專利名稱：編程有g(shù)ps信號(hào)處理程序的計(jì)算機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種編程有GPS信號(hào)處理程序的計(jì)算機(jī)，其中GPS信號(hào)處理程序能夠處理GPS信號(hào)采樣。
背景技術(shù)：
Akos等所著的文獻(xiàn)“Real-time software radio architecturesfor GPS receivers”(GPS World，July 2001)公開了“軟件GPS”，其中采用可編程微處理器或者數(shù)字信號(hào)處理器來執(zhí)行許多GPS信號(hào)處理，而不是采用模擬的或者離散的硬件組件。如該文獻(xiàn)圖2所示，簡化的GPS接收機(jī)包含GPS天線、以及用于GPS信號(hào)預(yù)處理(包括濾波、放大和下變頻)和模數(shù)轉(zhuǎn)換的GPS RF前端。然后，將從GPS接收機(jī)輸出的GPS信號(hào)采樣饋送入運(yùn)行適當(dāng)GPS信號(hào)處理軟件的現(xiàn)代PC或者膝上電腦，以處理GPS信號(hào)，確定位置坐標(biāo)。該文獻(xiàn)的作者已考慮到該GPS接收機(jī)是“插件”模塊，即“dongle”型設(shè)備，因?yàn)槠浜唵蔚募軜?gòu)，所以可以廉價(jià)制造，從而易于廣泛采用。當(dāng)然，駐留于PC上的GPS信號(hào)處理軟件本來就能廉價(jià)復(fù)制。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種包含處理器的計(jì)算機(jī)，該處理器能夠支持多線程，并在至少兩個(gè)線程中并發(fā)地編程有各自的GPS信號(hào)處理程序，每個(gè)GPS信號(hào)處理程序均能夠處理從相同的源輸出的GPS信號(hào)采樣。
發(fā)明人實(shí)現(xiàn)了通過使用多線程來高效地實(shí)施復(fù)雜的功能。例如當(dāng)使用多線程時(shí)·至少一個(gè)程序可以利用GPS信號(hào)采樣來執(zhí)行除確定位置坐標(biāo)之外的其他功能，而并發(fā)地運(yùn)行在另一線程上的另一GPS信號(hào)處理程序可以訪問(直接地或間接地)確定位置坐標(biāo)，例如維護(hù)最新年歷(ephemeris)數(shù)據(jù)。
·至少一個(gè)程序可以執(zhí)行確定位置坐標(biāo)的功能，另一程序執(zhí)行確定不同類型的位置坐標(biāo)(例如更加精確或魯棒的位置坐標(biāo))的功能。
·至少一個(gè)程序可以執(zhí)行確定初始位置坐標(biāo)的功能，另一程序利用初始位置坐標(biāo)和/或在初始位置坐標(biāo)確定期間所獲取的其他信息來執(zhí)行確定隨后的位置坐標(biāo)的功能。
源可以是GPS接收機(jī)(計(jì)算機(jī)內(nèi)部的或外部的)，該GPS接收機(jī)包含GPS天線和GPS RF前端，所述GPS RF前端具有用于對(duì)接收到的GPS信號(hào)進(jìn)行采樣的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、以及用于向計(jì)算機(jī)輸出GPS信號(hào)采樣流的處理器。在這種情況下，便利之處在于每一個(gè)GPS信號(hào)處理程序均能夠命令GPS接收機(jī)輸出GPS信號(hào)采樣流。當(dāng)發(fā)出交迭的指令時(shí)，如果計(jì)算機(jī)能夠組合這些指令，并向GPS接收機(jī)發(fā)出單個(gè)指令，這是很便利的。


現(xiàn)在將參考附圖，僅通過示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，附圖中示意性地示出了與GPS接收機(jī)相連的膝上PC，GPS接收機(jī)和膝上PC均根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行操作。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，膝上PC通過USB PC接口和相應(yīng)的纜線與GPS接收機(jī)10相連，GPS接收機(jī)10包括GPS RF前端Rx和GPS天線。有時(shí)GPS接收機(jī)可以是“dongle”型設(shè)備，從而省略了纜線，然而纜線可以便于將GPS接收機(jī)(包括天線)定位在顯著突出的位置，從而增大獲得GPS信號(hào)的機(jī)會(huì)。例如，如果在室內(nèi)操作，可以將GPS接收機(jī)放置在靠近窗戶的位置。
當(dāng)GPS接收機(jī)運(yùn)行時(shí)，它會(huì)通過天線接收NAVSTARSPS GPS信號(hào)并且對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，典型地通過用于最小化帶外RF干擾的帶通濾波、前置放大、向下變頻至中頻(IF)和模數(shù)轉(zhuǎn)換。得到的GPS信號(hào)采樣包含有保持調(diào)制狀態(tài)的中頻信號(hào)，并且仍然包含來自可用衛(wèi)星的所有信息。
GPS信號(hào)采樣通過進(jìn)入PC存儲(chǔ)器(未示出)的USB鏈接從GPS接收機(jī)中輸出，在GPS信號(hào)采樣流中插入有周期性時(shí)戳，取代了一些GPS信號(hào)采樣，用于指示GPS信號(hào)的采樣時(shí)間(相對(duì)于GPS RF前端的時(shí)基)。
使用基于膝上PC的GPS信號(hào)處理軟件，接著利用時(shí)戳對(duì)GPS信號(hào)采樣進(jìn)行處理，從而可以獲得GPS信號(hào)，以導(dǎo)出偽距(pseudorange)信息，可以使用傳統(tǒng)的導(dǎo)航算法，根據(jù)偽距信息來確定PC的位置。GPS信號(hào)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。
為了跟蹤采用這種配置的GPS接收機(jī)，第一位置坐標(biāo)通常(缺少AGPS數(shù)據(jù)時(shí))需要獲取和跟蹤GPS信號(hào)30s，以確保GPS星期時(shí)間(GPStime of week)(TOW)和最新年歷數(shù)據(jù)的接收。
之后，將不會(huì)像通常使用基于傳統(tǒng)硬件的GPS接收機(jī)那樣連續(xù)地跟蹤GPS信號(hào)，而是對(duì)較小的GPS信號(hào)塊周期性地進(jìn)行重采樣和加入時(shí)戳(普遍稱作“快照(snapshot)”)，并且重獲取針對(duì)每個(gè)塊的GPS信號(hào)。因?yàn)檫B續(xù)快照之間的時(shí)間差是已知的(利用時(shí)戳)，所以可以獲得與這些較小的快照有關(guān)的位置坐標(biāo)，從而可以外推出對(duì)在前快照的GPS時(shí)間的測量，以獲得對(duì)其重獲取還未發(fā)生的在后快照的GPS時(shí)間的估計(jì)。另外，因?yàn)閷?duì)觀測到的多普勒和特定快照中的GPS信號(hào)編碼相位(code phase)作出有關(guān)假定，所以年歷和GPS時(shí)間的估計(jì)可以用于簡化獲取過程。
通過在GPS信號(hào)采樣流中根據(jù)先前識(shí)別的時(shí)間數(shù)據(jù)實(shí)例來搜索預(yù)期的時(shí)戳實(shí)例(即通過對(duì)采樣進(jìn)行計(jì)數(shù))，或者可選地，在使用同步碼字的情況下，通過在GPS信號(hào)采樣流中搜索同步碼字，可以識(shí)別時(shí)戳。理想地，如果使用同步碼字，對(duì)其進(jìn)行選擇，使其在GPS信號(hào)采樣流中出現(xiàn)的概率非常低。
根據(jù)本發(fā)明，GPS信號(hào)處理軟件包括并發(fā)地運(yùn)行在各個(gè)線程上的多個(gè)獨(dú)立程序。
第一程序執(zhí)行常規(guī)GPS位置坐標(biāo)，其中，第一程序在30s或更長時(shí)間上從冷開始(cold start)(當(dāng)GPS接收機(jī)具有當(dāng)前年歷但不是最新年歷數(shù)據(jù)時(shí))執(zhí)行獲取和跟蹤，這樣以獲得確定位置所需的最新年歷數(shù)據(jù)。
第二程序維護(hù)針對(duì)當(dāng)前所有被考慮的衛(wèi)星的年歷數(shù)據(jù)，并在高速緩存中存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，任何需要該信息的GPS信號(hào)處理程序可訪問所述高速緩存。
在確定第一位置坐標(biāo)之后，第三程序利用高速緩存的年和根據(jù)GPS星期時(shí)間(TOW)和PC內(nèi)部時(shí)鐘而外推出的GPS星期時(shí)間(TOW)的估計(jì)值，執(zhí)行對(duì)周期性背景位置坐標(biāo)(例如每分鐘一次)進(jìn)行確定的功能。
在第一程序和第二程序的初始執(zhí)行之后，可以關(guān)閉第一程序，而第三程序代替它的位置繼續(xù)執(zhí)行。
第四程序是根據(jù)用戶請(qǐng)求而執(zhí)行的，第四程序也利用高速緩存的年歷和GPS星期時(shí)間(TOW)的估計(jì)值來執(zhí)行確定位置坐標(biāo)的功能，但是它進(jìn)行即時(shí)處理，同時(shí)通過處理GPS數(shù)據(jù)的擴(kuò)展快照，更加精確地進(jìn)行偽距測量。
所有的四個(gè)程序能夠命令外部的GPS接收機(jī)，命令GPS接收機(jī)對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行接收、預(yù)處理和采樣，并將GPS信號(hào)采樣輸出到PC。
例如，由針對(duì)外部GPS接收機(jī)的PC設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)θ魏我粚?duì)或者更多的GPS信號(hào)處理程序發(fā)出的交迭指令進(jìn)行協(xié)調(diào)。例如，當(dāng)用戶命令PC使用第四程序來確定即時(shí)和精確的位置坐標(biāo)時(shí)，第二程序可能已經(jīng)要求了對(duì)用于維護(hù)年歷書數(shù)據(jù)的IF數(shù)據(jù)進(jìn)行6s的記錄?？梢匀菀椎貙傆涗浀挠糜诰S護(hù)年歷數(shù)據(jù)功能的IF數(shù)據(jù)用于確定這種位置坐標(biāo)，因而不另外命令外部GPS接收機(jī)輸出附加的IF數(shù)據(jù)。
雖然在膝上PC的情況下闡述了本發(fā)明，但是本發(fā)明同樣地可應(yīng)用于能夠支持GPS信號(hào)處理軟件、能夠與根據(jù)本發(fā)明的GPS接收機(jī)相連的其他裝置。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于例如PDA和電話之類的移動(dòng)設(shè)備，或者一般應(yīng)用于固定對(duì)象，例如TV或者TV機(jī)頂盒。
另外，雖然在上述示例中GPS接收機(jī)的和GPS信號(hào)處理軟件之間的連接全是有線的，但是可以想到該連接包括無線鏈接。
最后，雖然在NAVSTAR GPS(由美國國防部開發(fā)并當(dāng)前操作的基于全天候相距的導(dǎo)航系統(tǒng))，但是將理解，本發(fā)明同樣可應(yīng)用于其他的全球定位系統(tǒng)，包括GLONASS、Galileo及其混合系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)，包含處理器，所述處理器能夠支持多線程，并在至少兩個(gè)線程中并發(fā)地編程有各自的GPS信號(hào)處理程序，所述每個(gè)GPS信號(hào)處理程序均能夠處理從相同的源輸出的GPS信號(hào)采樣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)，其特征在于所述的源是GPS接收機(jī)，所述GPS接收機(jī)包括GPS天線和GPS射頻前端，其中所述GPS前端具有用于對(duì)接收的GPS信號(hào)進(jìn)行采樣的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、以及用于向所述計(jì)算機(jī)輸出GPS信號(hào)采樣流的處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的計(jì)算機(jī)，其特征在于所述每一個(gè)GPS信號(hào)處理程序均能夠命令GPS接收機(jī)輸出GPS信號(hào)采樣流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)，還配置成對(duì)來自GPS信號(hào)處理程序的交迭指令進(jìn)行組合，并且向GPS接收機(jī)發(fā)出單個(gè)指令。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)，其特征在于至少一個(gè)程序執(zhí)行除確定位置坐標(biāo)之外的其他使用GPS信號(hào)采樣的功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)，其特征在于至少一個(gè)程序執(zhí)行維護(hù)最新年歷數(shù)據(jù)的功能，所述最新年歷數(shù)據(jù)可由并發(fā)地運(yùn)行在另一線程上的另一GPS信號(hào)處理程序訪問。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)，其特征在于至少一個(gè)程序執(zhí)行確定位置坐標(biāo)的功能，另一程序執(zhí)行確定不同類型的位置坐標(biāo)的功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的計(jì)算機(jī)，其特征在于至少一個(gè)程序執(zhí)行確定位置坐標(biāo)的功能，另一程序執(zhí)行更加緩慢但更加精確或魯棒地確定位置坐標(biāo)的功能。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的計(jì)算機(jī)，其特征在于至少一個(gè)程序執(zhí)行確定初始位置坐標(biāo)的功能，另一程序利用初始的位置坐標(biāo)和/或在初始位置坐標(biāo)確定期間所獲得的信息來執(zhí)行確定隨后的位置坐標(biāo)的功能。
全文摘要
公開了一種包含處理器的計(jì)算機(jī)，該處理器能夠支持多線程，并在至少兩個(gè)線程中并發(fā)地編程有各自的GPS信號(hào)處理程序，每個(gè)GPS信號(hào)處理程序均能夠處理從相同的源輸出的GPS信號(hào)采樣。
文檔編號(hào)G01S5/14GK101019037SQ200580028195
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2005年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月23日
發(fā)明者安迪尤·T·尤爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司