DE69738213T2

DE69738213T2 - Verbesserter gps empfänger mit kommunikationsverbindung

Info

Publication number: DE69738213T2
Application number: DE1997638213
Authority: DE
Inventors: Norman F. San Carlos KRASNER
Original assignee: SnapTrack Inc
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1997-03-07
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2017-03-08
Also published as: ES2296306T3; EP2267920A2; EP2267920A3; EP2285018A2; JP2008003104A; EP2285018A3; US5841396A; US6400314B1; DE69738213D1; EP0885492B1; JP2013190437A; AU2070297A; JP5688115B2; DK0885492T3; PT885492E; JP2000506348A; US6064336A; EP0885492A4; ES2373819T3; WO1997033382A1

Description

1. Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Empfänger, die fähig sind, Positionsinformationen von Satelliten zu bestimmen, und betrifft insbesondere derartige Empfänger, die in globalen Satelliten-Positionsbestimmungssystemen (GPS) Anwendung finden.
2. Hintergrund des Fachgebiets
GPS-Empfänger bestimmen ihre Position normalerweise durch Berechnen relativer Ankunftszeiten von Signalen, die gleichzeitig von einer Vielzahl von GPS-(oder NAVSTAR-)Satelliten gesendet werden. Diese Satelliten senden als Teil ihrer Nachricht sowohl Satellitenpositionsbestimmungsdaten als auch Daten über die Taktzeitsteuerung, sogenannte „Ephemeriden"-Daten. Das Verfahren zum Suchen nach und Erfassen von GPS-Signalen, Lesen der Ephemeridendaten für eine Vielzahl von Satelliten und Berechnen des Standorts des Empfängers aus diesen Daten ist zeitaufwendig und benötigt oft einige Minuten. In vielen Fällen ist diese langwierige Verarbeitungszeit unannehmbar und beschränkt außerdem die Batterielebensdauer in mikrominiaturisierten tragbaren Anwendungen erheblich.
Eine andere Begrenzung für gegenwärtige GPS-Empfänger ist, daß ihr Betrieb auf Situationen beschränkt ist, in denen mehrere Satelliten ohne Hindernisse gut sichtbar sind, und wobei eine Antenne guter Qualität richtig positioniert ist, um derartige Signale zu empfangen. Als solche sind sie normalerweise nicht in tragbaren, am Körper befestigten Anwendungen, in Bereichen, wo es erheblich Laubwerk oder Gebäudehindernisse gibt, und in Anwendungen innerhalb von Gebäuden anwendbar.
Es gibt zwei Hauptfunktionen von GPS-Empfangssystemen: (1) die Berechnung der Pseudobereiche zu den verschiedenen GPS-Satelliten und (2) die Berechnung der Position der Empfangsplattform unter Verwendung dieser Pseudobereiche und Satellitenzeitsteuerungs- und Ephemeridendaten. Die Pseudobereiche sind einfach die Zeitverzögerungen, die zwischen dem Empfangssignal von jedem Satelliten und einem lokalen Takt gemessen werden. Die Satellitenephemeride und die Zeitsteuerungsdaten werden aus dem GPS-Signal extrahiert, wenn es einmal erfaßt und verfolgt wird. Wie vorstehend dargelegt, braucht das Erfassen dieser Informationen normalerweise eine relativ lange Zeit (30 Sekunden bis einige Minuten) und muß mit einem guten Empfangssignalpegel durchgeführt werden, um niedrige Fehlerraten zu erreichen.
Nahezu alle bekannten GPS-Empfänger verwenden Korrelationsverfahren, um Pseudobereiche zu berechnen. Diese Korrelationsverfahren werden in Echtzeit, häufig mit Hardware-Korrelatoren durchgeführt. GPS-Signale enthalten sich wiederholende Signale mit hoher Datenrate, die als pseudozufällige (PN) Sequenzen bezeichnet werden. Die für zivile Anwendungen verfügbaren Codes werden als C/A-Codes bezeichnet und haben eine binäre Phasenumkehrrate oder "Chipping"-Rate (Fragmentierungsrate) von 1,023 MHz und eine Wiederholungsperiode von 1023 Chips für eine Codeperiode von 1 ms. Die Codesequenzen gehören zu einer als Goldcodes bekannten Familie. Jeder GPS-Satellit sendet ein Rundrufsignal (Broadcast) mit einem eindeutigen Goldcode.
Für ein Signal, das von einem gegebenen GPS-Satelliten empfangen wird, multipliziert ein Korrelationsempfänger das Empfangssignal, folgend auf ein Abwärtsmischverfahren auf Basisband, mit einer gespeicherten Kopie des passenden Goldcodes, die in seinem lokalen Speicher enthalten ist, und integriert dann das Produkt oder tiefpaßfiltert es, um eine Anzeige für das Vorhandensein des Signals zu erhalten. Dieser Prozeß wird als ein „Korrelations"-Arbeitsgang bezeichnet. Durch aufeinanderfolgendes Einstellen der relativen Zeitsteuerung dieser gespeicherten Kopie relativ zu dem Empfangssignal und Beobachten der Korrelationsausgabe kann der Empfänger die Zeitverzögerung zwischen dem Empfangssignal und einem lokalen Takt bestimmen. Die anfängliche Bestimmung des Vorhandenseins einer derartigen Ausgabe wird als „Erfassung" bezeichnet. Wenn die Erfassung einmal stattfindet, tritt das Verfahren in die „Verfolgungsphase" ein, in der die Zeitsteuerung der lokalen Referenz in kleinen Beträgen angepaßt wird, um eine hohe Korrelationsausgabe aufrechtzuerhalten. Die Korrelationsausgabe während der Verfolgungsphase kann als das GPS-Signal gesehen werden, bei dem der pseudozufällige Code entfernt, oder in üblicher Bezeichnungsweise „entspreizt" ist. Dieses Signal ist schmalbandig, wobei die Bandbreite einem zweiten binären Phasenumtastungsdatensignal mit 50 Bit pro Sekunde entspricht, das der GPS-Wellenform überlagert ist.
Das Korrelationserfassungsverfahren ist, insbesondere wenn Empfangssignale schwach sind, sehr zeitaufwendig. Um die Erfassungszeit zu verbessern, nutzen viele GPS-Empfänger eine Vielzahl an Korrelatoren (typischerweise bis zu 12), was eine parallele Suche nach Korrelationsspitzen erlaubt.
Ein anderer Ansatz zur Verbesserung der Erfassungszeit ist in US-A-4 445 118 beschrieben. Dieser Ansatz verwendet die Übertragung von Doppler-Information von einer Steuerbasisstation an eine abgesetzte GPS-Empfängereinheit, um zu der GPS-Signalerfassung beizutragen. Während dieser Ansatz die Erfassungszeit verbessert, ist die Doppler-Information nur für eine kurze Zeitspanne genau, da die GPS-Satelliten die Erde mit relativ hohen Geschwindigkeiten umkreisen. Folglich wird eine weitere Übertragung von Doppler-Information notwendig, damit eine abgesetzte Einheit genaue Doppler-Information verwendet.
Ein Ansatz zur Verbesserung der Genauigkeit der Positionsbestimmung durch eine abgesetzte GPS-Empfängereinheit ist ebenfalls in US-A-4 445 118 , auf das als das Taylor-Patent Bezug genommen wird, beschrieben. In dem Taylor-Patent wird von einer Basisstation eine stabile Frequenzreferenz an eine abgesetzte GPS-Empfängereinheit übertragen, um eine Fehlerquelle aufgrund eines lokalen Oszillators mit schlechter Qualität an der abgesetzten GPS-Empfängereinheit zu beseitigen. Dieses Verfahren verwendet ein spezielles Frequenzumtastsignal (FSK-Signal), dessen Frequenz sehr nahe an der GPS-Signalfrequenz liegen muß. Wie in 4 des Taylor-Patents gezeigt, ist das spezielle FSK-Signal etwa 20 MHz unter dem 1575 MHz-GPS-Signal. Außerdem verwendet der in dem Taylor-Patent beschriebene Ansatz einen allgemeinen Zurückweisungsmechanismus, in dem jeder Fehler in dem lokalen Oszillator (gezeigt als L. O. 52) des Empfängers sowohl in dem GPS-Kanal als auch dem Referenzkanal erscheint und sich folglich aufhebt. Es gibt keinen Versuch, diesen Fehler zu erfassen oder zu messen. Auf diesen Ansatz wird manchmal als Homodyn-Betrieb Bezug genommen. Während dieser Ansatz einige Vorteile bereitstellt, erfordert er, daß die zwei Kanäle eng abgestimmt, einschließlich in der Frequenz eng abgestimmt werden. Außerdem erfordert dieser Ansatz, daß beide Frequenzen fest bleiben, so daß Frequenzspringverfahren (Frequency Hopping) nicht mit diesem Ansatz vereinbar sind.
Zusammenfassung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mobileinheit gemäß Anspruch 5 bereitzustellen, die ferner wesentliche Kennzeichen gemäß den Ansprüchen 6 bis 10 hat.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Verfügung, das ferner wesentliche Kennzeichen gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 hat.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen.
Die vorliegende Erfindung wird in den Figuren der beigefügten Zeichnungen, in denen Bezugszeichen ähnliche Elemente anzeigen, beispielhaft und nicht einschränkend dargestellt, wobei:
1A ein Blockdiagramm der Hauptbestandteile eines abgesetzten oder mobilen GPS-Empfangssystems ist, das die Verfahren der vorliegenden Erfindung nutzt, und Daten strecken zeigt, die zwischen einer Basisstation und der abgesetzten Einheit vorhanden sein können.
1B ein Blockdiagramm einer alternativen GPS-Mobileinheit ist.
1C ein Blockdiagramm einer anderen alternativen GPS-Mobileinheit ist.
2A und 2B zwei Alternativen für die HF- und ZF-Abschnitte eines Empfängers bereitstellen, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
3 ein Flußdiagramm der Hauptarbeitsgänge (z. B. Softwarearbeitsgänge) zeigt, die von dem programmierbaren DSP-Prozessor gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden.
4A–4E die Signalverarbeitungswellenformen in verschiedenen Verarbeitungsstadien gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung zeigen.
5A ein Basisstationssystem in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5B ein Basisstationssystem in einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6A eine GPS-Mobileinheit zeigt, die gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine lokale Oszillatoreichung hat.
6B und 6C andere Ausführungsformen von GPS-Mobileinheiten mit einer lokalen Oszillatoreichung zeigen.
7 ein Flußdiagramm ist, das ein Leistungsverwaltungsverfahren für eine Mobileinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ein Verfahren zum Herleiten der Doppler-Information für Satelliten mit Sichtverbindung aus Satelliten-Almanach-Daten zeigt, die einer Mobileinheit bereitgestellt werden.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Berechnung der Position eines mobilen oder abgesetzten Objekts in einer Weise, die zu sehr niedriger Verlustleis tung in der abgesetzten Hardware und der Fähigkeit führt, mit sehr niedrigen Empfangsignalpegeln zu arbeiten und trotzdem genaue Messungen der Positionsinformation bereitzustellen. Das heißt, der Leistungsverbrauch wird verringert, während die Empfängerempfindlichkeit und Genauigkeit verbessert werden. Dies wird auch durch den Empfang und die Verwendung eines Kommunikationssignals mit stabiler Frequenz an der abgesetzten Einheit ermöglicht. Dies wird durch die Implementierung der abgesetzten Empfangsfunktionen, wie in 1A gezeigt, ebenso wie die Übertragung von Satelliten-Almanach-Information von einer separat angeordneten Basisstation 10 an die abgesetzte GPS-Mobileinheit 20 ermöglicht.
Es sollte bemerkt werden, daß Pseudobereiche verwendet werden können, um die geographische Position der abgesetzten Einheit auf viele verschiedene Arten zu berechnen. Drei Beispiele sind:

1. Verfahren 1: Durch erneutes Senden der Satellitendatennachrichten von der Basisstation 10 an die abgesetzte Einheit 20 kann die abgesetzte Einheit 20 diese Information mit den Pseudobereichsmessungen kombinieren, um ihre Position zu berechnen. Siehe zum Beispiel US-A-5 365 450 . Typischerweise führt die abgesetzte Einheit 20 die Berechnung der Position in der abgesetzten Einheit 20 durch.
2. Verfahren 2: Die abgesetzte Einheit 20 kann die Satelliten-Ephemeridendaten aus dem Empfang von GPS-Signalen in der normalen Weise sammeln, die üblicherweise auf dem Fachgebiet praktiziert wird. Diese Daten, die typischerweise für ein oder zwei Stunden gültig sind, können mit Pseudobereichsmessungen kombiniert werden, um typischerweise in der abgesetzten Einheit die Positionsberechnung auszuführen.
3. Verfahren 3: Die abgesetzte Einheit 20 kann über eine Kommunikationsstrecke 16 die Pseudobereiche an die Basisstation 10 übertragen, die diese Information mit den Satelliten-Ephemeridendaten kombinieren kann, um die Positionsberechnung durchzuführen. Siehe zum Beispiel US-A-5 225 842 .

In den Ansätzen (oder Verfahren) 1 und 3 wird angenommen, daß die Basisstation 10 und die abgesetzte Einheit 20 eine gemeinsame Sicht auf alle interessierenden Satelliten haben und nahe genug aneinander positioniert sind, um eine zeitliche Mehrdeutigkeit aufzulösen, die mit der Wiederholungsrate der pseudozufälligen GPS-Codes verbunden ist. Dies wird für einen Bereich zwischen der Basisstation 10 und der abgesetzten Einheit 20 von 1/2 mal der Lichtgeschwindigkeit mal der PN-Wiederholungsperiode (1 Millisekunde), oder etwa 150 km, erfüllt sein.
Um die gegenwärtige Erfindung zu erklären, wird angenommen, daß das Verfahren 3 verwendet wird, um die Positionsberechnung durchzuführen. Nach der Durchsicht dieser Beschreibung werden Fachleute der Technik jedoch zu schätzen wissen, daß die verschiedenen Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit jedem der vorstehenden drei Verfahren ebenso wie mit anderen Ansätzen verwendet werden könnten. Zum Beispiel können in einer Abänderung des Verfahrens 1 Satellitendateninformationen, wie etwa Daten, die die Satelliten-Ephemeride darstellen, von einer Basisstation an eine abgesetzte Einheit übertragen werden, und diese Satellitendateninformation können mit Pseudobereichen kombiniert werden, die gemäß der vorliegenden Erfindung aus gepufferten GPS-Signalen berechnet werden, um eine Breiten- und Längenposition (und in vielen Fällen auch eine Höhenposition) für die abgesetzte Einheit bereitzustellen. Es wird zu schätzen gewußt, daß die von der abgesetzten Einheit empfangene Positionsinformation auf die Breiten- und Längenposition beschränkt sein kann oder eine weitergehende Information sein kann, die die Breiten- und Längenposition, die Höhenposition, die Geschwindigkeit und die Stellung der abgesetzten Einheit umfaßt. Außerdem können die lokale Oszillatorkorrektur und/oder die Leistungsverwaltungsaspekte der vorliegenden Erfindung in dieser Variation des Verfahrens 1 verwendet werden. Außerdem kann Satelliten-Almanach-Information an die abgesetzte Einheit 20 übertragen werden und von der abgesetzten Einheit 20 gemäß den Aspekten der vorliegenden Erfindung genutzt werden.
Bei dem Verfahren 3 befiehlt die Basisstation 10 der abgesetzten Einheit 20 mittels einer Nachricht, die über eine Datenkommunikationsstrecke 16, wie in 1A gezeigt, gesendet wird, eine Messung durchzuführen. Die Nachricht von der Basisstation 10, die die abgesetzten Einheit 20 befehligt, kann typischerweise auch eine Kennung der bestimmten Satelliten mit Sichtverbindung oder andere Initialisierungsdaten angeben. Die Basisstation 10 kann in dieser Nachricht auch Satelliten-Almanach-Information senden (oder vorher gesendet haben), was eine Form der Satellitendateninformation ist. Diese Satelliten-Almanach-Information umfaßt typischerweise eine Beschreibung der ungefähren Position gegen die Zeit aller Satelliten in der GPS-Konstellation. US-A-4 445 118 beschreibt einige der Daten, die in Satelliten-Almanach-Daten enthalten sein können. Diese Nachricht wird von einem getrennten Modem 22 empfangen, das ein Teil der abgesetzten Einheit 20 ist, und wird in einem mit einem Niederleistungsmikroprozessor 26 verbundenen Speicher 30 gespeichert. Die Satelliten-Almanach-Information kann dann verwendet werden, um Doppler-Information für Satelliten mit Sichtverbindung herzuleiten; diese Herleitung wird nachstehend weiter beschrieben. Die Almanach-Daten können für Zeitspannen von bis zu einem Monat gültig sein. Der Mikroprozessor 26 wickelt den Dateninformationstransfer zwischen den Verarbeitungselementen 32–48 der abgesetzten Einheit und dem Modem 22 ab und steuert, wie in der nachfolgenden Diskussion offensichtlich, die Leistungsverwaltungsfunktionen innerhalb des abgesetzten Empfängers 20. Normalerweise stellt der Mikroprozessor 26 die Hardware der meisten der aller abgesetzten Einheiten 20 auf einen niedrigen Leistungszustand oder abgeschalteten Zustand ein, außer, wenn die Pseudobereich- und/oder GPS-Berechnungen durchgeführt werden oder wenn eine alternative Leistungsquelle verfügbar ist. Der Empfängerabschnitt des Modems wird jedoch zumindest regelmäßig eingeschaltet (auf ganze Leistung), um zu bestimmen, ob die Basisstation 10 einen Befehl an die abgesetzte Einheit gesendet hat, um die Position der abgesetzten Einheit zu bestimmen.
Die Verwendung dieser Satelliten-Almanach-Information zur Herleitung von Doppler-Information für Satelliten mit Sichtverbindung zu der abgesetzten Einheit beseitigt die Anforderung, daß die abgesetzte Einheit 20 nach derartiger Doppler-Information sucht, wodurch ihre Verarbeitungszeit um einen Faktor von mehr als 10 verringert wird. Die Verwendung der Doppler-Information ermöglicht auch, daß die GPS-Mobileinheit 20 eine Probe von GPS-Signalen schneller verarbeitet und dies trägt dazu bei, den Zeitbetrag, für den der Prozessor 32 die volle Leistung empfangen muß, um eine Positionsinformation zu berechnen, zu verringern. Dies allein verringert die von der abgesetzten Einheit verbrauchte Leistung 20 und trägt zu einer verbesserten Empfindlichkeit bei. Zusätzliche Information, einschließlich der Zeiträume der Daten in der GPS-Nachricht, kann auch an die abgesetzte Einheit 20 gesendet werden.
Das Empfangsdatenstreckensignal kann eine Präzisonsträgerfrequenz nutzen. Der abgesetzte Empfänger 20 kann, wie in 6 gezeigt, die nachstehend beschrieben ist, eine automatische Frequenzabstimmungsschleife (AGC-Schleife) verwenden, um sich auf diesen Träger zu synchronisieren und dadurch seinen eigenen Referenzoszillator weiter zu eichen (z. B. durch Korrigieren der Ausgangsfrequenz des GPS-L. O. der verwendet wird, um GPS-Signale zu erfassen). Eine Nachrichtenübertragungszeit von 10 ms mit einem Empfangssignal-Rauschverhältnis von 20 dB erlaubt normalerweise die Frequenzmessung über eine AFC mit einer Genauigkeit von 10 Hz oder besser. Dies ist typischerweise geeigneter für die Anforderungen der vorliegenden Erfindung. Dieses Merkmal verbessert auch die Genauigkeit der Positionsberechnungen, die entweder herkömmlich oder unter Verwendung der schnellen Faltungsverfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Dieses Merkmal wird nachstehend detaillierter beschrieben.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Kommunikationsstrecke 16 ein im Handel erhältliches Schmalband-Funkfrequenz-Kommunikationsmedium, wie etwa ein Zweiwege-Funkrufsystem. Dieses System kann in Ausführungsformen verwendet werden, in denen die Menge an übertragenen Daten zwischen der abgesetzten Einheit 20 und der Basisstation 10 relativ klein ist. Satelliten-Almanach-Daten können komprimiert werden, so daß die Menge an notwendigen Daten, um die ungefähre Position aller Satelliten in der GPS-Konstellation zu beschreiben, effizient in einem Kommunikationssystem mit schmaler Bandbreite übertragen werden kann. Die Systeme, die die Übertragung großer Mengen an Daten über einen kurzen Zeitraum erfordern, können ein Kommunikationsmedium mit höherer Funkfrequenzbandbreite erfordern. Diese Systeme mit höherer Bandbreite können in den Ausführungsformen benötigt werden, in denen unkomprimierte Satelliten-Almanach-Daten übertragen werden.
Es wird zu schätzen gewußt, daß es trotzdem effizient sein kann, ein schmalbandiges System zu verwenden, selbst die unkomprimierte Satelliten-Almanach-Information übertragen wird, weil die Almanach-Information für lange Zeitspannen (z. B. typischerweise einen Monat) eine gute Genauigkeit hat. Folglich kann diese Information einmal pro Monat übertragen und dann in der GPS-Mobileinheit (z. B. einem Flash-EEPROM-Speicher) gespeichert werden und für den ganzen Monat verwendet werden; typischerweise wird diese Information in diesem Fall mit einem Zeitstempel gespeichert, der das Empfangsdatum der Satelliten-Almanach-Daten anzeigt. Die abgesetzte Einheit kann dann, wenn sie einen Befehl empfängt, ihre Positionsinformation bereitzustellen, bestimmen, ob die Satelliten-Almanach-Daten veraltetet sind und die Übertragung von Almanach-Daten, die von der Basisstation bereitgestellt wird, empfangen oder nicht empfangen. Wenn die Daten nicht veraltet sind (z. B. die Almanach-Daten, wie durch ihren Zeitstempel angezeigt, weniger als einen Monat oder eine andere vorbestimmte Zeitspanne alt sind), dann können die Daten aus dem Speicher verwendet werden, und der Empfang „frischer" Satelliten-Almanach-Daten ist nicht notwendig, und die automatische Übertragung derartiger Daten wird ignoriert. Alternativ kann die Basisstation bestimmen, ob sie Satelliten-Almanach-Daten übertragen soll, indem sie eine Liste abgesetzter Einheiten, denen Satelliten-Almanach-Daten gesendet wurden, und einen Zeitstempel pflegt, der die letzte Übertragung von Satelliten-Almanach-Daten für jede derartige abgesetzte Einheit anzeigt. Die Basisstation kann dann basierend auf der Veraltung der letzten Satelliten-Almanach-Daten, die in der bestimmten abgesetzten Einheit gespeichert sind, bestimmen, ob sie Satelliten-Almanach-Daten mit einem Positionsbestimmungsbefehl senden soll. Wenn die Almanach-Daten an der bestimmten abgesetzten Einheit nicht veraltet sind (d. h. weniger als einen Monat alt sind), dann wird der Positionsbestimmungsbefehl ohne die Almanach-Daten von der Basisstation an die abgesetzte Einheit übertragen. Wenn die Almanach-Daten veraltet sind, dann werden die aktuellen Satelliten-Almanach-Daten an die abgesetzte Einheit übertragen.
Wenn die abgesetzte Einheit 20 einmal (z. B. von der Basisstation 10) einen Befehl für die GPS-Verarbeitung zusammen mit der Satelliten-Almanach-Information empfängt (oder bestimmt, daß sie eine lokal gespeicherte Version von Satelliten-Almanach-Daten verwendet kann), aktiviert der Mikroprozessor 26 den HF-ZF-Umsetzer 42, den Analog-Digital-Wandler 44 und den digitalen Zwischensicherungsspeicher 46 über eine Batterie und einen Leistungsregler und die Leistungsschalterschaltung 36 (und die gesteuerten Stromleitungen 21a, 21b, 21c und 21d), wodurch diesen Bestandteilen die volle Leistung bereitgestellt wird. Dies bewirkt, daß das Signal von dem GPS-Satelliten, das über die Antenne 40 empfangen wird, auf eine ZF-Frequenz abwärtsgemischt wird, wo sie anschließend eine Digitalisierung erfährt. Ein Satz derartiger Daten, der typischerweise einer Dauer von 100 Millisekunden bis 1 Sekunde (oder sogar länger) entspricht, wird dann in einem Zwischensicherungsspeicher 46 gespeichert. Die Menge an gespeicherten Daten kann von dem Mikroprozessor 26 derart gesteuert werden, daß in dem Speicher 46 (um eine bessere Empfindlichkeit zu erhalten) in solchen Situationen, wenn das Energiesparen nicht so wichtig ist wie das Erhalten einer besseren Empfindlichkeit, mehr Daten gespeichert werden, und in solchen Situationen, in denen das Energiesparen wichtiger als die Empfindlichkeit ist, weniger Daten gespeichert werden können. Typischerweise ist die Empfindlichkeit wichtiger, wenn die GPS-Signale teilweise behindert werden, und das Energiesparen ist weniger wichtig, wenn eine reichliche Leistungsversorgung (z. B. eine Autobatterie) verfügbar ist. Die Adressierung dieses Speichers 46 zum Speichern dieser Daten wird von einer integrierten Schaltung einer frei programmierbaren logischen Anordnung 48 gesteuert. Das Abwärtsmischen des GPS-Signals wird unter Verwendung eines Frequenzsynthesizers 38 durchgeführt, der, wie nachstehend weiter diskutiert, ein lokales Oszillatorsignal 39 an den Umsetzer 42 bereitstellt.
Beachten Sie, daß der DSP-Mikroprozessor 32 (während der Zwischensicherungsspeicher 46 mit den digitalisierten GPS-Signalen von den Satelliten mit Sichtverbindung gefüllt wird) die ganze Zeit in einem niedrigen Leistungszustand gehalten werden kann. Der HF-ZF-Umsetzer 42 und der Analog-Digital-Wandler 44 werden typischerweise nur für eine kurze Zeitspanne eingeschaltet, die ausreicht, um die für die Pseudobereichsberechnung erforderlichen Daten zu sammeln und zu speichern. Nachdem die Datensammlung abgeschlossen ist, werden diese Wandlerschaltungen über die gesteuerten Stromleitungen 21b und 21c ausgeschaltet, oder die Leistung wird anders verringert (während der Speicher 46 weiterhin die volle Leistung empfängt), wobei sie auf diese Weise nicht zu der zusätzlichen Verlustleistung während der tatsächlichen Pseudobereichsberechnung beitragen. Die Pseudobereichsberechnung wird dann in einer Ausführungsform unter Verwendung einer universellen programmierbaren Signalverarbeitungs-IC 32 (DSP) durchgeführt, wie durch eine integrierte Schaltung TMS320C30 von Texas Instruments beispielhaft gezeigt. Dieser DSP 32 wird vor der Durchführung derartiger Berechnungen von dem Mikroprozessor 26 und der Schaltung 36 über die gesteuerte Stromleitung 21e in einen aktiven Leistungszustand versetzt.
Der DSP 32 unterscheidet sich von anderen in einigen abgesetzten GPS-Einheiten verwendeten darin, daß er im Vergleich zu spezialisierten kundenspezifischen digitalen Signalverarbeitungs-ICs universell und programmierbar ist. Außerdem macht der DSP 32 die Verwendung eines schnellen Fouriertransformationsalgorithmus (FFT) möglich, der die sehr schnelle Berechung der Pseudobereiche ermöglicht, indem er schnell eine große Anzahl von Korrelationsoperationen zwischen einer lokal erzeugten Referenz und den Empfangssignalen durchführt. Typischerweise sind 2046 derartige Korrelationen erforderlich, um die Suche nach den Zeiträumen jedes empfangenen GPS-Signals abzuschließen. Der schnelle Fouriertransformationsalgorithmus erlaubt ein gleichzeitiges und paralleles Absuchen aller derartiger Positionen, wodurch das erforderliche Berechnungsverfahren um einen Faktor von 10 bis 100 gegenüber herkömmlichen Ansätzen beschleunigt wird.
Wenn der DSP 32 seine Berechnung von Pseudobereichen für jeden der Satelliten mit Sichtverbindung einmal abschließt, überträgt er diese Information in einer Ausführungsform der Erfindung über den Verbindungsbus 33 an den Mikroprozessor 26. Zu dieser Zeit kann der Mikroprozessor 26 durch Senden eines passenden Steuersignals an die Batterie und die Leistungsreglerschaltung 36 bewirken, daß der DSP 32 und der Speicher 46 wieder in einen Niederleistungszustand eintreten. Dann verwendet der Mikroprozessor 26 ein Modem 22, um die Pseudobereichsdaten über eine Datenstrecke 16 an die Basisstation 10 zur abschließenden Positionsberechnung zu übertragen. Neben den Pseudobereichsdaten kann gleichzeitig eine Zeitmarke an die Basisstation 10 übertragen werden, welche die vergangene Zeit seit der anfänglichen Datenerfassung in dem Puffer 46 bis zu der Sendezeit der Daten über die Datenstrecke 16 anzeigt. Diese Zeitmarke verbessert die Fähigkeit der Basisstation, die Positionsberechnung zu berechnen, da sie die Berechnung der GPS-Satellitenpositionen zur Zeit der Datenerfassung erlaubt. Als eine Alternative kann der DSP 32 gemäß dem vorstehenden Verfahren 1 die Position (z. B. Breitenposition, Längen- oder Breitenposition, Längen- und Höhenposition) der abgesetzten Einheit berechnen und diese Daten an den Mikroprozessor 26 senden, der diese Daten ähnlich über das Modem 22 an die Basisstation 10 weiterleitet. In diesem Fall wird die Positionsberechnung erleichtert, indem der DSP die vergangene Zeit seit dem Empfang von Satellitendatennachrichten bis zu der Zeit, zu der die Pufferdatenerfassung beginnt, pflegt. Dies verbessert die Fähigkeit der abgesetzten Einheit, die Positionsberechnung zu berechnen, da es die Berechnung der GPS-Satellitenpositionen zu der Zeit der Datenerfassung ermöglicht.
Wie in 1A gezeigt, verwendet das Modem 22 in einer Ausführungsform eine separate Antenne 24, um Nachrichten über die Datenstrecke 16 zu senden und zu empfangen. Es wird zu schätzen gewußt, daß das Modem 22 einen Kommunikationsempfänger und einen Kommunikationssender umfaßt, die alternativ mit der Antenne 24 verbunden werden. Ebenso kann die Basisstation 10 eine separate Antenne 14 verwenden, um Datenstreckennachrichten zu senden und zu empfangen, wodurch der ununterbrochene Empfang von GPS-Signalen über die GPS-Antenne 12 an der Basisstation 10 ermöglicht wird.
Es wird in einem typischen Beispiel erwartet, daß die Positionsberechnungen in dem DSP 32 abhängig von der in dem digitalen Zwischensicherungsspeicher gespeicherten Datenmenge und der Geschwindigkeit des DSP oder mehrerer DSPs weniger als ein paar Sekunden Zeit benötigen.
Es sollte aus der vorstehenden Diskussion klar sein, daß die abgesetzte Einheit 20 ihre Schaltungen mit hohem Leistungsverbrauch nur für einen kleinen Bruchteil der Zeit zu aktivieren braucht, wenn die Positionsberechnungsbefehle von der Basisstation 10 selten sind. Es wird erwartet, daß derartige Befehle zumindest in vielen Situationen dazu führen werden, daß die abgesetzten Einrichtungen nur etwa 1% der Zeit oder weniger in ihrem Zustand mit hoher Verlustleistung aktiviert sind.
Dies ermöglicht dann einen 100 mal so lang dauernden Batteriebetrieb wie andernfalls möglich wäre. Die Programmbefehle, die für die Ausführung des Leistungsverwaltungsarbeitsgangs notwendig sind, werden in den EEPROM 28 oder ein anderes passendes Speichermedium gespeichert. Diese Leistungsverwaltungsstrategie kann auf Situationen mit verschiedener Leistungsverfügbarkeit anpaßbar sein. Wenn zum Beispiel Hauptstrom verfügbar ist, kann die Positionsbestimmung auf einer stetigen Basis stattfinden.
Wie vorstehend angezeigt, fängt der digitale Zwischensicherungsspeicher 46 einen Datensatz ein, der einer relativ langen Zeitspanne entspricht. Die effiziente Verarbeitung dieses großen Datenblocks unter Verwendung schneller Faltungsverfahren trägt zu der Fähigkeit der vorliegenden Erfindung bei, Signale mit niedrigen Empfangspegeln zu verarbeiten (z. B. wenn der Empfang aufgrund einer teilweisen Blockierung durch Gebäude, Bäume, etc. schlecht ist). Alle Pseudobereiche für sichtbare GPS-Satelliten werden unter Verwendung dieser gleichen gepufferten Daten berechnet. Dies stellt eine verbesserte Leistung relativ zu der ununterbrochenen Verfolgung von GPS-Empfängern in Situationen (wie etwa bei städtischen Blockierungsbedingungen) bereit, in denen die Signalamplitude sich schnell ändert.
Eine in 1B dargestellte ein wenig andere Implementierung verzichtet auf den Mikroprozessor 26 und seine Peripherie (RAM 30 und EEPROM 28) und ersetzt seine Funktionalität mit zusätzlichen Schaltungsanordnungen, die in einer komplexeren FPGA (frei programmierbare logische Anordnung) 49 enthalten sind. Der Aufbau und der Betrieb der in 1B gezeigten abgesetzten Einheit sind in US-A-5 663 734 detaillierter beschrieben. Die abgesetzte Einheit von 1B verwendet den DSP 32a, um verschiedene Bestandteile gemäß einem Leistungsverwaltungsverfahren, wie etwa dem in 7 gezeigten, selektiv einzuschalten oder ihre Leistung zu verringern.
1C zeigt eine andere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung einer GPS-Mobileinheit, die viele der gleichen Bestandteile wie die in 1A und 1B gezeigten GPS-Mobileinheiten enthält.
1C zeigt ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, das ermöglicht, daß die GPS-Mobileinheit einen Kompromiß zwischen Empfindlichkeit und Energiesparen findet. Wie hier beschrieben, kann die Empfindlichkeit der GPS-Mobileinheit erhöht werden, indem die Menge gepufferter GPS-Signale, die in dem Speicher 46 gepuffert werden, vergrößert wird. Dies wird erledigt, indem mehr GPS-Signale erfaßt und digitalisiert und diese in dem Speicher 46 gespeichert werden. Während dieses erhöhte Puffern mehr Leistungsverbrauch bewirkt, erhöht es die Empfindlichkeit der GPS-Mobileinheit. Der Aufbau und der Betrieb der in 1C gezeigten abgesetzten Einheit wird in dem vorstehend erwähnten US-A-5 663 734 detaillierter beschrieben.
Typische Beispiele für ein HF-ZF-Frequenzumsetzer- und Digitalisierungssystem für die mobile GPS-Einheit sind in 2A und 2B gezeigt. Der Aufbau und der Betrieb dieser in 2A und 2B gezeigten Beispiele sind in US-A-5 663 734 detaillierter beschrieben.
Details der in dem DSP 32 durchgeführten GPS-Signalverarbeitung können mit der Hilfe des Flußdiagramms von 3 und der Illustration von 4A, 4B, 4C, 4D und 4E verstanden werden. Es wird für Fachleute der Technik offensichtlich, daß die Maschinensprache oder ein anderer geeigneter Code zum Durchführen der Signalverarbeitung, die beschrieben werden soll, in dem EPROM 34 gespeichert wird. Andere nichtflüchtige Speichervorrichtungen könnten ebenfalls verwendet werden. Das Folgende setzt voraus, daß die IQ-Abtastung von 2A verwendet wird und daß der Zwischensicherungsspeicher 46 zwei Kanäle mit digitalisierten Daten bei 2,048 MHz enthält. Die Aufgabe der Verarbeitung ist es, die Zeitsteuerung der empfangenen Wellenform in Be zug auf die lokal erzeugte Wellenform zu bestimmen. Um außerdem eine hohe Empfindlichkeit zu erzielen, wird typischerweise ein sehr langer Abschnitt einer derartigen Wellenform, typischerweise 100 Millisekunden bis 1 Sekunde, verarbeitet. Es wird auch zu schätzen gewußt, daß die in dieser Signalverarbeitung verwendete Doppler-Information die Doppler-Information sein kann, die aus gespeicherten oder kürzlich übertragenen Satelliten-Almanach-Daten hergeleitet wurde. Die Ableitung von Doppler-Information aus Satelliten-Almanach-Daten wird hier weiter in Verbindung mit 8 beschrieben. Weitere Details bezüglich der in 3 und 4A–4E beschriebenen Signalverarbeitung sind in US-A-5 663 734 beschrieben.
Eine Zusammenfassung der vorstehend beschriebenen und in 3 und in 4A–4E gezeigten Signalverarbeitung wird nun bereitgestellt. Die GPS-Signale von einem oder mehreren GPS-Satelliten mit Sichtverbindung werden an der abgesetzten GPS-Einheit unter Verwendung einer Antenne auf der abgesetzten GPS-Einheit empfangen. Diese Signale werden digitalisiert und in einen Puffer in der abgesetzten GPS-Einheit gespeichert. Nach dem Speichern dieser Signale führt ein Prozessor in einer Ausführungsform die Vorverarbeitungs-, die schnellen Faltungsverarbeitungs- und die Nachverarbeitungs-Arbeitsgänge durch. Diese Verarbeitungsgänge umfassen:

a) Aufteilen der gespeicherten Daten in eine Reihe von Blöcken, deren Dauern gleich einem Vielfachen der Rahmenperiode der in den GPS-Signalen enthaltenen pseudozufälligen (PN) Codes sind.
b) für jeden Block Durchführen eines Vorverarbeitungsschritts, der einen komprimierten Datenblock erzeugt, dessen Länge gleich der Dauer einer pseudozufälligen Codeperiode ist, indem aufeinanderfolgende Datenteilblöcke kohärent zusammenaddiert werden, wobei die Teilblöcke eine Dauer gleich einem PN-Rahmen haben; dieser Additionsschritt bedeutet, daß die entsprechenden Abtastungsanzahlen jedes der Teilblöcke miteinander addiert werden.
c) für jeden komprimierten Block Durchführen eines angepaßten Filterarbeitsgangs, der schnelle Faltungsverfahren nutzt, um die relative Zeitsteuerung zwischen dem in dem Datenblock enthaltenen empfangenen PN-Code und einem lokal erzeugten PN-Referenzsignal (z. B. pseudofällige Sequenz des verarbeiteten GPS-Satelliten) zu bestimmen.
d) Bestimmen eines Pseudobereichs durch Ausführen eines Betragsquadratur-Arbeitsgangs für die Produkte, die durch den angepaßten Filterarbeitsgang erzeugt werden, und Nachverarbeiten von diesem durch Kombinieren der betragsquadrierten Daten für alle Blöcke in einen einzigen Datenblock, indem die Blöcke aus betragsquadrierten Daten zusammenaddiert werden, um eine Spitze zu erzeugen.
und e) Finden der Position der Spitze dieses einzigen Datenblocks mit hoher Genauigkeit unter Verwendung digitaler Interpolationsverfahren, wobei die Position der Abstand von dem Anfang des Datenblocks zu der genannten Spitze ist, und die Position einen Pseudobereich für einen GPS-Satelliten darstellt, welcher der pseudozufälligen Sequenz entspricht, die verarbeitet wird.

Typischerweise ist das schnelle Faltungsverfahren, das in der Verarbeitung gepufferter GPS-Signale verwendet wird, eine schnelle Fouriertransformation (FFT), und das Ergebnis der Faltung wird erzeugt durch Berechnen des Produkts der Vorwärtstransformation des komprimierten Blocks und einer vorab gespeicherten Darstellung der Vorwärtstransformation der pseudozufälligen Sequenz, um ein erstes Ergebnis zu erzeugen, und dann Durchführen einer Umkehrtransformation des ersten Ergebnisses, um das Ergebnis wiederzugewinnen. Auch die Wirkungen der Doppler-induzierten Zeitverzögerungen und von dem lokalen Oszillator indizierte Zeitfehler werden an jedem komprimierten Datenblock kompensiert, indem zwischen den schnellen Vorwärts- und Rückwärtsfouriertransformationsarbeitsgängen die Multiplikation der Vorwärts-FFT der komprimierten Blöcke mit einer komplexen Exponentialfunktion eingefügt wird, deren Phase gegen die Abtastungsanzahl der art eingestellt wird, daß sie der für den Block erforderlichen Verzögerungskompensation entspricht.
In der vorangehenden Ausführungsform erfolgt die Verarbeitung von GPS-Signalen von jedem Satelliten eher zeitlich nacheinander statt parallel. In einer alternativen Ausführungsform können die GPS-Signale von allen Satelliten mit Sichtverbindung gemeinsam in zeitlich paralleler Weise verarbeitet werden.
Es wird hier angenommen, daß die Basisstation 10 eine gemeinsame Sichtverbindung mit allen interessierenden Satelliten hat und daß sie hinreichend nahe im Bereich der abgesetzten Einheit 20 ist, um Mehrdeutigkeiten zu vermeiden, die mit der Wiederholungsperiode des C/A-PN-Codes verbunden sind. Ein Bereich von 90 Meilen wird diese Kriterien erfüllen. Es wird auch angenommen, daß die Basisstation 10 einen GPS-Empfänger und eine gute geographische Position hat, so daß alle Satelliten mit Sichtverbindung fortlaufend mit hoher Genauigkeit verfolgt werden können.
Während mehrere beschriebene Ausführungsformen der Basisstation 10 die Verwendung eines Datenverarbeitungsbestandteils, wie etwa eines Computers an der Basisstation zeigen, um Positionsinformationen, wie etwa eine Breiten- und Längenposition für die mobile GPS-Einheit, zu berechnen, wird zu schätzen gewußt, daß jede Basisstation 10 die empfangenen Informationen, wie etwa Pseudobereiche von einer mobilen GPS-Einheit, lediglich an eine zentrale Stelle oder mehrere zentrale Stellen weiterleiten kann, welche tatsächlich die Berechnung der Breiten- und Längenposition durchführen. Auf diese Weise können die Kosten und die Komplexität dieser weiterleitenden Basisstationen verringert werden, indem eine Datenverarbeitungseinheit und ihre zugehörigen Bestandteile aus jeder weiterleitenden Basisstation entfernt werden. Eine zentrale Stelle würde Empfänger (z. B. Telekommunikationsempfänger) und eine Datenverarbeitungseinheit und zugehörige Bestandteile umfassen. Außerdem kann die Basisstation in gewissen Ausführungsformen in der Hinsicht virtuell sein, daß sie ein Satellit sein kann, der Doppler- Information oder Satelliten-Almanach-Daten an abgesetzte Einheiten überträgt, wodurch eine Basisstation in einer Übertragungszelle emuliert wird.
5A und 5B zeigen zwei Ausführungsformen einer Basisstation gemäß der vorliegenden Erfindung. In der in 5A gezeigten Basisstation empfängt ein GPS-Empfänger 501 durch eine GPS-Antenne 501a GPS-Signale. Der GPS-Empfänger 501, der ein herkömmlicher GPS-Empfänger sein kann, stellt ein Zeitreferenzsignal bereit, das typischerweise zeitlich relativ zu GPS-Signalen eingestellt ist, und stellt auch Satelliten-Almanach-Daten für alle Satelliten in der Konstellation von GPS-Satelliten bereit und kann Doppler-Information relativ zu den Satelliten mit Sichtverbindung bereitstellen. Dieser GPS-Empfänger 501 ist mit einem disziplinierten lokalen Oszillator 505 verbunden, der das Zeitreferenzsignal 510 empfängt und sich selbst auf diese Referenz phasensynchronisiert. Dieser disziplinierte Oszillator 505 hat eine Ausgabe, die an einen Modulator 506 bereitgestellt wird. Der Modulator 506 empfängt auch die Satelliten-Almanach-Daten (oder alternativ Doppler-Dateninformationssignale für jeden Satelliten mit Sichtverbindung zu der GPS-Mobileinheit) und/oder andere Satellitendateninformationssignale 511. Der Modulator 506 moduliert die Satelliten-Almanach-Daten (oder alternativ die Doppler-Daten) und/oder andere Satellitendateninformationen auf das lokale Oszillatorsignal, das von dem disziplinierten lokalen Oszillator 505 empfangen wurde, um ein moduliertes Signal 513 an den Sender 503 bereitzustellen. Der Sender 503 ist über die Verbindung 514 mit der Datenverarbeitungseinheit 502 verbunden, so daß die Datenverarbeitungseinheit den Betrieb des Senders 503 steuern kann, um die Übertragung von Satellitendateninformationen, wie etwa der Satelliten-Almanach-Information, über die Antenne 503a des Senders an eine GPS-Mobileinheit zu bewirken. Auf diese Weise kann eine GPS-Mobileinheit die Satelliten-Almanach-Information, deren Quelle der GPS-Empfänger 501 ist, empfangen und kann auch das lokale Hochpräzisionsoszillatorträgersignal empfangen, das verwendet werden kann, um den lokalen Oszillator in der GPS-Mobileinheit, wie in 6 gezeigt, zu eichen. Es wird zu schätzen gewußt, daß die Basisstation die aktuellen Satelliten-Almanach-Daten automatisch mit jeder Übertragung eines Positionsbestimmungsbefehls an die abgesetzte Einheit übertragen kann. Alternativ kann die Basisstation, wie vorstehend beschrieben, bestimmen, ob die gespeicherte Version der Satelliten-Almanach-Daten der abgesetzten Einheit veraltet ist, und die aktuellen Almanach-Daten nur senden, wenn die gespeicherte Version der abgesetzten Einheit veraltet ist. Wenn ein Kommunikationssystem mit hoher Bandbreite als die Kommunikationsstrecke (z. B. ein zellulares Telefonsystem) verwendet wird, dann wird der erstere Ansatz bevorzugt. Wenn ein Kommunikationssystem mit schmaler Bandbreite verwendet wird, dann kann der letztere Ansatz bevorzugt werden.
Die Basisstation, wie in 5A gezeigt, umfaßt auch einen Empfänger 504, der verbunden ist, um über eine Kommunikationsantenne 504a Kommunikationssignale von der abgesetzten oder GPS-Mobileinheit zu empfangen. Es wird zu schätzen gewußt, daß die Antenne 504a die gleiche Antenne wie die Senderantenne 503a sein kann, so daß eine einzige Antenne in herkömmlicher Weise sowohl dem Sender als auch dem Empfänger dient. Der Empfänger 504 ist mit der Datenverarbeitungseinheit 502 verbunden, die ein herkömmliches Computersystem sein kann. Die Verarbeitungseinheit 502 kann auch eine Verbindung 512 umfassen, um die Doppler- und/oder Satellitendateninformation von dem GPS-Empfänger 511 zu empfangen. Diese Information kann bei der Verarbeitung der Pseudobereichsinformation oder anderen Informationen, die von der Mobileinheit über den Empfänger 504 empfangen werden, genutzt werden. Diese Datenverarbeitungseinheit 502 ist mit einer Anzeigevorrichtung 508 verbunden, die ein herkömmlicher Röhrenbildschirm sein kann. Die Datenverarbeitungseinheit 502 ist auch mit einer Massenspeichervorrichtung 507 verbunden, die GIS-(geographisches Informationssystem)Software (z. B. Atlas GIS von Strategic Mapping, Inc., Santa Clara, Kalifornien) umfaßt, die verwendet wird, um Karten auf der Anzeige 508 anzuzeigen. Unter Verwendung der Anzeigekarten kann die Position der mobilen GPS-Einheit auf der Anzeige relativ zu einer angezeigten Karte angezeigt werden.
Eine in 5B gezeigte alternative Basisstation enthält viele der in 5A gezeigten gleichen Bestandteile. Anstatt die Satelliten-Almanach-Daten und/oder anderen Satellitendateninformationen von einem GPS-Empfänger zu erhalten, umfaßt die Basisstation von 5B jedoch eine Quelle von Satelliten-Almanach-Daten und/oder anderen Satellitendateninformationen 552, die in einer herkömmlichen Weise von einer Telekommunikationsstrecke oder einer Funkstrecke erhalten werden. Zum Beispiel kann diese Information von einem Serverauftritt im Internet erhalten werden. Diese Satelliteninformationen werden über eine Verbindung 553 zu dem Modulator 506 befördert. Die andere Eingabe für den in 5B gezeigten Modulator 506 ist das Oszillatorausgangssignal von einem lokalen Referenzoszillator, wie etwa einem lokalen Cäsiumstandardoszillator. Dieser lokale Referenzoszillator 551 stellt eine Präzisionsträgerfrequenz bereit, auf welche die Satellitendateninformationen moduliert werden, die dann über den Sender 503 an die mobile GPS-Einheit übertragen werden.
Obwohl die vorangehende Diskussion eine Basisstation darstellt, die alle Funktionen der Satellitendatenübertragung und Frequenzreferenzinformation integriert, kann dies in den meisten praktischen Situationen teilweise unter Verwendung kommerzieller Telekommunikationssysteme, wie etwa Zellular- oder Funkrufsystemen, durchgeführt werden. Zum Beispiel nutzen die meisten digitalen zellularen Systeme einen sehr stabilen lokalen Oszillator in ihren übertragenen Signalen. In diesem Fall braucht eine Basisstation nur die Satellitendaten, wie in den Blöcken 501 oder 552, sammeln und diese Daten unter Verwendung eines herkömmlichen verdrahteten Modems über ein derartiges Zellularsystem senden. Die tatsächlichen Modulationsfunktionen, einschließlich der Präzisionsfrequenzreferenzübertragung, werden dann von dem Zellenstandortsender durchgeführt. Dieser Ansatz führt zu einer sehr kostengünstigen Basisstation ohne besondere HF-Schaltungsanordnung. Ebenso stellt das Zellularsystem auf der abgesetzten Basisstationsstrecke die Empfangs- und Demodulationsfunktionen des Blocks 504 bereit, und die Basisstation braucht nur ein Modem zu verwenden, um derartige Daten über normale Leitungen zu empfangen.
Es ist ein wichtiges Kennzeichen dieser Erfindung, daß die Übertragungsfrequenz und das Format der Datensignale unwichtig sind, solange die Trägerfrequenz sehr stabil ist. Es sollte auch bemerkt werden, daß diese Trägerfrequenz sich von einer Übertragung zur nächsten ändern kann, wie sie es üblicherweise in Zellularsystemen tut, die eine große Anzahl von Frequenzkanälen verwenden, um eine große Anzahl von Benutzern zu bedienen. In einigen Fällen kann die Trägerfrequenz sich auch innerhalb eines Rufs ändern. Zum Beispiel wird in einigen digitalen Zellularsystemen Frequenzspringen verwendet. Wiederum kann diese Erfindung eine derartige Signalisierung verwenden, solange der abgesetzte Empfänger seine Frequenz auf die stabilen übertragenen Frequenzen synchronisieren kann.
6A zeigt eine Ausführungsform einer GPS-Mobileinheit der vorliegenden Erfindung, die das Präzisionsträgerfrequenzsignal verwendet, das durch die Kommunikationskanalantenne 601 empfangen wird, die ähnlich der in 1A gezeigten Antenne 24 ist. Die Antenne 601 ist mit dem Modem 602 verbunden, das ähnlich dem Modem 22 in 1A ist, und dieses Modem 602 ist mit einer automatischen Frequenzsteuerschaltung 603 verbunden, die sich mit dem Präzisionsträgerfrequenzsignal synchronisiert, das von der Basisstation (die als ein Sender eines zellularen Telefonzellenstandorts oder als einen solchen enthaltend betrachtet werden kann) gesendet wird, die hier gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wird. Die automatische Frequenzsteuerschaltung 603 stellt eine Ausgabe 604 bereit, deren Frequenz typischerweise mit der Präzisionsträgerfrequenz synchronisiert ist. Dieses Signal 604 wird von dem Vergleicher 605 mit der Ausgabe des lokalen GPS- Oszillators 606 über die Verbindung 608 verglichen. Das Ergebnis des von dem Vergleicher 605 durchgeführten Vergleichs ist ein Fehlerkorrektursignal 610, das als ein Korrektursignal an den lokalen GPS-Oszillator 606 bereitgestellt wird. Auf diese Weise stellt der Frequenzsynthesizer 609 über die Verbindung 612 ein geeichtes lokales Oszillatorsignal mit höherer Qualität an den GPS-Abwärtsmischer 614 bereit. Es wird zu schätzen gewußt, daß der lokale GPS-Oszillator 606 und der Frequenzsynthesizer 609 zusammen als ein lokaler Oszillator betrachtet werden können, der ein GPS-Taktsignal bereitstellt, da in den Abwärtsmischer eingegeben wird, um die GPS-Signale zu erfassen, die durch die GPS-Antenne 613 empfangen werden. Wie hier verwendet, beziehen sich „geeicht", „eichen" oder „Eichung" entweder auf ein System, das einen lokalen Oszillator (unter Verwendung eines Referenzsignals, das aus einer Messung eines Fehlers in einem lokalen Oszillator hergeleitet wird) mißt und korrigiert, oder ein System, das ein lokales Oszillatorsignal (z. B. durch Einspeisen eines lokalen Oszillatorsignals von dem Kommunikationsempfänger in die Frequenzsynthesizerschaltungen, die GPS-Taktsignale erzeugen, die verwendet werden, um GPS-Signale abwärtszumischen/zu erfassen) stabilisiert. Es wird zu schätzen gewußt, daß das über die Verbindung 612 bereitgestellte Signal ähnlich dem lokalen Oszillatorsignal, das von der Verbindung 39 in 1A an den Umsetzer 42 bereitgestellt wird, ist; auch ist der Umsetzer 42 ähnlich dem GPS-Abwärtsmischer 614, der mit der GPS-Antenne 613 verbunden ist, um GPS-Signale zu empfangen.
In einer alternativen Ausführungsform ist das von der AFC-Einheit in dem Kommunikationsempfänger bereitgestellte Signal 604 ein LO, der mit der richtigen Frequenz als eine Referenz für den Frequenzsynthesizer 609 dient. In diesem Fall ist kein lokaler GPS-Oszillator erforderlich (in 6A aus diesem Grund als optional gezeigt), und dieses Signal 604 wird als Ersatz für das Signal 607 von dem lokalen GPS-Oszillator direkt in den Synthesizer 609 eingespeist. Auf diese Weise wird ein präzises stabiles lokales Oszillatortaktsignal an den GPS-Abwärtsmischer bereitgestellt, damit der Abwärtsmischer GPS-Signale erfaßt, die durch eine GPS-Antenne empfangen werden.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Ergebnis des von dem Vergleicher 605 durchgeführten Vergleichs über die Verbindung 610a als eine Fehlerkorrektur an die DSP-Komponente 620 ausgegeben werden, die ähnlich dem in 1A gezeigten DSP-Chip 32 ist. In diesem Fall wird kein Fehlerkorrektursignal 610 indirekt an den Frequenzsynthesizer 609 bereitgestellt. Die automatische Frequenzsteuerschaltung kann unter Verwendung einer Anzahl herkömmlicher Verfahren, einschließlich einer Phasenregelschleife oder einer Frequenzregelschleife oder eines Blockphasenschätzers, implementiert werden.
6B zeigt eine andere Ausführungsform einer mobilen GPS-Einheit zum Eichen des lokalen GPS-Oszillators, der verwendet wird, um die GPS-Signale in der Mobileinheit der vorliegenden Erfindung zu erfassen (z. B. abwärtszumischen). Der Ansatz ist, eine stabile Frequenz von der Empfangsschaltungsanordnung eines Kommunikationsempfängers herzuleiten. Viele Kommunikationssignale, wie etwa digitale zellulare und PCS-Signale haben Trägerfrequenzen, die auf ein Millionstel stabil sind. Die Empfänger für derartige Signale stellen als Teil ihres Betriebs ein Phasensynchronisationsverfahren bereit, das auf den Empfangssignalträger angewendet wird, so daß ein derartiger Träger entfernt werden kann, was die Demodulation der digitalen Daten ermöglicht, die dem Träger aufgebürdet werden. Das Phasensynchronisationsverfahren erzeugt normalerweise als Teil seines Prozesses einen stabilen lokalen Oszillator, der dann genutzt werden kann, um die lokalen Oszillatoren eines GPS-Empfängers zu stabilisieren, wodurch teure Bestandteile in diesem Empfänger vermieden werden.
Das von dem Kommunikationsempfänger 640 empfangene Kommunikationssignal kann abhängig davon, auf welchen Kanal er eingestellt wird, eine einer Mehrzahl von möglichen Trägerfrequenzen haben. Die erste Stufe (Umsetzer 642) des Emp fängers mischt das Eingangssignal abwärts auf eine einzige ZF-Frequenz, zum Beispiel 140 MHz. Diese Abwärtsmischung wird von dem Oszillator VCO1 643 gesteuert, der ein Oszillatorsignal bereitstellt, das in den Abwärtsmischer 642 eingegeben wird. Die Ausgabe des VCO1 wird ihrerseits von dem Frequenzsynthesizer 644 gesteuert, der eine Eingabe an die Oszillatoren VCO1 643 und VCO2 647 bereitstellt. Der Mischer 646 bildet eine zweite Stufe eines HF-ZF-Abwärtsmischers, der von einem Eingangsoszillatorsignal von dem Oszillator 647 gesteuert wird. Die folgende Stufe (Costas-Schleifendemodulator 648 und temperaturkompensierter gesteuerter Oszillator (TCVCXO) 645) des Kommunikationsempfängers ist eine phasensynchronisierte Schaltung, deren Zweck es ist, ein lokales Oszillatorsignal aufzubauen, das mit der Trägerfrequenz des ankommenden Signals phasensynchronisiert ist. Für ein Signal, das phasenumgetastet wird, ist eine in der Technik wohlbekannte übliche Schaltung, um dies durchzuführen, die Costas-Schleife (siehe z. B. Gardner, Phaselock Techniques, 2. Ausgabe, John Wiley & Sons, 1979). In 6B stellt die Costas-Schleife eine Frequenzkorrekturspannung für den Referenzfrequenzgenerator TCVCXO 645 bereit, der bewirkt, daß die Ausgabe des TCVCXO 645 in der Phase und der Frequenz mit der Trägerfrequenz des ZF-Signals ausgerichtet ist.
Die VCO-Ausgabe 645a (von dem TCVCXO 645) kann dann als eine Referenzfrequenz an einen Frequenzsynthesizer 654 geliefert werden, der mit dem GPS-Abwärtsmischer 652 des GPS-Empfängerabschnitts 650 verwendet wird. Auf diese Weise erzeugt der Frequenzsynthesizer Eingaben für lokale Oszillatoren (VCO3 653 und VCO4 655) für die Verwendung in dem GPS-System, das die gleiche Frequenzstabilität hat wie das empfangene Kommunikationssignal. Der Oszillator 653 steuert die erste Stufe der HF-ZF-Abwärtsmischung, und der Oszillator 655 steuert die zweite Stufe der HF-ZF-Abwärtsmischung. Der Mischer 656 bildet eine zweite Stufe eines HF-ZF-Abwärtsmischers, der eine erste Zwischenfrequenz von dem Abwärtsmischer 652 empfängt und eine zweite Zwischenfrequenz an die Digitalisiererschaltungen (zusammen mit dem Puffer und dem GPS-Prozessor in Block 657 gezeigt) bereitstellt.
Beachten Sie, daß der obige Ansatz anwendbar ist, obwohl die Frequenz des empfangenen Kommunikationssignals sich von einer Empfangszeit zur nächsten ändern kann, wenn das Signal einem anderen Frequenzkanal zugewiesen wird.
Eine Alternative zu dem obigen Ansatz ist in 6C gezeigt. Hier wird eine integrierte Schaltung für einen direkten digitalen Synthesizer (DDS) 677 mit einem digitalen Abstimmungswort von der Costas-Schleife 679, die ebenfalls als eine digitale Schaltung implementiert ist, versorgt. Das Abstimmungswort kann dann auch an den Frequenzsynthesizer 689, der Teil des GPS-Empfängers ist, geliefert werden, um seine lokalen Oszillatoren zu stabilisieren. In diesem Fall kann dieser Frequenzsynthesizer auch einen DDS 689b verwenden, um die Präzisionsabstimmung seiner Frequenz, ein inhärentes Merkmal eines DDS, zu ermöglichen.
Es gibt alternative hybride Kombinationen der obigen Ansätze – z. B. einen DDS in dem Kommunikationsempfänger, aber die DDS-LO-Ausgabe wird in das GPS-System eingespeist. Der allgemeine Ansatz ist, daß eine Frequenzsynchronisations- oder Phasensynchronisationsschaltung in dem Kommunikationsempfänger entweder eine Abstimmspannung oder lokale Oszillatorsignale erzeugt, die in eine Frequenzsyntheseschaltung auf dem GPS-Empfänger eingespeist werden, um die lokalen Oszillatoren zu stabilisieren, die von diesem System bereitgestellt werden.
Es sollte bemerkt werden, daß die Phasensynchronisationsschaltungen in den Empfängern 640 und 670 anstelle von analogen Einrichtungen alternativ ganz oder teilweise über eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung implementiert werden können. In diesem Fall kann die Eingabe in diese Schaltungen über einen A/D-Wandler digitalisiert werden, und die Schaltungsfunktionen dieser Blöcke können unter Verwendung von festverdrahteten oder programmierbaren (d. h. programmierbarer DSP) digitalen Signalverarbeitungselementen aufgebaut werden.
7 stellt eine bestimmte Sequenz der Leistungsverwaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Es wird zu schätzen gewußt, daß es zahlreiche in der Technik bekannte Wege gibt, um die Leistung zu verringern. Diese umfassen das Verlangsamen des Takts, der an einen synchronen getakteten Bestandteil bereitgestellt wird, ebenso wie das komplette Herunterfahren der Leistung für einen bestimmten Bestandteil oder das Abschalten gewisser Schaltungen eines Bestandteils, aber nicht von anderen. Es wird zu schätzen gewußt, daß zum Beispiel Phasenregelschleifen und Oszillatorschaltungen Anlauf- und Stabilisierungszeiten erfordern, und ein Entwickler folglich entscheiden kann, diese Bestandteile nicht komplett (oder überhaupt) herunterzufahren. Das in 7 gezeigte Beispiel beginnt mit Schritt 701, in dem die verschiedenen Bestandteile des Systems initialisiert werden und in einen Zustand verringerter Leistung gebracht werden. Entweder periodisch oder nach einer vorbestimmten Zeitspanne wird der Kommunikationsempfänger in dem Modem 22 zu voller Leistung zurück gebracht, um zu bestimmen, ob Befehle von der Basisstation 10 gesendet werden oder nicht. Dieses findet in Schritt 703 statt. Wenn in Schritt 705 eine Anforderung von Positionsinformation von einer Basiseinheit empfangen wird, warnt das Modem 22 die Leistungsverwaltungsschaitung in Schritt 707. Zu diesem Zeitpunkt kann der Kommunikationsempfänger in dem Modem 22 entweder für eine vorbestimmte Zeitspanne ausgeschaltet werden oder zu einer späteren Zeit regelmäßig wieder angeschaltet werden; dies ist als Schritt 709 gezeigt. Es wird zu schätzen gewußt, daß der Kommunikationsempfänger im vollen Leistungszustand gehalten wird, anstatt daß er zu diesem Zeitpunkt ausgeschaltet wird. Dann bringt die Leistungsverwaltungsschaltung den GPS-Empfängerabschnitt der Mobileinheit in Schritt 711 auf die volle Leistung zurück, indem sie den Umsetzer 42 und die Analog-Digital-Wandler 44 einschaltet; wenn der Frequenzoszillator 38 auch ausgeschaltet war, wird dieser Bestandteil zu diesem Zeitpunkt eingeschaltet und zu seiner vollen Leistung zurück gebracht und ihm etwas Zeit zum Sta bilisieren gelassen. Dann empfängt der GPS-Empfänger einschließlich seiner Bestandteile 38, 42 und 44 in Schritt 713 das GPS-Signal. Dieses GPS-Signal wird in dem Speicher 46 gepuffert, der auch zu voller Leistung zurückgekehrt ist, als der GPS-Empfänger in Schritt 711 zu voller Leistung zurückgebracht wurde. Nachdem die Erfassung der Zwischensicherungsinformation abgeschlossen ist, wird der GPS-Empfänger in Schritt 717 in einen Zustand mit verringerter Leistung zurückgebracht; dies weist typischerweise die Verringerung der Leistung für den Umsetzer 42 und 44 auf, während der Speicher 46 auf voller Leistung gehalten wird. Dann wird das Verarbeitungssystem in Schritt 719 zu voller Leistung zurückgebracht; in einer Ausführungsform bedingt dies die Bereitstellung der vollen Leistung an den DSP-Chip 32; es wird jedoch zu schätzen gewußt, daß, wenn der DSP-Chip 32 auch Leistungsverwaltungsfunktionen wie im Fall der in 1C gezeigten Ausführungsform bereitstellt, der DSP-Chip 32a dann typischerweise in Schritt 707 zu voller Leistung zurückgebracht wird. In der in 1A gezeigten Ausführungsform, wo der Mikroprozessor 26 die Leistungsverwaltungsfunktion ausführt, kann das Verarbeitungssystem, wie etwa der DSP-Chip 32, in Schritt 719 zu voller Leistung zurückgebracht werden. In Schritt 721 wird das GPS-Signal gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, wie etwa dem in 3 gezeigten, verarbeitet. Dann nach dem Abschließen der Verarbeitung des GPS-Signals, wird das Verarbeitungssystem in einen Zustand verringerter Leistung versetzt, wie in Schritt 723 gezeigt (es sei denn, das Verarbeitungssystem steuert auch die Leistungsverwaltung, wie vorstehend bemerkt). Dann wird der Kommunikationssender in dem Modem 22 in Schritt 725 zu voller Leistung zurückgebracht, um in Schritt 727 das verarbeitete GPS-Signal zurück an die Basisstation 10 zu übertragen. Nach dem Abschluß der Übertragung des verarbeiteten GPS-Signals, wie etwa der Pseudobereichsinformation oder der Breiten- und Längenpositionsinformation, wird der Kommunikationssender in 729 in einen verringerten Leistungszustand zurückgebracht, und das Leistungsverwaltungssystem wartet in Schritt 731 auf eine Verzögerung um eine Zeitspanne, wie etwa die vorbestimmte Zeitspanne. Nach dieser Verzögerung wird der Kommunikationsempfänger in dem Modem 22 in den vollen Leistungszustand zurückgebracht, um zu bestimmen, ob eine Anforderung von einer Basisstation gesendet wird.
8 zeigt ein Verfahren zum Herleiten von Doppler-Information für Satelliten mit Sichtverbindung aus den Satelliten-Almanach-Daten, die gemäß der vorliegenden Erfindung an eine abgesetzte Einheit gesendet werden. Die abgesetzte Einheit empfängt in Schritt 801 die Satelliten-Almanach-Daten und speichert diese Daten in der abgesetzten Einheit (wobei sie diese z. B. in einem Flash-EEPROM speichert). Wahlweise kann die abgesetzte Einheit die Daten mit dem aktuellen Datum und der Zeit stempeln, um das Veraltetsein der Almanachdaten, wie hier später beschrieben, zu bestimmen.
In Schritt 803 bestimmt die abgesetzte Einheit die ungefähre Tageszeit und ihre ungefähre Position. Unter Verwendung der ungefähren Zeit und Position mit den Satelliten-Almanachdaten bestimmt die abgesetzte Einheit in Schritt 805 die Dopplerdaten aller Satelliten mit Sichtverbindung. Wenn die abgesetzte Einheit den Positionsbestimmungsbefehl von der Basisstation empfängt, kann sie auch eine Kennung der Satelliten mit Sichtverbindung empfangen, um nur für diese Satelliten Dopplerdaten aus den Almanachdaten und aus der in Schritt 803 bestimmten ungefähren Zeit und Position zu berechnen. Obwohl Almanachdaten von den GPS-Satelliten in dem übertragenen Signal in einer spezifischen Form bereitgestellt werden, ist es nicht notwendig, daß diese Information in dieser Form über die Kommunikationsstrecke geliefert wird. Zum Beispiel können diese Daten komprimiert werden, indem die Genauigkeit der verschiedenen übertragenen Größen verringert wird. Die Verringerung der Genauigkeit kann die Dopplergenauigkeit verringern, aber eine derartige Verringerung kann immer noch innerhalb der erlaubten Fehlervorgabe des GPS-Empfängers sein. Alternativ kann eine andere Darstellung der Almanachdaten bevorzugt werden, z. B. Anpassen der Satellitenpositionsdaten an einen Kurvensatz, wie etwa Kugelflächenfunktionen. Dieser Ansatz kann dem GPS-Empfänger ermöglichen, die Dopplerdaten leichter aus den zugeführten Almanachdaten zu berechnen.
Ungefähre Dopplerdaten können durch Berechnen des Bereichs von den abgesetzten Einheiten zu den interessierenden Satelliten zu Zeiten, die um ein passendes Intervall (z. B. 1 Sekunde) getrennt sind, berechnet werden. Dies wird unter Verwendung der gelieferten Almanachdaten und der ungefähren Benutzerposition (z. B. basierend auf der bestimmten Position des Zellenstandorts in einem zellularen Telefonsystem) erledigt. Die Differenz in diese Bereichen ist ein Bereichsanteil, der durch die Lichtgeschwindigkeit dividiert werden kann, um Dopplerdaten zu ergeben, die in Sekunden pro Sekunde (oder einem anderen passenden Einheitensatz, wie etwa Nanosekunden pro Sekunde) ausgedrückt werden.
In der vorangehenden Diskussion wurde die Erfindung unter Bezug auf die Anwendung auf das globale Positionsbestimmungssatellitensystem (GPS-System) der Vereinigten Staaten beschrieben. Es sollte jedoch offensichtlich sein, daß diese Verfahren ebenso auf ähnliche Satellitenpositionsbestimmungssysteme und insbesondere das russische Glonass-System anwendbar sind. Das Glonass-System unterscheidet sich von dem GPS-System in erster Linie dadurch, daß die Aussendungen von verschiedenen Satelliten anstelle der Verwendung pseudozufälliger Codes unter Verwendung leicht unterschiedlicher Trägerfrequenzen unterschieden werden. Unter diesen Umständen sind im wesentlichen alle früher beschriebenen Schaltungsanordnungen und Algorithmen mit der Ausnahme anwendbar, daß bei der Verarbeitung der Aussendung eines neuen Satelliten ein anderer exponentieller Faktor verwendet wird, um die Daten vorzuverarbeiten. Dieser Arbeitsgang kann mit dem Dopplerkorrekturarbeitsgang des Kästchens 108 von 3 kombiniert werden, ohne daß zusätzliche Verarbeitungsgänge erforderlich sind. Unter diesen Umständen ist nur ein PN-Code notwendig, wodurch der Block 106 beseitigt wird. Der hier verwendete Begriff „GPS" umfaßt derartige alternative Satellitenpositionsbestimmungssysteme, einschließlich des russischen Glonass-Systems.
Obwohl die 1A, 1B und 1C eine Mehrzahl logischer Blöcke darstellen, die digitale Signale verarbeiten (z. B. 46, 32, 34, 26, 30, 28 in 1A), sollte zu schätzen gewußt werden, daß mehrere oder alle diese Blöcke miteinander auf einer einzigen integrierten Schaltung integriert werden können, während immer noch das programmierbare Wesen des DSP-Abschnitts einer derartigen Schaltung beibehalten wird. Eine derartige Implementierung kann für Anwendungen mit sehr geringer Leistung und Kostenempfindlichkeit wichtig sein.
Es wird zu schätzen gewußt, daß die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung, einschließlich der Verwendung von Satelliten-Almanachdaten an der abgesetzten Einheit zum Herleiten von Doppler-Information und einschließlich der Verwendung eines Präzisionsträgerfrequenzsignals zum Eichen der Ausgabe des lokalen GPS-Oszillators, der verwendet wird, um GPS-Signale zu erfassen, in GPS-Mobileinheiten verwendet werden können, die Architekturen wie die in US-A-6 002 363 beschriebenen haben.
Es sollte auch zu schätzen gewußt werden, daß ein oder mehrere Arbeitsgänge von 3 durch festverdrahtete Logik durchgeführt werden können, um die Gesamtverarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen, während das programmierbare Wesen des DSP-Prozessors beibehalten wird. Zum Beispiel kann die Doppler-Korrekturfähigkeit des Blocks 108 durch dedizierte Hardware ausgeführt werden, die zwischen dem digitalen Zwischensicherungsspeicher 46 und der DSP-IC 32 angeordnet sein kann. Alle anderen Softwarefunktionen von 3 können in derartigen Fällen von dem DSP-Prozessor ausgeführt werden. Auch können mehrere DSPs zusammen in einer abgesetzten Einheit verwendet werden, um höhere Verarbeitungsleistung bereitzustellen. Es wird auch zu schätzen gewußt, daß es möglich ist, mehrere Rahmensätze von GPS-Datensignalen zu erfassen (abzutasten) und jeden Satz, wie in 3 ge zeigt, zu verarbeiten, während die Zeit zwischen dem Erfassen jedes Rahmensatzes berücksichtigt wird.
In der vorangehenden Beschreibung wurde die Erfindung unter Bezug auf spezifische beispielhafte ihrer Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, daß vielfältige Modifikationen und Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, abzuweichen. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind folglich vielmehr in einem veranschaulichenden als einem einschränkenden Sinn zu betrachten.

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Position einer abgesetzten Einheit (20) mit den Schritten: Empfangen von Satelliten-Almanach-Information für mehrere Satelliten eines Satelliten-Positionsbestimmungssystems von einer getrennt angeordneten Basisstation oder von einem eine Basisstation emulierenden anderen Satelliten an der abgesetzten Station (20); Bestimmen der ungefähren Tageszeit und Position der abgesetzten Einheit; Herleiten von Doppler-Information für mehrere der Satelliten des Satelliten-Positionsbestimmungssystems von der Satelliten-Almanach-Information unter Verwendung der ungefähren Tageszeit und Position; Empfangen von GPS-Signalen von den Satelliten des Satelliten-Positionsbestimmungssystems; und Berechnen von Pseudobereichen für die abgesetzte Einheit in der abgesetzten Einheit, wobei durch die Doppler-Information eine Doppler-Verschiebung in den GPS-Signalen kompensiert wird, die von den Satelliten des Satelliten-Positionsbestimmungssystems empfangen werden, um Pseudobereiche an der abgesetzten Einheit zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Satelliten-Almanach-Information von einem Referenzspeichermedium an der Basisstation erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch die Schritte zum Übertragen der Pseudobereiche von der abgesetzten Einheit zur Basisstation und zum Berechnen einer Breiten- und einer Längenposition, die die Posi tion der abgesetzten Einheit anzeigen, in der Basisstation.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch den Schritt zum Übertragen von Satellitendateninformation von einer von den mehreren Satelliten des Satelliten-Positionsbestimmungssystems verschiedenen Quelle an die abgesetzte Einheit, wobei die Satellitendateninformation Daten enthält, die eine Ephemeride der mehreren Satelliten darstellen.
Abgesetzte Einheit, die Daten verwendet, die GPS-Signale darstellen, um die Position der abgesetzten Einheit bereitzustellen, wobei die abgesetzte Einheit einen ersten Empfänger zum Empfangen der GPS-Signale von Satelliten eines Satelliten-Positionsbestimmungssystems und eine Verarbeitungseinheit aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die abgesetzte Einheit ferner einen zweiten Empfänger aufweist; wobei der zweite Empfänger dazu geeignet ist, über eine Kommunikationsstrecke verbunden zu werden, um Satelliten-Almanach-Information für mehrere Satelliten des Satelliten-Positionsbestimmungssystems zu empfangen, mit denen die abgesetzte Einheit eine Sichtverbindung hat, wobei die Satelliten-Almanach-Information von einer separat angeordneten Basisstation oder einem eine Basisstation emulierenden anderen Satelliten empfangen wird; wobei die Verarbeitungseinheit mit dem zweiten Empfänger verbunden ist, um die Satelliten-Almanach-Information zu empfangen, Doppler-Information für die mehreren Satelliten von der Satelliten-Almanach-Information herzuleiten und Pseudobereiche für die abgesetzte Einheit zu berechnen, wobei durch die Doppler-Information eine Doppler-Verschiebung in den empfange nen GPS-Signalen kompensiert wird, um Pseudobereiche an der abgesetzten Einheit zu berechnen.
Abgesetzte Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsstrecke ein Hochfrequenzkommunikationsmedium aufweist.
Abgesetzte Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die abgesetzte Einheit ferner einen mit der Verarbeitungseinheit verbundenen Sender zum Übertragen der Pseudobereiche aufweist.
Abgesetzte Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit einen Digitalsignalprozessor (DSP) aufweist, und wobei der DSP die GPS-Signale und die Doppler-Information unter Verwendung eines schnellen Faltungsalgorithmus verarbeitet.
Abgesetzte Einheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die abgesetzte Einheit ferner einen mit der Verarbeitungseinheit verbundenen Sender zum Übertragen der Pseudobereiche aufweist.
Abgesetzte Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger dazu geeignet ist, Satellitendateninformation der Satelliten von einer von den mehreren Satelliten des Satelliten-Positionsbestimmungssystems verschiedenen Quelle zu empfangen, wobei die Satellitendateninformation Daten enthält, die eine Ephemeride der mehreren Satelliten darstellen.