satellite and receiver movement, and drift of the receiver oscillator. From these models and input data, the filter not only creates just aligned, but incorrect pseudo-transmissions for transmission to the base station, the lie also estimates the position of the receiver relative to the user. These estimates are presented to the user in a Standard Reference System that needs a geometric transformation.
KORELÁCIACORRELATION
Odhadovacie zariadenie maximálnej pravdepodobnosti (MP) je korelačným detektorom. Parametre signálu, o ktorý sa jedná, sú kódová hodnota, oneskorenie signálu (namerané použitím kódového oneskorenia a oneskorenie dat), veľkosť nosnej frekvencie, fáze nosnej frekvencie a hodnota dat. Prijímač musí účinne vykonávať Šesťrozmerovú koreláciu a vyhľadávať jej vrchol pre stanovenie optimálnych odhadov vSetkých parametrov, pre vykonanie derivácie rleSenia optimálnej polohy.The Maximum Probability Estimator (MP) is a correlation detector. The signal parameters in question are the code value, the signal delay (measured using the code delay and the data delay), the carrier frequency size, the carrier frequency phase, and the data value. The receiver must efficiently perform the six-dimensional correlation and look for its peak to determine optimal estimates in all parameters, to derive the optimal position resolution.
Dvoma ďalšími parametrami, ktoré vznikajú v procese odhadovania, sú drift lokálneho oscilátora a frekvencia kódového generátora. Drift oscilátora je dôležitý preto, že vSetky me1 rania vykonané v danom čase v prijímači sú vykonané vo vzťahu k jednému oscilátoru, ktorý je použitý pre lokálny oscilátor a samplovácie hodiny. Výstup Kalaanovho filtra je použitý pre vytváranie odhadu frekvencie oscilátora, ktorá sa použije pre korekciu nastavenia frekvencie kódového generátora. Korekcia frekvencie kódového generátora umožňuje tesné sledovanie kódu satelita, optima1 izovanie kôreladného tvaru a hodnoty a maxΙώβ 1 i 20 vaní m situácie so Šumovým pomerom (SNR). Nie je odhadovaná ako oddelený parameter (t.j. korelácia nie je vykonávaná proti nej), pretože je priamo úmerná nosnej frekvencii satelitného signálu, ktorá je už odhadnutá.Two other parameters that arise in the estimation process are the local oscillator drift and the code generator frequency. The oscillator drift is important because all measurements performed at a given time in the receiver are performed in relation to one oscillator that is used for the local oscillator and the sample clock. The output of the Kalaan filter is used to make an estimate of the frequency of the oscillator that is used to correct the frequency setting of the code generator. The code generator frequency correction allows close tracking of the satellite code, optimizing the corre- sponding shape and value, and maximizing both 1 and 20 m noise situation (SNR) situations. It is not estimated as a separate parameter (i.e., the correlation is not performed against it) because it is directly proportional to the carrier frequency of the satellite signal, which is already estimated.
II
KÓDOVÁ HODNOTACODE VALUE
Voľba kódovej hodnoty jednoducho znamená voľbu satelitného kódu, ktorý má byt použitý pre každý kanál prijímača. Každý satelit má kód časovej dĺžky 1023 čipov, ktorý sa opakuje za každou časovou frekvenciou 1 kH2. V prijímači vytvára každý satelitný kanál duplikát kódu satelitu, z ktorého sa prijímajú údaje. Lokálne vytvorený kód sa vynásobí prijatým satelitným signálom. Ak je lokálny kód predĺžený tak, že kódy sú vyrovnané, je prijatý signál zúžený z rozšíreného spektra šírky pásma 2 MHz na šírku pásma údajov 100 MHz.Selecting a code value simply means selecting a satellite code to be used for each channel of the receiver. Each satellite has a timing code of 1023 chips, which is repeated for each time frequency of 1 kH2. In the receiver, each satellite channel creates a duplicate of the satellite code from which the data is received. The locally generated code is multiplied by the received satellite signal. If the local code is extended so that the codes are aligned, the received signal is narrowed from the extended 2 MHz bandwidth spectrum to 100 MHz data bandwidth.
ODHADY HODNOTY DATDATA VALUE ESTIMATES
Hodnota dat sa stanoví vyhľadaním premien dat. Správna polarita dat sa vytvorí v algoritme pre dekódovanie dat. Za účelom spracovania signálov sa hodnota dat odhadne ako invertovaná alebo nelnvertovaná, voči skutočným datám, pričom v pozdejšom stupni sa stanoví 1 alebo **0**. Premeny sa umiestia v čase filtrovaním fáze nosnej frekvencie modulovaných dat pomocou filtra upraveného pre premenu. Vrcholy vo výstupe porovnávacieho filtra nastávajú v oblasti premien dat. Porovnávacie filtrovanie je optimálnym spôsobom umlestovania premien a je presné aj u malého počtu vzorkov. Pre nezávislé umiestňovanie premien, daných počiatočným odhadom z porovnávacieho filtra.The data value is determined by searching for data conversions. The correct data polarity is created in the data decoding algorithm. For signal processing, the value of the data is estimated to be inverted or non-inverted, relative to the actual data, with 1 or ** 0 ** being determined at a later stage. The transforms are placed over time by filtering the carrier frequency phase of the modulated data using a transform-adapted filter. Peaks in the comparison filter output occur in the data conversion area. Comparative filtering is the optimum way of placement of transformations and is accurate even with a small number of samples. For independent placement of the transformations given by the initial estimate from the comparison filter.
je možné použiť kódových období. Pretože porovnávací filter umiesťuje premeny do niekoľkých vzorkov (t.j. do stoviek mikrosekúnd), a premeny dat vždy odpovedajú premenám kódových období, ktoré nastávajú každú 1 ms, je možné jednoznačné umiesťovanie premien, ak umlesťovanie medzí kódového obdobia v integračnej perióde sú známe. Tento spôsob je použitý v prij ímači.code periods can be used. Since the comparison filter places transforms into several samples (i.e. hundreds of microseconds), and the data transformations always correspond to code period variations that occur every 1 ms, it is possible to unambiguously place the transforms if the code period bounding in the integration period is known. This method is used in the receiver.
Keď boli premeny dat umiestené a dekódované, prispieva informácia v datách k ďalším meraniam. Časová informácia v datách sa použije pre nastavenie týždenného času a umožni prijímaču vypočítať čas prenosu okraja použitého pre meranie pseudovzdialenosti. Údaje o efemeride sa použijú pre presné umiestenie satelitov, daných dobou prenosu.When data transformations have been placed and decoded, the information in the data contributes to further measurements. The time information in the data is used to set the weekly time and allows the receiver to calculate the edge transmission time used to measure the pseudo-distance. Ephemeride data is used to accurately position the satellites given the transmission time.
FÁZA, FÁZOVÁ RÝCHLOSŤ (FREKVENCIA) A ODHADY FÁZOVÉHO ZRÝCHLENIAPHASE, PHASE SPEED (FREQUENCY) AND PHASE ACCELERATION ESTIMATES
Odhad frekvencie v každom satelitnom kanále je jednoducho súčtom všetkých zostupných premien použitých pre koherentné zisťovanie signálu. Menovite, existujú štyri také zostupné premeny - v analógovom hardware (cez*lokálny oscilátor LO), v digitálnom hardware a dve v hlavnom procese (jedna pred IIR filtrom a jedna cestou fázového otočenia, obe v časovej oblasti). Každá z týchto premien je menovite menšia ako predchádzajúca. Nameraná hodnota každej z nich je vtedy úmerná frekvencii LO. Je to preto, že frekvencia zostupnej premeny vykonávanej v hardware a v procesore sú všetky v samplovacej frekvencii, ktorá sa derivuje z rovnakého zdroja ako LO. Inými slovami, drift LO spôsobuje mnohonásobnú chybu v tomto meraní. Avšak vďaka odhadu rozdielov frekvencií, je eliminovaná trvalá odchýlka prvej frekvencie LO, a drift iba násobí zostupné premeny vykonávané v Software.The frequency estimation in each satellite channel is simply the sum of all downlink transformations used for coherent signal detection. Namely, there are four such downlink transformations - in analog hardware (via * local LO oscillator), in digital hardware, and two in the main process (one upstream of the IIR filter and one phase reversal path, both in the time domain). Each of these transformations is nominally smaller than the previous one. The measured value of each is then proportional to the LO frequency. This is because the downlink frequency performed in the hardware and in the processor are all at a sampling frequency that is derived from the same source as the LO. In other words, drift LO causes multiple errors in this measurement. However, by estimating the frequency differences, the permanent deviation of the first LO frequency is eliminated, and drift only multiplies the downward variables performed in the Software.
Optimalizovanie prispôsobené odhadu frekvencie sa dotýka iba posledných dvoch zostupných premien - prvé dve sú vo sku13 točnosti konštantné. Transformácia FFT je koreláciou vo frekvencii, takže odhadovanie frekvencie pre prvú zostupnú premenu v hlavnom procesore cez transformáciu FFT poskytuje odhad MP. Fázové spracovanie, ktoré používa priemerovan1e odhadov frekvencie a fáza môže byť znázornená ako optimálna interpolácia odhadov komplexnej transformácie FFT.Optimization adjusted to frequency estimation only affects the last two downward transformations - the first two are constant in rotation. The FFT transformation is a frequency correlation, so estimating the frequency for the first downlink conversion in the main processor through the FFT transformation provides an estimate of the MP. Phase processing using averaged frequency estimates and the phase can be represented as an optimal interpolation of complex FFT transformation estimates.
Ak je fáza nameraná v medziach integračnej periódy, je meranie taktiež optimálne. Fázový príspevok prvým LO je eliminovaný použitím fázových rozdielov. Ako zostupná premena .v digitálnom hardvare, tak aj zostupná premena FFT prispieva k nulovej fázi signálu v medziach integračnej periódy. Je to vďaka týmto oscilátorom pri zostupnej premene, ktoré majú integrálne počty cyklov v integračnej perióde, a sú zo začiatku nulové. To znamená, že fázový odhad je priemernou hodnotou odhadnutou pri spracovaní fáze. Pre odstránenie fázovej nejednoznačnosti musí byť fázový odhad rozbalený vzhľadom k 2.If the phase is measured within the integration period, the measurement is also optimal. Phase contribution by the first LO is eliminated using phase differences. Both the downlink in digital hardware and the downlink FFT contribute to the zero phase of the signal within the integration period. This is due to these downward oscillators, which have integral cycles in the integration period and are initially zero. This means that the phase estimate is the average value estimated at the phase processing. To eliminate phase ambiguity, the phase estimate shall be expanded relative to 2.
oabout
Fázové zrýchlenie nie je optimálne, pretože nepoužíva všetkých dostupných Informácií. Používa iba skorších a pozdejších integračných periód, ktoré obe budú mať v podstate nižší šumový pomer (SNR) ako bodový.Phase acceleration is not optimal because it does not use all available Information. It uses only earlier and later integration periods, both of which will have a substantially lower noise ratio (SNR) than the point.
ODHAD ONESKORENIA (PSEUDOVZDIALENOSŤ)LEAST ESTIMATION (PSEUDOVENCY)
Odhad oneskorenia je omnoho avšak väčšinou je najzákladnejší mača. Ako už bolo uvedené vyššie, odhadujú sa iba rozdiely medzi pseudoodhadaml. Odhad vyžaduje vstup ako z odhadu kódového oneskorenia (ktoré má nejednoznačnosť 1 ms, avšak môže byť odhadované ľahšie, pretože kód je známy), tak aj dátové oneskorenie (ktoré nie je nejednoznačné, avšak nie je známe). Premena dat, ktorá nastáva v každom kanále, sa použije pre časové označovanie merania pseudovzdialeností. To vykonáva umiesťovanie premeny dat do jedného vzorku, ako bolo opísané pre odhad hodnoty dat. Premena dat sa vždy zhoduje s prenosom kódového komplexnejší ako iné odhady, pre stanovenie polohy priji14 obdobia. Interpolácia medzi vzorkami je umožnená samplovanlm čiže vzorkovaním fáze kódu na začiatku a konci Integračnej periódy, na presnosť podčipu. Keď je danó, že lokálna kódová frekvencia je blokovaná na prijatú kódovú frekvenciu na stupeň, ktorý možno odhadnúť, môže byť bod medzi vzorkami, kde nastáva premena, interpolovaný. Ak bol lokálny kód presne porovnaný (v oneskorení) s prijatým kódom, a v systéme nebol žiaden šum, mohlo by byť toto interpolované nameranie pseudovzdialenosti presne korigované.The estimation of the delay is much, but most is the most basic cat. As mentioned above, only differences between pseudoodhadaml are estimated. The estimate requires input both from a code delay estimate (which has an ambiguity of 1 ms but can be estimated more easily because the code is known) and a data delay (which is not ambiguous but unknown). The data conversion occurring in each channel is used for timestamping the pseudo-distance measurement. This performs placing the data conversion into one sample as described for estimating the value of the data. Data conversion always coincides with code transmission more complex than other estimates, to determine the location of the reception period. Interpolation between samples is made possible by sampling or sampling the phase of the code at the beginning and end of the Integration period, for sub-chip accuracy. When it is determined that the local code frequency is blocked to the received code frequency to a degree that can be estimated, the point between the samples where the conversion occurs may be interpolated. If the local code was accurately compared (in delay) with the received code and there was no noise in the system, this interpolated pseudo-distance measurement could be accurately corrected.
Požiadavky ako na udržovanie ; blokovania kódu a vykonanieMaintenance requirements; blocking code and execution
I presného odhadu, aj cez šum v systéme, však určujú, že je nutné vykonať dva ďalšie spracovateľské kroky. Prvý z nich zahrňuje vyhľadanie korelačného vrcholu parametra oneskorenia a druhý zahrňuje kombináciu série merania vykonaných pri pozorovacej perióde, ktorá zaistí, že sú splnené požiadavky na presnosť .However, even an accurate estimate, despite the noise in the system, determines that two additional processing steps are required. The first involves finding the correlation peak of the delay parameter, and the second involves combining a series of measurements made at the observation period to ensure that accuracy requirements are met.
Odhady pseudovzdialeností vykonané použitím vyššie uvedeného spôsobu boli nazvané ako hrubé pseudovzdialenost!. Tieto odhady nie sú optimálne, pretože neexistuje žiaden vzťah medzi týmito odhadami a korelácia v parametre oneskorenia. To je adresované vykonaním troch takých odhadov v troch nasledujúcich integračných periódach, pričom každý odhad je vykonaný pre rôznu fázu“ kódu. Jedna z integrácii sa vykonáva so sadou kódov u “najlepšieho odhadu kódové fáze (t.j. najtesnejšie odhadnutéľne k blokovaniu). Ďalšie dve sú vykonané v okamžikoch časti skoršieho čipu a časti pozdejšieho čipu, čím vznikne sada merania znázornená na obr. 2. Pre nájdenie presného vrcholu korelácie, a tak korigovanie merania pseudovzdialenosti, vykonaného pri najlepšom“ odhade, je nutné použiť tieto tri body pre rekonštrukciu tvaru korelačnej funkcie. Optimálny spôsob rekonštrukcie je kôre1ovaňie troch bodov s očakávaným tvarom korelácie (znázornenom bodkované na obr. 2). Tento odhad pseudovzdialenosti bol nazvaný “interpolovaná pseudovzdia1 lenosť, a je optimálnym odhadom, pretože bola použitá korelá15 cia (dvakrát, pretože boli vykonané dva odhady - jeden tvaru korelácie a jeden vrcholu korelácie) pri vykonávaní odhadu. Avšak vzdor optimálnost1 každého odhadu nie sú pseudovzdlalenosti doposiaľ dosť presné. Do Kalmanovho filtra, ktorý produkuje konečné odhady pseudovzdialeností a polohy, sa vedie niekoľko (menovite aspoň 18) týchto interpolovaných pseudovzdialeností . Odhady fáze a frekvencie, ako vstupy do Kalmanovho filtra, taktiež prispievajú ku zlepšeniu odhadu pseudovzdlalenost í.Pseudo-distance estimates made using the above method were called gross pseudo-distance !. These estimates are not optimal because there is no correlation between these estimates and the correlation in the delay parameter. This is addressed by making three such estimates in the three subsequent integration periods, each estimation being made for a different phase of the code. One of the integrations is performed with the code set at the best estimation of the code phase (i.e., most closely estimated to be blocked). The other two are performed at the moment of a portion of the earlier chip and a portion of the later chip, thereby forming the measurement set shown in FIG. 2. To find the exact peak of the correlation, and thus to correct the pseudo-distance measurement made at best estimate, it is necessary to use these three points to reconstruct the shape of the correlation function. An optimal way of reconstruction is to correlate three points with the expected correlation shape (shown by the dotted in Figure 2). This pseudo-distance estimation was called "interpolated pseudo-latency1, and is an optimal estimate because correlation15 was used (twice, because two estimates were made - one correlation shape and one correlation peak) when making the estimation. However, despite the optimality1 of each estimate, the pseudo-distances are not yet accurate. Several (namely at least 18) of these interpolated pseudo-distances are fed to the Kalman filter, which produces final estimates of pseudo-distances and position. Phase and frequency estimates, such as inputs to the Kalman filter, also contribute to improving estimation of pseudorange.
KALMANOV FILTERKALMANOV FILTER
Funkciou Kalmanovho filtra je sledovať “stav lineárneho dynamického systému spracovaním pozorovania opakovacím spôsobom najmenších štvorcov. Stav systému je opísaný vektorom premenných systému, ktoré musia byť vztiahnuté vzájomne k sebe pomocou sústavy známych lineárnych rovníc. Vektor stavu obvykle pozostáva z jednej alebo niekoľko sústav derivácií, a preto aj rovnice, ktoré sa ich dotýkajú, sú diferenciálnymi rovnicami popisujúcimi dynamiku systému. Pozorovania sú vykonané meraním pozorovateľných veličín, ktoré musia byť známymi lineárnymi funkciami stavových premenných.The function of the Kalman filter is to monitor the state of the linear dynamic system by processing the observations of the least squares repetition. The state of the system is described by a vector of system variables that must be related to each other by a set of known linear equations. The state vector usually consists of one or more sets of derivatives, and therefore the equations that concern them are differential equations describing the dynamics of the system. Observations are made by measuring observable quantities, which must be known by linear functions of the state variables.
Obr. 3 znázorňuje funkciu Kalmanovho filtra. Pozorovací vektor Y pozostáva z troch rozdielov pseudovzdialeností a troch fázových rozdielov. Stavový vektor X pozostáva z polohy prijímača, rýchlosti a zrýchlenia v troch súradniciach, a z rýchlosti zmeny trvalej výchylky lokálnych hodín. Klobúkovité tvary** predstavujú odhady alebo predpovede.,Fig. 3 shows the Kalman filter function. The observation vector Y consists of three pseudo-distance differences and three phase differences. The state vector X consists of the receiver position, the speed and the acceleration in three coordinates, and the rate of change of the permanent deviation of the local clock. Hat shapes ** are estimates or predictions.
Matica O premeny sa násobí na X pre získanie odhadu stavového vektora pre ďalší časový Interval. Smyčka je známa ako smyčka premeny stavu. Vykoná sa každých N premien a pozorovaní a vykoná sa korekcia na X. Tak, medzi pozorovaniami, modeluje matica premeny predpoveď dynamického chovania prijímača.The conversion matrix O is multiplied by X to obtain a state vector estimate for the next time interval. The loop is known as the state transformation loop. Every N conversion and observations are performed and a correction is made to X. Thus, between observations, the transformation matrix models the receiver's dynamic behavior prediction.
Korekcie sa vykonajú porovnaním predpovedaného pozorovacieho vektora Y s pozorovacím vektorom Y a z toho vyplynie spracovaním predpovedaného vektora chyby. Vektor chyby sa násobí tzv. Kalmanovou ziskovou maticou K. Kalmanova zisková matica K sa vypočíta technikou náhodného modelovania zahrňujúcou stavovú kovariančnú maticu P, kovariančnú maticu g pozorovaných chýb, kovariančnú maticu Q Sumu systému a pozorovaciu maticu M. Pozorovacia matica M uvádza vzťah nameraného vektora ku stavovému vektoru.Corrections are made by comparing the predicted observation vector Y with the observation vector Y, and this results in the processing of the predicted error vector. The error vector is multiplied by the. The Kalman gain matrix K. The Kalman gain matrix K is calculated by a random modeling technique including a state covariance matrix P, a covariance matrix g of observed errors, a covariance matrix Q The sum of the system, and an observation matrix M. The observation matrix M shows the relationship of the measured vector to the state vector.
Prítomnosť označenia matíc, určujúcich ich model (t.j. 0, Q a M ) označuje, že tieto matice musia byť pravidelne obnovované, pretože nie sú časovo nepremenné. Tieto matice O, Q a M závisia na polohách satelitov a prijímača. Naviac môžu byť matice Q a R odhadnuté z pozorovania rôznymi spôsobaml, čo umožňuje prispôsobenie sa filtru zmenám v dynamickom chovaní prijímača. Ďalším spôsobom prispôsobenia filtra je jeho násobenie skalárnym faktorom vzťaženým ku krivke odhadu dotýkajúci sa predpovedanej chybe. Skalárny faktor je 1 + et, kde <t je lineárne vzťažená k podkrivke matice <(Y-Y) (Y-Y)T> - (MPMT+R).The presence of designation of the matrices defining their model (i.e., 0, Q, and M) indicates that these matrices must be periodically renewed because they are not time constant. These matrices O, Q and M depend on the positions of the satellites and the receiver. In addition, the matrices Q and R can be estimated from observations in different ways, allowing the filter to adapt to changes in the dynamic behavior of the receiver. Another way to adapt the filter is to multiply it by a scalar factor relative to the estimation curve related to the predicted error. The scalar factor is 1 + et, where <t is linearly related to the matrix curve of <(Y-Y) (Y-Y) T> - (MPMT + R).
Pozorovanie v kontexte tohoto Kalmanovho filtra je vstupom z interpolačného algoritmu pseudovzdialenosti a vstupom z odhadovacích zariadení frekvencie a fáze. Po vykonanom požadovanom množstve pozorovania môže byť odhadnutá hodnota polohy priamo výstupom z predpovedaného stavového vektora k užívateľovi. Podobne môžu byť odhady rozdielov pseudovzdialenost1, ktoré majú byť prenáSané do základnej stanice pri diferenciálnej činnosti, priamo vybraté z predpovedaného pozorovacieho vektora. Keď sú zo základnej stanice k dispozícií korekcie pseudovzdialenosti, môžu byť použité pre stanovenie presnejSej polohy privádzaním do filtra, ako je znázornené na obr. 3.Observation in the context of this Kalman filter is input from the interpolation algorithm of pseudo-distance and input from frequency and phase estimation devices. After the required amount of observation has been made, the estimated position value can be directly output from the predicted status vector to the user. Similarly, estimates of pseudo-distance differences 1 to be transmitted to the base station in differential operation can be directly selected from the predicted observation vector. When pseudo-distance corrections are available from the base station, they may be used to determine a more accurate position by feeding them into the filter as shown in FIG. Third
POLOHOVACIE ALGORITMYPOSITIONING ALGORITHMS
Polohovacie algoritmy, použité u tohoto prijímača, sú vy17 konávané v Kalsaňovom filtre.The positioning algorithms used in this receiver are performed in the Kalsan filter.
Je nutné zdôrazniť, že vynález nie je obmedzený na opísané vyhotovenie. V rámci jeho Širokého konceptu je možné vykonávať mnoho zmien a modifikácií. Prijímač môže byť vylepšený n i ekoľkým i spôsobam i.It will be appreciated that the invention is not limited to the described embodiment. Many changes and modifications can be made within its broad concept. The receiver can be upgraded in any way.
Vyššie opísaný generlcký koncept sa dotýka prijímačov so štyrmi alebo viacerými kanálami, známych ako multikanálové pri j ímače.The generic concept described above concerns receivers with four or more channels, known as multichannel receivers.
tT
S vynaložením malej námahy je možné uvedený koncept rozšíriť na použitie, ako napr. u trojkanálových lodných prijímačov alebo jednokanálových mul tiplexných prijímačov. Pre jednokanálové prijímače je dôležitým rozdielom to, že sú potrebné absolutné merania pseudovzdlalenost1, fáze atd., skôr ako rozdiely.With little effort, this concept can be extended to applications such as for three-channel ship receivers or single-channel multi-receiver receivers. For single-channel receivers, the important difference is that absolute measurements of pseudo-range 1, phase, etc. are needed rather than differences.
Pre zaistenie zvláštnych prípadov použitia a pre špeciálne podmienky prostredia je možné vykonať ďalšie zmeny a sodif ikácie.Further changes and variations can be made to ensure special use cases and special environmental conditions.
Claims (13)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA002096019A CA2096019A1 (en) | 1990-03-09 | 1991-09-12 | Gps receiver |
| PCT/GB1991/001555 WO1993005407A1 (en) | 1990-03-09 | 1991-09-12 | Gps receiver |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK43793A3 true SK43793A3 (en) | 1993-08-11 |
Family
ID=4151618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK43793A SK43793A3 (en) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | Gps receiver |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3783022B2 (en) |
| BR (1) | BR9107120A (en) |
| OA (1) | OA09803A (en) |
| PL (1) | PL299378A1 (en) |
| SK (1) | SK43793A3 (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2904498B1 (en) * | 2006-07-31 | 2010-05-07 | Cit Alcatel | SPACE NAVIGATION RECEIVER WITH NAVIGATION INFORMATION ASSISTED OPERATION |
| JP5321500B2 (en) * | 2010-02-23 | 2013-10-23 | セイコーエプソン株式会社 | Signal acquisition method |
| JP5321499B2 (en) * | 2010-02-23 | 2013-10-23 | セイコーエプソン株式会社 | Signal acquisition method |
| CN104181553A (en) * | 2013-05-24 | 2014-12-03 | 凹凸电子(武汉)有限公司 | Pseudo range error estimation method and system |
| EP3214464B1 (en) * | 2014-10-30 | 2019-12-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Positioning device |
| WO2016088654A1 (en) | 2014-12-02 | 2016-06-09 | 三菱電機株式会社 | Information processing apparatus and positioning apparatus |
-
1991
- 1991-09-12 JP JP51554091A patent/JP3783022B2/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-09-12 SK SK43793A patent/SK43793A3/en unknown
- 1991-09-12 BR BR9107120A patent/BR9107120A/en not_active IP Right Cessation
- 1991-09-12 PL PL91299378A patent/PL299378A1/en unknown
-
1993
- 1993-05-12 OA OA60369A patent/OA09803A/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| OA09803A (en) | 1994-04-15 |
| JPH06501772A (en) | 1994-02-24 |
| PL299378A1 (en) | 1994-04-18 |
| BR9107120A (en) | 1994-04-05 |
| JP3783022B2 (en) | 2006-06-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5459473A (en) | GPS receiver | |
| US8259012B2 (en) | Software GNSS receiver for high-altitude spacecraft applications | |
| US6914931B2 (en) | Spread spectrum receiver kalman filter residual estimator method | |
| US5398034A (en) | Vector delay lock loop processing of radiolocation transmitter signals | |
| US20030201934A1 (en) | Weak signal and anti-jamming Global Positioning System receiver and method using full correlation grid | |
| US7869948B2 (en) | Method and apparatus in positioning without broadcast ephemeris | |
| US7944997B2 (en) | GPS M-code receiver tracking system | |
| US8125381B2 (en) | Satellite-based positioning system improvement | |
| FI106580B (en) | GPS tracking system | |
| US6725157B1 (en) | Indoor GPS clock | |
| EP2472284A1 (en) | Method for open loop tracking GPS signals | |
| EP1581820A1 (en) | Method and apparatus for performing timing synchronization | |
| US8466836B2 (en) | Fast fourier transform with down sampling based navigational satellite signal tracking | |
| Kim et al. | An ultra-tightly coupled GPS/INS integration using federated Kalman filter | |
| US7151486B2 (en) | GPS navigation with integrated phase track filter | |
| SK43793A3 (en) | Gps receiver | |
| Karaim | Ultra-tight GPS/INS integrated system for land vehicle navigation in challenging environments | |
| Jovancevic et al. | Reconfigurable dual frequency software GPS receiver and applications | |
| Jovancevic et al. | Open Architecture GPS Receiver | |
| Jovancevic et al. | Open Architecture Dual Frequency Software GPS Receiver and Applications | |
| CZ81293A3 (en) | Receiver of a global positioning system | |
| Jovancevic et al. | Open Architecture Development System for Advanced Navigational Systems | |
| Kim et al. | GPS/INS Integration using vector delay lock loop processing technique |