CN101937073B

CN101937073B - Gps卫星的载波频率检测方法和装置及gps接收机

Info

Publication number: CN101937073B
Application number: CN2009101584606A
Authority: CN
Inventors: 余晓光; 俞波; 何晓勇; 邹景华
Original assignee: O2Micro International Ltd
Current assignee: Concave And Convex Electronics Chengdu Co ltd
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: US20100328150A1; US8072378B2; CN101937073A

Abstract

本发明公开了一种GPS卫星的载波频率检测方法和装置以及GPS接收机。根据本发明实施例，一种用于检测GPS卫星的载波频率的多普勒频率偏移的方法包括：对于跟踪上的所有卫星中的每颗卫星，计算每颗卫星的载波频率在预定时间内的多普勒频率变化值；计算跟踪上的所有卫星的多普勒频率变化值的平均值；如果所述跟踪上的所有卫星中的一颗或者多颗卫星的多普勒频率变化值既大于所述多普勒频率变化值的平均值与设定权重的乘积，并且又大于设定阈值的话，则判定所述一颗或者多颗卫星的载波出现异常频偏。

Description

GPS卫星的载波频率检测方法和装置及GPS接收机

技术领域

本发明总体上涉及一种GPS(全球定位***)技术，尤其是涉及用于检测GPS卫星的载波频率的技术。

背景技术

如图1所示，一般的GPS接收机主要由天线10、前置放大器20、射频-中频(RF/IF)变换器30、模数(A/D)变换器40、数字基带处理器50、导航处理器60和控制显示单元70组成。GPS卫星发射的射频信号(RF)通过天线10接收，并通过无源的带通滤波器(图中未示出)滤波，以减小带外射频干扰。然后，射频信号被前置放大器20预放大，并被RF/IF变换器30下变频为中频(IF)信号，再用模数(A/D)变换器40对IF信号采样和数字化，得到的数字中频信号(也称为数字基带信号)送入数字基带处理器(DBP)50进行处理。数字基带处理器50主要完成以下功能：搜索卫星，牵引并跟踪卫星；对导航电文数据信号实行解扩，解调出导航电文数据；进行伪距测量、载波相位测量及多普勒频偏测量。为实现扩频信号的解扩、解调，DBP中包含数字伪码延迟锁定环(DDLL)、数字载波锁相环(DPLL)和数字载波锁频环(DFLL)。从中频数据解调后得到的卫星信息被送至导航处理器60进行定位计算，确定用户的位置、速度和时间(PVT)信息。从图1中可以看到，导航处理器60包括：选星装置610用于选择相应的卫星信息进行处理，速度解算装置620和位置及时钟解算装置630用于确定PVT信息，以及包括后处理装置640。最后，通过控制显示单元70在GPS接收机的屏幕上将PVT信息直观显示出来。

在GPS接收机的处理过程中，伪码延迟锁定环、数字载波锁相环和数字载波锁频环对接收机的性能影响是至关重要的。伪码延迟锁定环用于测量伪码的接收时间，该接收时间的值直接决定了伪距的测量精度。数字载波锁相环用于载波相位测量，数字载波锁频环用于载波的多普勒频偏测量，这两个测量值用于基带信号的载波相位及多普勒频率的剥离。若载波锁相环、载波锁频环和伪码延迟锁定环出现偏差，则会直接导致卫星的伪距测量不准，从而使得最终计算的用户PVT信息出现偏差，该偏差在很多时候是不可接受的。

由于载波锁相环、锁频环和伪码延迟锁定环对GPS接收机性能的决定性作用，这三者的设计也是至关重要的。由于载波锁频环的反应速度较伪码延迟锁定环快，所以一般设计时都会考虑将载波锁频环得到的多普勒频率偏移值用于修正伪码延迟锁定环，如果载波锁频环的跟踪频率出现偏移，则会导致伪码延迟锁定环的偏移。图2示出了正常情况下静止接收机载波锁相环跟踪的载波多普勒频率偏移随时间的变化示意图。从图2可以看出，在正常情况下，DFLL跟踪的载波多普勒频偏变化规律是非常平滑的减小或增大。

当DFLL跟踪的载波多普勒频偏出现偏差时，情况与图2所示不同。图3示出了当锁频环跟踪异常时，输出的载波多普勒频率。从图3可以看出在500s、1000s和1500s位置均出现了跟踪多普勒频率出现偏移的问题，偏移量在200Hz-400Hz左右，这直接导致了定位结果与真实位置偏差100m以上。其原因主要是，在弱信号情况下，由于噪声和多径的影响很难保证锁频环跟踪的长期稳定，当出现频率偏差时，使用载波锁定检测也无法反映出跟踪是否正常。

发明内容

本发明的一个目的是，提出一种方法和装置，通过使用该方法和装置能有效地检测出卫星的载波出现异常频偏。

本发明的另一个目的是，提出一种方法和装置，通过使用该方法和装置能够基于对GPS卫星的载波的频率偏移的检测结果迅速重新激发对出现载波异常频偏的卫星的捕获。

本发明的另一个目的是，提出一种方法和装置，通过使用该方法和装置能够基于对GPS卫星的载波的频率偏移的检测结果避免将被判定为载波出现异常频偏的卫星选择用于定位。

本发明的另一个目的是，提出一种方法和装置，通过使用该方法和装置能够检测未参与定位的GPS卫星的载波频率检测值是否正确。

本发明的再一个目的是，提出一种使用至少一种上述方法和/或装置的GPS接收机。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于检测GPS卫星的载波频率的多普勒频率偏移的方法，包括：a.对于跟踪上的所有卫星中的每颗卫星，计算每颗卫星的载波频率在预定时间内的多普勒频率变化值；b.计算跟踪上的所有卫星的载波频率的多普勒频率变化值的平均值；c.如果所述跟踪上的所有卫星中的一颗或者多颗卫星的载波频率的多普勒频率变化值既大于所述多普勒频率变化值的平均值与设定权重的乘积，并且又大于设定阈值的话，则判定所述一颗或者多颗卫星的载波出现异常频偏。。

相应地，本发明也提出了一种用于检测GPS卫星的载波频率的多普勒频率偏移检测装置，包括：频率偏移计算装置，其设计用于对于跟踪上的所有卫星中的每颗卫星，计算每颗卫星的载波频率在预定时间内的多普勒频率变化值，以及计算跟踪上的所有卫星的载波频率的多普勒频率变化值的平均值；频率跟偏检测装置，其中如果所述跟踪上的所有卫星中的一颗或者多颗卫星的载波频率的多普勒频率变化值既大于所述多普勒频率变化值的平均值与设定权重的乘积，并且又大于设定阈值的话，则所述频率跟偏检测装置判定所述一颗或者多颗卫星的载波出现异常频偏。

根据本发明的另一个方面，在上述用于检测GPS卫星的载波频率的多普勒频率偏移的方法中，所述步骤c进一步包括：当所述一颗或者多颗卫星的载波频率的多普勒频率变化值既大于所述多普勒频率变化值的平均值与第一权重的乘积，并且又大于第一阈值时，判定所述一颗或者多颗卫星的载波出现异常频偏，以及，所述方法进一步包括：d.激发对被判定为载波出现异常频偏的所述一颗或者多颗卫星的重新捕获。

相应地，本发明也提出了一种GPS接收机，包括数字基带处理器和导航处理器，其中所述导航处理器包括上述多普勒频率偏移检测装置，其中当所述多普勒频率偏移检测装置判定一颗或者多颗卫星的载波出现异常频偏时，所述多普勒频率偏移检测装置通知数字基带处理器激发对被判定为载波出现异常频偏的所述一颗或者多颗卫星的重新捕获。

根据本发明的另一个方面，在上述用于检测GPS卫星的载波频率的多普勒频率偏移的方法中，所述步骤c进一步包括：当所述一颗或者多颗卫星的载波频率的多普勒频率变化值既大于所述多普勒频率变化值的平均值与第二权重的乘积，并且又大于第二阈值时，判定所述一颗或者多颗卫星的载波出现异常频偏，以及所述方法进一步包括：e.不将被判定为载波出现异常频偏的所述一颗或者多颗卫星选择用于定位。

相应地，本发明也提出了一种GPS接收机，包括数字基带处理器和导航处理器，其中所述导航处理器包括上述的多普勒频率偏移检测装置以及用于选星的选星装置，其中：当所述多普勒频率偏移检测装置判定一颗或者多颗卫星的载波出现异常频偏时，所述多普勒频率偏移检测装置通知选星装置不将所述一颗或者多颗卫星选择用于定位。

根据本发明的又一个方面，提出了一种用于检测未参与定位的GPS卫星的载波频率检测值是否正确的方法，包括：a.利用被选择用于GPS定位的卫星的位置信息和多普勒信息，计算出GPS接收机的运动速度，并通过多普勒频偏计算公式得到所述未参与定位的GPS卫星的载波频率的多普勒频率计算值；b.将所述未参与定位的GPS卫星的载波频率的所述多普勒频率计算值与该GPS卫星的数字载波锁频环多普勒频率测量值进行比较；以及c.当所述多普勒频率计算值与所述多普勒频率测量值不一致时，确定所述未参与定位的GPS卫星的数字载波锁频环多普勒频率测量值是错误的。

相应地，本发明也提出了一种多普勒频率测量值检测装置，包括：频偏计算装置和频偏差异检测装置，所述频偏计算装置用于利用被选择用于GPS定位的卫星的位置信息和多普勒信息，计算出GPS接收机的运动速度，并通过多普勒频偏计算公式得到所述未参与定位的GPS卫星的多普勒频率计算值；所述频偏差异检测装置用于将所述未参与定位的GPS卫星的所述多普勒频率计算值与该GPS卫星的数字载波锁频环多普勒频率测量值进行比较，以及当所述多普勒频率计算值与所述多普勒频率测量值不一致时，判定所述未参与定位的GPS卫星的数字载波锁频环多普勒频率测量值是错误的。

相应地，本发明也提出了一种GPS接收机，包括数字基带处理器和导航处理器，其中所述导航处理器包括上述多普勒频率测量值检测装置，其中当所述多普勒频率测量值检测装置判定未参与定位的GPS卫星的数字载波锁频环多普勒频率测量值是错误的时，所述多普勒频率测量值检测装置通知数字基带处理器激发对该未参与定位的GPS卫星的重新捕获。

使用根据本发明的用于检测GPS卫星的载波频率的多普勒频率偏移的方法和/或装置，可以有效地从所跟踪的多颗卫星中确定某颗卫星的载波的DFLL是否出现问题。

此外，在根据本发明的上述方法和相应的GPS接收机中，可以基于检测结果对载波出现异常频偏的卫星激发重新捕获并跟踪，使得正常跟踪的卫星颗数和可用于定位的卫星颗数较未使用根据本发明的检测方法时有较大提高，例如能够将正常跟踪的卫星颗数增加20％左右。

此外，在根据本发明的上述方法和相应的GPS接收机中，由于不将被判定为载波出现异常频偏的卫星选择用于定位，因此可以避免将载波出现异常频偏的卫星选择用于定位，从而提高了GPS接收机的定位精度。

此外，利用根据本发明的用于检测未参与定位的GPS卫星的载波频率检测值是否正确的方法和相应的多普勒频率测量值检测装置以及GPS接收机，可以有效地避免将具有错误的多普勒频率测量值的卫星选入用于定位计算，从而提高了弱信号下GPS接收机的定位精度。

附图说明

本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中：

图1示出了现有技术中的GPS接收机的结构图；

图2示出了正常情况下DFLL跟踪的载波多普勒频偏变化图；

图3示出了锁频环跟踪异常时输出的载波多普勒频率；

图4示出了根据本发明的一个实施例的、用于检测GPS卫星的载波的多普勒频率偏移的方法的流程图；

图5示出了根据本发明的一个实施例的、用于检测GPS卫星的载波的多普勒频率偏移并且根据需要激发卫星重新捕获的方法的流程图；

图6示出了其中可以执行图5所示的方法的GPS接收机的结构图；

图7示出了根据本发明的一个实施例的、用于检测GPS卫星的载波的多普勒频率偏移并且根据需要不选择卫星用于定位的方法的流程图；

图8示出了其中可以执行图7所示的方法的GPS接收机的结构图；

图9示出了根据本发明的一个实施例的、用于检测DFLL多普勒频率测量值是否正确的方法的流程图；

图10示出了其中可以执行图9所示的方法的GPS接收机的结构图；以及

图11示出了通过使用如图5所示的方法得到的频偏检测结果的一个例子。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

如开头所提及的那样，由于在弱信号情况下，噪声和多径的影响很难保证锁频环跟踪的长期稳定，因此卫星的载波频率容易出现偏移。

根据GPS卫星的运动规律以及接收机的运动规律，在Elliott D.Kaplan等人所著的《GPS原理与应用》(第二版)第42页中公开了载波的多普勒频率大小的计算公式：

f_{d} = \frac{f_{T} (V_{r} \cdot a)}{c},

其中，f_T是卫星发射信号的频率；

V_r是卫星与用户的相对速度矢量；

a是沿卫星指向用户的直线方向单位矢量；

c为传播速度；

点积V_r·a表示相对速度矢量沿卫星的连线的径向矢量。

通过上式可以得知，真实情况下多普勒频率的变化大小是可以估计的，如已知接收机的最大加速度为0.5g(g为重力加速度)，则可以估算出多普勒频率在单位时间内的最大增量(当该加速度在沿卫星指向用户的直线方向的单位矢量方向上时取得)为：

Δ f_{d} = \frac{f_{T} \cdot 0.5 g}{c} = 25 Hz / s .

由于当接收机有此加速度时，跟踪的多颗卫星载波多普勒频率均会发生较大变化，而当某时刻只有跟踪的1-2颗卫星载波多普勒频率发生较大变化时，则可以认为跟踪该卫星载波的DFLL出现问题。基于这一思路，本发明提出了一种用于检测GPS卫星的载波频率的多普勒频率偏移的方法，其中，计算跟踪上的卫星的DFLL载波多普勒频率偏移在一定时间内的变化量，若变化量满足一定的条件，则认为所述跟踪上的卫星的载波有问题，即出现了异常频偏。

图4示出了根据本发明的一个实施例的、用于检测GPS卫星的载波频率的多普勒频率偏移的方法的流程图，其中包括如下步骤：

S410：对于跟踪上的所有N颗卫星中的每颗卫星，计算每颗卫星的载波频率在预定时间内的多普勒频率变化值Δf_di(i＝1，2，...N)；

S420：根据下述等式计算跟踪上的所有卫星的多普勒频率变化值的平均值：

\overset{&OverBar;}{{Δf}_{d}} = Σ_{i = 1}^{N} Δ f_{di} / N;

S430：如果跟踪上的所有卫星中有一颗或者多颗卫星的多普勒频率变化值Δf_di＞wΔf_d，w为设定权重，并且Δf_di大于设定阈值THRESH1，则判定跟踪的该一颗或者多颗卫星的载波出现异常频偏。其中权重w和设定阈值THRESH1可以通过仿真来确定。例如，一种权重确定方法为：在有多处异常频偏的数据中，通过设定不同的权重值来进行检测，然后统计检测结果正确的概率，从而得到合适的权重值。一般该权重值设定在1.5-3.0之间。

特别地，其中计算每颗卫星的多普勒频率变化值Δf_d的步骤包括：对于所述每颗卫星，用数字载波锁频环的当前时刻t的多普勒频率值f_di(t)减去所述预定时间(例如，假设用m个单位时间表示)之前的多普勒频率值f_di(t-m)，得到相应卫星的多普勒频率变化值Δf_di＝f_di(t)-f_di(t-m)。特别地，其中m通常选择为10至20之间。例如，上面的单位时间可以为500ms。

尤其是在DFLL多普勒频率偏移较快的情况下，通过利用上述方法，可以得到良好的检测结果。

对应于根据图4所阐述的方法，根据本发明的一个实施例，提出了一种用于检测GPS卫星的载波频率的多普勒频率偏移检测装置。该多普勒频率偏移检测装置包括：频率偏移计算装置，其设计用于执行上述方法的步骤S410和S420中的处理，即，计算跟踪上的各卫星的载波频率在预定时间内的多普勒频率变化值，和所有跟踪上的卫星的载波频率的多普勒频率变化的平均值；以及频率跟偏检测装置，其设计用于执行上述方法的步骤S430中的处理，即，基于频率偏移计算装置的计算结果检测各跟踪上的卫星的载波频率的多普勒频率变化值，借此判断所跟踪的相应的卫星载波是否出现异常频偏。在此，在附图中并未单独绘出多普勒频率偏移检测装置的示意图，其结构可以参见例如图6中用600表示的部分并在下文进行更详细的描述。

通过上面所述的方法和多普勒频率偏移检测装置，可以有效地从所跟踪的多颗卫星中确定某颗卫星的载波的DFLL是否出现问题。

基于图4中所述的方法，可以在检测到GPS卫星的载波频率的多普勒异常频偏的情况下针对不同应用情形而采取相应的应对方法。

图5示出了根据本发明的另一实施例的用于检测多普勒频率偏移并且根据需要激发对载波出现异常频偏的卫星的重新捕获的方法的流程图。

在图5所示的方法中，步骤S510至S530分别对应于图4中所示的步骤S410至S430，因此，为了说明书的简洁起见在此就不再详述了。图5所示的方法与图4所示的方法的不同之处在于，增加了步骤S540：激发对被判定为载波出现异常频偏的卫星的重新捕获。

图6示出了其中可以执行图5所示的方法的GPS接收机的结构图。从图6中可以看出，在导航处理器60中包括上文所述的多普勒频率偏移检测装置600，且该多普勒频率偏移检测装置600包括频率偏移计算装置650和频率跟偏检测装置660。数字基带处理器50输出的数据被输入到频率偏移计算装置650中。在频率偏移计算装置650中执行结合图5所述的方法的步骤S510和S520中的处理，即，计算跟踪上的各卫星的载波频率在预定时间内的多普勒频率变化值，和所有跟踪上的卫星的载波频率的多普勒频率变化的平均值。在频率跟偏检测装置660中执行上述方法的步骤S530中的处理，即，基于频率偏移计算装置650的计算结果检测各跟踪上的卫星的多普勒频率变化值，借此判断所跟踪的相应卫星的载波是否出现异常频偏。如果确定某DFLL环路跟踪有问题，则多普勒频率偏移检测装置600通知数字基带处理器50，激发对被判定为载波出现异常频偏的卫星的重新捕获。

通过这种用于检测多普勒频率偏移并且根据需要激发对载波出现异常频偏的卫星的重新捕获的方法以及相应的GPS接收机，可以在确定针对某颗卫星的载波的DFLL出现问题(即判定该颗卫星的载波出现异常频偏)之后，通过激发对该颗卫星的重新捕获来减少由于该问题引入的定位误差。

此外，在选星过程中，为了避免将DFLL跟踪出错较大的卫星信息选择用于定位，可以在选星装置中加入参考多普勒频率偏移量的选星策略。因此，本发明还提出了一种选择卫星的方法，该方法也基于根据图4所阐述的方法。图7示出了该检测多普勒频率偏移并且根据需要不选择载波频率出现偏移异常的卫星的方法的流程图。

在图7所示的方法中，步骤S710至S730分别对应于图4中所示的步骤S410至S430，与图4所示的方法的不同之处在于增加了步骤S740，其中不将被检测出载波出现异常频偏的相应卫星选择用于定位。

图8示出了其中可以执行图7所示的方法的GPS接收机的结构图。从图8中可以看出，在导航处理器60中同样增加了上文所述的、包括频率偏移计算装置650和频率跟偏检测装置660的多普勒频率偏移检测装置600。其中多普勒频率偏移检测装置600执行与在图6中所阐述的相同的功能。图8所示的GPS接收机与图6所示的GPS接收机的不同之处在于，如果确定某FLL环路跟踪有问题，则多普勒频率偏移检测装置600通知选星装置610不将相应的卫星选择用于定位。

通过这种选择卫星的方法和相应的GPS接收机，可以有效地避免将FLL跟踪出错较大的卫星信息选择用于定位，从而保证了GPS的定位精度。

当然也可能的是，将上面借助图5所阐述的方法与借助图7所阐述的方法结合起来，即首先分别得到跟踪上的各卫星的多普勒频率变化值以及所有卫星的多普勒频率变化值的平均值；然后判定跟踪的某卫星载波是否出现异常频偏；在检测出卫星载波出现异常频偏的情况下，激发重新捕获和/或避免将相应卫星选择用于定位。相应地，在GPS接收机中也可以同时包括从多普勒频率偏移检测装置600至数字基带处理器50以及至选星装置610的信号流。虽然在此并未提供相应的方法流程图和/或装置结构图，但是本领域技术人员可以很容易地根据上述描述绘制出相应的方法流程图和/或装置结构图。

另外，需要说明的是，图5所示的方法流程图中的权重和阈值与图7所示的方法流程图中的权重和阈值可以相同也可以不同。

对于未参与定位的卫星，根据本发明的另一实施例，还提出了一种用于检测未参与定位的GPS卫星的载波频率检测值是否正确的方法。图9示出了该方法的流程图，其中包括如下步骤：

S910：通过被选择用于GPS定位的卫星的位置信息和多普勒信息，计算出GPS接收机的运动速度，在参与定位的卫星信息、多普勒信息正确的情况下，则此时计算的接收机运动速度是正确的，从而通过下述多普勒频偏计算公式可以得到未参与定位的卫星的载波频率的多普勒频率计算值：

f_{d} = \frac{f_{T} (V_{r} \cdot a)}{c};

S920：将未参与定位的卫星的载波频率的多普勒频率计算值与该卫星的DFLL多普勒频率测量值进行比较；

S930：当多普勒频率计算值与多普勒频率测量值不一致时，在保证该卫星位置计算正确的条件下可以断定该卫星的DFLL多普勒频率测量值是错误的。

对应于根据图9所阐述的方法，根据本发明的一个实施例，提出了一种用于检测未参与定位的GPS卫星载波频率检测值是否正确的多普勒频率测量值检测装置。该多普勒频率测量值检测装置包括：频偏计算装置和频偏差异检测装置。在频偏计算装置中执行上述方法的步骤S910中的处理，即，通过被选择用于GPS定位的卫星的位置信息和多普勒信息，计算出GPS接收机的运动速度，并通过所述多普勒频偏计算公式计算得到未参与定位的卫星的载波频率的多普勒频率计算值。在假设参与定位的卫星信息和多普勒信息正确的情况下，该多普勒频率计算值是正确的。随后，在频偏差异检测装置中执行上述方法的步骤S920和S930中的处理，即，将未参与定位卫星的多普勒频率计算值与该卫星的DFLL多普勒频率测量值进行比较，借此判断相应卫星的DFLL多普勒频率测量值是否正确。如果该多普勒频率测量值不正确，则说明该卫星不能被用于定位计算，从而该多普勒频率测量值检测装置可以通知数字基带处理器激发对该未参与定位的GPS卫星的重新捕获。在此，在附图中并未单独绘出多普勒频率测量值检测装置的示意图，可以参见例如图10中用601表示的部分。

图10示出了其中可以执行图9所示的方法的GPS接收机的结构图。从图10中可以看出，在导航处理器中增加了上文所述的、包括频偏计算装置680和频偏差异检测装置690的多普勒频率测量值检测装置601。当多普勒频率测量值检测装置601判定相应卫星的多普勒频率测量值不正确时，则多普勒频率测量值检测装置601通知数字基带处理器50激发对该未参与定位的GPS卫星的重新捕获。

特别地，其中所述频偏计算装置680是以软件方式实现的。

通过这种用于检测未参与定位的GPS卫星的载波频率检测值是否正确的方法和相应的多普勒频率测量值检测装置以及GPS接收机，有效避免了将具有错误的DFLL多普勒频率测量值的卫星选入用于定位计算，从而提高了GPS接收机的定位精度。

此外，根据本发明的又一实施例，为了便于提高GPS接收机的定位精度，也可以将以上结合图5所描述的方法和/或结合图7所描述的方法与结合图9所描述的方法进行组合。即一方面，分别得到跟踪上的各卫星的多普勒频率变化值以及所有卫星的多普勒频率变化值的平均值；然后判定跟踪的某卫星载波是否出现异常频偏；在检测出卫星载波出现异常频偏的情况下，激发重新捕获和/或避免将相应卫星选择用于定位；另一方面，可以将未参与定位卫星的多普勒频率计算值与该卫星的DFLL多普勒频率测量值进行比较，借此判断相应卫星的DFLL多普勒频率测量值是否正确。如果该多普勒频率测量值不正确，则说明该卫星不能被用于定位计算，并激发对该未参与定位的GPS卫星的重新捕获。相应地，在GPS接收机中可以同时包括多普勒频率偏移检测装置600和多普勒频率测量值检测装置601以及相应的信号流。虽然在此并未提供相应的方法流程图和/或装置结构图，但是本领域技术人员可以很容易地根据上述描述绘制出相应的方法流程图和/或装置结构图。

在上述各种方法中，均可以将卫星的载噪比(CNR)作为参照条件。例如，可以在上述方法中增加如下步骤：判断相关的待检测卫星的CNR是否大于预定阈值，当CNR较强时，例如当CNR大于等于预定阈值THRESH3时，认为该卫星信号是可信的，且DFLL多普勒频率偏移是正常的，上述检测方法的结果无效，并且在根据图5的方法中并不激发对被判定为载波出现异常频偏的卫星的重新捕获，以及/或者在根据图7的方法中并不影响将被判定为载波出现异常频偏的所述一颗或者多颗卫星选择用于定位，以及/或者在根据图9的方法中，确定相应卫星的DFLL多普勒频率测量值是正确的且可被选择用于定位；当CNR小于预定阈值THRESH3时，上述检测方法的结果有效，并可以执行相应的操作或处理。其中阈值THRESH3可以通过仿真来确定。

根据另一个实施例，在上述用于检测GPS卫星的载波频率的多普勒频率偏移的方法和/或用于检测未参与定位的GPS卫星的载波频率检测值是否正确的方法中，为了提高检测的可靠性，还提出了N中取M的检测方法。即，在检测过程中，连续时间间隔上N次重复进行检测，并对检测结果进行计数，若其中至少M次检测结果均判定相应卫星的载波出现异常频偏，则认为所述一颗或多颗卫星的载波出现异常频偏的判定结果是有效的，以及/或者至少M次检测结果均判定所述未参与定位的GPS卫星的DFLL多普勒频率测量值是错误的，则认为所述未参与定位的GPS卫星的数字载波锁频环多普勒频率测量值错误的判定结果是有效的。其中，M和N为正整数且M≤N。通过如此操作后，有效地降低了检测方法的误检概率。

当使用多普勒频率偏移检测方法后，可以有效地减小卫星多普勒跟踪不准导致的伪距不准。图10给出了使用以上结合图5所述的根据本发明的方法而得到的结果的一个典型例子，其中hwfrq表示DFLL跟踪的载波多普勒频率，swfrq表示通过接收机速度计算的载波多普勒频率，在图中DFLL跟踪的频率发生了偏移，偏移量在200Hz左右被检测出，由此激发对被判定为载波出现异常频偏频偏的卫星的重新捕获，从而使得正常跟踪的卫星颗数和可用于定位的正常跟踪卫星颗数较未使用根据本发明的检测方法时有明显提高，且能够较大地提高弱信号下GPS接收机的定位精度。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上虽然结合附图详细描述了本发明的实施例，但是应当明白，上面所描述的实施方式只是用于说明本发明，而并不构成对本发明的限制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式作出各种修改和变更而没有背离本发明的实质和范围。因此，本发明的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。

Claims

1.一种用于检测GPS卫星的载波频率的多普勒频率偏移的方法，包括：

a.对于跟踪上的所有卫星中的每颗卫星，计算每颗卫星的载波频率在预定时间内的多普勒频率变化值；

b.计算跟踪上的所有卫星的载波频率的多普勒频率变化值的平均值；

c.如果所述跟踪上的所有卫星中的一颗或者多颗卫星的载波频率的多普勒频率变化值既大于所述多普勒频率变化值的平均值与设定权重的乘积，并且又大于设定阈值的话，则判定所述一颗或者多颗卫星的载波出现异常频偏。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述步骤c进一步包括：当所述一颗或者多颗卫星的载波频率的多普勒频率变化值既大于所述多普勒频率变化值的平均值与第一权重的乘积，并且又大于第一阈值时，判定所述一颗或者多颗卫星的载波出现异常频偏，以及，

所述方法进一步包括：d.激发对被判定为载波出现异常频偏的所述一颗或者多颗卫星的重新捕获。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述步骤c进一步包括：当所述一颗或者多颗卫星的载波频率的多普勒频率变化值既大于所述多普勒频率变化值的平均值与第二权重的乘积，并且又大于第二阈值时，判定所述一颗或者多颗卫星的载波出现异常频偏，以及

所述方法进一步包括：e.不将被判定为载波出现异常频偏的所述一颗或者多颗卫星选择用于定位。

4.根据权利要求2所述的方法，还包括：

判断所述一颗或多颗卫星的载噪比CNR是否大于预定阈值；以及

只有当所述一颗或多颗卫星的CNR小于该预定阈值时，才判定所述一颗或多颗卫星的载波出现异常频偏的判定结果有效，并且执行步骤d。

5.根据权利要求3所述的方法，还包括：

只有当所述一颗或多颗卫星的CNR小于该预定阈值时，才判定所述一颗或多颗卫星的载波出现异常频偏的判定结果有效，并且执行步骤e。

6.根据上述权利要求1至5中的任一项所述的方法，还包括：

在连续时间间隔上N次重复执行所述步骤a至步骤c，如果其中至少M次判定所述一颗或多颗卫星的载波出现异常频偏，则判定所述一颗或多颗卫星的载波出现异常频偏的判定结果是有效的，其中，M和N为正整数且M≤N。

7.根据上述权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，所述计算每颗卫星的载波频率在预定时间内的多普勒频率变化值的步骤进一步包括：对于所述每颗卫星，用数字载波锁频环的当前时刻t的多普勒频率值减去在t时刻之前所述预定时间处的多普勒频率值，得到该颗卫星的载波频率的多普勒频率变化值。

8.根据上述权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中所述预定时间在10至20个单位时间之间。

9.根据上述权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，所述设定权重和设定阈值通过仿真来获得。

10.一种用于检测GPS卫星的载波频率的多普勒频率偏移检测装置(600)，包括：

频率偏移计算装置(650)，其设计用于对于跟踪上的所有卫星中的每颗卫星，计算每颗卫星的载波频率在预定时间内的多普勒频率变化值，以及计算跟踪上的所有卫星的载波频率的多普勒频率变化值的平均值；

频率跟偏检测装置(660)，其中如果所述跟踪上的所有卫星中的一颗或者多颗卫星的载波频率的多普勒频率变化值既大于所述多普勒频率变化值的平均值与设定权重的乘积，并且又大于设定阈值的话，则所述频率跟偏检测装置(660)判定所述一颗或者多颗卫星的载波出现异常频偏。

11.根据权利要求10所述的多普勒频率偏移检测装置(600)，其中所述多普勒频率偏移检测装置(600)包含在导航处理器中。

12.一种全球定位***(GPS)接收机，包括数字基带处理器(50)和导航处理器(60)，其中所述导航处理器(60)包括根据权利要求10所述的多普勒频率偏移检测装置(600)，其中当所述多普勒频率偏移检测装置(600)判定一颗或者多颗卫星的载波出现异常频偏时，所述多普勒频率偏移检测装置(600)通知数字基带处理器(50)激发对被判定为载波出现异常频偏的所述一颗或者多颗卫星的重新捕获。

13.根据权利要求12所述的GPS接收机，其中所述导航处理器(60)还包括选星装置(610)，当所述多普勒频率偏移检测装置(600)判定一颗或者多颗卫星的载波出现异常频偏时，所述多普勒频率偏移检测装置(600)通知选星装置(610)不将所述一颗或者多颗卫星选择用于定位。

14.根据权利要求12所述的GPS接收机，其中，所述数字基带处理器(50)在所述一颗或多颗卫星的载噪比CNR小于预定阈值时，才激发对被判定为载波出现异常频偏的所述一颗或者多颗卫星的重新捕获。

15.根据权利要求13所述的GPS接收机，其中，所述数字基带处理器(50)在所述一颗或多颗卫星的载噪比CNR小于预定阈值时，才影响选星装置(610)不将所述一颗或者多颗卫星选择用于定位。

16.根据权利要求12至15中的任一项所述的GPS接收机，其中所述多普勒频率偏移检测装置(600)在连续时间间隔上N次重复执行计算和判定，如果其中至少M次判定所述一颗或多颗卫星的载波出现异常频偏，则判定所述一颗或多颗卫星的载波出现异常频偏的判定结果是有效的，其中，M和N为正整数且M≤N。

17.根据权利要求12至15中的任一项所述的GPS接收机，所述频率偏移计算装置(650)进一步设计为：对于所述每颗卫星，用数字载波锁频环的当前时刻t的多普勒频率值减去在t时刻之前所述预定时间处的多普勒频率值，得到该颗卫星的多普勒频率变化值。

18.根据权利要求12至15中的任一项所述的GPS接收机，其中所述预定时间在10至20个单位时间之间。

19.一种全球定位***(GPS)接收机，包括数字基带处理器(50)和导航处理器(60)，其中所述导航处理器(60)包括根据权利要求10所述的多普勒频率偏移检测装置(600)以及用于选星的选星装置(610)，其中：

当所述多普勒频率偏移检测装置(600)判定一颗或者多颗卫星的载波出现异常频偏时，所述多普勒频率偏移检测装置(600)通知选星装置(610)不将所述一颗或者多颗卫星选择用于定位。

20.根据权利要求19所述的GPS接收机，其中判断所述一颗或多颗卫星的载噪比CNR是否大于预定阈值，当所述一颗或多颗卫星的CNR小于该预定阈值时，才影响选星装置(610)不将所述一颗或者多颗卫星选择用于定位。

21.根据权利要求19或20所述的GPS接收机，其中所述多普勒频率偏移检测装置(600)在连续时间间隔上N次重复执行计算和判定，如果其中至少M次判定所述一颗或多颗卫星的载波出现异常频偏，则判定所述一颗或多颗卫星的载波出现异常频偏的判定结果是有效的，其中，M和N为正整数且M≤N。

22.根据权利要求19至20中的任一项所述的GPS接收机，所述频率偏移计算装置(650)进一步设计为：对于所述每颗卫星，用数字载波锁频环的当前时刻t的多普勒频率值减去在t时刻之前所述预定时间处的多普勒频率值，得到该颗卫星的多普勒频率变化值。

23.根据权利要求19至20中的任一项所述的GPS接收机，其中所述预定时间在10至20个单位时间之间。