CN1199469A

CN1199469A - 基于卫星网络的定位接收器

Info

Publication number: CN1199469A
Application number: CN96197541.5A
Authority: CN
Inventors: 阿兰·拉纳德; 帕特里斯·吉亚尔
Original assignee: Thales Avionics SAS
Current assignee: Thales Avionics SAS
Priority date: 1995-10-17
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 1998-11-18
Also published as: IL123729A; RU2158935C2; FR2739938A1; EP0856162B1; CA2232412C; EP0856162A1; FR2739938B1; WO1997014977A1; JPH11513796A; CA2232412A1; US6081691A; DE69620433T2; IL123729A0; DE69620433D1

Abstract

本发明涉及GPS和GLONASS卫星定位接收器。为便于基于GPS卫星和GLONASS卫星进行信号和位置计算,本发明提出了一新的接收器结构。该结构包括一通过天线10的无线电接收链、频率转换电路18、对GLONASS路径以高速操作的模拟/数字转换器38和利用几个能够接收GPS和GLONASS信号的通用信道的信号处理电路。电路40采用可编程伪随机码生成器和利用本地振荡器生成本地移位载频的相位伺服控制回路;该振荡器被控制以便能施加一用于卫星信号采集的起始频率。由此构造的接收器可避免依靠一个或另一卫星网络,在一网络出现故障的情况下可以使用另一网络。

Description

基于卫星网络的定位接收器

本发明涉及基于由环绕地球轨道运行卫星群发送的无线电中继信号确定某一点相对地球的位置的系统。

目前，有两个几乎可在地球任何地方进行位置确定的全球定位系统，它们分别是GPS系统(全球定位系统)和GLONASS系统(全球轨道导航卫星系统)。

二者均使用环绕地球的卫星网络，每一卫星有规律地发送接收器可接收的、以便计算该位置经度、纬度、高度及其速度和准确时间的编码无线电信号。一称作RGIC(随机同步综合信道)的辅助系统也同时被使用，它利用同步卫星向其所在的地球某一区域发送信号。

GPS系统在1575。42MHz载频L1和1227。6MHz副载频L2上发送扩频无线电信号。此处，仅频率L1在考虑范围之内，但以下所提出的原理，在需要之时，可被应用于频率L2。

信号频谱通过伪随机码扩展，即载频L1上的信号被一也称作PRN码(代表伪随机噪声)的重复伪随机码调制；实际上，该系统使用两类PRN码，即：

-C/A码(粗采样)以1.023MHz的位频率发送；其长度为1023位，整个序列宽1毫秒；C/A码可进行大致位置确定。

-和P码(代表″精确″)以10.23MHz频率发送，可进行更准确的定位。

码的逻辑转换与载频L1同步，该调制是已定义的相位调制(BPSK)。

C/A码可被公众获得，且必须在接收器内生成，其原因有三：首先，它们使检测和解调所接收的信号成为可能，这些信号被埋入较大值的噪声(高于信号20至30dB)中；检测是通过来自卫星的接收码与本地生成的相同码间的相关进行的；此外，它们使识别发送卫星(在GPS系统中，每一卫星被分配特定的C/A码)成为可能；最后，它们使测量时间延迟(时间延迟是准确计算位置不可缺少的)成为可能。

P码不可被公众获得；它们为军事应用保留，而且可能被加密传输。

在载频L1上传输的信号还可以采用低速率(波特率为50)二进制数据(它们代表卫星导航信息，即，接收器中用于位置计算的数据)编码，这些导航数据是天体位置推算表(其一方面可使任一时间计算卫星所处准确位置(准确到1米)成为可能，另一方面，为所有采用该系统的接收器提供公共参考时间)。此处再次明确，载频L1上的数据调制是相位调制。

卫星与接收器间的距离通过测量卫星与地球之间无线电信号以光速传播的时间而得以确定。因此，可特别通过测量伪随机码的一个标志位(起始位)通过卫星发送时刻与接收器接收该位的时刻的差值而得以确定。

一旦接收器在测量时刻得知卫星在此框架内的位置，接收器至三个不同卫星的距离使可能确定固定地表范围内接收器的位置。第四个卫星使可能消除接收器与GPS系统时钟偏差：每一时刻卫星的位置参考通用系统时钟来确定，且所传输的导航数据使接收器确认该时间基准。在起初不具有准确的时间基准的情况下，测量通常重复进行2或3次，由于信号从卫星到地球的传播时间，只可能将卫星所传输的时钟大致锁定在10或20ms之内。

接收器对卫星的相对速度也可通过测量所接收载频L1上的多普勒效应而得以确定。接收器在固定地表范围的速率可由此推知。

RGIC系统与GPS系统很类似。GPS使用环绕卫星；RGIC系统使用同步卫星；它附加于GPS系统，以便弥补后者的不足或以防后者的崩溃。其信号类型仍然相同，载频L1相同。相同长度和频率的伪随机码被用于识别卫星。RGIC与GPS的编码不同，其导航数据频率为250波特，而不是50波特。该数据利用对信息进行压缩的Viterbi算法编码。

GLONASS系统按照类似的一般原理工作。以下指出其不同之处：

-选择地表框架不同：其地球中心的选择与GPS系统中的不完全相同。方向北不完全一致，因此，若要求GPS接收器提供GLONASS位置，则需基于转换表或转换软件进行转换。

-在GLONASS系统中，导航数据以100波特，而不是50波特的速率传输，且其伪随机码频率为511kHz。

-而且，载频L1不是唯一的。每一卫星用一特定的可使其被识别的载频L1进行发送。伪随机码对于所有卫星是相同的。它不用于识别卫星，而仅用于从噪声(未扩展频谱)中提取信号，并为准确测量接收器与卫星间距离确定时间偏差。整个GLONASS系统所使用的频带与GPS系统的相去甚远；该频率范围由大致1600MHz至大约1615MHz。频率L2同样为多种。

在些情况下，必须注意设计用于接收GPS信号的接收器不适用于通过由GLONASS卫星发送的无线电信号计算位置，反之亦然。

然而，仍然有很多情况下要求能够使用任一系统和辅助系统，如RGIC。这是由于若一系统的特定卫星未保证正常工作，或由于政治原因使其暂时不能使用，对基于其中一个系统建立操作过程的用户后果十分严重。此问题在当今则更为重要，由于许多系统的安全开始基于通过卫星对位置的准确测量。尤其在日益依靠GPS和GLONASS系统进行航海导航、航空导航的情况下。例如，目前向基于来自在现存卫星网络的信号的陆地救援方法系统化的方向发展。

采用两个专用接收器，且在一个失灵时使用另外一个，是可行的。这对于用户来说费用加倍。或者，制作包含双接收系统的混合型接收器。然而，这种接收器十分昂贵，由于所需的GPS信道数要求同时接收GPS卫星个数相同(至少为4个)，且所需GLONASS信道数个数要求同时接收GLONASS卫星个数相同(至少为4个)。

因此，需要能够接收GPS或GLONASS或RGIC信号及其它未来各种系统信号，且不包含两种不同接收器简单(昂贵)并置的低成本接收器。

因此，本发明提出一种新的卫星信号接收器结构，它使获得能够应用于单一载频L1的系统(如GPS)和具有许多载频的系统(如GLOBNASS)中的价格合理的接收器成为可能。利用这一结构，尤其对于数字信号处理(接收器内复杂而昂贵的部分)，可能使用能够从任一系统接收信号的通用信道。

根据本发明，提出一种卫星信号接收器，能够接收和处理从属于某一单一载频网络的卫星发送的信号以及从属于多载频网络的卫星发送的信号。该接收器包括：

-一无线电信号接收链(10，12，14，16，18，34，38)，它包含用于根据所接收的载频，将其移位到几个移位频率上的电路，并至少包含一个模拟/数字转换器(38)，该模/数转换器用于转换信号，并由此将其移位成具有对应几个卫星的同时接收的移位载频的数字信号，并在不同载频上发送。

-至少一接收具有几个移位载频的数字信号处理信道，每一信道包括一随机码相位和移位载频相位-伺服控制回路，伺服控制回路一方面包括至少一由频率设定点信号控制的数字相位控制振荡器(108)和相位误差信号；另一方面包括一可程控的本地随机码生成器(114)，

-码选择装置，该装置使用户向码生成器施加一用于从几种可选码中选择一种编码的信号，各种编码对应两种网络的不同卫星，

-频率选择装置，它使用户向振荡器施加一用于从几个频率之中选一个的设置点信号，各种设置点信号对应第二种网络的不同卫星和第一网络的所有卫星；

接收器最后包含用于从伺服控制回路所提供的数据计算位置的装置(50、80)。

注意，在本发明所提出的结构中，频率移位数不同于载频数。然而，由于实际原因，射频接收链对单一频率系统和多频率系统信号可采取独立移位和通路滤波的措施。可选择独立的模拟/数字转换器。但各种数字信号处理信道是通用的，并包含一个处理路径。

本地数字相位控制振荡器可选择工作于一计算频率，该计算频率比射频接收链转送的最高移位频率的两倍还高。

为提供一对本原始结构清晰的理解，以下简要指明几个其所依据的总原则。

基本假设是接收器必需同时适合于单一频率系统L1和多频率系统L1。

A.通过天线接收的无线电信号经过至少一个载频移位和至少一宽带滤波(使其可能等同地接收多频系统中的各种载频)。可能会存在带有连续中间频率的几步的移位。对于单一频率系统，移位可使调制信号移至基带，而不是某一中间频率。在多频系统中，移位根据所接收的载频，以某一中间频率终结，同时，宽带滤波使所有对应各载频的所有可能的中间频率通过。

B.借助于模拟/数字转换器(其工作频率一般比移位和滤波后接收到的最大中间频率大得多)，移位信号被转换为数字信号。

C.频率移位并转换为数字的信号一般被施加与几个信号处理信道(信道数与其所要求同时接收卫星数相同)并联。每一信道能够处理单一频率系统或多频系统的信号。信道相同且可编程。编程包括以数字命令形式为每一信道提供指示识别其所使用的网络或卫星。

D.每一信道包括根据频率和相位用于伺服控制的伪随机码相位和载频相位数字伺服控制回路，考虑到多普勒效应，随机码在本地生成，且从卫星接收相同随机码。回路接收来自卫星经频率移位和模数转换后的信号，它生成用于进行编码相位和载波相位伺服控制的载波相位误差信号和编码相位误差信号。

E.为进行编码相位控制，伺服控制回路采用可编程本地伪随机码生成器(即，它能够根据其所接收信号的卫星选择发送不同编码：GLONASS码或选择RGIC或GPS码)；该发生器由时钟选通(其工作通过由回路生成的编码相位误差信号根据相位和频率进行的)。

F.为进行载波相位控制，伺服控制回路也采用本地数字相位控制振荡器(它一方面接收一初始设置点，另一方面，接收载波相位误差信号)；初始值可编程，并对应从许多值(GPS频率或GLONASS频率)中选择的某一卫星频率的伺服控制。本地振荡器的工作频率(即，计算数字合成相位采样的频率，而不是所产生振荡的频率)足够高以使属于模拟/数字转换器能够转换频带的所需频率可被合成。

所提出的上述原则，应当注意，本发明同时提出一用于在接收器内接收卫星信号并从所接收信号确定接收器位置的方法，卫星或者属于只有一个载频的第一网络，或者属于具有几个载频的第二网络，特征在于其所包含的下述操作：

-通过天线接收来自几个卫星的信号，

-将所接收的各种信号载频移位，由此根据所接收载频生成几种移位的不同载频信号；

-将几路同时接收的载频施加到至少一个公共模拟/数字转换器，将相应的复合信号转换为数字信号；

-将来自转换器的数字信号施加到至少一个为所有从转换器接收的移位载频所共有的信号处理信道；

-从对应不同卫星的几个可能的设置点频率中选择对应特定移位频率的设置点频率，并将相应的设置点信号施加到一数字相位控制振荡器，以便使该振荡器生成设置点频率，该振荡器还接收由相位伺服控制回路得到的相位误差信号；

-选择伪随机码，并将一对应设置点信号施加给一可编程伪随机本地码生成器，以便使生成器从几种可能的编码中生成一所需编码，编码生成器处于伺服控制回路之中，提供相关装置以使所生成的编码移位，以便使其与由转换器接收的调制信号的相同编码同步；

-由伺服控制回路所提供的数字值计算接收器位置。

本发明的其它特征和优势将从下文参考附图的详细描述中得以显示：

-图1代表根据本发明的卫星信号接收器的总结构；

-图2代表图1接收链中处理的频带框图；

-图3代表处于射频信号接收链下游的数字信号处理电路的结构。

本发明将就既能接收来自GPS卫星网络(带有一个载频L1的网络)的信号又能接收来自GLONASS卫星网络((带有多个载频L1的网络))信号的接收器进行详细描述。

根据本发明的接收器的整体结构包括无线电天线10，其后跟随使所有所需载频通过的滤波器12。该滤波器最好是双带滤波器，一非常窄带(几个MHz)用于1575。42MHz的GPS频率，一约为1597至1617MHz的较宽频带用于整个所有可能的GLONASS频率。

该滤波器后接一低噪声射频放大器14，其后接与第一滤波器相同类型的新的滤波器16。由此放大并滤波的射频信号被施加到一组频率移位电路18，以生成处于比载频L1更小的中间频率信号，但保留这些载波的相位调制；频率移位在可被后续信号处理电路处理的频率处终止。快速硅信号处理电路的最大工作频率的数量级大约在60MHz。可选择比此值小的中间频率。

尽管这不是必要的，频率移位通常在几个级联的阶段进行，带有逐渐变低的中间频率。图1所示的实例中，第一级20用于移位至第一中间频率，其后跟随第二级30用于移位至更低的中间频率。第一级20利用本地振荡器OL1、混频器ML1和滤波器22、24。它将所接收的信号，GPS或GLONASS，移位成与所接收信号载频数量相同的中间频率信号：第一中间频率来自将频率为1575。42的GPS载波频率移位；除此之外，还有与GLONASS载频数量相同的中间频率，这是由于使用了不依赖所接收GLONASS载频的同一本地振荡器OL1。混频信号并行通过两个独立的滤波器：中心值在移位GPS载频后产生的中间频率的窄带滤波器22，该滤波器只允许GPS信号通过；滤波器24具有较宽的带宽，可允许由移位GLONASS载频后生成的所有中间频率。

第二移位级30以相同方式工作，但对GPS和GLONASS采用分离路径。

滤波器22(GPS路径)的输出被施加于混频器ML2(它还接收本地振荡器OL2发送的频率)；混频器ML2的输出被滤波器26滤波(该滤波器以移位后的一中间频率为中心，该频率在下文中被称作移位后载波频率Ft0)。对于GPS路径，移位后载波频率Ft0可能为零(在多普勒效应之内)：输出信号是一包含多普勒效应的基带调制。滤波器26的带宽LB0必须使GPS信号的调制频谱通过，当然也包括多普勒频率。

另一频率移位路径，GLONASS路径，包括混频器ML3，振荡器OL3和滤波器28。移位产生一系列载频Ft1至Ftn：每一对应一GLONASS载频L1。GLONASS路径的滤波器28的通带LB1比GPS滤波器26的宽得多。它自最低移位频率Ft1至最高移位频率Ftn。此外，当然在这些极值频率上也考虑调制频谱和多普勒效应。因此，带宽LB1至少为15或20MHz。

本地振荡器OL1、OL2、OL3已在图1中作为一个独立元件被描述。事实上，锁于一参考振荡器的频率合成器在互锁频率上提供OL1、OL2、OL3三个输出。

接收器还包括，对于GPS路径，一其后跟随一模拟/数字转换器34的增益控制放大器32；对于GLONASS路径，一其后跟随一模拟/数字转换器38的增益控制放大器36。若转换器在几位上对模拟信号编码则进行增益控制，对一位编码不使用增益控制在许多情况下也是可行的。增益控制信息源于对一系列数字信号取样的统计计算。

转换器以比可能接收并发送给转换器的最高移位频率的二倍高得多的采样频率Fc工作。对于GLONASS路径，最高频率Ftn的数量级可能在20MHz。实际上，需要比50MHz高的转换频率，如60MHz。为方便起见，由于不论信号的来源，所生成信号在后面由相同电路进行处理，所以对GPS路径也采用相同的工作频率Fc。

转换器产生数字信号。该数字信号是以频率Fc对一包含一个或多个移位载频(对于转换器34为Ft0，对于转换器38为Ft1至Ftn)模拟信号所进行的连续采样值，它通过多普勒效应进行修正，并由伪随机码和由接收器可见的每一卫星的导航数据进行相位调制。

这些载有信息的数字信号施加于由计算处理器50通过信息总线60和控制总线70与电路40进行通信而进行控制的数字信号处理电路40。计算处理器本身与一以从信号处理电路40和计算处理器50得到的信息进行位置计算的微处理器80进行通信。微处理器80采用软件90(该软件可被称为“PVT软件”，因为它用于由计算处理器所提供的数字信息计算PVT(点，速度，时间)位置。微处理器80由接收器用户控制，它可通过多功能外设(显示屏、键盘、打印机等)或通过控制按钮和特殊用途显示系统与他进行通信。计算处理器50和微处理器80可被集中到一个微处理器中。

因此，由图1可见，有两个不同的路径用于从所接收的信息中提取信息，取决于是想利用GPS网络还是利用GLONASS网络。而且，应该注意，独立路径的解决方案仅从以下事实得出：1575、42MhzGPS频率远离最高GLONASS频率(约1671MHz)。频率差大于40MHz。如果未来可能构造工作于100MHz或更高频率的模拟/数字转换器(利用GaAs、锗、超导体、等的快速半导体技术)，那么GPS通道失去其作用，仅GLONASS通道保留在图1所示电路中，以便流通GPS和GLONASS信号。其原理是，若第一网络的单一载频与第二网络的载频足够近，则单一通道就足够了。

图2示出了GPS(F0)和GLONASS(F1至Fn)载频的分配、GPS(由于接收器和卫星间的相对运动，Ft0可能为0或等于多普勒频率)和GLONASS(Ft1至Ftn)移位频率的相应分配、滤波器22的带宽LB0和滤波器24的带宽LB1。转换器38的工作频率Fc远大于2×Ftn，例如，若Ftn约为20MHz，则工作频率为60MHz。

图3示出了根据本发明的接收器信号处理电路40的总结构；计算处理器50的部分电路也同时示出。可以看出，信号处理电路40不包含用于处理GPS信号和处理GLONASS信号的独立路径。电路40入口处的多路器102在两个输入端子接收来自转换器34和38的数字信号，并可根据用户命令选用GPS网络或GLONASS网络。多路器102选择的信号经电路40(它接收来自GPS路径的信号或来自GLONASS路径的信号，既使它们对应不同的频带)进行处理。

此处，处理电路40包括几个信道原则上为4个或更多)；它们是相同的，下文仅对一个信道作详细描述。来自多路器的信号被多个并行通道接收。每一通道被编程以接收来自处于接收器直接指向的特定卫星的信号，但任一信道可被编程接收来自GPS或GLONASS(或RGIC)卫星的信号。

一信道需包括：

-本地移位载频生成器，以便在接近所需使用移位载频

处生成本地信号；

-码生成器，用于生成与所需检测伪随机码相同的本地

伪随机码；

-随机码相位和载波相位伺服控制回路，该回路产生载

波相位误差数字信号和编码相位误差数字信号，它一方面意在

将本地频率发生器伺服控制到由多路器所接收信号的相位(和

频率)，另一方面，将本地伪随机码相位伺服控制到可能出现于

多路器所提供信号中的随机码的相位。误差信号作用于本地频

率发生器和本地码生成器，并通过数字计算处理器50执行计

算软件而生成。

上面所提及并出现于信号处理电路的每一信道的各种单元将在下面描述。

尽管既存在载波相位伺服控制又存在编码相位伺服控制，不可想象采用两个独立的伺服控制回路，因为，可以看出，实际上，两个伺服控制的其中一个嵌于另一个之中。

由多路器102输出的GPS或GLONASS信号被施加到两个能够接收表示由数字相位控制振荡器108所生成周期数字相位信号的正弦(对于其中一个多路器)和余弦(对于另一多路器)数字信号的数字多路器104和106。该数字相位控制振荡器包括上述本地频率发生器。振荡器108的计算频率，即用以传递相位增量的频率，是必须比多路器输入处最大移位载频二倍高得多的频率。实际上，它与转换器34和38的采样频率Fc相同，但这不是必须的。

振荡器108包括可施加相位增量值(迭加到每一新的计算)的数字控制输入。实际上，振荡器的操作包括在频率Fc处重复进行前一输出相位和由控制输入所施加的增量的相加操作，以便生成新的输出相位。此处，控制输入施加一其值为回路相位误差信号(在回路内同处理器50计算的误差信号)与预定设置点的取值之和相位增量。初始值是促使本地发生器生成对应某一确定移位载频的规定本地频率。该移位频率对应其所要求锁定的特定卫星(GPS或GLONASS)的实际规定载频。初始值用于特定卫星信号的采集，并且它被通过选择网络，GPS或GLONASS，且对于GLONASS，通过选择特定卫星而得以施加。

因此，对于给定信道，用户通过微处理器80定义施加给振荡器108的所需初始设定点频率作为本信道所选卫星的函数。

在连续迭代计算PVT点的过程中，点计算软件原则上传递一估计的多普勒值(来自上一PVT点的计算)，以便，根据图3所示简图，数字振荡器108的控制信号可被视为下列值之和：

-用户(该用户选择某一特定GLONASS卫星数或所有GPS卫星)定义的初始值；该值为频率设定点；

-由PVT软件传递的估计的多普勒值；

-和闭环伺服控制回路的载波相位误差信号。

所估计的多普勒值与载波相位误差之和代表实际多普勒值。代表该值的数字信号被发送到PVT软件90且被使用，此后，在以载频L1与编码频率之比值进行数字分频(该比率取决于所选用的GPS或GLONASS信道)之后，作为编码伺服控制环路的多普勒移位信号。由微处理器80控制的可编程数字分频器109如图3所示用于此用途。

振荡器108由此用所需的移位频率传递信号，且由相位误差信号伺服控制，以便按照相位和频率精确锁定到的来自搜索卫星的信号，该信号已被在对应该移位频率(但它可能被多普勒移位影响)的载波L1上发送。

此处，伺服控制通过数字计算获得，并利用振荡器108所传递的相位的正弦和余弦函数。

正弦和余弦函数可由数字表中得到。一PROM正弦存储器110和一PROM余弦存储器112为此用途而插入到振荡器108的输出和乘法器104和106之间。

乘法器的输出代表两相位正交的信号(其频谱包含代表所接收卫星频率移位与本地生成频率之间偏移的低频成分)。该偏移成分用于生成上述频率相位误差信号(该信号意在将偏差减小到零)。

乘法器104和106的输出信号此后在上述伺服控制回路进行相关处理，以便在所接收信号中检测对应搜索卫星的伪随机码的存在。这些信号(其内在传输由其所需基于测量的卫星发送的已知伪随机码做的一调制)因此与由伪随机码生成器本地生成的一相同伪随机码相关。该相关产生用于移动本地码的起始时刻(该时刻由起始位表示)直到相关信号表明本地码与所接收码完全同步的相关信号。相关信号表现为指明此同步的一相关尖峰或一相关零值(取决于相关器的类型)。此后，测量本地码的起始时刻，以便通过后续计算确定卫星的位置。该起始时刻通过检查给定时刻伪随机码的状态并检查驱动码生成器114的振荡器的相位而得以确定。微处理器80定义该时刻，并收集被PVT软件90所使用的信息。

由于码相关回路嵌于载波相位伺服控制回路，存在于所接收信号中，且由此存在于所接收伪随机码的频率移位中的多普勒效应对相关无影响：本地码通过被伺服控制到实际接收载波频率上的移位频率生成，该伺服控制调整了由于多普勒效应而产生的同步误差。可编程分频器109通过向由伺服控制回路中数字计算产生的码误差信号加入校正值而参与多普勒频率校正。

本地码生成器114从数字相位控制振荡器116接收时钟信号(以定义码移位)。该振荡器在控制输入端接收带有多普勒校正的编码相位误差信号；因而接收代表本地码与所接收码间同步偏差的信号；该信号来自上述两种码间的相关；它用于将本地伪随机码的频率和相位减少到存在于搜索卫星所接收信号中的相同码的频率和相位。该振荡器的取样频率(通过连续增量计数相位样本的频率)最好取为采样频率Fc的一部分Fc/k。

振荡器116在每一时刻提供一可被读取的相位值(为PVT点的计算)。但来自振荡器的载波输出(或“脉动载频”)被施加到码生成器114以定义本地码移位时刻。

伪随机码生成器是可编程的，即它可由GPS系统或其它系统所定义序列串生成任何伪随机序列。为此目的，它包含一接收代表从N个可能序列数中取一指令的码选择输入端。该指令由用户提供，因而由控制处理器80提供。

通过将本地码与本地载频乘以正弦和余弦而得到的结果相乘进行相关运算。正弦和余弦路径由此包括，类似起始数字化信号，由卫星传输的伪随机调制，相关在此路径上是可能实现的。

由发生器114生成的本地伪随机码可被直接用于与来自卫星所接收信号的相关运算。但是，通常最好利用码本身和稍微早或稍微晚一点的码进行更准确的相关运算。一般地，可选用：

-正点码P0(与从卫星接收信号中的码同步)，

-早点码E，稍早片刻(片刻，或“chip”，对应分隔两

基本移位码的最小参考时间)，

-晚点码L，稍晚片刻。

简单的过程包括将正点码P与E和L码间差值进行相关运算。图3所示为一在码生成器114输出口处的复合电路118，用于由生成器输出码生成正点码P和差值码E-L。

相关运算在插入到伺服控制回路相位正交(正弦和余弦)路径的数字乘法器和数字滤波器，即，在乘法器104和106的输出口进行。正弦路径和余弦路径每一路径利用数字乘法器120、122、124、126，一方面被乘以正点码P0，另一方面乘以差值码E-L，使其可能在任一时刻将一数字值(例如13位)乘以一位本地伪随机码。

乘法器120至126的输出经数字滤波器130至136(该滤波器是“积分清零”类型的积分器，其功能为将乘积结果在对应伪随机序列整个1毫秒宽度进行积分，并在每一序列末周期性地恢复到零)。积分是计数器的积累过程，该计数器增加、减少或不变取决于它从其后乘法器所接收数字信号的符号和幅值。回零由正点序列的起始位控制。这些积分器传递低频信号(1kHz)，例如，在8位每一Ip，Qp，Id，Qp，它们为相关函数的基。这些信号由此代表指明通过正点码P0和通过差值码E-L的正弦和余弦路径的相关指示。它们被传递到计算处理器50(该处理器利用它们计算供给振荡器116的编码相位误差信号，由此闭环编码相位伺服控制回路)。它们还用于计算供给振荡器108的载波相位误差信号，由此闭环载波相位伺服控制回路。

应当注意，滤波器130至136的操作部分由软件驱动，且其操作可根据工作于GPS还是GLONASS模式而被修正，以便考虑小偏差，如码频率中的偏差。

载波相位误差信号在分频器138中从其后跟随数字滤波器的Arctan(Qp/Ip)类型计算生成。该载波相位误差的运算不包括通过差值码E-L的相关运算。

编码相位误差信号在分频器142中由包含例如乘积之和qd·Ip+Qp·Id的运算生成，其后跟随甚低频数字滤波器144。该运算包括通过正点码的相关和通过差值码的相关。

编码相位误差信号和载波相位误差信号均包含可被传送到计算处理器50并可能传送到微处理器80以便使接收器的位置(PVT)可被计算的信息。例如，它们内在包含一多普勒偏移信息，从其中可提取接收器相对卫星的相对速度。

实际上，用于计算PVT点的软件将读取脉冲同时发送给所有信道，以便在该时刻读取载波的相位状态、码的相位状态和码值。每一回路伺服控制的这三项信息使可能计算从接收器到每一所观测卫星之间的距离。

如图3所示为寄存器146、147、148它们在读取脉冲时刻分别接收：

-振荡器108的相位；代表该时刻载波相位；

-该时刻伪随机码的相位，例如由码生成器114的并行输出的10个有效位定义；

-码的精确相位，在瞬间，由振荡器116的精确相位定义。

导航数据，由卫星在低频(50或100Hz)利用DPSK调制，通常在计算处理器50中解码；该电路检测由于导航数据的相位变化，其此后与伪随机序列起始位的传输同步。导航数据被发送至软件90以计算PVT点。所检测的数据被计算处理器50和电路40进一步考虑，以便与数据相关的移位不影响伺服控制回路。

上述根据本发明描述了接收器的基本结构，由此可利用有限数量的信道接收几种类型卫星网络中任一类型。应该注意，关于在载频L1上进行信号检测的叙述也可应用于载频L2。与载频L1相同的通用数字处理信道可用于GPS和GLONASS频率L2；载频L2可被移位至与这些信道操作兼容的频带。或者说，同一信道可用于L1和L2，对L1和L2进行交替频率移位，且对L1和L2上的信号时分复用。

Claims

1.卫星信号接收器，能接收并处理由属于带有单一载波频率网络的卫星发送的信号和由属于带有多载波频率的网络卫星发送的信号，该接收器包括：

-无线电信号接收链(10，12，14，16，18，34，38)，包括用于将所接收的载波频率移位至根据所接收载波频率而不同的移位频率的电路，和至少一模拟/数字转换器(38)，用于将上述移位信号转换为带有对应几个同时接收卫星的几个移位载频的数字信号，并在不同载波上发送；

-至少一数字信号处理信道，它接收带有几个移位载频的数字信号，每一信道包括伪随机码相位和移位载频相位伺服控制回路，该伺服控制回路包括一方面至少一个由频率设定点信号和相位误差信号控制的数字相位控制振荡器(108)，另一方面包括一可编程本地伪随机码生成器(114)；

-码选择装置，使用户向码生成器施加用于从几种可能的码中选择一个码的信号，各种码对应二网络的不同卫星；

-频率选择装置，使用户向振荡器施加几种可能的频率设定点信号之一，各种设定点信号对应第二网络的不同卫星和第一网络的所有卫星；

-接收器最后包括用于从伺服控制回路的数字值计算位置的装置(50，80)。

2.根据权利要求1的接收器，其特征在于模拟/数字转换器(38)以比存在于其可从频率移位电路接收的信号中的最高移位频率二倍还高的采样频率Fc工作。

3.根据权利要求2的接收器，其特征在于包含一用于接收带有至少其它一移位频率的信号的第二模拟/数字转换器(34)，和一用于将一个或另一转换器的输出发送至信号处理信道的多路器(102)。

4.根据权利要求1到3的接收器，其特征在于各种频率设置点信号作用于振荡器以便后者提供等于对应两种网络卫星的各种标称载频移位的移位频率的各自的标称频率。

5.根据权利要求1的接收器，其特征在于数字相位控制振荡器(108)以高于最高移位频率二倍的计算频率工作。

6.根据权利要求1到5的接收器，其特征在于伺服控制回路包括用于计算在数字相位振荡器输出端定义的周期相位的正弦和余弦的装置(110)，和用于将由接收链输出的数字化信号所产生的正弦和余弦相乘，以便生成两个相位正交信号的装置(104，106)。

7.根据权利要求6的接收器，其特征在于伪随机码生成器能够提供一正点本地码、早点码和晚点码，且在于装置(120至126)被提供用于将相位正交信号与正点本地码和早点和晚点本地伪随机码之差相乘。

8.根据权利要求1到7的接收器，其特征在于伪随机码生成器由包括数字相位控制振荡器(116)的时钟控制，该振荡器接收编码相位误差信号作为数字输入信号，此误差信号指明码生成器生成的本地生成码与存在于自卫星所接收的信号中的相同码间的同步偏差。

9.根据权利要求1到8的接收器，其特征在于频率移位电路包括带有两个独立路径的最终级，一路径接收来自具有单一频率网络的信号，另一路径接收来自具有多频率网络的信号，第二路径包括一将各种载频移位到几个不同移位载频的公共振荡器(OL3)。

10.一种用于在接收器中接收卫星信号且由所接收信号确定接收器位置的方法，卫星属于带有单一载频的第一网络或者属于带有多个载频的第二网络，此方法的特征在于包含下列操作：

-在天线上从多个卫星接收信号；

-将各种所接收信号的载频移位，由此生成根据不同接收载频而不同的移位载波频率，

-将几个同时接收的载频施加到至少一个公共模拟/数字转换器将相应复合信号转换为数字信号；

-从对应不同卫星的多个可能的设置点选择对应特定移位频率的设置点频率，并将相应的设置点信号施加到数字相位控制振荡器以便使振荡器产生设置点频率，振荡器此后接收由相位伺服控制回路产生的相位误差信号。

-选择伪随机码并将相应设置点信号施加到一可编程伪随机本地码生成器，以便使该发生器从几种可能码中生成所需码，码生成器处于伺服控制回路，且提供相关装置以便偏移该码使其与自转换器接收的调制信号中的相同码同步；

-从伺服控制回路所提供的数字值计算接收器位置。