編程有gps信號處理程序的計算機的製作方法

2023-09-21 06:45:20 2

專利名稱：編程有gps信號處理程序的計算機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種編程有GPS信號處理程序的計算機，其中GPS信號處理程序能夠處理GPS信號採樣。
背景技術：
Akos等所著的文獻「Real-time software radio architecturesfor GPS receivers」(GPS World，July 2001)公開了「軟體GPS」，其中採用可編程微處理器或者數位訊號處理器來執行許多GPS信號處理，而不是採用模擬的或者離散的硬體組件。如該文獻圖2所示，簡化的GPS接收機包含GPS天線、以及用於GPS信號預處理(包括濾波、放大和下變頻)和模數轉換的GPS RF前端。然後，將從GPS接收機輸出的GPS信號採樣饋送入運行適當GPS信號處理軟體的現代PC或者膝上電腦，以處理GPS信號，確定位置坐標。該文獻的作者已考慮到該GPS接收機是「插件」模塊，即「dongle」型設備，因為其簡單的架構，所以可以廉價製造，從而易於廣泛採用。當然，駐留於PC上的GPS信號處理軟體本來就能廉價複製。

發明內容
根據本發明，提供了一種包含處理器的計算機，該處理器能夠支持多線程，並在至少兩個線程中並發地編程有各自的GPS信號處理程序，每個GPS信號處理程序均能夠處理從相同的源輸出的GPS信號採樣。
發明人實現了通過使用多線程來高效地實施複雜的功能。例如當使用多線程時·至少一個程序可以利用GPS信號採樣來執行除確定位置坐標之外的其他功能，而並發地運行在另一線程上的另一GPS信號處理程序可以訪問(直接地或間接地)確定位置坐標，例如維護最新年曆(ephemeris)數據。
·至少一個程序可以執行確定位置坐標的功能，另一程序執行確定不同類型的位置坐標(例如更加精確或魯棒的位置坐標)的功能。
·至少一個程序可以執行確定初始位置坐標的功能，另一程序利用初始位置坐標和/或在初始位置坐標確定期間所獲取的其他信息來執行確定隨後的位置坐標的功能。
源可以是GPS接收機(計算機內部的或外部的)，該GPS接收機包含GPS天線和GPS RF前端，所述GPS RF前端具有用於對接收到的GPS信號進行採樣的模數轉換器、以及用於向計算機輸出GPS信號採樣流的處理器。在這種情況下，便利之處在於每一個GPS信號處理程序均能夠命令GPS接收機輸出GPS信號採樣流。當發出交迭的指令時，如果計算機能夠組合這些指令，並向GPS接收機發出單個指令，這是很便利的。


現在將參考附圖，僅通過示例對本發明進行描述，附圖中示意性地示出了與GPS接收機相連的膝上PC，GPS接收機和膝上PC均根據本發明進行操作。
具體實施例方式
參考附圖，膝上PC通過USB PC接口和相應的纜線與GPS接收機10相連，GPS接收機10包括GPS RF前端Rx和GPS天線。有時GPS接收機可以是「dongle」型設備，從而省略了纜線，然而纜線可以便於將GPS接收機(包括天線)定位在顯著突出的位置，從而增大獲得GPS信號的機會。例如，如果在室內操作，可以將GPS接收機放置在靠近窗戶的位置。
當GPS接收機運行時，它會通過天線接收NAVSTARSPS GPS信號並且對這些信號進行預處理，典型地通過用於最小化帶外RF幹擾的帶通濾波、前置放大、向下變頻至中頻(IF)和模數轉換。得到的GPS信號採樣包含有保持調製狀態的中頻信號，並且仍然包含來自可用衛星的所有信息。
GPS信號採樣通過進入PC存儲器(未示出)的USB連結從GPS接收機中輸出，在GPS信號採樣流中插入有周期性時戳，取代了一些GPS信號採樣，用於指示GPS信號的採樣時間(相對於GPS RF前端的時基)。
使用基於膝上PC的GPS信號處理軟體，接著利用時戳對GPS信號採樣進行處理，從而可以獲得GPS信號，以導出偽距(pseudorange)信息，可以使用傳統的導航算法，根據偽距信息來確定PC的位置。GPS信號獲取和偽距處理是公知的，例如，參看GPS Principles andApplications(Editor，Kaplan)ISBN 0-89006-793-7 Artech House。
為了跟蹤採用這種配置的GPS接收機，第一位置坐標通常(缺少AGPS數據時)需要獲取和跟蹤GPS信號30s，以確保GPS星期時間(GPStime of week)(TOW)和最新年曆數據的接收。
之後，將不會像通常使用基於傳統硬體的GPS接收機那樣連續地跟蹤GPS信號，而是對較小的GPS信號塊周期性地進行重採樣和加入時戳(普遍稱作「快照(snapshot)」)，並且重獲取針對每個塊的GPS信號。因為連續快照之間的時間差是已知的(利用時戳)，所以可以獲得與這些較小的快照有關的位置坐標，從而可以外推出對在前快照的GPS時間的測量，以獲得對其重獲取還未發生的在後快照的GPS時間的估計。另外，因為對觀測到的都卜勒和特定快照中的GPS信號編碼相位(code phase)作出有關假定，所以年曆和GPS時間的估計可以用於簡化獲取過程。
通過在GPS信號採樣流中根據先前識別的時間數據實例來搜索預期的時戳實例(即通過對採樣進行計數)，或者可選地，在使用同步碼字的情況下，通過在GPS信號採樣流中搜索同步碼字，可以識別時戳。理想地，如果使用同步碼字，對其進行選擇，使其在GPS信號採樣流中出現的概率非常低。
根據本發明，GPS信號處理軟體包括並發地運行在各個線程上的多個獨立程序。
第一程序執行常規GPS位置坐標，其中，第一程序在30s或更長時間上從冷開始(cold start)(當GPS接收機具有當前年曆但不是最新年曆數據時)執行獲取和跟蹤，這樣以獲得確定位置所需的最新年曆數據。
第二程序維護針對當前所有被考慮的衛星的年曆數據，並在高速緩存中存儲這些數據，任何需要該信息的GPS信號處理程序可訪問所述高速緩存。
在確定第一位置坐標之後，第三程序利用高速緩存的年和根據GPS星期時間(TOW)和PC內部時鐘而外推出的GPS星期時間(TOW)的估計值，執行對周期性背景位置坐標(例如每分鐘一次)進行確定的功能。
在第一程序和第二程序的初始執行之後，可以關閉第一程序，而第三程序代替它的位置繼續執行。
第四程序是根據用戶請求而執行的，第四程序也利用高速緩存的年曆和GPS星期時間(TOW)的估計值來執行確定位置坐標的功能，但是它進行即時處理，同時通過處理GPS數據的擴展快照，更加精確地進行偽距測量。
所有的四個程序能夠命令外部的GPS接收機，命令GPS接收機對GPS信號進行接收、預處理和採樣，並將GPS信號採樣輸出到PC。
例如，由針對外部GPS接收機的PC設備驅動程序對任何一對或者更多的GPS信號處理程序發出的交迭指令進行協調。例如，當用戶命令PC使用第四程序來確定即時和精確的位置坐標時，第二程序可能已經要求了對用於維護年曆書數據的IF數據進行6s的記錄。可以容易地將剛記錄的用於維護年曆數據功能的IF數據用於確定這種位置坐標，因而不另外命令外部GPS接收機輸出附加的IF數據。
雖然在膝上PC的情況下闡述了本發明，但是本發明同樣地可應用於能夠支持GPS信號處理軟體、能夠與根據本發明的GPS接收機相連的其他裝置。例如，本發明可以應用於例如PDA和電話之類的行動裝置，或者一般應用於固定對象，例如TV或者TV機頂盒。
另外，雖然在上述示例中GPS接收機的和GPS信號處理軟體之間的連接全是有線的，但是可以想到該連接包括無線連結。
最後，雖然在NAVSTAR GPS(由美國國防部開發並當前操作的基於全天候相距的導航系統)，但是將理解，本發明同樣可應用於其他的全球定位系統，包括GLONASS、Galileo及其混合系統。
權利要求
1.一種計算機，包含處理器，所述處理器能夠支持多線程，並在至少兩個線程中並發地編程有各自的GPS信號處理程序，所述每個GPS信號處理程序均能夠處理從相同的源輸出的GPS信號採樣。
2.根據權利要求1所述的計算機，其特徵在於所述的源是GPS接收機，所述GPS接收機包括GPS天線和GPS射頻前端，其中所述GPS前端具有用於對接收的GPS信號進行採樣的模數轉換器、以及用於向所述計算機輸出GPS信號採樣流的處理器。
3.根據權利要求2所述的計算機，其特徵在於所述每一個GPS信號處理程序均能夠命令GPS接收機輸出GPS信號採樣流。
4.根據權利要求3所述的計算機，還配置成對來自GPS信號處理程序的交迭指令進行組合，並且向GPS接收機發出單個指令。
5.根據權利要求1所述的計算機，其特徵在於至少一個程序執行除確定位置坐標之外的其他使用GPS信號採樣的功能。
6.根據權利要求1所述的計算機，其特徵在於至少一個程序執行維護最新年曆數據的功能，所述最新年曆數據可由並發地運行在另一線程上的另一GPS信號處理程序訪問。
7.根據權利要求1所述的計算機，其特徵在於至少一個程序執行確定位置坐標的功能，另一程序執行確定不同類型的位置坐標的功能。
8.根據權利要求7所述的計算機，其特徵在於至少一個程序執行確定位置坐標的功能，另一程序執行更加緩慢但更加精確或魯棒地確定位置坐標的功能。
9.根據權利要求7所述的計算機，其特徵在於至少一個程序執行確定初始位置坐標的功能，另一程序利用初始的位置坐標和/或在初始位置坐標確定期間所獲得的信息來執行確定隨後的位置坐標的功能。
全文摘要
公開了一種包含處理器的計算機，該處理器能夠支持多線程，並在至少兩個線程中並發地編程有各自的GPS信號處理程序，每個GPS信號處理程序均能夠處理從相同的源輸出的GPS信號採樣。
文檔編號G01S5/14GK101019037SQ200580028195
公開日2007年8月15日 申請日期2005年8月19日 優先權日2004年8月23日
發明者安迪尤·T·尤爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司