專利名稱：帶緊急通信信道的gps信號(hào)接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線導(dǎo)航領(lǐng)域，更具體地說涉及根據(jù)衛(wèi)星無線導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS系統(tǒng))發(fā)射的信號(hào)表明目標(biāo)位置并在緊急情況下產(chǎn)生包括位置數(shù)據(jù)的緊急信息的個(gè)人安全系統(tǒng)。
現(xiàn)有技術(shù)根據(jù)GPS信號(hào)工作的用戶設(shè)備的一個(gè)重要應(yīng)用是在包括監(jiān)視系統(tǒng)和個(gè)人安全系統(tǒng)在內(nèi)的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中的使用。
跟蹤和監(jiān)視交通的系統(tǒng)(例如，參見[1]在德國的申請(qǐng)(DE)3501035，Int.Cl.G08 G 1/00，1986年7月17日公開；[2]在EPO的申請(qǐng)(EP)0379198，Int.Cl.G01S 5/02，G01 S 5/14，1990年7月25日公開；[3]在EPO的申請(qǐng)(EP)0509775，Int.Cl.G01 S 5/14，1992年4月15日公開；[4]美國專利(US)5319374，Int.Cl.G01 S 1/24，G01 S 5/02，G01 S 3/02，G04 C 11/02，1994年6月7日公開。)是公知的，其中車輛上裝備有根據(jù)GPS信號(hào)的定位單元和與監(jiān)視車輛位置的中心基站相連接的無線電通信單元。
根據(jù)GPS信號(hào)確定車輛的位置并在緊急情況時(shí)將該位置數(shù)據(jù)傳送給跟蹤基站的系統(tǒng)是公知的。(例如，參見[5]在德國的申請(qǐng)(DE)3839959，Int.Cl.G08 B 25/00，G08 G 1/123，B60 Q 9/00，H04 Q 7/00，1990年4月12日公開；[6]美國專利(US)5355140，Int.Cl.G01 S 1/08，G01 S 5/02，1994年10月11日公開；[7]PCT申請(qǐng)(WO)93/16452，Int.Cl.G08 G 1/123，1993年8月19日公開。)在上述用于定位的跟蹤和監(jiān)視車輛系統(tǒng)[1-7]中，使用了裝備有確保將有關(guān)位置和報(bào)警信號(hào)的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)視基站的附加單元的標(biāo)準(zhǔn)GPS信號(hào)接收機(jī)。作為慣例，在如此的GPS信號(hào)接收機(jī)系統(tǒng)中，既沒有提出在GPS信號(hào)接收部分阻塞的條件下定位的特殊要求，也沒有提出使設(shè)備最小化的有關(guān)要求。
另一方面，與車輛定位系統(tǒng)不同，個(gè)人安全系統(tǒng)可能對(duì)用于定位工作的GPS信號(hào)接收機(jī)增加附加要求。首先，這與GPS信號(hào)接收機(jī)在無線電話機(jī)主體內(nèi)的最佳配置有關(guān)，比如[8]在EPO的申請(qǐng)(EP)0528090(Int.Cl.G01 S5/00，1990年7月25日公開)所描述的系統(tǒng)。這必然要求GPS信號(hào)接收機(jī)的最小化和功耗的最小化。第二，在比如工作在“植被下面”等GPS信號(hào)干擾的條件下，可能提出保證能定位的要求。
裝備有用于傳輸/接收緊急情況下形成的信息的通信信道的GPS已經(jīng)公知(見[9]PCT申請(qǐng)(WO)97/14057，Int.Cl.G01 S 5/14，G01 S 1/04，1997年4月17日公開)，并解決了在GPS信號(hào)干擾的條件下探測(cè)目標(biāo)的問題。選擇[9]中所描述的接收機(jī)作為原型。圖1示出了選為原型的接收機(jī)的總體框架圖。
參見圖1，原型接收機(jī)包括串聯(lián)連接的GPS信號(hào)頻率轉(zhuǎn)換器1、信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元2和信道切換開關(guān)3。切換開關(guān)3的第一輸出端與用于存儲(chǔ)信號(hào)采樣值并與信號(hào)處理器5串聯(lián)連接的單元4相連。切換開關(guān)3的第二輸出端與常規(guī)相關(guān)處理單元6相連。無線電頻率轉(zhuǎn)換器1的外差輸入端、信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元2的節(jié)拍輸入端、信號(hào)采樣值存儲(chǔ)單元4的節(jié)拍輸入端和相關(guān)處理單元6的節(jié)拍輸入端分別連接到安裝有例如一些頻率合成器的節(jié)拍信號(hào)和外差頻率形成裝置的節(jié)拍信號(hào)和外差頻率信號(hào)形成器7的相應(yīng)的輸出端上。由各個(gè)相應(yīng)的頻率合成器的基準(zhǔn)輸入端組成的信號(hào)形成器7的基準(zhǔn)輸入端連接到基準(zhǔn)振蕩器8的輸出端上。由上述一些頻率合成器的預(yù)置輸入端構(gòu)成的信號(hào)形成器7的控制輸入端、切換開關(guān)3的控制輸入端以及信號(hào)處理器5和相關(guān)處理單元6的數(shù)據(jù)輸入/輸出通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)總線連接到導(dǎo)航處理器9上。導(dǎo)航處理器9由存儲(chǔ)單元10供給程序和數(shù)據(jù)。外圍設(shè)備--用于數(shù)據(jù)輸入/輸出的單元11和用于在信道中發(fā)送和接收信息的單元12也連接到導(dǎo)航處理器9上。單元11由比如控制器、鍵盤或顯示器實(shí)現(xiàn)并裝有接口連接器。單元12由調(diào)制解調(diào)器執(zhí)行實(shí)現(xiàn)，比如導(dǎo)航處理器9與基站13的無線電話通信?；?3裝有用于接收機(jī)的報(bào)警和位置信息的信號(hào)接收裝置，一些宇宙飛行器的數(shù)據(jù)、接收機(jī)位置的大致坐標(biāo)、多普勒位移數(shù)據(jù)的獨(dú)特形成裝置，以及通過無線信道傳輸這些數(shù)據(jù)給單元12的裝置。
原型接收機(jī)按下述方式工作。GPS信號(hào)從接收天線的輸出端進(jìn)入無線電頻率轉(zhuǎn)換器1的輸入端，在此進(jìn)行降低頻率的變換。同時(shí)在此處理中使用包括在轉(zhuǎn)換器1結(jié)構(gòu)之內(nèi)的根據(jù)從信號(hào)形成器7的相應(yīng)輸出端輸出的外差信號(hào)(Fr)進(jìn)行工作的混頻器。信號(hào)形成器7使用來自基準(zhǔn)振蕩器8輸出的基準(zhǔn)頻率信號(hào)(Fb)合成節(jié)拍信號(hào)(Ft)和外差頻率(Fr)。由合成器產(chǎn)生的頻率預(yù)置值通過傳送來自導(dǎo)航處理器9的相應(yīng)的設(shè)定代碼實(shí)現(xiàn)。
信號(hào)從無線電頻率轉(zhuǎn)換器1的輸出端進(jìn)入信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元2的輸入端，在此將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字類型的信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間采樣率由來自信號(hào)形成器7的相應(yīng)的輸出端的節(jié)拍信號(hào)(Ft)確定。
然后信號(hào)進(jìn)入用于信道處理的切換開關(guān)3的輸入端，通過由導(dǎo)航處理器9形成的控制信號(hào)切換切換開關(guān)3。
在一般的運(yùn)行方式下，切換開關(guān)3將單元2的輸出端連接在單元6(相關(guān)處理器)的輸入端上。單元6與導(dǎo)航處理器9一起以1毫秒的間隔對(duì)接收的GPS信號(hào)執(zhí)行常規(guī)的相關(guān)處理，包括根據(jù)頻率和代碼搜索信號(hào)、跟蹤、解碼、提取有關(guān)一些宇宙飛行器的服務(wù)信息及提取導(dǎo)航信息(確定無線電導(dǎo)航參數(shù)-RNP)。具體地說，在這種情況下，在位置計(jì)算中還利用導(dǎo)航處理器9測(cè)定一些可見衛(wèi)星的偽噪聲信號(hào)的相關(guān)函數(shù)的峰值瞬時(shí)位置。在單元6中利用從信號(hào)形成器7的一個(gè)輸出端輸入的節(jié)拍信號(hào)(Ft)確定的節(jié)拍率完成相關(guān)處理。
位置信息進(jìn)入單元11(數(shù)據(jù)輸入/輸出)，在此比如顯示在屏幕上。
同時(shí)位置信息進(jìn)入單元12，單元12與基站13通話將位置信息和在緊急情況下由裝置單元11和導(dǎo)航處理器9產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)發(fā)送給基站。
在基站13中完成與接收機(jī)的工作無關(guān)的一些宇宙飛行器的數(shù)據(jù)的形成、接收機(jī)位置的大致坐標(biāo)和多普勒位移數(shù)據(jù)的形成，這些形成的數(shù)據(jù)通過通信信道進(jìn)入接收機(jī)的單元12。當(dāng)接收機(jī)工作在不良接收條件下比如在信/噪比小(在GPS信號(hào)阻塞時(shí))時(shí)，使用這些數(shù)據(jù)。
在不良接收條件下，也就是說在信/噪比小時(shí)，比如在接收機(jī)處在GPS信號(hào)阻塞的地區(qū)時(shí)，切換開關(guān)3就將單元2的輸出端與單元4(存儲(chǔ)信號(hào)采樣值)的輸入端相連。
切換開關(guān)3的切換由導(dǎo)航處理器9形成的信號(hào)比如根據(jù)使用單元6時(shí)不能成功搜索信號(hào)的結(jié)果或根據(jù)來自單元11的操作者的信號(hào)來控制。
單元4以1秒的間隔完成被單元2整形的信號(hào)采樣值的緩存。單元4中的采樣記錄通過來自信號(hào)形成器7的節(jié)拍信號(hào)(Ft)確定的節(jié)拍率完成。
存儲(chǔ)在單元4中的信號(hào)采樣值由執(zhí)行搜索信號(hào)及其相關(guān)處理以達(dá)到提取導(dǎo)航信息(RNP)目的的信號(hào)處理器5使用。RNP數(shù)據(jù)進(jìn)入導(dǎo)航處理器9，在此進(jìn)行位置測(cè)定。因此，為了在所述不利于GPS信號(hào)接收的條件下執(zhí)行搜索信號(hào)、提取導(dǎo)航信息和定位，信號(hào)處理器5使用由導(dǎo)航處理器9獲得的通過通信信道來自基站13的一些宇宙飛行器數(shù)據(jù)、位置的大致坐標(biāo)信息和多普勒位移數(shù)據(jù)。
由導(dǎo)航處理器9確定的位置信息進(jìn)入用于指示的單元11及用于傳輸給跟蹤接收機(jī)的基站13的單元12。如果需要，與位置信息一起還提供給基站緊急信息，也就是說發(fā)送由裝置單元11和導(dǎo)航處理器9整形并通過通信信道由單元12裝置發(fā)送給基站13的報(bào)警信號(hào)。
因此，原型接收機(jī)提供了在GPS信號(hào)接收正常條件下及在其阻塞條件下探測(cè)位置和報(bào)警的可能性。
緊急情況下發(fā)送信息(帶有位置信息的報(bào)警信號(hào))的原型接收機(jī)的特征是，無論在GPS信號(hào)正常接收條件下還是在阻塞條件下，都必須能快速搜索信號(hào)。原型接收機(jī)通過高穩(wěn)定性發(fā)生器作為基準(zhǔn)振蕩器8來保證這一點(diǎn)。無論在GPS信號(hào)正常接收條件下還是在阻塞條件下，應(yīng)該理解的是基準(zhǔn)振蕩器的穩(wěn)定性越高，在同等條件下跟蹤信號(hào)所需的時(shí)間就越短。但是，保證高穩(wěn)定性的基準(zhǔn)振蕩器是一項(xiàng)十分困難的任務(wù)，需要使用特殊的裝置，比如熱穩(wěn)定(熱補(bǔ)償)裝置。這將使得原型接收機(jī)更為復(fù)雜和昂貴。
發(fā)明的公開本發(fā)明的目的是通過下述方法解決接收機(jī)的裝置問題通過利用來自基站的在無線信道中接收的外部高穩(wěn)定基本正弦信號(hào)，測(cè)定基準(zhǔn)振蕩器的信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差。
由此可以達(dá)到的效果是，能形成基準(zhǔn)振蕩器的信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差，然后將此頻率偏差用于通過搜索信號(hào)控制信號(hào)處理器5和相關(guān)處理單元6的導(dǎo)航處理器9中的載波頻率調(diào)整數(shù)據(jù)的形成。從而允許在GPS信號(hào)正常接收條件下和阻塞條件下都能快速搜索定位信號(hào)，因此可使用簡單的基準(zhǔn)振蕩器(簡單的無需補(bǔ)償晶片)。
本發(fā)明的本質(zhì)在于，在帶有用于傳送有關(guān)緊急情況的通信信道的GPS信號(hào)接收機(jī)中，包括串連的GPS信號(hào)的無線電頻率轉(zhuǎn)換器、信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和處理信道的切換開關(guān)，該切換開關(guān)的第一輸出端與順序相連的信號(hào)采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和信號(hào)處理器相連，而其第二輸出端與相關(guān)處理單元相連，另外，信號(hào)處理器和相關(guān)處理單元與裝備有用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元的導(dǎo)航處理器相連，無線電頻率轉(zhuǎn)換器的外差頻率信號(hào)輸入端以及信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和相關(guān)處理單元的時(shí)鐘(節(jié)拍)輸入端與時(shí)鐘(節(jié)拍)信號(hào)和外差頻率信號(hào)形成器的相應(yīng)的輸出端相連，該信號(hào)形成器裝備有時(shí)鐘(節(jié)拍)信號(hào)和外差頻率信號(hào)的形成裝置，在這種情況下，由相應(yīng)的頻率合成器的基準(zhǔn)輸入端構(gòu)成的時(shí)鐘信號(hào)和外差頻率信號(hào)形成器的基準(zhǔn)輸入端與基準(zhǔn)振蕩器的輸出相連，由上述的各個(gè)合成器的初始設(shè)定輸入構(gòu)成的時(shí)鐘信號(hào)和外差頻率信號(hào)形成器的控制輸入端以及處理信道的切換開關(guān)的控制輸入端與導(dǎo)航處理器相連，該導(dǎo)航處理器還與數(shù)據(jù)輸入/輸出單元、接收機(jī)與基站正在連接的那個(gè)通信信道的信息發(fā)送和接收單元相連，此外還包括一個(gè)基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差的測(cè)定單元，該單元的第一輸入端與基準(zhǔn)振蕩器的輸出端相連，第二輸入端通過信令中繼線與在通信信道上通信的發(fā)送和接收單元的相應(yīng)的輸出端相連，而輸出端與在導(dǎo)航處理器的存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差數(shù)據(jù)的裝置相連，該導(dǎo)航處理器的存儲(chǔ)單元與在搜索信號(hào)時(shí)用于控制信號(hào)處理器和相關(guān)處理單元的導(dǎo)航處理器中的載波頻率數(shù)據(jù)的形成裝置相連。
附圖的簡要描述本發(fā)明申請(qǐng)的實(shí)質(zhì)和工業(yè)應(yīng)用的可能性通過圖1至圖3代表的


，其中圖1示出了原型接收機(jī)的總體框架方框圖，其中標(biāo)號(hào)1表示GPS信號(hào)無線電頻率轉(zhuǎn)換器，2表示信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，3表示處理信道的切換開關(guān)，4表示信號(hào)采樣值存儲(chǔ)單元，5表示信號(hào)處理器，6表示常規(guī)相關(guān)處理單元，7表示節(jié)拍信號(hào)和外差頻率形成器，8表示基準(zhǔn)振蕩器，9表示導(dǎo)航處理器，10表示存儲(chǔ)器單元，11表示數(shù)據(jù)輸入/輸出單元，12表示信息發(fā)送和接收單元，13表示基站。
圖2示出了作為實(shí)現(xiàn)例子的本接收機(jī)的方框圖，其元件為GPS信號(hào)無線電頻率轉(zhuǎn)換器1，信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元2，處理信道的切換開關(guān)3，信號(hào)采樣值存儲(chǔ)單元4，信號(hào)處理器5，常規(guī)相關(guān)處理單元6，節(jié)拍信號(hào)和外差頻率形成器7，基準(zhǔn)振蕩器8，導(dǎo)航處理器9，存儲(chǔ)器單元10，數(shù)據(jù)輸入-輸出單元11，信息發(fā)送和接收單元12，基站13，基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差測(cè)定單元14，存儲(chǔ)基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差數(shù)據(jù)的裝置15，導(dǎo)航處理器中形成載波頻率數(shù)據(jù)的裝置16。
圖3為基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差測(cè)定單元的方框圖，包括相位檢測(cè)器17，頻率調(diào)諧單元18，第一分頻器19，第二分頻器20，積分網(wǎng)絡(luò)21，所示的基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差數(shù)據(jù)形成單元22。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差測(cè)定單元實(shí)際上執(zhí)行完成接收機(jī)的方案，包括第一分頻器，其輸出端通過頻率調(diào)諧單元與相位檢測(cè)器的第一輸入端相連；相位檢測(cè)器的第二輸入端與第二分頻器的輸出端相連，而輸出端通過積分網(wǎng)絡(luò)與頻率調(diào)諧單元的控制輸入端和基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差數(shù)據(jù)形成單元的信號(hào)輸入端相連；同時(shí)第一分頻器的輸入端和基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差數(shù)據(jù)形成單元的輸出端分別構(gòu)成測(cè)定基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差單元的第一輸入端和輸出端，第二分頻器的輸入端和基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差數(shù)據(jù)形成單元的控制輸入端構(gòu)成基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差測(cè)定單元的第二輸入端。
作為研究的實(shí)現(xiàn)例子(圖2和圖3)，申請(qǐng)的帶有用于發(fā)送緊急情況信息的通信信道的GPS信號(hào)接收機(jī)包括順序連接的GPS信號(hào)無線電頻率轉(zhuǎn)換器1、信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換處理單元2和處理信道的切換開關(guān)3。
切換開關(guān)3的第一輸出端與同信號(hào)處理器5串聯(lián)的用于存儲(chǔ)信號(hào)采樣值的單元4相連。切換開關(guān)3的第二輸出端與常規(guī)相關(guān)處理單元6相連。用作節(jié)拍信號(hào)和外差頻率的信號(hào)形成器7裝備有節(jié)拍頻率信號(hào)和外差頻率信號(hào)形成裝置--頻率合成器(圖中未示出)。由頻率合成器的基頻輸入構(gòu)成的信號(hào)形成器7的基頻輸入端連接到基準(zhǔn)振蕩器8的輸出端上?；鶞?zhǔn)振蕩器8可以在簡單、無需補(bǔ)償?shù)木A(chǔ)上制作。
由所述合成器的預(yù)置輸入端構(gòu)成的信號(hào)形成器7的控制輸入端通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)總線連接到導(dǎo)航處理器9上。切換開關(guān)3的控制輸入、信號(hào)處理器5和相關(guān)處理單元6的數(shù)據(jù)輸入/輸出同樣通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)總線連接到導(dǎo)航處理器9上。
導(dǎo)航處理器9由用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的單元10供給。用于數(shù)據(jù)輸入/輸出的單元11及用于在信道中發(fā)送和接收信息的單元12作為外圍設(shè)備也連接到導(dǎo)航處理器9上。單元11由比如控制器、鍵盤或顯示器實(shí)現(xiàn)并裝有接口連接器。單元12由調(diào)制解調(diào)器執(zhí)行實(shí)現(xiàn)，比如導(dǎo)航處理器9與基站13的無線電話機(jī)通信?；?3裝有用于接收緊急情況(報(bào)警信號(hào))信息和接收機(jī)位置信息的裝置、用于自形成一些宇宙飛行器的數(shù)據(jù)、接收機(jī)位置的大致坐標(biāo)、多普勒位移數(shù)據(jù)的裝置，上述的數(shù)據(jù)沿著在單元12中的無線信道以高穩(wěn)定載波頻率傳送。
在本發(fā)明的接收機(jī)中，與原型接收機(jī)相反，還包括基準(zhǔn)振蕩器8的信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差測(cè)定單元14。單元14的第一輸入端與基準(zhǔn)振蕩器8的輸出端相連，單元14的第二輸入端通過信號(hào)傳送線與單元12的相應(yīng)輸出端相連，單元14的輸出端通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)總線與在導(dǎo)航處理器9的存儲(chǔ)單元10中的用于存儲(chǔ)基準(zhǔn)振蕩器8的信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差數(shù)據(jù)的單元15相連。作為比如數(shù)據(jù)寄存器的存儲(chǔ)單元15與指定在搜索信號(hào)時(shí)用于控制信號(hào)處理器5和相關(guān)處理單元6的在導(dǎo)航處理器9中的形成載波頻率數(shù)據(jù)的單元16相連。在實(shí)際情中，測(cè)定基準(zhǔn)振蕩器8的信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差的單元14包括(圖3)相位檢測(cè)器17，其第一輸入端與頻率調(diào)諧單元18的輸出端相連，同時(shí)單元18的信號(hào)輸入端與第一分頻器19的輸出端相連。相位檢測(cè)器17的第二輸入端與第二分頻器20的輸出端相連，輸出通過積分網(wǎng)絡(luò)21與單元18的控制輸入端和基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差數(shù)據(jù)形成單元22的信號(hào)輸入端相連。第一分頻器19的輸入端構(gòu)成單元14的第一輸入端，單元22的輸出端構(gòu)成單元14的輸出端，第二分頻器20的輸入端和單元22的控制輸入端構(gòu)成單元14的第二輸入端。分頻器20的分頻系數(shù)等于相位檢測(cè)器17工作的中頻(Fmed.norm)額定值與通過單元12完成在通信信道上的來自基站13的外部信號(hào)基準(zhǔn)頻率(Fbase.extern)之比。分頻器19的分頻系數(shù)比如等于指定的中頻額定值與基準(zhǔn)振蕩器8整形的信號(hào)頻率的額定值之比。頻率調(diào)諧單元18比如可以用帶重調(diào)分頻系數(shù)的除法器(乘法器)實(shí)現(xiàn)；基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差的數(shù)據(jù)形成單元22比如可以以數(shù)據(jù)寄存器的方式實(shí)現(xiàn)，該寄存器的控制輸入端和輸出端分別構(gòu)成單元22的控制輸入端和輸出端；積分網(wǎng)絡(luò)21在輸出通道上整形比如通過模數(shù)轉(zhuǎn)換相位檢測(cè)器17的積分信號(hào)獲得的數(shù)字信號(hào)。在模擬實(shí)現(xiàn)單元18的情況下，比如以受控的相位切換開關(guān)的方式實(shí)現(xiàn)時(shí)，積分網(wǎng)絡(luò)21在其輸出端整形模擬信號(hào)，并且單元22中包括相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
本發(fā)明的接收機(jī)按如下方式工作。
接收機(jī)應(yīng)放置于確保能和基站13無線通信的地區(qū)。作為基站13，舉例來說可以使用蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)基站。在此情況下，單元12是適宜發(fā)送和接收無線電話信息的單元。在基站13中完成一些宇宙飛行器的數(shù)據(jù)、接收機(jī)位置的大致坐標(biāo)信息數(shù)據(jù)和多普勒位移數(shù)據(jù)形成。這些數(shù)據(jù)以高穩(wěn)定載波頻率(Fbase.extern)在建立的若干次通信中將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到接收機(jī)的單元12。單元12收到的一些宇宙飛行器的數(shù)據(jù)、接收機(jī)位置的大致坐標(biāo)信息數(shù)據(jù)和多普勒位移數(shù)據(jù)在不利于GPS信號(hào)接收的條件下即在信噪比低的GPS信號(hào)阻塞的條件下用于接收機(jī)的工作。在其中發(fā)送所述數(shù)據(jù)的高穩(wěn)定載波頻率(Fbase.extern)在接收機(jī)中用作外部基準(zhǔn)頻率，以該頻率為基準(zhǔn)測(cè)定基準(zhǔn)振蕩器8的信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差。在接收機(jī)中根據(jù)GPS信號(hào)執(zhí)行定位。來自接收天線輸出的GPS信號(hào)進(jìn)入無線電頻率轉(zhuǎn)換器1的輸入端，在此進(jìn)行降低頻率的轉(zhuǎn)換。因此使用了包括在轉(zhuǎn)換器1中的按照來自信號(hào)形成器7的相應(yīng)輸出端的外差信號(hào)(Fr)操作的混頻器。形成器7為此利用來自基準(zhǔn)振蕩器8輸出端的基準(zhǔn)頻率(Fbase)合成節(jié)拍(時(shí)鐘)信號(hào)(Ft)和外差頻率(Fr)。合成器整形的頻率預(yù)置值由導(dǎo)航處理器9提供相應(yīng)的設(shè)定代碼實(shí)現(xiàn)。基準(zhǔn)頻率Fbase的不穩(wěn)定性及其相對(duì)額定值的偏差反映在偏離整形的外差頻率額定值的偏差上，即反映在相對(duì)無線電頻率轉(zhuǎn)換器1的輸出端上的信號(hào)頻率額定值的偏差上。來自無線電頻率轉(zhuǎn)換器1輸出端的信號(hào)進(jìn)入信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元2的輸入端，在此將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字類型信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換中時(shí)間離散率由來自形成器7的相應(yīng)輸出端的節(jié)拍信號(hào)(Ft)確定。然后信號(hào)進(jìn)入信道切換開關(guān)3的輸入端，由來自導(dǎo)航處理器9的控制信號(hào)完成處理信道的切換開關(guān)3的切換。在正常情況下(也就是說正常信噪比、GPS信號(hào)沒有阻塞)，切換開關(guān)3將單元2的輸出端與相關(guān)處理單元6的輸入端相連。單元6與導(dǎo)航處理器9以1毫秒的間隔采用GPS信號(hào)一起執(zhí)行常規(guī)的相關(guān)處理，包括搜索信號(hào)頻率和代碼、跟蹤、解碼、從服務(wù)信號(hào)中提取一些宇宙飛行器的信息、及提取導(dǎo)航信息(確定無線導(dǎo)航參數(shù)-RNP)。具體地說，導(dǎo)航處理器9利用定位計(jì)算來確定可見衛(wèi)星的偽噪聲信號(hào)的校正函數(shù)峰值的瞬時(shí)位置。單元6中的相關(guān)處理以來自信號(hào)形成器7的一個(gè)輸出端的由節(jié)拍信號(hào)(Ft)確定的節(jié)拍頻率執(zhí)行。由處理器9計(jì)算的位置信息進(jìn)入數(shù)據(jù)輸入/輸出單元11，在此比如顯示在屏幕上。同時(shí)位置信息進(jìn)入與基站13進(jìn)行通信的單元12，將位置信息和在必要時(shí)的緊急情況信息即由單元11和導(dǎo)航處理器9的組件產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)發(fā)送給基站。在不利于GPS信號(hào)接收的條件下，比如當(dāng)信/噪比嚴(yán)重下降在GPS信號(hào)阻塞的地區(qū)接收機(jī)受到影響時(shí)，處理信道的切換開關(guān)3將單元2的輸出端與信號(hào)采樣值存儲(chǔ)單元4的輸入端相連。處理信道的切換開關(guān)3的切換由導(dǎo)航處理器9形成的信號(hào)比如根據(jù)使用單元6時(shí)不能成功搜索信號(hào)的結(jié)果或根據(jù)來自單元11的操作者的信號(hào)來控制。單元4以1秒的間隔執(zhí)行緩沖存儲(chǔ)單元2整形的信號(hào)采樣值。單元4中采樣記錄以來自信號(hào)形成器7的節(jié)拍信號(hào)(Ft)確定的節(jié)拍頻率執(zhí)行。
執(zhí)行搜索信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)處理以便提取導(dǎo)航信息(RNP)的信號(hào)處理器5使用存儲(chǔ)在單元4中的信號(hào)采樣值。RNP數(shù)據(jù)進(jìn)入導(dǎo)航處理器9，在此完成定位。因此，為了在所述不利于GPS信號(hào)接收的條件下執(zhí)行搜索信號(hào)、提取導(dǎo)航信息和定位，信號(hào)處理器5使用了由導(dǎo)航處理器9獲得的通過通信信道來自基站13的一些宇宙飛行器的數(shù)據(jù)、位置的大致坐標(biāo)信息和多普勒位移數(shù)據(jù)。由導(dǎo)航處理器9確定的位置信息進(jìn)入用于指示的單元11和用于傳輸給跟蹤接收機(jī)的基站13的單元12。在必要的情況下，還將緊急狀態(tài)報(bào)警信息與位置信息一起發(fā)送給基站，這些信息由裝置單元11和導(dǎo)航處理器9整形并借助單元12通過通信信道發(fā)送給基站13。
允許在緊急情況下定位和發(fā)送包括位置數(shù)據(jù)的報(bào)警信息的本發(fā)明的接收機(jī)(和原型接收機(jī)一樣)的特征是，無論在正常GPS信號(hào)接收條件下還是在阻塞條件下，都能快速搜索信號(hào)。在本發(fā)明的接收機(jī)中信號(hào)快速搜索的實(shí)現(xiàn)是通過使用從單元1的轉(zhuǎn)換結(jié)果獲得的精確實(shí)時(shí)頻率提供的。在所述接收機(jī)中實(shí)時(shí)頻率的計(jì)算是由裝置單元14和裝置15、16、導(dǎo)航處理器9提供的。
這些裝置的工作按如下方式執(zhí)行。
在單元12中選擇高穩(wěn)定載波信號(hào)(Fbase.extern)，比如通過對(duì)通信信道來自基站13的信號(hào)進(jìn)行窄帶濾波。在單元12中同時(shí)形成表明一定電平的信號(hào)Fbase.extern存在的附加控制信號(hào)Vcontrol。信號(hào)Vcontrol可以比如通過檢測(cè)信號(hào)Fbase.extern并將其與閾值比較來形成。信號(hào)Fbase.extern和Vcontrol從單元12相應(yīng)的輸出端沿總線進(jìn)入位于單元14的第二輸入端。在單元14中Vcontrol信號(hào)進(jìn)入單元22的控制輸入端(形成基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差的數(shù)據(jù))，也就是包括在單元22結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)寄存器的控制輸入端，從而允許把來自積分網(wǎng)絡(luò)單元21的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在該寄存器中。只有在Fbase.extern信號(hào)存在時(shí)，Vcontrol信號(hào)才保證單元14工作，這避免了單元14形成明顯的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)(在沒有Fbase.extern信號(hào)時(shí))。高穩(wěn)定的頻率信號(hào)Fbase.extern進(jìn)入分頻器20的輸入端，在此將其轉(zhuǎn)換為適于相位檢測(cè)器17工作的頻率信號(hào)Fmed.norm信號(hào)。進(jìn)入單元14第一輸入端的基準(zhǔn)振蕩器8的頻率信號(hào)Fbase在分頻器19轉(zhuǎn)換為頻率Fmed。通常頻率Fmed.norm和Fmed并不一致。表征基準(zhǔn)振蕩器8的信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差的這些頻率的不一致性由相位檢測(cè)器17、積分網(wǎng)絡(luò)21和頻率調(diào)諧單元18構(gòu)成的相位頻率PLL電路完成。
該電路按如下方式工作。頻率信號(hào)Fmed從分頻器19的輸出端進(jìn)入到頻率調(diào)諧單元18的信號(hào)輸入端，單元18按照從積分網(wǎng)絡(luò)21輸出到它的控制輸入端的信號(hào)(ΔF)改變?cè)擃l率。單元18的輸出信號(hào)進(jìn)入相位檢測(cè)器17的第一輸入端，在此與從第二分頻器輸出到它的第二輸入端的Fmed.norm信號(hào)相比較。來自相位檢測(cè)器17輸出的未校準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)入形成與頻率Fmed和Fmed.norm之差成正比的控制信號(hào)的積分網(wǎng)絡(luò)21。在穩(wěn)定工作值時(shí)，單元18的輸出信號(hào)在頻率和相位上與Fmed.norm信號(hào)相一致，相位檢測(cè)器17的輸出端的未校準(zhǔn)信號(hào)被最小化，并且積分網(wǎng)絡(luò)21的輸出信號(hào)ΔF表征了頻率Fmed和Fmed.norm之差的大小和特征，也就是說表征了基準(zhǔn)振蕩器8的信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差。描述基準(zhǔn)振蕩器8的信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差的ΔF信號(hào)，暫存(考慮其符號(hào))在單元22的數(shù)據(jù)寄存器中。從單元22的數(shù)據(jù)寄存器輸出的一些數(shù)位中，基準(zhǔn)振蕩器8的信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差的瞬時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)入存儲(chǔ)器單元10，在此借助裝置15將它們存儲(chǔ)。然后存儲(chǔ)在裝置15中的基準(zhǔn)振蕩器8的信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差數(shù)據(jù)由在導(dǎo)航處理器9中形成載波頻率調(diào)整數(shù)據(jù)的元件16使用，以便在搜索信號(hào)時(shí)控制信號(hào)處理器5和相關(guān)處理單元6的操作。因此可以通過在跟蹤無線電頻率轉(zhuǎn)換器1輸出端獲得的實(shí)時(shí)頻率信號(hào)的單元5和單元6中精確設(shè)置載波頻率的裝置實(shí)現(xiàn)快速搜索。實(shí)際上，在精確設(shè)定頻率的條件下，信號(hào)的快速搜索可以限定在一個(gè)搜索循環(huán)之內(nèi)完成。
因此，如上所述本發(fā)明的工業(yè)應(yīng)用是切實(shí)可行的，并解決了提供帶有可以使用為此目的在無線信道上從基站接收的外部高穩(wěn)定基準(zhǔn)(基本)信號(hào)頻率來測(cè)定基準(zhǔn)(基本)頻率相對(duì)額定值的偏差的裝置的接收機(jī)的問題。所達(dá)到的效果也就是，將所形成的基準(zhǔn)頻率相對(duì)額定值的偏差數(shù)據(jù)用于在導(dǎo)航處理器9中形成用來在搜索信號(hào)時(shí)控制信號(hào)處理器5和相關(guān)處理單元6的載波頻率調(diào)整數(shù)據(jù)，從而允許在正常GPS信號(hào)接收條件下及在其阻塞條件下執(zhí)行快速搜索定位信號(hào)。因此使用簡單基準(zhǔn)振蕩器(簡單、無需補(bǔ)償晶片)成為可能。所述有效特征使本發(fā)明在個(gè)人安全系統(tǒng)中具有應(yīng)用前途。
權(quán)利要求
1.一種帶有緊急用的通信信道的GPS信號(hào)接收機(jī)，包括串連的GPS信號(hào)的無線電頻率轉(zhuǎn)換器、信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和處理信道的切換開關(guān)，該切換開關(guān)的第一輸出端與順序相連的信號(hào)采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和信號(hào)處理器相連，而其第二輸出端與相關(guān)處理單元相連，另外，信號(hào)處理器和相關(guān)處理單元與裝備有用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元的導(dǎo)航處理器相連，無線電頻率轉(zhuǎn)換器的外差頻率信號(hào)輸入端以及信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和相關(guān)處理單元的時(shí)鐘(節(jié)拍)輸入端與時(shí)鐘(節(jié)拍)信號(hào)和外差頻率信號(hào)形成器的相應(yīng)的輸出端相連，該信號(hào)形成器裝備有時(shí)鐘(節(jié)拍)信號(hào)和外差頻率信號(hào)的形成裝置，在這種情況下，由相應(yīng)的頻率合成器的基準(zhǔn)輸入端構(gòu)成的時(shí)鐘信號(hào)和外差頻率信號(hào)形成器的基準(zhǔn)輸入端與基準(zhǔn)振蕩器的輸出相連，由上述的各個(gè)合成器的初始設(shè)定輸入構(gòu)成的時(shí)鐘信號(hào)和外差頻率信號(hào)形成器的控制輸入端以及處理信道的切換開關(guān)的控制輸入端與導(dǎo)航處理器相連，該導(dǎo)航處理器還與數(shù)據(jù)輸入/輸出單元、接收機(jī)與基站正在連接的那個(gè)通信信道的信息發(fā)送和接收單元相連，其特征在于還包括一個(gè)基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差的測(cè)定單元，該單元的第一輸入端與基準(zhǔn)振蕩器的輸出端相連，第二輸入端通過信令中繼線與在通信信道上通信的發(fā)送和接收單元的相應(yīng)的輸出端相連，而輸出端與在導(dǎo)航處理器的存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差數(shù)據(jù)的裝置相連，該導(dǎo)航處理器的存儲(chǔ)單元與在搜索信號(hào)時(shí)用于控制信號(hào)處理器和相關(guān)處理單元的導(dǎo)航處理器中的載波頻率數(shù)據(jù)的形成裝置相連。
2.如權(quán)利要求1所述的接收機(jī)，其特征在于基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差測(cè)定單元包括第一分頻器，該第一分頻器的輸出端通過頻率調(diào)諧單元與相位檢測(cè)器的第一輸入端相連；相位檢測(cè)器的第二輸入端與第二分頻器的輸出端相連，而相位檢測(cè)器的輸出經(jīng)積分網(wǎng)絡(luò)與頻率調(diào)諧單元的控制輸入端和基準(zhǔn)振蕩器的信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差數(shù)據(jù)形成單元的信號(hào)輸入端相連；在這種情況下，第一分頻器的輸入端和基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差數(shù)據(jù)形成單元的輸出端分別構(gòu)成基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差測(cè)定單元的第一輸入端和輸出端，而第二分頻器的輸入端和基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差數(shù)據(jù)形成單元的控制輸入端構(gòu)成基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差測(cè)定單元的第二輸入端。
全文摘要
一種供在緊急情況下發(fā)送信息的帶有緊急通信信道的GPS信號(hào)接收機(jī),除了包括工作在GPS系統(tǒng)中公知的無線導(dǎo)航接收機(jī)的電路外,還包括基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差測(cè)定單元,其第一輸入端連接到基準(zhǔn)振蕩器的輸出端,第二輸入端通過總線連接到在通信信道中發(fā)送和接收信息單元的相應(yīng)的輸出端上,輸出端連接到在導(dǎo)航處理器的存儲(chǔ)器裝置中與在導(dǎo)航處理器中用于通過搜索信號(hào)控制信號(hào)處理器和相關(guān)處理單元的形成載波頻率數(shù)據(jù)的裝置相連的存儲(chǔ)基準(zhǔn)振蕩器信號(hào)頻率相對(duì)額定值的偏差數(shù)據(jù)的裝置上。
文檔編號(hào)G01S1/00GK1375063SQ99809659
公開日2002年10月16日 申請(qǐng)日期1999年5月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月25日
發(fā)明者安德烈·L·羅格, 維克多·I·馬拉欣, 弗拉迪米爾·N·依萬諾夫, 丹尼斯·G·波維雷尼, 米凱爾·J·西林, 瑟蓋·B·皮薩雷夫, 博里斯·D·費(fèi)多托夫, 博里斯·V·謝博謝維奇 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社