专利名称：利用相位角变化译码导航数据的电子装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种译码导航数据的方法，特别是涉及一种利用相位角变化译码导航
数据的电子装置及其方法。
背景技术：
全球定位系统(Global Positioning System,GPS)是一个中距离圆型轨道卫星导 航系统。它可以为地球表面绝大部分地区(98%)提供准确的定位、测速和高精度的时间 标准。全球定位系统由美国国防部研制和维护，可满足位于全球任何地方或近地空间的军 事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。系统包括太空中的24颗GPS卫 星；地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为客户端的GPS接收机。最少 只需其中4颗卫星，就能迅速确定客户端在地球上所处的位置及海拔高度；所能收联接到 的卫星数越多，译码出来的位置就越精确。 由于GPS具有不受天气影响、全球高覆盖率(98% )与可移动定位等特性，因此 除了军事用途外，大量用于民生的导航(例如飞机导航、船舶导航与行车导航等)与定位 (例如车辆防盗、行动通讯装置的定位等)等。 卫星围绕着地球运转，因此全球定位系统在接收卫星所发出的卫星信号时，会随 着卫星所在的位置而使得全球定位系统所接收到的卫星信号强弱不一，例如卫星在全球 定位系统的正上方时，信号较强，当卫星在靠近地平面时，信号会较弱。同时，卫星信号也会 受到其它电磁辐射等干扰而使得全球定位系统的收讯不佳。同时，根据多普勒定律，卫星所 发出的信号会受GPS与卫星的相对运动或其它干扰因素影响，而使得GPS所能接收到的卫 星信号的频率与卫星所发出的信号的频率会有些许的频率差异。 传统GPS利用前后笔导航数据所得的相位角差来修正追踪频率，以得到下一笔的 追踪频率，即以单笔数据的相位差叠代逼近追踪频率。并且，GPS利用修正后的追踪频率锁 定卫星信号中正时序码(Prompt)的相位，然后通过判断正时序时码(Prompt real)的正负 号来解码出每一笔导航数据。 但是在卫星信号微弱或是噪声干扰过的情形下，会产生错误的相位角差，而无法 的得到精准的追踪频率，使得导航数据译码错误。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用相位角变化译码导航数据的电子 装置及其方法，可以避免因为卫星信号微弱或噪声的影响，产生错误的相位角差而无法的 得到精准的追踪频率，使得导航数据译码错误。 为了实现上述目的，本发明提供了一种利用相位角变化译码导航数据的方法，其
特征在于，包含有 接收一卫星信号； 从该卫星信号中取得一第一导航数据；
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计算该第一导航数据的一第一相位角； 从该卫星信号中接续该第一导航数据取得一第二导航数据； 计算该第二导航数据的一第二相位角； 计算该第一相位角与该第二相位角之间的一相位角差； 判断该相位角差是否大于90度； 当该相位角差大于90度时，判定该第一导航数据与该第二导航数据为异号，并依 据该第一导航数据与判定结果记录该第二导航数据；以及 当该相位角差小于等于90度时，判定该第一导航数据与该第二导航数据为同号， 并依据该第一导航数据与判定结果记录该第二导航数据。 所述的利用相位角变化译码导航数据的方法，其中，该计算该第一导航数据的一 第一相位角的步骤，包括 利用一锁相回路(Phase Lock Loop, PLL)得到一正时序码(Prompt); 以一数字基频信号(I/Q)与该正时序码计算得出一正时序实码(PromptReal，IP)
与一正时序虚码(Prompt Image, QP);以及 根据该正时序实码与该正时序虚码计算得到该第一相位角。 所述的利用相位角变化译码导航数据的方法，其中，该计算该第二导航数据的一
第二相位角的步骤，包括 利用一锁相回路得到一正时序码； 以一数字基频信号与该正时序码计算得出一正时序实码与一正时序虚码；以及
根据该正时序实码与该正时序虚码计算得到该第二相位角。
所述的利用相位角变化译码导航数据的方法，其中，还包括
纪录该第一导航数据为逻辑0 ; 其中，该当该相位角差大于90度时，判定该第一导航数据与该第二导航数据为异 号，并依据该第一导航数据与判定结果记录该第二导航数据的步骤，包括判定该第一导航 数据与该第二导航数据为异号；以及纪录该第二导航数据为逻辑1。
所述的利用相位角变化译码导航数据的方法，其中，还包括
纪录该第一导航数据为逻辑1 ; 其中，该当该相位角差大于90度时，判定该第一导航数据与该第二导航数据为异 号，并依据该第一导航数据与判定结果记录该第二导航数据的步骤，包括判定该第一导航 数据与该第二导航数据为异号；以及纪录该第二导航数据为逻辑O。
所述的利用相位角变化译码导航数据的方法，其中，还包括
纪录该第一导航数据为逻辑0 ; 其中，该当该相位角差小于等于90度时，判定该第一导航数据与该第二导航数据 为同号，并依据该第一导航数据与判定结果记录该第二导航数据的步骤，包括判定该第一 导航数据与该第二导航数据为同号；以及纪录该第二导航数据为逻辑O。
所述的利用相位角变化译码导航数据的方法，其中，还包括
纪录该第一导航数据为逻辑1 ; 其中，该当该相位角差小于等于90度时，判定该第一导航数据与该第二导航数据 为同号，并依据该第一导航数据与判定结果记录该第二导航数据的步骤，包括判定该第一导航数据与该第二导航数据为同号；以及纪录该第二导航数据为逻辑1。 为了实现上述目的，本发明还提供了一种利用相位角变化译码导航数据的电子装
置，其特征在于，包含有 —天线模块，用以接收一卫星信号； —模拟数字转换器，电性连接该天线模块，用以将该卫星信号依序转换成多笔导 航数据；以及 —处理模块，电性连接该模拟数字转换器，用以由该多笔导航数据中计算出每两 相邻的前后该笔导航数据的一相位角差，当该相位角差大于90度时，判定每两相邻的前后 该笔导航数据为异号，当该相位角差小于等于90度时，判定每两相邻的前后该笔导航数据 为同号。 根据本发明所提供的利用相位角变化译码导航数据的电子装置及其方法，先行连 续接收多个卫星中之一的多笔数据，以得到每一笔数据的相位角，计算前后笔数据的相位 角以得到相位角差。当相位角差大于90度时，判定前后笔数据为异号，当相位角差小于等 于90度时，判定前后笔数据为同号；以及依据前一笔数据与判定结果记录后一笔数据。于 此，本发明所提供的利用相位角变化译码导航数据的方法无关于追踪频率的修正，而通过 直接比对前后笔数据之间的相位角差是否大于90度来判读每一笔数据，因而可以提高导 航数据译码正确率，提高全球定位系统(Global Positioning System, GPS)的敏感性。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为根据本发明的利用相位角变化译码导航数据的方法流程图； 图2为根据本发明的由第一导航数据中计算得出第一相位角的方法流程图； 图3为根据本发明的由第二导航数据中计算得出第二相位角的方法流程图； 图4为根据本发明的卫星信号示意图； 图5为根据本发明的利用相位角变化译码导航数据的电子装置示意图。 其中，附图标记 31 天线模块 32 模拟数字转换器 33 处理模块
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。
图1为根据本发明的利用相位角变化译码导航数据的方法流程图。
请参照图l，本发明一实施例的利用相位角变化译码导航数据的方法包含有接 收一卫星信号(步骤21);从卫星信号中取得一第一导航数据(步骤22);计算第一导航数 据的第一相位角(步骤23);从卫星信号中接续第一导航数据取得一第二导航数据(步骤 24);计算第二导航数据的一第二相位角(步骤25);计算第一相位角与第二相位角之间的 一相位角差(步骤26);判断相位角差是否大于90度(步骤27);当相位角差大于90度时，
判定第一导航数据与第二导航数据为异号，并依据第一导航数据与判定结果记录第二导航数据(步骤28);以及当相位角差小于等于90度时，判定第一导航数据与第二导航数据为 同号，并依据第一导航数据与判定结果记录第二导航数据(步骤29)。 由于卫星围绕着地球运转，因此全球定位系统(Global Positioning System, GPS)在接收卫星所发出的卫星信号时，会随着卫星所在的位置而使得全球定位系统所接收 到的卫星信号强弱不一，例如卫星在全球定位系统的正上方时，所需要穿过的大气层厚度 较薄，因此信号会较强，当卫星在靠近地平面时，所需要穿过的大气层厚度较厚，因此信号 会较弱。同时，卫星信号也会受到其它电磁辐射等干扰而使得全球定位系统的收讯不佳。根 据多普勒定律，卫星所发出的信号会受GPS与卫星的相对运动或其它干扰因素影B向，而使
得GPS所能接收到的卫星信号的频率与卫星所发出的信号的频率会有些许的频率差异。
因此GPS为了能精准的接受到卫星信号中的数据，以一既定频率范围内的多个追 踪频率来侦测卫星，以接收卫星所发出的卫星信号。而在既定频率范围内的多个追踪频率 皆可侦测到卫星，但唯有能接收到的卫星信号最强的追踪频率才是最接近受到多普勒效应 等影响后的卫星信号的频率。 因此根据本发明的利用相位角变化译码导航数据的方法步骤21先行以一既定 频率范围搜寻卫星(例如搜寻到三个卫星，可以得知全球定位系统所在位置的经纬度；搜 寻到四个卫星，可以得知全球定位系统的经纬度与海拔高度等)。当搜寻到卫星后，会以能 接收最大强度的卫星信号的追踪频率来连续接收卫星所发出的卫星信号。
接着，步骤22从以能接收最大强度的卫星信号中取得第一导航数据。紧接着，步 骤23并由第一导航数据中计算得出第一相位角。然后，步骤24在取得第一导航数据后，从 能接收最大强度的卫星信号中取得第二导航数据。接着，步骤25再由第二导航数据中计算 得出第二相位角。 请参照图2，并合并参照上述实施例。实现步骤23所述的由第一导航数据中计 算得出第一相位角的方法，可包含有利用锁相回路(Phase Lock Loop, PLL)得到正时序 码(Prompt)(步骤一 )；以数字基频信号(I/Q)与正时序码计算得出正时序实码(Prompt Real, IP)与正时序虚码(Prompt Image, QP)(步骤二 )；以及根据正时序实码与正时序虚 码计算得到第一相位角(步骤三)。 请参照图3，并合并参照上述实施例。实现步骤25所述的由第二导航数据中计算 得出第二相位角的方法，可包含有利用锁相回路(Phase Lock Loop, PLL)得到正时序码 (Prompt)(步骤A);以数字基频信号与正时序码计算得出正时序实码(Prompt Real, IP)与 正时序虚码(Prompt Image, QP)(步骤B);以及根据正时序实码与正时序虚码计算得到第 二相位角(步骤C)。 全球定位系统以追踪频率追踪卫星所得到的最大信号强度的卫星信号中取得多
笔数据(包括第一导航数据、第二导航数据等)，并由每一数据计算得出每一笔数据的相
位角，例如由第一导航数据中得到第一相位角、第二导航数据中得到第二相位角等。 全球定位系统内部具有一锁相回路(Phase Lock Loop，PLL)。当全球定位系统接
收卫星信号后，所接收到的卫星信号经由锁相回路的处理后，可以得到三个时序码。三个时
序码分别是早期时序码(Early)、正时序码(Prompt)与晚期时序码(Late)。 根据所得到的正时序码(Prompt)与数字基频信号(I/Q)计算后可以得出正时序
实码(Prompt Real, IP)与正时序虚码(Prompt Image, QP)。如步骤三所述的将正时序虚码(QP)与正时序实码(IP)相除计算得到相位角(第一相位角)。如步骤C所述的将正时 序虚码(QP)与正时序实码(IP)相除计算得到相位角(第二相位角)。其中计算得到相位 角(9)的方式是利用三角函数的反正切值(atan)所计算得到的，计算如下
atan(QP/IP) = e 举例来说，第一导航数据经由锁相回路处理后，可以得到第一正时序码(Prompt 1)。第一正时序码(Prompt 1)与数字基频信号(I/Q)计算后可以得出第一正时序实码 (Prompt Real 1， IP1)与第一正时序虚码(Prompt Image 1， QP1)。将第一正时序实码 (Prompt Real 1， IP1)与第一正时序虚码(Promptlmage 1， QP1)以三角函数的反正切值 (atan)计算得到第一相位角(9 1)，其计算如下
atan(QPl/IPl) = 9 1 同样的，第二导航数据经由锁相回路处理后，可以得到第二正时序码(Prompt 2)。 第二正时序码(Prompt 2)与数字基频信号(I/Q)计算后可以得出第二正时序实码(Prompt Real 2，IP2)与第二正时序虚码(Prompt Image 2， QP2)。将第二正时序实码(Prompt Real 2，IP2)与第二正时序虚码(Promptlmage 2，QP2)以三角函数的反正切值(atan)计算得到 第二相位角(9 2)，其计算如下
atan(QP2/IP2) = 9 2 步骤26当由多笔数据计算得出的多笔相位角后，再将多笔相位角中的前一笔数 据的相位角与后一笔数据的相位角经由相减计算得到前后笔数据的相位角差。例如将第 一导航数据的第一相位角与第二导航数据的第二相位角相减计算得到第一导航数据与第 二导航数据的相位角差。 接着，步骤27判断计算所得到的第一导航数据与第二导航数据的相位角差是否 大于90度？ 由于卫星每1毫秒会广播一笔导航数据，且每20毫秒会广播lbit的导航数据，亦 即卫星每秒广播50bit的导航数据。也就是说，卫星信号中，每笔数据的间隔时间为l毫秒。
全球定位系统在接收卫星信号后，会将卫星信号中的导航数据由模拟信号转化为 数字信号。其中，导航数据中的相位变化会转化成逻辑0与逻辑1组合成的二位数字信号。 由图4中可看出卫星信号中具有多个代表数字信号逻辑1与数字信号逻辑0的导航数据。 相邻的数字信号逻辑1与数字信号逻辑0分别代表所接收到的前后笔导航数据分别位于不 同象限。 因此，当相位角差大于90度时，步骤28判定第一导航数据与第二导航数据的数字
信号为异号，并依据第一导航数据的数字信号与判定结果记录第二导航数据的数字信号。
当相位角差小于等于90度时，步骤29判定第一导航数据与第二导航数据的数字信号为同
号，并依据第一导航数据的数字信号与判定结果记录第二导航数据的数字信号。 举例来说，当全球定位系统纪录第一导航数据为逻辑0且第一导航数据与第二导
航数据的相位角差大于90度时，则判定第一导航数据与第二导航数据为异号，并依据第一
导航数据与判定结果记录第二导航数据的步骤，亦即判定第一导航数据与第二导航数据为
异号且纪录第二导航数据为逻辑1。 当全球定位系统纪录第一导航数据为逻辑0且第一导航数据与第二导航数据的 相位角差小于等于90度时，则判定第一导航数据与第二导航数据为同号，并依据第一导航
8数据与判定结果记录第二导航数据的步骤，亦即判定第一导航数据与第二导航数据为同号 且纪录第二导航数据为逻辑0。 当全球定位系统纪录第一导航数据为逻辑1且第一导航数据与第二导航数据的 相位角差大于90度时，则判定第一导航数据与第二导航数据为异号，并依据第一导航数据 与判定结果记录第二导航数据的步骤，亦即判定第一导航数据与第二导航数据为异号且纪 录第二导航数据为逻辑0。 当全球定位系统纪录第一导航数据为逻辑1且第一导航数据与第二导航数据的 相位角差小于等于90度时，则判定第一导航数据与第二导航数据为同号，并依据第一导航 数据与判定结果记录第二导航数据的步骤，亦即判定第一导航数据与第二导航数据为同号 且纪录第二导航数据为逻辑1。 于此，根据本发明的利用相位角变化译码导航数据的方法，通过直接比对前后笔
数据的相位角之间的相位角差是否大于90度来判读每一笔数据，可以提高导航数据译码
正确率，并提高全球定位系统(Global Positioning System, GPS)的敏感性。 图5为根据本发明的利用相位角变化译码导航数据的电子装置示意图。 请参照图5，并合并参照上述实施例。本发明的利用相位角变化译码导航数据的电
子装置包含有天线模块31、模拟数字转换器32与处理模块33。 由天线模块31接收卫星信号后，经由模拟数字转换器32将卫星信号依序转换成 多笔导航数据(例如上述的第一导航数据、第二导航数据等)。最后由处理模块33由多 笔导航数据(例如上述的第一导航数据、第二导航数据等)中计算出每两相邻的前后笔导 航数据的相位角差。当相位角差大于90度时，判定每两相邻的前后笔导航数据为异号(例 如第一导航数据与第二导航数据为异号)，当相位角差小于等于90度时，判定每两相邻的 前后笔导航数据为同号(例如第一导航数据与第二导航数据为同号)。 于此，根据本发明的利用相位角变化译码导航数据的电子装置，通过直接比对前
后笔数据的相位角之间的相位角差是否大于90度来判读每一笔数据，可以提高导航数据
译码正确率，并提高全球定位系统(Global PositioningSystem， GPS)的敏感性。 综上所述，根据本发明的利用相位角变化译码导航数据的电子装置及其方法，
无关于追踪频率的修正，而通过直接比对前后笔数据的相位角之间的相位角差是否大于
90度来判读每一笔数据，因而可以提高导航数据译码正确率，提高全球定位系统(Global
Positioning System, GPS)的敏感性。 当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
一种利用相位角变化译码导航数据的方法，其特征在于，包含有接收一卫星信号；从该卫星信号中取得一第一导航数据；计算该第一导航数据的一第一相位角；从该卫星信号中接续该第一导航数据取得一第二导航数据；计算该第二导航数据的一第二相位角；计算该第一相位角与该第二相位角之间的一相位角差；判断该相位角差是否大于90度；当该相位角差大于90度时，判定该第一导航数据与该第二导航数据为异号，并依据该第一导航数据与判定结果记录该第二导航数据；以及当该相位角差小于等于90度时，判定该第一导航数据与该第二导航数据为同号，并依据该第一导航数据与判定结果记录该第二导航数据。
2. 根据权利要求1所述的利用相位角变化译码导航数据的方法，其特征在于，该计算该第一导航数据的一第一相位角的步骤，包括利用一锁相回路得到一正时序码；以一数字基频信号与该正时序码计算得出一正时序实码与一正时序虚码；以及根据该正时序实码与该正时序虚码计算得到该第一相位角。
3. 根据权利要求1所述的利用相位角变化译码导航数据的方法，其特征在于，该计算该第二导航数据的一第二相位角的步骤，包括利用一锁相回路得到一正时序码；以一数字基频信号与该正时序码计算得出一正时序实码与一正时序虚码；以及根据该正时序实码与该正时序虚码计算得到该第二相位角。
4. 根据权利要求1所述的利用相位角变化译码导航数据的方法，其特征在于，还包括纪录该第一导航数据为逻辑0 ;其中，该当该相位角差大于90度时，判定该第一导航数据与该第二导航数据为异号，并依据该第一导航数据与判定结果记录该第二导航数据的步骤，包括判定该第一导航数据与该第二导航数据为异号；以及纪录该第二导航数据为逻辑1。
5. 根据权利要求1所述的利用相位角变化译码导航数据的方法，其特征在于，还包括纪录该第一导航数据为逻辑1 ;其中，该当该相位角差大于90度时，判定该第一导航数据与该第二导航数据为异号，并依据该第一导航数据与判定结果记录该第二导航数据的步骤，包括判定该第一导航数据与该第二导航数据为异号；以及纪录该第二导航数据为逻辑O。
6. 根据权利要求1所述的利用相位角变化译码导航数据的方法，其特征在于，还包括纪录该第一导航数据为逻辑0 ;其中，该当该相位角差小于等于90度时，判定该第一导航数据与该第二导航数据为同号，并依据该第一导航数据与判定结果记录该第二导航数据的步骤，包括判定该第一导航数据与该第二导航数据为同号；以及纪录该第二导航数据为逻辑O。
7. 根据权利要求1所述的利用相位角变化译码导航数据的方法，其特征在于，还包括纪录该第一导航数据为逻辑1 ;其中，该当该相位角差小于等于90度时，判定该第一导航数据与该第二导航数据为同号，并依据该第一导航数据与判定结果记录该第二导航数据的步骤，包括判定该第一导航 数据与该第二导航数据为同号；以及纪录该第二导航数据为逻辑1。
8. —种利用相位角变化译码导航数据的电子装置，其特征在于，包含有一天线模块，用以接收一卫星信号；一模拟数字转换器，电性连接该天线模块，用以将该卫星信号依序转换成多笔导航数 据；以及一处理模块，电性连接该模拟数字转换器，用以由该多笔导航数据中计算出每两相邻 的前后该笔导航数据的一相位角差，当该相位角差大于90度时，判定每两相邻的前后该笔 导航数据为异号，当该相位角差小于等于90度时，判定每两相邻的前后该笔导航数据为同 号。
全文摘要
本发明公开了一种利用相位角变化译码导航数据的电子装置及其方法，包含有从卫星信号中依序取得第一导航数据与第二导航数据；计算第一导航数据的第一相位角与第二导航数据的第二相位角；计算第一相位角与第二相位角之间的相位角差；当相位角差大于90度时，判定第一导航数据与第二导航数据为异号，当相位角差小于等于90度时，判定第一导航数据与第二导航数据为同号；依据第一导航数据与判定结果记录第二导航数据。于此，通过直接比对前后笔数据之间的相位角差是否大于90度来判读每一笔数据，因而可以提高导航数据译码正确率。
文档编号G01S5/02GK101770017SQ20081018777
公开日2010年7月7日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者陈宏升 申请人:华晶科技股份有限公司