用于確定表面聲波濾波器的傳播時間的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))衛(wèi)星定位的接收器領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明致力于通過評估接收器內(nèi)并且尤其是該接收器的信道濾波器內(nèi)的衛(wèi)星信號的傳播時間，來減少可能會影響由該接收器傳送的定位數(shù)據(jù)的誤差。
[0002]本發(fā)明尤其適用于由GPS(全球定位系統(tǒng))、格洛納斯(Glonass)系統(tǒng)、伽利略(Galileo)系統(tǒng)以及其他類似的使用衛(wèi)星的定位系統(tǒng)所傳輸?shù)男盘柕慕邮掌鳌?br>【背景技術(shù)】
[0003]衛(wèi)星定位接收器使用由環(huán)繞地球的軌道中的多個衛(wèi)星所傳輸?shù)男盘枴?br>[0004]尤其是通過多個信道(每個信道與衛(wèi)星相關(guān)聯(lián))可建立起對衛(wèi)星的跟蹤(對衛(wèi)星信號的跟蹤)。
[0005]每顆衛(wèi)星通過將偽隨機(jī)擴(kuò)頻碼與包括衛(wèi)星上的星歷數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)的導(dǎo)航信息(即，限定其軌道和變化的作為時間函數(shù)的元素)結(jié)合，在一個或多個給定的頻率上傳輸相位調(diào)制信號。
[0006]通過衛(wèi)星進(jìn)行的定位測量由每顆衛(wèi)星傳輸?shù)纳漕l信號的傳播。這些傳播時間乘以信號的傳輸速度得到衛(wèi)星-接收器距離(本領(lǐng)域技術(shù)人員廣泛地稱之為“偽距離”)。與通過星歷數(shù)據(jù)計算的衛(wèi)星的位置相關(guān)聯(lián)的這些距離使得能夠計算接收器的位置以及接收器的時鐘相對于衛(wèi)星的時鐘的偏差。
[0007]因?yàn)樯漕l信號沿行進(jìn)路徑的傳播速率不是恒定的，尤其在電離層中，由于傳播時間的延長會使計算的距離失真。為了實(shí)質(zhì)地減少影響傳播時間的誤差，必須進(jìn)行被稱為雙頻校正的校正。這個校正使用由各個衛(wèi)星在兩個不同頻帶上傳輸?shù)膬蓚€信號的傳播時間的差異。
[0008]測量的傳播時間的差異還包括接收器內(nèi)傳播時間的差異，由于是在兩個單獨(dú)的路徑上處理兩個信號，所以在接收器內(nèi)傳播時間的差異是非零的。關(guān)于與接收器相關(guān)的傳播時間差異的不確定性(雖然限制到幾納秒)在雙頻校正后轉(zhuǎn)化為幾米的定位誤差。這一傳播時間差異的不確定性與以下事實(shí)相關(guān):不同接收器的傳播時間不是恒定的，傳播時間與溫度相關(guān)以及還會受到接收器老化的影響。
[0009]對GNSS接收器的傳播時間并由此對關(guān)于傳播時間的差異的不確定性的主要貢獻(xiàn)者是信道濾波器。信道濾波器是用于對所有能夠使接收器飽和的帶外寄生信號進(jìn)行強(qiáng)衰減的無線電接收器的基本部件。這一濾波器通常是表面聲波(SAW，Surface Acoustic Waves)濾波器，這是由于表面聲波濾波器在選擇性、相位線性、體積、重量等方面具有眾多優(yōu)勢。
[0010]在雙頻校正之后，如果確切地知道SAW濾波器的TP值(標(biāo)稱值，隨溫度和老化而改變)，就能夠顯著地減小使用SAW濾波器的GNSS接收器的定位誤差。
[0011]目前所使用的方案如下:
[0012]通過對來自同一基底(晶圓)的濾波器進(jìn)行排序來降低傳播時間的分散；
[0013]通過在維護(hù)維修和檢修(maintienen condit1ns operat1nnelles, MC0)階段期間進(jìn)行新的校準(zhǔn)來補(bǔ)償由于老化而產(chǎn)生的傳播時間的漂移。
[0014]然而，盡管在生產(chǎn)時進(jìn)行排序，仍然有必要為大誤差估算(處于GNSS系統(tǒng)自身的精確度的量級)做好準(zhǔn)備以便能夠跟蹤SAW濾波器的時間和溫度特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的在于通過更多地了解穿過接收器的信道濾波器的傳播時間來提高GNSS接收器的精確度。
[0016]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明根據(jù)第一方面提出了一種用于衛(wèi)星定位系統(tǒng)的接收器，該接收器包括:
[0017]包括輸入換能器和輸出換能器的信道濾波器，其中，由衛(wèi)星傳輸并由接收器接收的信號的傳播沿著與輸入換能器和輸出換能器之間的直接傳遞對應(yīng)的直接路徑行進(jìn)，并且由于所述輸入換能器和所述輸出換能器上的多重反射沿著與2n+l倍的直接路徑對應(yīng)的間接路徑行進(jìn)，其中η是大于等于I的整數(shù)；
[0018]信道濾波器下游的跟蹤回路，該跟蹤回路受控于控制相關(guān)器，該控制相關(guān)器以由衛(wèi)星傳輸?shù)男盘柕臄U(kuò)頻碼與由接收器產(chǎn)生的所述擴(kuò)頻碼的本地副本之間的相關(guān)峰值為中心;
[0019]其特征在于，該接收器包括:
[0020]移位寄存器，其被配置為產(chǎn)生互相移位的所述擴(kuò)頻碼的數(shù)個本地副本以便覆蓋時間窗口，所述時間窗口與穿過所述信道濾波器的直接傳播的經(jīng)估計傳播時間的不確定性的兩倍相對應(yīng)；
[0021]第二相關(guān)器，其相對于控制相關(guān)器偏移一時間，所述時間與穿過所述信道濾波器的直接傳播的經(jīng)估計時間的兩倍相對應(yīng)，所述第二相關(guān)器被配置為在由衛(wèi)星傳輸?shù)男盘柕臄U(kuò)頻碼與由移位寄存器產(chǎn)生的本地副本之間進(jìn)行相關(guān)處理，并且檢測相關(guān)峰值，所述相關(guān)峰值對應(yīng)于由衛(wèi)星傳輸并且在信道濾波器內(nèi)沿三重間接路徑傳播的信號的獲取。
[0022]該接收器的優(yōu)選的但非限制性的方面如下:
[0023]接收器還包括計算機(jī)，該計算機(jī)被配置為使用控制相關(guān)器的相關(guān)峰值計算到衛(wèi)星的偽距離和使用第二相關(guān)器的相關(guān)峰值計算到衛(wèi)星的偽距離，所述計算機(jī)還被配置為通過將前述偽距離之間的差值除以2，來計算穿過所述信道濾波器的直接傳播的傳播時間；
[0024]控制相關(guān)器和第二相關(guān)器在積分時間上對相關(guān)結(jié)果求積分，第二相關(guān)器的積分時間比控制相關(guān)器的積分時間長。
[0025]根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種在衛(wèi)星定位系統(tǒng)的接收器中確定由衛(wèi)星傳輸?shù)男盘柕膫鞑r間的方法，接收器包括:
[0026]包括輸入換能器和輸出換能器的信道濾波器，其中，由衛(wèi)星傳輸并由接收器接收的信號的傳播沿著與輸入換能器和輸出換能器之間的直接傳遞對應(yīng)的直接路徑行進(jìn)，并且由于所述輸入換能器和所述輸出換能器上的多重反射沿著與2η+1倍的直接路徑對應(yīng)的間接路徑行進(jìn)，其中η是大于等于I的整數(shù)；
[0027]信道濾波器下游的跟蹤回路，該跟蹤回路受控于控制相關(guān)器，該控制相關(guān)器以由衛(wèi)星傳輸?shù)男盘柕臄U(kuò)頻碼與由接收器產(chǎn)生的所述代碼的本地副本之間的相關(guān)峰值為中心;
[0028]其特征在于，該方法應(yīng)用以下步驟:
[0029]產(chǎn)生互相移位的所述擴(kuò)頻碼的數(shù)個本地副本以便覆蓋時間窗口，所述時間窗口與穿過所述信道濾波器的直接傳播的經(jīng)估計傳播時間的不確定性的兩倍相對應(yīng)；
[0030]借助于相對于所述控制相關(guān)器偏移一時間的第二相關(guān)器，來在由衛(wèi)星傳輸?shù)男盘柕臄U(kuò)頻碼與由移位寄存器產(chǎn)生的本地副本之間進(jìn)行相關(guān)處理，并且檢測相關(guān)峰值，所述時間與穿過所述信道濾波器的直接傳播的經(jīng)估計時間的兩倍相對應(yīng)，所述相關(guān)峰值對應(yīng)于由衛(wèi)星傳輸并且在信道濾波器內(nèi)沿三重間接路徑傳播的信號的獲取。
【附圖說明】
[0031]本發(fā)明的其他方面，目的和優(yōu)勢將通過閱讀以下對優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述而變得清楚，詳細(xì)描述參考附圖以非限定性示例的方式給出，在附圖中:
[0032]圖1為表面聲波濾波器的簡化示意圖；
[0033]圖2示出了信號在根據(jù)圖1的濾波器內(nèi)沿單一和三重路徑的傳播；以及
[0034]圖3為示出了依照本發(fā)明的GNSS接收器的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]本發(fā)明的第一方面涉及一種用于衛(wèi)星定位的GNSS接收器。結(jié)合圖1和圖2，這種接收器按常規(guī)包括信道濾波器，信道濾波器典型地為表面聲波濾波器(SAW)(在下述部分中對SAW的非限制性引用將作為示例)，表面聲波濾波器使得能夠在被蝕刻在石英基板上的兩個換能器TE，Ts之間選擇性地傳輸聲波。電聲轉(zhuǎn)換和聲電轉(zhuǎn)換通過位于輸入和輸出換能器TE，Ts處的壓電效應(yīng)得到。
[0036]由于換能器不是完善的，因此建立起聲波的數(shù)個傳播路徑T1-T3。例如，由衛(wèi)星傳輸并由接收器接收的信號E在SAW濾波器中沿與輸入和輸出換能器TE，1之間的直接傳遞對應(yīng)的直接路徑Tl傳播以給出輸出信號SI。
[0037]由于輸入換能器和輸出換能器TE，Ts上的多重反射Rl，R2 (失配)，信號E沿與2n+l倍的直接路徑對應(yīng)的間接路徑進(jìn)行傳播，其中η是大于等于I的整數(shù)。與路徑Τ1，Τ2與Τ3的和對應(yīng)的三重路徑提供了輸出信號S3，該輸出信號S3具有較直接路徑的信號SI低的水平，典型地具有大約30dB的水平。
[0038]本發(fā)明提出將GNSS信號的時間測量能力與形成來源于間接路徑的信號的SAW濾波器的缺陷相結(jié)合以便確定其傳播時間。如下面給出的詳細(xì)描述，一旦衛(wèi)星信號已被跟蹤，本發(fā)明就更具體地提出確定該衛(wèi)星信號的單一路徑和三重路徑的偽距離，然后通過將這些偽距離相減并將所得的結(jié)果除以2來推斷出SAW濾波器的傳播時間。這些偽距離之間的差值有效地對應(yīng)于三重路徑中由信號S3行進(jìn)的附加路徑，即圖2中所示的T2+T3。
[0039]GNSS信號的波形通過設(shè)計使得能夠測量該GNSS信號在對其進(jìn)行傳輸?shù)男l(wèi)星與對其進(jìn)行接收的接收器之間的傳播時間。通過二進(jìn)制偽隨機(jī)序列進(jìn)行擴(kuò)頻的GNSS信號的載體可被檢測到，只要對處于同一頻率并通過同一序列擴(kuò)頻的本地信號進(jìn)行了相關(guān)處理。此夕卜，本地信號的擴(kuò)頻序列必須與接收到的衛(wèi)星信號的擴(kuò)頻序列同步。結(jié)合這些條件，本地信號的代碼的位置(通常稱為偽距離)是傳播時間的圖像。使用來自至少四顆衛(wèi)星的導(dǎo)航信息的數(shù)據(jù)，能夠根據(jù)這些偽距離確定接收器的位置。
[0040]參照附圖3，在信道濾波器的SAW濾波器的下游的GNSS接收器按照常規(guī)包括多個跟蹤信道，每個跟蹤信道與衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)，并且每個信道中具有由至少一個控制相關(guān)器Cl控制的跟蹤回路，其中至少一個控制相關(guān)器Cl以由衛(wèi)星傳輸?shù)男盘朣sat的擴(kuò)頻碼與由集成在接收器內(nèi)的副本信號發(fā)生器Gl產(chǎn)生的所述擴(kuò)頻碼的本地副本Ski之間的相關(guān)峰值為中心。
[0041]事實(shí)上，已知每個跟蹤信道包括三個相關(guān)器，即被供給擴(kuò)頻碼的準(zhǔn)時副本的相關(guān)器(所謂的“及時”相關(guān)器)、被供給擴(kuò)頻碼的D/2碼片向前(en avance)偏移副本的相關(guān)器(所謂的“超前”相關(guān)器)以及被供給擴(kuò)頻碼的D/2碼片向后(en retard)偏移的相關(guān)器(所謂的“滯后”相關(guān)器)。代碼的跟蹤回路通過將代碼副本的產(chǎn)生置于特征函數(shù)“超前”減去“滯后”的“零點(diǎn)”使“及時”相關(guān)器永久地保持在相關(guān)峰值上。在本說明書中，“及時”相關(guān)器被稱為術(shù)語控制相關(guān)器。
[0042]由此，信道的跟蹤回路使得能夠沿著信號路徑并通過計算機(jī)C(這里描述的計算機(jī)C還要負(fù)責(zé)確保對跟蹤回路的控制)跟蹤信號，推斷與信號在SAW濾波器內(nèi)的單一路徑對應(yīng)的到衛(wèi)星的偽距離。
[0043]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)跟蹤衛(wèi)星信號(信號路徑)時，本發(fā)