用于同步化多天线GNSS测量的灵活设备

摘要

本发明公开了一种用于在地理定位应用中接收和处理多个GNSS信号以确定GNSS信号处理系统位于其上的主体的位置、取向和/或运动特性的系统和方法。该系统和方法提供与该GNSS信号处理系统(包括GPS系统)相关联的各种信号和数据的测量值的精确同步，并且提供用于接收和处理GNSS信号的资源的灵活配置和分配以最小化功耗并最大化该GNSS信号处理系统的效率和准确度。该系统和方法的灵活性还提供了一种硬件系统的缩放以解决其中采用更多或更少的天线，其中需要更多或更少的数据处理路径，以及其中采用该系统来确定位置、取向和运动特性的各种组合的情况。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年8月19日提交的名称为“A Flexible Device forSynchronizing Multi-Antenna GNSS Measurements(用于同步多天线GNSS测量的灵活设备)”的美国临时专利申请(序列号62889012)的优先权，该专利申请的公开内容以引用方式全部并入本文。

背景技术

技术领域

本发明整体涉及全球导航卫星系统(GNSS)直接序列扩频接收器，并且更具体地讲，涉及用于同步化在地理定位系统的接收器上进行的测量的精确时间的方法和装置，该地理定位系统包括但不限于全球定位系统(GPS)。

全球导航卫星系统广泛用于确定主体的位置和/或姿态。GNSS包括广播GNSS无线电信号的卫星的网络。GNSS信号允许用户确定接收天线的位置、信号接收的时间和/或具有固定至其的一对接收天线的主体的姿态。通过以下方式来确定位置：从处于已知位置的多个卫星接收GNSS信号，确定每个信号的传输时间，以及基于已知数据来求解接收天线的位置。在GNSS姿态或航向系统中，必须测量到达多个天线(其中相对于彼此的放置已知)的GNSS信号，并且然后处理这些测量值以导出航向或姿态。

应当理解，如本文讨论的卫星系统可以包括但不限于：由美国建立的导航星全球定位系统(GPS)；由俄罗斯联邦建立的全球轨道导航卫星系统(GLONASS)；由中国创建的北斗导航卫星系统(BDS)；以及由欧洲共同体创建的伽利略。GPS是初始GNSS系统并且所有的其他系统在概念上类似于GPS。每个GNSS卫星广播信号，其中在载波上调制扩频码和可能的数据。本文公开的方法和系统可以适用于任何地理定位系统和地理定位卫星信号。

图1描绘了GNSS接收器的简化框图，该GNSS接收器由天线10、RF下变频器20、多信道GNSS跟踪和测量设备30(也称为基带处理器)以及导航解决方案处理器40组成。振荡器50提供定时基准。RF下变频器20将GNSS频率变换为适合于在基带处理器30内进行数字处理的较低频率。基带处理器30跟踪GNSS信号并且将测量值传递到执行定位解决方案的导航处理器40。历史上，基带处理器30跟踪GPS的一个或两个频率。

基带处理器30由多个GNSS跟踪和测量信道组成，针对每个广播GNSS信号有一个信道。图2示出了多信道GNSS跟踪设备30的简化图，该多信道GNSS跟踪设备由一个或多个单信道GNSS跟踪和测量块35和定时生成器块65组成。每个信道通过形成这些代码和载波分量的副本来跟踪广播信号的代码和载波相位。接收器将这些副本与来自RF下变频器20的输入信号对准。对准涉及将到达的信号与副本相关联，形成鉴别器以测量未对准，以及然后使用由鉴别器馈送的跟踪循环以使副本的相位与输入信号的实际相位对准。在定时对准后，可以根据解扩信号处理基础GNSS数据信号。除其他事项外，该基础数据信号还包含有关GNSS卫星的时钟和星历的信息。

在定时生成器65中，以由接收器测量时钟限定的时间间隔(称为TIC600c)捕获代码和载波相位的样本。这些测量值是副本代码和载波相位的样本，其包括代码DCO值、代码相位计数器、代码历元计数器、载波DCO值和载波周期计数器。从卫星起的信号传输的时间隐含在其代码相位中(其中通过添加可在导航消息中发送的其他数据来解决代码相位歧义)。在导航解决方案处理器40内通过将接收器的接收时间与卫星的广播时间求差来计算到卫星的伪距。伪距由以下项组成：由于卫星和GNSS接收器天线之间的几何距离引起的信号行进时间、加上接收器和卫星时钟偏移，以及对行进时间的其他影响(诸如由于对流层和电离层的大气影响而引起的那些)。

对在两个不同GNSS接收器处测量的伪距或载波相位导出的距离求差可以取消某些影响。如果接收器在几何上接近，则尤其如此。例如，卫星时钟误差对两个接收器是共同的，因此这些的差异会取消。当与卫星的视线角类似时，卫星广播位置中的误差也会在很大程度上取消，因为它们在紧密间隔的接收器中。对于相同附近范围中的接收器，大气引起的误差(或延迟)也会在很大程度上取消。

不幸的是，对于两个不同接收器，接收器时钟误差是不同的，并且因此不会取消。在来自共同卫星的相位观测与其他卫星的相位观测不同的情况下，可以采用双差。但这并不总是期望的，因为由于诸如多路径和接收器噪声的影响而引起的来自共同卫星的观测中的任何误差不会抵消，并且因此可破坏使用共同卫星的所有双差观测。

并非形成双差，单差可以是足够的并且可以是优选的。可以将两个接收器之间的时钟误差估计为导航或姿态解决方案的部分。如果两个接收器共享共同振荡器，则此时钟误差将几乎恒定，可能由于对RF部件的温度影响(尤其是群延迟)而缓慢变化。这将通过减小解决方案中的未知时钟项而具有增强姿态解决方案的益处。然后将需要更少的观测来计算解决方案，这在许多信号被阻挡时是有利的。

即使GNSS接收器共享共同振荡器，但如果代码和相位测量观测的采样未保持完全同步，则接收器时钟误差的差项可能改变。理想的姿态系统将跨天线保持完全同步的观测以避免必须补偿姿态系统的平台动力学。

专利号：US7292186B2，“Method and system for synchronizing multipletracking devices for a geo-location system(用于同步化地理定位系统的多个跟踪设备的方法和系统)”描述了一种用于对在相同时刻共享共同振荡器的两个GNSS接收器设备进行精确采样的方法。该专利以引用方式并入本文。

已经采取了各种方法来构建可使用GNSS测量值从中导出航向或姿态的设备。一种方法是使用多个GNSS接收器系统以在每个天线处单独地收集测量值。然后，对测量值进行处理以确定天线的相对位置(相对于彼此)，从而然后给出天线所附接的刚体的取向。多个接收器的使用是直接的，但缺点是该方法可能体积庞大且昂贵。同样，这种系统具有处于每个GNSS接收器处的单独振荡器，使得不可能假设时钟差项的任何先验知识。图3是具有单独接收器的2-D姿态系统的示例，每个接收器使用单独振荡器。

另一种方法是构建专用于计算姿态的硬件。设备可以包含多个RF下变频器和多个跟踪设备，针对每个天线至少有一个。RF和跟踪设备通常将会共享共同振荡器。图4是具有使用共同振荡器，但仍具有不同步测量时钟的单独接收器的姿态系统的示例。

图4的方法具有共享振荡器的优点，这使得处理更加容易。在导出卫星信号的最终载波相位时，必须考虑下变频本机振荡器(LO)频率，其必须添加到下变频信号的循环计数中。但由于姿态系统涉及载波相位的差异(在两个或更多个天线处测量)，因此如果从相同振荡器导出，则数字和模拟LO频率将取消。

即使图4中描绘的方法使用共享振荡器来跟踪各个天线处的信号，也无法保证代码和载波相位的测量值将被同时获取(或振荡器的TIC)。

如图5和图6所示，US7292186B2的系统通过同步化对于在每个天线处测量的代码相位和载波相位获取的样本来解决采样时间问题。这是有利的，因为它避免了考虑在不同时间获取的样本之间的平台姿态变化。它还确保了代码和载波相位的接收器时钟部分保持稳定且可预测。实际上，接收器部分减小到仅由于从天线到接收器的电缆延迟的差异，以及从每个天线发出的不同RF路径上的各种RF部件(诸如滤波器)中的群延迟的任何差异而引起的偏置。

当定时生成器66生成TIC 600c和TIC_OUT 600e信号时，图5所示的多信道GNSS跟踪和测量设备30充当主设备。图5中的TIC 600c的目的是同时锁存30内包含的所有单信道GNSS跟踪和测量块35的测量数据。当TIC出现时，GNSS捕获测量数据并然后将其发送到导航和姿态处理器40，在该导航和姿态处理器中计算位置以及可能的姿态。TIC 600c之间的时段是可编程的，并且通常被调整以使得TIC将每秒一次地与GNSS接收器的真实时间(通用坐标时间(UTC))估计对准，从而产生每秒一个脉冲(1PPS)的输出。TIC是被编程到硬件中的与参考振荡器50相关的周期性事件计数器。TIC_OUT 600e相对于TIC 600c提前一个时钟出现。然后将来自主多信道GNSS跟踪设备30的TIC_OUT 600e连接到另一个多信道GNSS跟踪设备31(称为从设备)的TIC_IN 600d。该主设备30和从设备31的配置如图6所示。每个从设备使用其采样时钟为TIC_IN信号提供时钟并将此分配为其TIC。TIC_OUT 600e到多个GNSS设备的这种分配保证了跨所有设备的所有天线处的测量的并发采样。当未连接到从设备时，主设备可以关闭其TIC_OUT。

当设备使用外部生成的TIC时，该跟踪设备称为从跟踪设备31，而生成TIC 600c的跟踪设备称为主跟踪设备30。每个跟踪设备可以被配置为充当主设备(在内部生成TIC)30，或充当从设备31(对外部生成的TIC做出反应)，或者在主设备30中充当两者(通过如图6所示的标记600d)。在后者中，也许外部生成的TIC 600d被应用程序用来精确地定时与某个外部事件相对应的GNSS信息。例如，在航空摄影中，期望在相机快门打开的同时确定GNSS位置；因此，主跟踪设备30的事件标记600d在相机快门打开的同时被断言。事件标记是硬件选通，其向GNSS接收器30和31发出信号以在选通的精确时刻捕获测量值。这使GNSS位置或姿态能够根据选通发生的时刻来进行计算。

尽管上述系统和方法提供了益处，但提供可通过单个共享跟踪设备进行操作的姿态设备将是有利的，其中测量同步通过设备内部的单个样本TIC选通来完成。将进一步有利的是，提供这种设备以使得它是灵活的，并且可以用作用于变化数量的天线的姿态设备以及用作单天线定位设备。另外将有利的是规定这种设备在天线之间或信号之间分配跟踪资源的方面是灵活的，从而允许减小硬件成本和功率。将进一步有利的是，提供在姿态或位置系统的设计中为系统设计者提供高度灵活性的硬件。最后，将有利的是，提供一种设备以支持宽范围的RF下变频器，并且甚至允许混合不同类型的下变频器。

附图说明

关于以下说明书、所附权利要求和附图，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，其中在若干附图中相似的元件被相似地编号：

图1描绘了GNSS接收器的简化框图；

图2描绘了基带处理器内的GNSS代码和载波跟踪信道的简化框图；

图3描绘了示出由单独接收器组成的2-D姿态系统的简化框图，每个接收器使用单独振荡器；

图4描绘了示出由使用共同振荡器，但仍具有不同步测量时钟的单独接收器组成的2-D姿态系统的简化框图；

图5描绘了示出包括共同振荡器和两个测量时钟的单个GNSS系统的简化框图，一个测量时钟用于内部测量，并且另一个测量时钟提前一个时钟出现以供外部设备用于生成和同步化其测量时钟；

图6描绘了示出由共同振荡器和测量时钟组成的姿态系统的简化框图；

图7描绘了跨度为1557MHz至1612MHz的简化GNSS L1信号图；

图8描绘了跨度为1217MHz至1294MHz的简化GNSS L2信号图；

图9描绘了跨度为1166MHz至1217MHz的简化GNSS L5信号图；

图10描绘了定位系统的实施方案的简化框图，该定位系统利用一个GNSS跟踪设备和跨越L1、L2和L5的整个GNSS频带的一个RF下变频器；

图11描绘了3-D姿态和定位系统的实施方案的简化框图，该姿态和定位系统利用一个GNSS跟踪设备和跨越GNSS L1频带的一个RF下变频器；

图12描绘了2-D姿态和定位系统的实施方案的简化框图，该姿态和定位系统利用一个GNSS跟踪设备和跨越L1、L2和L5的整个GNSS频带的两个RF下变频器；

图13描绘了利用一个GNSS跟踪设备和两个RF下变频器的3-D姿态和定位系统的实施方案的简化框图，其中完整GNSS频带用于位置解决方案并且频率子集用于姿态解决方案；

图14描绘了利用两个GNSS跟踪设备的实施方案的多天线系统；

图15描绘了图10至图13所描绘的实施方案的更详细但简化的系统图；并且，

图16描绘了图15所示的信道化器块的更详细表示。

具体实施方式

存在许多类型的GNSS信号。它们由许多不同卫星星座在许多不同频率上传输，并且可能在每个频率具有多个信号格式。有时采用“贪婪”策略是有利的，在该策略中GNSS接收器将尝试利用所有的可用GNSS信号来提供最准确且最稳健的位置和姿态。有时采用“服务质量”(QoS)策略是有利的，在该策略中GNSS接收器使用可用信号的子集以在给定约束列表的情况下优化一些参数，诸如在给定功耗约束的情况下优化位置和/或姿态服务。因此，期望单个跟踪设备具有处理多个GNSS天线、信号频率和格式的灵活性。

GNSS频带为约1166MHz至1612MHz。可能有利的是，将该范围划分成三个频带(GNSSL1、GNSS L2和GNSS L5)以减小RF下变频器和基带处理器的功率和成本。GNSS频带可以描述为但不限于：

a.GNSS L1：1557MHz至1612MHz，如图7大体所示；

b.GNSS L2：1217MHz至1294MHz，如图8大体所示；以及，

c.GNSS L5：1166MHz至1217MHz，如图9大体所示。

应当注意，GNSS L2和L5频带是相邻的并且可以作为一个频带进行处理。有时，GNSS L2和L5分别称为上L2(UL2)和下L2(LL2)。单独GNSS信号带宽由相关联的卫星发射器设置，并且可以在接收器处减小以权衡代码跟踪分辨率、信噪比和功耗。

应当注意，GPS、伽利略和北斗都在处于1575.42MHz的GNSS L1和处于1176.45MHz的GNSS L5上传输。在给定单个频率的情况下，以这两个频率中的任一个跟踪使可见卫星的数量最大化。这在天空被建筑物或树木遮挡时是有利的，但接收器具有使功耗最小化的约束。更高准确度和更高功率的接收器可使用这两个频率。“贪婪”接收器可使用GNSS L1、L2和L5中的可用信号的全部或大部分。

对于GNSS接收器有利的是在不连接到参考网络的情况下提供厘米级定位准确度度。这经由全球GNSS校正服务来实现，这些服务分配精确的GNSS卫星轨道和时钟以及大气建模数据。数据可以经由卫星来全球分配，这些卫星通常在1525MHz至1560MHz之间传输校正数据。由于历史原因，此频带称为LBand。

应当理解，本发明是灵活的，并且可以用作用于变化数量的天线的姿态设备，以及用作单天线定位设备。它还在天线之间或信号之间分配跟踪资源方面是灵活的，从而允许减小ASIC门计数和功耗。

重要的是要注意，如在本申请中使用的，术语“可配置”和“可编程”意味着特征经由软件来启用或禁用并且不需要对电路板的改变。

在一个实施方案中，为了支持宽范围的使用情况，RF下变频器包括多个类似的下变频路径，每个路径具有RF输入、可编程本地振荡器和可编程带宽低通滤波器，使得可以对任何信道进行编程以处理GNSS L1、L2和L5频带中的任一者。这使得单个RF下变频器能够处理多个天线和GNSS频带。

在一个实施方案中，为了支持宽范围的使用情况，GNSS跟踪和测量设备包括多个宽带宽、高速模数转换器(ADC)。由于更宽的带宽需要更高的采样率，因此GNSS设备支持复合模拟信号以最小化采样率和功率。在一个实施方案中，GNSS设备具有至少八(8)个复合内部ADC，使得在多频率、2D或3D姿态系统中仅需要一个GNSS设备。这种集成使得共同振荡器、共同采样时钟和共同测量TIC能够处理来自所有天线的所有信号。

一个实施方案是如图10所示的单天线、多频率接收器。在该实施方案中，单个天线10连接到RF下变频器200。RF下变频器200将RF-A天线信号分离到GNSS L1、L2、L5和LBand中，并且分别输出下变频复合模拟信号A-L1、A-L2、A-L5和A-LBand。然后，这些下变频模拟信号由GNSS设备300数字化，其中跟踪每个单独GNSS信号。在TIC 600c上同时捕获每个信号的代码和载波测量值，如图15所示。当TIC出现时，GNSS设备300捕获测量数据并然后将其发送到导航和姿态处理器40，在该导航和姿态处理器中计算位置。共同振荡器50驱动RF下变频器和GNSS设备两者。该实施方案包括8个ADC，其被配对以处理4个宽带复合模拟信号。可以经由软件关闭或禁用路径以节省功率，诸如A-L2和A-L5或仅A-L2。

重要的是要注意，“宽带”意味着整个GNSS L1频带可以作为一个复合模拟信号来进行处理；整个GNSS L2频带可以作为一个复合模拟信号来进行处理；并且整个GNSS L5频带可以作为一个复合模拟信号来进行处理。换句话说，ADC具有用于处理它们的适当模拟带宽和最大采样率。也可以将组合的GNSS L2和GNSS L5作为一个复合模拟信号进行处理。

另一个实施方案是如图11所示的利用一个RF下变频器和一个GNSS设备的单频、3D姿态和定位系统。在该实施方案中，三个天线10连接到RF下变频器200。RF下变频器200获取三个天线信号RF-A、RF-B和RF-C，并且分别输出与每个天线A-L1、B-L1和C-L1以及A-LBand相关联的下变频复合模拟L1信号。然后，这些下变频模拟信号由GNSS设备300数字化，其中跟踪每个L1信号并收集测量值。在TIC 600c上同时捕获了所有天线上的所有测量值。这些测量值由处理器40用于形成基于GNSS L1的3-D姿态解决方案。共同振荡器50驱动RF下变频器和GNSS设备两者。该实施方案利用8个ADC，其被配对以处理4个复合模拟路径。

附加实施方案可以利用多个RF下变频器和一个GNSS设备。

图12中的实施方案示出了多频2-D姿态和定位系统，其中每个天线处理完整GNSS频带。该系统利用两个天线10和两个RF下变频器200。每个RF下变频器输出四个复合模拟信号，其对应于由连接的天线10接收的GNSS L1、GNSS L2、GNSS L5和LBand频带。因此，连接到天线A的RF下变频器200输出复合模拟信号A-L1、A-L2、A-L5和A-LBand；并且连接到天线B的RF下变频器200输出B-L1、B-L2、B-L5和B-LBand。一个GNSS设备300同时处理这八个复合模拟信号。GNSS设备300将每个模拟信号数字化并且然后跟踪每个GNSS信号，以及收集每个信号的代码和载波测量值。在TIC 600c上同时捕获了所有天线上的所有测量值。这些测量值用于形成基于多频(L1/L2/L5)的2-D姿态解决方案。共同振荡器50驱动两个RF下变频器和GNSS设备。该实施方案利用16个ADC，其被配对以处理8个复合宽带模拟路径。

图13中的实施方案示出了3-D姿态和定位系统，其中完整GNSS频带用于位置解决方案并且频率子集用于姿态解决方案。在TIC 600c上同时捕获了所有天线上的所有测量值。共同振荡器50驱动两个RF下变频器和GNSS设备。该实施方案还利用16个ADC，其被配对以处理8个复合宽带模拟路径。

附加实施方案利用多个RF下变频器和多个GNSS设备，如图14所示。对于这些实施方案，一个GNSS设备300被配置为主设备或具有标记的主设备，并且所有其他GNSS设备被配置为从设备301。主设备生成并输出TIC_OUT 600e，其是针对所有从设备301的TIC_IN输入。当外部事件标记600d连接到主设备300的TIC_IN时，主设备300被配置为具有标记的主设备。外部事件标记600d和TIC_OUT 600e与图5和图6所示的相同命名的信号类似。

实施方案包括但不限于图10至图14所示的那些。在图15中示出了GNSS设备300的更详细但仍简化的框图。在各种实施方案中利用的GNSS设备300的优点包括：

(a)多信道GNSS跟踪和测量块350，其中测量同步通过设备内部的单个测量选通TIC 600c来完成；

(b)灵活架构，其可以用作用于变化数量的天线10的姿态设备，以及用作单天线定位设备；

(c)仅经由软件的在天线之间或在信号之间的跟踪资源的灵活分配，

从而允许减小硬件门的计数和功率；

(d)灵活RF下变频器接口，并且甚至允许混合不同类型的下变频器；

以及

(e)包含足够的内置ADC 310以覆盖姿态系统。

关于上述特征(e)，最低限度地，在姿态系统中针对每个天线至少需要至少一个ADC。然而，针对每个天线可能有多于一个ADC，这取决于从每个天线处理多少个单独RF路径。例如，如果处理了3个RF路径，包括GNSS频谱的L1、L2和L5频带，则针对每个天线需要3个ADC。此外，参考紧接在前的示例，如果针对每个频带处理同相和正交分量，则针对每个天线需要6个ADC。

关于上述特征(d)，除了用于从产生其自身ADC读数的RF设备读取数字信号输出315的接口之外，灵活RF下变频器接口可以包括例如用于使用模数转换器(ADC)310对来自RF设备的模拟基带信号进行采样的接口。它还可以支持来自RF设备的以各种格式(诸如二进制补码格式、双极偏移二进制、或任何数量的其他共同格式)的数字读数。它还可以支持来自RF设备的ADC的读数中的不同数量的位。例如，RF设备可以提供4位ADC读数，而另一个可以提供12位读数。

关于上述特征(c)，可能以多种方式进行对跟踪资源的灵活分配。一个示例是通过维护可被配置为跟踪宽分类的信号的通用相关器的池。这将避免具有固定数量的信道的情况，每个信道具有专用于特定类型信号的特定组的单目标相关器。例如，固定信道方法可能采用12个GPS信道，每个GPS信道具有3个相关器，一个相关器用于跟踪L1CA信号，一个相关器用于L2P信号，一个相关器用于L5信号。通过在灵活信道方法中使用通用相关器的池，可以根据需要将一个或多个相关器分配给信道。如果未将信道分配给卫星以进行跟踪，则不会分配任何相关器。然而，应当理解，一旦被分配，相关器就可以被分配给信道，并且被配置为处理从分配给该信道的卫星接收的一个或多个信号。期望信号可能已经由用户选择，或者基于应用程序或基于从基站接收的匹配校正信号来自动确定。

GNSS设备300包括多个软件可配置块：

(a)定时生成器600，其生成信号处理和测量时钟；

(b)模拟接口310和数字接口315，其连接到RF下变频器200；

(c)样本路由器和格式化器320，其选择哪个输入信号接口被格式化并路由到信道化器330和LBand解调器360中的一个或多个；

(d)信道化器330，其以类似的载波和带宽提取GNSS信号并对其进行调节以用于后续下游处理；

(e)GNSS样本路由器340，其选择哪个信道化器输出被路由到GNSS跟踪和测量块350中的一个或多个；

(f)GNSS跟踪和测量块350，其跟踪每个不同的GNSS信号并输出解扩信号以及代码和载波测量值；

(g)LBand卫星数据解调器360，其通常用于获得精确的GNSS卫星轨道和时钟以及大气建模数据；以及，

(h)数据封包器370，其聚集将在GNSS设备300与姿态和导航处理器40之间传递的所有数据。

一个实施方案具有L＝16个ADC的模拟RF接口310、K＝24位的数字RF接口315、N＝25个信道化器330、P＝200个GNSS跟踪和测量块350以及R＝3个LBand解调器360。这支持多个天线和GNSS信号，包括针对2D姿态系统中的每个天线的所有GNSS信号。

定时生成器(参见图15，定时生成器600)创建数字信号处理时钟RxSampleClock600a和RxGnssClock 600b。定时生成器还创建测量时钟TIC 600c和TIC_OUT 600e。

主时钟是RxSampleClock 600a，并且它控制RF接口200至信道化器块330之间的数据流。RxSampleClock频率由RF下变频器200输出的最宽带宽信号的最小所需采样率设置。对于贪婪接收器，GNSS L2频带(其带宽为76.725MHz)将是RF下变频器输出的最宽带宽信号。RxSampleClock速率必须大于76.725MHz以处理复合信号或大于153.45MHz以处理真实信号。实际最低频率将取决于RF下变频器的模拟抗混叠滤波器的转换和停止频带特性。信道化器330提取具有类似载波频率和类似带宽的信号以供GNSS跟踪和测量块350进行下游处理。作为信道化器信号提取的一部分，信道化器将每个信号变换为接近基带并应用低通滤波器。由于低通滤波而引起的该带宽减小使得能够以减小的时钟速率进行下游处理。该时钟速率减小可以节省功率并称为抽取。定时生成器600生成软件可编程抽取时钟RxGnssClock 600b。最小RxGnssClock 600b速率取决于信道化器330的整体中的最大带宽。RxGnssClock 600b小于或等于RxSampleClock速率。

在优选实施方案中，采样率能够被软件配置为支持无数输入带宽使用情况。因此，优选实施方案的定时生成器600包括可用于生成RxSampleClock 600a和RxGnssClock 600b的可编程锁相环(PLL)。PLL参考可以是振荡器50或RFClockIN 600f。RxSampleClock的源是能够被选为振荡器50、RFClockIN 600f或可编程PLL的输出的软件。

如果RF下变频器200输出数字样本315以及相关联的采样时钟RFClockIn，则定时生成器可以被软件配置为利用RFClockIn。在这种情况下，RxSampleClock 600a将等于或小于RFClockIn。可以关闭PLL以节省功率。

如果RF下变频器200输出数字样本315，但需要外部采样时钟，则定时生成器将被软件配置为输出RxSampleClock 600a以用于此目的。可以从振荡器50或PLL生成RxSampleClock。

定时生成器还创建测量时钟TIC 600c和TIC_OUT 600e。TIC 600c和TIC_OUT 600e基于RxGnssClock 600b。TIC_OUT 600e信号比TIC提前一个RxGnssClock生成，以向TIC_OUT给予一个RxGnssClock时段来传播到外部GNSS设备301。当可编程时段已经过去或外部事件标记600d已被断言时，TIC将被断言。如果外部事件标记600d连接到GNSS设备，则设备称为具有时间标记的主设备；否则，GNSS设备称为主设备。对于具有时间标记的主设备，当外部事件标记被断言时，无论TIC之间的编程时段是否已经过去，定时生成器都将会发出TIC。这将使得设备能够捕获与外部事件同步的测量数据。GNSS从设备被配置为仅接受外部事件标记(也称为TIC_IN)并且忽略可编程时段。在这种配置中，仅当上游主设备或具有时间标记的主设备对TIC_OUT进行断言时，才将会对从设备的TIC进行断言。主TIC_OUT连接到从设备的外部事件标记输入。这样确保了跨单个设备内的所有天线以及跨所有GNSS从设备的GNSS测量同步。

在一个实施方案内，GNSS设备具有模拟接口310和数字接口315两者以支持各种RF下变频器。两个接口可以同时处于活动状态，或者它们可以单独关闭以节省功率。两个接口均由RxSampleClock 600a提供时钟。

模拟接口310由L个内部高速宽带宽模数转换器(ADC)组成。宽带宽ADC减小处理整个GNSS频带所需的ADC的总数；减小GNSS设备和RF下变频器两者的引脚计数；并且因为不在GNSS设备和多个RF下变频器之间路由高边沿速率数字信号，所以减小板EMI。模拟接口向系统设计者给予消除来自RF下变频器的数字样本输出的选项，由此减小可能泄漏到敏感RF前端中的数字开关噪声。

在典型实施方案中，每个ADC具有软件可配置的满范围和共模电压设置，以在一系列模拟输入内优化ADC的有效位数(ENOB)。此外，每个ADC可以作为4位或12位转换器操作，因此系统软件可以基于干扰环境将功耗与所需动态范围内进行权衡。系统可以被配置为处理真实信号和复合信号的任何混合，并且未使用的ADC可以被单独断电。ADC在宽范围的采样率内操作以通过将采样率在与系统使用情况匹配来最小化功率。

一个实施方案具有L＝16个ADC以支持多个天线和频带，如图10至图14所示。该实施方案将处理宽频带复合信号以减小采样率和功耗。

数字接口315是K位输入，其能够被软件配置为多个2位、3位、4位、8位和12位的切片以支持各种RF下变频器。每个切片支持偏移二进制、二进制补码和Lloyd-Max编码数字流。数字接口可以被配置为处理真实和复合样本流的任何混合。可以将任何两个切片配对以形成复合样本流。在不使用时，可以使单独切片或整个数字接口断电。对于2位和3位数据流，绕过信道化器块，并且这些流325直接驱动GNSS路由器(图13中的340)。在一个实施方案中，数字接口为K＝24位，从而支持十二个2位样本；或八个3位样本、或六个4位样本、或三个8位样本、或两个12位样本流。在一个实施方案中，数字接口支持单数据速率和双数据速率两者。

样本格式化器和路由器320将来自310和315的样本转换成16位的二进制补码复合格式并且将其路由到指定信道化器。标准格式使得能够将模拟、数字、真实和复合信号的任意组合路由到任何信道化器330或LBand解调器360。每个信道化器的输入是单独的，因此不存在路由阻塞，并且每个信道化器可以从所有可能的输入流进行选择。采样和格式化器320由RxSampleClock 600a提供时钟。

每个信道化器330的目的是提取具有类似载波频率和带宽的信号，并且对其进行调节以供一个或多个GNSS跟踪器和测量块350进行后续下游处理。在图16中示出了信道化器的更详细框图。处理包括：经由复合调谐器331的频率变换；频带宽度匹配，其用于经由可编程滤波器#1 332改善SNR并抑制频带外干扰；增益级333，其用于改善下游动态范围；频带内干扰抑制，其经由可编程滤波器#2 334；自适应量化335，其用于提供最终增益控制并减小下游处理位宽度；以及最后是延迟平衡器336，因此在给定所配置的选项(诸如滤波器长度和系数)的情况下，下游处理不会引起数字处理延迟的变化。

可以关闭未使用的信道化器路径以减小功率。

每个RF下变频器将LBand和每个GNSS频带变换为复合的接近基带中心的频率。例如，对于GNSS L1，RF LO可能被设置为1586MHz，因此GNSS L1频带被变换为-30MHz至+30MHz。在此示例中，RF LO在任何活动的GNSS频率之外。GPS 1575.42MHz L1CA频率被变换为+10.58MHz＝(1586-1575.42)MHz。

复合调谐器331的频率将输入样本流内包含的感兴趣信号(SOI)变换为正的接近基带的频率。选择该频率以实现可编程滤波器332的低通滤波器响应，并且确保SOI中心频率在任何多普勒状况下都不会越过0Hz轴。复合调谐器还减小任何下游的较低分辨率调谐器的非正交误差。该路径由RxSampleClock 600a提供时钟。使用GPS L1CA示例，将对分配给GPS L1的信道化器路径内的复合调谐器331进行编程以将GPS L1信号从10.58MHz下变频为某个小偏移(如1MHz)。下游GNSS跟踪和测量块350容易跟踪出该小的1MHz偏移。

在典型实施方案内，可编程滤波器#1 332将被配置为低通滤波器以优化SOI SNR和相关峰值检测并减小频带干扰。滤波器长度和频率响应是可配置的以减小低干扰环境内的功耗。可编程滤波器#1的优选实施方案是可变长度有限脉冲响应(FIR)滤波器。样本经由RxSampleClock 600a来时钟输入到滤波器中，并且经由RxGnssClock 600b来从滤波器时钟输出。在给定窄低通响应的情况下，可以抽取滤波器输出以减小处理速率并节省功率。抽取率是软件可配置的并且由两个时钟的比率设置。所有下游处理使用RxGnssClock时钟600b。该滤波器固有地抑制了频带外干扰。使用GPS L1CA示例，可以将滤波器332编程为具有3MHz3dB的带宽和至少为2的抽取率的低通响应。

由于低通滤波器响应移除了频带信号功率，因此离开可编程滤波器块332的信号电平将低于输入电平。可编程增益333调整信号电平，使得可编程滤波器#2 334的输入几乎是满范围。这将最大化滤波器#2 334的动态范围。

可编程滤波器#2 334通常将被配置为陷波滤波器以移除对SOI的频带内干扰。滤波器阶数和频率响应是可配置的。该滤波器可以被绕过并关闭以减小功耗。可编程滤波器#2的最佳实施方案是三个级联的二阶自回归移动平均(ARMA)滤波器。

自适应Lloyd-Max量化器(LMQ)335是由直接序列扩频通信领域的技术人员众所周知的。LMQ减小每个样本的位数以最小化下游逻辑消耗和功耗。该过程还提供了自动增益控制的措施。

延迟平衡器336由可变长度样本队列组成，该样本队列确保了通过所有信道化器路径的处理延迟相同，无论配置差异(诸如滤波器长度、滤波器群延迟和绕过的块)如何。

参考图15，GNSS样本路由器340将其任何输入连接到任何数量的GNSS测量块。GNSS样本路由器的输入是来自信道化器330或样本格式化器和路由器输出325的Lloyd-max量化复合值。通常，在这一点上，所有样本是复合Lloyd-max量化的、接近基带、和带宽受限的，其中减小或消除频带外和频带内的干扰。

GNSS跟踪和测量350的框图与图2内的参考35相同，其中为特定GNSS SOI对本地代码副本生成器进行编程。所有GNSS跟踪和测量块利用相同的RxGnssClock处理时钟和相同的TIC测量时钟。大型复合相关器(诸如GPS P代码)的灵活绑定可以被组合为单卫星GPSL1P和L2P跟踪块，或用于跟踪两个不同的GPS L2P信号。典型实施方案将具有P＝200个GNSS跟踪和测量块350。

LBand解调器360是由数据通信领域的技术人员众所周知的。每个解调器可以从所有可能的输入流310或315中进行选择。已解调的数据通常由GNSS校正信息组成并且由姿态和导航处理器40用于提供厘米级的全球位置。优选实施方案将具有R＝3个LBand解调器。未使用的解调器可以被断电。

数据封包器370聚集将在GNSS设备300与姿态和导航处理器40之间传递的所有数据。在一个实施方案中，数据封包器是本领域技术人员众所周知的地址和数据处理器总线结构。在另一个实施方案中，数据封包器被组织为经由直接存储器访问(DMA)方案来有效访问。

应当理解，尽管将特定系列的步骤或规程描述为上述过程的一部分，但不应当根据呈现的顺序推断出步骤的顺序。例如，过程包括接收一组或多组卫星信号。应当显然的是，接收卫星信号的顺序是可变的，并且可以反转而不影响本文公开的方法或权利要求的范围。

还应当理解，尽管已经提供了示例性分区功能。对于本领域技术人员应当显而易见的是，分区可以是不同的。为了易于实现，过程可以被集成到单个单元中。此类配置变化应当被认为是等同的并且在本公开和本文的权利要求的范围内。

应当理解，除非另外说明，否则使用第一和第二或其他类似命名来表示类似项不旨在指定或暗示任何特定顺序。此外，术语“一个”和“至少一个”的使用应当各自与含义“一个或多个”相关联，除非另外明确说明。

所公开的发明可能以计算机实现的过程和用于实践那些过程的装置的形式来体现。本发明还可能以计算机程序代码的形式体现，该计算机程序代码包含体现在有形介质中的指令，有形介质诸如软盘、CD-ROM、USB驱动器、硬盘驱动器或任何其他计算机可读存储介质，其中在计算机程序代码被加载到计算机中并由计算机执行时，计算机成为用于实施本发明的装置。本发明还可能以计算机程序代码的形式来体现，例如，存储在存储介质中，加载到计算机中和/或由计算机执行，还是作为数据信号(无论是否为已调制的载波)在某种传输介质上(诸如在电连线或电缆上)通过光纤或经由电磁辐射传输，其中在计算机程序代码被加载到计算机中并由计算机执行时，计算机成为用于实施本发明的装置。当在通用微处理器上实现时，计算机程序代码段将微处理器配置为创建特定逻辑电路。

尽管已经参考示例性实施方案进行了描述，但相关领域的普通技术人员将理解，可以进行各种改变，并且在不脱离本公开的范围的情况下可以用等同物代替其元素。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行多种修改以使本公开的教导适应于特定的目的或情况。因此，意图是权利要求不限于作为预期用于执行本文的教导的当前优选的最佳模式而公开的特定实施方案，而是权利要求将覆盖落在本公开的真实范围和实质内的所有实施方案。