TWI411804B - 補償一時脈偏差之方法以及裝置 - Google Patents

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TWI411804B TW098120238A TW98120238A TWI411804B TW I411804 B TWI411804 B TW I411804B TW 098120238 A TW098120238 A TW 098120238A TW 98120238 A TW98120238 A TW 98120238A TW I411804 B TWI411804 B TW I411804B
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Description

補償一時脈偏差之方法以及裝置
本發明有關全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收機，更具體地，本發明有關一種補償一時脈偏差之方法以及裝置。
有關於全球導航衛星系統接收機最重要的問題之一是在GNSS接收機自電力關閉(power off)模式進入啟動(start up)模式時，如何獲得精確的GNSS時間。典型地，在GNSS接收機内部，除了實時時脈(Real Time Clock,RTC)的其他組部件，都在電力關閉模式時切斷電源(power down)。根據先前技術，當GNSS接收機電力開啟(power on)時，獲得初始GNSS時間的常用方法就是讀取實時時脈提供的實時時脈時間作爲協調世界時(Coordinated Universal Time，又可以稱之爲UTC)，然後進一步將自實時時脈得到的UTC直接轉換為GNSS時間的粗略初始值。
請注意，具有實時時脈漂移(drift)值的實時時脈為溫度敏感元件，其中實時時脈漂移值可以隨著溫度變化而劇烈變化，實時時脈漂移值對時間累積的量可以稱之為實時時脈偏差(bias)值。隨著時間的流逝，在GNSS接收機的電力關閉週期內，隨著實時時脈漂移值的累積，實時時脈偏差值會越來越大，這就使得GNSS時間的初始值變得不精確。
鑑於先前技術中GNSS時間的初始值變得不精確，本發明提供一種補償一時脈偏差之方法以及裝置。
本發明提供一種補償一時脈偏差之方法，應用於全球導航衛星系統接收機中，該方法包含：導出對應該全球導航衛星系統接收機關閉電力週期前之一第一時間點之一第一時脈漂移值；在該全球導航衛星系統接收機關閉電力週期內導出至少一關閉電力時脈漂移值；以及根據該第一時脈漂移值及該至少一關閉電力時脈漂移值，計算該第一時間點和該全球導航衛星系統接收機關閉電力週期後之第二時間點之間的該時脈偏差。
本發明另提供一種補償一時脈偏差之裝置，應用於一全球導航衛星系統接收機，該裝置包含：一時脈源，用於提供一參考時間，該參考時間具有待補償之該時脈偏差；以及一處理模組，耦接於該時脈源，用於導出對應該全球導航衛星系統接收機關閉電力週期前之一第一時間點之一第一時脈 漂移值，在該全球導航衛星系統接收機關閉電力週期內導出至少一關閉電力時脈漂移值，以及根據該第一時脈漂移值，以及該至少一關閉電力時脈漂移值，計算該第一時間點和該全球導航衛星系統接收機關閉電力週期後之第二時間點之間的該時脈偏差。
本發明所提供的方法以及裝置在環境(例如，溫度或者機械穩定性)劇烈變化時仍然就可以恰當地計算時脈偏差。本發明提供的方法以及裝置的另一個優點在於本發明所提供的方法以及裝置可以有助於訊框同步。所以，當GNSS接收機啟動時，與先前技術相比可以顯著降低首次定位時間(Time To First Fix,TTFF)。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包括」和「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。以外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。 間接的電氣連接手段包括通過其他裝置進行連接。
請參閱第1圖，第1圖為根據本發明的第一實施例，用在GNSS接收機中補償時脈偏差Bbias 的裝置100的示意圖。根據第一實施例的一選擇，裝置100可以代表GNSS接收機，但是本發明不以此為限。根據第一實施例的另一選擇，裝置100可以包含GNSS接收機。例如，裝置100可以為多功能設備，包含手機(cellular phone)功能、個人數位助理(Personal Digital Assistant,PDA)功能以及GNSS接收機功能。而根據本發明的另一個實施例，裝置100可以代表GNSS接收機的一部分。
根據第一實施例，裝置100包含處理模組110、非揮發性記憶體120、基頻電路130、時脈源以及環境感測器。如第1圖所示，此實施例中，時脈源可以為具有代表實時時脈偏差值的時脈偏差Bbias 的實時時脈140，環境感測器可以為溫度感測器150。另外，裝置100進一步包含RF模組180。
根據第一實施例，基頻電路130可以利用RF模組180接收來自GNSS衛星的信號，以及進一步根據RF模組180產生的信號實施基頻處理。此實施例中的處理模組110包含微處理器112以及導航(navigation)引擎114，其中微處理器112可以對裝置100實施整體控制，而導航引擎114可以根據來自基頻電路130的處理結果而實施詳細的導航運作。
GNSS接收機必須導出精確的時間資訊，以用於處理衛星信號。在每一次定位後(position fix)，處理模組110可以導出精確的時間資訊。但是當GNSS接收機剛自電力關閉模式醒來時，通常在獲得第一次定位前，GNSS接收機可能不能導出精確的時間資訊。既然實時時脈140在電力關閉週期內仍然處於電力開啟狀態，為了降低TTFF，處理模組110可以利用實時時脈140提供的參考時間，其中，該參考時間具有待補償之時脈偏差。此實施例的處理模組110可以透過適當地計算時脈偏差Bbias (即，此實施例中的實時時脈140的實時時脈偏差值)而導出精確的時間資訊。
根據第一實施例，處理模組110導出至少一個時脈漂移值，該至少一個時脈漂移值包含對應第一時間點的第一時脈漂移值D0 ，其中，此實施例中該至少一個時脈漂移值中每一個時脈漂移值均為實時時脈140的一個實時時脈漂移值。此外，處理模組110根據至少一個時脈漂移值以及根據至少一個時間區間(interval)計算時脈偏差Bbias ，其中，該時間區間位於第一時間點與第一時間點後的特定時間點之間的時間週期內。並且，在該第一時間點與該特定時間點之間該時間週期，該GNSS接收機電力關閉。更具體地，此實施例的處理模組110可以利用環境漂移(environment-drift)模組以及來自環境感測器(即，此實施例中的環境感測器150)的至少一個偵測結果，以導出至少一個時脈漂移值，這樣，就可以 恰當地計算時脈偏差Bbias ，而且精確的時間資訊就可以相應導出。作為結果，當GNSS接收機啟動時，與先前技術相比TTFF就可以顯著減小。
第2圖為根據本發明的一個實施例，如第1圖所示的處理模組110所用的溫度漂移模型示意圖。於圖示中，關於實時時脈140的振盪器頻率f的時脈漂移△f/f以PPM(Parts Per Million,PPM)為表示單位，而溫度的單位為℃。因為溫度漂移模型的曲線(curve)為抛物形(parabolic)，所以當溫度遠遠偏離曲線的對稱軸時，時脈漂移就會劇烈變化。透過將溫度漂移模型應用到第一實施例，就可以恰當計算時脈偏差Bbias ，因此就可以導出精確的時間資訊。
第3圖為根據本發明的一個實施例，在GNSS接收機中補償時脈偏差的方法。如第3圖所示的方法可以利用如第1圖所示的裝置100實現，其中，第3圖以時間為參考而描述在GNSS接收機中補償時脈偏差的方法。請參閱第1圖以及第3圖，處理模組110導出對應第一時間點的時脈漂移值D0 (時脈漂移值D0 可以稱之為第一時脈漂移值，所以上述步驟就可以描述為：導出時脈漂移值D0 )，然後在GNSS接收機電力關閉之前，將時脈漂移值D0 存儲在非揮發性記憶體120中。時脈漂移值D0 可以根據不同的實現選擇而導出如下。
根據此實施例的第一實現選擇，在GNSS接收機獲得一次有效的定位之後，GNSS接收機典型地可以達到GNSS時間的奈秒級(nano-second)精確度，處理模組110透過將實時時脈140的參考時間與精確的GNSS時間做比較，從而計算時脈漂移值D0 。
根據此實施例的第二實現選擇，根據自溫度感測器150偵測的溫度，透過利用環境漂移模型(例如第2圖所示的溫度漂移模型)處理模組110可以計算時脈漂移值D0 。
在GNSS接收機電力開啟之後，在特定的時間點，處理模組110臨時將初始GNSS時間設置作為電力關閉週期後自實時時脈140的參考時間導出的實時時脈時間，從而計算時脈偏差Bbias ，以及使用時脈偏差Bbias 補償初始GNSS時間。時脈偏差Bbias 可以使用下列方程式計算。
Bbias =D0 *△T；其中，△T代表在第一時間點與特定時間點之間的時間週期。既然時脈偏差Bbias 可以恰當計算，那麽相應地就可以得到精確的時間資訊。
第4圖為根據本發明的另一個實施例，在GNSS接收機中的補償時脈偏差的方法，其中，此實施例為第3圖中所示 實施例的一個變形。如第4圖所示的方法可以利用第1圖所示的裝置100實現，其中，第4圖以時間為參考而描述在GNSS接收機中補償時脈偏差的方法。
可以根據如第3圖所示的實施例的兩個實現選擇中的任何一個而導出時脈漂移值D0 。在GNSS接收機電力開啟之後，處理模組110進一步導出如第3圖所示的實施例的第二個實現選擇所揭露的另一個時脈漂移值D1 ，其中，時脈漂移值D1 對應特定的時間點。處理模組110臨時將初始GNSS時間設置作為電力關閉週期後自實時時脈140的參考時間導出的實時時脈時間，從而計算時脈偏差Bbias ，以及使用時脈偏差Bbias 補償初始GNSS時間。時脈偏差Bbias 可以使用如下方程式而計算。
Bbias =(D0 +D1 )* 0.5 *△T；其中，△T代表第一時間點與特定時間點之間的時間週期。
第5圖為根據本發明的另一個實施例，在GNSS接收機中補償時脈偏差的方法，其中，此實施例為第3圖所示的實施例的另一個變形。如第5圖所示的方法可以使用如第1圖所示的裝置100而實現，其中，第5圖以時間為參考而描述在GNSS接收機中補償時脈偏差的方法。
可以根據第3圖所示的實施例的兩個實現選擇中任何一個而導出時脈漂移值D0 。在電力關閉週期內(即，GNSS接收機電力關閉至GNSS接收機電力開啟的週期內)裝置100利用實時時脈140的實時時脈喚醒(wake-up)功能以喚醒處理模組110(特別地，此處為微處理器112)一次或者多次，以在電力關閉週期內導出至少一個時脈漂移值D1 ，即分別喚醒微處理器導出時脈漂移值D1 ~Dn-1 。更具體地，在此實施例中，裝置100利用實時時脈喚醒功能喚醒微處理器112多次，以導出第5圖所示的多個時脈漂移值D1 、D2 、……以及Dn-1 ，其中，n為大於1的整數。如第5圖所示，處理模組110(特別地，此處為微處理器112)計算出各個時間點的時脈漂移值D1 、D2 、……以及Dn-1 中的一個時脈漂移值DN 。考量到時脈漂移值DN ，其中，n為大於1的整數，N=1,2,…,(n-1)，處理模組110然後利用環境漂移模型，例如第2圖所示的溫度漂移模型(例如，第2圖所示的溫度漂移模型)而將偵測結果(如自溫度感測器150偵測得到的溫度)轉換為時脈漂移值DN 。此外，導出時脈漂移值DN 後，處理模組110就可以將時脈漂移值DN 存儲在非揮發性記憶體120中，然後再次回到睡眠狀態以節省電力。
在GNSS接收機電力開啟後，處理模組110進一步以與得到時脈漂移值D1 、D2 、……以及Dn-1 相同的方式導出另一個時脈漂移值Dn (即導出時脈漂移值Dn )，其中，時脈漂移值Dn 對應特定的時間點。處理模組110臨時將GNSS時 間設置為電力關閉週期後自實時時脈140的參考時間而導出的實時時脈時間，從而計算時脈漂移值Bbias ，然後使用時脈漂移值Bbias 補償初始GNSS時間。此處，時脈漂移值Bbias 可以使用如下方程式計算得到。
Bbias =(D0 +D1 )* 0.5 *△T1 +(D1 +D2 )* 0.5 *△T2 +...+(Dn-1 +Dn )* 0.5 *△Tn ；其中△T1 、△T2 、……以及△Tn 代表分別對應多個時脈漂移值D0 、D1 、……以及Dn 的時間點之間的時間區間。
根據此實施例，當多個時脈漂移值D1 、D2 、……以及Dn-1 中的一個時脈漂移值DN 的絕對值比前一個時脈漂移值DN-1 的絕對值大時，處理模組110將時間區間△TN+1 設置為比前一個時間區間△TN 小，其中，時間區間△TN+1 用於導出下一個時脈漂移值DN+1 。此外，當多個時脈漂移值D1 、D2 、……以及Dn-1 中的一個時脈漂移值DN 的絕對值時比前一個時脈漂移值DN-1 的絕對值小時，處理模組110將時間區間△TN+1 設置為比前一個時間區間△TN 大，其中，時間區間△TN+1 用於導出下一個時脈漂移值DN+1 。進一步說，當多個時脈漂移值D1 、D2 、……以及Dn-1 中的一個時脈漂移值DN 的絕對值時與前一個時脈漂移值DN-1 的絕對值相等時，處理模組110將時間區間△TN+1 設置為與比前一個時間區間△TN 相等，其中，時間區間△TN+1 用於導出下一個時脈漂移值 DN+1 。
請注意，在此實施例中，雖然處理模組110可以將多個偵測結果中的一個偵測出來時，計算多個時脈漂移值中的一個，但是本發明不以此為限。在此實施例的一個變形中，當多個偵測結果中的一個偵測出來時，處理模組110臨時存儲此偵測結果，以用於在特定時間點實施的進一步的計算，以在電力關閉週期內更有效地節省電力。也就是說，在上述分別的時間點，處理模組110可以臨時將溫度存儲在記憶體120中，然後進入睡眠狀態，而不是存儲多個時脈漂移值D1 、D2 、……以及Dn-1 。根據此變形，直到GNSS接收機再次電力開啟才實施有關時脈漂移值D1 、D2 、……以及Dn-1 的計算。
根據本發明的第二實施例(第二實施例為本發明的第一實施例的一個變形)，溫度感測器150可以使用振動(vibration)感測器所替代。因此，前述環境漂移模型就可以為振動漂移模型，而且偵測結果就可以代表振動。相似的描述在此實施例不再重復。
根據本發明的第三實施例(第三實施例為本發明第一實施例的一個變形，也是第二實施例的一個變形)，裝置100也可以包含多個環境感測器，例如，溫度感測器150以及前述振動感測器。因此，處理模組110利用分別的環境漂移模 型(例如，溫度漂移模型以及振動漂移模型)以及來自環境感測器的分別的偵測結果，可以導出至少一個時脈漂移值。相似的描述在此實施例不再重復。
本發明的一個優點在於，本發明所提供的方法以及裝置可以分別利用所需的合適的方程式恰當地計算時脈偏差Bbias 。當環境(例如，溫度或者機械穩定性)劇烈變化，就可以根據至少一個環境漂移模型導出多個時脈漂移值，這樣，就可以恰當地計算時脈偏差Bbias 。因此，在電力關閉週期後，就可以導出精確的時間資訊。
本發明的另一個優點在於本發明所提供的方法以及裝置可以有助於訊框同步。所以，當GNSS接收機啟動時，與先前技術相比，可以顯著降低TTFF。
任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視所附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧裝置
110‧‧‧處理模組
112‧‧‧微處理器
114‧‧‧導航引擎
120‧‧‧非揮發性記憶體
130‧‧‧基頻電路
140‧‧‧實時時脈
150‧‧‧溫度感測器
180‧‧‧RF模組
第1圖為根據本發明的第一實施例，用在GNSS接收機中補償時脈偏差Bbias 的裝置100的示意圖。
第2圖為根據本發明的一個實施例，第1圖所示的處理 模組110所用的溫度漂移模型示意圖。
第3圖為根據本發明的一個實施例，在GNSS接收機中補償時脈偏差的方法。
第4圖為根據本發明的另一個實施例，在GNSS接收機中的補償時脈偏差的方法。
第5圖為根據本發明的另一個實施例，在GNSS接收機中補償時脈偏差的方法。
100．．．裝置
110．．．處理模組
112．．．微處理器
114．．．導航引擎
120．．．非揮發性記憶體
130．．．基頻電路
140．．．實時時脈
150．．．溫度感測器
180．．．RF模組

Claims (17)

  1. 一種補償一時脈偏差之方法，應用於一全球導航衛星系統接收機中，該方法包含：導出對應該全球導航衛星系統接收機關閉電力週期前之一第一時間點之一第一時脈漂移值；在該全球導航衛星系統接收機關閉電力週期內導出至少一關閉電力時脈漂移值；以及根據該第一時脈漂移值及該至少一關閉電力時脈漂移值，計算該第一時間點和該全球導航衛星系統接收機關閉電力週期後之第二時間點之間的該時脈偏差。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之補償一時脈偏差之方法，進一步包含：在該第二時間點導出一第二時脈漂移值；以及根據該第一時脈漂移值、該至少一關閉電力時脈漂移值和該第二時脈漂移值計算該時脈偏差。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之補償一時脈偏差之方法，進一步包含：提供一環境感測器；以及利用一環境漂移模型以及來自該環境感測器之至少一個偵測結果，導出該至少一個時脈漂移值。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之補償一時脈偏差之方法，其中該環境感測器為一溫度感測器，該環境漂移模型為一溫度漂移模型，以及該偵測結果代表溫度。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之補償一時脈偏差之方法，其中，該環境感測器為一振動感測器，以及該環境漂移模型為一振動漂移模型，以及該偵測結果代表振動。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之補償一時脈偏差之方法，其中，該至少一個偵測結果包含多個偵測結果，以及該補償一時脈偏差之方法進一步包含：當偵測到該多個偵測結果中的其中之一時，臨時存儲該偵測結果，以用於進一步在一特定時間點實施計算；以及/或者當偵測到該多個偵測結果中的其中之一時，計算該至少一個時脈漂移值中一個。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之補償一時脈偏差之方法，其中，使用下面方程式計算該時脈偏差：Bbias =(D0 +D1 )* 0.5 *△T1 +(D1 +D2 )* 0.5 *△T2 +...+(Dn-1 +Dn )* 0.5 *△Tn ；其中，D0 代表該第一時脈漂移值，D1 ~Dn-1 代表該多個關閉電力時脈漂移值，Dn 代表該第二時脈漂移值，Bbias 代表該時脈偏差，△T1 、△T2 、……以及△ Tn 代表分別對應該多個時脈漂移值的時間點之間的時間區間，其中，n為大於1的整數。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之補償一時脈偏差之方法，其中，計算該時脈偏差之步驟進一步包含：當該多個關閉電力時脈漂移值D1 、D2 、……以及Dn-1 中的一關閉電力時脈漂移值DN 的一絕對值比前一個關閉電力時脈漂移值DN-1 一絕對值大時，將時間區間△TN+1 設置為比前一個時間區間△TN 小，其中，該時間區間△TN+1 用於導出該關閉電力時脈漂移值DN+1 ；以及/或者當該多個關閉電力時脈漂移值D1 、D2 、……以及Dn-1 中的該關閉電力時脈漂移值DN 的該絕對值比該前一個關閉電力時脈漂移值DN-1 的絕對值小時，將該時間區間△TN+1 設置為比該時間區間△TN 大，其中，該時間區間△TN+1 用於導出該關閉電力時脈漂移值DN+1 ；其中，n為大於1的整數，N=1,2,…,(n-1)。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之補償一時脈偏差之方法，進一步包含：當該全球導航衛星系統接收機電力開啟時，使用已計算之該時脈偏差補償具有該時脈偏差之一初始全球導航衛星系統時間。
  10. 一種補償一時脈偏差之裝置，應用於一全球導航衛星系 統接收機，該補償一時脈偏差之裝置包含：一時脈源，用於提供一參考時間，該參考時間具有待補償之該時脈偏差；以及一處理模組，耦接於該時脈源，用於導出對應該全球導航衛星系統接收機關閉電力週期前之一第一時間點之一第一時脈漂移值，在該全球導航衛星系統接收機關閉電力週期內導出至少一關閉電力時脈漂移值，以及根據該第一時脈漂移值，以及該至少一關閉電力時脈漂移值，計算該第一時間點和該全球導航衛星系統接收機關閉電力週期後之第二時間點之間的該時脈偏差。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之補償一時脈偏差之裝置，其中該處理模組在該第二時間點導出一第二時脈漂移值，並根據該第一時脈漂移值、該至少一關閉電力時脈漂移值和該第二時脈漂移值計算該時脈偏差。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之補償一時脈偏差之裝置，進一步包含：一環境感測器；其中，該處理模組利用一環境漂移模型以及來自該環境感測器之至少一個偵測結果，導出該至少一個時脈漂移值。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之補償一時脈偏差之裝 置，其中，該環境感測器為一溫度感測器，該環境漂移模型為一溫度漂移模型，以及該偵測結果代表溫度。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之補償一時脈偏差之裝置，其中，該環境感測器為一振動感測器，該環境漂移模型為一振動漂移模型，該偵測結果代表振動。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之補償一時脈偏差之裝置，其中，該至少一個偵測結果包含多個偵測結果，以及當偵測到該多個偵測結果中的其中之一時，該處理模組臨時存儲該偵測結果，以用於在一特定時間點進一步實施計算；以及/或者其中，該至少一個偵測結果包含多個偵測結果，當偵測到該多個偵測結果中的其中之一時，該處理模組計算該多個時脈漂移值中一個。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之補償一時脈偏差之裝置，其中，該時脈偏差以下列方程式計算：Bbias =(D0 +D1 )* 0.5 *△T1 +(D1 +D2 )* 0.5 *△T2 +...+(Dn-1 +Dn )* 0.5 *△Tn ；其中，D0 代表該第一時脈漂移值，D1 ~Dn-1 代表該多個關閉電力時脈漂移值，Dn 代表該第二時脈漂移值，Bbias 代表該時脈偏差，△T1 、△T2 、……以及△Tn 代表分別對應該多個時脈漂移值D0 、D1 、…… 以及Dn 的時間點之間時間區間，其中，n為大於1的整數，N=1,2,…,(n-1)。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之補償一時脈偏差之裝置，其中，該處理模組計算該時脈偏差之步驟進一步包含：當該多個關閉電力時脈漂移值D1 、D2 、……以及Dn-1 中的一關閉電力時脈漂移值DN 的一絕對值比前一個關閉電力時脈漂移值DN-1 一絕對值大時，將時間區間△TN+1 設置為比前一個時間區間△TN 小，其中，該時間區間△TN+1 用於導出該關閉電力時脈漂移值DN+1 ；以及/或者當該多個關閉電力時脈漂移值D1 、D2 、……以及Dn-1 中的該關閉電力時脈漂移值DN 的該絕對值比該關閉電力時脈漂移值DN-1 的絕對值小時，將該時間區間△TN+1 設置為比該時間區間△TN 大，其中，該時間區間△TN+1 用於導出該關閉電力時脈漂移值DN+1 ，其中，n為大於1的整數，N=1,2,…,(n-1)。
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