全球定位系统 本发明涉及一种包括发送全球定位系统(GPS)电波的至少1颗GPS卫星和通过接收该电波来计算自身位置信息的GPS终端的GPS系统，特别是涉及一种当由于宇宙杂音和大气杂音使到达GPS终端的电波出现劣化时，能控制接收状态使其为最佳化状态的GPS系统。
GPS(全球定位系统)的地表上的到达电波强度是近乎一定(约-130dBm)的，一般情况下，进行GPS终端无线部的设计要使其对该电波强度具有最佳工作状态。但实际上电波强度因太阳杂音等宇宙杂音以及降雨的影响等所造成的大气衰减杂音等而发生变化，而且，还存在因其他系统而产生的干扰波等，这些也对到达电波强度产生影响。
因此，当在GPS终端的无线电部所接收的GPS电波受到了这些外来杂音的影响时，就会发生该GPS终端不能正确地检测自己所在位置等问题。
为解决所述问题，本发明的目的在于：提供一种GPS系统，该系统即使GPS终端的无线部分接收到受外来杂波影响的GPS无线电波也能确保GPS终端的位置的精确识别。
本发明的另一目的是，即使GPS终端的无线部分接收到受外来杂波影响地GPS无线电波，也能优化GPS无线电波的接收操作。
而且，本发明的目的还在于：提供一种当由其他系统所产生的外来杂音等对GPS电波施加了干扰时，GPS终端能检测出该外来杂音并加以去除的GPS系统。
通过下面的描述，本发明的上述和其它目的将变得更加清晰。根据本发明第一方面的一种全球定位系统(GPS)包括：
(a)接收GPS卫星所发送的GPS电波，并根据该GPS电波所传送的信息来计算出自身位置信息的至少一个GPS终端；
(b)检测由于宇宙杂音和大气杂音的影响所造成的所述GPS卫星接收的GPS电波的劣化，并把表示该意图的控制信息发送给所述各GPS装置的GPS基站；
所述至少一个GPS终端根据从所述GPS基站接收的所述控制信息，使GPS电波的接收状态最佳化。
因此，即使在地球表面上GPS无线电波的强度(即，在地球表面的到达的无线电波的场强)因某些外部噪音或干扰电波造成变差，GPS终端也能够以较佳状态接收所发送的无线电波。
在本发明的系统的优选实施方案中，所述至少一个终端包括消除由于外来杂波造成的GPS电波劣化的功能。
在本发明的系统的另一优选实施方案中，所述至少一个GPS终端包括：接收从所述GPS基站发射的控制信息的接收机；放大在GPS电波中包含的信号的放大器；控制所述放大器增益的增益控制器；增益控制器根据在控制信号中包含的有关GPS电波的劣化的信息调整放大器的增益。
在这个实施方案中，较好的是所述增益控制部件通过增大提供给所述放大器的电流来提高所述放大器的增益。
在本发明的系统的另一个优选实施方案中，所述至少一个GPS终端包括接收从所述GPS基站发射的控制信号的接收机，放大在GPS电波中包含的信号的放大器，控制所述放大器增益的增益控制器。增益控制器根据在控制信号中包含的有关GPS电波的劣化的信息调整放大器的增益。所述增益控制部件增加放大器的增益以降低放大器的阻抗，并且限制放大器外围电路的带宽，从而抑制放大器输出的杂波成分。
在这个实施方案中，较好的是还包括设置在所述放大器之后的一附加的放大器。其中该附加的放大器的增益是以防止所述这些放大器的总增益过量的方式控制的。
在这个实施方案中，较好的是还包括设置在所述放大器之后的一个带通滤波器。其中所述带通滤波器的通频带是以抑制该放大器的输出中的杂波成分的方式控制的。
在这个实施方案中，还包括设置在GPS天线和所述放大器之间的一个带通滤波器。其中所述带通滤波器的通频带是以抑制该放大器的输出中的杂波成分的方式控制的。
在本发明的系统的另外一个优选实施方案中，还包括用于消除所述放大器的杂波成分的一个杂波消除器。
在这个实施方案中，较好的是所述杂波消除器通过检测干扰电波的峰值频率识别干扰电波的杂波频带。其中杂波消除器消除所述杂波频带。
在这个实施方案中，所述杂波消除器包括消除高于一给定电平的所述放大器的杂波成分的功能。
根据本发明第二方面的一种全球定位系统终端包括：
(a)用于接收GPS卫星发射的GPS电波并产生一个输出的天线；
(b)用于放大所述天线的输出并产生一个输出的无线部分；
(c)一解码器，其用于将射频部分的输出解码，并根据在接收的无线电波中包含的信息产生所述终端的定位信息；
(d)用于控制射频部分的增益的一个增益控制器；
其中射频部分接收有关由于基站发射的外来杂波造成的GPS电波的劣化的控制信号；
增益控制器以这样一种方式控制射频部分，即所述终端对于GPS电波的接收操作是根据接收的所述控制信号优化的。
下面，简单说明附图。
图1是表示本发明GPS终端概略构成的图。
图2是用来说明本发明实施例的工作情况的系统构成图。
图3是表示由大气衰减杂音等所造成的地面到达电波强度劣化的一个例子的图。
图4是表示由大气衰减杂音等所造成的地面到达电波强度劣化的其他例子的图。
图5是以GPS无线部为中心来详细表示本发明第一实施例的GPS终端构成的方框图。
图6A和6B是表示本发明实施例的工作流程的程序框图。
图7用来说明本发明实施例的工作情况的系统构成图。
图8A是表示根据图7的第二实施例的系统的详细结构的一功能方块图，其中详细地示出了GPS无线部分的结构。
图8B是示出图7的第二实施例的系统中的各个功能块的输出的电功率谱。
图9A是表示在没有干扰波存在时，在图7的第二实施例的系统中的放大器输入端的电功率谱。
图9B是表示在没有干扰波存在时，在图7的第二实施例的系统中的放大器输出端的电功率谱。
图9C是表示在存在某些干扰波时，在图7的第二实施例的系统中的放大器输入端的电功率谱。
图9D是表示在存在某些干扰波时，在图7的第二实施例的系统中的放大器输出端的电功率谱。
图10是表示图7所示本发明第二实施例的GPS系统的详细结构的方框图，其中详细画出了GPS无线部的结构。
图11是表示图7的本发明第二实施例的工作流程图。
图12是表示本发明第三实施例的全球定位系统的详细结构的方框图，其中详细画出了GPS无线部的结构。
图13A和13B是分别用来说明根据本发明第三实施例的干扰波消除工作的示意图。
图14是示出图1的第一实施例的变化的功能方块图，其中在GPS天线和前置放大器之间设置了一个附加的通带滤波器。
下面，参照附图来概略说明本发明GPS系统的工作情况，以使本发明的各特征更加明确。
本发明的特征是：当由于太阳杂音等宇宙杂音以及降雨等的影响等所造成的大气衰减杂音等的影响，使从GPS卫星接收的GPS电波中表示其强度的GPS地面到达电波强度劣化时，利用GPS基站检测此时的电波状况，使用携带电话网等将表示该意图的信息发送给有关GPS终端。GPS终端接收有关信息，根据电波状况来进行控制，使GPS无线部内的放大器增益等最佳化，并使位置信息的计算精度不发生劣化。
而且，在本发明中，GPS还自己检出其他系统干扰GPS电波的外来杂音，即使在其他系统造成的外来杂音干扰GPS电波的情况下，也可以防止位置信息计算精度的劣化。
用图1来说明本发明的构成。图1是表示本发明GPS终端概略构成的图。CPU4按照储存在ROM6中的程序实施对通信部分(由携带电话天线8、携带电话无线部9以及调制解调部10构成)、显示部11、GPS部分(由GPS天线1、GPS无线部2、GPS译码器3以及增益控制器5构成)进行控制等，对整个装置实施控制。
ROM6储存使整个装置工作的程序以及地图信息等。把RAM7作为工作余额来使用。调制解调部10以及携带电话无线部9提供通过携带电话天线8，利用携带电话网来连接GPS基站和国际互联网的部件。
GPS基站捕捉到遭受因太阳杂音等宇宙杂音以及降雨的影响等所造成的大气衰减杂音等影响的GPS电波的情况时，通过携带电话将该电波情况从GPS基站发送到GPS终端，通过携带电话天线8、携带电话无线部9以及调制解调部10把表示该情况的信息通知CPU4。CPU4根据有关情况信息，使用增益控制器5把GPS无线部2控制在最佳状态上。
这样一来，在本发明中，当GPS基站在电波状况中检出杂音时，通过把该电波状况通知GPS终端，GPS终端按照电波状况将GPS无线部2控制在最佳状态上，能以最佳状态来接收来自GPS卫星的电波。用GPS无线部2接收的数据通过GPS天线1以及GPS无线部2输入GPS译码器3，在此计算出纬度和精度信息，作为现在的位置信息通知CPU4。利用CPU4的命令把该计算出的位置信息作为地图信息显示到显示部11上。
而且，在本发明中，通过利用国际互联网依存型GPS系统，也可以不用GPS译码器3，而是用位置信息服务器来实施对现在位置的纬度和精度信息的计算工作。而且，用显示部11所显示的地图信息不仅可以从ROM6中呼出，而且也可以使用携带电话网从国际互联网等处下载。有关根据该国际互联网依存型GPS系统以及国际互联网等的地图信息下载方法为众所周知，所以在此省略其说明。
实施例1
下面，根据图2来说明本发明实施例1的工作情况。图2是用来说明本发明实施例1工作情况的系统构成图。在图2中，GPS卫星12把GPS电波发送到地球上。当由于太阳杂音等宇宙杂音以及降雨的影响等所造成的大气衰减杂音13等的影响使地面到达电波强度发生劣化时，在GPS基站16一侧判断电波强度劣化。通过携带电话网14把该信息从GPS基站16发送到GPS终端15。
GPS终端15根据所接收的命令，由CPU4使用增益控制器5来控制GPS无线部2内的放大器增益，使其以最佳状态来接收GPS电波。
在此，把信号成分的减少和杂音成分的增加这两个要因作为所接收电波产生劣化的主要原因。图3示出了对GPS终端15的输入无线信号的信号成分的功率电平和它的杂波成分之间的关系，其中信号电平LS下降到LS’。图4示出了与图3相同的关系，其中杂波成分电平LN上升到LN’。
如图3所示，输入信号初始具有功率电平LS的信号成分和功率电平LN的杂波成分。由于在GPS无线部2中放大器放大信号先于解调，所以它具有放大电平LSA的信号成分和放大电平LNA的杂波成分。“LSR”表示调制所需的输入信号电平。
如果初始信号成分降低到具有功率电平LS’，放大信号成分具有放大的电平LSA’，在此LSA’与LS’的差值是AdB。因此，劣化的信号成分的电平LSA’比解调所需的电平LSR低。这意味着信号成分的电平需要提高AdB，换句话说，在GPS无线部分2中的放大器的增益需要增加AdB。
另一方面，如图4所示，如果初始杂波成分升高以具有从LN到LN’的功率电平，放大的杂波成分具有放大的电平LNA’，这里“LCNR”是所需要的载波与杂波比(C/N)。因此，增加的杂波成分的电平LNA’高于解调所需的C/N比BdB。这意味着杂比成分的电平需要降低，换句话说，需要抑制杂波成分而又不降低GPS无线部2中的放大器的增益。
一般情况下，放大器的增益以及NF(噪声指数)随流动在构成GPS无线部2的放大器中的基准电流而变化。如基准电流增加，则放大器的增益增加，同时放大器的直流阻抗降低，所以交流阻抗降低，NF降低。
而且，一般情况下，杂音N用N＝KBT来表示。在此，K为波尔兹曼常数，T为绝对温度，B为频带宽度。因K为一定值，T为环境温度，所以N与B有比例关系，越限制频带宽度B，杂音N越低。一般接收机的放大器，越限制通频带，放大率越低，所以为了获得必要的增益必须进一步增加电流。而且，初级放大器对接收机自身的S/N比具有主控作用，通过降低其NF就能改善S/N比。
在一般的GPS系统中，在地表上的到达电波强度为近乎一定(大约130dBm)的状态，GPS终端放大器的基准电流、增益、NF以及频带等相对于该到达电波强度为最佳状态。在GPS终端的构成方面，如果使放大器中流动的电流超过所需值以上，就会降低装置电池的使用寿命，所以是不适当的。
因此，可以根据需要来改变提供给放大器的电流值，当由于外来杂音的影响使信号成分减少时，只要根据其状态增加电流，使放大器整体增益提高，就能使接收机常以最佳状态来接收卫星发送的电波。
而且，当由于外来杂音的影响而使杂音成分增加时，通过使提供给放大器的电流增加来降低NF，而且，当该放大器具有限制频带用的外围电路时，由于电流增加，频带受到限制，所以杂音电平降低。此时，如果因为提供给放大器的电流增加而使放大率增大到需要值以上时，只要减小提供给下一级以后的放大器的电流，接收机作为一个整体来设定最佳放大率，就能使接收机常以最佳状态来接收卫星发送的电波。
图5是进一步详细表示本发明实施例的GPS无线部2构成例的方框图。作为根据本实施例的GPS终端的接收机构成，为了方便起见，采用一般的双超外差方式。而且，在本发明中，也可以采用单超外差方式或直接变换方式。而且，图6A和6B是表示本发明工作流程的程序框图。下面，参照图5以及图6A和6B对本发明一实施例的工作情况进行详细说明。
首先，在GPS基站16测定GPS电波的接收状态(步骤S01)。如以上所述的那样，接收电波的劣化状态有因为信号成分减少的劣化，或因为杂音成分增加的劣化，GPS基站16判断是否存在这些电波状态的劣化(步骤S02)。当判断接收电波有劣化时(步骤S02为“是”)，判断其劣化的主要原因(步骤S03)。
当用步骤S03判断为信号成分减少时(此时，如图3所示，假定为AdB劣化)，向携带电话网发送改善命令，使之在步骤S06改善AdB，GPS终端15接收该命令(步骤S10)。
而且，关于接收来自携带电话网的电波，因为已经作了说明，所以在此省略。利用CPU4的命令把AdB的改善命令送到增益控制器5，增加提供给前置放大器22、降频变频器24、降频变频器26以及中频放大器28中任意一个的电流(步骤S11)，把放大器的增益提高AdB(步骤S12)。
而且，在步骤S03中，当把电波劣化的主要原因判断为杂波成分增加时(此时，如图4所示，假定为BdB劣化)。从GPS基站16向携带电话网发送改善命令，使之在步骤S08改善BdB，GPS终端15接收该命令(步骤S13)。利用CPU4的命令把BdB的改善命令送到增益控制器5，通过利用增益控制器5来增加流向前置放大器22的电流(步骤S14)降低前置放大器22内的阻抗，而且，还把电流提供给前置放大器22所具有的外围电路来限制频带，所以NF被抑制(步骤S15)。
下面，判断以降低NF为目的而增加的电流是否已使放大器增益增加到了所需值以上(步骤S16)。在该判断中，如果判断增益增加到了所需值以上(步骤S16为“是”)，利用CPU4的命令，使用增益控制器5来减少流向降频变频器24、降频变频器26以及中频放大器28中任意一个的电流(步骤S17)，控制使之不要明显地超过如图4所示的解调所需的信号电平。
而且，在步骤S02的判断中，在电波状况不劣化的情况下(步骤S02为“否”)，以为不必为了能确保GPS终端所希望的信号电平以及C/N，而进行增大接收机放大器增益以及降低放大器的NF等工作，就能使之处在最佳状态，所以照原样工作(步骤S18)。
如以上所说明的那样，当在GPS电波状况中检测出劣化时，接收检测出劣化的GPS基站16的命令，在GPS终端15一侧，通过控制放大器的基准电流，根据环境将接收机放大器的增益、NF以及频带等控制在最佳状态。在本发明中，当GPS电波的接收状况中产生劣化时，能根据需要来实施电流增加等措施，所以没有白白地使电池寿命缩短等弊端。
而且，在本实施例中，最然是通过控制供给放大器的电流来把GPS电波的接收状态控制在最佳状态，但作为改善NF的其他方法，也可以通过控制插入放大器(前置放大器22、中频放大器28)之间的BPF23、25、27(带通滤波器)的频带来降低NF。作为能控制频带的滤波器，也可以使用电流控制的不可逆倒相器滤波器、SCF(开关电容滤波器)。有关这些说明，因为是众所周知的技术，所以在此省略。
而且，虽然本实施例是把BPF23、25、27插入到前置放大器22、中频放大器28之间来构成的，但是本发明并不局限于此构成，也可以在GPS天线1和前置放大器22之间再增加一个BPS来构成，如图14所示。在所述实施例中，为了降低NF而限制BPS23、25、27的频带，但在该构成中，也可以只限制插入到GPS天线1和前置放大器22之间的BPS频带。
实施例2
下面，说明本发明的实施例2。
图7示出了本发明第二实施例的全球定位系统，它具有与图2系统相同的结构，并且图中画有来自其他系统的干扰波。
如实施例1所说明的那样，我们知道，如果由于太阳杂音等宇宙杂音以及降雨等的影响等所造成的大气衰减杂音等对GPS到达电波的影响较小，在地表上的到达电波强度为近乎一定(大约-130dBm)的状态。
而且，即使在接收大气衰减杂音等的影响时，也与实施例1相同，把GPS无线部2的状态控制在最佳状态上。在该状态下，采用一般的无线部构成(双超外差方式)时，如图8A所示，低噪音放大器(LNA)32、第一降频变频器34、第二降频变频器以及IF放大器38的输出分别要求功率谱具有如图8B所示的它们的峰值电平La、Lb、Lc和Ld。
尤其是当没有干扰电波存在时，输入GPS电波具有如图9A所示的期望的信号频谱，IF放大器38的输出具有图9B所示的所期望的放大的信号频谱。在这种情况下，放大器38的输出不会超过它的饱和电平。当有一些干扰电波存在时，输入GPS电波不仅具有期望的信号频谱，而且还具有不想要的杂波频谱，如图9C所示。通常，杂波频谱具有比信号频谱更高的峰值电平。因此，在这种情况下，放大器38的放大的输出中的杂波成分达到它的饱和电平，同时信号成分保持在一个低电平，如图9D所示。这意味着放大器38输出的放大的信号成分低于它的所期望的电平。第二实施例的系统解决了这个问题。
图10是表示实施例2的GPS终端15概略构成的方框图，除GPS无线部2A之外，其与图5的结构相同。省略与实施例1相同的部分，以GPS无线部2A的工作情况为中心进行说明。
图10的GPS无线部12包括：放大GPS线路频带的射频放大器41(一般，LNA：称作低噪音放大器)；把GPS线路频率降到基本频带的降频变频器42；用于消除进行了扫描的杂音的程序滤波器43；提供对GPS线路频率进行干扰的杂音频率扫描以及用于把GPS线路频率降到基本频带的本机频率的PLL电路44；杂音除去后，用于把信号放大到解调所需信号频谱电平的放大器45。
而且，设定降频变频器42，使之包含与射频放大器41之间的级间滤波器，还包含多个降频变频器。而且，设定程序滤波器43，使之包含判断功率电平的比较器，能够控制滤波器的频带特性、中心频率以及滤波器的类型。而且，如实施例1所说明的那样，设定增益控制器5，使之能控制射频放大器41以及降频变频器42的增益等。
图11是表示本发明实施例2工作流程的程序框图。首先，与实施例1相同，把接收机的增益等控制在最佳状态(步骤S21)。而且，作为程序滤波器43的初期状态，利用CPU4作为宽频带的BPF(带通滤波器)进行控制，使GPS线路频带能通过，而且，利用CPU4控制PLL电路44的频率，使GPS线路的中心频率能混合下降。
在下面的流程中，判断被控制在最佳状态的放大器所输出的信号电平是否为希望值(步骤S22)。在此，判断放大器输出信号的电平，由包含在程序滤波器43中的比较器来实施，并将其结果送到CPU4。当包含在放大器输出信号中的信号成分电平低于给定的希望值时(步骤S22为否)，在CPU4一侧判断干扰波被输入到GPS频带内(步骤S23)，使用PLL电路44开始干扰波的扫描(步骤S24)。
此时，利用CPU4把程序滤波器43控制在窄频带带通滤波器上，利用程序滤波器43包含的比较器特定峰值频率。变更PLL电路44的比较频率(步骤S25、S27)，当能特定干扰波杂音频率时(步骤S26为“是”)，使PLL电路44的比较频率返回初始值。此时，把程序滤波器43控制在消除该杂音频带的带阻滤波器(BEF：带阻滤波器)和使信号频带通过的带通滤波器的复合滤波器上，只消除杂音成分的频带。
而且，作为该程序滤波器的其他实施例，也可以只把使GPS线路频带通过的宽频带带通滤波器以及用于杂音成分扫描的窄频带滤波器作为固定滤波器，而只控制抑制杂音频带成分的BEF。而且，在程序滤波器中，使用适应滤波器、能用所提供的电流值来改变频带或中心频率的旋转滤波器、以及SCF(开关电容滤波器)等；因为适应滤波器、旋转滤波器、以及开关电容滤波器为公知技术，所以省略其说明。
而且，众所周知，在GPS等中所使用的频谱扩散，即使频带内的频谱多少有些欠缺，也能通过逆扩散来顺利地解调。干扰波杂音成分消除之后，利用放大器45把信号成分放大到所需的电平(步骤S29)，利用图10中的GPS译码器3来解调，检测出位置信息。
实施例3
下面，说明实施例3。在实施例3中，如图7所示，当其他系统等造成的杂音17干扰GPS终端15所接收的GPS电波时，以与实施例2所不同的方式来消除干扰杂音。
图12是表示实施例3的全球定位系统中的终端15的结构(概略构成的方框图)。在图12中，终端15具有与图2的终端相同的结构，然而，消除干扰杂波的方法与第二实施例是不同的。图12中所示的终端的结构除GPS无线部2B之外，是与图10中的该结构相同的。在此省略与实施例1、2中相同部分的说明，就有关MSW滤波器50的部分进行说明。在实施例3中，不进行根据PLL电路的杂音频率扫描和根据程序滤波器的杂音频带消除工作，而是利用MSW滤波器50来进行同样的工作。
MSW滤波器50是用来消除给定频带中一定电平以上成分的滤波器。如果输入的GPS电波不仅有所要求的信号频谱，而且也有所不想要的杂波频谱，如图13A所示，在输入信号中的杂波成分被MSW滤波器50选择地消除，如图13B所示。然后放大器45放大MSW滤波器50的输出。放大器45的输出被送到GPS译码器3，在那里被解调以产生卫星12发送的定位信息。
如同以上说明所明确的那样，根据本发明，当由于太阳杂音等宇宙杂音以及降雨的影响等所造成的大气衰减杂音等干扰GPS电波时，通过GPS基站检测出GPS地面到达电波强度的劣化，并将该情况通过携带电话网发送给各GPS终端，各GPS终端就能根据所接收的信息进行控制，使GPS电波接收最佳化。
而且，根据本发明，在由其他系统造成的外来杂音等对GPS电波进行了干扰的情况下，能检测并消除该外来杂音。
本发明不限于上面所描述的第一到第三实施例，GPS部分还可以有提供相同或相似功能的除所示实施例中的那些结构之外的其它结构。
在本发明被描述的同时，应该认识到对于本领域的熟练者来说，在没有脱离本发明的精神和范围的情况下，是能够做出改变和改动的。因此本发明的范围是以所附权利要求确定的。