利用重影消除基準電視信號的位置定位的製作方法
2023-05-18 14:44:06
專利名稱：利用重影消除基準電視信號的位置定位的製作方法
技術領域：
本發明一般性的涉及位置確定，特別是涉及使用模擬廣播電視信號的位置確定。
背景技術：
使用無線電信號的二維緯度/經度定位系統的方法很早就已經存在了。諸如Loran C和Omega之類的陸上系統以及稱為「轉送」的基於衛星的系統已經處於廣泛使用中。正在不斷流行的另一種基於衛星的系統是全球定位系統(GPS)。
GPS最初是在1974年被設計，現在被廣泛使用於位置定位、導航、勘查和時間轉換中。GPS系統是以處在子同步12小時軌道中的24個在軌衛星的星座為基礎的。每個衛星攜帶一個精確時鐘並且發射一個偽噪聲信號，其能夠被準確跟蹤以便確定偽距。通過跟蹤4個或更多衛星，人們可以在世界範圍內實時確定三維精確位置。在B.W.Parkinson和J.J.Spilker，Jr.的「Global Positioning System-Theory and Applications」(第I和II冊，AIAA，華盛頓，DC.1996)中提供了更多細節。
GPS已改革了導航和位置定位技術。可是在一些情形中，GPS不是很有效。因為GPS信號以相對低的功率電平(低於100瓦特)並且在很大的距離上發射，所以接收到的信號強度相對弱(一個全向天線接收時大約為-160dBw)。因此，在有障礙物存在時或者是在建築物內部時該信號較少有用或者根本就沒用。
已經有一種系統使用傳統模擬國家電視標準委員會(NTSC)電視信號來確定位置。在1996年4月23日發布的、標題為「Location DeterminationSystem And Method Using Television Broadcast Signals」(使用電視廣播信號的位置確定系統和方法)美國專利No.5,510,801中可找到這個提議。可是，公開的那些技術有幾個主要缺點。那些技術不能使用嚴重衰減的信號，如此以致於傳統模擬電視接收機不能從水平同步信號或者色度猝發中提取同步定時。那些技術不能適應模擬發射機時鐘的頻偏和短期不穩定性，這將會引起嚴重的位置誤差，因為用戶必須按順序在一個信道之後抽樣另一信道。那些技術不能解決色度載波中的周期不明確度，尤其在存在多徑的時候更是如此。另外，該技術使人們不能使用具有可變特性的信號，可變特性不影響模擬電視接收機性能，但是顯著影響導航系統的性能(例如，消隱脈衝、水平同步脈衝以及色度猝發的可變形狀和持續時間)。另外，這些技術不使用在存在多徑時把精確測距考慮到幾米準確度的信號。
發明內容
本發明的實施描述了利用模擬廣播電視(TV)信號中存在的重影消除基準(GCR)信號來進行位置定位的信號處理技術。這些技術可以跟蹤低於噪聲層的信號，並且傳統電視信號接收機不能從這些信號獲得定時信息。這些技術按照比典型電視接收機更精確的方式來提取定時信息。這些技術還適應模擬電視信號的所有可變特性，如此以使這些變化不影響位置定位的精度。
這些技術在離發射機一定範圍內可用，這個範圍比典型模擬電視接收範圍大許多。因為模擬電視信號的高功率，這些技術甚至可以通過手持接收機在戶內使用，並因此向增強型911(E911)系統的位置定位需求提供一種可能解決方案。
在此公開的技術有幾個優點。正如位置定位所需要的，與從遠處電視發射機的電視信號的接收一致，這些技術在低接收信噪比(SNR)時有效。對於具有低天線增益的小移動手機以及對於室內環境，這是一個絕對的要求。由於寬帶寬的GCR信號，這些技術能夠鑑別多徑信號。該技術允許連續使用單個接收元件以使單個電子電路組能夠被時間共享，以便觀測多個電視信號，從而明顯降低成本。
一般來說，一方面，本發明的特徵在於一種用於確定用戶終端位置的方法、設備和計算機可讀介質。它包括基於廣播模擬電視重影消除基準信號的已知特性來產生一個相關基準信號；在用戶終端，接收包括所述重影消除基準信號的廣播模擬電視信號；和把所述廣播模擬電視信號與相關基準信號相關，從而產生一個偽距；並且其中，基於偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。
特定的實施可以包括下列一個或多個特徵。實施可以包括基於偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。實施可以包括基於所述偽距、基於廣播數位電視信號所計算的偽距、以及所述廣播模擬電視信號和所述廣播數位電視信號的發射機位置，來確定用戶終端的位置。這些實施可以包括識別相關結果的峰值，從而產生偽距。用戶終端的位置可以這樣確定基於廣播模擬電視信號的發射機處的一個發射機時鐘和一個已知時間基準之間的一個差值，來調整偽距，並且，基於所述調整了的偽距和所述電視發射機的位置來確定用戶終端的位置。實施可以包括基於另外一個廣播模擬電視信號確定另外一個偽距；並把所述偽距和所述另外的偽距投射到一個時間瞬時，從而消除用戶終端時鐘中的任何一階項。實施可以包括利用時間門控延遲鎖定環來跟蹤重影消除基準信號。
一般來說，在一方面，本發明的特徵在於一種用於確定用戶終端位置的方法、設備和計算機可讀介質。它包括基於在一個廣播模擬電視信號中呈現的一個啁啾型信號的已知特性來產生一個相關基準信號；在用戶終端，接收包括所述啁啾型信號的一個廣播模擬電視信號；和把所述廣播模擬電視信號與相關基準信號相關，從而產生一個偽距；並且其中，基於偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。
特定的實施可以包括下列一個或多個特徵。所述啁啾型信號是一個場間測試信號。所述啁啾型信號是重影消除基準信號A，重影消除基準信號B或者重影消除基準信號C。這些實施可以包括基於偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。這些實施可以包括基於所述偽距、基於廣播數位電視信號所計算的偽距、以及所述廣播模擬電視信號和所述廣播數位電視信號的發射機位置，來確定用戶終端的位置。這些實施可以包括識別相關結果的峰值，從而產生偽距。用戶終端的位置可以這樣確定基於廣播模擬電視信號的發射機處的一個發射機時鐘和一個已知時間基準之間的一個差值，來調整偽距，並且，基於所述調整了的偽距和所述電視發射機的位置來確定用戶終端的位置。這些實施可以包括基於另外一個廣播模擬電視信號確定另外一個偽距；和把所述偽距和所述另外的偽距投射到一個時間瞬時，從而消除用戶終端時鐘中的任何一階項。這些實施可以包括利用時間門控延遲鎖定環來跟蹤所述啁啾型信號。
一個或多個實施例的細節將在下面的附圖和說明書中被闡明。從說明書和附圖中以及從權利要求中，其它特徵將顯而易見。
圖1顯示了一個示範實施例，其包括一個用戶終端，它通過一條空中鏈路與一個基站通信。
圖2說明了圖1實施例的操作。
圖3描述了使用三個電視發射機進行定位的幾何圖形。
圖4描述了根據一個實施例，用於對所接收的廣播模擬電視信號採樣的接收機。
圖5顯示了由計算機產生的NTSC GCR信號猝發。
圖6顯示了GCR猝發信號的近似功率譜密度。
圖7顯示了當以每秒28.64兆碼元的採樣率採樣時GCR信號的計算自相關函數。
圖8顯示了如圖7所示的GCR自相關函數放大圖。
圖9呈現了如NTSC信號文檔中所示的NTSC信號頻譜。
圖10顯示了對於舊金山海灣區域中通道44的一個NTSC信號，顯示了所接收到的該GCR信號的同相分量。
圖11顯示了包括某些多徑衰落影響在內的GCR信號的接收頻譜。
圖12顯示了包括水平脈衝的垂直消隱間隔，所述水平脈衝毗鄰包含GCR信號的線。
圖13顯示了恢復的GCR自相關函數。
圖14是根據一個實施例的流程圖，描述了在從包括兩個或更多GCR猝發的電視信號的儲存樣本獲取偽距過程中，由圖4處理器執行的一個處理。
圖15顯示了可被用於相干或非相干操作中的相關器的簡化圖。
圖16顯示了GCR信號在頻域中的基帶表示。
圖17是根據一個實施例的互相關器的功能方框圖。
圖18顯示了圖17的互相關器的自相關函數。
圖19顯示了圖17的互相關器的互相關結果。
圖20顯示了具有完整GCR信號與完整波形基準信號的互相關結果。
圖21顯示了一個實施例的非相干輸出。
圖22把圖21的非相干輸出總數與圖20的總相關結果進行比較，在此wa和wg已被標準化為相同的峰值。
圖23顯示了當所接收到的GCR信號被濾波以消除g1信號的下邊帶時的結果。
圖24把利用圖23的信號的相關結果與圖20的總相關結果進行比較。
圖25針對一個實施例將一個自相關(實線所示)與未濾波的矩形頻譜(虛線所示)進行比較，該實施例通過對GCR信號頻譜進行整形而進一步減低互相關旁瓣。
圖26說明了用於跟蹤GCR信號A的而沒有採用所測量信號的導數的一個實施。
圖27顯示了不包括其某些脈衝的NTSC場間測試信號波形的示例。
圖28顯示了當以27MHz採樣VITS信號並且在這個時間間隔之外將其視為零時的平方自相關函數。
圖29顯示了對於採樣速率為27MHz時，圖28中0到30個樣本範圍上的部分。
在本說明書中的所使用的每一個參考號的首數表示該參考號第一次出現時所在圖的圖號。
具體實施例方式
正如在此所使用的，術語」伺服器」通常是指一個電子設備或機制，而術語」消息」通常是指表示一個數字消息的電子信號。正如在此所使用的，術語」機制」是指硬體、軟體或它們的任何組合。這些術語被用來簡化隨後的說明。在此描述的伺服器和機制可以在任何標準的一般用途的計算機上實現，或者，可以被實現為專門的設備。
在下面參考已被美國、加拿大、墨西哥和其他地方採用的NTSC(國家電視標準委員會)標準來描述本發明的實施例。近來，對美國NTSC模擬電視系統的一次新的修改已經被ATSC建議、採用，並且現在正被結合在模擬電視傳輸中。此修改被稱為用於NTSC的重影消除參考(GCR)信號，並且呈現在大多數的NTSC模擬廣播電視信號中。新的GCR信號的這個目的是要允許電視機降低或消除由所接收電視信號中的多徑所引起的」重影」。這些重影會並且常常嚴重降低模擬電視的接收。發明者建議利用這種新GCR信號的目的完全不同於其原來的目的，即，將它用於諸如蜂窩手機之類的移動用戶終端的精確定位。雖然這些技術是參考NTSC電視信號來討論，但是它們同樣適用於其他電視信號，比如那些使用於使用類似GCR信號的歐洲、日本和韓國的電視信號。
用於精確定位的GCR使用在NTSC標準中，GCR信號是一個寬帶寬「啁啾」型信號，它周期性地插入在NTSC垂直消隱脈衝的線19中。這個GCR信號是一個正弦波，它在大約的35.5微秒的持續時間期間具有範圍從接近零到4.2MHz的一個線性增加頻率。GCR信號具有非常窄的自相關寬度，只有一微秒的一小部分，其還具有一個獨特特性，即在諸如水平和場消隱脈衝之類的NTSC模擬電視信號的標準單元中不可用。注意全世界所使用的其他GCR標準具有與NTSC GCR信號不同的格式。例如，不同於NTSC標準的一個GCR信號包括調製到場消隱脈衝一個分段上的偽隨機噪聲(PN)序列。這個信號也具有一個非常窄的自相關函數，並且本領域技術人員在閱讀本公開內容之後很清楚如何利用類似於在此描述的一個技術來將那個信號用於定位。不同於NTSC標準的另一類型的GCR信號包括一個條狀信號，它具有由一個sinc函數表徵的一個上升波形。注意。這個信號的一階導數具有一個窄的自相關函數。本領域技術人員在閱讀本公開之後將很清楚如何利用類似於在此對於NTSC GCR信號所描述的技術來使用這個信號用於定位。
參見圖1，一個示範實施例100包括一個用戶終端102，用戶終端102通過一個空中鏈路與基站104通信。在一個實施例中，用戶終端102是一個無線電話而基站104是一個無線電話基站。在一個實施例中，基站104是一個移動MAN(城域網)或WAN(廣域網)的一部分。
圖1被用來說明本發明的各個方面但是本發明不限制為此實施。例如，詞組「用戶終端」意指能夠實現所述電視位置定位的任意機制。用戶終端的示例包括個人數字助理(PDA)、行動電話、汽車及其它交通工具、以及任意可以包括實現DTV位置定位的晶片或軟體的機制。不打算把它限制為」終端」或者被」用戶」操作的物體。
由電視定位伺服器執行的位置定位圖2說明了實施例100的操作。用戶終端102接收來自多個電視發射機106A以及106B一直到106N的電視信號(步驟202)。
可以使用不同的方法來選擇用於位置定位的電視信道。在一個實施例中，一個電視定位伺服器110告訴用戶終端102要設定的最佳電視信道。在一個實施例中，用戶終端102通過基站104與電視定位伺服器110交換消息。在一個實施例中，用戶終端102基於基站104的身份以及所儲存的基站與電視信道相關表來選擇要監視的電視信道。在另一實施例中，用戶終端102可以接受從用戶輸入的一個定位，其給出該區域的一個大體指示，比如最近的城市的名稱；並使用這個信息來選擇用於處理的電視信道。在一個實施例中，用戶終端102掃描可用的電視信道以便基於可用電視信道的功率電平來聚集該位置的指紋。用戶終端102把這個指紋與把已知指紋和已知位置匹配的一個儲存表進行比較以便確定位置並且選擇用於處理的電視信道。在另一實施例中，用戶終端102在所有可用的信號上採用偽距測量，並且把這些偽距傳送給定位伺服器110，它基於電視發射機的位置來確定用戶終端102的位置。
用戶終端102確定用戶終端102和每個電視發射機106之間的一個偽距(步驟204)。每個偽距表示一個廣播電視中的GCR信號從發射機106發射的時間與該GCR信號在用戶終端102處的接收時間之間的時間差(或等價距離)，以及用戶終端和監視單元108之間的一個時鐘偏移，和所述電視廣播信號的分量的發射時間中的一個時鐘偏移。
用戶終端102把偽距發射給電視定位伺服器110。在一個實施例中，電視定位伺服器110被實現為一個執行軟體的一般用途計算機，所述軟體被設計來執行在此所述的操作。在另一實施例中，電視定位伺服器110被實現為一個ASIC(專用集成電路)。在一個實施例中，電視定位伺服器110被實現在基站104內或者接近基站104。
電視信號還被多個監視單元108A到108N接收。每個監視單元可以被實現為包括收發器和處理器的一個小單元，並且可以被安裝在諸如公用電桿、電視發射機106或者基站104之類的合宜的位置。在一個實施例中，監視單元被實現在衛星上。
監視單元108測量與每一GCR信號猝發的發射時間相關的信息。監視單元108通常由溫度補償晶體振蕩器或者用於精確測量的銣標準來控制。監視單元108把與發射時間相關的信息發射給電視定位伺服器110。用戶終端102跟蹤由每個電視發射機106發射的信號並為每一電視發射機測量一個偽距。用戶終端102把所測量的偽距發射到電視定位伺服器110。電視定位伺服器110然後結合與發射時間相關的信息和偽距，來計算用戶終端102的位置。用戶終端102的位置然後被轉送回用戶終端102。用戶終端102然後可以在應急時把這個信息發送給E911服務操作者，或者把該信息使用作為其它目的。
每個監視單元108為它從中接收電視信號的每一電視發射機106測量那個電視發射機的本地時鐘和一個基準時鐘之間的時間偏移。在一個實施例中，基準時鐘從GPS信號中得到。基準時鐘的使用允許在多個監視單元108被使用時為每個電視發射機106確定時間偏移，因為每個監視單元108能夠確定相對於基準時鐘的時間偏移。因此，監視單元108的本地時鐘中的偏移不影響這些確定。
在另一實施例中，不需要外部時間基準。依據這種實施，單個監視單元與用戶終端102都從相同的所有電視發射機中接收電視信號。其實，單個監視單元的本地時鐘起到時間基準的作用。
在一個實施例中，每個時間偏移被模擬為一個固定偏移。在另一實施例中，每個時間偏移被模擬為適合如下能夠用a，b，c，和T來描述的形式的二次多項式Offset＝a+b(t-T)+c(t-T)2(1)在兩者任一實施例中，利用網際網路，一個安全的數據機連接或其類似，將每個所測量的時間偏移定期發送給電視定位伺服器。在一個實施例中，使用GPS接收機來確定每個監視單元108的位置。
電視定位伺服器110從一個資料庫112中接收描述每個電視發射機的相位中心(即，位置)的信息。在一個實施例中，通過在不同位置使用監視單元108直接測量相位中心來測量每個電視發射機106的相位中心。在另一實施例中，通過測量天線相位中心來測量每個電視發射機106的相位中心。
在一個實施例中，電視定位伺服器110從一個天氣伺服器114中接收描述用戶終端102附近地區中的空氣溫度、大氣壓力和溼度的氣象信息。天氣信息可以從網際網路和諸如NOAA之類的其它來源中獲得。使用諸如在B.Parkinson和J.Spilker，Jr.的「Global Positioning System-Theory andApplications」(全球定位系統--原理和應用)(AIAA，華盛頓，1996年，第1卷第17章，J.Spilker，Jr的，Tropospheric Effects on GPS)中公開的那些內容，電視定位伺服器110從天氣信息中確定對流層的傳播速度。
電視定位伺服器1 10還可以從基站104中接收識別用戶終端102的大體地理區域的信息。例如，該信息可以識別蜂窩電話所處的小區或小區扇區。此信息被用於模糊分辨，如下所述。
在一個實施例中，電視定位伺服器110基於每一發射機的位置和偽距來確定用戶終端的位置(步驟206)。圖3描述了使用三個電視發射機106的一個定位的幾何圖形。電視發射機106A位於位置(x1，y1)處。用戶終端102和電視發射機之間的範圍為r1。電視發射機106B位於位置(x2，y2)處。用戶終端102和電視發射機106B之間的範圍為r2。電視發射機106N位於位置(xN，yN)處。用戶終端102和電視發射機106N之間的範圍為rN。
電視定位伺服器110可以根據對流層的傳播速度來調整每個偽距的數值。另外，電視定位伺服器為如上面方程式(1)中所述的相應的電視發射機106的時鐘偏移調整偽距。例如，假定電視發射機106有一些時鐘偏移，其導致大約106分之一的頻偏，並且其二分之一分別體現於用戶終端102處對發射機106A和106N的偽距測量值中。如果這些測量值沒有按照如所方程式(1)中所模擬的時鐘偏移進行校正，則在兩個測量值之間將產生大約300米的有效距離誤差。電視定位伺服器110使用來自資料庫112中的相位中心信息來確定每個電視發射機106的位置。
現在，描述一個簡化的位置定位過程，在此，假定用戶設備的時鐘偏移可以通過單個固定偏移T來模擬。如果用戶測量值被投射到時間的同一瞬時，或者，如果利用來自蜂窩基站或一個穩定的電視發射機中的一個時鐘基準來穩定用戶時鐘，則這個假設是真實的。用戶終端102進行三個或更多偽距測量以便求出三個未知數，即用戶終端102的位置(x，y)和時鐘偏移T。在其它實施例中，在此公開的技術被用來確定如經度、緯度和高度等三維位置，並且可以包括諸如DTV發射機海拔之類的因子。
三個偽距測量值pr1、pr2和pr3由
pr1＝r1+T(2)pr2＝r2+T(3)pr3＝r3+T(4)來給出。
在此，時鐘偏移T是距離的單位。即，T表示一個定時偏移乘以光速。這三個範圍能夠被表示成r1＝|X-X1| (5)r2＝|X-X2| (6)r3＝|X-X3| (7)在此，X表示用戶終端的二維向量位置(x，y)，X1表示電視發射機106A的二維向量位置(x1，y1)，X2表示電視發射機106B的二維向量位置(x2，y2)，而XN表示電視發射機106N的二維向量位置(xN，yN)。這些關係產生求出未知數x，y和T的三個方程式。
現在，描述那些用於把用戶終端處的測量值投射(projecting)到一個公共瞬時的技術。注意如果使用來自蜂窩基站或電視發射機106中的信號來穩定或校正用戶終端102的時鐘，則不需要上述測量值的投射。當用戶時鐘未被穩定或校正時，用戶時鐘偏移可以被考慮為時間的函數，T(t)。對於一個小時間間隔A，時鐘偏移T(t)能夠由一個常數和一個一階項來模擬。即，T(t+)=T(t)+Tt---(8)]]>現在我們重新考慮方程式(2a)-(4a)，把時鐘偏移作為時間的一個函數來對待。因此，偽距測量值也是時間的函數。為了清楚，我們假定那些範圍在時間間隔Δ上本質上保持固定。則偽距測量值能因此被描述為pr1(t1)＝r1+T(t1) (2b)
pr2(t2)＝r2+T(t2) (3b)prN(tN)＝rN+T(tN) (4b)在一個實施例中，用戶終端102在初始測量值組之後一段時間Δ以另外一組偽距測量值開始。這些測量值可以被描述pr1(t1+)=r1+T(t1)+Tt---(2c)]]>pr2(t2+)=r2+T(t2)+Tt---(3c)]]>prN(tN+)=rN+T(tN)+Tt---(4c)]]>用戶終端102然後把所有那些偽距測量值投射到時間上的某個公共點上以有效消除一階項的影響。例如，考慮某個公共基準時間t0是否被使用。應用方程式(2b-4b)和(2c-4c)，直接說明我們可以把所述測量值投射到時間的一個公共瞬時，如下pr1(t0)＝pr1(t1)+[pr1(t1+Δ)-pr1(t1)](t0-t1)/Δ (2d)pr2(t0)＝pr2(t2)+[pr2(t2+Δ)-pr2(t2)](t0-t2)/Δ (3d)prN(t0)＝prN(tN)+[prN(tN+Δ)-prN(tN)](t0-tN)/Δ (4d)這些投射的偽距測量值被傳送給定位伺服器，在定位伺服器那兒，它們被用來求解三個未知數x，y和T。注意方程式(2d-4d)中的投射不是精確的，並且二次項未被計算。可是，結果的誤差不很顯著。本領域技術人員應該意識到通過為每個投射產生兩個以上的偽距測量值就可計算二次以及更高次項。還要注意還存在許多其它方法來實現把偽距測量值投射到時間的同一瞬時的這個概念。例如，一種方法是實現一個延遲鎖定環，比如在J.J.Spilker，Jr.「Digital Communications by Satellite」(衛星數字通信)(1977,1995，新澤西州，Prentice-Hall，Englewood Cliffs)和B.W.Parkinson與J.J.Spilker，Jr.「Global Positioning System-Theory andApplication」(全球定位系統--原理和應用)(1996，華盛頓，第1卷，AIAA)中公開的那些，這兩篇文獻都在此結合作為參考。一個單獨的跟蹤環可以被專用於每個DTV發射機106。這些跟蹤環有效插入在偽距測量值之間。在同一時間瞬時處採樣這些跟蹤環中每一個的狀態。
在另一實施例中，用戶終端102不計算偽距，而是採用足以計算偽距的電視信號的測量值，然後把這些測量值發送到電視定位伺服器110。電視定位伺服器110然後基於所述測量值來計算偽距，並且如上所述那樣基於偽距來計算位置。
用戶終端執行的位置定位在另一實施例中，用戶終端102的位置由用戶終端102來計算。在這個實施例中，所有必要信息被發送給用戶終端102。這個信息可以被電視定位伺服器110、基站104、一個或多個電視發射機106或者它們的任意組合發射給用戶終端。用戶終端102然後測量偽距並求解上述聯立方程式。現在來描述這個實施例。
用戶終端102接收每個電視發射機的本地時鐘和一個基準時鐘之間的時間偏移。用戶終端102還要從資料庫112中接收描述每個電視發射機106相位中心的信息。
用戶終端102接收由電視定位伺服器110計算的對流層的傳播速度。在另一實施例中，用戶終端102從一個天氣伺服器114中接收描述用戶終端102附近地區中的空氣溫度、大氣壓和溼度的氣象信息，並且使用傳統技術來從天氣信息中確定對流層的傳播速度。
用戶終端102還可以從基站104中接收識別用戶終端102的大致地理區域的信息。例如，該信息可以識別蜂窩電話所處的小區或小區扇區。此信息被用於模糊分辨，如下所述。
用戶終端102從多個電視發射機106中接收電視信號並且確定用戶終端102和每個電視發射機106之間的一個偽距。用戶終端102然後基於偽距和發射機的相位中心來確定它的位置。
在這裡面的任何一個實施例中，只當兩個電視發射機可用時才可使用兩個電視發射機和在前一定位期間計算的偏移T來確定用戶終端102的位置。T的值可以按照傳統方法被儲存或保持。
在一個實施例中，基站104確定用戶終端102的時鐘偏移。在這個實施例中，為了定位，只需要兩個電視發射機。基站104發送時鐘偏移T給電視定位伺服器110，該電視定位伺服器然後從為每一電視發射機計算的偽距中確定用戶終端102的位置。
在另一實施例中，只有當一二個電視發射機可用於定位時，GPS被用來加強定位。
圖4描述了根據一個實施例，用於對所接收廣播模擬電視信號進行採樣的一個接收機400。在一個實施例中，採樣器400被實現在用戶終端102內。那些用於在小型無線電設備中實現這種接收機的技術在2001年7月31日由James Omura、James J.Spilker Jr.和Matthew Rabinowitz申請的美國臨時專利申請No.60/309,267，」Methodology and System for Tracking the DigitalTelevision Signal with Application to Positioning Wireless Devices」(定位無線電設備應用中用於跟蹤數位電視信號的方法和系統)中被描述。採樣速率足夠高，以便獲得電視信號的一個精確表示，這對本領域技術人員來說是顯而易見的。
接收機400在天線404處接收電視信號402。射頻(RE)放大/濾波器406對接收到的電視信號進行放大和濾波。本機振蕩器時鐘416和混頻器408I與408Q對信號進行下變頻，以便分別產生同相(I)和正交(Q)樣本。I和Q樣本分別被低通濾波器(LPF)410I和410Q濾波。執行下變頻的一種方法是使用一個直接下變頻結構，信號在該結構中被直接下變頻到基帶。這允許非常便宜的RF(射頻)硬體，並且使濾波器410能夠有效抵制相鄰信道幹擾。一個模數轉換器(ADC)412把I和Q樣本轉換為數字形式。數字I和Q樣本被儲存在存儲器414中。
GCR信號特性圖5顯示了一個計算機產生的NTSC GCR信號猝發。為一個實施詳細描述此信號。GCR信號的其它形式在本節的末尾簡要描述。NTSC GCR信號是一個類似啁啾的信號，為了消除在由接收到的信號中的多徑反射所引起的顯示電視圖象中重影的目的，所述類似啁啾的信號已被加到US NTSC模擬信號中。GCR信號是持續時間大約為35.5微秒的一個正弦波猝發，它具有一個線性變化的頻率，該頻率可以上升到約4.2MHz。水平線速率為15.73265kHz。每個垂直消隱脈衝時間間隔都發生GCR信號，它在262和263條水平線之間輪換。GCR信號在垂直消隱間隔的線19中被發送。GCR波形在一個8幀的超幀中被發送。GCR信號的符號採取{+，-，+，-，-，+，-，+}的形式。因此，GCR信號在8幀的超幀上具有零平均值。GCR信號還在國際電信聯盟(ITU)建議ITU-R BT.1124-3 Reference Signals For GhostCanceling In Analogue Television Systems(QuestionITU-R55/11)(1994-1995-1998-2001)(用於模擬電視系統中的重影消除的基準信號)中被描述，其公開全文在此結合以作參考。
GCR信號猝發通常被電視接收機內的數字處理器使用來消除電視畫面中的重影。本發明的實施為了一個完全不同的理由(即精確的位置定位)而使用GCR信號猝發。
圖6顯示了GCR猝發信號的近似功率譜密度圖表。垂直刻度為dB的形式。這種啁啾型信號類似於使用於某些寬帶雷達中的信號，並具有一個寬帶相對平坦的頻譜。
不僅以一個高功率電平以及高能量發射所述GCR信號，幾乎全部採用單一的電視線，而且寬的頻譜帶寬給它一個具有微小波瓣和其它不明確度的窄自相關函數。另外，因為每一幀只發射它一次(在垂直消隱間隔中)，所以相對較大的多徑反射也只引起很少的退化。圖7顯示了當以每秒28.64兆碼元的採樣率採樣時GCR信號的計算自相關函數。因此，採樣間隔為34.92納秒或者粗略為35英尺。圖8顯示了如圖7所示的GCR自相關函數的放大圖。GCR信號猝發自相關函數的窄寬度使得GCR信號猝發對精確偽距測量有用並且還減輕了多徑效應。這個特性在沒有GCR信號的前一版本的NTSC信號中無效。
NTSC信號上的GCR調製圖9顯示了如NTSC信號文檔中所示的NTSC信號頻譜。在6MHz頻帶下邊緣之上1.25MHz處示出亮度信號載波。可是，圖9是錯誤的；亮度信號載波fc被顯示在中斷點902之上0.75MHz處，但是它事實上位於6MHz信道的低邊緣904之上1.25MHz處。色度副載波比亮度信號載波高3.579545MHz。GCR信號所使用的視頻亮度信息擴展到上邊帶之上4.2MHz並且僅僅擴展到在下邊帶之上大約0.75MHz。
GCR信號作為亮度載波的一部分被發送，該亮度載波是對所分配的6MHz信道下邊緣之上1.25MHz的載波調幅而成。某些NTSC信道從精確的6MHz增量稍微偏移了一些。亮度調製以及水平和垂直同步/消隱進行殘餘邊帶調製，其中，下邊帶僅僅擴展到大約0.75MHz並且上邊帶擴展到大約4.2MHz。因此，GCR信號在較低的0.75MHz中比它在那個頻率之上具有多3dB的能量。色度信號不與GCR信號同時出現，因此即使它們的頻譜重疊，則在兩者之間也沒有幹擾。
GCR信號的實驗證實通過檢查舊金山海灣地區的通道44的一個NTSC信號，可以證實GCR信號的預期性能。圖10顯示了所接收的GCR信號的同相分量。該信號由於幹擾信號、噪聲和多徑衰落(這裡僅列舉了其中一些影響因素)而不同於理想的GCR信號。圖11顯示了包括GCR信號的某些多徑效應衰落在內的接收頻譜。圖12顯示了包括水平脈衝的垂直消隱間隔，所述水平脈衝毗連包含GCR信號的那條線。圖13顯示了恢復的GCR自相關函數。注意所述窄自相關特性以及與如圖7和8所示的計算機生成的自相關的相似性。
信號處理圖14是根據一個實施例的流程圖，描述了在從包括兩個或更多GCR猝發的電視信號的儲存樣本中獲取一個偽距時，由圖4處理器420執行的一個流程1400。本公開文獻中的附件包括被注釋的偽代碼，它進一步詳細說明了處理1400的細節。注意存儲電視樣本然後以軟體的形式處理信號的技術只是本發明的一種實施。本領域技術人員在閱讀本公開文獻之後將會清楚如何能夠以硬體的形式實現相同基礎的技術。
電視信號的樣本包括幾個垂直消隱區間，每一個包括一個GCR猝發。如圖4所示並且如上所述，如果信號已被下變頻到基帶並且被低通濾波，則我們可以跳越步驟1404和1406。可是，如果信號已經被變換成某個中頻，則我們可以從步驟1404開始，其中信號被進一步數字濾波，以便消除不必要的相鄰信道幹擾、噪聲和可能的任何窄帶幹擾(步驟1404)。用於濾除這些不必要幹擾的技術在本領域是熟知的。
流程1400把結果信號下變頻，以獲得選定電視信道的基帶信號(步驟1406)。在一個實施例中，這是通過首先把電視信道信號與同相以及正交混合信號進行混合，然後對結果進行濾波來完成。
在一個實施例中，流程1400然後從結果信號中存在的水平同步信號中提取大致的定時信息以便加速對GCR信號的搜索(步驟1408)。在一些實施例中，通過把結果信號與複製水平同步信號的一個基準波形進行相關並確定相關輸出峰值，來提取這個大致的定時信息。由於水平同步信號的快速重現速率(repetition rates)，則能夠以高計算效率實現從這個信號中提取大致定時信息。一種用於提取這個水平同步定時信息的技術在MatthewRabinowitz和James J.Spilker於2002年1月22日申請的美國非臨時專利申請序列No.10/054,302，「Position Location Using Broadcast Analog TelevisionSignals」(使用廣播模擬電視信號的位置定位)中被公開，它的公開內容全文在此結合以作參考。正如在上面所提及的，水平同步不足以精確定位位置，因此只被使用來加速搜索GCR信號猝發。由於GCR猝發與直接在那個GCR信號猝發前面的水平同步脈衝之間的時間分隔相對熟知，所以搜索被加速。可是，此步驟(1408)不是必需的。
流程1400然後搜索GCR猝發，通常從最先樣本開始並執行到最後樣本(步驟1410)。在一個實施例中，流程1400首先確定搜索窗口的大小或者搜索的某一樣本數目，以便利用從水平同步信號中提取的大致定時信息找到第一GCR猝發。由發射機和接收機中的時鐘不確定度這類的因素，以及由能夠從水平同步信號中提取初始大致定時所使用的精確度，來確定這個搜索窗口的大小。搜索窗口需要足夠大以使它一定包括下一GCR猝發的第一樣本。在一個實施中，按順序搜索每個水平線分段的搜索窗口，直到找到第一GCR猝發。在優選實施例中，通過把基準GCR信號與採樣過的數據相關來執行搜索，直到相關結果超過某一能量閥值為止。
一旦找到第一GCR猝發，則流程1400搜索樣本中下一GCR猝發的下一垂直欄。在一個實施例中，建立一個搜索窗口用於搜索後續GCR猝發。搜索窗口必須足夠大以使後續GCR猝發的第一樣本位於那個窗口之內。注意在NTSC標準中，由262和263條水平線交替分開連續的GCR猝發。因此，在一個實施例中，一旦找到第一猝發猝發，則為下一GCR猝發搜索接著那個猝發的第262條水平線。如果在這條線沒有找到下一GCR猝發，那麼為GCR猝發搜索第263條線。流程1400按照類似的方式定位剩餘的GCR猝發。
流程1400然後線性組合GCR猝發(步驟1414)。注意這種線性組合考慮了8幀超幀上GCR猝發的符號翻轉，從而所使用的所有GCR猝發的能量被構造性地相加。然後，利用一個變化延遲項，把結果信號與基準信號相關(步驟1416)。流程1400把產生最大相關結果的延遲識別為偽距(步驟1418)。當然，還存在許多其它方法來確定偽距，這在閱讀本公開內容之後對本領域技術人員將是顯而易見的。例如，可使用一種利用時間門控延遲鎖定環的硬體方法，通過對延遲鎖定環的狀態進行採樣，將生成偽距。
圖15顯示了可用於相干或非相干操作的相關器1500的簡化圖。接收到的信號通常將接收、採樣並量化，並且被實時處理或者在對存儲數據操作的一個脫機處理器中被處理。
RF NTSC電視信號首先被一個可調帶通濾波器1502濾波，然後被混頻器1504和本機振蕩器1506下變頻，被帶通濾波器1507濾波，然後被採樣器/量化器1508採樣並量化。時鐘1510驅動一個GCR生成器1512，其生成GCR信號的時間門控延遲副本。混頻器1514把該副本與量化信號合併。該結果通過一個相關器積分器1516，它可以是相干或非相干的。當GCR信號的時間延遲副本或者基準信號在時間上與入射的GCR信號對準時，相關器積分器1516將產生一個大的輸出。在一個實施例中，從相關器積分器中產生的最高最大輸出的那個時間延遲是偽距。可替代地，可以通過同相/正交採樣和量化來處理這個信號。單個GCR猝發信號可以被處理；或者，如果需要更多的處理增益，則可使用每個8幀的一個或多個超幀。
相關技術對於GCR信號和各種基準信號，可以使用許多不同的相關技術，以獲取用於位置定位的偽距。現在討論這些實施中的一些。當然，仍然能使用其它相關技術。這些技術能單獨使用或者合併使用。GCR信號在頻域中的一種基帶表示如圖16所示。有一些頻偏ω和某些相位偏移φ的GCR信號能被表示為s[t]=g1[t]cos[t+]+12(g2[t]cos[t+]+h2[t]sin[t+])---(9)]]>在此h2表示g2的Hilbert變換。圖17是根據一個實施例的互相關器1700的功能方框圖。混頻器1702和1704把s[t]分別與基準信號ri[t]和rq[t]合併，在此ri[t]=(g1[t]+g2[t]2)cost-h2[t]2sint---(10)]]>rq[t]=(g1[t]+g2[t]2)sint-h2[t]2cost---(11)]]>分別產生同相和正交分量。有限存儲積分器(FMI)1706和1708分別在持續時間大約為35.5微秒的GCR信號的寬度上積分同相和正交分量。結果信號分別由平方律設備1710和1712處理。結果信號被加法器1714相加，產生一個相關結果w[t]。注意通過在時間上相對於入射信號把基準信號接連偏移某些延遲τ，並且為基準信號的每個時間延遲τ產生一個相關結果，我們生成一個完整的相關函數。
圖18顯示了自相關函數r1＝g1*g1(12)和
r2＝g2*g2(13)其中g2分量是中心頻率為2.725MHz且帶寬為2.95MHz的一個帶通信號。圖19顯示了互相關結果c2＝g2*h2(14)圖20顯示了完整GCR信號與一個完整波形基準信號之間的互相關結果war[t]=g1[t+]cos[t]+12(g2[t+]cos[t]+h2[t+]sin[t])---(15)]]>在此，τ是延遲誤差，並且通過下式給出互相關結果wawa[]=116(4r1[]2+r2[]2+c2[]2+4r1[]r2[])---(16)]]>這種表達式除了最後一項存在之外，將沒有主旁瓣。
一種實施把GCR信號分別與g1和g2項相關，然後把兩個相關結果相加。每一結果具有sinx/x函數的次旁瓣。GCR信號與g1餘弦和正弦項相關，以獲得wg1[]=r1[]22---(17)]]>GCR信號分別與g2餘弦和正弦項相關，以獲得wg2[]=r1[]2+c2[]216---(18)]]>圖21顯示了非相干輸出wg1和wg2。圖22把總和
wg＝wg1+wg2(19)與上面討論的總相關結果wa進行比較，在此，wa和wg已被標準化為相同的峰值。注意雖然分開的總和wg具有較低的波瓣，但是它比較寬並且包含總相關結果wa的兩個波瓣峰值。
在一個實施例中，接收到的GCR信號被濾波，以消除g1信號的下邊帶，產生如圖23所示的信號g。下邊帶被消除的濾波信號能被表示為sb[t]＝g[t]cos[wt+φ]+h[t]sin[wt+φ] (20)在此，h[t]是g[t]的Hilbert變換。於是，這個完整帶寬信號的非相干互相關器輸出具有形式wb[]=12(rb[]2+cb[]2)---(21)]]>在此rb[]=sin[4.2]4.2---(22)]]>和cb[]=2sin2[4.2]4.2---(23)]]>圖24把相關結果wb與上面討論的總相關結果wa進行比較。注意當考慮主旁瓣時，結果wb具有更窄的總相關峰值。
一個實施例通過對GCR信號頻譜進行整形來進一步降低互相關旁瓣。如上所述，通過對信號簡單地執行一個延遲和相加操作，則可以把GCR信號濾波為餘弦平方頻譜。另一種簡單技術是使用第一階巴氏濾波器稍微濾波上頻譜範圍，其中第一階巴氏濾波器在GCR信號的4.2MHz帶寬的0.75處產生3dB衰減。圖25把結果自相關(實線所示)與未濾波矩形頻譜(虛線所示)進行比較。注意即使少量的濾波也減少了頻譜波瓣。可是，由於在總的GCR功率中也有一些損耗，所以它也降低了峰值。
使用啁啾型電視信號的位置定位如上所述，NTSC模擬電視信號常常含有一個GCR信號，GCR信號能被使用作為一個優良的定時恢復手段。根據在參考文獻ITU-R BT.1124-3中記錄的ITU無線通信彙編的建議，存在三種不同類型的GCR信號標準，即A、B、C。每一種這些信號被使用於世界不同的區域，並且根據本發明的實施，這些信號還能被用於位置確定。GCR信號C是一種啁啾信號，其被諸如美國的NTSC所使用。GCR信號C也可以被用於PAL和SECAM電視。GCR信號B是一個偽噪聲(PN)序列，例如在韓國被NTSC系統所利用。注意PN信號的自相關函數很窄，並因此很適於測距。本領域技術人員應該意識到，在閱讀本公開內容之後，可以以與GCR信號C類似的方式使用GCR信號B。在一個實施例中，除了基準信號是複製GCR信號B的PN序列之外，對於GCR信號A也使用相同的接收機結構。
GCR信號C是一個具有sinc函數上升波形的條狀信號。在日本，這被NTSC系統廣泛使用。為了消除一欄與另一欄不同的顏色和發光信號單元的影響，按照8欄的序列來安排GCR猝發。為了從幹擾信號中構造具有最小失真的單一GCR信號，我們按照如下來合併來自八欄S1到S8中的GCR信號Sgcr＝S1-S5+S6-S2+S3-S7+S8-S4(23)當然，人們可以合併許多組的8欄序列，以便增加處理增益。結果信號Sgcr不具有窄的自相關特性；可是它的導數具有可用於精確測距的窄自相關特性。因此，相關領域的技術人員應該認識到，可以使用一種與應用到GCR信號A和B上的技術相類似的技術。在一個實施例中，在相關之前計算濾波後的GCR信號A的導數，並且相關基準是理想GCR信號A的導數的副本。由於在對採樣信號進行差分時出現噪聲惡化，所以另一方法是只使用基準GCR信號的導數。例如，圖26說明了不採用測量信號的導數而跟蹤GCR信號A的一個實施例。圖26說明了最佳時間門控延遲鎖定環。混頻器2602把入射信號與微分器2610產生的GCR信號A的導數混合。合併了的信號輸入到環路跟蹤濾波器2604，它的輸出驅動一個數控振蕩器(NCO)2606，數字可控振蕩器(NCO)2606接著驅動GCR信號A基準信號發生器2608。注意延遲鎖定環被時間門控，因此我們僅僅是在在入射信號上出現GCR猝發時那個相關時刻將兩個入射和基準信號混合。使用這種時間門控結構，用分開的控制環同時跟蹤每一個信道，則接收機可以從一個電視信道跳到另一電視信道。時間門控結構允許重要的功率節省。一旦已經獲得每個相關電視信道的GCR猝發上的初始定時，則能夠只在短猝發中打開接收機，以捕獲GCR信號能量。本領域技術人員應該清楚如何能夠把這個技術應用到所有的GCR標準中，以及應用到其它低佔空因數同步信號中。
除了GCR信號之外，還存在另一種對定時有用的電視信號，它由增加的音調序列組成。那個信號是NTSC規範信號傳輸標準21.55描述的場間測試信號(VITS)。VITS波形能夠在垂直消隱間隔的線17、欄1中被發射。圖27顯示了不包括其某些脈衝的VITS波形的示例。時間刻度是以微秒為單位。VITS波形中的階梯和步長未顯示。
在這個波形的FCC版本中，頻率連續為0.5、1.25、2.0、3.0、3.58、4.1MHz。峰值到峰值幅度大約為60個IRE單位。圖28顯示了當以27MHz採樣VITS信號並且在這個時間間隔之外把它視為零時的平方自相關函數。時間刻度是1/27微秒。因此樣本27對應於1微秒。圖29顯示了對於27MHz的採樣率，圖28在0到30個樣本範圍上的部分。峰值是一個樣本1，而不是零。對於這個28MHz採樣率，一個採樣偏移對應於在大約37英尺自由空間中的一個時間偏移。一側的平方自相關寬度大約為2個採樣或者大約60尺。因此，對於精確定時，VITS信號是GCR信號的一種有用增加或者替換。另外，發明者打算用本發明可使用其它啁啾型信號用於位置定位。
本發明的若干實施例已被描述。然而，應該理解不偏離本發明的精神和範圍可進行各種修改。例如，可使用其它啁啾型信號來代替GCR信號用於位置定位。用於位置定位的偽距不僅可以包括基於出現在模擬電視廣播中的啁啾型信號來產生偽距，而且可以從數位電視(DTV)廣播信號中得到偽距。基於DTV廣播信號用於產生偽距的技術在2001年6月21日由Matthew Rabinowitz和James J.Spilker申請的美國非臨時專利申請序列No.09/887,158，「Position Location using Broadcast Digital Television Signals」(使用廣播數位電視信號的位置定位)中被公開，其公開內容全文在此結合以作參考。使用諸如在如下美國非臨時專利申請序列No.10/054,262中公開的那些時間門控延遲鎖定環技術，可以跟蹤GCR信號，所述申請在2002年1月22日由Rabinowitz和James J.Spilker申請」Time-Gated Delay LockLoop Tracking Of Digital Television Signals」(數位電視信號的時間門控延遲鎖定環跟蹤)，其公開內容全文在此結合以作參考。因此，其它實施在所附權利要求的範圍之內。
附件<![CDATA[ %$Id:$%%$Revision:$%%$Log:$%%Author:Matt Rabinowitz%%This file processes an analog signal to prodouce one horizontal%segments worth of data.%%Inputs%%cor_type-1×1,type of correlation to be performed% 1-hor_synch% 2-hor_synch_deriv% 3-gcr_burst% 4-chrominance burst%convers ion_type-1×1,type of downcoversion to be performed% 1-noncoherent downconversion% 2-coherent downconversion%sig_par -4×1,parameters which characterise the reference signal% 1-number of samples of the assumed signal risetimes% 2-index of the rising edge of the hor synch% 3-index of the falling edge of the hor synch% 4-index of the falling edge of the blankingpulse%rate_offset -1×1,the offset of the transmitter clock%rate_uncertainty-1×1,the 1-sigma uncertainty of the transmitter clk%s -sig_len×1,the actual sampled signal data%%Outputs%%cor_seg -cor_len×1,correlation segment%sig_par -4×1,parameters which characterise the reference signal% 1-number of samples of the assumed signal risetimes% 2-index of the rising edge of the hor synch% 3-index of the falling edge of the hor synch% 4-index of the falling edge of the blankingpulse%start_in -index at which to start searching for peak%dropped_ind -index up to which data was dropped in generating output%%Date:11/13/01%Author:Matthew Rabinowitzfunction[cor_seg,sig_par,start_ind,dropped_ind]=analog_correlator_gen(cor_type,conversion_type,sig_par,rate_offset,rate_uncertainty,s)%Constantsmatlab_init;%parametersf_s=20e6;%sampling rate of signal shor_len=f_s/f_hor_synch; %length of the horizontalsegmentf_up_1=7e6/(f_s/2); %upper freq for bandpassfilterf_lo_1=1e6/(f_s/2); %lower freq for bandpassfilter[n_1,d_1]=butter(3,[f_lo_1 f_up_1]);%parameters for firstbandpass filterf_lo_2=(1e6+(6e6-f_aud))/(f_s/2)-.02;%lower freq for bandstopfilterf_up_2=(1e6+(6e6-f_aud))/(f_s/2)+.02;%upper freq for bandstopfilter[n_2,d_2]=butter(3,[f_lo_2 f_up_2],′stop′); %parameters for bandstopfiltern_3=conv(n_1,n_2); %numerator for bandpass filtering and removing audiod_3=conv(d_1,d_2); %denominator for bandpass filtering and removingaudiof_mix=7e6-f_lum;%approximate mixing signal used for non-coherentconversionf_up_3=6e6-f_lum; %frequency of post-mixing lowpass filter[n_4,d_4]=butter(3,f_up_3/(f_s/2)); %parameters for lowpass filterafter mixingsynch_len=synch_pulse*f_s; %length of synch pulse(approx)synch_ref=zeros(floor(hor_len),1); %reference signal forhorizontal synchsynch_ref(1:synch_len)=ones(synch_len,1);samples_rise=3; %default number of samples used for correlationload gcr_chirp; %loading the gcr_chirp_signalgcr_len=length(gcr_chirp);hor_synch_mag_frac=0.9; %fraction of the magnitude of the synchpeaktime_from_hor_synch=1.6e-5; %time from synch pulse rising edge togcr_chirp;hor_synch_precision=.25e-6; %precision for timing from hor_synchprotection_interval=4e-6; %protection interval for generatingcorrelation%Setting up variablest_len=length(s);t=
′/f_s;sig_par=zeros(4,1);start_ind=1;%bandpass filtering the signal and removing audio signals_f_l=filter(n_3,d_3,s);%downconverting the signals_com_i=s_f_l.*cos(2*pi*f_mix*t);s_com_q=s_f_l.*sin(2*pi*f_mix*t);s_f_i=filter(n_4,d_4,s_com_i);s_f_q=filter(n_4,d_4,s_com_q);%generating the index for combining even and odd horizontal segmentsnum_hor=floor(t_len*f_hor_synch/f_s);ind=[];for m=1:num_hor ind=[ind;floor((m-1)*hor_len+1)];endind1=ind(1:2:length(ind));ind2=ind(2:2:length(ind));%creating combinined segmentssig=s_f_i.^2+s_f_q.^2;hor_store_1=zeros(floor(hor_len),1);hor_store_2=zeros(floor(hor_len),1);for n=1:floor(hor_len) hor_store_1(n)=sum(sig(ind1+n-1))/length(ind1); hor_store_2(n)=sum(sig(ind2+n-1))/length(ind2);end%creating a segment correlationhor_sum=hor_store_1+hor_store_2;synch_corr=zeros(floor(hor_len),1);for loop=1:hor_len synch_corr(loop)=synch_ref(floor(hor_len)-loop+2:floor(hor_len))′*hor_sum(1:loop-1)+... synch_ref(1:floor(hor_len)-loop+1)′*hor_sum(loop:floor(hor_len));end%extracting timing from horizontal synch[synch_cor_max,ind_synch]=max(synch_corr);threshold=hor_synch_mag_frac*synch_cor_max;ind=ind_synch;while(1) if(synch_corr(ind)＜threshold) synch_corr_cross=ind+(threshold-synch_corr(ind))/(synch_corr(ind+1)-synch_corr(ind)); break; end ind=ind-1;end%returning results if just want horizontal synchif(cor_type==1) cor_seg=synch_corr; start_ind=ind_synch-synch_len; return;endif(cor_type==2) ave_dur=1e-6; %averaging interval to compute signalamplitude %check if we have parameters of the differential signal if(sig_par(1)==0) %finding average magnitude of various sections of the horizontal segment %average magnitude of the synch pulse ind_synch_ave=ind_synch+[1:synch_len-2]′; synch_ave_mag=mean(hor_sum(ind_synch_ave)); %average magnitude of the back porch ind_porch_ave=ind_synch+synch_len+(delta_synch+slope_dur+delta_slope)*f_s+[1:(back_porch-delta_back)*f_s]′-1; porch_ave_mag=mean(hor_sum(ind_porch_ave)); %find the average magnitude of the area just at the back of pulse ave_len=floor(ave_dur*f_s); ind_back_ave=ind_synch+synch_len+(delta_synch+back_porch+delta_back+slope_dur+delta_slope)*f_s+[1:ave_len]′;back_ave_mag=mean(hor_sum(ind_back_ave)); %find the average magnitude of the area just at the front of pulse ind_front_ave=ind_synch-(front_porch+delta_front+slope_dur+delta_slope)*f_s-[ave_len:-1:1]′; front_ave_mag=mean(hor_sum(ind_front_ave)); %determining transition magnitudes %finding transision magnitude for blanking pulse trans_mag_blank=(potch_ave_mag+max([back_ave_mag front_ave_mag]))/2; trans_mag_synch=(synch_ave_mag+porch_ave_mag)/2; %finding indexes of transision points %finding the indexes of the ri sing edges ind_tmp=ind_front_ave(length(ind_front_ave)); while(1) if(hor_sum(ind_tmp)＞trans_mag_blank) ind_blank_rise=ind_tmp; break; end ind_tmp=ind_tmp+1; end while(1) if(hor_sum(ind_tmp)＞trans_mag_synch) ind_synch_rise=ind_tmp; break; end ind_tmp=ind_tmp+1; end %finding indexes of falling edges ind_tmp=ind_synch_ave(length(ind_synch_ave))-10; while(1) if(hor_sum(ind_tmp)＜trans_mag_synch) ind_synch_fall=ind_tmp; break; end ind_tmp=ind_tmp+1; end while(1) if(hor_sum(ind_tmp)＜trans_mag_blank) ind_blank_fall=ind_tmp; break; end ind_tmp=ind_tmp+1; end %normalizing all index parameters assuming ind_blank_rise starts at 1 ind_synch_rise=ind_synch_rise-ind_blank_rise+1+floor(samples_rise/2); ind_synch_fall=ind_synch_fall-ind_blank_rise+1+floor(samples_rise/2); ind_blank_fall=ind_blank_fall-ind_blank_rise+1+floor(samples_rise/2); sig_par(1)=samples_rise; sig_par(2)=ind_synch_rise; sig_par(3)=ind_synch_fall; sig_par(4)=ind_blank_fall; else samples_rise=sig_par(1); ind_synch_rise=sig_poar(2); ind_synch_fall=sig_par(3); ind_blank_fall=sig_par(4); end%constructing the indices of a correlation signal based on the transitionsfound ind_tmp=floor(samples_rise/2); cor_ind_pos=[[1:samples_rise][ind_synch_rise-ind_tmp:... ind_synch_rise+ind_tmp]]; cor_ind_neg=[[ind_synch_fall-ind_tmp:ind_synch_fall+ind_tmp][ind_blank_fall-ind_tmp:... ind_blank_fall+ind_tmp]]; %performing correlation dif_cor=zeros(floor(hor_len),1); for loop=1:hor_len dif_cor(loop)=sum(hor_sum(wrap(loop-1+cor_ind_pos,floor(hor_len))))-sum(hor_sum(wrap(loop-1+cor_ind_neg,floor(hor_len)))); end cor_seg=dif_cor; start_ind=ind_synch-synch_len-front_porch-delta_front-slope_dur-delta_slope; return;endif(cor_type==3) %samples to search over when searching for first gcr search_samples_synch2gcr=ceil(rate_uncertainty/f_ver_synch*f_s+hor_synch_precision*f_s); %samples to search over going from one gcr tothe next search_samples_gcr2gcr=ceil(rate_uncertainty/f_ver_synch*f_s); %search one vertical field for gcr waveform % %number horizontal segments in vertical segment num_hor_per_ver=ceil(f_hor_synch/f_ver_synch); %stores maximum correlation for each horizontal segment cor_max_vec=zeros(num_hor_per_ver,1); %stores index of maximum correlation for each horizontal segment ind_max_vec=zeros(num_hor_per_ver,1); for loop=1:num_hor_per_ver %store results of the correlation searching sample by sample search_cor_vec=zeros(2*search_samples_synch2gcr+1,1); %stores the indices at which we search for ref signal search_ind_vec=zeros(2*search_samples_synch2gcr+1,1); %samples resulting from the drift in the symbol clock samples_from_rate_offset=floor(f_s*rate_offset*loop/f_hor_synch); for loop1=1:search_samples_synch2gcr*2+1 %index offset at which to search for ref signal ind_offset=loop1-search_samples_synch2gcr-1-samples_from_rate_offset; start_ind=floor(synch_corr_cross+time_from_hor_synch*f_s+(loop-1)*hor_len+ind_offset); searcb_cor_vec(loop1)=sig(start_ind:start_ind+gcr_len-1)′*gcr_chirp; search_ind_vec(loop1)=start_ind; end [search_cor_vec_max,search_cor_vec_max_ind]=max(abs(search_cor_vec)); cor_max_vec(loop)=search_cor_vec(search_cor_vec_max_ind); ind_max_vec(loop)=search_ind_vec(search_cor_vec_max_ind); end %finding the maximum correlation result for whole vertical segment [tmp,ind_tmp]=max(abs(cor_max_vec)); first_gcr_ind=ind_max_vec(ind_tmp);%resolving the 262/263 horizontal_segment ambiguity % %stores maximum correlation for each horizontal segment cor_max_vec=zeros(2,1); %stores index of maximum correlation for each horizontal segment ind_max_vec=zeros(2,1); for loop=1:2 %store results of the correlation searching sample by sample search_cor_vec=zeros(2*search_samples_gcr2gcr+1,1); %stores the indices at which we search for ref signal search_ind_vec=zeros(2*search_samples_gcr2gcr+1,1); %samples resulting from the drift in the symbol clock samples_from_rate_offset=floor(f_s*rate_offset/f_ver_synch); for loop1=1:search_samples_gcr2gcr*2+1 %index offset at which to search from ref signal ind_offset=loop1-searcb_samples_gcr2gcr-1-samples_from_rate_offset; start_ind=first_gcr_ind+floor((262+loop-1)*hor_len+ind_offset); search_cor_vec(loop1)=sig(start_ind:start_ind+gcr_len-1)′*gcr_chirp; search_ind_vec(loop1)=start_ind; end [search_cor_vec_max,search_cor_vec_max_ind]=max(abs(search_cor_vec)); cor_max_vec(loop)=search_cor_vec(search_cor_vec_max_ind); end [tmp,ind_tmp]=max(abs(cor_max_vec)); if(ind_tmp==1) step_262=1; else step_262=0; end %computing combined correlation output % dropped_ind=first_gcr_ind-1 ; %point at which correlation begins- effects pseudorange cor_seg=zeros(floor(hor_len),1); num_ver=ceil((t_len-dropped_ind)*f_ver_synch/f_s); %number of verticalsegments increment_ind=0; %tracks how far aheadof first gcr segment for loop=1:num_ver start_ind=max(1,floor(first_gcr_ind-protection_interval*f_s+... increment_ind-rate_offset*increment_ind)); gcr_corr=zeros(floor(hor_len),1); for loop1=1:hor_len gcr_corr(loop1)=sig(start_ind+loop1-1:start_ind+loop1-2+gcr_len)′*gcr_chirp; end %gcr_corr maximum value may be positive or negative [tmp,tmp_ind]=max(abs(gcr_corr)); %if(loop＜7) % subplot(2,3,loop);plot(gcr_corr); %end cor_seg=cor_seg+gcr_corr*sign(gcr_corr(tmp_ind)); %move to next gcr segment if(step_262==1) increment_ind=increment_ind+262*hor_len; step_262=0; else increment_ind=increment_ind+263*hor_len; step_262=1; endend start_ind=0; return;end]]>
權利要求
1.一種用於確定用戶終端位置的方法，包括基於廣播模擬電視重影消除基準信號的已知特性來產生相關基準信號；在用戶終端，接收包括所述重影消除基準信號的一個廣播模擬電視信號；和把所述廣播模擬電視信號與所述相關基準信號相關，從而產生一個偽距；並且其中，基於所述偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。
2.如權利要求1所述的方法，還包括基於所述偽距和所述廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。
3.如權利要求2所述的方法，還包括基於所述偽距、基於廣播數位電視信號而計算的偽距、以及所述廣播模擬電視信號和所述廣播數位電視信號的發射機位置，來確定用戶終端的位置。
4.如權利要求1所述的方法，還包括識別相關結果的峰值，從而產生偽距。
5.如權利要求1所述的方法，其中用戶終端位置可如此確定基於廣播模擬電視信號的發射機處的發射機時鐘和已知時間基準之間的差值，來調整偽距，並且，基於所述調整了的偽距和所述電視發射機的位置來確定用戶終端的位置。
6.如權利要求1所述的方法，還包括基於另外一個廣播模擬電視信號確定另外一個偽距；和把所述偽距和所述另外的偽距投射到一個時間瞬時，從而消除用戶終端時鐘中的任何一階項。
7.如權利要求1所述的方法，還包括利用時間門控延遲鎖定環來跟蹤重影消除基準信號。
8.一種用於確定用戶終端位置的設備，包括基於廣播模擬電視重影消除基準信號的已知特性來產生相關基準信號的裝置；用於在用戶終端接收包括所述重影消除基準信號的廣播模擬電視信號的裝置；和用於把所述廣播模擬電視信號與所述相關基準信號相關，從而產生偽距的裝置；並且其中，基於所述偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。
9.如權利要求8所述的設備，還包括基於所述偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置的裝置。
10.如權利要求9所述的設備，還包括基於所述偽距、基於廣播數位電視信號所計算的偽距、以及所述廣播模擬電視信號和所述廣播數位電視信號的發射機位置，來確定用戶終端的位置。
11.如權利要求8所述的設備，還包括用於識別相關結果的峰值，從而產生偽距的裝置。
12.如權利要求8所述的設備，其中用戶終端位置可如此確定基於廣播模擬電視信號的發射機處的發射機時鐘和已知時間基準之間的差值，來調整所述偽距並且，基於所述調整了的偽距和所述電視發射機的位置來確定用戶終端的位置。
13.權利要求8的裝置，還包括用於基於另外一個廣播模擬電視信號確定另外一個偽距的裝置；和一種裝置，用於把所述偽距和所述另外的偽距投射到一個時間瞬時，從而消除用戶終端時鐘中的任何一階項。
14.如權利要求8所述的設備，還包括利用時間門控延遲鎖定環來跟蹤所述重影消除基準信號的裝置。
15.一種用於確定用戶終端位置的設備，包括信號發生器，基於廣播模擬電視重影消除基準信號的已知特性來用於產生相關基準信號；接收機，用於在用戶終端接收包括所述重影消除基準信號的廣播模擬電視信號；和相關器，用於把所述廣播模擬電視信號與所述相關基準信號相關，從而產生偽距；並且其中，基於所述偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。
16.如權利要求15所述的設備，還包括處理器，基於所述偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。
17.如權利要求16所述的設備，其中所述處理器基於所述偽距、基於廣播數位電視信號所計算的偽距、以及所述廣播模擬電視信號和所述廣播數位電視信號的發射機位置，來確定用戶終端的位置。
18.如權利要求15所述的設備，其中所述處理器識別相關結果的峰值，從而產生偽距。
19.如權利要求15所述的設備，其中用戶終端的位置可如此確定基於廣播模擬電視信號的發射機處的發射機時鐘和已知時間基準之間的差值，來調整所述偽距，並且，基於所述調整了的偽距和所述電視發射機的位置來確定用戶終端的位置。
20.如權利要求15所述的設備，其中，所述處理器基於另外一個廣播模擬電視信號確定另外一個偽距；和把所述偽距和所述另外的偽距投射到一個時間瞬時，從而消除用戶終端時鐘中的任何一階項。
21.權利要求15的設備，還包括跟蹤重影消除基準信號的時間門控延遲鎖定環。
22.包含指令的計算機可讀介質，所述指令可被計算機執行，以便執行一種用於確定用戶終端位置的方法，所述方法包括基於廣播模擬電視重影消除基準信號的已知特性來產生相關基準信號；在用戶終端，接收包括所述重影消除基準信號的廣播模擬電視信號；和把所述廣播模擬電視信號與所述相關基準信號相關，從而產生偽距；並且其中，基於所述偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。
23.如權利要求22所述的介質，其中所述方法還包括基於所述偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。
24.如權利要求23所述的介質，其中，所述方法還包括基於所述偽距、基於廣播數位電視信號而計算的偽距、以及所述廣播模擬電視信號和所述廣播數位電視信號的發射機位置，來確定用戶終端的位置。
25.如權利要求22所述的介質，其中所述方法還包括識別相關結果的峰值，從而產生偽距。
26.如權利要求22所述的介質，其中用戶終端位置可如此確定基於廣播模擬電視信號的發射機處的發射機時鐘和已知時間基準之間的差值，來調整所述偽距，並且，基於所述調整了的偽距和所述電視發射機的位置來確定用戶終端的位置。
27.如權利要求22所述的介質，其中所述方法還包括基於另外一個廣播模擬電視信號確定另外一個偽距；和把所述偽距和所述另外的偽距投射到一個時間瞬時，從而消除用戶終端時鐘中的任何一階項。
28.如權利要求22所述的介質，其中所述方法還包括利用時間門控延遲鎖定環來跟蹤重影消除基準信號。
29.一種用於確定用戶終端位置的方法，包括基於出現在廣播模擬電視信號中的啁啾型信號的已知特性來產生相關基準信號；在用戶終端，接收包括所述啁啾型信號的廣播模擬電視信號；和把所述廣播模擬電視信號與所述相關基準信號相關，從而產生一個偽距；並且其中，基於所述偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。
30.如權利要求29所述的方法，其中所述啁啾型信號是一個場間測試信號。
31.如權利要求29所述的方法，其中所述啁啾型信號是重影消除基準信號A，重影消除基準信號B或者重影消除基準信號C。
32.如權利要求29所述的方法，還包括基於所述偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。
33.如權利要求32所述的方法，還包括基於所述偽距、基於廣播數位電視信號而計算的偽距、以及所述廣播模擬電視信號和所述廣播數位電視信號的發射機位置，來確定用戶終端的位置。
34.如權利要求29所述的方法，還包括識別相關結果的峰值，從而產生偽距。
35.如權利要求29所述的方法，其中用戶終端的位置可如此確定基於廣播模擬電視信號的發射機處的發射機時鐘和已知時間基準之間的差值，來調整所述偽距，並且，基於所述調整了的偽距和所述電視發射機的位置來確定用戶終端的位置。
36.如權利要求29所述的方法，還包括基於另外一個廣播模擬電視信號確定另外一個偽距；和把所述偽距和所述另外的偽距投射到一個時間瞬時，從而消除用戶終端時鐘中的任何一階項。
37.權利要求29的方法，還包括利用時間門控延遲鎖定環來跟蹤所述啁啾型信號。
38.一種用於確定用戶終端位置的設備，包括基於出現在廣播模擬電視信號中的啁啾型信號的已知特性來產生相關基準信號的裝置；用於在用戶終端接收包括所述啁啾型信號的廣播模擬電視信號的裝置；和用於把所述廣播模擬電視信號與所述相關基準信號相關，從而產生一個偽距的裝置；並且其中，基於所述偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。
39.如權利要求38所述的設備，其中所述啁啾型信號是一個場間測試信號。
40.如權利要求38所述的方法，其中所述啁啾型信號是重影消除基準信號A，重影消除基準信號B，或者重影消除基準信號C。
41.如權利要求38所述的設備，還包括基於所述偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來用於確定用戶終端的位置的裝置。
42.如權利要求41所述的設備，還包括基於所述偽距、基於廣播數位電視信號而計算的偽距、以及所述廣播模擬電視信號和所述廣播數位電視信號的發射機位置，來確定用戶終端的位置。
43.如權利要求38所述的設備，還包括用於識別相關結果的峰值，從而產生偽距的裝置。
44.如權利要求38所述的設備，其中用戶終端的位置可如此確定基於廣播模擬電視信號的發射機處的發射機時鐘和已知時間基準之間的差值，來調整所述偽距，並且，基於所述調整了的偽距和所述電視發射機的位置來確定用戶終端的位置。
45.如權利要求38所述的設備，還包括基於另外一個廣播模擬電視信號來確定另外一個偽距的裝置；和一種裝置，用於把所述偽距和所述另外的偽距投射到一個時間瞬時，從而消除用戶終端時鐘中的任何一階項。
46.如權利要求38所述的設備，還包括利用時間門控延遲鎖定環來跟蹤所述啁啾型信號的裝置。
47.一種用於確定用戶終端位置的設備，包括信號發生器，基於出現在廣播模擬電視信號中的啁啾型信號的已知特性來產生相關基準信號；接收機，用於在用戶終端接收包括所述啁啾型信號的廣播模擬電視信號；和相關器，用於把所述廣播模擬電視信號與所述相關基準信號相關，從而產生偽距；並且其中，基於所述偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。
48.如權利要求47所述的設備，其中所述啁啾型信號是一個場間測試信號。
49.如權利要求47所述的設備，其中所述啁啾型信號是重影消除基準信號A，重影消除基準信號B或者重影消除基準信號C。
50.如權利要求47所述的設備，還包括處理器，基於所述偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來用於確定用戶終端的位置。
51.如權利要求50所述的設備，其中所述處理器基於所述偽距、基於廣播數位電視信號而計算的偽距、以及所述廣播模擬電視信號和所述廣播數位電視信號的發射機位置，來確定用戶終端的位置。
52.如權利要求47所述的設備，其中所述處理器識別相關結果的峰值，從而產生偽距。
53.如權利要求47所述的設備，其中用戶終端位置可如此確定基於廣播模擬電視信號的發射機處的發射機時鐘和已知時間基準之間的差值，來調整所述偽距，並且，基於所述調整了的偽距和所述電視發射機的位置來確定用戶終端的位置。
54.如權利要求47所述的設備，其中所述處理器基於另外一個廣播模擬電視信號確定另外一個偽距；和把所述偽距和所述另外的偽距投射到一個時間瞬時，從而消除用戶終端時鐘中的任何一階項。
55.如權利要求47所述的設備，還包括跟蹤啁啾型信號的時間門控延遲鎖定環。
56.包含指令的計算機可讀介質，所述指令可被計算機執行，以便執行一種用於確定用戶終端位置的方法，所述方法包括基於出現在廣播模擬電視信號中的啁啾型信號的已知特性來產生相關基準信號；在用戶終端，接收包括所述啁啾型信號的廣播模擬電視信號；和把所述廣播模擬電視信號與所述相關基準信號相關，從而產生偽距；並且其中，基於所述偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。
57.如權利要求56所述的介質，其中所述啁啾型信號是一個場間測試信號。
58.如權利要求56所述的方法，其中所述啁啾型信號是重影消除基準信號A，重影消除基準信號B或者重影消除基準信號C。
59.如權利要求56所述的介質，其中所述方法還包括基於偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。
60.如權利要求59所述的介質，其中所述方法還包括基於所述偽距、基於廣播數位電視信號而計算的偽距、以及所述廣播模擬電視信號和所述廣播數位電視信號的發射機位置，來確定用戶終端的位置。
61.如權利要求56所述的介質，其中所述方法還包括識別相關結果的峰值，從而產生偽距。
62.如權利要求56所述的介質，其中用戶終端的位置可如此確定基於廣播模擬電視信號的發射機處的發射機時鐘和已知時間基準之間的差值，來調整所述偽距，並且，基於所述調整了的偽距和所述電視發射機的位置來確定用戶終端的位置。
63.如權利要求56所述的介質，其中所述方法還包括基於另外一個廣播模擬電視信號確定另外一個偽距；和把所述偽距和所述另外的偽距投射到一個時間瞬時，從而消除用戶終端時鐘中的任何一階項。
64.如權利要求56所述的介質，其中所述方法還包括利用時間門控延遲鎖定環來跟蹤所述啁啾型信號。
全文摘要
一種用於確定用戶終端位置的方法、設備和計算機可讀介質，包括基於出現在廣播模擬電視信號中的啁啾型信號的已知特性來產生相關基準信號；在用戶終端(102)，接收包括所述啁啾型信號的廣播模擬電視信號；和把所述廣播模擬電視信號與相關基準信號相關，從而產生偽距；並且其中，基於偽距和廣播模擬電視信號的發射機位置來確定用戶終端的位置。
文檔編號G01S5/00GK1585903SQ02822650
公開日2005年2月23日 申請日期2002年11月8日 優先權日2001年11月14日
發明者M·拉比諾維茨, J·J·小施皮爾克 申請人:羅瑟姆公司