接收至少一目標衛星信號的裝置及方法
2023-07-13 20:02:16
專利名稱：：接收至少一目標衛星信號的裝置及方法
技術領域：
：本發明有關於衛星接收機，且特別有關於一種接收至少一目標衛星信號的裝置及方法。
背景技術：
：全球定位系統(GlobalPositioningSystem,以下簡稱為GPS)利用至少24顆衛星組成的衛星組(satelliteconstellation)來使能GPS接收機以決定其位置、速度、方向和時間，並且廣泛應用於地圖製作，土地測量(landsurveying)，商業及科學應用。儘管GPS為最流行的導航系統(navigationsystem)，還有其它最近開發的導航系統，例如俄羅斯組建的全球軌道導航衛星系統(GLobal0rbitingNAvigationSatelliteSystem,以下簡稱為GLONASS)，歐洲聯盟組建的伽利略衛星導航系統(GALILEOPositioningSystem,以下簡稱為GALILEO)，中國組建的北鬥導航系統(BEID0Unavigationsystem,以下簡稱為BEIDOU)，印度組建的印度區域導航衛星系統(IndianRegionalNavigationSatelliteSystem,以下簡稱為IRNSS)，所有這些導航系統均提供類似於GPS的服務。因為導航衛星接收機通過測量其自身和衛星之間的距離計算其位置，故可預見，當定位接收機參考的衛星數目增加時，定位精度會改善。製造商研究過受益於可用(available)GPS和GALILEO衛星的雙重模式(GPS/GALILEO)接收機。GPS禾PGALILEO使用相同的中心頻率為1575.42MHz的頻帶Ll，因此，有可能使用一個可操作在兩種系統的無線裝置(即GPS/GALILEO雙重模式無線裝置)。然而，GPS和GALILEO有些許差別的信號獲取，需要在一種配置方式下被執行。特別的，相對於GPS信號的2MHz帶寬，GALILEO信號使用4MHz帶寬，並實施一種不同的編碼方式(codingscheme)。此外，現有技術的雙重模式接收機，無法有效避免具有寬於GPS信號的帶寬的GALILEO信號受到近帶幹擾(near-bandjamming)，因此，雙重模式接收機的定位和導航的性能變差。
發明內容有鑑於此，本發明特提供一種接收至少一目標衛星信號的裝置及方法。根據本發明的一個實施方式，一種接收至少一目標衛星信號的裝置包括信道選擇濾波器和控制器。信道選擇濾波器包括多個信道選擇設置，多個信道選擇設置符合對應於不同衛星系統的多個衛星信號的特性，其中每一信道選擇設置用來接收多個衛星信號中至少之一者。控制器耦接至信道選擇濾波器，以控制信道選擇濾波器使能從多個信道選擇設置中選擇的目標信道選擇設置，從而接收所述至少一目標衛星信號。根據本發明的另一個實施方式，一種接收至少一目標衛星信號的方法包括提供多個信道選擇設置，多個信道選擇設置符合對應於不同衛星系統的多個衛星信號的特性，其中每一信道選擇設置用來接收多個衛星信號中的至少之一者；以及使能從多個信道選擇設置中選擇的目標信道選擇設置，從而接收所述至少一目標衛星信號。本發明通過所提供的接收至少一目標衛星信號的裝置及方法，降低接收噪聲，提高衛星接收機的抗幹擾能力。圖1為根據本發明的一個實施方式的衛星接收機的方塊圖。圖2為根據本發明的一個實施方式的符合GPS信號和/或GALILEO信號的信道選擇設置的方塊圖。圖3為根據本發明的一個實施方式的控制器的控制過程的流程圖。具體實施例方式在說明書及權利要求書當中使用了某些詞彙來指稱特定的組件。所屬
技術領域：
的技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權利要求書並不以名稱的差異作為區分組件的方式，而是以組件在功能上的差異作為區分的準則。在通篇說明書及權利要求項中所提及的"包括"為開放式的用語，故應解釋成"包括但不限定於"。此外，"耦接"一詞在此包括任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接於第二裝置，則代表第一裝置可直接電氣連接於第二裝置，或透過其它裝置或連接手段間接的電氣連接至第二裝置。請參考圖1，圖1為根據本發明的一個實施方式的衛星接收機100的方塊圖。應注意，圖1隻繪示和本發明技術特徵相關的組件(components)。因此，只繪示射頻前端模塊(RFfront-endmodule)110和基帶模塊(basebandmodule)170。其中，射頻前端模塊IIO包括低噪聲放大器(lownoiseamplifier,以下簡稱為LNA)120、混頻器(mixer)130、本地振蕩器(localoscillator)131、信道選擇濾波器(channelselectionfilter)140、可編程增益放大器(ProgrammableGainAmplifier，以下簡稱為PGA)150、及模數轉換器160(Analog-to-DigitalConverter,以下簡稱為ADC)，基帶模塊170包括多信道相關器(multi-channelcorrelator)173和控制器(controller)172。為簡潔起見，衛星接收機100的基帶模塊170的公知組件以及射頻前端模塊110和基帶模塊170之間的公知組件被省略。衛星接收機IOO利用射頻前端模塊IIO從多個衛星信號中接收至少一個目標衛星信號。上述多個衛星信號對應於不同衛星系統(例如，GPS系統、GL0NASS系統、GALILEO系統、BEID0U系統及IRNSS系統)。射頻前端模塊110的操作在後續段落中描述。接收到的衛星信號通過LNA120，並被混頻器130轉換至中頻(IntermediateFrequency，以下簡稱為IF)帶，接著，IF信號被信道選擇濾波器140濾波，以濾除不需要(undesired)的信號以擷取所述的衛星信號。信道選擇濾波器140具有符合對應不同衛星信號的特性的多個信道選擇設置(例如信道選擇設置142a、142b、142c)。例如，每一信道選擇設置決定一個帶通濾波器的通帶寬度及中心頻率。信道選擇設置142a至142c中每一信道選擇設置至少接收衛星信號其中之一。也就是說，信道選擇設置142a至142c可同時符合多於一種衛星信號的特性。例如，信道選擇設置142c可被設計為接收GPS信號；信道選擇設置142a可被設計為接收GPS信號和GALILEO信號二者。選擇利用哪一信道選擇設置由基帶模塊170的控制器172所控制，選擇準則在後續描述。通過包括多個候選設置(例如信道選擇設置142a至142c)並從候選設置(例如信道選擇設置142a至142c)中適應性的選擇目標信道選擇設置，衛星接收機IOO實現為多模式(multi-mode)接收機。儘管圖1僅繪示三個信道選擇設置142a至142c，實作中，本發明未限制信道選擇設置的數目。從信道選擇濾波器140輸出的目標衛星信號被PGA150和ADC160處理，並被轉換至基帶。因為這些過程為本領域的技術人員所熟知，為簡潔起見，此處省去對其進一步的描述。在基帶模塊170中，多信道相關器173跟蹤衛星信號並且決定接收到的衛星信號的信號質量(signalquality)，並且控制器172根據信號質量從候選設置(例如信道選擇設置142a至142c)中適應性的選擇目標信道選擇設置。例如，選擇符合更高信號質量的衛星信號的特性的信道選擇設置。為更好理解衛星接收機100的操作，下文以GPS信號和GALILEO信號為目標信號舉例說明，且衛星接收機100被配置為用來接收GPS信號和GALILEO信號的雙模式全球導航衛星系統(GlobalNavigationSatelliteSystems,以下簡稱為GNSS)接收機。GPSLI頻帶信號和GALILEOLI頻帶信號的中心頻率均為1575.42MHz，並且其帶寬重疊。圖2為根據本發明的一個實施方式的符合GPS信號和/或GALILEO信號的信道選擇設置142a至142e的方塊圖。其中GPS信號的帶寬為2腿z，GALILE0信號的帶寬為4腿z。圖2中，&表示混頻器130輸出的IF信號(GPS信號及GALILEO信號)的中心頻率。信道選擇設置142a能使GPS信號和GALILEO信號通過信道選擇濾波器140;相對的，信道選擇設置142b僅使GALILEO信號通過，信道選擇設置142c僅使GPS信號通過。信道選擇設置142b可通過將信道選擇設置142a的帶通濾波器和一個陷波器(notchfilter)結合而獲得，其中陷波器有中心頻率附近的禁帶(stop-band)。信道選擇設置142d和142e分別只允許GALILEO信號的低瓣(lowlobe)和高瓣(highlobe)通過。信道選擇設置142c至142e的帶通濾波器可通過將同一帶通濾波器的中心頻率分別平移至GPS信號中心頻率、GALILEO信號低瓣中心頻率以及GALILEO信號高瓣中心頻率而導出。在實作中，信道選擇設置142c至142e可整合為一個中心頻率可調的濾波器硬體，控制器172配置濾波器的中心頻率以產生與信道選擇設置142c、142d或142e大體相同的效果。應注意，信道選擇設置142a至142e僅用來例示本發明的目的，其並非本發明的限制。請結合圖1和圖2來參考圖3，圖3為根據本發明的一個實施方式的控制器172的控制過程的流程圖。當衛星接收機100啟動時，控制器172首先選擇信道選擇設置142a以從IF信號中接收GPS和GALILEO信號(步驟310)，並通過後快速傅立葉轉換(postFastFourierTransform,postFFT)或其它數位訊號處理(DigitalSignalProcess,DSP)方法檢查GPS信號和GALILEO信號是否可用(步驟315)。如果GPS信號和GALILEO信號均不可用(例如，衛星接收機100被置於GPS信號和GALILEO系統均無法覆蓋的位置)，則在其可用之前，不進行後續步驟。否則，控制器172決定接收到的GPS信號和GALILEO信號的信號質量。在本實施方式中，檢查GALILEO頻帶以查看是否存在幹擾(步驟320)，並檢查GPS頻帶以查看是否存在幹擾(步驟325)。當GPS信號和GALILEO信號的信號質量均可接受(acc印table)時(例如，GPS頻帶和GALILEO頻帶均不存在幹擾)，程序(process)返回步驟310，使能衛星接收機100使用GPS信號和GALILEO信號的信息。這種情況下，在基帶模塊170的多信道相關器173中，GPS相關器信道1731a至1731n和GALILEO相關器信道1732a至1732m均被使能，以分別處理GPS信號和GALILEO信號。然而，當GALILEO頻帶存在幹擾時，控制器172選擇信道選擇設置142c，僅接收GPS信號(步驟330)。以這種方式，幹擾被排除(excluded)，衛星接收機100利用GPS信號的信息定位。衛星接收機100的性能得以保持，同時降低接收的噪聲，提高抗幹擾(jammingimmunity)能力。此外，在步驟335中，可動態關閉GALILEO相關器信道1732a至1732m。步驟335的一個優點是省電。在步驟340中，再次打開GALILEO相關器信道1732a至1732m，例如定期打開GALILEO相關器信道1732a至1732m，以檢查GALILEO信號的信號質量。若GALILEO信號的信號質量變為可接受(在本實施方式中，指好於或等於GPS信號的信號質量)或者GALILEO頻帶中之前存在的幹擾消失或減弱，則程序從步驟345移至步驟350，以重新使能GALILEO相關器信道1732a至1732m。因為GPS信號和GALILEO信號的信號質量均好，所以再次利用信道選擇設置142a以接收GPS信號和GALILEO信號。否則，程序返回步驟330以繼續使用信道選擇濾波器140的信道選擇設置142c。在本發明的另一個實施方式中，通過計算信號的信噪比(signal-to-noiseratio)決定信號質量。請注意，衛星接收機IOO並不限於有兩個或更多相關器信道以分別處理GPS信號和GALILEO信號。基帶模塊170也可只有一個相關器信道。在本發明的一個實施方式中，相關器信道包括GPS代碼(code)和GALILEO代碼，在一個時隙中利用GPS代碼以解碼(decode)GPS信號，並在另一個時隙中利用GALILEO代碼以解碼GALILEO信號。這種情形下，步驟335被修改為動態停止GALILEO信號的解碼，步驟340被修改為定期恢復GALILEO信號的解碼並檢查其信號質量，步驟350被修改為使能GALILEO信號的解碼。另一方面，當步驟325的檢查結果顯示GPS頻帶存在幹擾時，控制器172根據幹擾的頻率或者根據信號質量來選擇信道選擇設置142b、142d和142e其中之一(步驟355)。當幹擾的頻率位於GALILEO信號中心頻率附近時，控制器172選擇信道選擇設置142b以拒絕(reject)幹擾，並且保留大部分GALILEO信號。以這種方式，幹擾被抑制(su卯ressed)，衛星接收機100利用GALILEO信號的信息定位。在步驟355中，當幹擾的頻率位於GALILEO信號的高瓣頻帶時，控制器172選擇信道選擇設置142d;當幹擾頻率位於GALILEO信號的低瓣頻帶時，控制器172選擇信道選擇設置142e。儘管衛星接收機100能得到的信息被減少(只能接收到GALILEO信號的一個瓣(lobe))，使得效能小幅下降，然而幹擾被抑制，且獲得更好的抗幹擾能力。請注意，通過信道選擇設置142d或142e接收到的GPS信號並不完全，並且GPS信號和GALILEO信號的編碼方式不同，故GPS信號不會影響GALILEO信號的解碼。類似的，在步驟360中，可動態關閉GPS相關器信道1731a至1731n，在步驟365中，再次打開(例如定期打開)GPS相關器信道1731a至1731n，以檢查GPS信號的信號質量當GPS信號的信號質量變為可接受時，程序從步驟370移至步驟375，以使能GPS相關器信道1731a至1731n。同時，信道選擇設置142a被利用以再次接收GPS信號和GALILEO信號(步驟310)。否則，程序返回步驟355以僅接收GALILEO信號。因為衛星接收機100並不限於有兩個或更多相關器信道以處理GPS信號和GALILEO信號，步驟360、365及370可分別被修改為動態停止GPS信號的解碼，定期恢復GPS信號的解碼並檢查信號質量以及使能GPS信號的解碼。此外，假若達到的結果大體相同，圖3並不一定要精確按照所示的順序進行，且不必是緊接的(contiguous)，也就是說，可插入其它步驟。上述程序並不限於處理GPS信號和GALILEO信號，也不限於處理1575.42MHz頻帶的信號。只要兩個或更多衛星信號存在重疊的帶寬，即可利用衛星接收機100來分別處理衛星信號。因為衛星信號有接近的中心頻率，7所以一個射頻前端模塊110足以將多個衛星信號轉換至IF帶及基帶。總體而言，衛星接收機100通過一個射頻前端模塊IIO，接收並處理帶寬重疊的多個衛星信號。使用適合的信道選擇濾波器140以支持不同GNSS的需求，並提供自動校準(auto-calibrated)和可配置(configurable)的濾波器設置，相對於現有技術的衛星接收機，衛星接收機100獲得更好的抗幹擾能力。以上所述僅為本發明的較佳實施方式，凡依本發明權利要求所做的均等變化和修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。8權利要求一種接收至少一目標衛星信號的裝置，包括信道選擇濾波器，包括多個信道選擇設置，該多個信道選擇設置符合對應於不同衛星系統的多個衛星信號的特性，其中每一信道選擇設置用來接收該多個衛星信號中至少之一者；以及控制器，耦接至該信道選擇濾波器，以控制該信道選擇濾波器使能從該多個信道選擇設置中選擇的目標信道選擇設置，從而接收該至少一目標衛星信號。2.根據權利要求1所述的接收至少一目標衛星信號的裝置，其特徵在於，該多個衛星信號的帶寬重疊。3.根據權利要求1所述的接收至少一目標衛星信號的裝置，其特徵在於，該控制器決定該多個衛星信號的信號質量，並控制該信道選擇濾波器根據該多個衛星信號的信號質量使能該目標信道選擇設置。4.根據權利要求1所述的接收至少一目標衛星信號的裝置，其特徵在於，該多個信道選擇設置被配置為該信道選擇濾波器有相同通帶寬度但有不同中心頻率。5.根據權利要求1所述的接收至少一目標衛星信號的裝置，其特徵在於，該接收至少一目標衛星信號的裝置還包括多個相關器信道，耦接至該信道選擇濾波器和該控制器，以分別處理該多個衛星信號；其中，該控制器還關閉不對應於該目標衛星信號的該多個相關器信道中至少之一者。6.根據權利要求5所述的接收至少一目標衛星信號的裝置，其特徵在於，在該至少一相關器信道被關閉之後，該控制器還打開該至少一相關器信道，決定該多個衛星信號的信號質量，並根據該多個衛星信號的信號質量選擇性的改變該目標信道選擇設置。7.根據權利要求6所述的接收至少一目標衛星信號的裝置，其特徵在於，該控制器交替打開及關閉該至少一相關器信道，直到該目標信道選擇設置被改變為止。8.根據權利要求1所述的接收至少一目標衛星信號的裝置，其特徵在於，該接收至少一目標衛星信號的裝置還包括相關器信道，耦接至該信道選擇濾波器和該控制器，該相關器信道包括多個衛星信號的代碼，並在不同時隙中分別解碼該多個衛星信號；其中，該控制器還停止解碼不對應於該目標衛星信號的該多個衛星信號中的至少之一者。9.根據權利要求8所述的接收至少一目標衛星信號的裝置，其特徵在於，在停止解碼該至少一衛星信號之後，該控制器還恢復解碼該至少一衛星信號，決定該多個衛星信號的信號質量，並根據該多個衛星信號的信號質量選擇性的改變該目標信道選擇設置。10.根據權利要求9所述的接收至少一目標衛星信號的裝置，其特徵在於，該控制器交替停止及恢復解碼該至少一衛星信號，直到該目標信道選擇設置被改變為止。11.根據權利要求1所述的接收至少一目標衛星信號的裝置，其特徵在於，該目標衛星信號包括多個瓣；以及該控制器還決定該多個瓣的信號質量，並控制該信道選擇濾波器使能該目標信道選擇設置以根據該多個瓣的信號質量選擇該多個瓣其中之一。12.—種接收至少一目標衛星信號的方法，包括提供多個信道選擇設置，該多個信道選擇設置符合對應於不同衛星系統的多個衛星信號的特性，其中每一信道選擇設置用來接收該多個衛星信號中的至少之一者；以及使能從該多個信道選擇設置中選擇的目標信道選擇設置，從而接收該至少一目標衛星信號。13.根據權利要求12所述的接收至少一目標衛星信號的方法，其特徵在於，該多個衛星信號的帶寬重疊。14.根據權利要求12所述的接收至少一目標衛星信號的方法，其特徵在於，使能從該多個信道選擇設置中選擇的目標信道選擇設置的步驟包括決定該多個衛星信號的信號質量，並根據該多個衛星信號的信號質量使能該目標信道選擇設置。15.根據權利要求12所述的接收至少一目標衛星信號的方法，其特徵在於，該多個信道選擇設置被配置以改變中心頻率。16.根據權利要求12所述的接收至少一目標衛星信號的方法，其特徵在於，該接收至少一目標衛星信號的方法還包括通過多個相關器信道，分別相關該多個衛星信號；其中，該接收至少一目標衛星信號的方法還包括關閉不對應於該目標衛星信號的至少一相關器信道。17.根據權利要求16所述的接收至少一目標衛星信號的方法，其特徵在於，該接收至少一目標衛星信號的方法還包括在該至少一相關器信道被關閉之後，打開該至少一相關器信道，決定該多個衛星信號的信號質量，並根據信號質量選擇性的改變該目標信道選擇設置。18.根據權利要求17所述的接收至少一目標衛星信號的方法，其特徵在於，關閉不對應於該目標衛星信號的至少一相關器信道及打開該至少一相關器信道的步驟被交替執行，直到該目標信道選擇設置被改變為止。19.根據權利要求12所述的接收至少一目標衛星信號的方法，其特徵在於，該接收至少一目標衛星信號的方法還包括提供相關器信道，該相關器信道包括多個衛星信號的代碼，並在不同時隙中分別解碼該多個衛星信號；其中，該接收至少一目標衛星信號的方法還包括停止解碼不對應於該目標衛星信號的該多個衛星信號中的至少之一者。20.根據權利要求19所述的接收至少一目標衛星信號的方法，其特徵在於，該接收至少一目標衛星信號的方法還包括在停止解碼該至少一衛星信號之後，還恢復解碼該至少一衛星信號，決定該多個衛星信號的信號質量，並根據該多個衛星信號的信號質量選擇性的改變該目標信道選擇設置。21.根據權利要求20所述的接收至少一目標衛星信號的方法，其特徵在於，停止解碼該至少一衛星信號及恢復解碼該至少一衛星信號的步驟被交替執行，直到該目標信道選擇設置被改變為止。22.根據權利要求12所述的接收至少一目標衛星信號的方法，其特徵在於，該目標衛星信號包括多個瓣；以及該接收至少一目標衛星信號的方法還包括決定該多個瓣的信號質量，並使能該目標信道選擇設置以根據該多個瓣的信號質量選擇該多個瓣其中之一。全文摘要本發明涉及接收至少一目標衛星信號的裝置及方法。接收至少一目標衛星信號的裝置包括信道選擇濾波器和控制器。信道選擇濾波器包括多個信道選擇設置。多個信道選擇設置符合對應於不同衛星系統的多個衛星信號的特性，其中每一個信道選擇設置用來接收多個衛星信號中至少之一者；控制器耦接至信道選擇濾波器，以控制信道選擇濾波器使能從多個信道選擇設置中選擇的目標信道選擇設置，從而接收所述至少一目標衛星信號。所述接收至少一目標衛星信號的裝置及方法降低了接收噪聲，提高衛星接收機的抗幹擾能力。文檔編號G01S1/02GK101726717SQ20091017737公開日2010年6月9日申請日期2009年9月29日優先權日2008年10月22日發明者劉捷超,吳柏霖,歐陽正一申請人:聯發科技股份有限公司