CN101334461A - 搜寻卫星信号的方法以及全球导航卫星系统接收器 - Google Patents

Abstract

本发明提供多种搜寻卫星信号的方法与装置，其中一种方法包含有：依据多个测量预报来搜寻卫星信号；以不参考多个测量预报的方式来搜寻至少一个参考卫星的卫星信号；判断从参考卫星中所取得的多个测量结果是否与多个测量预报一致；如果从参考卫星中所取得的多个测量结果被判断为与多个测量预报不一致，则以不参考多个测量预报的方式来搜寻其它卫星的卫星信号。如果从参考卫星中所取得的多个测量结果被判断为与多个测量预报不一致，则用于产生多个测量预报的导航信息会被判断为已经失去时效性。本发明提供的方法与装置可在支持不同搜寻方式的同时，有效地缩短首次定位时间，提升卫星信号搜寻的速度与准确度。

Description

搜寻卫星信号的方法以及全球导航卫星系统接收器

技术领域

本发明是关于一种全球导航卫星系统(Global Navigation SatelliteSystem，GNSS)，特别是关于一种搜寻卫星信号的方法与相关装置。

背景技术

目前的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，以下简称为GNSS)，例如美国的全球卫星定位系统(Global Position System，GPS)、欧盟的伽利略(Galileo)或俄罗斯的全球导航卫星系统(GLObal NAvigationSatellite System，GLONASS)等，均被人们广泛地使用于许多应用领域中。全球导航卫星系统接收器可以利用接收与分析从多个环绕地球轨道运行的卫星所传送来的编码信号来判断其坐标位置，并且全球导航卫星系统接收器从开始搜寻卫星信号到决定其初始位置所花费的时间称作首次定位时间(TimeTo First Fix，TTFF)，而在评估全球导航卫星系统接收器的性能时，首次定位时间是一个相当重要的评估标准。

为了缩短首次定位时间，一般的全球导航卫星系统接收器通常会将一些导航信息(例如接收器位置、时间、星历表(ephemeris)、年历(almanac)、接收器的频率漂移(clock drift)、接收器速率等)存储在非易失性(non-volatile)存储器单元，而每当全球导航卫星系统接收器被启动时，全球导航卫星系统接收器就会依据存储在非易失性存储器单元中的这些导航信息来计算关于卫星测量的一些预报，其中这些预报通常包含有在观测范围中的卫星、多普勒(Doppler)以及码片相位(code chip phase)，并且在理想的情况中，这些预报可以协助全球导航卫星系统接收器来搜寻卫星信号，以缩短首次定位时间。

不幸的是，如果全球导航卫星系统接收器处在状况不佳的射频环境中，则全球导航卫星系统接收器就很有可能无法达到首次定位时间(亦即无法完成定位的工作)。众所周知，全球导航卫星系统接收器很有可能无法在建筑物内、地下室中以及两边有高楼大厦的都市街道上完成定位的工作，因为这些地方都是一些会遮蔽射频的环境。此外，如果存储在非易失性存储器单元中的这些导航信息与全球导航卫星系统接收器的实际操作条件不互相符合，则全球导航卫星系统接收器也会无法达到首次定位时间。举例来说，当存储在非易失性存储器单元中的先前所得到的位置在南半球，而全球导航卫星系统接收器实际上却是在北半球的情形，这样前后矛盾的状况就会导致全球导航卫星系统接收器产生一些不正确的测量预报，并且造成全球导航卫星系统接收器会基于这些不正确的测量预报来继续搜寻在地平线之下的卫星，因此，在上述的这些情况中，全球导航卫星系统接收器会无法完成定位的工作。

如果全球导航卫星系统接收器因为一些测量预报不正确的缘故而无法达到首次定位时间，则这些不正确的测量预报应该要被丢弃，但是如果全球导航卫星系统接收器因为处在状况不佳的射频环境中而无法达到首次定位时间，则这些测量预报就不应该被丢弃。然而，在目前的相关技术中很难鉴别射频环境的好坏以及全球导航卫星系统接收器无法达到首次定位时间的原因。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种搜寻卫星信号的方法与相关装置，以缩短首次定位时间。

依据本发明的一实施例，提供一种搜寻卫星信号的方法，包含有：依据多个测量预报来搜寻卫星信号；以不参考多个测量预报的方式来搜寻至少一个参考卫星的卫星信号；判断从参考卫星中所取得的多个测量结果是否与多个测量预报一致；以及如果从参考卫星中所取得的多个测量结果被判断为与多个测量预报不一致，则以不参考多个测量预报的方式来搜寻其它卫星的卫星信号。

依据本发明的一实施例，提供一种全球导航卫星系统(Global NavigationSatellite System，GNSS)接收器，包含有：存储模块，用于存储多个测量预报；第一通信频道集合，用于依据多个测量预报来搜寻卫星信号；第二通信频道集合，用于以不参考多个测量预报的方式来搜寻至少一个参考卫星的卫星信号；以及控制器，耦接于存储模块与第二通信频道集合，用于判断从参考卫星中所取得的多个测量结果是否与多个测量预报一致；其中如果从参考卫星中所取得的多个测量结果被判断为与多个测量预报不一致，则控制器控制第一通信频道集合与第二通信频道集合以不参考多个测量预报的方式来搜寻其它卫星的卫星信号。

依据本发明的一实施例，提供一种在全球导航卫星系统接收器中核对导航信息的方法，包含有：依据导航信息来产生多个测量预报；依据多个测量预报来搜寻卫星信号；以不参考多个测量预报的方式来搜寻至少一个参考卫星的卫星信号；判断从参考卫星中所取得的多个测量结果是否与多个测量预报一致；以及如果从参考卫星中所取得的多个测量结果被判断为与多个测量预报不一致，则推断导航信息已经失去时效性。

总结来说，上述用于搜寻卫星信号的方法与相关装置可在支持不同搜寻方式的同时，有效地缩短首次定位时间。

附图说明

图1是依据本发明的一实施例的全球导航卫星系统接收器的简化方块示意图。

图2是依据本发明搜寻卫星信号的方法的第一实施例的流程图。

图3是依据本发明搜寻卫星信号的方法的第二实施例的流程图。

具体实施方式

在本说明书以及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件，本领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件，本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则，在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含有”是一开放式的用语，故应解释成“包含有但不限定于”，此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段，因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可以直接电气连接于第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。

请参考图1，是依据本发明的一实施例的多频道的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)接收器100的简化方块示意图。在实际应用中，全球导航卫星系统接收器100可以是美国的全球卫星定位系统(Global Position System，GPS)接收器、欧盟的伽利略(Galileo)接收器、俄罗斯的GLONASS接收器或是其它全球导航卫星系统的接收器。如图1所示，全球导航卫星系统接收器100包含有第一接收模块110、耦接于第一接收模块110的控制器120以及耦接于控制器120的存储模块130。第一接收模块110包含有第一通信频道集合112以及第二通信频道集合114，其中第一通信频道集合112的通信频道数量大于第二通信频道集合114的通信频道数量。举例来说，在本实施例中，第一通信频道集合112具有分别标示为142的多个通信频道，而第二通信频道集合114仅具有一个标示为144的通信频道，当然，在实际应用中，第二通信频道集合114也可以具有超过一个以上的通信频道。

在全球导航卫星系统接收器100中，第一接收模块110用于搜寻卫星信号，控制器120用于依据由第一接收模块110所搜寻取得的卫星信号来计算导航数据(例如位置、速率以及时间等)，此外，存储模块130用于存储导航信息，并且存储模块130一般用非易失性(non-volatile)存储器来实现。

请注意“导航信息”一词在此包含有可以用来产生协助全球导航卫星系统接收器100取得卫星信号的多个测量预报的各种数据的信息，举例来说，导航信息可以包含有接收器位置、时间、星历表(ephemeris)、年历(almanac)、接收器的频率漂移(clock drift)、接收器速率等，多个测量预报可以包含有卫星搜寻清单、多普勒中心(Doppler center)、多普勒搜寻范围、码片中心(code chip center)、码片搜寻范围(code chip search range)、接收器位置、时间及/或频率偏差(clock bias)(例如温度补偿石英振荡器(temperaturecompensated crystal oscillator，TCXO)的偏差)。在实际运作中，导航信息可以由控制器120在之前的定位操作中产生，或是从外部的数据来源中接收得到。举例来说，在优选的实施例中，全球导航卫星系统接收器100可以另包含有耦接于控制器120的第二接收模块150，用于从移动电话基站或网络160接收载有导航信息的辅助数据，而在这个情况中，控制器120从所接收到的辅助数据中撷取导航信息。

在下文中，请参考图2以进一步详细说明关于全球导航卫星系统接收器100的卫星信号取得操作的细节与内容。

图2是依据本发明搜寻卫星信号的方法的第一实施例的流程图200。当全球导航卫星系统接收器100被启动时，控制器120会进行步骤202来依据存储于存储模块130的导航信息产生多个测量预报(例如卫星搜寻清单、多普勒中心、多普勒搜寻范围、码片中心、码片搜寻范围、接收器位置、时间及/或频率偏差)，一般而言，这些测量预报接着就会被存储于存储模块130。

在步骤204中，第一接收模块110依据控制器120所产生的多个测量预报来搜寻卫星信号。在实际应用中，第一接收模块110可以利用所有的通信频道或大部分的通信频道(例如第一通信频道集合112)以依据多个测量预报的方式来搜寻卫星信号。

在步骤206中，控制器120判断是否已经达到首次定位时间(Time ToFirst Fix，TTFF)。如果已经达到首次定位时间(亦即完成定位的工作)，则控制器120就会结束搜寻卫星信号的操作(步骤228)，而如果还没有达到首次定位时间(亦即还没有完成定位的工作)，则控制器120就会进行步骤208来判断是否已经满足冷启动(cold start)的条件，而在一实施例中，如果第一接收模块110进行搜寻卫星信号的操作已经超过第一预定时间而没有取得任何卫星信号时，则控制器120就会判断已经满足冷启动的条件。如果已经满足冷启动的条件，则第一接收模块110就会进入“冷启动模式”(步骤210)以不参考任何测量预报的方式来搜寻卫星信号，而这样的操作又称为“全空域搜寻操作(full sky search)”。

如果还没有达到首次定位时间，并且也没有满足冷启动的条件的话，则控制器120就会进行步骤212来判断第一接收模块110是否处于“混合搜寻模式”，而关于“混合搜寻模式”的操作细节会在之后详细说明。如果第一接收模块110并没有在“混合搜寻模式”中操作，则控制器120就会进行步骤214来检查是否已经满足混合搜寻的条件。

在本实施例中，如果第一接收模块110进行搜寻卫星信号的操作已经超过第二预定时间而没有取得任何卫星信号时，则控制器120就会判断已经满足混合搜寻的条件，其中第二预定时间比第一预定时间短。如果在步骤214中发现并没有满足混合搜寻的条件，则全球导航卫星系统接收器100的操作流程就会回到步骤206。另一方面，如果在步骤214中发现已经满足混合搜寻的条件，则第一接收模块110就会进行步骤216以进入“混合搜寻模式”。在此请注意，在另一种可行的设计变化中，如果第一接收模块110进行搜寻卫星信号的操作已经超过第二预定时间时，则控制器120也可以判断已经满足混合搜寻的条件，而不需要考虑是否有取得任何卫星信号，而这样的操作同样也符合本发明的精神。

在“混合搜寻模式”中，控制器120选择第一接收模块110中的所有通信频道的子集合来搜寻一个或一个以上的参考卫星的卫星信号，并且参考卫星的信号可以由全球导航卫星系统接收器100、网络、基站或是其它设备所接收，而不需要参考任何的测量预报，与此同时，第一接收模块110中其它的通信频道会继续步骤204的操作(亦即依据多个测量预报来搜寻卫星信号)。举例来说，在本实施例中的控制器120选择第一接收模块110中的第二通信频道集合114以不参考任何测量预报的方式来搜寻至少一个参考卫星的卫星信号，与此同时，第一接收模块110中的第一通信频道集合112会依据多个测量预报来搜寻卫星信号，从某方面来说，第二通信频道集合114是在混合搜寻模式中进行“全空域搜寻操作”。

在进入混合搜寻模式之后，如果没有满足冷启动的条件，并且也还没有达到首次定位时间的话，则全球导航卫星系统接收器100的操作流程就会继续进行步骤218来检查是否有追踪到任何的参考卫星，如果没有任何的参考卫星被第二通信频道集合114追踪到，则全球导航卫星系统接收器100的操作流程就会回到步骤206。另一方面，如果有至少一个参考卫星被第二通信频道集合114追踪到，则控制器120就会从第二通信频道集合114所接收到的卫星信号中取得多个测量结果，并且接着进行步骤220。

在步骤220中，控制器120判断从参考卫星中所取得的多个测量结果是否与存储在存储模块130中的多个测量预报一致，举例来说，控制器120可以将从参考卫星中所取得的卫星搜寻清单、多普勒、码片相位或是其它的测量结果来跟多个测量预报中相对应的数据进行比较。

如果在步骤220中发现从参考卫星中所取得的多个测量结果与多个测量预报一致，则控制器120就会进行步骤222来推断多个测量预报是正确的。如前所述，由于多个测量预报是基于存储在存储模块130中的导航信息而产生，所以控制器120也可以在步骤222中推断出存储在存储模块130中的导航信息还没有失去时效性，并且在这种情况下，控制器120就可以推断出全球导航卫星系统接收器100无法完成定位工作的原因是全球导航卫星系统接收器100可能处于一个条件不佳的射频环境中。在一实施例中，当控制器120推断出导航信息还没有失去时效性时，全球导航卫星系统接收器100的操作流程就会回到步骤206，而在另一实施例中，第一接收模块110会离开混合搜寻模式，并且利用所有的通信频道以基于多个测量预报的方式来搜寻卫星信号。

如果在步骤220中发现从参考卫星中所取得的多个测量结果与多个测量预报不一致，则控制器120就会进行步骤224来推断出多个测量预报是错误的以及存储在存储模块130中的导航信息已经失去时效性。

接着，控制器120就会进行步骤226以控制第一接收模块110以不参考多个测量预报的方式来搜寻其它参考卫星的卫星信号。在一实施例中，第一接收模块110在步骤226中离开混合搜寻模式并且进入冷启动模式，而在另一实施例中，控制器120是用从参考卫星中所取得的多个测量结果来更新存储在存储模块130中的多个测量预报，并且控制第一通信频道集合112以及第二通信频道集合114参考从参考卫星中所取得的多个测量结果来搜寻其它卫星的卫星信号，进而提升在步骤226中取得卫星信号的速度。

如上所述，控制器120通过比较多个测量预报以及从参考卫星中所取得的多个测量结果来核对存储在存储模块130中的导航信息，而一旦导航信息被判定为已经失去时效性时，则从导航信息中所取得的多个测量预报就会不再被使用，以避免误导第一接收模块110关于取得卫星信号的操作。如此一来，不正确的测量预报就不会造成全球导航卫星系统接收器100无法达到首次定位时间，从而可以改善全球导航卫星系统接收器100的首次定位时间。

在此请注意，上述流程图200中的步骤的执行顺序仅作为本发明的举例说明，而不是本发明在实际应用上的限制条件。举例来说，图3是依据本发明搜寻卫星信号的方法的第二实施例的流程图300，而流程图300相似于流程图200，并且为了内容简洁起见，流程图300中具有与流程图200中相同的操作内容的步骤被标示为相同的标号。

如流程图300中举例说明的内容所示，在控制器120依据导航信息来产生多个测量预报(步骤202)之后，本实施例中的第一接收模块110会直接进入混合搜寻模式(步骤216)，举例来说，第一接收模块110可以利用第一通信频道集合112以依据多个测量预报的方式来搜寻卫星信号，并且同时利用第二通信频道集合114以不参考多个测量预报的方式来搜寻至少一个参考卫星的卫星信号，在此请注意，第二通信频道集合114可以在多个测量预报产生之前就开始搜寻参考卫星的卫星信号。此外，由于流程图300中的其它步骤的操作都与流程图200中具有相同标号的步骤一样，所以为了简洁起见就不在此赘述其详细内容。

在实际应用中，本发明所揭露的搜寻卫星信号的方法以及核对导航信息的方法都可以用软件的方式来实现，举例来说，本发明可以提供机器可读媒体(machine-readable medium)(例如非易失性存储器，未显示在图中)给全球导航卫星系统接收器100，并且机器可读媒体包含有适当设计的可执行的程序代码，而当可执行的程序代码由全球导航卫星系统接收器100所执行时，会使得全球导航卫星系统接收器进行前述的取得卫星信号的操作。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属于本发明的涵盖范围。

Claims (19)

1.一种搜寻卫星信号的方法，所述的方法包含有：

依据多个测量预报来搜寻卫星信号；

以不参考所述的多个测量预报的方式来搜寻至少一个参考卫星的卫星信号；

判断从所述的参考卫星中所取得的多个测量结果是否与所述的多个测量预报一致；

以及

如果从所述的参考卫星中所取得的所述的多个测量结果被判断为与所述的多个测量预报不一致，则以不参考所述的多个测量预报的方式来搜寻其它卫星的卫星信号。

2.如权利要求1所述的搜寻卫星信号的方法，其特征在于，所述的依据多个测量预报来搜寻卫星信号的步骤以及所述的搜寻参考卫星的卫星信号的步骤同时进行。

3.如权利要求2所述的搜寻卫星信号的方法，其特征在于，当所述的依据多个测量预报来搜寻卫星信号的步骤已经进行超过预定时间时，则开始执行所述的搜寻参考卫星的卫星信号的步骤。

4.如权利要求1所述的搜寻卫星信号的方法，其特征在于，所述的多个测量预报包含有卫星搜寻清单、多普勒中心、多普勒搜寻范围、码片中心、码片搜寻范围、接收器位置、时间或频率偏差。

5.如权利要求1所述的搜寻卫星信号的方法，其特征在于，所述的搜寻其它卫星的卫星信号的步骤包含有：

参考从所述的参考卫星中所取得的所述的多个测量结果来搜寻卫星信号。

6.一种全球导航卫星系统接收器，其特征在于，所述的全球导航卫星系统接收器包含有：

存储模块，用于存储多个测量预报；

第一通信频道集合，用于依据所述的多个测量预报来搜寻卫星信号；

第二通信频道集合，用于以不参考所述的多个测量预报的方式来搜寻至少一个参考卫星的卫星信号；以及

控制器，耦接于所述的存储模块与所述的第二通信频道集合，用于判断从所述的参考卫星中所取得的多个测量结果是否与所述的多个测量预报一致；

其中如果从所述的参考卫星中所取得的所述的多个测量结果被判断为与所述的多个测量预报不一致，则所述的控制器控制所述的第一通信频道集合与所述的第二通信频道集合以不参考所述的多个测量预报的方式来搜寻其它卫星的卫星信号。

7.如权利要求6所述的全球导航卫星系统接收器，其特征在于，当所述的第一通信频道集合依据所述的多个测量预报来搜寻卫星信号时，所述的第二通信频道集合同时搜寻所述的参考卫星的卫星信号。

8.如权利要求7所述的全球导航卫星系统接收器，其特征在于，当所述的第一通信频道集合搜寻卫星信号已经进行超过预定时间而没有取得任何卫星信号时，则所述的第二通信频道集合开始搜寻所述的参考卫星的卫星信号。

9.如权利要求8所述的全球导航卫星系统接收器，其特征在于，所述的第二通信频道集合是所述的第一通信频道集合的子集合。

10.如权利要求6所述的全球导航卫星系统接收器，其特征在于，如果从所述的参考卫星中所取得的所述的多个测量结果被判断为与所述的多个测量预报不一致，则所述的控制器控制所述的第一通信频道集合与所述的第二通信频道集合以使所述的第一通信频道集合与所述的第二通信频道集合也以参考从所述的参考卫星中所取得的所述的多个测量结果的方式来搜寻其它卫星的卫星信号。

11.如权利要求6所述的全球导航卫星系统接收器，其特征在于，所述的第一通信频道集合的通信频道数量大于所述的第二通信频道集合的通信频道数量。

12.如权利要求6所述的全球导航卫星系统接收器，其特征在于，所述的多个测量预报包含有卫星搜寻清单、多普勒中心、多普勒搜寻范围、码片中心或码片搜寻范围。

13.如权利要求6所述的全球导航卫星系统接收器，其特征在于，如果从所述的参考卫星中所取得的所述的多个测量结果被判断为与所述的多个测量预报不一致，则所述的控制器用从所述的参考卫星中所取得的所述的多个测量结果来更新存储于所述的存储模块的所述的多个测量预报。

14.如权利要求6所述的全球导航卫星系统接收器，其特征在于，所述的控制器依据导航信息来产生所述的多个测量预报。

15.如权利要求14所述的全球导航卫星系统接收器，其特征在于，如果从所述的参考卫星中所取得的所述的多个测量结果被判断为与所述的多个测量预报不一致，则所述的控制器推断所述的导航信息已经失去时效性。

16.如权利要求14所述的全球导航卫星系统接收器，其特征在于，所述的导航信息包含有接收器位置、时间、星历表、年历、接收器的频率漂移或接收器速率。

17.如权利要求6所述的全球导航卫星系统接收器，其特征在于，所述的第二通信频道集合搜寻一个或一个以上的参考卫星，并且所述的参考卫星的信号由所述的全球导航卫星系统接收器、网络或基站所接收。

18.一种在全球导航卫星系统接收器中核对导航信息的方法，所述的方法包含有：

依据所述的导航信息来产生多个测量预报；以及

如权利要求1-4中任何一项所述的搜寻卫星信号的方法。

19.如权利要求18所述的在全球导航卫星系统接收器中核对导航信息的方法，其特征在于，所述的导航信息包含有接收器位置、时间、星历表、年历、接收器的频率漂移或接收器速率。

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