點定位器的製作方法

2023-05-18 01:25:21 4

專利名稱：點定位器的製作方法
技術領域：
本發明的各方面一般地涉及全球導航衛星系統。更具體而言，本 發明涉及增大衛星系統的覆蓋範圍。
背景技術：
全球導航衛星系統(GNSS)是通常用於描述繞地球軌道運行和 發射基準信號的無線電導航衛星系統的術語，所述基準信號使得一定
的位置。例如，全球定位系統(GPS )是由美國當前正在使用的GNSS。 除了 GPS系統之外，還存在當前執行或在未來將會執行類似功能的 其他類似的GNSS系統。這些系統包括歐盟的Galileo系統、俄羅斯 聯邦的GLONASS系統、和日本的準天頂衛星系統(QZSS)。
GNSS發射射頻(RF)信號，當該信號被接收和處理時，能夠 為了消遣用途給個人，為了在"利益，，活動中使用給商業實體，為了武 器系統的導航給政府和軍事部門以及為了幫助引導緊急人員給公共 安全組織提供定位和導航服務。在一個實例中，許多現代車輛製造商 在商用車輛中包含GPS導航系統以在不熟悉的區域引導駕駛員。類 似地，GPS類型的設備也已經適用於蜂窩電話技術從而援救人員能夠 在緊急的情況下定位失蹤或遇難的個人。
GNSS衛星系統典型在中間地球軌道(接近10,900海裡高)和地 球同步軌道(接近19,300海裡高)運行。由於這些衛星系統的高度，當信號到達地球表面時它們是非常弱的。為了能夠設計出具有高增益
的小天線，典型地在L波段(接近lGHz到2GHz)中選擇GNSS衛 星發射的頻率。這種頻率選擇的缺點是在該頻率運行的系統通常通過 視線操作。也就是，L波段頻率表現出對密集建築材料或大地的信號 穿透性差。因此，在諸如大型辦公建築、停車庫、地鐵等等的許多公 共位置，GNSS衛星信號不可獲得以及GNSS接收機不能正確工作。 這可能是嚴重的問題，特別是在公共安全操作的情況下，GNSS接收 機可以被用於引導緊急響應者到遇險人員的位置。如果沒有增強的覆 蓋，這些全球導航衛星技術的潛在應用可能受到嚴重地限制。

發明內容
本發明的各方面解決上述的一個或多個問題，從而提供全球導航 衛星系統的增強覆蓋。本發明的至少一個方面在得不到GNSS信號將 被的位置提供在小的地理區域上廣播GNSS信號的GNSS發射機設 備。這使得GNSS接收機在更多區域中操作和提供定位信息。在本發 明的某些方面，GNSS天線收集GNSS信號和通過信號分配網絡轉發 該信號到GNSS發射機設備。信號分配網絡可以或可以不包括附加的 信號處理(例如，信號放大器和/或中繼器)。在一個實例中，這種網 絡可以包括至少一個同軸電纜網絡。所述廣播信號可以是這樣的，這 些廣播信號可以具有對應於信號發射機天線的已知位置的相關碼片 相位和都卜勒頻率、精確的GNSS衛星星座時間，和導航數據信息， 並且可以對應於如果真實的GNSS信號不被遮蔽，將會在已知位置可 見的GNSS衛星的列表。
關於附圖和相關描述進行闡述本發明這些和其他方面。


當結合附圖進行閱讀時將會更加明白本發明的以上概述以及優 選實施例的以下詳細描述，它們通過實例的方式被包括，而不是通過 限制所要保護的本發明的方式，其中圖1示出可以支持本發明的一個或多個方面的傳統全球導航衛
星系統(GNSS)。
圖2A示出根據本發明的一個示意性實施例的同步GNSS發射機 系統環境。
圖2B示出根據本發明的另 一個示意性實施例的自治GNSS發射 機系統環境。
圖2C示出根據本發明的又一個示意性實施例的GNSS發射機系 統環境。
圖3A和3B示出根據本發明示意性實施例的GNSS發射機。 圖4示出根據本發明的示意性實施例用於提供星座信息給多發
射機系統的星座信息收集和分配機構。
圖5示出其中星座信息收集和分配機構是計算機網絡的本發明
的另一個實施例。
圖6示出根據本發明的示意性實施例的多發射機系統，其中星座
信息收集和分配機構是模擬射頻信號分配網絡。
圖7示出根據本發明的一個示意性實施例的單獨的發射機單元。 圖8示出根據本發明另一個示意性實施例的單獨的發射機單元。
具體實施例方式
現在將在下文中更全面地參考附圖描述本發明，圖中示出了本發 明的各個方面。但是，本發明可以以不同的形式實施並且不應該被認 為局限於這裡闡述的實施例。而是，這些實施例被提供以便對於本領 域的普通技術人員來說本說明書公開將是全面和完整的，以及將全面 地覆蓋本發明的範圍。所述單元和附圖一定按比例繪製，相反重點放 在了清楚地示例本發明的原理上。
為了本發明公開，"重構的信號"可以包括利用對信號分量稍微修 改，替換一個或多個信號分量，以及完全替換所有信號分量的信號的 重構。重構信號可以被稱為修改信號特性。而且，應該注意到在以下 描述中闡述單元之間的各種連接。應該注意到，除非特別規定，這些圖進行限制。
圖1示出可以支持本發明一個或多個方面的傳統的全球導航衛
星系統(GNSS)IO。 GNSS系統是基於空間的三角測量系統，它由 多個無線電導航衛星12以及地面控制部分18組成。衛星12通過無 線電導航信號16的連續發送支持導航和定位接收機14的操作，該導 航和定位接收機例如是具有時間相關器處理器的無線電接收機。 GNSS接收機14通過從衛星接收這些無線電信號進行操作以及，使用 時間相關處理，測量信號16從GNSS衛星12傳播到接收機位置所花 費的時間。通過將該傳播時間乘以光速，接收機14能夠確定到所述 衛星的距離並因此通過三角測量法確定它的位置。
當GNSS衛星12繞地球軌道運行時，它們根據GNSS系統時間 同步地發射無線電導航信號16。信號16具有某種擴頻特性，這種特 性允許接收機14測量信號到達接收機位置的時間。除了上述擴頻特 性之外，信號16還包含被稱為導航數據的數字數據流，該導航數據 包括描述GNSS星座軌道模式以及GNSS系統時間的參數。利用該軌 道參數和系統時間，GNSS接收機14能夠在擴頻信號16從衛星12 被廣播時計算衛星12在空間的位置。利用獲知的衛星位置和系統時 間，當信號16被廣播時，接收機14能夠使用這種信息和信號的到達 時間確定信號16的傳播時間。通過乘以光速和對某些大氣傳播效應 進行調節，接收機14能夠確定到衛星12的距離。 一旦已經對於三個 或更多衛星12完成這種處理，接收機14就能夠使用三角測量技術計 算它在地球表面上或接近地球表面的位置。
GNSS衛星12使用的擴頻信號可以通過將載波信號乘以被稱為 "碼片，，的二進位碼產生，該二進位碼可以具有預定的頻率和長度，以
及還可以具有唯一的數學特性。這些碼片可以是這樣的以便如果碼族 中的一個碼與同一族中的另一個碼是時間相關的，結果將是零相關。 而且，只要碼被移位多於+/-一個碼片，與相同碼的移位版本時間相 關的碼片也會導致零相關的結果。當碼與相同碼的拷貝相關時以及在兩個拷貝被對準的精確時刻，GNSS接收機14中的時間相關器輸出可 以僅產生非零結果，即相關峰值。這種方法允許GNSS接收機14測 量接收衛星信號16的時間。由於在衛星信號16中可以連續地重複所 述碼，因此能夠說當該信號到達接收機的位置時接收機14正在測量 信號16的碼相位。
如上已經描述，GNSS接收機可以通過搜索接收信號以查找特定 的衛星碼片和測量在接收機的位置這些碼的相位進行操作。由於 GNSS星座可以包括許多連續繞地球軌道運行的衛星12， GNSS接收 機可能對於哪一個GNSS衛星12在上空以及它應該搜索哪些衛星碼 片具有有限的先驗知識。這種知識實際上存儲在絕大多數的GNSS接 收機14中並被稱為曆書。曆書信息可以被預先存儲或推導和/或下行 流下栽以及這種曆書的使用可以取決於操作模式(例如同步或自治)。 例如，該曆書信息可以通過RF或IR傳輸、LAN或網際網路下載。利 用系統時間的基本知識，這可以通過例如實時時鐘(RTC)、有關接 收機大致位置的假設(這可以或可以不基於接收機的最後已知位置)、 和曆書信息實現，已經剛啟動的GNSS接收機14能夠計算衛星12的 列表和它應該在接收信號16中搜索的相應碼片。儘管保存在接收機 14中的曆書和不精確係統時間經常不足以計算接收機14的位置，但 是這種信息足以顯著地減小標準GNSS接收機14找到或捕獲所述接 收信號中的衛星碼所需要的時間。
被稱為輔助接收機的另一種類型GNSS接收機14可以捕獲 GNSS衛星信號16而不需要在接收機14中保持曆書、最後已知的位 置、和GNSS系統時間。對於輔助的接收機，這種信息可以通過諸如 但不局限於無線蜂窩網絡的另一種通信鏈路被傳送到接收機14。在這 些輔助的系統中，通信網絡內的計算機網絡伺服器可以通過與輔助接 收機位置附近的其他GPS接收機14進行通信以訪問有關在上空的衛 星的當前信息。所述計算機網絡伺服器然後可以傳送系統時間和衛星 列表到所述接收機以便它可以執行更窄範圍的衛星碼搜索，這樣導致 更快的捕獲和提高接收機靈敏度。GNSS發射機可以以包括自治模式和同步模式的不同模式操作。 例如，圖2A-2C， GNSS發射機可以參與自治操作或同步操作。應該 理解GNSS發射機可以被限制於以在圖2A中所示的同步模式，可以 被限制於以在圖2B中所示的自治模式操作，或者可以具有以在圖2C 中所示的兩種模式操作的能力。在信號包括分量的情況下信號可以從 GNSS發射機輸出。重構的信號可以包括一個或多個分量的重構。
如在圖2A中所示，GNSS發射機可以以同步模式操作。GNSS 發射機125經由接收天線120接收來自衛星110a-110c的發送。GNSS 發射機重構所述接收的信號和使用天線135發送該重構信號到GNSS 接收機130A (在被障礙物140阻擋的位置)。關於圖2A所示的系統 被描述為同步的，這是因為從天線135發送的信號具有與來自衛星 110a-110c的信號同步的定時信號。GNSS接收機130A可以最終從障 礙物阻擋的位置移動到另一個位置(通過虛線所示的接收機130B表 示)，在該位置接收機130B可以從衛星110a-110c以不受阻擋的方 式接收信號。
天線135發射的信號可以被同步到如果來自衛星110a-110c的信 號不被阻擋在天線135的精確位置將會存在的GNSS條件。同步操作 可以使得正在從GNSS發射機天線135接收信號的接收機130A能夠 通過從阻擋位置移動到不受阻擋位置或從不受阻擋位置移動到阻擋 位置而轉換到從衛星110a-110c接收信號，而沒有顯著的中斷操作。 相反，同步操作還使得正在從衛星110a-110c接收信號的接收機130A 能夠通過從不受阻擋位置移動到阻擋位置而轉換到從GNSS發射機天 線135接收信號，而沒有顯著的中斷操作。
GNSS發射機125可以或可以不包括時鐘126和/或曆書127 (以 虛線示出以突出其可選的特性)。時鐘126和曆書127可以包含在 GNSS發射機125的結構中，可以位於GNSS發射機125的外部，或 者可以具有其通過遠程來源提供的信息。例如，曆書127可以是 CD-ROM、快閃記憶體、或可以提供曆書127給GNSS發射機127的任何其 他存儲器(GNSS發射機127內部或外部)。進一步，曆書可以在網絡上,皮提供給GNSS發射機125,該網絡包括但不局限於RF網絡、 IR網絡、和有線網絡。也可以是其他的網絡變型。
障礙物145還被顯示為障礙物140的替換或增加。不需要GNSS 發射機125的位置為在衛星110a-110c或GNSS接收機130A位置的 直線中。
來自GNSS發射機單元125的信號可以具有對應於原衛星信號特 性的某種特性，如果所述信號不被阻擋，則該特性在GNSS接收機130 的位置將會是可觀測的。如果在GNSS接收機130的位置這些信號不 被阻擋，對應於來自原衛星信號的來自GNSS發射機單元125的信號 的特性可以包括相同的GNSS衛星偽隨機(PRN)碼列表、相關的偽 隨機碼相位、都卜勒頻率、導航數據(可能在時間上被延遲)、和 GNSS系統時間。如在圖2A中所示，GNSS發射機單元可以從被放置 在不受阻擋位置中的接收機天線120收集原衛星信號的特性。不受阻 擋位置130B可以不同於GNSS接收機130的位置或在該GNSS接收 機的同一位置上。然後可以在天線120接收來自衛星110a、 110b和 110c的信號並通過分配網絡將其中繼到GNSS發射機單元125。在從 接收機天線120接收信號時，GNSS發射機125根據發射機天線135 位置的知識，在重構該信號用於重新發送之前，可以從信號中提取相 關的星座信息和修改信號的一個或多個特性。 一旦信號參數已經被修 改，GNSS發射機可以隨後通過發射機天線135輸出重構的信號到 GNSS接收機130。該重構的信號可以包括一個或多個被修改和/或完 全替換的分量。
如在圖2B中所示，GNSS發射機可以以自治模式操作，GNSS 發射機可以獨立地操作而不需要被放置在不受阻擋位置中的接收機 天線120並且不需要對準發射機的時間和GNSS衛星時間。自治操作 的GNSS發射機125可以或可以不包括如上所述的時鐘126和曆書 127。時鐘126 (可以或可以不是以下描述的實時時鐘)和曆書127可 以用於產生對應於已知從給定位置可見的衛星的信號。時鐘126和歷 書127以虛線示出以指示它們可以或可以不與給定的發射機一起使用。其功能可以包含在發射機125的電路中或從外部發射機125提供。 使用來自曆書127的信息，發射機125的信號發生器能夠產生用於接 收機130的適當信號以及經由天線系統135廣播它們。該產生的信號 可以或可以不與來自衛星110a-110c的信號同步。
GNSS發射機125可以接收位置作為輸入，對於該輸入它將模擬 在該位置可接收的信號。通過改變所述輸入位置，可以給接收機130 提供對應於改變位置的大量信號。這種測試可以能夠測試接收機130 以確定是否它1)通過確定新的位置正確地進行響應和2)可選擇地 正確響應於檢測到它的位置(例如，在確定其位置之後確定接收機處 於受限的空間中)。使用這種系統，可以測試接收機130而不必須物 理地運輸接收機到測試的位置。
進一步，時鐘126和曆書127可以被預先加載到GNSS發射機 125中或者可以在以後的時間下載(包括但不局限於在安裝之前，在 安裝期間或在安裝之後)。通過使用無線或以有線的方式連接GNSS 發射機125到計算機網絡、接收廣播的RF信號等等可以執行所述下 載。
GNSS發射機125可以具有足夠的靈活性以在自治操作和同步操 作之間切換。替換地，如在圖2C中示出GNSS發射機125可以以兩 種模式操作。在這種情況下，GNSS發射機125可以使用來自所述存 儲的數據(時鐘和曆書)以及經由不受阻擋的天線系統120接收的衛 星信號的信息。
在圖2C所示同步系統的再一個方面，GNSS發射才幾125可以或 可以不包括GNSS接收機天線120。而且，可以例如經由計算機網絡 提供有關上空衛星(110a-110c)的信息和關於這些衛星的定時。
如在以下將要描述的，本發明的一個或多個方面可以使用上述 GNSS系統的特徵。以下將被分成自治和同步操作。以下的特徵和結 構可以單獨地或一起實現成各種程度。
操作類型
自治操作參考圖3A，在本發明的一個實施例中，GNSS發射機200可以 自治地作為單個單元操作，也就是，不用持續輸入當前星座信息。但 是，在這種操作模式中，GNSS發射機實時時鐘230可能逐漸形成定 位誤差並且因此GNSS發射機不可能與被從外部源提供非常精確的 GNSS時間的一些輔助GNSS接收機相兼容。如果GNSS發射機中的 系統時間與實際的GNSS星座系統時間不對準，輔助GNSS接收機可 以保持處於不同步的狀態中或可以試圖根據實際衛星系統的定時重 新捕獲。例如，GNSS接收機可以對不同於GNSS發射機所發射碼相 位的碼相位執行窄搜索。因此，輔助GNSS接收機可能永遠找不到 GNSS發射機或捕獲時間可能被顯著地延長。
圖3A示出根據本發明的一個示意性方面的GNSS發射機200。 GNSS發射機200包括基帶處理器子系統，它包括非易失性存儲器 210、實時時鐘230、微處理器220和信號處理器290。微處理器220 功能和信號處理器290功能可以包括多個電路或者在一個處理器電路 (諸如ASIC、 FPGA等等)中被實現。GNSS發射機200還可以包括 射頻信號發生器240和基準頻率振蕩器260。基準頻率振蕩器260可 以提供主時鐘給基帶處理器子系統和射頻信號發生器240。替換地， 可以使用兩個或更多振蕩器作為微處理器220、信號處理器290、和 射頻信號發生器240中各自的頻率源。而且，GNSS發射機200可以
需的電壓的電源270。在來自本地電源的服務中斷的情況下，還可以 使用可選的備用電池系統280保證持續的運轉。
GNSS發射機200可以是輸出在100m以上距離被接收的信號的 發射機。替換地，GNSS發射機200還可以是僅輻射足夠的能量以便 僅靠近(100m或更近)低功率GNSS發射機的GNSS接收機能夠精 確地接收信號的低功率發射機。
可以用於計算與GNSS發射機位置有關的GNSS信號特性的信 息可以包括GNSS系統曆書、GNSS發射機的位置、和GNSS系統時 間。所述特性可以包括包含相位和都卜勒頻率的偽隨機碼以及可以進一步包括獨立於偽隨機碼的導航數據。
存儲曆書和GNSS發射機位置的機構可以包括非易失性存儲器 (NVM) 210。在曆書和GNSS發射機天線的位置的存儲器不包括 NVM的情況下，如果存在電源故障，易失性存儲器會被刷新。在自 治操作模式中，GNSS系統曆書可以被預先存儲或在以後與GNSS發 射才幾200相關聯。GNSS系統時間的來源可以包括GNSS發射機的實 時時鐘(RTC) 230。控制GNSS發射機操作的機構可以包括微處理 器220，計算從天線250所輸出的具有修改特性的信號的機構可以包 括小型低成本數字處理器290。微處理器220功能和信號處理器290 功能可以在一個處理器電路中實現。替換地，微處理器220功能和信 號處理器290功能可以在兩個或更多處理器電路中實現。產生具有特 性的信號的機構可以包括射頻信號發生器240。廣播具有特性的信號 的才幾構可以包括天線系統250。 GNSS發射機單元200可以自治地操 作以提供與一個特定位置，即安裝GNSS發射機單元的天線250的位 置，或由操作員規定的另一個位置有關的GNSS信號。不需要GNSS 發射機時間被精確地對準到實際的GNSS衛星系統時間。
參考圖7, GNSS發射機200如下操作。在安裝GNSS發射機時， 發射機天線620的位置和當前曆書信息610可以被編程到基帶處理器 子系統的非易失性存儲器210中。而且在安裝期間，GNSS系統時間 可以被編程到GNSS發射機的實時時鐘230中。 一旦GNSS發射機被 啟動，可以使用位置、系統時間、和GNSS衛星曆書信息確定如果實 際的GNSS衛星信號不被阻擋在該時間和位置將會可見的衛星620的 列表。該衛星列表可以在信號處理器290中使用以產生用於所述列表 中每個衛星的碼片發生器640和導航數據流650。 一旦衛星碼片已經 被產生和導航數據被添加，就可以利用移相器660根據將會對應於 GNSS系統時間和GNSS發射機位置的相位和都卜勒頻率調節該碼片 的相位和頻率。 一旦已經利用適當的導航數據、對應於GNSS系統時 間和發射機天線位置的相位和都卜勒頻率產生衛星碼片，就可以對碼 片求和並以適當的格式670輸出到GNSS發射機射頻信號發生器240以驅動1/Q調製器。
還應該注意到對於當前實施例，GNSS發射機200可以與需要從 一個GNSS發射機200導航到下一個發射機的GNSS接收機具有有限 的兼容性。在這種情況下，GNSS接收機可以跟蹤來自特定GNSS發 射機的碼相位。為了 GNSS接收機能夠從當前的GNSS發射機轉換到 下一個發射機，可能需要下一個發射機的碼相位與原碼相位對準。因 此，如果多個GNSS發射機沿GNSS接收機必須經過的路徑(例如， 地鐵系統)分布，構成該系統的GNSS發射機可以被同步到GNSS系 統時間以便確保接收機可以從一個GNSS發射機導航到下 一個發射機 或者甚至根據真實的GNSS信號進入GNSS發射機被定位的區域中。 對準的程度可以靈活到這種程度即GNSS接收機可以能夠在對應於來 自發射機的信號到來自GNSS衛星的信號之間轉換而沒有不適當的延 遲。
同步操作
圖3B所示為以同步模式操作的GNSS發射機201。儘管類似於 以上圖3A的描述，圖3B包括接收天線255 (或其他輸入)，通過該 天線接收與給定位置有關的當前衛星信號信息。GNSS發射機201通 常可以不包括NVM210和時鐘230 二者。替換地，這些組件中的一個 或多個可以被包括或具有通過電連接(直接-例如USB -或遠程-例 如在網絡上)被提供給GNSS發射機201的功能。如參考圖3A所描 述的，GNSS發射機201可以具有一個或多個振蕩器260、可選的備 用電池、組合到一個或多個晶片上的處理器和信號發生器等等。
計算機網絡
在本實施例中，多個GNSS發射機可以被同步到如果GNSS信 號不被阻擋在特定位置將會存在的GNSS條件，這使得能夠與輔助的 GNSS接收機和標準的導航接收機相兼容。以下描述將當前GNSS星 座信息分配到多個GNSS發射才幾的系統。
圖4示出根據本發明的示意性實施例用於收集當前星座信息的 GNSS系統。收集當前星座信息的機構可以包括標準接收機天線310和專用接收機320。專用接收機320可以包括與特定衛星系統兼容的 GNSS接收機。這些衛星系統的實例可以包括全球定位系統、Galileo 和GLONASS。專用接收機320可以被配置成收集和輸出產生信號所 需的特定信息330，該信號對應於一個或多個發射機單元天線250的 位置(參見圖2有關GNSS發射機單元的附加信息)。而且，存在用 於以下將討論的當前星座信息340的分配的機構。如果通過機構340 可獲得當前星座信息，GNSS發射機單元201然後可以使用當前星座 信息和GNSS發射機天線位置，而不是使用內部存儲的曆書和內部產 生的時間來計算和產生具有需要特性的GNSS信號。
圖5詳細示出根據本發明的示意性實施例星座信息收集機構。一 種用於分配當前星座信息340的機構可以是計算機網絡伺服器440和 基於計算機的網絡450。基於計算機的網絡450可以進一步包括有線 或無線區域網(LAN)或廣域網(WAN) 。 LAN和WAN的實例可 以包括乙太網和令牌環網。
進一步參考圖5， GNSS接收機320可以通過被定位於GNSS衛 星信號的清晰視界中的GNSS接收天線310收集來自GNSS星座的信 號。GNSS接收機320可以收集和輸出特定星座信息330，諸如系統 時間、衛星可見列表、衛星碼片相位和都卜勒頻率以及導航數據。在 一個實例中，當前星座信息可以通過計算機網絡伺服器"0和計算機 網絡450傳送到GNSS發射機單元201。 GNSS系統時間信息可以通 過時間傳輸協議(例如，精確時間傳輸協議)的方式被傳送以便在整 個GNSS發射機系統中保持同步。
圖6示出根據本發明的示意性實施例與GNSS信號分配網絡組合 的專用GNSS接收機。專用GNSS接收機320可以位於所述地點和潛 在地集成到發射機單元201內部。當前星座信息的分配機構可以包括 射頻分配網絡520，該網絡通過同軸電纜網絡(如圖所示)、模擬光 纖網絡、或模擬無線網絡分配來自衛星星座的接收信號。在一個實例 中，從GNSS接收機320將產生具有想要特性的GNSS信號所必須的 信息直接地提供到GNSS發射機單元201的信號處理器。替換地，這種信息還可以通過間接方法從GNSS接收機320被提供到GNSS發射 機單元201的信號處理器。
一旦當前星座信息330已經被傳送到各個GNSS發射機單元 201， GNSS發射機單元就以類似於上述自治操作實施例的方式產生具 有適當信號特性的信號。參考圖8，不是讓信號特性的計算基於內部 存儲的曆書和內部產生的時間，而是本實施例信號特性的計算可以基 於從信息分配網絡340接收的當前星座信息330。
RF網絡
在本實施例中，多個GNSS發射機可以被同步到如果實際的 GNSS信號不被阻擋在特定位置將會存在的GNSS條件，這樣使得能 夠與輔助的GNSS接收機和標準的導航接收機相兼容。在本實施例中， 這種實現克服了如在前一實施例情況中對於時間傳輸協議的需求。參 考圖6，本實施例包括從衛星收集GNSS射頻信號的GNSS天線310。 射頻GNSS信號通過GNSS信號分配網絡520的方式被分配到GNSS 接收機320。如果GNSS信號分配網絡通過同軸電纜網絡的方式實現， 那麼它可以包括低噪聲放大器530、低損耗同軸電纜540、以及GNSS 信號分配器550。該設計的進一步實施例能夠通過模擬無線網絡或通 過模擬光纖網絡實現射頻GNSS信號分配網絡520。無論分配GNSS 射頻信號的裝置如何， 一旦信號已經被傳送到GNSS接收機320，該 接收機就可以收集和輸出特定星座信息330，諸如系統時間、衛星可 見列表、衛星碼片相位和都卜勒頻率以及導航數據。來自接收機的當 前星座信息可以通過串行或並行數字接口 570被傳送到GNSS發射機 單元的微處理器220。
一旦當前星座信息330已經被傳送到各個GNSS發射機單元 201， GNSS發射機單元就可以以類似於上述自治操作實施例的方式產 生具有適當信號特性的信號。參考圖8，不是讓信號特性的計算基於 內部存儲的曆書和內部產生的時間，而是本實施例信號特性的計算可 以基於從位於GNSS發射機天線位置的GNSS接收機320接收的當前 星座信息330。在本發明的所有前面實施例中，GNSS發射機單元201可以包括 內部備用電池系統(參見圖3， 280)，使得在電源發生故障或與正常 電源270中斷的事件中能夠繼續操作，這種事件在緊急的情況中具有 高的可能性。替換地，發射機單元201可以缺少電池電源。
本發明的各方面包括但不局限於，微處理器、信號處理器、和射 頻信號發生器，本發明可以以硬體和/或軟體實現，這種實現包括但不 局限於ASIC、 FPGA等等。
而且，GNSS發射機系統的上述示意性實施例可以與其他系統組 合。除了可使用有源衛星信號之外，GNSS發射機系統的方面可以包 含仿真信號和來自偽衛星的信號。例如，如果GNSS接收機天線被定 位於它只能夠從兩個衛星捕獲信號的位置，GNSS發射機系統可以使 用衛星前站(outpost)。該衛星前站可以被定位成從第三個衛星接收 信號和發送這些信號到GNSS接收機天線。
儘管已經參考示意性實施例描述了本發明，但是本領域的普通技
明的:素而不背;本發明的範圍。另外，根據本^發明的教導在不背離
本發明範圍的條件下可以作出許多修改以適配特定情況或物質。除了 所示和建議的可以包括本發明的硬體、固件、或軟體實現之外可以使 用不同的硬體。所以，本發明的意圖並不局限於這裡公開的特定實施 例，而是本發明包括落入附屬權利要求書範圍內的所有實施例。
權利要求
1. 一種用於提供GNSS信號給GNSS接收機的方法，其中所述 GNSS接收機從具有最低信號質量的GNSS衛星接收小於期望數量的 GNSS信號,所述方法包括以下步驟通過GNSS接收機天線從GNSS衛星接收信號，其中從GNSS 接收機天線接收的信號包括星座信息； 根據所述星座信息確定衛星的列表； 產生對應於該衛星列表的衛星碼片； 修改信號特性；以及輸出具有所述修改的信號特性的信號到所述GNSS接收機。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述信號特性包括具有相 位信息和都卜勒頻率信息的偽隨機碼並且包括所述GNSS衛星的導航 信息，所述偽隨機碼和所述導航信息與GNSS系統的特定位置和特定 時間相關。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中所述修改步驟還包括 修改所述相位信息；修改所述都卜勒頻率信息；和 暫時地緩衝所述導航信息。
4. 根據權利要求2所述的方法，其中所述修改步驟還包括 接收位置信息；重構所述信號特性以反映在所述位置從所述GNSS衛星接收所 述信號。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中所迷信號特性包括時間參數。
6. 根據權利要求2所述的方法，其中所述修改步驟還包括 計算與接收的信號相關聯的時間和與輸出的信號相關聯的時間之間的延遲。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中所述修改步驟還包括計算GNSS發射機的接收天線和GNSS發射機的發送天線之間 的傳播延遲。
8. —種用於提供GNSS信號給GNSS接收機的方法，其中所述 GNSS接收機從具有最低信號質量的GNSS衛星接收小於期望數量的 GNSS信號，所述方法包括以下步驟在發射機接收數據，其中該數據包括位置和曆書信息； 根據所述位置、曆書信息和系統時間確定衛星的列表； 產生包括偽隨機碼和對應於該衛星列表的導航信息的信號特性， 該偽隨機碼具有相位信息和都卜勒頻率信息；和經由發射機天線輸出具有所述信號特性的信號到所述GNSS接收機。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中所述信號特性與所述位置 和所述時間相關。
10. 根據權利要求8所述的方法，其中所述位置是所述發射機發 送天線的位置。
11. 根據權利要求8所述的方法，其中所述位置不是所述發射機 發送天線的位置。
12. —種全球導航衛星系統發射機，包括 存儲位置的非易失性存儲器； 保持系統時間的時鐘；根據所述位置和所述系統時間確定要包括在GNSS信號中的信 息的微處理器；產生包括所述信息的信號的信號處理器；根據來自所述信號處理器的信號產生GNSS信號的GNSS射頻 信號發生器；和廣播所述GNSS信號的GNSS天線系統。
13. 根據權利要求12所述的全球導航衛星系統，還包括 從至少一個衛星接收GNSS信號的接收天線， 其中所述微處理器至少部分地根據來自所述接收天線的所述GNSS信號確定所述信息，所述信息包括相位和都卜勒頻率信息。
14. 根據權利要求12所述的全球導航衛星系統， 其中所述非易失性存儲器包括曆書，以及其中所述微處理器根據所述位置、所述系統時間和所述曆書確定 所述信息，所述信息包括相位和都卜勒頻率信息。
15. 根據權利要求12所述的全球導航衛星系統發射機，還包括 將所述GNSS信號分配到至少兩個GNSS發射機的分配網絡。
16. 根據權利要求12所述的GNSS發射機，還包括在來自電源 的電力中斷的情況下使得能夠繼續操作的備用電池系統。
17. —種GNSS發射才幾系統，包括 收集一個或多個GNSS星座信號的GNSS接收機天線； 處理來自所述接收機天線的所述一個或多個GNSS星座信號並提取當前星座信息的GNSS接收機； 一個或多個GNSS發射才幾；和用於將所述當前星座信息分配到所述一個或多個GNSS發射機 單元的機構。
18. 根據權利要求17所述的GNSS發射機系統，其中所述一個 或多個GNSS發射機還包括存儲GNSS衛星星座曆書和所述GNSS發射機單元的發送天線 的位置的非易失性存儲器；保持實際的GNSS系統時間的時鐘；執行一個或多個任務的處理單元，其中所述一個或多個任務包括 與分配當前星座信息的所述機構通信、管理所述GNSS發射機的操作、 根據所述當前星座信息和來自所述時鐘的G N S S系統時間計算衛星列 表中至少一個，其中該處理單元還被配置用於根據所述GNSS發射機 的天線位置和來自所述機構的所述當前星座信息計算GNSS信號，其 中所述信號具有與所述GNSS發射機的天線位置和所述實際的GNSS 系統時間相關的特性；產生所述GNSS信號的GNSS射頻信號發生器；和廣播所述GNSS信號的GNSS天線系統。
19. 根據權利要求17所述的GNSS發射機系統，其中所述處理 單元包括微處理器、信號處理器和射頻信號發生器中的至少兩個。
20. 根據權利要求17所述的GNSS發射機系統，其中所述處理 單元包括位於單個晶片上的微處理器、信號處理器和射頻信號發生器 中的至少兩個。
21. 根據權利要求17所述的GNSS發射機系統，還包括在來自 外部源的電力中斷的情況下使得能夠繼續操作的備用電池系統。
22. 根據權利要求17所述的GNSS發射機系統，其中分配當前 星座信息的所述機構是計算機網絡，所述GNSS發射機系統還包括計算機網絡伺服器；和 計算機網絡。
23. 根據權利要求17所述的GNSS發射機系統，還包括 將通過所述GNSS天線收集的GNSS星座信號分配到一個或多個GNSS接收機的GNSS信號分配網絡。
24. 根據權利要求17所述的GNSS發射機系統，其中所述GNSS 信號分配網絡還包括包括一個或多個同軸電纜的同軸電纜網絡。
25. 根據權利要求24所述的GNSS發射機系統，其中所述同軸 電纜網絡還包括一個或多個放大設備。
26. 根據權利要求24所述的GNSS發射機系統，其中所述同軸 電纜網絡還包括一個或多個信號分配設備。
27. 根據權利要求17所述的GNSS發射機系統，其中所述GNSS 信號分配網絡包括光纖網絡，還包括將GNSS信號轉換成用於在光纖網絡上傳輸的光頻率的模 擬射頻光纖發射機；一個或多個光纜；和一個或多個模擬射頻光纖接收機，用於接收已經被轉換成用於在光纖網絡上傳輸的光頻率的所述GNSS信號並且將所述 GNSS信號轉換回原始的頻率。
28. 根據權利要求17所述的GNSS發射機系統，其中所述GNSS 信號分配網絡還包括模擬無線網絡，包括用於將GNSS信號轉換成用於在無線電網絡上傳輸的頻率的模擬無線射頻發射機；在無線電網絡上廣播所述GNSS信號的天線系統； 在無線電網絡上接收所述GNSS信號的一個或多個天線系統；和一個或多個模擬無線射頻接收機，用於接收已經被轉換成 用於在無線電網絡上傳輸的頻率的所迷GNSS信號並且將所述 GNSS信號轉換回原始的頻率。
29. 根據權利要求17所述的GNSS發射機系統，其中利用從所 述當前星座信息獲得的精確GNSS系統時間更新所述單獨GNSS發射 機中的時鐘，以與所述實際GNSS系統時間保持同步。
30. 根據權利要求17所述的GNSS發射機系統，其中利用從所 述當前星座信息獲得的精確GNSS系統時間更新所述單獨GNSS發射 機中的實時時鐘，以與所述實際GNSS系統時間保持同步。
31. —種存儲計算機可讀指令的計算機可讀介質，當這些指令由 處理器執行時，使得GNSS發射機提供重構的信號給GNSS接收機， 其中所述GNSS接收機從具有最低信號質量的GNSS衛星接收小於期 望數量的GNSS信號，所述指令包括以下步驟通過GNSS接收機天線從GNSS衛星接收信號，其中所述信號 包括星座信息；根據所述星座信息確定衛星的列表；產生對應於衛星列表的衛星碼片；根據被阻擋GNSS接收機的位置修改信號特性;以及經由發射機天線輸出具有所述修改的信號特性的信號到所述GNSS接收機。
32. —種存儲計算機指令的計算機可讀介質，這些指令使得 GNSS發射機提供信號給GNSS接收機，其中所述GNSS接收機從具 有最低信號質量的GNSS衛星接收小於期望數量的GNSS信號，所述 指令包括以下步驟在發射機接收數據，其中該數據包括位置和曆書信息；根據所述位置、曆書信息和系統時間確定衛星的列表；產生包括偽隨機碼和對應於衛星列表的導航信息的信號特性，該偽隨機碼具有相位信息和都卜勒頻率信息；和經由發射機天線輸出具有所述信號特性的信號到所述GNSS接收機。
全文摘要
提供一種用於使用信號發射機增強全球導航衛星系統(GNSS)的覆蓋和能力的系統和方法。信號發射機產生和發射可以具有變化的信息集合的GNSS射頻(RF)信號。在某些情況下，所述信息可以包括對應於信號發射機的已知位置或其他位置的相關偽隨機碼相位和都卜勒頻率。在某些情況下，如果真實GNSS信號不被遮蔽，在已知位置或在另一個位置GNSS衛星星座時間、GNSS衛星可以是可見的。
文檔編號G01S19/11GK101313228SQ200680032884
公開日2008年11月26日 申請日期2006年9月1日 優先權日2005年9月8日
發明者P·W·科伊納, R·R·霍頓 申請人:Gps之源公司