DE69833733T2

DE69833733T2 - GNSS Empfänger mit PRN-Code-Korrelation

Info

Publication number: DE69833733T2
Application number: DE69833733T
Authority: DE
Inventors: Patrick C. Calgary Alberta Fenton; Albert J. Los Altos Van Dierendonck
Original assignee: Novatel Inc
Current assignee: Novatel Inc
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2018-07-01
Also published as: CA2241739A1; ES2259810T3; EP0892277A2; DE69833733D1; US6243409B1; EP0892277B1; CA2241739C; EP0892277A3; JPH11142502A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Empfänger für globale Navigations-Satellitensysteme (GNSS) und insbesondere GNSS-Empfänger, bei denen die negativen Einflüsse von Mehrwegsignalen auf Korrelationsmessungen verringert sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein GNSS-Empfänger bestimmt seine globale Position auf der Basis der Signale, die er von GPS-, GLONASS- und anderen Satelliten auf Erdumlaufbahnen erhält. Das von den einzelnen Satelliten ausgesendete Signal umfaßt eine Trägerwelle, die mit wenigstens einem binären pseudozufälligen (PRN) Code moduliert ist, der aus einer anscheinend zufälligen Folge von Einsen und Nullen besteht, die sich periodisch wiederholt. Die Einsen und Nullen in dem PRN-Code werden als "Codechips" bezeichnet, und die Übergänge im Code von Eins auf Null oder von Null auf Eins, die zu "Codechip-Zeitpunkten" auftreten, werden als "Bitübergänge" bezeichnet. Jeder Satellit verwendet einen eindeutigen PRN-Code, so daß der GNSS-Empfänger durch Bestimmen des im Signal enthaltenen PRN-Codes ein empfangenes Signal einem bestimmten Satelliten zuordnen kann.
Der GNSS-Empfänger berechnet den Unterschied zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein Satellit sein Signal ausgesendet hat, und dem Zeitpunkt, zu dem der Empfänger das Signal empfängt. Der Empfänger berechnet dann aus dem entsprechenden Zeitunterschied seinen Abstand oder seine "Pseudoentfernung" vom Satelliten. Unter Verwendung der Pseudoentfernung von wenigstens vier Satelliten bestimmt der Empfänger dann seine globale Position.
Um den Zeitunterschied zu bestimmen, synchronisiert der GNSS-Empfänger einen lokal erzeugten PRN-Code dadurch mit dem PRN-Code im empfangenen Signal, daß er die Codechips in jedem der Codes miteinander abgleicht. Er bestimmt dann, um wieviel der lokal erzeugte PRN-Code zeitlich gegenüber dem bekannten Timing des Satelliten-PRN-Codes zum Zeitpunkt des Aussendens verschoben ist, und berechnet die zugehörige Pseudoentfernung. Je genauer der GNSS-Empfänger den lokal erzeugten PRN-Code mit dem PRN-Code im empfangenen Signal abgleicht, um so genauer kann der GNSS-Empfänger den zugehörigen Zeitunterschied und die zugehörige Pseudoentfernung bestimmen und damit seine globale Position.
Die Codesynchronisationsoperationen umfassen die Erfassung des Satelliten-PRN-Codes und das Verfolgen des Codes. Um den PRN-Code zu erfassen, führt der GNSS-Empfänger in der Regel eine Reihe von Korrelationsmessungen aus, die zeitlich um einen Codechip getrennt sind. Nach der Erfassung verfolgt der GNSS-Empfänger den empfangenen Code. Er macht im allgemeinen "früh-minus-spät"-Korrelationsmessungen, d.h. Messungen des Unterschieds zwischen (i) einer Korrelationsmessung für den PRN-Code im empfangenen Signal und einer frühen Version des lokal erzeugten PRN-Codes und (ii) einer Korrelationsmessung für den PRN-Code im empfangenen Signal und einer späten Version des lokal erzeugten PRN-Codes. Der GNSS-Empfänger verwendet dann die früh-minus-spät-Messungen in einer Verzögerungssynchronisationsschleife (DLL), die ein Fehlersignal erzeugt, das proportional zu dem Versatz zwischen dem lokalen und dem empfangenen PRN-Code ist. Das Fehlersignal wiederum wird dazu verwendet, den PRN-Codegenerator zu steuern, der den lokalen PRN-Code so verschiebt, daß das DLL-Fehlersignal minimal wird.
Der GNSS-Empfänger gleicht auch die Satelliten-Trägerwelle und die lokale Trägerwelle in der Regel mittels Korrelationsmessungen ab, die zu einer punktuellen Version des lokalen PRN-Codes gehören. Dazu verwendet der Empfänger eine Trägerwellen-Verfolgungsschleife.
Der GNSS-Empfänger empfängt nicht nur Satellitensignale entlang der Sichtlinie oder des direkten Weges, sondern auch Mehrwegsignale, das sind Signale, die unterschiedliche Wege zurücklegen und die vom Boden, von Wasserkörpern, nahen Gebäuden usw. auf den Empfänger reflektiert werden. Die Mehrwegsignale kommen nach dem Direktwegsignal beim GNSS-Empfänger an und verbinden sich mit dem Direktwegsignal zu einem verzerrten Empfangssignal. Diese Verzerrung des Empfangssignals beeinflußt die Codesynchronisationsoperationen negativ, da die Korrelationsmessungen, mit denen die Korrelation zwischen dem lokalen PRN-Code und dem Empfangssignal festgestellt wird, auf dem erhaltenen Gesamtsignal einschließlich den Mehrwegkomponenten davon beruhen. Die Verzerrung kann so groß sein, daß der GNSS-Empfänger versucht, sich statt mit dem Direktwegsignal mit einem Mehrwegsignal zu synchronisieren. Dies gilt besonders für Mehrwegsignale, deren Codebitübergänge in der Nähe der Zeitpunkte liegen, bei denen auch die Codebitübergänge im Direktwegsignal auftreten.
Ein Weg, die empfangenen und die lokal erzeugten PRN-Codes besser zu synchronisieren, ist die Verwendung von eng beabstandeten Korrelatoren für die Codeverfolgung. Die Verwendung von "engen Korrelatoren" ist in den US-Patenten 5 101 416; 5 390 207 und 5 495 499 beschrieben, die alle der gleichen Patentinhaberin gehören und die hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen werden. Es wurde festgestellt, daß die negativen Effekte der Mehrwegverzerrung der Signale auf die früh-minus-spät-Messungen durch Verringern des Verzögerungsabstands zwischen den frühen und späten Versionen des PRN-Codes wesentlich reduziert werden können. Der Verzögerungsabstand wird derart verringert, daß das Rauschen in den frühen und späten Korrelationsmessungen korreliert.
Die engen Korrelatoren befinden sich im wesentlichen näher am maximalen Wert der Korrelationsfunktion, der zu den Korrelationsmessungen für den punktuellen PRN-Code gehört, als die Beiträge von vielen der Mehrwegsignale. Die von diesen Korrelatoren durchgeführten früh-minus-spät-Korrelationsmessungen sind daher wesentlich weniger verzerrt als wenn sie in einem größeren Abstand vom Maximalwert erfolgen. Je näher sich die Korrelatoren am Maximalwert der Korrelationsfunktion befinden, um so mehr werden die negativen Effekte der Mehrwegsignale auf die Korrelationsmessungen vermindert. Der Verzögerungsabstand kann jedoch nicht so eng gemacht werden, daß sich die DLL nicht mehr mit dem PRN-Code des Satelliten synchronisieren kann und die Synchronisation aufrecht erhalten kann, da sonst der Empfänger den PRN-Code im empfangenen Signal nicht verfolgen kann, ohne wiederholt Zeit für die Neusynchronisation mit dem Code zu benötigen.
Die WO 97/06446 A beschreibt ein System, bei dem ein PRN-Code dadurch verfolgt wird, daß mittels einer Verzögerungssynchronisationsschleife mit zwei frühen Korrelatoren und zwei späten Korrelatoren um die Bitübergänge in einem lokalen PRN-Code Korrelationsmessungen erfolgen. Die WO 97/44682 A beschreibt einen GPS-Empfänger, bei dem die Periodizität einer auf die Korrelationsmessung angewendeten Gewichtungsfunktion auf der Basis der Werte von aufeinanderfolgenden Codebits geändert wird. Die Gewichtungen dienen zur Verringerung der Auswirkungen des Vorhandenseins von Mehrwegsignalen oder Rauschen im Empfangssignal.
Die vorliegende Erfindung umfaßt einen GNSS-Empfänger mit
einer Einrichtung zur Aufnahme eines GNSS-Satellitensignals;
einer Codeverfolgungs-Korrelationseinrichtung zum Verfolgen und Beibehalten einer Codesynchronisation mit dem PRN-Code in dem GNSS-Satellitensignal unter Verwendung erster Korrelationsmessungen bezüglich eines lokal erzeugten PRN-Codes; und mit
einer Leer-PRN-Code-Korrelationseinriclitung zur Durchführung zweiter Korrelationsmessungen unter Verwendung eines früh-minus-spät-Signals, das frühen und späten Versionen eines Leer-PRN-Codes entspricht, der mit Ausnahme von Bitübergängen in dem lokalen PRN-Code entsprechenden positiven und negativen Impulsen nullwertig ist,
wobei die Leer-PRN-Code-Korrelationseinrichtung unter Verwendung der zweiten Korrelationsmessungen den lokal erzeugten PRN-Code genauer mit dem PRN-Code in dem GNSS-Satellitensignal abgleicht als die Codeverfolgungs-Korrelationseinrichtung, und
wobei der Empfänger die Verfolgung des PRN-Codes mittels der Codeverfolgungs-Korrelationseinrichtung fortführt, um die Codesynchronisation mit dem PRN-Code beizubehalten, während die Leer-PRN-Code-Korrelationseinrichtung gleichzeitig die zweiten Korrelationsmessungen vornimmt.
Die vorliegende Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zum Verfolgen eines PRN-Codes in einem GNSS-Satellitensignal mit den Schritten
Aufnehmen eines GNSS-Satellitensignals;
Verfolgen und Beibehalten der Codesynchronisation mit einem PRN-Code in dem GNSS-Satellitensignal durch Ausführen erster Korrelationsmessungen unter Verwendung eines lokal erzeugten PRN-Codes;
Ausführen zweiter Korrelationsmessungen zum gleichen Zeitpunkt, zu dem die ersten Korrelationsmessungen zum Beibehalten der Codesynchronisation ausgeführt werden, unter Verwendung eines früh-minus-spät-Signals, das einer frühen und einer späten Versi on eines Leer-PRN-Codes entspricht, der außer für Bitübergängen in dem lokalen PRN-Code entsprechenden positiven und negativen Impulsen nullwertig ist; und
Verwenden der zweiten Korrelationsmessungen, um den lokal erzeugten PRN-Code genauer auf den PRN-Code in dem GNSS-Satellitensignal auszurichten als die Ausrichtung, die in dem Schritt zum Verfolgen und Beibehalten der Codesynchronisation erreicht wird.
Die Erfindung kann bei jedem GNSS-Empfänger verwendet werden, etwa bei einem Empfänger, der die Signale verwendet, die von GPS- oder GLONASS-Satelliten erzeugt werden. Entsprechend betrifft die Erfindung GNSS-Empfänger, was GPS- und GLONASS-Empfänger einschließt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und weitere Vorteile der Erfindung können unter Bezug auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden werden. Es zeigen:
1 ein funktionelles Blockschaltbild eines erfindungsgemäß aufgebauten GNSS-Empfängers;
2 ein funktionelles Blockschaltbild des PRN-Code-Korrelationssystems im Empfänger der 1;
3 eine Darstellung eines PRN-Codes und der zugehörigen Versionen von PRN-Leercodes;
4 ein funktionelles Blockschaltbild einer PRN-Leercode-Logikschaltung, die im GNSS-Empfänger der 1 enthalten ist;
5 ein Zeitdiagramm für die Komponenten der PRN-Leercode-Logikschaltung der 4; und
6 ein Flußdiagramm für die Codeverfolgungsoperationen des GNSS-Empfängers der 1.
GENAUE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie in der 1 gezeigt, empfängt ein GNSS-Empfänger 10 über eine Antenne 11 Satellitensignale, konvertiert die Signale in einem Abwärtskonverter 12 herunter und tastet die Signale in einem Abtaster 14 ab, um auf die bekannte Weise I- und Q-Abtastsignale zu erzeugen. Die I- und Q-Abtastsignale werden über einen Kanalbus 15 Kanälen 16₁ , 16₂ , ... zugeführt, die mit der Ausnahme der Verwendung eines anderen PRN-Codes für jeden Kanal identisch sind. Die Kanäle werden im folgenden zusammen durch den Bezugskanal 16 bezeichnet.
Jeder Kanal 16 umfaßt einen PRN-Codegenerator 20, der den lokalen PRN-Code erzeugt, und Komplexkorrelatoren 22, die jeweils I- und Q-Korrelationsmessungen ausführen, um die Korrelation zwischen dem lokalen PRN-Code und dem empfangenen Signal zu bestimmen. Die Korrelatoren 22 führen die Korrelationsmessungen dadurch aus, daß sie die I- und Q-Abtastwerte mit frühen, punktuellen und/oder späten Versionen des lokalen PRN-Codes und frühen, punktuellen und/oder späten Versionen eines von der Leer-PRN-Code-Logikschaltung 30 erzeugten "Leer-PRN-Codes" multiplizieren. Der Leer-PRN-Code wird weiter unten mit Bezug zu der 3 erläutert, und die Operationen der Leer-PRN-Code-Logikschaltung 30 und der Korrelatoren 22, die den Leer-PRN-Code verwenden, werden weiter unten mit Bezug zu den 4 und 5 genauer erläutert. Die Operationen der Korrelatoren 22, die den lokalen PRN-Code verwenden, werden weiter unten mit Bezug zur 2 erläutert.
Der Leer-PRN-Code wird während der Signalverfolgungsoperationen verwendet, um den empfangenen PRN-Code und die Trägerwelle zu verfolgen. Diese Operationen erfolgen, nachdem der GNSS-Empfänger 10 seine Signalaufnahmeoperationen auf die bekannte Weise ausgeführt hat, wie es in den US-Patenten 5 101 416; 5 390 207 und 5 495 499 beschrieben ist, die hier durch Bezugnahme eingeschlossen sind. Wir beschreiben im folgenden die relevanten Operationen des GNSS-Empfängers 10 bei der Verfolgung des empfangenen Codes und der empfangenen Trägerwelle ohne Bezug zu den Signalaufnahmeoperationen. Es erfolgt auch kein Bezug auf die Verfolgungsoperationen für den Code oder die Trägerwelle, die sich durch die Verwendung des Leer-PRN-Codes nicht ändern. Zum Beispiel beschreiben wir nicht, wie der Empfänger das Ausmaß der Dopplerverschiebung bestimmt und wie er diese Informationen bei den Verfolgungsoperationen für die Trägerwelle verwendet. Dem Fachmann sind diese Verfolgungsoperationen für die Trägerwelle und den Code wie die Signalaufnahmeoperationen bekannt. Außerdem sind diese Verfolgungsoperationen für die Trägerwelle und den Code in den genannten Patenten beschrieben.
Wie in der 1 gezeigt, wird in jedem Kanal 16 der PRN-Codegenerator 20 durch einen Codesynchronisator 24 gesteuert, der den PRN-Codegenerator anweist, den lokalen PRN-Code zeitlich zu verschieben. Der Codesynchronisator 24 wird seinerseits von einem Mikroprozessor 18 gesteuert, der die Korrelationsmeßwerte über einen Steuerbus 21 zugeführt erhält. Der Mikroprozessor 18 verwendet die Korrelationsmeßwerte in einer Verzögerungssynchronisationsschleife (DLL), die der Prozessor für den Kanal betreibt. Die DLL erzeugt auf bekannte Weise ein Fehlersignal für die Codeverfolgung, das der Codesynchronisator dazu verwendet, den PRN-Codegenerator 20 anzuweisen, den lokalen PRN-Code zu verschieben. Im wesentlichen weist der Codesynchronisator den PRN-Codegenerator an, den lokalen PRN-Code so zu verschieben, daß das Fehlersignal für die Codeverfolgung minimal wird.
Ein auf die bekannte Weise arbeitender Trägerwellen-Synchronisator 26 gleicht eine lokal erzeugte Trägerwelle mit der Satelliten-Trägerwelle ab. Der Trägerwellen-Synchronisator 26 wird vom Mikroprozessor 18 gesteuert, der auf der Basis der Korrelationsmessungen für die punktuelle Version des lokalen PRN-Codes ein Fehlersignal für die Trägerwellenphase erzeugt. Der Trägerwellen-Synchronisator steuert dann den Winkel, um den die I- und Q-Signal-Abtastwerte von den Korrelatoren 22 gedreht werden, so, daß der Phasenfehler für die Trägerwelle kleiner wird, und entfernt die Satelliten-Trägerwelle aus den Abtastwerten. Der Trägerwellen-Synchronisator 26 erzeugt auf bekannte Weise auch Informationen für den Code-Synchronisator 24 zur trägerunterstützten Verfolgung des empfangenen PRN-Codes.
Teilweise auf der Basis der berechneten Trägerwellenphase und des Timings des lokalen PRN-Codes führt der Mikroprozessor 18 die Berechnungen für die Pseudoentfernung aus und bestimmt die globale Position des Empfängers, alles auf bekannte Weise.
Wie in der 2 gezeigt, schickt der Code-Synchronisator 24 frühe, punktuelle und späte Taktsignale an den PRN-Codegenerator 20 und die Verzögerer 28 und 29. Der PRN-Codegenerator 20 erzeugt die frühe Version des PRN-Codes. Der Verzögerer 28 erzeugt in Reaktion auf den Erhalt der frühen Version des Codes vom PRN-Codegenerator 20 und des punktuellen Taktsignals vom Code-Synchronisator 24 die punktuelle Version des PRN-Codes. Gleichermaßen erzeugt der Verzögerer 29 in Reaktion auf den Erhalt der punktuellen Version des Codes vom Verzögerer 28 und des späten Taktsignals vom Code-Synchronisator 24 die späte Version des PRN-Codes.
Der Komplexkorrelator 22a nimmt die punktuelle Version des PRN-Codes und die I- und Q-Abtastwerte des empfangenen Signals sowie die Informationen über den Trägerwellenwinkel vom Trägerwellen-Synchronisator 24 auf. Er multipliziert dann die Signal-Abtastwerte mit dem Code, nachdem die Signal-Abtastwerte um den Trägerwellenwinkel gedreht wurden, um die Trägerwelle zu entfernen. Alternativ entfernt der Korrelator 22a die Trägerwelle nach der PRN-Code-Multiplikation. Die Ergebnisse der Rotations- und Multiplikationsoperationen, d.h. die punktuellen Korrelationsmeßwerte, werden für eine vorgegebene Zeitspanne akkumuliert, bevor sie über den Steuerbus 21 zum Mikroprozessor 18 geschickt werden. Der Mikroprozessor 18 verwendet die Korrelationsmeßwerte in einer Phasensynchronisationsschleife, um den Fehler in der Trägerwellenphase zu bestimmen, und gibt an den Trägerwellen-Synchronisator 26 Signale über das Fehlersignal. Der Trägerwellen-Synchronisator 26 stellt dann den Winkel ein, mit dem er die Korrelatoren 22a–b anweist, die I- und Q-Abtastwerte zu drehen.
Der Komplexkorrelator 22b arbeitet in einem von zwei Moden, einem Signalaufnahmemodus und einem Signalverfolgungsmodus, wie es genauer in den angegebenen Patenten beschrieben ist. Im Signalaufnahmemodus befindet sich ein Schalter 25 in einer ersten Stellung, in dem er kontinuierlich auf eine Freigabeleitung 27b zugreift, so daß der Korrelator 22b kontinuierlich freigegeben ist. In diesem Modus führt der Korrelator 22b Korrelationsmessungen für die frühe Version des lokalen PRN-Codes aus. Nach der Aufnahme des Signals wird der Schalter 25 in eine zweite Stellung gebracht, im der durch ein XOR-Gatter 23 selektiv auf die Freigabeleitung 27b zugegriffen wird. In diesem zweiten oder Signalverfolgungsmodus führt der Korrelator 22b früh-minus-spät-Korrelationsmessungen aus, die bei den Codeverfolgungsoperationen verwendet werden. Das XOR-Gatter 23 gibt den Zugriff auf die Freigabeleitung frei, wenn die frühe und die späte Version des PRN-Codes sich unterscheiden, und es sperrt den Zugriff auf die Freigabeleitung, wenn die beiden Versionen identisch sind. Die vom Korrelator 22b erzeugten Korrelati onsmeßwerte sind die gleichen wie die, die durch Subtrahieren der von getrennten frühen und späten Korrelatoren erzeugten Korrelatonsmeßwerte erhalten werden.
Wenn der Korrelator 22b freigegeben ist, dreht er die erhaltenen Signal-Abtastwerte, um die Trägerwelle zu entfernen, und multipliziert die gedrehten Abtastwerte mit der frühen Version des PRN-Codes. Alternativ kann der Korrelator 22b statt dessen die Abtastwerte mit der späten Version des Codes multiplizieren. Der Korrelator 22b kann auch zum Entfernen der Trägerwelle die Abtastwerte nach der Multiplikationsoperation drehen. Der Korrelator 22b akkumuliert dann die Ergebnisse der Multiplikations- und Rotationsoperationen, das heißt er akkumuliert die früh-minus-spät-Korrelationsmeßwerte. Nach einer vorgegebenen Zeitspanne gibt er die akkumulierten Meßwerte über den Steuerbus 21 an den Mikroprozessor 18. Der Mikroprozessor verwendet dann die Korrelationsmeßwerte in seinen DLL-Verarbeitungsoperationen.
Zu Beginn der Code-Verfolgungsoperationen legt der Code-Synchronisator 24 den Verzögerungsabstand zwischen der frühen, punktuellen und späten Version des PRN-Codes durch Einstellen des Timings für das frühe, punktuelle und späte Taktsignal fest. Der Verzögerungsabstand wird für die Signalaufnahme auf einen Codechip eingestellt und für die Codeverfolgung auf einen Bruchteil eines Codechips herabgesetzt, wie es in den genannten Patenten beschrieben ist. Der/Die Korrelator(en), der/die mit den frühen und späten Versionen des PRN-Codes arbeitet/arbeiten, die zeitlich um den verringerten Verzögerungsabstand getrennt sind, wird/werden in der GNSS-Industrie als die "engen Korellatoren" bezeichnet.
Wie angegeben werden die vom Korrelator 22b erzeugten früh-minus-spät-Korrelationsmeßwerte vom Mikroprozessor 18 bei den DLL-Verarbeitungsoperationen verwendet, die die Operationen des Code-Synchronisators 24 unmittelbar nach dem Empfang des Satellitensignals steuern. Entsprechend sollte der Verzögerungsabstand für diese Korrelatoren, das heißt der verringerte Verzögerungsabstand, nicht zu klein sein, um sicherzustellen, daß sich die DLL mit dem empfangenen Code synchronisiert. Dies ist besonders wichtig für GNSS-Empfänger, die sich in sich bewegenden Fahrzeugen befinden, etwa in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen undsoweiter. Die Grenze für den Verzögerungsabstand wird letztlich durch die Eingangs- oder Hochfrequenzbandbreite des Empfängers bestimmt. Bei einer größeren Bandbreite kann der Verzögerungsabstand kleiner gemacht werden, wie es in den genannten Patenten beschrieben ist. Nach unseren Erfahrungen kann mit einer Eingangsbandbreite von 10 MHz der Verzögerungsabstand auf etwa ein Zehntel eines Codechip herabgesetzt werden.
Zusätzlich zu den Korrelatoren 22a–b, die die Korrelationsmessungen für die Codeverfolgung produzieren, nutzt der Empfänger 10 punktuelle und früh-minus-spät-"Leercode"-Komplexkorrelatoren 22c und 22d, um mittels einer frühen, einer punktuellen und einer späten Version eines Leer-PRN-Codes Korrelationsmessungen durchzuführen. Diese Leercode-Korrelatoren korrelieren die I- und Q-Signal-Abtastwerte mit einem Code, der aus lauter Nullen besteht, mit der Ausnahme des Bruchteils eines Codechips, der den Zei ten des Bitübergangs im lokalen PRN-Code entspricht, wie es im folgenden anhand der 3 und 4 erläutert wird.
Die Verwendung des Leer-PRN-Codes beseitigt die Beiträge zu den akkumulierten punktuellen und früh-minus-spät-Korrekturmessungen von allen Mehrwegsignalen mit Ausnahme derjenigen, die Bitübergänge aufweisen, die zeitlich den von Null verschiedenen Abschnitten des Leer-PRN-Codes entsprechen. Die Beiträge zu den Korrelationsmeßwerten von den Mehrwegsignalen, die zu den Zeiten der Leercodeimpulse keine Übergänge aufweisen, heben sich bei der Akkumulation der von Null verschiedenen Korrelationsmeßwerte auf. Diese Mehrwegsignale sind nämlich während der Zeiten von benachbarten positiven und negativen Impulsen im Leercode im wesentlichen konstant. Zur Aufnahme der Korrelationsmeßwerte werden die Signale mit den positiven (+1) und den negativen (–1) Codewerten für die benachbarten Codeimpulse multipliziert. Wenn die Ergebnisse akkumuliert oder aufsummiert werden, heben sich die Beiträge der Mehrwegsignale auf.
Anhand der 3 wird nun die Theorie erläutert, die hinter der Verwendung des Leer-PRN-Codes steht. Anhand der 4 und 5 wird dann erläutert, wie der GNSS-Empfänger 10 von der Leer-PRN-Codekorrelation vorteilhaft Gebrauch macht.
In der 3 ist der lokale PRN-Code mit A bezeichnet, der Leer-PRN-Code mit B, die früh-minus-spät-Version des Leer-PRN-Codes mit C und das empfangene Satellitensignal mit D. Wie gezeigt macht der lokale PRN-Code zum Codechipzeitpunkt t₁ einen positiven Bitübergang 400 auf +1, gefolgt von einem negativen Bitübergang 402 auf –1 zum Codechipzeitpunkt t₂ und einem positiven Bitübergang 404 auf +1 zum Codechipzeitpunkt t₃. Zum Codechipzeitpunkt t₄ gibt es keinen Bitübergang im Code. Zum Codechipzeitpunkt t₅ macht der lokale PRN-Code einen negativen Bitübergang 406 von 1 auf –1, bleibt über den Codechipzeitpunkt t₆ auf –1 und macht dann zum Zeitpunkt t₇ einen positiven Bitübergang 408 von –1 auf 1 und zum Codechipzeitpunkt t₈ einen negativen Übergang 410.
Der Leer-PRN-Code weist zwischen den Bitübergängen im lokalen PRN-Code den Wert Null auf und umfaßt zu den Zeiten der Bitübergänge im lokalen PRN-Code verbundene kurze Impulse 420. Der Impuls 420 besteht aus einem ersten Impuls 421, der dem Bitübergang im lokalen PRN-Code vorangeht, und einem zweiten Impuls 422, der dem Bitübergang folgt. Wie in der Zeichnung gezeigt, umfaßt der Leer-PRN-Code zu den Zeitpunkten der positiven Bitübergänge 400, 404 und 408 jeweils einen positiven ersten Impuls 421, dem ein negativer zweiter Impuls 422 folgt, und zu den Zeitpunkten der negativen Bitübergänge 402, 406 jeweils einen negativen ersten Impuls 421, dem ein positiver zweiter Impuls 422 folgt.
Der Leer-PRN-Code kann statt dessen an den positiven Bitübergängen im lokalen PRN-Code auch einen negativen ersten Impuls und einen positiven zweiten Impuls umfassen, wenn an den negativen Bitübergängen Impulse mit umgekehrter Polarität auftreten. Diese Impulse unterschiedlicher Polarität bewirken eine Vorzeichenänderung im Verlauf der zugehörigen Diskriminatorkurve.
Das empfangene Satellitensignal umfaßt im Direktwegbeitrag zum Signal Codebitübergänge 450. Wie oben angegeben verfolgt der lokale PRN-Code den Direktweg-PRN-Code mittels der engen Korrelatoren, weshalb die Bitübergänge 400 bis 408 im lokalen PRN-Code nahe an den Bitübergängen 450 im Direktweg-PRN-Code auftreten. Das empfangene Signal enthält auch Mehrweg-Signalbeiträge mit Bitübergängen 452 und 454. Das empfange Signal ist somit eine Kombination der Signale, die in der 3 mit D_DIREKTWEG und D_MEHRWEG bezeichnet sind.
Um die Korrelation zwischen dem empfangenen Satellitensignal und dem Leer-PRN-Code zu bestimmen, multiplizieren die Korrelatoren 22c–d das Satellitensignal, genauer gesagt Abtastwerte dieses Signals, mit dem Leer-PRN-Code. Wenn die Multiplikation die Abschnitte des Leer-PRN-Codes mit dem Wert Null umfaßt, sind daher alle Korrelationsmeßwerte gleich Null und tragen damit nicht zu den akkumulierten Korrelationsmeßwerten bei.
Die Bitübergänge 450 im Direktwegsignal treten nahe an den Bitübergängen 400 bis 408 im lokalen PRN-Code auf. Die Flanken der Bitübergänge 450 treten daher zu Zeiten auf, die den Impulsen 420 im Leer-PRN-Code entsprechen. Die Leercode-Korrelatoren 22c–d erzeugen daher in Verbindung mit diesen Bitübergängen 450 von Null verschiedene Korrelationsmeßwerte. Diese von Null verschiedenen Korrelationsmeßwerte tragen zu den akkumulierten Korrelationsmeßwerten bei, die zu den Code- und Trägerwellen-Synchronisatoren weitergeleitet werden.
Die Bitübergänge 452 im empfangenen Signal sind mit kurzreichweitigen Mehrwegsignalen verbunden und die Bitübergänge 454 mit langreichweitigen Mehrwegsignalen. Die Leercode-Korrelatoren 22c–d bilden in Verbindung mit den Bitübergängen 452 und 454, die während der Abschnitte des Leer-PRN-Codes mit dem Wert Null auftreten, Korrelationsmeßwerte mit dem Wert Null. Die Beiträge dieser Mehrwegsignale zu den von Null verschiedenen Korrelationsmeßwerten heben sich auf, wenn während des von Null verschiedenen Abschnitts des Leer-PRN-Codes keine Bitübergänge 452 oder 454 auftreten. Die Beiträge der Mehrwegsignale, die während der Dauer der Impulse konstant sind, heben sich auf, da der gleiche Wert mit zum Beispiel einem ersten positiven Impuls im Leer-PRN-Code und dem benachbarten negativen Impuls im Leer-PRN-Code multipliziert wird. Wenn diese Produkte akkumuliert werden, addieren sich die Abschnitte der Korrelationsmeßwerte, die den Mehrwegsignalen zuzuordnen sind, zu Null. Die Abschnitte der Korrelationsmeßwerte, die Signalen mit Bitübergängen während der Impulszeiten zuzuordnen sind, akkumulieren jedoch nicht zu Null. Entsprechend tragen Mehrwegsignale mit Bitübergängen, die während der Impulszeiten auftreten, zu den Korrelationsmeßwerten bei.
Wenn wenigstens einige der Bitübergänge in den Mehrwegsignalen vor dem Impuls 421 oder nach dem Impuls 422 auftreten, erzeugen die Leercode-Korrelatoren 22c–d akkumulierte Korrelationsmeßwerte für Mehrwegsignale, die kleiner sind als diejenigen für das Direktwegsignal. Für das Direktwegsignal akkumulieren die Korrelatoren von Null verschiedene Korrelationsmeßwerte, in denen sich die Beiträge für das Signal nicht aufhe ben. Für Mehrwegsignale akkumulieren die Korrelatoren von Null verschiedene Korrelationsmeßwerte, in denen sich die Beiträge aller Mehrwegsignale aufheben, mit Ausnahme derjenigen mit Bitübergängen, die während der Codeimpulse auftreten. Der Empfänger verfolgt daher keine Mehrwegsignale mit Bitübergängen, die zu anderen Zeiten als den Zeiten der kurzen benachbarten Impulse auftreten.
Der früh-minus-spät-Leer-PRN-Code ist eine Kombination eines frühen Leer-PRN-Codes mit einem negierten späten Leer-PRN-Code. Er hat zwischen den Bitübergängen im lokalen PRN-Code den Wert Null und umfaßt an jedem Bitübergang im lokalen PRN-Code eine Folge von drei Impulsen 470. Für positive Bitübergänge im lokalen PRN-Code umfaßt der früh-minus-spät-Leer-PRN-Code (i) einen positiven ersten Impuls 471, der dem positiven Impuls 421 im Leer-PRN-Code vorangehet, (ii) einen negativen zweiten Impuls 472, der doppelt so lang ist wie der positive erste Impuls und der zeitlich dem verbundenen Impuls 420 im Leer-PRN-Code entspricht, und (iii) einen positiven dritten Impuls 473, der dem negativen Impuls 422 im Leer-PRN-Code folgt. Bei negativen Bitübergängen im lokalen PRN-Code sind die Polaritäten der Impulse 471 bis 473 denen der Impulse 470 für positive Bitübergänge entgegengesetzt.
Die Polaritäten der Folge von Impulsen 470 können vertauscht sein, so daß zum Beispiel die Impulse für einen positiven Bitübergang im lokalen PRN-Code aus einem negativen ersten Impuls, einem positiven zweiten Impuls und einem negativen dritten Impuls bestehen. Wie oben hinsichtlich des Leer-PRN-Codes angegeben, ist die Folge des Vertauschens der Polaritäten der Impulse eine Vorzeichenänderung im Verlauf der zugehörigen Diskriminatorkurve.
Wie in der 4 gezeigt, umfaßt die Logikschaltung 30 für den Leer-PRN-Code vier Verzögerer 32 bis 35, das heißt zwei frühe Verzögerer 32 und 33 und zwei späte Verzögerer 34 und 35. Der PRN-Codegenerator 20 erzeugt die früheste Version des lokalen PRN-Codes, die in der Zeichnung mit E2 bezeichnet ist. Nach Durchlaufen des Verzögerers 32 wird eine frühe Version des lokalen PRN-Codes erzeugt, die zeitlich näher am punktuellen PRN-Code liegt. Diese frühe Version des Codes ist in der Zeichnung mit E1 bezeichnet. Der Verzögerer 33 erzeugt die punktuelle Version des lokalen PRN-Codes, die der punktuellen Version der vom Verzögerer 28 (2) erzeugten punktuellen Version entspricht. Der Verzögerer 34 erzeugt eine späte Version des Codes, die in der Zeichnung mit L1 bezeichnet ist. Der Verzögerer 35 erzeugt eine noch spätere Version des Codes, die mit L2 bezeichnet ist. Die Verzögerer 32 bis 35 weisen voneinander einen zeitlichen Abstand Δ auf, der auch die Dauer der kurzen Impulse 421 oder 422 ist. Der früheste und der späteste Verzögerer 32 und 35 weisen vorzugsweise einen Abstand von einem Bruchteil eines Codechips auf, der kleiner ist als der Verzögerungsabstand für die engen Korrelatoren 22a–b (2).
Die Logikschaltung 30 für den Leer-PRN-Code umfaßt zwei XOR-Gatter 500 und 502, die die Freigabeleitungen 27c und 27d der Leercode-Korrelatoren 22c und 22d steuern. Die Korrelatoren 22c–d sind während der Abschnitte mit dem Wert Null der zugehöri gen punktuellen und früh-minus-spät-Leer-PRN-Codes gesperrt und während der Impulse 420 oder 470 freigegeben. Dadurch ergibt sich das gleiche Ergebnis wie beim Multiplizieren der I- und Q-Abtastwerte des Satellitensignals mit den Abschnitten des Codes mit dem Wert Null und mit dem Wert ungleich Null, das heißt keine Änderungen oder Beiträge zu dem akkumulierten Korrelationsmeßwerten während der Abschnitte des Leer-PRN-Codes mit dem Wert Null und Beiträge während der Abschnitte des Codes mit einem Wert ungleich Null.
Die XOR-Gatter 500 und 502 erzeugen in Verbindung mit den Gattern 504 bis 507 und dem Inverter 508 an den Korrelatoren 22c–d die Impulse 420 und 470. Da die Korrelatoren nicht auf Codesignale reagieren, die sie erhalten, während sie gesperrt sind, brauchen die Gatter 504 bis 507 für die Perioden, während denen die Korrelatoren gesperrt sind, keine Signale mit dem Wert Null erzeugen und tun dies auch nicht. Alternativ kann die Logikschaltung 30 für den Leer-PRN-Code die Korrelatoren 22c–d auch permanent freigeben und direkt die Abschnitte des Leercodes mit dem Wert Null und mit einem Wert ungleich Null erzeugen.
Der in den 3 und 5 mit B bezeichnete Leer-PRN-Code wird dadurch am Korrelator 22c erzeugt, daß der Korrelator immer dann freigegeben wird, wenn sich die Versionen E1 und L1 des lokalen PRN-Codes unterscheiden. Diese Versionen unterscheiden sich immer dann, wenn sich in der punktuellen Version des lokalen PRN-Codes ein Bitübergang abzeichnet.
Wie in der 5 gezeigt, geht der Code E1 zum Zeitpunkt t₁ – Δ vom niedrigen auf den hohen Pegel, was gerade vor dem positiven Bitübergang 400 des punktuellen PRN-Codes zum Zeitpunkt t₁ erfolgt. Zu diesem Zeitpunkt t₁ – Δ greift das XOR-Gatter 500 auf die Leitung 27c zu und gibt den Korrelator 22c frei. Der lokale punktuelle PRN-Code ist zu diesem Zeitpunkt auf dem niedrigen Pegel, und der Inverter 508, der auf der Leitung 37 den Leer-PRN-Code erzeugt, erzeugt ein hohes Signal. Zum Zeitpunkt t₁ macht die punktuelle Version des PRN-Codes einen positiven Übergang, und das Signal vom Inverter 508 geht auf Null. Der Inverter 508 hat somit auf der Leitung 37 den positiven ersten Impuls 421 und einen Übergang auf den negativen zweiten Impuls 422 produziert.
Für die Zeitspanne Δ erzeugt der Inverter 508 über den Verzögerer 34 das niedrige Signal, und das XOR-Gatter 500 hält die Freigabeleitung 27c hoch. Zum Zeitpunkt t₁ + Δ macht die L1-Version des lokalen PRN-Codes einen positiven Übergang, und das XOR-Gatter 500, das nun zwei positive Signale erhält, gibt die Leitung 7c frei und sperrt den Korrelator 22c. Dies erzeugt am Korrelator 22c den Übergang auf Null, der den Impuls 422 beendet. Das XOR-Gatter 500 hält dann die Leitung 27c weiter niedrig, bis zum Zeitpunkt t_j – Δ, der unmittelbar vor dem nächsten Bitübergang in der punktuellen Version des lokalen PRN-Codes zum Zeitpunkt t_j liegt, das E1-Signal von hoch auf niedrig übergeht. Der Inverter 508 erzeugt ein von Null verschiedenes Signal, wenn der Korrelator 22c gesperrt ist. Da der Korrelator 22c jedoch im gesperrten Zustand nicht auf das Inverter-Ausgangssignal reagiert, ist dieses Signal am Korrelator im Endeffekt auf Null.
Wenn der Korrelator 22c freigegeben ist, reagiert er auf den ersten und den zweiten Impuls 421 und 422 durch das Erzeugen von Korrelationsmeßwerten, die nicht Null sind. Er multipliziert dann die I- und Q-Abtastwerte des empfangenen Signals abhängig von der Polarität der einzelnen Impulse 421 und 422 mit ±1 und akkumuliert die Ergebnisse. Der Korrelator 22c ist zu allen anderen Zeiten gesperrt und trägt daher zu diesen Zeiten nicht zu den akkumulierten Korrelationsmeßwerten bei. Es ist dies das gleiche Ergebnis, das erhalten wird, wenn der Korrelator statt dessen die I- und Q-Abtastwerte sowohl mit den von Null verschiedenen Abschnitten als auch mit den auf Null liegenden Abschnitten des Leer-PRN-Codes multipliziert und die Korrelationsmeßwerte dann akkumuliert.
Der früh-minus-spät-Leer-PRN-Code, der in den 3 und 5 mit C bezeichnet ist, wird am Korrelator 22d durch das XOR-Gatter 502 und das NOR-Gatter 507 erzeugt. Wenn sich die E2- und L2-Versionen des lokalen FRN-Codes unterscheiden, greift das XOR-Gatter 502 auf die Leitung 27d zu und gibt somit den Korrelator 22d frei. Dies erfolgt zum Zeitpunkt t_j – 2Δ, die Zeit, die um die Zeitspanne 2Δ vor dem Bitübergang in der punktuellen Version des PRN-Codes zum Beispiel zum Zeitpunkt t₁ liegt.
Wenn zum Zeitpunkt t₁ – 2Δ das XOR-Gatter 502 das hohe Signal erzeugt, ist E2 hoch, und E1, L1 und L2 sind auf dem tiefen Pegel. Das XOR-Gatter 504, das die E1- und L1-Versionen des Codes erhält, erzeugt ein tiefes Signal, das an einen der Eingänge des UND-Gatters 506 angelegt wird. Das UND-Gatter 506 erhält auch die E2-Version des Codes zugeführt und erzeugt in Reaktion auf das hohe E2-Signal und das niedrige Signal vom XOR-Gatter 504 ein Signal auf dem tiefen Pegel. Das UND-Gatter 505 erzeugt in Reaktion auf die Aufnahme von invertierten Versionen des E2-Signals und des Signals vom XOR-Gatter 504 ebenfalls ein Signal auf dem tiefen Pegel. Das NOR-Gatter 507 nimmt diese beiden tiefen Signale auf und erzeugt auf der Leitung 38 ein hohes Ausgangssignal, das der Beginn des positiven ersten Impulses 471 im früh-minus-spät-Leer-PRN-Code ist.
Das XOR-Gatter 504 setzt die Erzeugung des tiefen Signals fort, bis die E1-Version des lokalen PRN-Codes zum Zeitpunkt t₁ – Δ auf den hohen Pegel geht. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt das XOR-Gatter 504 ein hohes Signal, und die UND-Gatter 505 und 506 erzeugen ein hohes bzw. tiefes Signal. Das NOR-Gatter 507 reagiert auf die von den UND-Gattern erzeugten Signale mit einem tiefen Signal auf der Leitung 38, was der Übergang zwischen dem positiven ersten Impuls 471 und dem negativen zweiten Impuls 472 ist. Die Gatter 504 bis 507 setzen die Erzeugung der gleichen Signale für eine Zeitspanne von 2Δ fort, bis die L1-Version des Codes einen positiven Übergang macht. Wenn dies zum Zeitpunkt t₁ + Δ erfolgt, erzeugt das XOR-Gatter 504 ein tiefes Signal, und die UND-Gatter 505 und 506 erzeugen jeweils ein tiefes Signal. Das NOR-Gatter 507 erzeugt dann ein hohes Ausgangssignal, das der Übergang vom zweiten Impuls 472 zum dritten Impuls 473 ist.
Eine Zeitspanne Δ später, d.h. zum Zeitpunkt t₁ + 2Δ, geht das L2-Signal hoch, und das XOR-Gatter 502 gibt die Leitung 27d frei und sperrt den Korrelator 22d. Dadurch entsteht am Korrelator der Übergang zu dem auf Null liegenden Abschnitt des früh-minus- spät-Leer-PRN-Codes, der auf den Impuls 473 folgt. Das XOR-Gatter 502 hält dann den Korrelator 22d bis zum Zeitpunkt 2Δ vor dem nächsten Bitübergang im punktuellen PRN-Code gesperrt. In diesem Beispiel gibt das XOR-Gatter 502 den Korrelator 22d vor den Bitübergängen zu den Zeitpunkten t₂, t₃, t₅ usw. frei. Es gibt jedoch den Korrelator nicht zu den Zeitpunkten t₄ oder t₆ frei, da zu diesen Zeitpunkten im lokalen PRN-Code keine Bitübergänge erfolgen.
Der Korrelator 22d reagiert auf die Impulse 471 bis 473, die mit dem Bitübergang 400 verbunden sind, durch das Erzeugen von von Null verschiedenen Korrelationsmeßwerten, die einer Multiplikation der I- und Q-Abtastwerte des empfangenen Signals mit +1, –1 bzw. +1 entsprechen. Der Korrelator 22d wird dann bis unmittelbar vor den nächsten Bitübergang im punktuellen PRN-Code gesperrt. Er produziert daher bis zum Zeitpunkt t₂ – 2Δ keinen weiteren Korrelationsmeßwert. Wie bereits erwähnt, ergibt das Sperren des Korrelators zwischen den Bitübergängen im lokalen PRN-Code das gleiche Ergebnis wie eine Multiplikation der I- und Q-Abtastwerte mit den auf Null liegenden Abschnitten des früh-minus-spät-Leer-PRN-Codes und Akkumulieren der Korrelationsmeßwerte mit dem Wert Null.
Die beiden UND-Gatter 504, 506 können durch einen Multiplexer (nicht gezeigt) ersetzt werden, der in Abhängigkeit vom Zustand des Signals vom XOR-Gatter 502 das E2-Signal oder ein invertiertes E2-Signal auswählt.
Die minimale Breite der Impulse 421 und 422 wird von der Eingangs- oder Hochfrequenzbandbreite des Empfängers bestimmt. Die Impulse müssen breit genug sein, um die ansteigenden und fallenden Flanken der Bitübergänge im empfangenen Signal zu erfassen. Bei einer breiten Eingangsbandbreite sind die ansteigenden und abfallenden Flanken der Bitübergänge schärfer. Die Flanken können daher mit einem kürzeren Impuls erfaßt werden. Bei einer kleineren Eingangsbandbreite und weniger scharfen Bitübergangsflanken sind dagegen Impulse längerer Dauer erforderlich. Wenn der Empfänger eine Eingangsbandbreite von 10 MHz aufweist, beträgt die Dauer der Impulse 421 und 422 0,5 Mikrosekunden oder ein Zwanzigstel eines Codechips.
Anhand der 6 werden nun die Operationen des GNSS-Empfängers 10 erläutert. Der GNSS-Empfänger nimmt das Satellitensignal auf und verringert den Verzögerungsabstand zwischen den Codeverfolgungskorrelatoren 22a–b, um den Satelliten-PRN-Code mit einer Codeverfolgungs-DLL zu verfolgen (Schritte 600, 601). Wenn die Codeverfolgungs-DLL mit dem empfangenen PRN-Code synchronisiert ist, benutzt der GNSS-Empfänger die Korrelationsmeßwerte von den Leercode-Korrelatoren in einer Leercode-DLL, um den lokalen PRN-Code besser mit dem Satelliten-PRN-Code abzugleichen (Schritte 602, 605, 606). Er benutzt auch punktuelle Leer-PRN-Code-Korrelationsmeßwerte, um die lokale Trägerwelle mit der Satelliten-Trägerwelle abzugleichen (Schritt 607). Gleichzeitig fährt der Empfänger fort, den empfangenen PRN-Code mit den Codeverfolgungskorrelatoren zu verfolgen, damit die Codeverfolgungs-DLL mit dem empfangenen Code synchron bleibt. Wenn die Codeverfolgungs-DLL die Codesynchronisation verliert, benutzt der Empfänger den engen Korrelator und Korrelationsmessungen am punktuellen PRN-Code, um den Code wieder mit dem empfangenen Signal zu synchronisieren. Während sich die Codeverfolgungs-DLL wieder synchronisiert, nutzt der Empfänger diese Korrelationsmessungen, um den lokalen PRN-Code und die lokale Trägerwelle wieder mit dem Satelliten-PRN-Code und der Satelliten-Trägerwelle abzugleichen (Schritte 602 bis 604). Wenn die Codeverfolgungs-DLL wieder mit dem empfangenen Code synchron ist, nutzt der Empfänger erneut die Leer-PRN-Code-Korrelationsmessungen (Schritte 602, 605 bis 607).
Unter Verwendung der Korrelationsmessungen entweder für den PRN-Code oder den Leer-PRN-Code zum Abgleichen der Trägerwellen und der PRN-Codes bestimmt der Empfänger die Pseudoabstände zum Teil auf der Basis des Timings des lokalen PRN- Codes, des berechneten Trägerwellen-Phasenwinkels und des Verfolgungsfehlers für den Phasenwinkel (Schritt 608).
Wenn der GNSS-Empfänger 10 stationär ist, kann er die Codeverfolgungskorrelatoren sowohl für die enge als auch Leercode-Korrelation verwenden. Solange die Bitübergänge im empfangenen Code dann auftreten, wenn sie erwartet werden – zu den Zeitpunkten der Impulse im Leer-PRN-Code – kann die Leer-PRN-Code-DLL dem empfangenen Code verfolgen. Wenn die Übergänge im empfangenen Code jedoch nicht zu den erwarteten Zeiten auftreten, verliert die DLL die Codesynchronisation, und der Empfänger muß sich unter Verwendung des Verzögerungsabstands der engen Korrelatoren erneut mit dem empfangenen Code synchronisieren, bevor er wieder die Leercode-Korrelationsmessungen ausführen kann.
Der GNSS-Empfänger 10 beseitigt aus den Korrelationsmessungen dadurch im wesentlichen alle Beiträge von Mehrwegsignalen, daß er das empfangene Signal mit frühen, punktuellen und späten Versionen des Leer-PRN-Code korreliert. Der GNSS-Empfänger 10 gleicht daher den lokalen PRN-Code und die lokale Trägerwelle genauer mit dem Direktwegcode und der Direktweg-Trägerwelle im empfangenen Signal ab und bestimmt auf der Basis des genaueren PNR-Code-Timings und der genaueren Information über den Phasenwinkel der Trägerwelle die Pseudoentfernungen genauer. Da die Leercodekorrelation erst dann verwendet wird, nachdem der Empfänger dem empfangenen PRN-Code mit den engen Korrelatoren verfolgt, das heißt nach einer guten Abgleichung der lokalen und der empfangenen PRN-Codes, kann der Verzögerungsabstand für die Leercodekorrelation im wesentlichen so klein gewählt werden, wie es die Eingangsbandbreite erlaubt.

Claims

GNSS-Empfänger, mit einer Einrichtung (11) zur Aufnahme eines GNSS-Satellitensignals; einer Codeverfolgungs-Korrelationseinrichtung (18, 22b) zum Verfolgen und Beibehalten einer Codesynchronisation mit dem PRN-Code in dem GNSS-Satellitensignal unter Verwendung erster Korrelationsmessungen bezüglich eines lokal erzeugten PRN-Codes; und mit einer Leer-PRN-Code-Korrelationseinrichtung (18, 22d) zur Durchführung zweiter Korrelationsmessungen unter Verwendung eines früh-minus-spät-Signals, das frühen und späten Versionen eines Leer-PRN-Codes entspricht, der mit Ausnahme von Bitübergängen in dem lokalen PRN-Code entsprechenden positiven und negativen Impulsen nullwertig ist, wobei die Leer-PRN-Code-Korrelationseinrichtung (18, 22d) unter Verwendung der zweiten Korrelationsmessungen den lokal erzeugten PRN-Code genauer auf den PRN-Code in dem GNSS-Satellitensignal ausrichtet als die Codeverfolgungs-Korrelationseinrichtung (18, 22b), und wobei der Empfänger die Verfolgung des PRN-Codes mittels der Codeverfolgungs-Korrelationseinrichtung (18, 22b) fortführt, um die Codesynchronisation mit dem PRN-Code beizubehalten, während die Leer-PRN-Code-Korrelationseinrichtung (18, 22d) gleichzeitig die zweiten Korrelationsmessungen vornimmt.
GNSS-Empfänger nach Anspruch 1, wobei die Codeverfolgungs-Korrelationseinrichtung (18, 22b) einen ersten Satz Korrelatoren (22b) und die Leer-PRN-Code-Korrelationseinrichtung (18, 22d) einen zweiten Satz Korrelatoren (22d) umfaßt, von denen die Korrelatoren (22d) im zweiten Satz einen Verzögerungsabstand aufweisen, der kleiner ist als der Verzögerungsabstand der Korrelatoren (22b) im ersten Satz.
GNSS-Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leercode-Korrelationseinrichtung (18, 22d) eine Leercode-Erzeugungseinrichtung (30) enthält, um (i) bei jedem positiven Bitübergang im lokal erzeugten PRN-Code einen kurzen positiven Impuls (421) zu einem Zeitpunkt zu erzeugen, der dem Bitübergang vorausgeht, und um einen kurzen negativen Impuls (422) zu einem Zeitpunkt zu erzeugen, der dem Bitübergang folgt, wobei der Übergang zwischen dem positiven und dem negativen Impuls zur gleichen Zeit wie der Bitübergang im lokal erzeugten PRN-Code auftritt, und um (ii) Impulse umgekehrter Polarität zu Zeiten zu erzeugen, die negativen Bitübergängen in dem lokal erzeugten PRN-Code vorausgehen und folgen.
GNSS-Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leercode-Korrelationseinrichtung (18, 22d) zu Zeiten, die Bitübergängen in dem lokal erzeugten PRN-Code ent sprechen, von Null verschiedene Korrelationsmessungen und ansonsten nullwertige Korrelationsmessungen vornimmt.
GNSS-Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leercode-Korrelationseinrichtung (18, 22d) zu Zeiten, die Bitübergängen in dem lokal erzeugten PRN-Code entsprechen, Korrelationsmessungen vornimmt, und sonst keine Korrelationsmessungen durchführt.
GNSS-Empfänger nach Anspruch 3, soweit von Anspruch 2 abhängig, wobei die Leercode-Erzeugungseinrichtung (30) umfaßt a. eine Einrichtung (30) zum Erzeugen eines Codes, der bei jedem positiven Bitübergang im lokal erzeugten PRN-Code von positiv auf negativ übergeht und der bei jedem negativen Bitübergang im lokal erzeugten PRN-Code von negativ auf positiv übergeht; und b. eine Einrichtung (500, 502) zum selektiven Freigeben des zweiten Satzes Korrelatoren (22d) zu Zeiten, die den Bitübergängen in dem lokal erzeugten PRN-Code vorausgehen, und zum Sperren des zweiten Satzes Korrelatoren (22d) zu Zeiten, die den Bitübergängen in dem lokal erzeugten PRN-Code folgen.
GNSS-Empfänger nach Anspruch 6, wobei c. die Leer-PRN-Code-Erzeugungseinrichtung (30) außerdem eine Einrichtung (504, 505, 506, 507) zum Erzeugen eines früh-minus-spät-Leer-PRN-Codes enthält; und wobei d. die Einrichtung (500, 502) zum selektiven Freigeben des zweiten Satzes Korrelatoren (22d) einen früh-minus-spät-Leercode-Korrelator (22d) zu Zeiten freigibt, die den Bitübergängen in dem lokal erzeugten PRN-Code vorausgehen, und den früh-minus-spät-Leercode-Korrelator (22d) zu Zeiten sperrt, die den Bitübergängen in dem lokal erzeugten PRN-Code folgen.
GNSS-Empfänger nach Anspruch 7, wobei die Leer-PRN-Code-Erzeugungseinrichtung (30) frühe und späte Versionen des lokal erzeugten PRN-Codes erzeugt, die zeitlich eng benachbart sind, und die Impulse zu Zeiten erzeugt, während der sich die frühe und die späte Version des lokal erzeugten PRN-Codes unterscheiden.
GNSS-Empfänger nach Anspruch 8, wobei die Leer-PRN-Code-Erzeugungseinrichtung (30) einen Impuls erzeugt, der dem Bitübergang in dem lokal erzeugten PRN-Code vorausgeht, indem sie zu dem Zeitpunkt, zu dem die frühe Version des lokal erzeugten PRN-Codes einen Bitübergang ausführt, einen ersten Impuls startet, und weiterhin zu dem Zeitpunkt, zu dem der lokal erzeugte PRN-Code den entsprechenden Bitübergang ausführt, zu einem zweiten Impuls übergeht, der dem Bitübergang in dem lokal erzeugten PRN-Code folgt.
GNSS-Empfänger nach Anspruch 9, wobei die Einrichtung (502) zum selektiven Freigeben des zweiten Satzes Korrelatoren (22d) die Korrelatoren (22d) zu dem Zeitpunkt freigibt, zu dem die frühe Version des lokal erzeugten PRN-Codes einen Bitübergang ausführt, und weiterhin die Korrelatoren (22d) zu dem Zeitpunkt sperrt, zu dem die späte Version des lokal erzeugten PRN-Codes einen entsprechenden Bitübergang ausführt.
GNSS-Empfänger nach Anspruch 10, wobei die Leer-PRN-Code-Erzeugungseinrichtung (30) eine zweite frühe Version des lokal erzeugten PRN-Codes und eine zweite späte Version des lokal erzeugten PRN-Codes erzeugt, die zeitlich näher beieinander liegen als die frühe und die späte Version, und die Impulse zu Zeiten erzeugt, während der sich die zweite frühe und die zweite späte Version des lokal erzeugten PRN-Codes unterscheiden.
GNSS-Empfänger nach Anspruch 11, wobei die Leer-PRN-Code-Erzeugungseinrichtung (30) einen früh-minus-spät-Leer-PRN-Code erzeugt, der einen ersten Impuls (471), der dem Bitübergang in dem lokal erzeugten PRN-Code vorausgeht, einen zweiten Impuls (472), der den Bitübergang in dem lokal erzeugten Code überspannt, und einen dritten Impuls (473), der dem Bitübergang in dem lokal erzeugten Code folgt, enthält, und (i) den ersten Impuls (471) zu dem Zeitpunkt startet, zu dem die frühe Version des lokal erzeugten PRN-Codes einen Bitübergang ausführt, (ii) zum zweiten Impuls (472) zu dem Zeitpunkt übergeht, zu dem die zweite frühe Version des lokal erzeugten PRN-Codes einen entsprechenden Bitübergang ausführt, und (iii) zum dritten Impuls (473) zu dem Zeitpunkt übergeht, zu dem der entsprechende Bitübergang in der zweiten späten Version des lokal erzeugten PRN-Codes auftritt.
GNSS-Empfänger nach Anspruch 12, wobei die Einrichtung (502) zum selektiven Freigeben des zweiten Satzes Korrelatoren (22d) einen früh-minus-spät-Korrelator (22d) zu dem Zeitpunkt freigibt, zu dem die zweite frühe Version des lokal erzeugten PRN-Codes einen Bitübergang ausführt, und den Korrelator (22d) zu dem Zeitpunkt sperrt, zu dem die zweite späte Version des lokal erzeugten PRN-Codes einen entsprechenden Bitübergang ausführt.
Verfahren zum Verfolgen eines PRN-Codes in einem GNSS-Satellitensignal mit den Schritten Aufnehmen eines GNSS-Satellitensignals; Verfolgen und Beibehalten der Codesynchronisation mit einem PRN-Code in dem GNSS-Satellitensignal durch Ausführen erster Korrelationsmessungen unter Verwendung eines lokal erzeugten PRN-Codes; Ausführen zweiter Korrelationsmessungen zum gleichen Zeitpunkt, zu dem die ersten Korrelationsmessungen zum Beibehalten der Codesynchronisation ausgeführt werden, unter Verwendung eines früh-minus-spät-Signals, das einer frühen und einer späten Version eines Leer-PRN-Codes entspricht, der außer für Bitübergängen in dem lokalen PRN-Code entsprechenden positiven und negativen Impulsen nullwertig ist; und Verwenden der zweiten Korrelationsmessungen, um den lokal erzeugten PRN-Code genauer auf den PRN-Code in dem GNSS-Satellitensignal auszurichten als die Ausrichtung, die in dem Schritt zum Verfolgen und Beibehalten der Codesynchronisation erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt zum Verfolgen und Beibehalten der Codesynchronisation einen ersten Satz Korrelatoren und der Schritt zur Ausführung der zweiten Korrelationsmessungen einen zweiten Satz Korrelatoren verwendet, von denen die Korrelatoren im ersten Satz einen Verzögerungsabstand aufweisen, der kleiner ist als der Verzögerungsabstand der Korrelatoren im ersten Satz.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, mit einem Schritt zum Erzeugen des Leer-PRN-Codes durch (i) Erzeugen, für jeden positiven Bitübergang in dem lokal erzeugten PRN-Code, eines kurzen positiven Impulses zu einem Zeitpunkt, der dem Bitübergang vorausgeht, sowie eines kurzen negativen Impulses zu einem Zeitpunkt, der dem Bitübergang folgt, wobei der Übergang zwischen dem positiven und dem negativen Impuls zum gleichen Zeitpunkt wie der Bitübergang in dem lokal erzeugten PRN-Code stattfindet, und (ii) Erzeugen von Impulsen umgekehrter Polarität zu Zeitpunkten, die negativen Bitübergängen in dem lokal erzeugten PRN-Code vorausgehen und folgen.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei im Schritt zum Ausführen zweiter Korrelationsmessungen zu Zeiten, die Bitübergängen in dem lokal erzeugten PRN-Code entsprechen, von Null verschiedene Korrelationsmessungen und ansonsten nullwertige Korrelationsmessungen ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei im Schritt zum Ausführen zweiter Korrelationsmessungen zu Zeiten, die Bitübergängen in dem lokal erzeugten PRN-Code entsprechen, Korrelationsmessungen ausgeführt werden, und sonst keine Korrelationsmessungen erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 16, sofern von Anspruch 15 abhängig, wobei der Schritt zum Erzeugen des Leer-PRN-Codes umfaßt a. Erzeugen eines Codes, der bei jedem positiven Bitübergang in dem lokal erzeugten PRN-Code von positiv auf negativ übergeht und der bei jedem negativen Bitübergang in dem lokal erzeugten PRN-Code von negativ auf positiv übergeht; und b. selektives Freigeben des zweiten Satzes Korrelatoren zu Zeiten, die den Bitübergängen in dem lokal erzeugten PRN-Code vorausgehen, und Sperren des zweiten Satzes Korrelatoren zu Zeiten, die den Bitübergängen in dem lokal erzeugten PRN-Code folgen.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt zum Erzeugen des Leer-PRN-Codes außerdem einen Schritt zum Erzeugen eines früh-minus-spät-Leer-PRN-Codes enthält, und wobei im Schritt zum selektiven Freigeben des zweiten Satzes Korrelatoren ein früh-minus-spät-Leercode-Korrelator zu Zeiten freigegeben wird, die den Bitübergängen in dem lokal erzeugten PRN-Code vorausgehen, und der früh-minus-spät-Leercode-Korrelator zu Zeiten gesperrt wird, die den Bitübergängen in dem lokal erzeugten PRN-Code folgen.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei im Schritt zum Erzeugen des Leer-PRN-Codes eine frühe und eine späte Version des lokal erzeugten PRN-Codes erzeugt wird, die zeitlich eng benachbart sind, und die Impulse zu Zeiten erzeugt werden, während der sich die frühe und die späte Version des lokal erzeugten PRN-Codes unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei im Schritt zum Erzeugen des Leer-PRN-Codes ein Impuls erzeugt wird, der dem Bitübergang in dem lokal erzeugten PRN-Code vorausgeht, indem ein erster Impuls zu dem Zeitpunkt gestartet wird, zu dem die frühe Version des lokal erzeugten PRN-Codes einen Bitübergang ausführt, und zu dem Zeitpunkt, zu dem der lokal erzeugte PRN-Code den entsprechenden Bitübergang ausführt, zu einem zweiten Impuls übergegangen wird, der dem Bitübergang in dem lokal erzeugten PRN-Code folgt.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei im Schritt zum selektiven Freigeben des zweiten Satzes Korrelatoren die Korrelatoren zu dem Zeitpunkt freigegeben werden, zu dem die frühe Version des lokal erzeugten PRN-Codes einen Bitübergang ausführt, und die Korrelatoren zu dem Zeitpunkt gesperrt werden, zu dem die späte Version des lokal erzeugten PRN-Codes einen entsprechenden Bitübergang ausführt.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei im Schritt zum Erzeugen des Leer-PRN-Codes eine zweite frühe Version des lokal erzeugten PRN-Codes und eine zweite späte Version des lokal erzeugten PRN-Codes erzeugt werden, die zeitlich näher beieinander liegen als die frühe und die späte Version, und die Impulse zu Zeiten erzeugt werden, während der sich die zweite frühe und die zweite späte Version des lokal erzeugten PRN-Codes unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei im Schritt zum Erzeugen des Leer-PRN-Codes ein früh-minus-spät-Leer-PRN-Code erzeugt wird, der einen ersten Impuls, der dem Bitübergang in dem lokal erzeugten PRN-Code vorausgeht, einen zweiten Impuls, der den Bitübergang in dem lokal erzeugten Code überspannt, und einen dritten Impuls, der dem Bitübergang in dem lokal erzeugten Code folgt, beinhaltet, wobei der erste Impuls zu dem Zeitpunkt gestartet wird, zu dem die frühe Version des lokal erzeugten PRN-Codes einen Bitübergang ausführt, zum zweiten Impuls zu dem Zeitpunkt übergegangen wird, zu dem die zweite frühe Version des lokal erzeugten PRN-Codes einen entsprechenden Bitübergang ausführt, und zum dritten Impuls zum Zeitpunkt des entsprechenden Bitübergangs in der zweiten späten Version des lokal erzeugten PRN-Codes übergegangen wird.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei im Schritt zum selektiven Freigeben des zweiten Satzes Korrelatoren ein früh-minus-spät-Korrelator zu dem Zeitpunkt freigegeben wird, zu dem die zweite frühe Version des lokal erzeugten PRN-Codes einen Bitübergang ausführt, und der Korrelator zu dem Zeitpunkt gesperrt wird, zu dem die zweite späte Version des lokal erzeugten PRN-Codes einen entsprechenden Bitübergang ausführt.