[发明专利]增强GPS系统的信号检测性能

说明书

本发明涉及卫星导航系统，尤其涉及使用调制方案来增强信号检测灵敏度的卫星导航系统。

卫星导航系统如全球定位系统(GPS)包括传送GPS信号的一群卫星，该信号能够由无线终端使用以确定无线终端的位置。

图1是现有技术的GPS系统100的示意图。在现有技术系统100中，卫星群(Satellite constellation)的一个或多个卫星101传送由无线终端103接收的GPS信号102。如本领域公知的，通过接收来自三个或更多个卫星的GPS信号102来完成定位操作。确定位置的基本方法基于公知的每个卫星的时差。每个卫星的时差是GPS信号102从卫星开始到无线终端103接收所需的时间。当同时接收来自三个卫星的GPS信号102时，可以确定“两维”位置(纬度和经度)。当同时接收来自四个或更多的卫星的GPS信号102时，可以确定“三维”位置(纬度，经度，高度)。

每个卫星101以公知的速度环绕地球并且定位在离其他卫星公知的距离上。每个卫星101传送唯一的GPS信号102，该信号包括使用与特定的卫星101有关的唯一的伪随机噪声(PN)码和导航数据调制的公知频率f的载波信号，其中PN码包括唯一的PN码片序列而导航数据包括卫星标识符、时间信息和轨道数据如仰角α_j和方位角φ_j。

无线终端103一般包括GPS接收机105用于接收GPS信号102；多个相关器107用于检测GPS信号102；以及具有软件的处理器109使用导航数据来确定位置。GPS接收机105借助于PN码检测GPS信号102。检测GPS信号102包括相关处理，其中相关器107用于在载波频率维和代码相位维搜索PN码。实时地将调制为复制的载波信号的相移复制的PN码乘以接收的GPS信号102来完成这种相关处理，然后是积分和转储处理。

在载波频率维，GPS接收机105复制载波信号以当GPS信号102到达GPS接收机105时匹配于GPS信号102的频率。然而，由于多普勒效应，在GPS信号102到达GPS接收机105之前传送GPS信号102的频率f改变一个未知量Δf_j-即当每个GPS信号102到达GPS接收机105时它应该具有频率f+Δf_j。为了说明多普勒效应，GPS接收机105在f+Δf_min到f+Δf_max的频谱f_频谱范围复制载波信号直到复制的载波信号的频率匹配于接收的GPS信号102的频率为止，其中Δf_min和Δf_max是由于多普勒效应，当GPS信号102从卫星101到达GPS接收机105时在频率上经受的最小和最大的改变，即Δf_min≤Δf_j≤Δf_max。

在代码相位维，GPS接收机105复制与每个卫星101有关的唯一的PN码。复制的PN码的相位在代码相位频谱Rj(频谱)上移动直到具有复制的PN码的复制的载波信号完全与GPS接收机105接收的GPS信号102相关，其中每个代码相位频谱R_j(频谱)包括对于相关PN码的每个可能的相移。如本领域公知的，当GPS信号102被相关器107检测时，GPS接收机105从检测的GPS信号102提取导航数据ND并且使用导航数据来确定GPS接收机105的位置。

相关器107被配置来在频谱f_频谱和代码相位频谱R_j(频谱)上完成多个PN码的并行搜索。换句话说，多个相关器107的每一个专用于在f+Δf_min到f+Δ_fmax之间和每个可能用于该PN码的频率的每个可能的频率上搜索特定的PN码。当相关器107完成它对PN码的搜索时，相关器107在f+Δ_fmin到f+Δf_max之间的每个可能的频率和每个可能用于该PN码的相移搜索另一个PN码。这个过程继续直到由多个相关器107共同搜索到所有的PN码为止。例如，假设有十二个卫星101，那么就有十二个唯一的PN码。如果GPS接收机105具有六个相关器107，则GPS接收机105将使用它的相关器107一次搜索两组六个不同的PN码。特别地，相关器107搜索第一组六个PN码，即第一相关器搜索PN-1，第二相关器搜索PN-2等。一旦完成第一组六个PN码的搜索，相关器107搜索下一组六个PN码，即第一相关器搜索PN-7，第二相关器搜索PN-8等。