CN201060266Y - 加速gps信号捕获的实时时钟电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种加速GPS信号定位的高精度实时时钟电路，包括下述模块：一个在预定速率下生成周期时钟脉冲的低功率振荡器；一个N－比特计数器，对上述低功率振荡器作出响应，每秒生成一个脉冲信号；一个M－比特计数器，对上述每秒生成的一个脉冲信号作出响应，生成一个明确的时钟计数；一个快速存储器，用于GPS接收机关机时防止数据丢失；一个备用电源用于保持上述各模块的正常运行；其特征在于，还包括一个触发器，该触发器的一个输入接口连接GPS接收机的接收器时基至导航跟踪处理器的连线上；另一个输入接口连接N－比特计数器；输出接口连接导航跟踪处理器3；该触发器用于每毫秒对N－比特计数器的数据进行读取。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种全球定位***(GPS)接收机的实时时钟电路。具体说是一种加速GPS信号定位的一种实时时钟电路。
背景技术
GPS准确的定位需要本地接收机具有精确的实时时间。我们要获得伪距测量相关的准确的卫星位置，并且需要获得GPS接收机和每个卫星之间的信号传输时间来确定伪距的测量值。GPS信息的时钟时间是在卫星上精确同步的绝对时间信号。接收机性能指标中最重要的就是定位时间，而且在许多关键的领域，定位时间是至关重要的。接收机的定位时间长短是由接收机本身的设计决定的，并且是用户选择GPS接收机要考虑的关键因素。
现有的GPS接收机通常使用只有1秒分辨率的实时时钟电路，而且无法和GPS接收器内部时基精确同步。从而一旦设备上电，该GPS接收机被迫直接从卫星信号中重新获得时间。而且市场上定位时间最短的GPS接收机在上电以后一般也要10-15秒才能完成第一个定位信息。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种加速GPS信号定位的高精度实时时钟电路。
本实用新型是采取如下技术方案予以实现的：一种加速GPS信号捕获的实时时钟电路，包括下述模块：
一个在预定速率下生成周期时钟脉冲的低功率振荡器；
一个N-比特计数器，对上述低功率振荡器作出响应，每秒生成一个脉冲信号；
一个M-比特计数器，对上述每秒生成的一个脉冲信号作出响应，生成一个明确的时钟计数；
一个快速存储器，用于GPS接收机关机时防止数据丢失；
一个备用电源用于保持上述各模块的正常运行；
其特征在于，还包括一个触发器，该触发器的一个输入接口连接GPS接收机的接收器时基至导航跟踪处理器的连线上；另一个输入接口连接N-比特计数器；输出接口连接导航跟踪处理器3；该触发器用于每毫秒对N-比特计数器的数据进行读取。
在上述方案中，还可包括一个设置在低功耗振荡器旁的温度传感器，该温度传感器连接到GPS接收机的导航跟踪处理器；所述的快速存储器为非易失性存储器。
本实用新型在接收机可以获得卫星的位置和时间精确值时，GPS接收机给改进的实时时钟电路传递一个时间参考信号。一旦精确时间值在接收机中同步下来，这个值会在位置误差方面有个很小的影响；直到接收机再次从卫星测量时重新收集精确GPS时间。因此这个绝对时间也就是GPS接收机的接收器时基中未知的时钟偏差在上电之后可以成为一个精确的时间参数，并且在位置计算开始前避免从卫星广播数据中获得精确时间，因此缩短了定位时间。本实用新型利用改进的实时时钟电路可以在接收机已经启动的情况下，使定位时间缩短到1秒以内。
附图说明
图1显示了GPS接收机的设计框图，突出现有接收机的实时时钟电路。
图2显示了本实用新型改进的实时时钟电路结构框图。
具体实施方式
如图1所示，现有的GPS接收机的实时时钟电路包括一个运行在相对低频率(32.768kHz)的低功率(0.5mW)振荡器5、一个快速存储器9、2个产生1秒计数的计数器6，7，一个独立的备用电源8用来保持实时时钟电路各模块的正常运行。
***GPS接收机包括一个射频处理模块1，将射频信号变成基带信号；一个数字信号处理块2，用来对数字信号执行高速信号处理，例如同步和CDMA信号解扩，估计和去除信号多普勒或载波相位等；一个导航跟踪处理器3，进行有关的控制，导航跟踪处理器3也用数字信号处理技术控制软件中的获取和跟踪函数。
当得到GPS卫星位置后，接收机用卫星的已解码精确时间来推断接收器时基4的时间偏差，在获得位置信号后，精确时间作为导航的一个计算结果，也可以在导航跟踪处理器3中计算出来。现有的减少定位时间的主要困难是不能精确的预测时间。如果有精确的时间可以避免收集卫星广播数据的过程，也能预测编码相位到一个足够高的精度来大大减少全部编码相位搜索空间。
一般情况下，普通GPS接收机需要执行以下几个步骤才能进行定位。
如表1所示，执行这些步骤的总时间为23到43秒(无存储的历书信息)和5到13秒(有已存储的历书信息)。
如图2所示，本实用新型GPS接收机的实时时钟电路是在图1实时时钟电路的基础上增加了一个触发器11和一个设置在低功耗振荡器5上的温度传感器10，触发器11的一个输入接口连接GPS接收机的接收器时基4至导航跟踪处理器3的连线上，另一个输入接口连接N-比特计数器6，触发器11的输出接口连接导航跟踪处理器3；该触发器用于每毫秒对N-比特计数器6的数据进行读取。温度传感器10可以设置在低功耗振荡器5的旁边，其输出连接GPS接收机的导航跟踪处理器3，温度传感器10用于对低功耗振荡器5进行校准。
触发器11接口每毫秒从N-比特计数器6读取N个输出比特，触发器11接口的时钟信号由接收机时基4产生，因此在改进实时时钟的每1KHz边沿读取计数。既然每1KHz边沿也能表示接收机测量历元，即可以用与测试历元相应的内部1KHz中断来读取N-比特计数器6M-比特计数器7的数据来从实时时钟中获取时间，这一步骤可以通过导航跟踪处理器3运行一定的软件来实现。图2显示时间分辨率是可以达到1/32毫秒的。在普通接收机中，只能达到1秒时间分辨率而且不能与接收机时基4同步。
本实用新型中，当接收机可以得到卫星的位置和时间坐标时，从GPS接收机传递一个精确的时间参考信号到实时时钟电路。实时时钟电路通过触发器11可以每毫秒从N-比特计数器6中读取N个输出比特，这样就可以让实时时钟电路的分辨精度维持在1/32毫秒上。当***电源关闭时，实时时钟通过备用电源8进行工作，通过低功率振荡器5的稳定输出，同样可以维持实时时间在一个精确的等级上。精确GPS时间的最后一个已知值和相应的实时时钟计数值存储在非易失性快速存储器9中。当重新上电时，快速存储器9将这个时间和实时时钟电路的计数值传递回导航跟踪处理器3，就可以计算出当时的精确时间。并且通过触发器11每1KHz边沿来读取N-比特计数器来继续维持这个精确时间。从而当GPS精确时间参考信号无效时可以提供一个较精确的时间参考。一旦这个较精确的时间在接收机中确定下来，这个值对位置误测量的误差很小，一直到接收机再次从GPS卫星信号中可以再次接收到精确时间。因此，GPS接收机的接收器时基4中的时间在上电之后可以精确的得到，也就避免了位置计算开始前从卫星广播数据中获得精确时间，因此缩短了定位时间。
改进的实时时钟电路可以大大缩短获取时间，因为它可以在关闭主电源期间保持这个精确时间；或当GPS信号无效时，通过强制编码相位搜索算法直接获得传播频谱信号，这个编码相位在可能存在的编码相位范围内(基于当前精确时间，卫星已知位置，自从设备已经切断后的位置的估计值)。这充分减少了搜索时间，即只要全部编码相位搜索空间的一小部分。这也允许除去比特同步和消息同步过程，也就是需要从卫星获取当前时间的数据解码步骤。通过本实用新型，在短期的电源消耗后接收机可以使定位时间缩短为1秒左右。位置获取步骤，和完成这些步骤的相应时间，如表2所示：
从表1与表2的比较可以看出，执行这些步骤的总共时间已经从表1中的5-13秒非常明显地缩短到只有1.3秒(包括已存储的星历数据)。这是由于除去了几个步骤和降低了其他步骤的时间。轨道预测步骤被省去了，因为假定接收机是最近使用的，从而不太影响卫星的选择。在最后一次使用之后的时间可以通过实时时钟测量出来，并可以用来判断可见度的同一性。从先前测量的多普勒中预测多普勒，当前时间和先前卫星广播星历数据存储在非易失性存储器中，上电后快速预测卫星可见度和多普勒。
编码同步步骤被大大降低，自从与接收机的接收器时基4相关的当前编码相位可以用最近测量的编码相位，测量相位速率，这些测量的时间，和用改进实时时钟表示的当前时间估计出来。在关闭电源时保存这些参数到非易失性存储器中。
位同步与消息同步步骤在大部分条件下可以除去，如位传输的时间可以从先前位同步状态数据中预测出来。值得注意的是，数据位，位同步和码相位是同步的，因此，在电源断开期间之前知道码相位，位同步和帧同步位置，在电源断开期间以后能够准确预测码相位，也可以在电源断开期间以后预测位同步和帧同步状态，因此排除搜索的必要。如果码相位可以被估计，那么数据位的传输位置也可以被预测，就没有必要搜索位同步。
使用导航跟踪处理器3易读的温度传感器10，对随温度进行变化的低功耗振荡器5进行校准。校准原理是在***电源开启时，首先通过温度传感器10测量出振荡器当时的温度，然后可以通过事先存储的低功耗振荡器5的振荡频率偏差和温度的对应查找表，找出此时的振荡频率偏差，对快速存储器9中的计数值进行相应的修改。在***电源关闭时，在快速存储器9首先通过温度传感器10测量出振荡器当时的温度，然后和***电源再次上电时的温度进行平均，求出***电源关闭时的平均温度，以此温度对***电源关闭时存储的计数值进行修正。温度传感器10修正了低功耗振荡器5的输出频率随温度变化的误差，使得本实时时钟电路可以将时间保持的更加精确。
通过上述本实用新型的两个改进的技术方案，实时时钟电路维持和预测准确时间的能力提高了，绝对时间的不确定性也大大降低了。
Claims (3)
1.一种加速GPS信号捕获的实时时钟电路，包括下述模块：
一个在预定速率下生成周期时钟脉冲的低功率振荡器；
一个N-比特计数器，对上述低功率振荡器作出响应，每秒生成一个脉冲信号；
一个M-比特计数器，对上述每秒生成的一个脉冲信号作出响应，生成一个明确的时钟计数；
一个快速存储器，用于GPS接收机关机时防止数据丢失；
一个备用电源用于保持上述各模块的正常运行；
其特征在于，还包括一个触发器，该触发器的一个输入接口连接GPS接收机的接收器时基至导航跟踪处理器的连线上，另一个输入接口连接N-比特计数器，输出接口连接导航跟踪处理器3，该触发器用于每毫秒对N-比特计数器的数据进行读取。
2.根据权利要求1所述的加速GPS信号捕获的实时时钟电路，其特征在于，还包括一个设置在低功耗振荡器旁、连接GPS接收机的导航跟踪处理器的温度传感器。
3.根据权利要求1或2所述的加速GPS信号捕获的实时时钟电路，其特征在于，所述的快速存储器为非易失性存储器。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101334463B (zh) * | 2008-07-29 | 2010-05-12 | 北京航空航天大学 | Gnss导航信号模拟器中时间参数的模拟方法 |
| CN101655548B (zh) * | 2008-08-18 | 2012-04-11 | 凹凸电子（武汉）有限公司 | 信号捕获***及方法 |
| CN110857993A (zh) * | 2018-08-24 | 2020-03-03 | 百度（美国）有限责任公司 | 用于自动驾驶车辆基于gps的高精度时间戳生成电路 |
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2007
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