国产精品1024永久观看,大尺度欧美暖暖视频在线观看,亚洲宅男精品一区在线观看,欧美日韩一区二区三区视频,2021中文字幕在线观看

  • <option id="fbvk0"></option>
    1. <rt id="fbvk0"><tr id="fbvk0"></tr></rt>
      <center id="fbvk0"><optgroup id="fbvk0"></optgroup></center>
      <center id="fbvk0"></center>

      <li id="fbvk0"><abbr id="fbvk0"><dl id="fbvk0"></dl></abbr></li>

      低功率的基于衛(wèi)星的地面定位系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號:6138745閱讀:152來源:國知局
      專利名稱:低功率的基于衛(wèi)星的地面定位系統(tǒng)的制作方法
      背景技術(shù)
      本發(fā)明總的涉及地面定位系統(tǒng),更具體地,涉及基于低地球軌道衛(wèi)星的地面定位系統(tǒng)。
      本申請涉及到Matthew Schor在1997年6月17日提交的、并轉(zhuǎn)讓給本專利申請的同一個受讓人的、題為“Method and Apparatusfor Precision Geolocation(用于精確地面定位的方法和設(shè)備)”的美國專利申請No.08/877,571。美國專利申請No.08/877,571在此引用以供參考,并將整體在此重復(fù)出現(xiàn)(包括其附圖在內(nèi))。本申請揭示了一種用于改進基于衛(wèi)星的地面定位系統(tǒng)的定位精度的方法,即,首先測量在已知位置處的一個參考的位置,確定所測量的位置與已知位置的誤差矢量,測量未知收發(fā)信機的位置,然后把誤差矢量附加到所測量的位置上。作為測量過程的一部分,本申請揭示了使用發(fā)送信號中的多卜勒漂移來確定收發(fā)信機的位置。在這個系統(tǒng)中,收發(fā)信機從衛(wèi)星接收信號,并發(fā)送一個應(yīng)答。換句話說,收發(fā)信機起到轉(zhuǎn)發(fā)器的作用。
      地面定位系統(tǒng)的第一個要求是,它能適用于寬廣的使用范圍。為了做到這一點,地面定位系統(tǒng)必須能夠確定在建筑物內(nèi)以及建筑物外的位置。由于由建筑物造成很大的衰減,這需要它能以極低的信號電平運行。大多數(shù)現(xiàn)有的地面定位系統(tǒng)由于不能接收來自建筑物內(nèi)的信號,因此它們在其可應(yīng)用性上是有限的。
      地面定位系統(tǒng)的另一個要求是發(fā)送保密性。地面定位系統(tǒng)的許多潛在用戶不一定想要它們的位置被廣播而導(dǎo)致它們的位置可以提供給很大范圍的公眾。因此,在衛(wèi)星與發(fā)射機/接收機之間的鏈路應(yīng)當是低功率的和相當保密地進行傳輸。
      眾所周知,擴頻通信系統(tǒng)能提供這種能力,因為它們是在很寬的頻譜上發(fā)射,每個頻率單元包含小量的發(fā)射功率。結(jié)果,擴頻信號的輻射功率類似于噪聲。而且,為了接收和譯碼擴頻信號,必須知道被用來擴展發(fā)射信號的準確編碼。
      然而,為了正確接收擴頻信號,首先必須得到發(fā)射信號的定時。這涉及到確定頻率以及分片序列(Chipping sequence)的相位。
      某些已知的擴頻系統(tǒng)以很高的數(shù)據(jù)速率發(fā)送,這使得接收機能夠在很短的時間間隔內(nèi)積分,這樣允許較大的頻率不穩(wěn)定性。然而,如上所述,地面定位系統(tǒng)必須能夠滲入建筑物。因此,為了在極低功率的信號的情況下工作,必須使用較低的數(shù)據(jù)速率,以提供足夠的處理增益來克服建筑物衰減。然而,較長的積分時間會由于頻率誤差而引起更大的損耗,這意味著為獲取信號而需要的時間會增加。
      對于多卜勒頻率有兩個單獨的問題。第一個問題是地面定位的精度。轉(zhuǎn)發(fā)器必須精確跟蹤多卜勒頻率,以及地面站必須精確地測量它,以便提供良好的位置估值,因為位置估值是多卜勒頻率的函數(shù)。
      有關(guān)多卜勒的第二個問題是信號獲取。由于可能高達幾十kHz的多卜勒頻移不確定性,轉(zhuǎn)發(fā)器和地面站一開始只對接收信號的頻率有一個粗略的概念。如果接收機調(diào)諧到的一個頻率與正確頻率相差太遠,則積分的過程會由于損耗而不能檢測出信號。最大可接受的頻率誤差取決于積分時間。較長的積分需要較低的頻率誤差。如果總的多卜勒不確定性超過對于給定的積分時間間隔的最大可接受的頻率誤差,則接收機必須搜索正確的頻率。接收機調(diào)諧到一個頻率,積分,以及尋找信號的存在。如果沒有檢測到信號,則接收機調(diào)諧到一個新的頻率,以及重復(fù)該過程。重復(fù)這個過程的次數(shù)取決于積分時間間隔,較長的積分時間間隔導(dǎo)致較長的頻率搜索。在這種情況下接收機不需要知道在幾赫茲內(nèi)的多卜勒頻移,除非積分時間非常長。
      因此,地面定位波形的設(shè)計者面臨的兩個主要問題是獲取定時和多卜勒頻移。如果為檢測一個測距脈沖所需要的積分時間是T和碼片速率是fc,則通過使用傳統(tǒng)的相關(guān)接收機對于所有可能的定時頻移的簡單的順序搜索可達到T2fc秒,以便得到測距信號。例如,對于T=1/50秒和fc=1MHz,捕獲時間可以長達400秒,這幾乎是7分鐘。
      如果多卜勒頻率偏移也是未知的,這個問題甚至?xí)鼔摹T诰哂形囱a償?shù)膄Hz的多卜勒頻率時由于T秒內(nèi)相干積分造成的損耗(以dB計)被給出為L=10log10(sin(&pi;fT)&pi;fT)]]>這個損耗被顯示為圖5的無量綱參量fT的函數(shù)。如果最大積分時間小于約1/4f,則該損耗將小于1dB。如果D是最大的多卜勒不確定性,則為執(zhí)行順序搜索所需要的最大時間是2DT2。例如,如果D=100kHz,以及T=1/50,則搜索時間可能長達80秒。
      如果通過使用順序搜索對定時和多卜勒頻移進行聯(lián)合估值,則總的捕獲時間被給出為2DfcT4。組合以上兩個實例,我們有幾乎會得出9小時的總的時間!明顯地,這對于大多數(shù)應(yīng)用是不能接受的。
      不幸地,如果要求在建筑物內(nèi)跟蹤一個用戶,就需要增加的處理增益,這接下來又需要頻率分辨率能達到幾赫茲以內(nèi),這在擴頻系統(tǒng)中造成捕獲時間非常長。
      這樣的系統(tǒng)的一個例子是全球定位系統(tǒng)(GPS)。當冷啟動GPS接收機時,接收機可能要花費幾分鐘獲取輸入的信號。
      所以,本發(fā)明針對開發(fā)一種能夠以極低的信號電平運行的地面定位系統(tǒng)中遇到的問題,例如,在建筑物內(nèi)可能會遇到這種低信號電平,而同時要求能夠在存在與低地球軌道(LEO)衛(wèi)星系統(tǒng)有關(guān)的、很大的多卜勒不確定性的情況下快速獲取信號。
      發(fā)明概要本發(fā)明使用同步波形而不是數(shù)據(jù)波形來快速捕獲多卜勒頻移和碼定時,以及以正比于輸入頻率的頻率發(fā)送來自用戶終端的信號,因而消除作為誤差源的絕對振蕩器頻率,這樣,本發(fā)明解決了這個問題。這使得能夠使用不太昂貴的振蕩器,這擴展了地面定位系統(tǒng)的實際應(yīng)用方面。
      本發(fā)明的一個重要的方面是使用具有短的重復(fù)時間間隔的同步信號。接收機在短的時間間隔內(nèi)開始積分,以產(chǎn)生積分器輸出序列。這些積分器輸出然后由快速富立葉變換(FFT)算法進行處理,以便把多卜勒頻率確定得足夠接近從而使得接收機能夠運行。這個估值不是打算提供對于精確定位所需要的精度;該精度是由以后的處理提供的。然而,這個估值足以使得接收機能夠快速捕獲數(shù)據(jù)波形。在這個實施方案中,F(xiàn)FT實際上起到一個并行接收機組的作用,其每個接收機被調(diào)諧到不同的頻譜部分。信號捕獲過程可以得到加速,因為部分頻率搜索是由FFT并行實現(xiàn)的。
      按照本發(fā)明的一個方面,用于接收一種包括同步信號和數(shù)據(jù)信號的信號的方法包括以下步驟(a)在短的時間間隔上積分具有短的重復(fù)時間間隔的同步信號,以產(chǎn)生積分器輸出序列;(b)用快速富立葉變換算法處理積分器輸出,以確定足夠接近的多卜勒頻率以便接收機運行,以及(c)在以后接收機處理接收數(shù)據(jù)信號時使用該多卜勒頻率。
      至少有三種方式來實施上述的本發(fā)明的方法。第一種方式(被稱為順序的單個相關(guān)器實施方案)還包括以下步驟(d)把同步信號與由碼發(fā)生器產(chǎn)生的同步碼混合起來;(e)把混合的同步信號和同步碼分樣到一個可用來建立同步信號的碼的長度;(f)把分樣的混合的同步信號和同步碼延遲多個延時單元,以建立多個相隔為該同步信號的一個碼間隔的信號;(g)把來自步驟(f)的該多個信號變換成多個與頻率有關(guān)的信號;以及(h)把碼發(fā)生器的時序向前推進,直至在步驟(g)中的多個與頻率有關(guān)的信號之一超過預(yù)定的電平為止。
      第二種方式(被稱為并行匹配濾波器實施方案)包括以下附加步驟(d)把同步信號輸入到匹配濾波器,該匹配濾波器被匹配到一個用來建立同步信號的碼序列;(e)將匹配濾波器輸出延時多個延時單元,以建立多個相隔為同步信號的一個碼間隔的信號;(f)把來自步驟(e)的該多個信號變換成多個與頻率有關(guān)的信號;以及(g)執(zhí)行步驟(d)到(f),直至在步驟(f)中的多個與頻率有關(guān)的信號之一超過預(yù)定的電平為止。
      第三種方式(被稱為混合的多相關(guān)器實施方案)包括以下附加步驟(d)把同步信號輸入到多個混合器;(e)把產(chǎn)生的相同的同步碼輸入到多個混合器中的每一個,但移動每個同步碼以便使它們具有不同的時間偏移值;(f)把多個混合器中的每一個的輸出分樣到一個用來建立同步信號的碼的長度;(g)將混合器的每個分樣的輸出延時多個延時單元,以建立多個延時信號組,其中一組內(nèi)的各個延時的信號按照同步信號的一個碼間隔被間隔開;(h)把來自步驟(g)的每組延時信號變換成一組與頻率有關(guān)的信號,從而構(gòu)成多組頻率相關(guān)信號;以及(i)執(zhí)行步驟(d)到(h),直至在多個與頻率有關(guān)的信號組中的一個與頻率有關(guān)的信號超過預(yù)定的電平為止。
      按照本發(fā)明的另一個方面,一種在通信系統(tǒng)中用于快速捕獲具有非常低的信號電平和具有大的頻率不確定性的擴頻信號的方法,包括以下步驟(a)接收同步信號和數(shù)據(jù)信號;(b)將同步信號輸入到相關(guān)器;(c)把用來產(chǎn)生同步信號的碼序列輸入到相關(guān)器;(d)把相關(guān)器輸出序列提供到快速富立葉變換器,它輸出與頻率有關(guān)的信號;(e)搜索多個與頻率有關(guān)的信號中的每一個,以找出最大幅度;(f)把最大幅度與預(yù)定的門限值進行比較;以及(g)把碼序列的時序向前推進和重復(fù)步驟(c)到(f),直至在(f)中的最大幅度超過預(yù)定的門限值為止,這表示正確的碼序列是在步驟(c)中在這樣的一個多卜勒頻率下使用的當前碼序列,該多卜勒頻率是由與在步驟(e)中所確定的最大的快速富立葉變換輸出有關(guān)的頻率所確定的。
      在這個方法中,如果該方法也包括以下步驟的話,它是特別有利的,這些步驟是(h)把同步信號與碼序列相混合;(i)以碼序列的長度來分樣混合的同步信號與碼序列;以及(j)延時所分樣和混合的同步信號與碼序列,以便建立相關(guān)器輸出序列。
      在通信系統(tǒng)中,本發(fā)明的另一個方面是,用于快速捕獲具有非常低的信號電平和具有大的頻率不確定性的擴頻信號的方法,該方法包括以下步驟(a)接收同步信號和數(shù)據(jù)信號;(b)將同步信號輸入到匹配濾波器,它在此與用來建立同步信號的碼序列相匹配;(c)把匹配濾波器輸出序列提供到快速富立葉變換器,它輸出多個與頻率有關(guān)的信號;(d)搜索多個與頻率有關(guān)的信號中的每一個,以找出最大幅度;(e)把最大幅度與預(yù)定的門限值進行比較;以及(f)執(zhí)行步驟(b)到(e),直至在(d)中的最大幅度超過預(yù)定的門限值為止,這表示多卜勒頻率是由一個與在步驟(d)中所確定的最大的快速富立葉變換輸出有關(guān)的頻率所確定的。
      按照本發(fā)明的另一個方面,用于接收一種包括具有短的重復(fù)時間間隔的同步信號和數(shù)據(jù)信號的信號的設(shè)備,包括積分器、變換器、和接收機。積分器在短的時間間隔上積分同步信號,以產(chǎn)生積分器輸出序列。變換器被耦合到積分器和把積分器輸出變換成多個與頻率有關(guān)的信號,從而確定一個足夠接近的多卜勒頻率以供接收機運行。接收機被耦合到變換器和在以后處理過程中使用該多卜勒頻率接收數(shù)據(jù)信號。
      按照本發(fā)明,上述設(shè)備的一個特別有利的實施例還包括一個碼發(fā)生器、一個混合器、和幾個延時單元。碼發(fā)生器產(chǎn)生碼序列以及提供時序?;旌掀鞅获詈系酱a發(fā)生器,并且把同步信號與碼發(fā)生器產(chǎn)生的同步碼混合起來。積分器被耦合到混合器,它把混合的同步信號和同步碼分樣成一個用來建立同步信號的碼的長度。延時單元被耦合到積分器,以及延時已分樣的混合的同步信號和同步碼,以便建立相隔為同步信號的一個碼間隔的信號。使碼發(fā)生器的時序向前推進,直至由變換器輸出的與頻率有關(guān)的信號之一超過預(yù)定的電平為止。
      本發(fā)明的以上的設(shè)備的另一個實施例也包括匹配濾波器、幾個延時單元和處理器。匹配濾波器接收同步信號,并將其與一個用來建立同步信號的碼序列相匹配。延時單元被耦合到匹配濾波器,并用于延時匹配濾波器的輸出,以便建立相隔為同步信號的一個碼間隔的信號。處理器監(jiān)視與頻率有關(guān)的信號,以檢測該與頻率有關(guān)的信號之一何時超過預(yù)定的電平。
      本發(fā)明的另一個方面包括用于接收一個包括具有短的重復(fù)時間間隔的同步信號和數(shù)據(jù)信號的信號的設(shè)備。該設(shè)備包括多個碼發(fā)生器、混合器、積分器、多組延時單元,和變換器。每個碼發(fā)生器產(chǎn)生相同的碼序列,但它們偏離開不同的時間偏移值。每個混合器被耦合到碼發(fā)生器之一,以及把碼序列與接收的同步信號混合。每個積分器被耦合到混合器之一,以及把混合器的輸出分樣到一個用來建立同步信號的碼的長度。每組延時單元被耦合到一個積分器,并且用于延時混合器的各個分樣的輸出,以建立一組延時的信號。各個延時的信號被間隔開同步信號的一個碼間隔。每個變換器把一組延時的信號變換成一組與頻率有關(guān)的信號,由此形成多組與頻率有關(guān)的信號。檢測器監(jiān)視多組與頻率有關(guān)的信號,直至在多組與頻率有關(guān)的信號中的一個與頻率有關(guān)的信號超過預(yù)定的電平為止。
      按照本發(fā)明,在包括地面站、至少一個衛(wèi)星、和在地球表面上的一個收發(fā)信機的地面定位系統(tǒng)中,用于確定收發(fā)信機的位置的方法包括以下步驟使用從衛(wèi)星發(fā)送的信號來詢問收發(fā)信機以促使得收發(fā)信機發(fā)送一個應(yīng)答,以及通過使用一個正比于輸入頻率的頻率從收發(fā)信機發(fā)送應(yīng)答到衛(wèi)星。這避免了由于收發(fā)信機中的頻率源造成的附加頻率模糊度的引入。
      本發(fā)明的方法的一個有利的實施例使用擴頻信號作為從收發(fā)信機發(fā)送的信號,在這種情況下,這個實施例也使用上述的用于快速捕獲擴頻信號的方法。
      按照本發(fā)明,用于確定在地球表面上的一個收發(fā)信機的位置的方法包括以下步驟(a)響應(yīng)于來自衛(wèi)星的信號的詢問,從收發(fā)信機發(fā)送一個信號;(b)在收發(fā)信機接收詢問后的一個精確控制的時間間隔之后發(fā)送應(yīng)答;(c)根據(jù)該應(yīng)答的延時,估值從衛(wèi)星到收發(fā)信機的傳播路徑長度;(d)測量來自收發(fā)信機的應(yīng)答的多卜勒頻移;(e)根據(jù)測量的多卜勒頻移,估值從衛(wèi)星到收發(fā)信機的傳播路徑長度的一階導(dǎo)數(shù)或二階導(dǎo)數(shù);(f)根據(jù)衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)估值衛(wèi)星位置和速度;(g)根據(jù)一階導(dǎo)數(shù)或二階導(dǎo)數(shù)以及衛(wèi)星位置和速度,確定在衛(wèi)星運動方向和到收發(fā)信機的方位線之間的角度;以及(h)把地球表面上的收發(fā)信機的位置確定為地球表面與由步驟(g)中得到的角度和估值的路徑長度所規(guī)定的圓錐的底面相交的兩個點中的一個點。
      在本發(fā)明的這個實施例中,到達角θ(t)按照下式來確定&theta;(t)=cos-1(-d.&nu;),]]>其中ν代表衛(wèi)星速度,d代表路徑長度(即,從衛(wèi)星到終端的距離),以及代表路徑長度的一階導(dǎo)數(shù)。
      可替換地,到達角可按下式來確定&theta;(t)=sin-1(dd..&nu;),]]>其中ν代表衛(wèi)星速度,d代表路徑長度,以及代表路徑長度的二階導(dǎo)數(shù)。
      在這個實施例中,有關(guān)地球表面與收發(fā)信機所位于的圓錐的底面相交的兩個點中的哪個點的剩余的模糊度,可通過確定從衛(wèi)星上的哪個衛(wèi)星波束接收來自收發(fā)信機的應(yīng)答而被解決??商鎿Q地,這個模糊度可通過比較收發(fā)信機的先前的位置而加以解決,在地面定位系統(tǒng)中使用的發(fā)射機包括同步擴頻碼發(fā)生器、數(shù)據(jù)擴頻碼發(fā)生器、前向糾錯器、第一調(diào)制器、第一碼片濾波器、第二碼片濾波器、被耦合到第一碼片濾波器的延時單元、被耦合到延時單元的第二調(diào)制器、第三調(diào)制器、和加法器。同步擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生同步擴頻碼信號。數(shù)據(jù)擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)據(jù)擴頻碼信號。前向糾錯器編碼用戶數(shù)據(jù),供以后在接收端進行糾錯之用。第一調(diào)制器被耦合到數(shù)據(jù)碼發(fā)生器和前向糾錯器,以及把編碼數(shù)據(jù)調(diào)制在數(shù)據(jù)擴頻碼信號上,以便形成數(shù)據(jù)信號。第一碼片濾波器被耦合到第一調(diào)制器并且濾波數(shù)據(jù)信號。第二碼片濾波器被耦合到同步碼發(fā)生器并且濾波同步擴頻碼信號。延時單元被耦合到第一碼片濾波器。第二調(diào)制器被耦合到延時單元。第三調(diào)制器被耦合到第二碼片濾波器,它與第二調(diào)制器之間的相位差為90°。加法器被耦合到第二調(diào)制器和第三調(diào)制器,以及輸出組合的同步和數(shù)據(jù)信號。
      附圖簡述

      圖1顯示了本發(fā)明的地面定位系統(tǒng)10的方框圖。
      圖2顯示了在用戶終端相對于衛(wèi)星位置的位置和按照本發(fā)明的對于路徑長度及其一階與二階導(dǎo)數(shù)的測量值之間的關(guān)系。
      圖3顯示了按照本發(fā)明的用戶終端中的定時的方框圖。
      圖4顯示了按照本發(fā)明的發(fā)射機的信道結(jié)構(gòu)的方框圖。
      圖5顯示了作為未補償?shù)亩嗖防疹l移的函數(shù)的積分損耗。
      圖6顯示了按照本發(fā)明使用同步信號快速捕獲多卜勒頻移的方框圖。
      圖7顯示了按照本發(fā)明的捕獲過程的方框圖,該捕獲過程始發(fā)頻率和時間跟蹤。
      圖8顯示了在本發(fā)明中使用的遲-早相關(guān)器,它提供一種用于估值定時誤差的方法。
      圖9顯示了用來糾正碼片波形的函數(shù)的例子,該波形產(chǎn)生比圖8所示的更圓滿的輸出。
      圖10顯示了本發(fā)明的同步方法的一個實施例。
      圖11顯示了本發(fā)明的同步方法的另一個實施例。
      圖12又顯示了本發(fā)明的同步方法的第三個實施例。
      詳細描述本發(fā)明使用低地球軌道(LEO)衛(wèi)星系統(tǒng),提供定位和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)給配備有接收機/發(fā)射機的移動用戶。然而,在某些應(yīng)用項中,用戶不一定是定位數(shù)據(jù)的“客戶”,例如當移動用戶是獲假釋者時,在這種情況下,定位數(shù)據(jù)的“客戶”是假釋官員,或當移動“用戶”是包裹,在這種情況下,定位數(shù)據(jù)的客戶是發(fā)送者、傳遞服務(wù)公司、或包裹的接收者。接收機/發(fā)射機起到轉(zhuǎn)發(fā)器的作用,它應(yīng)答在如圖1所示的衛(wèi)星網(wǎng)上發(fā)送的詢問。應(yīng)答是在轉(zhuǎn)發(fā)器接收詢問后的精確控制的時間間隔后發(fā)送的,這樣,地面站能夠估值從衛(wèi)星到轉(zhuǎn)發(fā)器的傳播路徑長度。
      參照圖1,地面站11在時間t以頻率f發(fā)送信號s1(t,f)給衛(wèi)星12,后者把信號廣播回地球。信號s1(t,f)被用戶終端接收為信號s1(t-τ,f+δ),即在時間t-τ和頻率f+δ,其中τ是由于路徑延時,f+δ是由于多卜勒頻移。用戶終端13在時間t-τ-Δt以正比于頻率k(f+δ)的頻率發(fā)送信號s2(t-τ-Δt,k(f+δ))。這個信號在地面站11以附加的路徑延時和多卜勒頻移被接收,即s2(t-2τ-Δt,k(f+δ)+δ)。用戶接收機/發(fā)射機13起到轉(zhuǎn)發(fā)器的作用,這樣,傳播路徑長度、長度的導(dǎo)數(shù)、和路徑長度的二階導(dǎo)數(shù)可由按照本發(fā)明的地面站11來估值。衛(wèi)星可轉(zhuǎn)換上行鏈路和下行鏈路頻率,但頻移是事先知道的,以及在地面站計算時被補償。在本發(fā)明的這個實施例中,通過假定不進行這樣的轉(zhuǎn)換,可以使模型簡化,然而,本發(fā)明的基本應(yīng)用保持不受這個假定的影響。
      轉(zhuǎn)發(fā)器以一個正比于接收的詢問的頻率的頻率發(fā)送應(yīng)答,這樣,地面站11可根據(jù)測量的多卜勒頻移來估值傳播路徑長度的一階和二階導(dǎo)數(shù)。對于該相稱的應(yīng)答的理由是消除作為發(fā)送頻率的頻移的來源的轉(zhuǎn)發(fā)器中本地振蕩器的絕對頻率。除了簡化分析和改進位置估值精度以外,該相稱的應(yīng)答消除了對于昂貴的參考振蕩器的需要,這減小了移動單元的成本,由此使得地面定位系統(tǒng)可實際應(yīng)用于很寬的應(yīng)用范圍,這些應(yīng)用范圍此前從成本的觀點來看是不實際的。
      地面站11也可通過使用從車載GPS接收機(未示出)中得到的來自衛(wèi)星12的遙測結(jié)果來估值衛(wèi)星定位。用戶終端13相對于衛(wèi)星位置的位置然后根據(jù)如圖2所示的路徑長度測量值被確定。給定在特定時刻時的衛(wèi)星位置p和衛(wèi)星速度ν,從衛(wèi)星到轉(zhuǎn)發(fā)器的所測量的路徑長度d(t)及其一階()和二階導(dǎo)數(shù)()被用來確定在衛(wèi)星運動方向R(t)和到用戶終端13的方位線d(t)之間的角度θ(t)(在時間t)。這個角度θ(t)規(guī)定了一個以衛(wèi)星12為原點的圓錐。用戶終端位置處在由圓錐與估值的路徑長度d所規(guī)定的圓上的某個地方。這個園與地球表面的相交產(chǎn)生兩個可能的用戶位置。模糊度可通過應(yīng)用被利用來詢問用戶終端的衛(wèi)星波束的知識、或通過比較這兩個可能的位置與早先的位置坐標而解決。
      通常,有三種方法解決模糊度。第一種方法確定兩個可能的位置中的哪個位置位于由轉(zhuǎn)發(fā)器使用的天線波束內(nèi)。如果一個位置滿足這個條件,則這個位置是正確位置。如果兩個可能的位置都處在波束中,則必須使用其它的方法。
      第二種方法比較這對可能的位置與先前確定的另一對位置?!罢_的”點將緊靠在一起,而“不正確的”點將相隔很遠,這是由于在收集這些對時衛(wèi)星處在不同的位置。
      第三種方法使用靠近的衛(wèi)星來接收轉(zhuǎn)發(fā)器信號。這些衛(wèi)星也可被使用來定位轉(zhuǎn)發(fā)器,來自所有衛(wèi)星的“正確的”位置應(yīng)當很接近地對準,而“不正確的”位置坐標應(yīng)當是分散的。不一定必須根據(jù)這些衛(wèi)星來定位轉(zhuǎn)發(fā)器;再次地,可從其中接收到信號的波束與在地球表面上的已知的“軌跡(footprint)”有關(guān),如果在其中曾經(jīng)檢測到信號的任何一個衛(wèi)星波束上不能接收,則可以排除把這個點考慮為可能的位置。
      圖2顯示了在用戶終端相對于衛(wèi)星位置的位置和按照本發(fā)明對于路徑長度及其一階與二階導(dǎo)數(shù)的測量值之間的關(guān)系。處在距離d(t)(它是時間的函數(shù))的衛(wèi)星12在相對于用戶終端13的角度θ(t)(它也是時間的函數(shù))上以速度ν運動。L代表從矢量ν到用戶終端13的垂直距離。R(t)代表從衛(wèi)星到矢量ν與直線L的交點的距離,即在此處θ(t)成為90°。
      使用多卜勒頻移方法,角度θ(t)可由下式計算&theta;(t)=cos-1(-d.&nu;),]]>其中ν代表衛(wèi)星速度,d代表路徑長度,以及代表路徑長度的一階導(dǎo)數(shù)。
      使用多卜勒斜率方法,角度θ(t)可由下式計算&theta;(t)=sin-1(dd..&nu;),]]>其中ν代表衛(wèi)星速度,d代表路徑長度,以及代表路徑長度的二階導(dǎo)數(shù)。
      轉(zhuǎn)到圖3,用戶終端13使用單個頻率參考來提供用于接收和發(fā)送頻率綜合器和用于模擬-數(shù)字(A/D)和數(shù)字-模擬(D/A)變換器的定時。頻率跟蹤算法把應(yīng)答的基帶頻率移動k倍,以使得輸出頻率與接收信號的頻率是相同的k倍關(guān)系。這消除了作為誤差源的絕對參考頻率,允許在用戶終端13中使用不太昂貴的振蕩器。
      如圖3所示,輸入的頻率frx被下變頻器31下變頻為新的頻率frx-Mfref。然后,下變頻的頻率被輸入到模擬-數(shù)字(A/D)變換器32,它也使用fref作為頻率源。于是輸出頻率是(frx-Mfref)/fref,它然后被輸入到頻率跟蹤器33。來自頻率跟蹤器33的輸出頻率正比于被輸入到頻率跟蹤器33的頻率,即,k·(frx-Mfref)/fref。這個頻率然后被輸入到數(shù)字-模擬(D/A)變換器34,它使用與A/D變換器相同的頻率參考fref。來自D/A變換器34的輸出是k·(frx-Mfref),后者被輸入到發(fā)射機上變頻器35,它把該頻率上變頻到一個只正比于輸入頻率的頻率,即,它消除了-k·Mfref項,從而以k·frx的頻率發(fā)射。因此,發(fā)射頻率直接正比于輸入頻率,從而消除在頻率測量時由于用戶終端13的參考振蕩器誤差造成的的任何誤差源,以及使得能夠使用不太昂貴的頻率源。
      波形說明圖4上顯示了信道結(jié)構(gòu)40的一個可能的實施例。兩個基帶擴頻信號41和43對載波48a和48b、同步信號、和數(shù)據(jù)信號42進行調(diào)制。同步信號調(diào)制載波的同相分量(I),以及數(shù)據(jù)信號調(diào)制載波的正交分量(Q)。數(shù)據(jù)信號42通過1/2 PN碼片延時器47相對于同步信號延遲半個碼片。同步41和數(shù)據(jù)擴頻碼發(fā)生器43產(chǎn)生以1.2288MHz的碼片速率的重復(fù)的64碼片序列對。數(shù)據(jù)擴頻序列被19200Hz的數(shù)據(jù)擴頻碼序列重復(fù)速率的超級碼(Supercode)所調(diào)制。這個超級碼是根據(jù)比值r=1/384的前向糾錯(FEC)編碼器44對于每秒50比特數(shù)據(jù)序列的操作而得到的。調(diào)制的數(shù)據(jù)和同步序列由碼片濾波器46a,46b在載波調(diào)制以前進行濾波的。調(diào)制器的輸出在相加器49中相加。
      同步擴頻序列同步擴頻序列是一個64碼片增擴的最大長度偽隨機(PN)碼。一個63碼片序列通過把一個0加到5個接連的0的序列上而被增擴。
      數(shù)據(jù)擴頻序列數(shù)據(jù)擴頻序列是一個64碼片增擴的最大長度PN碼。一個63碼片序列通過把一個0加到5個接連的0的序列上而被增擴。
      前向糾錯前向糾錯(FEC)編碼器44根據(jù)每秒50比特的數(shù)據(jù)流產(chǎn)生每秒19200碼比特的速率的超級碼序列。FEC編碼器44由兩個級聯(lián)的編碼器(即比率1/3卷積編碼器和16進制正交塊編碼器)組成。FEC編碼器44的輸出被饋送到調(diào)制器45,并與來自數(shù)據(jù)碼發(fā)生器43的輸出混合。
      卷積編碼器比率1/3卷積編碼器接受50Hz速率的輸入數(shù)據(jù),產(chǎn)生150Hz速率的碼比特。對于這個碼的發(fā)生器函數(shù)將被表示為g0,g1,和g2。碼輸出次序是{c0,c1,c2},其中發(fā)生器輸出c1與發(fā)生器函數(shù)g1有關(guān)。在初始化時,卷積編碼器的狀態(tài)將是全零狀態(tài)。在初始化后的第一碼符號輸出將是以發(fā)生器函數(shù)g0編碼的碼符號。
      正交塊編碼器超級碼是通過對卷積編碼器輸出進行16進制正交調(diào)制產(chǎn)生的。16個可能的調(diào)制符號之一被用于每個四碼符號組的發(fā)射。調(diào)制符號將是16個互相正交的512超級碼碼片序列中的一個序列。每個超級碼碼片在長度上對應(yīng)于數(shù)據(jù)擴頻序列的單次重復(fù)。
      碼片濾波器每個碼片濾波器46a,46b接受1.2288MHz速率的數(shù)字數(shù)據(jù),產(chǎn)生4.9152MHz速率(高四倍的速率)的內(nèi)插的和濾波的基帶數(shù)據(jù)。
      數(shù)據(jù)調(diào)制數(shù)據(jù)分組的結(jié)構(gòu)對于前向鏈路和反向鏈路是不同的。在前向鏈路上,發(fā)射是連續(xù)的,以及分組互相緊隨而不中斷。在反向鏈路上,各個單元以輪詢的TDMA方式應(yīng)答。
      快速捕獲快速捕獲擴頻信號是重要的,這有兩個原因。在用戶終端處,使捕獲時間最小化可以延長電池壽命。在地面站處,使捕獲時間最小化可以擴展信道的容量,允許更大數(shù)目的用戶或更多的數(shù)據(jù)。與數(shù)據(jù)信號正交地發(fā)送的同步信號使得能夠快速捕獲。
      圖10顯示了按照本發(fā)明的用于執(zhí)行同步的一個可能的實施例100。輸入信號與由碼發(fā)生器101輸出的碼字序列相混合。來自混合器102的結(jié)果的輸出被耦合到積分器103,它以碼序列的長度分樣該輸入。積分器的內(nèi)容然后被轉(zhuǎn)儲到一系列延時單元104,其輸出被輸入到快速富立葉變換器105,后者給出多個輸出。延時單元104提供以碼間隔互相間隔開的富立葉變換輸入。碼發(fā)生器定時緩慢地向前推進,直至在富立葉變換器的輸出端之一處檢測到一個信號為止。
      為了克服捕獲定時和多卜勒頻移這兩個問題,可以使用并行搜索方法,以克服順序捕獲的限制。通過用匹配濾波器111代替相關(guān)接收機(即,碼發(fā)生器101、混合器102、和積分器103),設(shè)計者可完全去除定時捕獲。在這種情況下,匹配濾波器111可以匹配碼序列。如以前所述那樣,可以繼續(xù)運行下去,直至在富立葉變換器的輸出端之一處檢測到一個信號為止。圖11上顯示了這個實施例110。其缺點是計算速率Tfc2可能需要昂貴的硬件來運行。對于T=1/50秒和fc=1MHz,所需要的速率是每秒200億次運行。
      多卜勒頻移捕獲可通過并行運行一組相關(guān)器而達到。N個這樣的相關(guān)器組把最大搜索時間減少N倍。圖12上顯示了這個實施例。每個相關(guān)器是如圖10所示的那樣,但在每個相關(guān)器中的碼發(fā)生器101具有互相不同的時間頻移。在這個實施例中,運行繼續(xù)進行,直至在富立葉變換器的輸出端之一處檢測到一個信號為止。
      本發(fā)明使用同步信號來解決如圖6所示的多卜勒模糊度。相關(guān)器61組f(z)以L=64碼片同步碼序列運行。相關(guān)器的輸出被分樣到19.2kHz,然后被快速富立葉變換(FFT)64處理??偣?12個并行相關(guān)器輸出提供64*512=32768的總的處理增益。對FFT輸出進行搜索,以便找到最大幅度。如果這個幅度超過門限值,則假定在當前相關(guān)器碼偏移位置已經(jīng)檢測到該信號,且具有由最大FFT輸出的頻率所給出的多卜勒頻率。如果沒有檢測到信號,則相關(guān)器碼偏移被加增量,以及重復(fù)整個的過程,直至所有可能的64個碼偏移被測試為止。多個相關(guān)器可被使用來加速這個過程。
      在同步和數(shù)據(jù)碼相關(guān)器被正確地同步到信號以后,便可執(zhí)行符號同步。數(shù)據(jù)相關(guān)器輸出進一步由512抽頭的匹配濾波器進行處理,以搜索每次開始發(fā)送時的幀同步符號。當檢測到這樣的符號時,后隨的符號由前向糾錯(FEC)算法處理,以便恢復(fù)數(shù)據(jù)。
      跟蹤一旦確定了初始多卜勒頻移和碼偏移,時間和頻率跟蹤環(huán)就對估值的精度進行改善,以及使其適應(yīng)于由圖5所示的衛(wèi)星運動引起的多卜勒頻移的變化。
      時間跟蹤環(huán)使用一對以略微不同的延時運行的相關(guān)器來測量定時誤差,如圖8所示。對于矩形碼片的情況,顯示了理想化的三角形相關(guān)器輸出。其它的碼片波形將產(chǎn)生更圓滿的輸出。圖9上顯示了被使用來進行校正以便達到這種圓滿結(jié)果的函數(shù)f(t)的例子。
      這一節(jié)描述了用戶終端如何運行。地面站可免于使用其它的用于提取定時的非實時方法。
      附加的定位精度技術(shù)系統(tǒng)的定位精度取決于衛(wèi)星與轉(zhuǎn)發(fā)器的相對位置。在某些幾何關(guān)系下,定位精度被惡化。在這些情況下改進定位精度的一個方法是使用從其它衛(wèi)星接收的信號。例如,如果信號是主衛(wèi)星在時間t1時發(fā)送和在時間t2接收的,則從地面站通過主衛(wèi)星到轉(zhuǎn)發(fā)器的傳播時間是tp=(t2-t1)/2-t0,其中t0是轉(zhuǎn)發(fā)器延時。如果輔助衛(wèi)星在時間t3也接收到轉(zhuǎn)發(fā)器時間應(yīng)答,則從地面站通過輔助衛(wèi)星到轉(zhuǎn)發(fā)器的傳播時間是ts=t3-t1-tp-t0。這樣所花費的傳播時間連同輔助衛(wèi)星的位置的知識一起,規(guī)定一個圍繞輔助衛(wèi)星的球面,它沿著包含轉(zhuǎn)發(fā)器位置的一條曲線與地球相交。這條曲線可以與從主衛(wèi)星得到的信息相組合,以便提供轉(zhuǎn)發(fā)器位置的更精確的估值。這個方法可以擴展到多個衛(wèi)星的情況,它也利用了從多個衛(wèi)星得出的多卜勒頻移和多卜勒導(dǎo)數(shù)信息。
      權(quán)利要求
      1.用于接收一種包括同步信號和數(shù)據(jù)信號的信號的方法,包括以下步驟(a)在短的時間間隔上積分具有短的重復(fù)時間間隔的同步信號,以產(chǎn)生積分器輸出序列;(b)用快速富立葉變換算法處理積分器輸出,以確定足夠接近的多卜勒頻率以便接收機運行;以及(c)在隨后的接收機處理中使用該多卜勒頻率接收數(shù)據(jù)信號。
      2.按照權(quán)利要求1的方法,其特征在于,還包括以下步驟(d)把同步信號與由碼發(fā)生器產(chǎn)生的同步碼相混合;(e)把混合的同步信號和同步碼分樣到一個用來建立同步信號的碼的長度;(f)把分樣的混合的同步信號和同步碼延遲多個延時單元,以建立多個相隔為同步信號的一個碼間隔的信號;(g)把來自步驟(f)的多個信號變換成多個與頻率有關(guān)的信號;以及(h)把碼發(fā)生器的時序向前推進,直至在步驟(g)中的多個與頻率有關(guān)的信號之一超過預(yù)定的電平為止。
      3.按照權(quán)利要求1的方法,其特征在于,還包括以下步驟(d)把同步信號輸入到匹配濾波器,該匹配濾波器被匹配到一個用來建立同步信號的碼序列;(e)把匹配濾波器的輸出延遲多個延時單元,以建立多個相隔為同步信號的一個碼間隔的信號;(f)把來自步驟(e)的多個信號變換成多個與頻率有關(guān)的信號;以及(g)執(zhí)行步驟(d)到(f),直至在步驟(f)中的多個與頻率有關(guān)的信號之一超過預(yù)定的電平為止。
      4.按照權(quán)利要求1的方法,其特征在于,還包括以下步驟(d)把同步信號輸入到多個混合器;(e)把所產(chǎn)生的相同的同步碼輸入到每個多個混合器,但是把每個同步碼偏移開不同的時間偏移值;(f)把每個多個混合器的輸出分樣到一個用來建立同步信號的碼的長度;(g)把混合器的每個分樣的輸出延遲多個延時單元,以建立多個組的延時信號,其中一組內(nèi)的延時的信號被間隔開同步信號的一個碼間隔;(h)把來自步驟(g)的每組的延時信號變換成一組與頻率有關(guān)的信號,從而形成多組與頻率有關(guān)的信號;以及(i)執(zhí)行步驟(d)到(h),直至在多個與頻率有關(guān)的信號組中的一個與頻率有關(guān)的信號超過預(yù)定的電平為止。
      5.在通信系統(tǒng)中,用于快速捕獲具有非常低信號電平和具有大的頻率不確定性的擴頻信號的方法,包括以下步驟(a)接收同步信號和數(shù)據(jù)信號;(b)輸入同步信號到相關(guān)器;(c)把用來產(chǎn)生同步信號的碼序列輸入到相關(guān)器;(d)把相關(guān)器輸出序列提供給快速富立葉變換器,后者輸出與頻率有關(guān)的信號;(e)搜索多個與頻率有關(guān)的信號中的每一個,以便找出最大幅度;(f)把最大幅度與預(yù)定的門限值進行比較;以及(g)把碼序列的時序向前推進和重復(fù)步驟(c)到(f),直至在(f)中的最大幅度超過預(yù)定的門限值為止,這表示正確的碼序列是在步驟(c)中在這樣的一個多卜勒頻率下使用的當前碼序列,該多卜勒頻率是由與在步驟(e)中所確定的最大的快速富立葉變換的輸出有關(guān)的頻率所確定的。
      6.按照權(quán)利要求5的方法,其特征在于,還包括以下步驟(h)把同步信號與碼序列相混合;(i)以碼序列的長度來分樣混合的同步信號與碼序列;以及(j)延時分樣的和混合的同步信號與碼序列,以便建立相關(guān)器輸出序列。
      7.在通信系統(tǒng)中用于快速捕獲具有非常低的信號電平和具有大的頻率不確定性的擴頻信號的方法,該方法包括以下步驟(a)接收同步信號和數(shù)據(jù)信號;(b)將同步信號輸入到匹配濾波器,它在此與用來建立同步信號的碼序列相匹配;(c)把匹配濾波器輸出序列提供到快速富立葉變換器,它輸出多個與頻率有關(guān)的信號;(d)搜索多個與頻率有關(guān)的信號中的每一個,以找出最大幅度;(e)把最大幅度與預(yù)定的門限值進行比較;以及(f)執(zhí)行步驟(b)到(e),直至在(d)中的最大幅度超過預(yù)定的門限值為止,這表示多卜勒頻率是由與在步驟(d)中所確定的最大的快速富立葉變換的輸出有關(guān)的頻率所確定的。
      8.按照權(quán)利要求7的方法,其特征在于,其中步驟(c)還包括把匹配濾波器的輸出延遲多個延時單元,以提供以碼間隔相隔開的富立葉變換輸入。
      9.用于接收一種包括具有短的重復(fù)時間間隔的同步信號和數(shù)據(jù)信號的信號的設(shè)備,包括(a)積分器,用于在短的時間間隔上積分同步信號,以產(chǎn)生積分器輸出序列;(b)變換器,被耦合到積分器和把積分器輸出變換成多個與頻率有關(guān)的信號,從而確定足夠接近的多卜勒頻率以供接收機運行;以及(c)接收機,被耦合到變換器和在隨后的處理時使用該多卜勒頻率接收數(shù)據(jù)信號。
      10.按照權(quán)利要求9的設(shè)備,其特征在于,還包括(d)碼發(fā)生器,用于產(chǎn)生碼序列,所述碼發(fā)生器提供定時;(e)混合器,被耦合到碼發(fā)生器和把同步信號與碼發(fā)生器產(chǎn)生的同步碼相混合,其中積分器被耦合到混合器,以及它把混合的同步信號和同步碼分樣到一個用來建立同步信號的碼的長度;以及(f)多個延時單元,它們被耦合到積分器,以及用于對分樣的混合的同步信號和同步碼進行延遲,以便建立多個相隔為同步信號的一個碼間隔的信號,其中碼發(fā)生器的時序被向前推進,直至由變換器輸出的與頻率有關(guān)的信號之一超過預(yù)定的電平為止。
      11.按照權(quán)利要求9的設(shè)備,其特征在于,還包括(d)匹配濾波器,用于接收同步信號,該匹配濾波器與一個用來建立同步信號的碼序列相匹配;(e)多個延時單元,被耦合到匹配濾波器,以及用于延時匹配濾波器的輸出,以便建立多個相隔為同步信號的一個碼間隔的信號;以及(f)處理器,用于監(jiān)視多個與頻率有關(guān)的信號,以便檢測多個與頻率有關(guān)的信號之一何時超過預(yù)定的電平。
      12.用于接收一種包括具有短的重復(fù)時間間隔的同步信號和數(shù)據(jù)信號的信號的設(shè)備,包括(a)多個碼發(fā)生器,每個碼發(fā)生器產(chǎn)生相同的、但互相偏離開不同的時間偏移的碼序列;(e)多個混合器,每個混合器被耦合到多個碼發(fā)生器之一,以及把碼序列與接收的同步信號相混合;(f)多個積分器,每個積分器被耦合到多個混合器之一,以及把混合器的輸出分樣到一個用來建立同步信號的碼的長度;(g)多個延時單元,被耦合到每個積分器,以及用于對混合器的每個分樣的輸出進行延遲,以便建立一組延時信號,其中延時的信號被間隔開同步信號的一個碼間隔;(h)多個變換器,每個變換器把一組延時的信號變換成一組與頻率有關(guān)的信號,由此形成多組與頻率有關(guān)的信號;以及(i)檢測器,用于監(jiān)視多組與頻率有關(guān)的信號,直至在多組與頻率有關(guān)的信號中的一個與頻率有關(guān)的信號超過預(yù)定的電平為止。
      13.在包括地面站、至少一個衛(wèi)星、和在地球表面上的收發(fā)信機的地面定位系統(tǒng)中用于確定收發(fā)信機的位置的方法,包括以下步驟(a)使用從衛(wèi)星發(fā)送的信號來詢問收發(fā)信機,使得收發(fā)信機發(fā)送一個應(yīng)答,以及(b)通過使用一個正比于輸入頻率的頻率從收發(fā)信機發(fā)送應(yīng)答到衛(wèi)星。
      14.按照權(quán)利要求13的方法,其特征在于,其中發(fā)送應(yīng)答的步驟包括發(fā)送擴頻信號。
      15.按照權(quán)利要求13的方法,其特征在于,還包括以下步驟(c)在收發(fā)信機中,按照以下子步驟快速捕獲來自衛(wèi)星的、包括與數(shù)據(jù)信號正交的同步信號的擴頻信號(ⅰ)在短的時間間隔上積分具有短的重復(fù)時間間隔的同步信號,以產(chǎn)生積分器輸出序列;(ⅱ)用快速富立葉變換算法處理積分器輸出,從而確定足夠接近的多卜勒頻率以供接收機運行,以及(ⅲ)在隨后的接收機處理時使用該多卜勒頻率接收數(shù)據(jù)信號。
      16.按照權(quán)利要求15的方法,其特征在于,還包括以下子步驟(ⅳ)把同步信號與由碼發(fā)生器產(chǎn)生的同步碼相混合;(ⅴ)把混合的同步信號和同步碼分樣到一個用來建立同步信號的碼的長度;(ⅵ)把分樣的混合的同步信號和同步碼延遲多個延時單元,以建立多個相隔為同步信號的一個碼間隔的信號;(ⅶ)把來自步驟(ⅵ)的多個信號變換成多個與頻率有關(guān)的信號;以及(ⅷ)把碼發(fā)生器的定時向前推進,直至在步驟(ⅶ)中的多個與頻率有關(guān)的信號之一超過預(yù)定的電平為止。
      17.按照權(quán)利要求15的方法,其特征在于,還包括以下子步驟(ⅳ)把同步信號輸入到匹配濾波器,該匹配濾波器被匹配到一個用來建立同步信號的碼序列;(ⅴ)把匹配濾波器輸出延遲多個延時單元,以建立多個相隔為同步信號的一個碼間隔的信號;(ⅵ)把來自步驟(e)的多個信號變換成多個與頻率有關(guān)的信號;以及(ⅶ)執(zhí)行步驟(d)到(f),直至在步驟(f)中的多個與頻率有關(guān)的信號之一超過預(yù)定的電平為止。
      18.按照權(quán)利要求15的方法,其特征在于,還包括以下子步驟(ⅳ)把同步信號輸入到多個混合器;(ⅴ)把所產(chǎn)生的相同的同步碼輸入到多個混合器中的每一個,把每個同步碼偏離開不同的時間偏移值;(ⅵ)把每個多個混合器的輸出分樣到一個用來建立同步信號碼的長度;(ⅶ)把混合器的每個分樣的輸出延遲多個延時單元,以建立多組延時信號,其中一組內(nèi)的延時的信號被間隔開同步信號的一個碼間隔;(ⅷ)把來自步驟(ⅵ)的每組延時信號變換成一組與頻率有關(guān)的信號,從而形成多組與頻率有關(guān)的信號;以及(ⅸ)執(zhí)行步驟(ⅳ)到(ⅷ),直至在多個與頻率有關(guān)的信號組中的一個與頻率有關(guān)的信號超過預(yù)定的電平為止。
      19.用于確定在地球表面上的一個收發(fā)信機的位置的方法,包括以下步驟(a)響應(yīng)于來自衛(wèi)星的信號的詢問,從收發(fā)信機發(fā)送一個信號;(b)在收發(fā)信機接收詢問后的精確控制的時間間隔之后發(fā)送應(yīng)答;(c)根據(jù)應(yīng)答的延時,估值從衛(wèi)星到收發(fā)信機的傳播路徑長度;(d)測量來自收發(fā)信機的應(yīng)答中的多卜勒頻移;(e)根據(jù)測量的多卜勒頻移,估值從衛(wèi)星到收發(fā)信機的傳播路徑長度的一階導(dǎo)數(shù)或二階導(dǎo)數(shù);(f)根據(jù)衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)估值衛(wèi)星位置和速度;(g)根據(jù)一階導(dǎo)數(shù)或衛(wèi)星位置和速度,確定在衛(wèi)星運動方向和到收發(fā)信機的方位線之間的角度;以及(h)將地球表面上的收發(fā)信機的位置確定為地球表面與由步驟(g)中的角度和估值的路徑長度所規(guī)定的圓錐的底面相交的兩個點中的一個點。
      20.按照權(quán)利要求19的方法,其特征在于,其中步驟(g)還包括按照下式確定到達角θ(t)&theta;(t)=cos-1(-d.&nu;),]]>其中ν代表衛(wèi)星速度,d代表路徑長度(即,從衛(wèi)星到終端的距離),以及代表路徑長度的一階導(dǎo)數(shù)。
      21.按照權(quán)利要求19的方法,其特征在于,還包括以下步驟(ⅰ)根據(jù)從衛(wèi)星上的哪個衛(wèi)星波束接收來自收發(fā)信機的應(yīng)答,來確定收發(fā)信機位于地球表面與根據(jù)步驟(h)的圓錐的底面相交的兩個點中的哪個點。
      22.按照權(quán)利要求19的方法,其特征在于,還包括以下步驟(ⅰ)通過比較收發(fā)信機的先前位置,來確定收發(fā)信機位于地球表面與根據(jù)步驟(h)的圓錐的底面相交的兩個點中的哪個點。
      23.按照權(quán)利要求19的方法,其特征在于,還包括以下步驟(ⅰ)使用一個正比于輸入頻率的頻率,從收發(fā)信機發(fā)送應(yīng)答到衛(wèi)星。
      24.用于確定在地球表面上的一個收發(fā)信機的位置的方法,包括以下步驟(a)響應(yīng)于來自衛(wèi)星的信號的詢問,從收發(fā)信機發(fā)送一個信號;(b)在收發(fā)信機接收詢問后的精確控制的時間間隔之后發(fā)送應(yīng)答;(c)根據(jù)應(yīng)答的延時,估值從衛(wèi)星到收發(fā)信機的傳播路徑長度;(d)測量來自收發(fā)信機的應(yīng)答中的多卜勒頻移;(e)根據(jù)測量的多卜勒頻移,估值從衛(wèi)星到收發(fā)信機的傳播路徑長度的二階導(dǎo)數(shù);(f)根據(jù)衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)估值衛(wèi)星位置和速度;(g)根據(jù)二階導(dǎo)數(shù)以及衛(wèi)星位置和速度,確定在衛(wèi)星運動方向和到收發(fā)信機的方位線之間的角度;以及(h)將地球表面上的收發(fā)信機的位置確定為地球表面與由步驟(g)中的角度和估值的路徑長度所規(guī)定的圓錐的底面相交的兩個點中的一個點。
      25.按照權(quán)利要求24的方法,其特征在于,其中步驟(g)還包括按照下式確定到達角θ(t)&theta;(t)=sin-1(dd..&nu;),]]>其中ν代表衛(wèi)星速度,d代表路徑長度,以及代表路徑長度的二階導(dǎo)數(shù)。
      26.按照權(quán)利要求24的方法,其特征在于,還包括以下步驟(ⅰ)根據(jù)從衛(wèi)星上的哪個衛(wèi)星波束接收來自收發(fā)信機的應(yīng)答,來確定收發(fā)信機位于地球表面與根據(jù)步驟(h)的圓錐的底面相交的兩個點中的哪個點。
      27.按照權(quán)利要求24的方法,其特征在于,還包括以下步驟(ⅰ)通過比較收發(fā)信機的先前的位置,來確定收發(fā)信機位于地球表面與根據(jù)步驟(h)的圓錐的底面相交的兩個點中的哪個點。
      28.按照權(quán)利要求24的方法,其特征在于,還包括以下步驟(ⅰ)使用一個正比于輸入頻率的頻率,從收發(fā)信機發(fā)送應(yīng)答到衛(wèi)星。
      29.在地面定位系統(tǒng)中所使用的發(fā)射機,包括(a)同步擴頻碼發(fā)生器,用于產(chǎn)生同步擴頻碼信號;(b)數(shù)據(jù)擴頻碼發(fā)生器,用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)擴頻碼信號;(c)前向糾錯器,用于編碼用戶數(shù)據(jù),以供隨后在接收端進行糾錯;(d)第一調(diào)制器,被耦合到數(shù)據(jù)碼發(fā)生器和前向糾錯器,以及用于把編碼數(shù)據(jù)調(diào)制在數(shù)據(jù)碼擴頻信號上,以形成數(shù)據(jù)信號;(e)第一碼片濾波器,被耦合到第一調(diào)制器和用于對數(shù)據(jù)信號濾波;(f)第二碼片濾波器,被耦合到同步碼發(fā)生器和用于對同步碼擴頻信號濾波;(g)第二調(diào)制器,被耦合到延時單元;(h)第三調(diào)制器,被耦合到第二碼片濾波器;(i)加法器,被耦合到第二調(diào)制器和第三調(diào)制器,以及用于輸出組合的同步和數(shù)據(jù)信號。
      30.按照權(quán)利要求29的發(fā)射機,其特征在于,還包括延時單元,后者被耦合到第一碼片濾波器,用于把數(shù)據(jù)信號或同步信號中的一個相對于另一個延時半個碼片。
      31.按照權(quán)利要求29的發(fā)射機,其特征在于,其中同步和數(shù)據(jù)擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生預(yù)定的碼片速率的重復(fù)的多長度碼片序列對,以及數(shù)據(jù)擴頻序列被預(yù)定的數(shù)據(jù)擴頻序列重復(fù)速率的超級碼調(diào)制。
      32.按照權(quán)利要求31的發(fā)射機,其特征在于,其中同步擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生同步擴頻序列,它是一個多碼片增擴的最大長度偽隨機碼,由一個通過把一個0加到預(yù)定的接連的0的序列而增擴的預(yù)定碼片序列構(gòu)成。
      33.按照權(quán)利要求31的發(fā)射機,其特征在于,其中數(shù)據(jù)擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)據(jù)擴頻序列,它是一個多碼片增擴的最大長度偽隨機碼,由一個通過把一個0加到預(yù)定的接連的0的序列而增擴的預(yù)定碼片序列形成。
      34.按照權(quán)利要求31的發(fā)射機,其特征在于,其中前向糾錯器根據(jù)預(yù)定的數(shù)據(jù)流產(chǎn)生每秒預(yù)定的碼比特速率的超級碼序列,前向糾錯器包括兩個級聯(lián)的編碼器,即比率1/3卷積編碼器和正交塊編碼器,前向糾錯器的輸出被耦合到第一調(diào)制器,在那里與來自數(shù)據(jù)擴頻碼發(fā)生器的輸出相混合。
      35.按照權(quán)利要求31的發(fā)射機,其特征在于,其中每個碼片濾波器接受第一數(shù)據(jù)率的數(shù)字數(shù)據(jù),并產(chǎn)生以更高數(shù)據(jù)率的內(nèi)插的和濾波的基帶數(shù)據(jù)。
      36.按照權(quán)利要求31的發(fā)射機,其特征在于,其中數(shù)據(jù)分組的結(jié)構(gòu)對于前向鏈路和反向鏈路是不同的,在前向鏈路上,發(fā)射是連續(xù)的,以及分組互相緊隨而不中斷,而在反向鏈路上,各個單元以輪詢的TDMA方式進行應(yīng)答。
      37.按照權(quán)利要求29的發(fā)射機,其特征在于,其中第三調(diào)制器相對于第一正交調(diào)制器有90°的相位差。
      全文摘要
      低地球軌道衛(wèi)星(12)系統(tǒng)提供定位和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)給配備有接收機/發(fā)射機的移動用戶(13)。接收機/發(fā)射機用作為轉(zhuǎn)發(fā)器,它應(yīng)答在衛(wèi)星網(wǎng)上發(fā)送的詢問。應(yīng)答是在轉(zhuǎn)發(fā)器接收詢問后的精確控制的時間間隔后發(fā)送的,這樣地面站(11)能夠估值從衛(wèi)星到轉(zhuǎn)發(fā)器的傳播路徑長度。轉(zhuǎn)發(fā)器也以正比于接收的詢問的頻率的一個頻率發(fā)送應(yīng)答,這樣地面站可根據(jù)測量的多卜勒頻移來估值傳播路徑長度的一階和二階導(dǎo)數(shù)。地面站也通過使用從車載GPS接收機(未示出)得到的來自衛(wèi)星的遙測結(jié)果來估值衛(wèi)星定位。用戶終端相對于衛(wèi)星位置的位置然后根據(jù)路徑長度測量值來確定。給定衛(wèi)星位置和衛(wèi)星速度,測量的路徑長度及其一階和二階導(dǎo)數(shù)確定了在衛(wèi)星運動方向和到用戶終端的方位線之間的角度。
      文檔編號G01S5/12GK1284220SQ9881322
      公開日2001年2月14日 申請日期1998年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月20日
      發(fā)明者M·沙利文 申請人:鷹眼技術(shù)公司
      網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
      • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊!
      1