技术领域
[0001] 本发明涉及有源GNSS定位天线的技术领域，公开了一种GNSS增强天线。
相关背景技术
[0002] 手机、平板等电子产品受限于体积，它们无独立的定位天线或者定位天线体积很小，与定位电路相关的射频、基带等也没有独立的芯片，这就造成它们的搜星能力相对较差。在现实的使用场景中，例如：驾驶车辆时使用手机导航，电子产品的定位天线往往会受到部分遮挡，这进一步减少了它们可以搜索到的卫星数量，现在的GNSS定位天线只有无线电信号接收功能，使用同轴电缆将模拟信号传给GNSS定位设备，且天线接口一般为SMA、TNC、BNC、FAKRA等接口，手机、平板等电子产品无法使用。其次GNSS信号不仅直接从卫星到达接收机天线，还可能经过周围环境反射后到达接收机。这些额外路径上的信号会与直接信号叠加，导致接收机测量误差增加，从而影响定位精度。
[0003] 例如现有的授权公开号为CN114509792B的中国专利公开了一种高精度GNSS移动应用增强定位系统及其工作方法，包括外置GNSS模块和与外置GNSS模块蓝牙连接的移动设备，移动设备里安装有定位辅助软件和移动应用，定位辅助软件用于连接CORS服务器，并向CORS服务器接收和发送数据；外置GNSS模块包括壳体，壳体的顶部从后到前依次设有GNSS双频螺旋天线和开关按钮，壳体内设有定位模块、单片机、蓄电池、无线充电模块、蓝牙模块、SIM卡槽和位于GNSS双频螺旋天线正下方的SMA信号转接头，蓝牙模块连接有位于壳体外侧的蓝牙天线，SMA信号转接头穿过壳体与GNSS双频螺旋天线连接；壳体的前侧设有用于套在手机上的安装套。该发明能够可靠的传递外置GNSS模块的位置、精度、状态信息给移动应用，移动应用代码修改量小，高精度位置服务运行稳定。
[0004] 但是上述专利中存在以下问题：GNSS模块的精度和抗干扰能力可能受到外界环境的影响，并且不能根据环境的变化而自适应调整参数，其次，信号接收不经过处理和寻找最优路径，仅仅通过硬件提高精度，难以满足目前智能化和自动化的信号采集，并且无法判断信号的强度和准确性。
具体实施方式
[0063] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0064] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0065] 其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0066] 实施例一
[0067] 如图1所示，一种GNSS增强天线，包括：
[0068] 供能模块，包括电源管理单元和供能单元；
[0069] 电源管理单元包括DC‑DC转换器、电源稳压、供能单元管理、电源监控和能源优化；
[0070] 进一步的，DC‑DC转换器通过DC‑DC转换将输入电压转换为所需的稳定输出电压，比如，将高电压电池电压降到模块工作的低电压。
[0071] 电源稳压采用低噪声稳压器确保电压稳定，以满足敏感电子组件的需求。
[0072] 电池管理单元配备电池管理系统来监测电池的电量、温度和健康状况，避免过充或过放；
[0073] 电源监控实现实时电流和电压监测功能，以便动态调整功耗和进行故障诊断。
[0074] 能源优化实施节能模式和动态电源调整功能，减少在低负载时的功耗，提高整体系统的能效。
[0075] 供能单元选择高容量锂电池以支持长时间运行，配备充电管理电路。
[0076] GNSS天线；所述GNSS天线包括射频模块和基带模块；
[0077] GNSS天线用于接收卫星微弱的射频信号并将其转化成卫星导航数据，并通过蓝牙将其传输至电子设备；
[0078] 其中，GNSS天线包括片状天线、低噪声放大器；
[0079] 进一步的，片状天线集成到便携设备中，体积小，易于制造；
[0080] 低噪声放大器通过调整低噪声系数增强信号接收能力，提高定位精度，低噪声放大器用于提高信号的接收灵敏度；
[0081] GNSS频段包括：GPS L1：1.57542 GHz；GPS L2：1.2276 GHz；GLONASS L1：1.602 GHz；GLONASS L2：1.246 GHz；Galileo E1：1.57542 GHz；Galileo E5：1.192 GHz；Beidou B1：1.561 GHz；Beidou B2：1.207 GHz；
[0082] 射频模块，包括GNSS射频芯片和滤波单元、频率转换单元和频率调节单元；
[0083] 其中，GNSS射频芯片用于提供射频信号接收、处理和定位功能，进一步的，GNSS射频芯片需要选择适合的GNSS射频芯片，例如Qualcomm的Snapdragon 865集成GNSS功能，或者高精度的u‑blox M8系列芯片；
[0084] 滤波单元用于抑制射频信号不需要的频率成分，减少干扰；
[0085] 滤波单元通过自适应滤波模型动态调整滤波器系数以适应环境变化引起的不需要的频率成分；
[0086] 自适应滤波模型计算表达式如下所示：
[0087] ；
[0088] 其中， 为滤波器系数， 为输入的射频信号， 为滤波后的信号，为滤波的总阶数。为射频信号组数，γ为滤波阶数；
[0089] 更新滤波器系数，更新计算表达式为：
[0090] ；
[0091] 其中，为步长因子， 为滤波器的输出与期望信号之间的误差；， 为滤波器系数的更新值。
[0092] 频率转换单元用于将接收到的射频信号的高频信号变频到中频；
[0093] 频率转换单元包括混频器和本振，其中，混频器用于将输入信号与本振信号混合，生成中频信号，本振产生稳定的频率信号，用于混频过程；
[0094] 频率调节单元用于稳定和调节频率，以提高射频信号的准确性和稳定性；
[0095] 频率调节单元包括可调频率合成器和晶体振荡器，其中，可调频率合成器用于提供稳定的本振信号，晶体振荡器用于提供高精度的参考频率信号；
[0096] 射频模块将处理后的射频信号转化为基带信号传输至基带模块；
[0097] 基带模块，包括基带选择单元、GNSS基带芯片及其外围元器件；
[0098] 其中，基带选择单元用于判断基带信号是否需要GNSS芯片处理，若CPU算力不足，基带信号需要通过基带模块进行解调，以提取出导航数据，如卫星轨道参数、时间信息等，所以需要接入基带模块；若CPU算力足够，则不接入基带模块，输入基带信号至CPU，通过CPU对基带信号进行软解；
[0099] 外围元器件包括存储器、功耗管理和去耦电路；
[0100] 进一步的，存储器包括RAM和闪存，用于存储程序和数据；
[0101] 功耗管理用于监控和管理芯片的功耗；
[0102] 去耦电路，用于减少基带模块产生微弱噪声，确保稳定性；
[0103] 多路径优化模块，包括多路径寻优单元、多路径估算单元和估算优化模型；
[0104] 如图2所示，多路径寻优单元处理接收卫星信号的流程包括：
[0105] S101、GNSS接收信号；
[0106] S102、自适应滤波处理；
[0107] S103、多路径寻优单元寻优信号最优路径；
[0108] S104、信号合成；
[0109] S105、信号定位转换；
[0110] S106、定位结果输出；
[0111] 多路径寻优单元用于检测和估算接收到的基带信号中的多路径分量，确定多路径的数量和强度；
[0112] 多路径寻优单元包括直接路径模型、并联路径估算模型和算子着点优化算法；
[0113] 多路径分量通过筛选器对基带信号进行筛选，筛选出的基带信号路径包括直接路径和并联路径；
[0114] 若同一时间戳，连续基带信号幅值相同，频率相同，且筛选器通道有且仅有一组基带信号，则筛选入直接路径，并通过直接路径计算基带信号路径，反之则进入并联路径，通过并联路径估算基带信号最优路径；
[0115] 直接路径为只存在一条路径的基带信号对应的路径，将其作为最优路径；
[0116] 多路径估算单元用于估算所述基带信号传播路径的数量和强度；
[0117] 并联路径估算模型通过基带信号流方程建立基带信号状态矩阵，并将基带信号状态矩阵转化为基带信号特征多项式，计算基带信号特征多项式的特征根，通过特征根建立基带信号传输算子，通过基带信号传输算子模拟基带信号流路径，以找到最优路径；
[0118] 所述一种GNSS增强天线还包括通信模块，其包括蓝牙单元和蓝牙天线；
[0119] 蓝牙单元和蓝牙天线用于将数字基带信号或导航数据发送给电子设备。
[0120] 实施例二
[0121] 基于实施例一，基带信号流方程计算表达式如下所示：
[0122] ；
[0123] 其中， 为第一路径t时刻的基带信号强度系数， 为第t时刻的基带信号值，为第一路径t+1时刻的基带信号强度系数， 为第t+1时刻的基带信号值， 为第一路径第t+i时刻的基带信号强度系数， 为第t+i时刻的基带信号值， 为第二路径t时刻的基带信号强度系数，bi为第二路径第t+i时刻的基带信号强度系数， 为第n路径第t时刻基带信号强度系数，ni为第n路径第t+i时刻的基带信号强度系数， 为第一路径第t时刻至t+i时刻基带信号强度， 为第二路径第t时刻至t+i时刻基带信号强度， 为第n路径第t时刻至t+i时刻基带信号强度，n为信号传递的路径个数，t为时序；
[0124] 基带信号状态矩阵方程如下所示：
[0125] ；
[0126] 其中，B为多路径基带信号强度矩阵，F为t至t+i时间戳信号值，Z为基带信号强度；
[0127] 进一步的， , , ；
[0128] 可得， ；
[0129] 特征根计算表达式如下所示：
[0130] ；
[0131] 其中， 为不同路径基带信号强度系数的特征根；
[0132] 通过特征根计算特征向量，由特征向量的方差反映同一时间戳的基带信号的不同路径对基带信号强度的影响；
[0133] 基带信号特征多项式计算表达式如下所示：
[0134] ；
[0135] 其中， 为特征根， 为特征根 对应的特征向量， 为特征向量矩阵强度系数，j为特征根序数；
[0136] 基带信号传输算子，计算表达式如下所示：
[0137] ；
[0138] 其中， 为基带信号流图模拟函数， 为基带信号算子， 为第一特征根， 为第c特征根， 为基带信号传递第一路径的算子着点， 为基带信号传递第二路径的算子着点， 为基带信号传递第c路径的算子着点；
[0139] 如图4所示，基带信号流图模拟函数模拟三条基带信号的传输路径分别为R1、R2、R3；
[0140] 进一步的，R1路径为基带信号的传输路径经过A0、A1、B1、B2、A4最终传输至A5；
[0141] R2路径为基带信号的传输路径经过A0、A1、A2、A3、A4最终传输至A5；
[0142] R3路径为基带信号的传输路径经过A0、A1、A2、C1、C2、A4最终传输至A5；
[0143] 基带信号流图模拟函数用于将基带信号的传输路径模拟生成流图；
[0144] 基带信号算子为基带信号着点；
[0145] 进一步的，基带信号着点在图4中为A0、A1、A2、A3、A4、A5、B1、B2、C1、C2；
[0146] 进一步的，多路径估算单元包括基带信号接收器、基带信号调节器和路径估算模型；
[0147] 估算优化模型通过基带信号流图模拟函数，对并联路径估算模型计算的基带信号强度进行判断，若基带信号流图路径最短，且代入基带信号流方程计算基带信号强度最大，则新的基带信号算子着点覆盖原基带信号算子着点，估算优化模型计算表达式如下所示：
[0148] ；
[0149] 其中， 为通过新的基带信号算子着点计算的基带信号强度， 为原基带信号算子着点计算的基带信号强度， 为更新的基带信号算子着点， 为基带信号算子着点， 为基带信号随机偏移量。
[0150] 进一步的， 。
[0151] 实施例三
[0152] 如图3所示，ANT为GNSS天线、SAW为SAW滤波电路、GNSS RF为GNSS射频电路、GNSS BB为GNSS基带电路、POWER为电源供能；
[0153] 所述一种GNSS增强天线包括：GNSS天线1；SAW滤波电路2；射频电路3；基带电路4；蓝牙模块5；蓝牙天线6；电源7。
[0154] GNSS天线1负责接收来自卫星（如GPS、北斗等）的无线电射频信号；SAW滤波电路2负责滤除不相关其他（如基站、WiFi、蓝牙等）无线电信号；射频电路3主要由GNSS射频芯片及其外围元器件构成，负责信号接收放大、滤波、频率转换与解调，将其转换成数字基带信号；基带电路4主要由GNSS基带芯片及其外围元器件构成，负责对基带信号进行解调，以提取出导航数据，如卫星轨道参数、时间信息等，基带电路4并不是必须的，如果电子设备的CPU算力足够，可以让其进行软解；蓝牙模块5和蓝牙天线6负责将数字基带信号或导航数据发送给电子设备，电源7负责给整个电路供电，由于GNSS射频芯片、蓝牙模块5等功耗都很低，可以使用太阳能电池或锂电池供电。
[0155] 展示重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了两个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值（例如，温度、压力等）、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
[0156] 此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征（即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征）。
[0157] 应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
[0158] 应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
