BR9909982B1 - Método e sistema de processamento de informações de posição por satélite - Google Patents

Método e sistema de processamento de informações de posição por satélite Download PDF

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Description

"MÉTODO E SISTEMA. DE PROCESSAMENTO DE INFORMAÇÕES DE POSIÇÃO POR SATÉLITE" PEDIDOS CORRELACIONADOS O presente pedido é uma "continuação em parte" do Pedido de Patente U.S. Ne de Série 08/842.559, depositado em 15 de abril de 1997 por Norman F. Krasner.
HISTÓRICO DA INVENÇÃO A presente invenção está relacionada a sistemas de posicionamento por satélite que utilizam receptores de referência e mais particularmente a uma rede de receptores de referência para um sistema de posicionamento por satélite.
Os sistemas de posicionamento por satélite (SPS) convencionais, tais como o Sistema de Posicionamento Global (GPS) dos EUA utilizam sinais provenientes de satélites para determinar sua posição. Os receptores GPS convencionais normalmente determinam sua posição pela computação dos momentos relativos de chegada de sinais transmitidos simultaneamente a partir de uma multiplicidade de satélites GPS que estão em órbita terrestre. Cada satélite transmite, como parte de sua mensagem de navegação, tanto dados de posicionamento de satélite como dados sobre temporização ou "timing" de "clock" que especificam sua posição e estado do clock em determinados momentos. Tais dados, que são encontrados nos subquadros 1 a 3 da mensagem de navegação GPS, são amiúde designados como dados de clock e efemérides de satélite e serão aqui designados como dados de efemérides de satélite. Os receptores GPS convencionais tipicamente procuram e captam sinais GPS, lêem a mensagem de navegação de cada sinal para obter dados de efemérides de satélite para seu respectivo satélite, determinam pseudo distâncias até tais satélites e computam a localização do receptor GPS a partir das pseudo distâncias e dados de efemérides de satélite provenientes dos satélites.
Uma melhor precisão de posição pode ser obtida pelo uso de uma técnica bem conhecida e convencional denominada corno GPS diferencial. Com o GPS diferencial convencional, uma única estação diferencia] de referência difunde correções de GPS diferencial para usuários ern uma região local. Dessa forma, enistem tipicamente três componentes principais de um sistema GPS diferencial convencional. 0 primeiro componente é uma estação de referência em uma localização conhecida com um receptor GPS em uma localização conhecida que é usualmente capaz de observar todos os satélites à vista e opcionalmente com software na estação de referencia, o qual poderia estar embutido no receptor GPS, para computar as correções de pseudo distâncias e para codifíea-las piara um formato de difusão especifico. Outro componente consiste de uia link de rádio para transmitir as correções diferenciais em tempo real para receptores GPS móveis. 0 terceiro componente é o receptor GPS móvel que também inclui um receptor para receber as correções diferenciais difundidas a partir da •estação de referência.
As correções GPS diferencial são usadas pelos receptores GPS móveis de uma maneira convencional para corrigir os dados de pseudo distâncias que são obtidos pela computação dos momentos relativos de chegada de sinais GPS transmitidos a partir dos satélites GPS. 0 GPS diferencial convencional não precisa operar em tempo real ou prover correções para o receptor GPS móvel, apesar de ser isto que quase sempre ocorre. E:·: is tem muitos aperfeiçoamentos no GPS diferencial que estão descritos tanto na literatura de patentes como naquela fora de tal área. Esses diversos aperfeiçoamentos se concentrara nos algoritmos de computação e aplicação da. correção diferencial, bem como nos métodos de enviar as correções diferenciais. As correções diferenciais ocorrera, na maioria dos casos, no domínio da medição (pseudo distancia, xaixa delta acumulada e estimativas de erro de faixa e taxa). O GPS diferencial convencional oferece significativa melhoria na precisão de posição caso tanto o receptor de referencia como o receptor GPS móvel participante estejam próximos um ao outro. No entanto, a melhoria de precisão proveniente do GPS diferencial se degrada à medida que a distância entre os dois receptores aumenta. Uma solução para retificar tal degradação de acuracidade é prover uma rede de receptores GPS de referencia que ficam dispersados por uma área geográfica para propiciar uma cobertura de área que coincide com a área em que os receptores GPS móveis podem operar, de tal forma que eles tendam a "ver" o mesmo conjunto de satélites. Neste caso, ura receptor GPS móvel pode captar correções diferenciais provenientes de mais de uma estação diferencial de referência e o receptor GPS móvel pode selecionar aquelas correções diferenciais para os satélites á vista com base na proximidade relativa entre o receptor GPS móvel e as duas ou mais estações de referência. 0 uso ■de múltiplas estações de referência em um sistema GPS diferencial é algumas vezes designado como GPS diferencial de área ampla (WADGPS - Wide Area E»ifferential GPS) .
Outra forma de um sistema de referencia WADGPS inclui uma rede de receptores GPS de referência e uma estação mestre que fica eiu comunicação com as estações de referencia piara receber suas medições e computar um conjunto combinado de estimativas de correções de efemérides e clock para cada satélite GPS observado pelas estações de referência. Tal estação mestre pode a seguir prover, através de um transmissor, uma mensagem GPS diferencial com correções aplicáveis dentro de uma faixa ampliada. Os exemplos de tais sistemas GPS diferencial de área ampla de referência incluem aqueles descritos nas Patentes U.S. N— 5.323.322 e 5.621.646.
Independer· temente da cobertura do sistema diferencial de referência especifico, o objetivo principal de um sistema GPS diferencial é o de prover serviço diferencial que auxilia o receptor GPS móvel a remover erros das medições GPS ou da solução derivada das medições. Os erros do sistema GPS que a rede tenta remover são uma função do número de estações de referência, seu posicionamento espacial e da sofisticação· dos algoritmos implementados na unidade central de processamento. A função secundária das redes diferenciais é a de prover integridade e confiabilidade ao serviço diferencial por efetuar várias conferências nos domínios das medições e do estado espacial.
Apesar dos sistemas acima mencionados propiciarem melhor acuracidade aos receptores GPS móveis, tais sistemas não são compatíveis com uma estrutura GPS cliente / servidor em que um receptor GPS móvel funciona como um sistema de cliente e propicia medições de pseudo distância para um servidor ern uma localidade remotamente posicionada que completa os cálculos para a solução de posição pelo uso das pseudo distâncias obtidas a partir do receptor GPS movei e pelo uso de dados de efemérides. A presente invenção propicia um método e ura equipamento aperfeiçoados que permitem flexibilidade no posicionamento dos servidores locais e também proporciona melhor eficiência e custo em um sistema cliente / servidor.
RESUMO DA IHVEUÇÃO A presente invenção proporciona métodos e equipamentos para uni sistema de posicionamento por satélite de referência.
Em um aspecto da presente invenção, um método exemplar processa informações de posição por satélite pelo uso de pelo menos dois receptores SPS de referência. De acordo cora tal método, uiü primeiro sistema de processamento digital recebe dados de efemérides de um primeiro satélite provenientes de um primeiro receptor SPS de referência que possui uma primeira posição conhecida. 0 primeiro sistema de processamento diçfital também recebe dados de efemérides de um segundo satélite provenientes de um segundo receptor SPS de referência que possui uma segunda posição conhecida. 0 primeiro sistema de processamento digital recebe também uma pluralidade de dados de pseudo distância provenientes de um receptor SPS móvel. O primeiro sistema de processamento diçfital a seguir tipicamente calcula as .informações de posição (por euemplo latitude, longitude e altitude) do receptor SPS móvel utilicando a pluralidade de dados de pseudo distância e pelo menos um dentre os dados de efemérides do primeiro satélite e os dados de efemérides do segundo satélite. Em uma modalidade particular da presente invenção, os dados de efemérides do primeiro satélite e os dados de efemérides do segundo satélite constituem uiu subconjunto da mensagem de navegação por satélite de 50 bit/s ''crua" recebida respectivamente a Pcirtir do primeiro receptor SPS de referencia e do segundo receptor SPS de referência proveniente dos satélites à vista daqueles dois receptores de referência. Em um euemplo, tal mensagem de navegação de satélite pode ser a mensagem de dados de 50 bits por segundo codificada nos sinais GE'S que foi recebida e decodificada pelos receptores de referência e transmitida para o primeiro sistema de processamento digital em tempo real ou tempo quase real.
De acordo com outro aspecto da presente invenção, um sistema piara o processamento de informações de posição por satélite inclui uma pluralidade de receptores de referência do sistema de posicionamento por satélite (SPS), cada um possuindo uma posição conhecida. Ele inclui também uma pluralidade de sistemas de p*rocessamento digital. A pluralidade de receptores SPS de referência fica dispersa por uma região geográfica e cada um recebe dados de efemérides de satélites provenientes de satélites à vista do respectivo receptor SPS de referência. Cada um dentre a pluralidade de receptores SPS transmite, para uma rede de comunicação, os dados de efemérides de satélites que ele recebe. Tal sistema inclui também uma pluralidade de sistemas de processamento digital, cada um dos quais está acoplado à rede de comunicação para receber pelo menos alguns dos dados de efemérides de satélites transmitidos através da rede de comunicação. Em. uma modalidade, existem pelo menos dois de tais sistemas de processamento digital. Um primeiro sistema de processamento digital recebe uma primeira pluralidade de pseudo distâncias provenientes de um primeiro receptor SPS móvel e calcula informações de uma primeira posição (por exemplo, uma latitude e uma longitude) do primeiro receptor SPS móvel a partir da primeira pluralidade de dados de pseudo distância e dos dados de efemérides de satélite recebidos a partir da rede de comunicação. Tipicamente, o primeiro sistema de processamento digital recebe seletivamente a partir da rede os dados apropriados de efemérides de satélite para pelo 'menos aqueles satélites que estão á vista do primeiro receptor SPS móvel. Um segundo sistema de processamento digital recebe uma segunda pluralidade de dados de pseudo distância provenientes de um segundo receptor SPS móvel e calcula informações de uma segunda posição do segundo receptor SPS móvel a partir da segunda pluralidade de dados de pseudo distancia e dos dados de efemérides de satélite recebidos a partir da rede de comunicação. Em um exemplo da invenção, o segundo sistema de processamento digital recebe seletivamente a partir da rede as efemérides de satélites apropriadas para aqueles satélites que estão à vista do segundo receptor SPS móvel. Em outro exemplo da invenção, os primeiro e segundo sistemas de processamento digital recebem, cada um, a partir da rede os dados de efemérides mais atualizados de satélites que estão à "vista da rede.
Em mais nrria modalidade da presente invenção, um sistema de processamento diqital adicional pode ser acoplado à rede de comunicação para receber medições (por exemplo, correções diferenciais) provenientes dos receptores de referência e para produzir um conjunto de correções diferenciais para a rede. Vários outros aspectos e modalidades da presente invenção serão descritos a seguir.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESEIJHOS A presente invenção e ilustrada como exemplo e não coroo limitação nas figuras dos desenhos associados, nos quais referências semelhantes indicam elementos similares. A Figura 1 ilustra um sistema de comunicações baseado em células, possuindo uma pluralidade de células, cada uma das quais è servida por uma central celular e cada uma das quais está acoplada a um centro de comutação baseado em células, o qual é algumas vezes designado corno um centro de comutação móvel. A Figura 2 ilustra uma implementação de um sistema de servidor de locação de acordo com uma modalidade da invenção. A Figura 3A ilustra um exemplo de um receptor SPS e sistema de comunicação combinados de acordo com uma modalidade da presente invenção. A Figura 3B ilustra uiu exemplo de uma estação GPS de referência de acordo com uma modalidade da presente invenção. A Figura 4 ilustre; uma rede de receptores SPS de referência de acordo com uma modalidade da presente invenção.
As Figuras 5A e 5B apresentam um fluxograma que descreve um método de acordo com uma modalidade da presente invenção. A Figura 6 apresenta ura fluxo de dados para um processador de correção de rede que pode ser usado em uma moda]idade da rede de receptores de referência de acordo com a presente invenção. A Figura 7 apresenta um exemplo do fluxo de dados associado com o servidor de locação de acordo com uma modalidade da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA A presente invenção propicia uma rede de receptores SFS de referência que proporcionam pelo menos uma porção da mensagem de navegação de satélite, tal coroo dados de efemérides de satélite, para uso por sistemas de processamento digital da forma descrita a seguir. Antes de descrever diversos detalhes com relação a tal sistema de referência, será de utilidade descrever o contexto em que tal receptor de referencia é tipicamente usado. Assim sendo, uma descrição preliminar que faz referência às Figuras 1,1' e 3A será apresentada antes da descrição da rede de receptores SFS de referencia no sistema da presente invenção. A Figura 1 mostra um exemplo de um sistema de comunicação baseado em células 10 que inclui uma pluralidade de centrais celulares, cada um dos quais é projetado para servir à urna região ou local geográfico especifico. Os exemplos de tais sistemas de comunicação celulares ou baseados em células são bem conhecidos pelos técnicos na área, tais como os sistemas de telefonia baseados em células. 0 sistema de comunicação baseado em células 10 inclui duas células lí e 14, sendo ambas definidas como estando dentro de urna área de serviço celular 11. Alèm disso, o sistema 10 inclui as células 18 e 20. Será notado que uma pluralidade de outras células com correspondentes centrais celulares e/ou áreas de serviço celular podem, também ser incluídas no sistema 10 acopladas a um ou mais centros de comutação celular, tal como o centro de comutação celular 14 e o centro de comutação celular 24b.
Dentro de cada célula, tal como a célula 12, existe uma célula sem fio ou central celular, tal como a central celular 13, que inclui uma antena 13a que é projetada para se comunicar através de um meio de comunicação sem fio com um recep-tor de comunicação que pode estar combinado com um receptor GPS móvel tal como o receptor 16 apresentado na Figura 1. Um exemplo de tal sistema combinado possuindo um receptor GF3 e um sistema de comunicação é apresentado na Figura 3A e pode incluir tanto uma antena GPS 77 como uma antena do sistema de comunicação 79.
Cada central celular está acopdada a um centro de comutação celular. Na Figura 1, as centrais celulares 13, 15 e 19 estão acopladas ao centro de comutação 24 através de conexões 13b, 15b e 19b, respeetivamente e a central celular 21 esta acopdada a uia diferente centro de comutação 24b através da conexão 21b. Tais conexões são tipicamente conexões por linhas de fio entre a respectiva central celular e os centros de comutação celular 24 e 24b. Cada central celular inclui uma antena p>ara a comunicação com sistemas de comunicação servidos pela central celular. Em um exemplo, a central celular pode ser uma central celular de telefonia celular que se comunica corrí telefones celulares moveis na área servida p>ela central celular. Será notado que um sistema de comunicação no interior de uma célula, tal como o recep*tor 22 ap»resentado na célula 4, pode na realidade se comunicar com a central celular 19 na célula 18 devido a um bloqueio· (ou outras razões pelas quais a central celular 21 não p<ode se comunicar com o receptor 22).
Em uma tipica modalidade da presente invenção, o receptor GPS móvel 16 inclui um sistema de comunicação baseado em células que está integrado com o receptor GPS de tal forma que tanto o receptor GPS como o sistema de comunicação ficam encerrados no mesmo estojo ou alojamento. Um exemplo disto consiste de um telefone celular possuindo um receptor GPS integrado que compartilha circuitos em comum com o transceptor de telefone celular. Quando tal sistema combinado é usado para comunicações por telefone celular, as transmissões ocorrem entre o receptor 13 e a central celular 13. As transmissões provenientes do receptor 13 para a central celular 13 são a seguir propagadas através da conexão 13b para o centro de comutação celular 24 e a seguir para outro telefone celular em uma célula servida pelo centro de comutação celular 24 ou através de uma conexão 30 (tipicamente por fio) a outro telefone através do sistema / rede de telefonia 23 baseado em terra. Será notado que o termo "por fio" inclui conexões por fibras ópticas e outras conexões com fios, tais como por cabos de cobre, etc. As transmissões provenientes do outro telefone que está se comunicando com o receptor 13 são transportadas do centro de comutação celular 24 através da conexão 13b e da central celular 13 de volta ao receptor 13 de forma convencional. 0 sistema de processamento de dados remoto 26 (que pode ser designado em algumas modalidades como um servidor GPS ou um servidor de locação) é incluído no sistema 10 e usado para determinar o estado (por exemplo, a posição e/ou velocidade e/ou hora)de um receptor GPS móvel (por exemplo o receptor 13) usando sinais GPS recebidos pelo receptor GPS. O servidor GPS 23 pode estar acoplado ao sistema / rede de telefonia baseado em terra 23 através de uma conexão 27 e ele pode também estar opcionalmente acoplado ao centro de comutação celular 24 através da conexão 25 e também opcionaliuente acoplado ao centro 24b através da conexão 25b. Será notado que a conexões 25 e 27 são tipicamente conexões por fio, apesar de poderem ser sem fio. E também mostrado como um componente opcional do sistema 10 um terminal de consulta 29 que pode consistir de outro sistema de computador que está acoplado através da rede 23 ao servidor GPS 26. Tal termina] de consulta 29 pode enviar uma requisição, quanto à posição e/ou velocidade de ura receptor GE'S especifico em uma das células, ao servidor GPS 26, o qual a seguir inicia uma conversação com um receptor GPS especifico através do centro de comutação celular de modo a determinar a posição e/ou velocidade do receptor GPS e reportar as informações requisitadas de volta ao terminal de consulta 29. Em outra modalidade, uma determinação de posição para um receptor GPS pode ser iniciada por um usuário de um receptor GPS móvel; por exemplo, o usuário do receptor GPS móvel pode teclar 911 no telefone celular para indicar uma situação de emergência no local do receptor GPS móvel e isto pode dar inicio a um processo de localização da forma aqui descrita.
Deve ser notado que um sistema de comunicação celular ou baseado em células é um sistema de comunicação que possui mais de um transmissor, cada um dos quais serve a uma área geográfica diferente, a qual está predefinida em qualquer instante no tempo. Tipicamente, cada transmissor e um transmissor sem fio que serve a uma célula que possui um raio geográfico menor que 32 quilômetros (20 milhas), apesar da área coberta depender do sistema celular especifico. Existem numerosos tipos de sistemas de comunicação celulares, tais como telefones celulares, PCS (Fersonal Communication System - sistema pessoal de comunicação), 3MR (Specialized Mobile P.adio - rádio móvel especializado), sistemas de chamada ou pager de uma via e de duas vias, FAM, ARDIS e sistemas de dados em pacotes sem fio. Tipicamente, as áreas geográficas predefinidas são denominadas com·:· células e uina pluralidade de células são agrupadas em uma área de serviço celular, tal coroo a área de serviço celular 11 mostrada na Figura 1, e tais pluralidades de células são acopladas a um ou mais centros de comutação celulares que provêem conexões a sistemas e'ou redes de telefonia baseados em terra. As áreas de serviço são amiúde utilizadas para propósitos de cobrança. Portanto, pode ocorrer o caso em que células em mais de uma área de serviço estejam conectadas a um centro de comutação. Como exemplo, na Figura 1, as células 1 e 2 estão na área de serviço 11 e a célula 3 está na área de serviço 13, porém todas as três estão conectadas ao centro de comutação 24. Alternativamente, ocorre algumas vezes que células no interior de uma área de serviço estão conectadas a diferentes centros de comutação, especialmente em áreas de população densa. Eie ura modo geral, uma área de serviço é definida como uma coletânea de células dentro de uma proximidade geográfica mútua. Outra classe de sistemas celulares que se ajusta à descrição acima é a baseada em satélites, em que as estações base celulares ou centrais celulares são satélites que tipicamente estão em órbita terrestre. Em tais sistemas, os setores de células e áreas de serviço se movem em função do tempo. Os exemplos de tais sistemas incluem o Iridium, Globalstar, ürbcomm e Odyssey. A Figura 2 mostra um exemplo de um servidor GP3 50 que pode ser usado como o servidor GPS 2 6 da Figura 1. O servidor GPS 50 da Figura 2 inclui uma unidade de processamento de dados 51 que pode ser um sistema de computador digital tolerante a falhas. O servidor GPS 50 inclui também uia modera ou outra interface de comunicação 52 e um modera ou outra interface de comunicação 53 e um modem ou outra interface de comunicação 54. Tais interfaces de comunicação propiciam conectividade para a troca de informações de e para o servidor de locação apresentado na Figura 2 entre trés diferentes redes, que são apresentadas corno as redes 60, 62 e 64. A rede 60 inclui o centro ou centros de comutação celular ef'ou os comutadores do sistema de telefonia baseado em terra ou as centrais celulares. Um exemplo de tal rede é apresentado na Figura 1 em que o servidor GPS 26 representa o servidor 50 da Figura 6 Dessa forma, a rede 60 pode ser considerada como incluindo os centros de comutação celular 24 e 24b e o sistema / rede de telefonia baseado em terra 26 e a área de serviço celular 11 bem como as células 16 e 20. A rede 64 pode ser considerada como incluindo o terminal de consulta 29 da Figura 1 ou o "FSAP", que consiste do ponto de resposta de segurança pública (Public Safety Answering Foint) que è tipicamente o centro de controle que responde às chamadas 911 de emergência. l!o caso do terminal de consulta 29, tal terminal pode ser usado para consultar o servidor 2 6 de modo a obter uma informação de estado (por exemplo, a posição) de um receptor SPS móvel designado, localizado nas várias células do sistema de comunicação baseado em células, líeste caso, a operaçao de localização e ini^iaoa por alguém diferente do usuário do receptor GPS móvel, li o caso de uraa chamada telefônica 911 proveniente do receptor GPS móvel que inclui um telefone celular, o processo de localização é iniciado pelo usuário do telefone celular. A rede 62, que representa a rede de referência GPS 32 da Figura 1, e uma rede de receptores GPS, que são receptores GPS de referência, projetada para prover informações de correção GPS diferencial e também para prover dados de sinal GPS incluindo pelo menos uma porção da mensagem de navegação de satélite, tal como os dados de efemérides de satélite para a unidade de processamento de dados. Quando o servidor 50 serve a unia área geográfica muito grande, um receptor GPS local opcional, tal como o receptor GPS opcional 56, pode não ser capaz de observar todos os satélites GPS que estão à vista de receptores GPS móveis por toda esta área. Assim sendo, a rede 62 coleta e provê pelo menos uma porção da mensagem de navegação do satélite, tal como dados de efemérides de satélite e dados de correção GPS diferencial dentro de uma ampla área de acordo com uma modalidade da presente invenção.
Corão apresentado na Figura 6, ura dispositivo de armazenamento de massa 55 é acoplado a unidade de processamento de dados 51. Tipdcarciente o armazenamento de massa 55 irá incluir armazenamento para software e dados para efetuar os cálculos de posição GPS após receber pseudo distancias provenientes dos receptores GPS móveis, tal como ura receptor 15 da Figura 1. Tais pseudo distâncias são normalmente recebidas através da central celular e centro de comutação celular e do modem ou outra interface 53. 0 dispositivo de armazenamento de massa 55 inclui também software, p>elo menos em uma modalidade, o qual é usado para receber e usar os dados de efemérides de satélite providos pela rede de referência GPS 33 através do modem ou outra interface 54.
Em urna tipica modalidade da presente invenção o receptor GPS opcional 56 não é necessário, uma vez que a rede de referencia GPS 33 da Figura 1 (apresentada como a rede 63 da Figura 3) provê as informações GPS diferencial bem como prove a mensagem de navegação do satélite crua proveniente dos satélites à vista dos vários receptores de referência na rede GPS de referência. Será notado que os dados de efemérides de satélite obtidos a partir da rede através do modem ou outra interface 54 podem ser usados de uma maneira convencional com as pseudo distâncias obtidas a partir do receptor GPS móvel de modo a computar as informações de posição para o receptor GPS móvel. As interfaces 53, 53 e 54 podem, cada uma, ser um modem ou outra interface de comunicação adequada para acoplar a unidade de processamento de dados a outros sistemas de computador, como no caso da rede 64, e a sistemas de comunicação baseados em células, como no caso da rede 60 e a dispositivos de transmissão, tais como os sistemas de computador na rede 62. Em uma modalidade, será notado que a rede 63 inclui uma coletânea dispersa de receptores GPS de referência dispersos por urna região geográfica. A Figura 3A mostra um sistema combinado generaliçado gue inclui um receptor GFS e um transceptor de sistema de comunicação. Em um exemplo, o transceptor de sistema de comunicação é um telefone celular. 0 sistema 75 inclui um receptor GPS 7 6 possuindo uma antena GPS 77 e ura transceptor de comunicação 78 possuindo uma antena de comunicação 79. 0 receptor GPS 76 está acoplado ao transceptor de comunicação 78 através da conexão Su apresentada na Figura 3A. Em um modo de operação, o transceptor de sistema de comunicação 78 recebe informações Doppler aproximadas através da antena 79 e provê tais informações Dop-pler aproximadas através do link 80 ao receptor GPS 76 que efetua a determinação de pseudo distância ao receber os sinais GPS provenientes dos satélites GPS através da antena GPS 77. Tal pseudo distância é a seguir transmitida para um servidor de locação, tal como o servidor GPS apresentado na Figura 1 através do transceptor de sistema de comunicação 78. Tipicamente o transceptor de sistema de comunicação 78 envia um sinal através da antena 7 9 para uma central celular o qual a seguir transfere tais informações de volta ao servi deu GPS, tal como o servidor GPS 26 da Figura 1. Exemplos de várias modalidades para o sistema 75 são conhecidos pelos técnicos na área. Como exemplo, a Patente U.S. N? 5.663.734 descreve um exemple» de um receptor GPS e sistema de comunicação combinados que utiliza um sistema de receptor GPS aperfeiçoado. Outro exemplo de sistemas GPS e de comunicação combinados foi descrito no Pedido Co-pendente cie Patente U.S. II2 de Série 08/652.333, o qual foi depositado em 2 3 de maio de 1996. O sistema 75 da Figura 3A, bem como numerosos sistemas alternativos de comunicação possuinde· receptores SPS, pode ser empregado com e-s métodos da presente invenção para operar corrí a rede GPS de referência da presente invenção. A Figura 3B apresenta uma modalidade de uma estação GPS de referencia. Será notado que cada estação de referência pode ser montada desta forma e acoplada à rede ou meio de comunicação. Tipicamente, cada estação GPS de referência, tal como a estação GPS de referência 90 da Figura 3B, irá incluir um receptor GPS de referência 92 de freqüencia única ou dupla, o qual é acoplado a uma antena GPS 91, que recebe sinais GPS provenientes de satélites GPS à 'vista da antena 91. Os receptores GPS de referencia são bem conhecidos pelos técnicos na área. O receptor GPS de referência 92, de acordo com uma modalidade da presente invenção, prove pelo menos dois tipos de informações como saldas a partir do receptor 92. As saidas de pseudo distância 93 são providas a um processador e interface de rede 95 e tais saidas de pseudo distancia são usadas para computar correções de pseudo distância da maneira convencional para aqueles satélites a vista da antena GPS 91. 0 processador e interface de rede 95 podem ser um sistema de computador digital convencional que possui interfaces para receber dados provenientes de um receptor GPS de referencia, tal como é do conhecimento dos técnicos na área. O processador 95 irá tipicamente incluir software projetado para processar os dados de pseudo distância para determinar a correção de pseudo distância apropriada para cada satélite à vista da antena GPS 91. Tais correções de pseudo distâncias (e/ou as saidas de dados de pseudo distancia) são a seguir transmitidas através da interface de rede para a rede ou meio de comunicação 96 ao qual outras estações GPS de referencia estão também acopladas. O receptor GPS de referência 92 também propicia em uma modalidade uma representação de pelo menos uma porção da mensagem de nave-gação do satélite, tal como uma saida de dados de efemérides de satélite 94. Tais dados são providos ao processador e interface de rede 95 que a seguir transmite tais dados para a rede de comunicação 96.
Em uma modalidade, a totalidade da mensagem de navegação do satélite é transmitida para a rede a partir de cada receptor de referência a uma taxa mais elevada que a normal. Certos receptores GPS convencionais podem emitir dados de mensagem de navegação (digitais) "crus" uma vez a cada 6 segundos (o que pode ser considerado como uma taxa normal). Como exemplo, certos receptores GPS NovAtel possuem tal capacidade. Tais receptores coletam em um "buffer" ou acumulador os dados digitais de um subquadro da mensagem de navegação (300 bits no caso de um sinal GPS padrão) e a seguir provêem tais dados na saida do receptor pelo deslocamento dos dados no acumulador (após acumular um subquadro completo de 300 bits) uma vez a cada 6 segundos. No entanto, em uma modalidade da invenção, pelo menos uma porção de uma representação da mensagem de navegação digital é transmitida para a rede a uma taxa de uma vez a cada 600 milissegundos. Tal taxa elevada de dados torna possível efetuar um método para medição do tempo tal como descrito no Pedido Co-pendente de Patente U.S. N2 de Série 08/7 94.649, depositado em 3 de fevereiro de 1997. Em tal modalidade da invenção, uma porção da mensagem de navegação é transmitida para a rede uma vez a cada 600 milissegundos pela coleta em um acumulador de somente uma porção de um subquadro (por exemplo 30 bits) e deslocando esta porção uma vez a porção seja coletada. Dessa forma, os pacotes de dados que são transmitidos a partir do processador 95 para a rede possuem uma porção menor da mensagem de navegação do que a que poderia ser provida em pacotes criados a partir de um acumulador de um subquadro completo (de 300 bits). Será notado que uma vez que o acumulador tenha coletado a porção do subquadro (por exemplo, 30 bits), os dados podem ser deslocados para pacotes que são transmitidos em taxas muito elevadas (por exemplo 512 kbit/s) através da rede da presente invenção. Tais pacotes (contendo menos que um subquadro completo) são a seguir reunidos em um sistema de processamento digital receptor pela e:·:tração e concatenação de dados provenientes de vários pacotes para recriar o subquadro comp1 e to.
Em uma modalidade da invenção, cada estação GPS de referência transmite uma representação de pelo menos uma porção da mensagem de navegação do satélite e os dados de pseudo distância (em lugar dos dados de correção de pseudo distância). Os dados de correção de pseudo distância podem ser derivados a partir de informações de pseudo distância e efemérides para um satélite especifico. Dessa forma, uma estação GPS de referencia pode transmitir para a rede ou dados de correção de pseudo distância ou de efemérides (ou ambos). No entanto, em uma modalidade preferida, dados de pseudo distância (em lugar de dados de correção de pseudo distancia) são transmitidos a partir de cada estação GPS de referência para a rede pois correções provenientes de diferentes receptores podem ser derivadas a partir de diferentes conjuntos de dados de efemérides, causando discrepâncias nas correçc-es provenientes de diferentes receptores. Com tal modalidade preferida, um p-rocessador de correção central (tal como o processador de correção de rede 110 mostrado na Figura 4) utiliza um conjunto consistente dos dados de efemérides mais recentes recebidos a partir de qualquer dos receptores GPS de referencia, desse modo evitando tais discrepâncias. O conjunto é consistente pois ele consiste de um grupo de efemérides, medições de distância (por exemplo pseudo distâncias) e/ou correções provenientes de uma pluralidade de satélites que são aplicáveis a um instante especifico no tempo. Um conjunto pode ser combinado com -outros conjuntos de dados contanto que os tempos de aplicabilidade de cada conjunto se superponham.
Fazendo novamente referencia à Figura 3B, a saída dos dados de efemérides de satélite 94 propicia tipicamente pelo menos parte da totalidade dos dados binários de navegação crus a 50 baud codificados nos sinais GPS reais recebidos a partir de cada satélite GPS. Os dados de efemérides de satélites fazem parte da mensagem de navegação que é difundida na forma da corrente de dados de 50 bits por segundo nos sinais GPS provenientes dos satélites GPS e está descrita em maiores detalhes no documento GPS ICD-2Ú0. O processador e interface de rede 95 recebe tal saída de dados de efemérides de satélite 91 e a transmite ein tempo real ou tempo quase real para a rede de comunicação 96. Como será descrito mais adiante, tais dados de efemérides de satélite que são transmitidos para a rede de comunicação são posteriormente recebidos através da rede ern vários servidores de locação de acordo com aspectos da presente invenção.
Em certas modalidades da presente invenção, somente certos segmentos da mensagem de navegação de satélite podem ser enviados para servidores de locação de modo a reduzir as exigências de largura de banda para as interfaces de rede e para a rede de comunicação. Além disso, pode não ser necessário prover tais dados de forma continua. Como exemplo, somente os primeiros três subquadros que contêm informações de efemérides, em lugar de todos os 5 subquadros juntos podem ser transmitidos para a rede de comunicação 96 quando eles contêm informações atualizadas. Será notado que em uma modalidade da presente invenção, o servidor de locação pode utilizar os dados da mensagem de navegação transmitidos a partir de um ou mais receptores GPS de referência de modo a efetuar um método para a medição de tempo relacionado a mensagens de dados de satélite, tal como o método descrito no Pedido Co-pendente de Patente U.S. 1J- de Série 08/791.649, que foi depositado em 3 de fevereiro de 1997, por llorman F. Krasner. Deve também ficar claro que o receptor GPS de referência 92 decodificou os diferentes sinais GPS provenientes dos diferentes satélites GPS à vista do receptor de referência 92 de modo a prover a saida de dad^-s binários 94 que contém os dados de efemérides de satélite.
Tipicamente, os pacotes de dados não são endereçados a servidores locais específicos e incluem porções da mensagem de navegação e ura identificador de quais dados foram recebidos a partir de qual satélite; em algumas modalidades, os pacotes podem também especificar um identificador da estação de referência transmissora. Em algumas modalidades, o receptor GPS opcional 56 pode ser a fonte primária de dados de mensagens de navegação que é usada pelo servidor de locação local e a rede da presente invenção pode prover informações sob demanda. A Figura 4 apresenta um exemplo de uma rede de receptores GPS de referencia. No exemplo da Figura 4, a totalidade do sistema 101 inclui dois servidores de locação 115 e 117 gue estão acoplados a uma rede ou meio de comunicação 103 que corresponde a rede de comunicação 96 da Figura 3B. Os processadores de correção de rede 110 e 112 estão também acoplados â rede de comunicação 103. Cinco estações GPS de referência 104, 105, 106, 107 e 100 são mostradas na Figura 4. Cada uma dessas estações de referência está acoplada à rede de comunicação 103. Cada estação GPS de referência, tal como a estação GPS de referência 104, corresponde à estação GPS de referência exemplar 90 apresentada na Figura 3B e a rede de comunicação 103 corresponde à rede de comunicação 96 apresentada na Figura 3B. Será notado que as estações GPS de referência, tais como as estações de referência 104 a lõü, estão dispersas por uma região geográfica de modo a prover cobertura de recepção para os sinais GPS que podem também ser recebidos pelos receptores GPS inoveis.
Tipicamente tal cobertura entre estações de referência adjacentes se sobrepõe de tal forma que uma totalidade da área geográfica fique completamente coberta. A região geográfica para a totalidade da rede de estações de referência pode englobar todo o mundo ou qualquer subconjunto do mesmo, tal como uma cidade, um estado, uma nação, ou um continente. Cada estação GPS de referência, tal como a estação GPS de referencia 104, propicia dados de correção de pseudo distância para a rede de comunicação 103 e também provê a mensaçfem de dados de navegação crua que é usada pelos servidores de locação tal corno foi aqui descrito, tal como o servidor de locação 115. Como será descrito a seguir, os servidores de locação podem ser era menor numero que as estações de referência e portanto estarão processando dados de pseudo distancias provenientes de receptores GPS moveis amplamente separados. Como exemplo, um servidor de locação pode estar processando dados de pseudo distancias provenientes de uru receptor GPS móvel na Califórnia e uma estação de referencia na Califórnia e o mesmo servidor de locação pode estar processando dados de pseudo distancias para um receptor GPS móvel em New York e uma estação de referência em New York. Dessa forma, um único servidor de locação pode estar recebendo mensagens de navegação provenientes de duas ou mais estações de referencia que podem estar amplamente dispersas. Gomo apresentado na Figura 4, a rede de comunicação pode ser uma rede de dados, tal como uma rede "frame relay" ou uma rede ATM ou outra rede de comunicação digital de alta velocidade. A Figura 4 apresenta também dois processadores de correção de rede 110 e 111. Tais processadores propiciam correções de rede combinadas para múltiplas estações de referencia em uma modalidade e podem também prover dados ionosféricos para os servidores de locação. A operação em uma modalidade de um processador de correção de rede será descrita era detalhes a seguir. Tipicamente, tais processadores determinam as correções de pseudo distâncias apropriadas a partir de pseudo distancias e efemérides possuindo o mesmo momento aplicável e combinam os conjuntos apropriados de correções e dados de efemérides em um conjunto possuindo o mesmo momento aplicável ou momento sobreposto. 0 conjunto combinado é a seguir retransmitido através da rede para recepção pelos servidores de locação que estão acoplados à rede.
As Figuras 5A e 5B apresentam, em forma de fluxograma, uni método de uma modalidade da presente invenção. Em tal método 200, cada receptor GPS de referência recebe dados de efemérides de satélite provenientes de satélites GPS ã vista do receptor de referência especifico e transmite os dados de efemérides de satélites (mensagem de navegação) para uma rede de comunicação, tal como uma rede de dados "empacotados" 103 mostrada na Figura 4. Em uma modalidade tipica de tal etapa 201, cada sinal GPS proveniente de ura satélite GPS à vista do receptor de referencia especifico é decodificado para prover a corrente de dados binários de 50 bits por segundo que está presente no sinal GPS e tal corrente de dados de 50 bits por segundo é transmitida para a rede de comunicação em tempo real ou em tempo quase real. Em uma modalidade alternativa, somente porções desta corrente de dados podem ser transmitidas para a rede tal como acima descrito. Na etapa 203, cada receptor GPS de referência determina correções de pseudo distância para as pseudo distâncias para satélites GPS à vista do receptor de referência; tal operação pode ser efetuada da maneira convencional usando-se um computador controlador, tal como o processador e interface de rede 95 apresentado na Figura 3B. Tais correções de pseudo distância provenientes de cada receptor GPS de referência são a seguir transmitidas para a rede de comunicação, tal como a rede de comunicação 96 ou rede 103 da Figura 4. Na etapa 205, um processador, tal como um processador de correção de rede 110, que está acoplado à rede de comunicação, tal como a rede de comunicação 103, recebe dados de efemérides de satélites e as correções cie pseudo distâncias. 0 processador de correção de rede pode produzir um conjunto de correções de pseudo distâncias combinadas e efetuar outras operações tal corno será descrito a seguir. Tais correções de pseudo distancias combinadas são a seguir transmitidas para a rede de comunicação, tal como a rede de comunicação 103, de modo a que tais informações possam ser recebidas pelos diversos servidores de locação que estão acoplados â rede de comunicação. O método prossegue na etapa 207 na qual um primeiro servidor de locação recebe pelo menos uma porção da mensagem de navegação, tal como dados de efemérides de satélite, e as correções de pseudo distancias combinadas provenientes da rede. Dessa forma, por e.remplo, o servidor de locação 115 pode receber dados de mensagem de navegação que foram transmitidos para a rede por várias estações GPS de referência. Tais dados são tipicamente providos de uma maneira quase ein tempo real e tipicamente cada servidor local irá receber pelo menos dados de efemérides de satélite provenientes de duas estações de referência e amiúde muitas mais. Tipicamente, os dados de mensagem cie navegação de satélite recebidos são decodificados pelo servidor de locação para prover dados de clock e efemérides de satélite e ficam armazenados no servidor, permitindo que o servidor de locação calcule posições de satélites a estados de clock sob demanda. Tais dados de efemérides são usados para calcular a posição de um receptor GPS móvel após tal receptor prover pseudo distâncias até satélites à vista do receptor GPS movei. Dessa forma, na etapa 209, o primeiro servidor local recebe pseudo distâncias provenientes de um primeiro receptor GPS móvel e determina uma posição do primeiro recep<tor GPS móvel a p«artir de dados de efemérides de satélite recebidos a partir da rede e a partir de pseudo distancias que se originam a partir do primeiro receptor GPS móvel. O uso da rede de estações de referência permite ao servidor de locação calcular posições de receptores GPS móveis em uma área dispersa que corresponde à área de cobertura de uma rede de receptores GPS de referência. Dessa forma, em lugar de se ter um único receptor GPS localizado no servidor de locação e provendo dados de efemérides para um servidor de locação, a rede dispersa de estações GPS de referência tal como mostrado na Figura 4 permite ao servidor de locação prover cálculos de posição para receptores GPS móveis amplamente dispersados. Como mostrado na Figura i, uni segundo servidor de locação pode também estar acopdado à rede de comunicação 103 de modo a prover cálculos de solução de p-osição para receptores GPS móveis. Será notado que em uma modalidade o servidor de locação 117 p-ode ser irra servidor redundante / de reserva p-ara o servidor de locação 115 caso o servidor de locação 115 falhe. Tipicamente, cada servidor de locação será um sistema de computador tolerante a falhas. Nas situações em que elevadas demandas de processamento de dados sejam imp<ostas a um servidor de locação especifico devido a pop-ulação densa em uma região coberta pelo servidor de locação, vários servidores de locação p-odern ser implementados era tal região em adição aos servidores de locação redundantes. As etapas 211 e 213 ilustram o uso do segundo servidor de locação em um método da presente invenção. Na etapa 211, um segundo servidor de locação recebe dados de efemérides de satélite e correções de pseudo distâncias corrigidas a partir da rede de comunicação. Será notado que os dados de efemérides de satélite recebidos a partir da rede podem ser específicos de satélites para aqueles satélites que estão à vista das estações de referência na área correspondente servida pelo servidor de locação 117. Isto pode ser efetuado posicionando-se pacotes de cabeçalho ou outros dados de endereçamento com os dados de efemérides de satélite transmitidos a partir de uma estação de referencia e as correções de pseudo distâncias corrigidas de modo a endereçar os dados para um servidor de locação especifico. lia etapa 213, o segundo servidor de locação recebe pseudo distâncias provenientes de um segunde· receptor GPS movei e determina o estado (por exemple· a posição) do segundo receptor GPS inovei a partir dos dados de mensagem de navegação de satélite recebidos a partir da rede e a partir das pseudo distâncias que se originam no segunde· receptor GPS movei. A Figura 6 ilustra um exemplo do fluxo de dados em conexão com um processador de correção de rede, tal como o processador 110 da Figura 1. Cada processador de correção de rede combina correções provenientes de múltiplas estações de referência em um único conjunto de correções (e ajustes) possuindo substanciaimente o mesmo momento aplicável para uso por um servidor de locação. Ern uma modalidade, um servidor de locação especifico pode, caso ele deixe de receber dados de correção provenientes de um processador de correção de rede especifico, requisitar as - mesmas informações a partir de um processador de correção ' de rede de reserva em uma localização geograficamente diferente. Quando da chegada em um processador de correção de rede, cada conjunto de correções é acumulado na memória para consulta e utilização conforme necessário. Os erros atmosféricos são removidos e as correções são combinadas para formar uma melhor estimativa de erro de distancia devido aos erros de clock e posição de satélites (incluindo a perturbação SA) . Tais correções de rede combinadas são a seguir transmitidas, juntamente com dados ionosféricos chave e a mensagem de navegaçao mais atualizada para os satélites á vista apropriados. Em uma modalidade especifica, tais informações são transmitidas a todos os servidores de locação designados (que foram designados como os destinatários das correções provenientes do processador de correção de rede) . Devido ao fato de que cada veiculo satélite é seguido por mais que um receptor de referência em uma modalidade, cada conjunto de correções de rede pode ser conferido para assegurar consistência interna. Dessa forma, uma correção de pseudo distancia proveniente de uma primeira estação de referência pOde ser comparada a uma correção de pseudo distancia p-ara o mesmo satélite a p>artir de uma estação de referência adjacente psira assegurar consistência interna. Como mostrado na Figura 6, as estações de referência 301 representam as estações de referência geograficamente dispersadas, tais como as estações 104 a 108 mostradas na Figura 4. Os dados de correção de pseudo distância 303 e os dados da mensagem de navegação que incluem, em uma modalidade, p-elo menos uma porção da corrente de dados de 50 bits contida dentro dos sinais GPS é transmitida para um processador de correção de rede. O processador de correção de rede extrai iono parâmetros 310 e cria um conjunto de correção p>ara uma única época 309. Os retardes atmosféricos são removidos e são criadas correções combinadas 316. O fluxo de dados das várias op>erações aqui descritas está adicionalmente apresentado na Figura 6. A Figura 7 ilustra um exemplo do fluxo de dados em conexão com um servidor de locação. A Figura 7 ilustra pelo menos três diferentes componentes do siscema que estão tipicamente localicados remotamente ein relação ao servidor de locação. A rede de receptores de referência 401 corresponde às estações de referência 104 a 108 da Figura 4. Tais estações de referência são acopdadas ao servidor de locação através de uma rede de comunicação, tal como a rede 103 da Figura 4. A rede de receptores de referência 401 prové correções e/ou dados de pseudo distância através da rede de dados 4 03 e provê p>elo menos uma porção da mensagem de navegação 4 05 também através da rede de dados. Tal mensagem de navegação inclui tipicamente os chamados dados de efemérides de satélites que, em uma modalidade, consiste cia corrente de dados a 50 baud nos sinais GPS provenientes de cada satélite GPS. Ãs correções 106 são combinadas e conferidas quanto à consistência interna em ura processador de correção e passadas ao servidor de locação na forma das correções 408 e, opcionalmente, correções geográficas, através da rede de comunicação. Os dados da mensagem de navegação 407 são usados para extrair os dados de efemérides para cálculos de estado (por exemplo posição) para os receptores GPS moveis. O cálculo de estado (por exemplo posição) 410 pocle ser auxiliado por estimativas de altitude 412 provenientes de uma base de dados de elevação do terreno 411. O servidor de locação tipicamente recebe, em urna base continua, tanto os dados de correção como os dados da mensagem de navegação através dei rede de comunicação, tal como a rede 102'.. Será notado portanto que a fonte dos dados de efemérides de satélite não é a partir •de um receptor GPS local que está co-local içado com o servidor de locação, mas sim proveniente de uma rede de receptores GPS de referência, tal como as estações de referencia 104 a 108 da Figura 4. Desta maneira, o servidor de locação pode servir a uma grande área geográfica, o que não seria possível cora um receptor GPS de referência co-localicado com o servidor de locação.
Enquanto o servidor de locação continua a receber pelo menos uma porção dos dados da mensagem de navegação de satélite e dados de correção provenientes da rede de receptores GPS de referência, ele pode receber requisições para a posição de um receptor GPS móvel, o qual é mostrado na forma de clientes 424. Uma transação tipica com um receptor GPS movei se inicia com a troca de dados. Tipicamente, dados de Doppler 423 são providos a um receptor GPS móvel 424 (com base em dados de posição aproximada provenientes do receptor móvel ou de um elemento da rede celular) e a seguir dados de pseudo distancia 425 são providos por um receptor GPS móvel para uma interface de cliente 420 no servidor de locação. Tal transação de localização pode, como foi acima mencionado, ser iniciada no receptor GPS movei ao se teclar 911 no caso de um telefone celular, ou ela pode ser iniciada por um operador remoto 422 que pode ser considerado como correspondendo ao terminal de consulta 2 9 da Figura 1. Como mostrado na Figura 7, a previsão de Doppler 414 é provida a partir do servidor de locação através da interface de cliente 420 para o receptor GFS móvel 424 e o receptor GPS movei tipicamente responde com dados de pseudo distância 425 que são asados em conjunto com os dados de efemérides 409 para determinar a posição do receptor GPS móvel. O cálculo de posição pode ser efetuado por meio de vários algoritmos de cálculo de posição convencionais encontrados nos típicos receptores GPS. Tal posição, apresentada na forma da sedução de navegaçãc' 414, pode a seguir ser provida a interface de cliente 420 que pode a seguir transferir tais informações através de um módulo executivo 421, o qual é tipicamente um módulo de software, para um operador remoto 422. Em uma modalidade, o operador remoto 422 é uni PSAP (ponto de resposta de segurança pública, ou Public Safety lAnswering Foint) que é tipicamente o centro de controle que responde às chamadas telefônicas 911. A interface de cliente 42 0 gerencia o link de comunicação entre o servidor de locação e o cliente, tal como um receptor GPS móvel. Eru uma modalidade, uni objeto de interface de cliente e alocado a cada receptor GPS móvel pela interface executiva. A interface de cliente pode ser tipicamente implementada por software operando no servidor de locação. 0 módulo executivo 421, o qual é também tipicamente operado por software no servidor de locação, designa interfaces P'ara atender requisições de op>eração remota. Ele controla também a interface para bases de dados externas e efetua o gerenciamento de rede e outras interações externas conforme a necessidade. Tipicamente, um servidor de locação especifico irá prover múltiplas interfaces de -operador remoto. Como exemplo, o frame relay padrão, X.25 e conectividade de rede TCF/IP podem ser providos para atender às exigências do operador remoto.
Apesar da descrição acima ter presumido uma certa estrutura (na qual um receptor SPS movei recebe sinais SPS provenientes de satélites SPS e determina pseudo distancias até tais satélites e a seguir transmite as pseudo distancias com um selo ou marca de hora, para um servidor de locação que determina a posição do receptor móvel), será notado que podem ser empregadas outras estruturas com a presente invenção. Como exemp-lo, um receptor SPS móvel pode determinar sua própria posição ao receber sinais SPS e determinar pseudo distâncias e ao receber e utilizar dados de efemérides de satélite (por exemplo provenientes de um servidor de locação que envia dados de efemérides de satélite apropriados baseados na localização aproximada do receptor SPS móvel determinada a partir da central celular que está em comunicação com o receptor SPS móvel) . Em tal exemplo, o servidor de locação recebe os dados de efemérides de satélite a partir dos receptores da rede de referencia e quando de uma requisição quanto à localização do receptor movei, transmite os dados de efemérides de satélite apropriados p-ara o receptor móvel através do sistema de comunicação baseado em células (por exemplo um sistema de telefonia celular). Os dados de efemérides de satélite que são apropriados são tipicamente determinados a partir de uma localização aproximada do receptor móvel; tal localização aproximada pode ser determinada a partir da localização da central celular que estabeleceu um link de comunicação seiu fio baseado em células com o receptor móvel. 0 servidor de locação pode determinar tal localização aproximada a partir de um identificador provido pela central celular; várias técnicas para a determinação e utilização da localização aproximada estão descritas no Pedido Co-pendente de Patente U.3. N- de Série Ocf/342.559, depositado em 15 de abril de 1997 por Norman F. Nrasner, pedido este que é aqui incorporado por referência. A localização estimada irá determinar os satélites a vista e o servidor de locação pode a seguir transmitir dados de efemérides de satélite para tais satélites através de um centro de comutação móvel e da central celular para o receptor móvel. 0 servidor de locação pode também transmitir dados de previsão de Eioppler e/ou de almanaque de satélites e/ou correções de pseudo distâncias para o receptor SPS móvel em tal eneinplo.
Apesar dos métodos e equipamentos da presente invenção terem sido descritos com referência a satélites GPS, será notado que os ensinamentos são igualmente aplicáveis a sistemas de posicionamento que utilizam pseudolitos ou uma combinação de satélites e pseudolitos. Os pseudolitos são transmissores baseados em terra que difundem um código FH (similar a um sinal GPS) modulado em um sinal portador da banda L, em geral sincronizado com o tempo GFS. Cada transmissor pode receber um código FIJ e.iclusivo de modo a permitir a identificação por um receptor remoto. Os pseudolitos sã·:· úteis nas situações em que os sinais GPS provenientes de uxu satélite em órbita podem não estar disponíveis, tal como em túneis, minas, edificações ou outras áreas fechadas. 0 termo "satélite", tal como é aqui utilizado, inclui pseudolitos ou equivalentes de pseudolitos e o termo sinais GPS, tal como é aqui utilizado, inclui sinais similares aos GPS provenientes de pseudolitos ou equivalentes de pseudolitos.
Na descrição acima a invenção foi descrita com referência à aplicação no sistema de Posicionamento Global por Satélite (GPS) dos EUA. No entanto, deverá ficar evidente que tais métodos são igualmente aplicáveis a sistemas de posicionamento por satélite similares e, em particular, o sistema russo Glonass. 0 sistema Glonass se diferencia principalmente do sistema GPS pelo fato de que as emissões provenientes de diferentes satélites são diferenciadas umas das outras pela utilização de freqüências portadoras ligeiramente diferentes, em lugar da utilização de diferentes códigos pseudo aleatórios. Em tal situação, substancialmente todos os circuitos e algoritmos acima descritos são aplicáveis com a exceção de que quando do processamento das emissões de um novo satélite um diferente multiplicador exponencial correspondente às diferentes freqüências portadoras é usado para pré-processar os dados. O termo "GPS" aqui utilizado inclui tais sistemas de posicionamento por satélite alternativos, incluindo o sistema russo Glonass.
Wo relatório descritivo acima a invenção foi descrita com referência a modalidades exemplares específicas da mesma. No entanto, ficará evidente que várias modificações e mudanças podem ser efetuadas nas mesmas sem que ocorra afastamento do espirito e escopo mais amplos da invenção tal como definidos nas reivindicações anexas. Assim o relatório descritivo e os desenhos devem ser considerados como possuindo um sentido ilustrativo e não restritivo.

Claims (42)

1. Método de processamento de informações de posição por satélite em um sistema de posicionamento por satélite (SPS), o método caracterizado pelo fato de que compreende: receber em um primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312), dados de efemérides de um primeiro satélite provenientes de um primeiro receptor SPS possuindo uma primeira posição conhecida; receber no primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312), dados de efemérides de um segundo satélite provenientes de um segundo receptor SPS possuindo uma segunda posição conhecida; receber no primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312), uma pluralidade de dados da pseudo distância provenientes de um receptor SPS móvel; calcular informações de uma posição do receptor SPS móvel (16, 17, 22, 75-80, 424) utilizando a pluralidade de dados de pseudo distância e pelo menos um dentre os dados de efemérides do primeiro satélite e os dados de efemérides do segundo satélite.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) calcula as informações de posição.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312 ) está posicionado remotamente em relação à primeira posição conhecida e em que o primeiro receptor SPS é um primeiro receptor de referência (90-96, 104-108, 301).
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) está posicionado remotamente em relação à segunda posição conhecida e em que o segundo receptor SPS é um segundo receptor de referência (90-96, 104-108, 301).
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dados de efemérides do primeiro satélite são recebidos a partir de um primeiro conjunto de satélites SPS à vista do primeiro receptor SPS e onde os dados de efemérides do segundo satélite são recebidos a partir de um segundo conjunto de satélites SPS à vista do segundo receptor SPS.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente: receber, no primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312), dados de correção de uma primeira pseudo distância provenientes do primeiro receptor SPS; receber, no primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312), dados de correção de uma segunda pseudo distância provenientes do segundo receptor SPS.
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre os dados de correção da primeira pseudo distância e os dados de correção da segunda pseudo distância são usados para corrigir a pluralidade de dados de pseudo distância provenientes do receptor SPS móvel (16, 17, 22, 75-80, 424) para prover uma pluralidade corrigida de dados de pseudo distância.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as informações de posição são calculadas a partir da pluralidade corrigida de dados de pseudo distância e a partir de pelo menos um dentre os dados de efemérides do primeiro satélite e os dados de efemérides do segundo satélite.
9. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os dados de efemérides do primeiro satélite compreendem mensagens de navegação provenientes do primeiro conjunto de satélites SPS e os dados de efemérides do segundo satélite compreendem mensagens de navegação provenientes do segundo conjunto de satélites SPS.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente: receber, em um segundo sistema de processamento digital, dados de uma primeira pseudo distância provenientes do primeiro receptor SPS; receber, no segundo sistema de processamento digital, dados de uma segunda pseudo distância provenientes do segundo receptor SPS; efetuar uma correção utilizando os dados da primeira pseudo distância para prover dados de correção da primeira pseudo distância combinados e efetuar uma correção utilizando os dados da segunda pseudo distância para prover dados de correção da segunda pseudo distância combinados; transmitir pelo menos um dentre os dados de correção da primeira pseudo distância combinados e os dados de correção da segunda pseudo distância combinados ao primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312).
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre os dados de correção da primeira pseudo distância combinados e os dados de correção da segunda pseudo distância combinados são usados para corrigir a pluralidade de dados de pseudo distância provenientes do receptor SPS móvel (16, 17, 22, 75-80, 424) para prover uma pluralidade corrigida de dados de pseudo distância.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as informações de posição são calculadas a partir da pluralidade corrigida de dados de pseudo distância e a partir de pelo menos um dentre os dados de efemérides do primeiro satélite e os dados de efemérides do segundo satélite.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os dados de efemérides do primeiro satélite são derivados a partir de mensagens de navegação provenientes de um primeiro conjunto de satélites SPS que estão à vista do primeiro receptor SPS e os dados de efemérides do segundo satélite são derivados a partir de ménsagens de navegação provenientes de um segundo conjunto de satélites SPS que estão à vista do segundo receptor SPS.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os dados de efemérides do primeiro satélite são recebidos a partir do primeiro receptor SPS através do segundo sistema de processamento digital e os dados de efemérides do segundo satélite são recebidos a partir do segundo receptor SPS através do segundo sistema de processamento digital.
15. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) compreende um primeiro sistema de computador tolerante a falhas e o segundo sistema de processamento digital compreende um segundo sistema de computador tolerante a falhas e em que os dados da primeira pseudo distância compreendem pelo menos uma dentre as primeiras pseudo distâncias a satélites à vista do primeiro receptor SPS e primeiras correções para pseudo distâncias a satélites à vista do primeiro receptor SPS.
16. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) está acoplado ao receptor SPS móvel (16, 17, 22, 75-80, 424) através de um sistema de comunicação sem fio baseado em células.
17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o sistema de comunicação sem fio baseado em células compreende um centro de comutação móvel.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o primeiro receptor SPS, o segundo receptor SPS, o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) e o segundo sistema de processamento digital estão acoplados em conjunto através de uma rede de dados em pacotes.
19. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente: receber, em um terceiro sistema de processamento digital, os dados da primeira pseudo distância provenientes do primeiro receptor SPS; receber, no terceiro sistema de processamento digital, os dados da segunda pseudo distância provenientes do segundo receptor SPS; efetuar no terceiro sistema de processamento digital uma correção utilizando os dados da primeira pseudo distância para prover os dados de correção da primeira pseudo distância combinados e efetuar uma correção usando os dados de correção da segunda pseudo distância para prover os dados de correção da segunda pseudo distância combinados, em que o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312 ) é capaz de receber os dados de correção da primeira pseudo distância combinados e os dados de correção da segunda pseudo distância combinados provenientes do terceiro sistema de processamento digital.
20. Sistema para processamento de informações de posição por satélite, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende: uma pluralidade de receptores de referência de sistema de posicionamento por satélite (SPS), cada um possuindo uma posição conhecida, a pluralidade de receptores de referência SPS estando dispersa por uma região geográfica, cada um dentre a pluralidade de receptores de referência SPS transmitindo, para uma rede de comunicação, dados de efemérides de satélites recebidos a partir de satélites à vista de cada um dentre a pluralidade de receptores de referência SPS; uma pluralidade de sistemas de processamento digital, cada um acoplado à rede de comunicação para receber dados de efemérides de satélites transmitidos através da rede de comunicação, a pluralidade de sistemas de processamento digital compreendendo um primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) e um segundo sistema de processamento digital, o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) recebendo uma primeira pluralidade de dados de pseudo distância provenientes de um primeiro receptor SPS móvel e calculando informações de uma primeira posição do primeiro receptor SPS móvel a partir da primeira pluralidade de dados de pseudo distância e de dados de efemérides de satélite recebidos a partir da rede de comunicação, e o segundo sistema de processamento digital recebendo uma segunda pluralidade de dados de pseudo distância provenientes- de um segundo receptor SPS móvel e calculando informações de uma segunda posição do segundo receptor SPS móvel a partir da segunda pluralidade de dados de pseudo distância e de dados de efemérides de satélite recebidos a partir da rede de comunicação.
21. Sistema, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) está comunicativamente acoplado ao primeiro receptor SPS móvel através de um sistema de comunicação sem fio baseado em células e o segundo sistema de processamento digital está comunicativamente acoplado ao segundo receptor SPS móvel através do sistema de comunicação sem fio baseado em células.
22. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a rede de comunicação é uma rede de dados em pacotes.
23. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) está remotamente localizado em relação a pelo menos alguns dentre a pluralidade de receptores de referência SPS.
24. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de receptores de referência SPS compreende um primeiro receptor SPS de referência e um segundo receptor SPS de referência e em que o primeiro receptor SPS de referência transmite para a rede de comunicação dados de efemérides de um primeiro satélite que são obtidos a partir de mensagens de navegação recebidas a partir de um primeiro conjunto de satélites SPS que estão à vista do primeiro receptor SPS de referência, e onde o segundo receptor SPS de referência transmite para a rede de comunicação dados de efemérides de um segundo satélite que são obtidos a partir de mensagens de navegação recebidas a partir de um segundo conjunto de satélites SPS que estão à vista do segundo receptor SPS de referência.
25. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) é capaz de usar os dados de efemérides do primeiro satélite e os dados de efemérides do segundo satélite para cálculo das informações da primeira posição do primeiro receptor SPS móvel e o segundo sistema de processamento digital é capaz de usar os dados de efemérides do primeiro satélite e os dados de efemérides do segundo satélite para cálculo das informações da segunda posição do segundo receptor SPS móvel.
26. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo sistemas de processamento digitais recebem dados de correção de uma primeira pseudo distância derivados de dados provenientes do primeiro receptor SPS de referência e dados de correção de uma segunda pseudo distância derivados de dados provenientes do segundo receptor SPS de referência.
27. Sistema, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o primeiro receptor SPS de referência transmite os dados de correção da primeira pseudo distância para a rede de comunicação e o segundo receptor SPS de referência transmite os dados de correção da segunda pseudo distância para a rede de comunicação.
28. Sistema, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre os dados de correção da primeira pseudo distância e os dados de correção da segunda pseudo distância são usados para corrigir a primeira pluralidade de dados de pseudo distância para prover uma primeira pluralidade de dados de pseudo distância combinados e em que as informações da primeira posição são determinadas a partir da primeira pluralidade de dados de pseudo distância combinados e pelo menos um dentre os dados de efemérides do primeiro satélite e dados de efemérides do segundo satélite.
29. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um sistema de processamento digital adicional acoplado à rede de comunicação, o sistema de processamento digital adicional recebendo dados de uma primeira pseudo distância provenientes do primeiro receptor SPS de referência e recebendo dados de uma segunda pseudo distância provenientes do segundo receptor SPS de referência, o sistema de processamento digital adicional efetuando uma correção nos dados da primeira pseudo distância para prover dados de correção da primeira pseudo distância combinados e efetuando uma correção nos dados da segunda pseudo distância para prover dados de correção da segunda pseudo distância combinados e o sistema de processamento digital adicional transmitindo pelo menos um dentre os dados de correção da primeira pseudo distância combinados e os dados de correção da segunda pseudo distância combinados ao primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312).
30. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que compreende: um meio de comunicação; o primeiro receptor de referência do sistema de posicionamento por satélite (SPS) possuindo uma primeira posição conhecida e possuindo uma primeira interface de comunicação que está acoplada ao meio de comunicação, o primeiro receptor SPS de referência transmitindo dados de efemérides de um primeiro satélite para o meio de comunicação; e o segundo receptor SPS de referência possuindo uma segunda posição conhecida e possuindo uma segunda interface de comunicação que está acoplada ao meio de comunicação, o segundo receptor SPS de referência transmitindo dados de efemérides de um segundo satélite para o meio de comunicação; o meio de comunicação compreendendo uma rede de dados em pacote, e em que a primeira interface de comunicação e a segunda interface de comunicação respectivamente proveem os primeiros dados de efemérides de satélite e os segundos dados de efemérides de satélite na forma de dados em pacote.
31. Sistema, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) está acoplado ao meio de comunicação para receber pelo menos um dentre os dados de efemérides do primeiro satélite e os dados de efemérides do segundo satélite e para prover informações de satélite para um receptor SPS móvel (16, 17, 22, 75-80, 424) de modo a determinar uma solução de navegação de informações de posição para o receptor SPS móvel (16, 17, 22, 75-80, 424) no qual o receptor SPS móvel (16, 17, 22, 75-80, 424) está acoplado a um receptor celular sem fio que recebe as informações de satélite e provê as informações de satélite ao receptor SPS móvel.
32. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que os dados de efemérides do primeiro satélite são recebidos a partir de um primeiro conjunto de satélites SPS à vista do primeiro receptor SPS de referência e em que os dados de efemérides do segundo satélite são recebidos a partir de um segundo conjunto de satélites SPS à vista do segundo receptor SPS de referência.
33. Sistema, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o meio de comunicação compreende uma rede de dados em pacotes e em que a primeira interface de comunicação provê os dados de efemérides do primeiro satélite na forma de dados em pacotes.
34. Sistema, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o primeiro receptor SPS transmite dados da primeira pseudo distância para o meio de comunicação e o segundo receptor SPS transmite dados da segunda pseudo distância para o meio de comunicação e em que os dados da primeira pseudo distância compreendem pelo menos uma dentre as primeiras pseudo distâncias até satélites à vista do primeiro receptor SPS de referência e primeiras correções para pseudo distâncias até satélites à vista do primeiro receptor SPS de referência.
35. Sistema, de acordo com as reivindicações 30 e 34, caracterizado pelo fato de que o segundo sistema de processamento digital está acoplado ao meio de comunicação, o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) recebendo os dados da primeira pseudo distância e recebendo os dados da segunda pseudo distância e em que o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) corrige os dados da primeira pseudo distância para prover dados de correção da primeira pseudo distância corrigidos que são transmitidos para o meio de comunicação e corrige os dados da segunda pseudo distância para prover dados de correção da segunda pseudo distância corrigidos que são transmitidos para o meio de comunicação.
36. Sistema, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que as informações de satélite compreendem pelo menos um dentre dados de efemérides de satélite para satélites à vista do receptor SPS móvel (16, 17, 22, 75-80, 424) ou dados de previsão Doppler para os satélites à vista, ou dados de almanaque de satélite e em que as informações de satélite são transmitidas para o receptor SPS móvel ( 16, 17, 22, 75-80, 424) a partir do primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) e em que os dados de efemérides de satélite para satélites à vista do receptor SPS móvel (16, 17, 22, 75-80, 424) são obtidos a partir de pelo menos um dentre os dados de efemérides do primeiro satélite e os dados de efemérides do segundo satélite.
37. Sistema, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que o receptor SPS móvel (16, 17, 22, 75-80, 424) determina a solução de navegação.
38. Sistema, de acordo com as reivindicações 24 e 30, caracterizado pelo fato de que o primeiro receptor SPS de referência transmite primeiros pacotes de dados de efemérides de um primeiro satélite para o meio de comunicação, cada um dos primeiros pacotes possuindo menos que um subquadro de dados de efemérides de satélite; e o segundo receptor SPS de referência transmite segundos pacotes de dados de efemérides de um segundo satélite para o meio de comunicação, cada um dos segundos pacotes possuindo menos que um subquadro de dados de efemérides de satélite.
39. Sistema, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) está acoplado ao meio de comunicação, o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) recebendo os dados da primeira pseudo distância e recebendo os dados da segunda pseudo distância, e em que o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) corrige os dados da primeira pseudo distância para prover dados de correção da primeira pseudo distância corrigidos que são transmitidos para o meio de comunicação e corrige os dados da segunda pseudo distância para prover dados de correção da segunda pseudo distância corrigidos que são transmitidos para o meio de comunicação.
40. Sistema, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) está acoplado ao meio de comunicação, o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) recebendo os dados da primeira pseudo distância e em que o primeiro sistema de processamento digital (26, 50, 51, 115, 117, 312) corrige os dados da primeira pseudo distância para prover dados de correção da primeira pseudo distância corrigidos que são transmitidos para o meio de comunicação.
41. Sistema, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que os dados de efemérides do primeiro satélite são recebidos a partir de um primeiro conjunto de satélites SPS à vista do primeiro receptor SPS de referência.
42. Sistema, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que o primeiro receptor de referência SPS transmite primeiros pacotes de dados de efemérides de um primeiro satélite para o meio de comunicação, cada um dos primeiros pacotes possuindo menos que um subquadro de dados de efemérides de satélite de tal forma que os primeiros pacotes são transmitidos para o meio de comunicação a uma taxa de pacotes por segundo que é maior que um pacote por 6 segundos.
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