BRPI0009100B1 - método e equipamento para medir o tempo relacionado a mensagens de dados de satélites para uso com um sistema de posicionamento por satélite (sps) - Google Patents

Abstract

patente de invenção: método e equipamento para medição de tempo de sistema de posicionamento por satélite (sps). um método e um equipamento para medir o tempo relacionado a mensagens de dados de satélites que são usados com sistemas de posicionamento por satélite (sps). em um método, um primeiro registro de pelo menos uma porção de uma mensagem de satélite é recebida em uma entidade, a qual é tipicamente uma estação base. o primeiro registro é comparado com um segundo registro da mensagem de dados de satélite, em que o primeiro registro e o segundo registro se sobrepõem, pelo menos parcialmente, em tempo. a seguir, é determinado um momento a partir de tal comparação e tal momento indica quando o primeiro registro (ou a fonte a partir da qual o primeiro registro foi obtido) foi recebido em uma entidade remota, a qual é tipicamente um receptor móvel sps. vários outros métodos da invenção são descritos e vários equipamentos da invenção são também descritos. os métodos e equipamentos medem a hora do dia utilizando sinais sps sem leitura das mensagens de dados de satélites que são transmitidas como dados dentro de tais sinais. os métodos e equipamentos são adequados para situações em que o nível do sinal recebido é muito fraco para permitir a leitura das mensagens de dados de satélites.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção: MÉTODO E EQUIPAMENTO PARA MEDIR 0 TEMPO RELACIONADO A MENSAGENS DE DADOS DE SATÉLITES PARA USO COM UM SISTEMA DE POSICIONAMENTO POR SATÉLITE (SPS). A presente invenção está relacionada a métodos e sistemas que usam sinais recebidos a partir de sistemas de posicionamento por satélite (SPS) para se localizar ou para determinar a hora do dia. A presente invenção é uma continuação em parte do Pedido Co-pendente de Patente U.S. No de Série 09/074 521, depositado em 7 de maio de 1998, por Norman Krasner, o qual é uma continuação em parte do Pedido de Patente U.S. No de Série 08/794 649, depositado em 3 de fevereiro de 1997, o qual é agora a Patente U.S. No 5 812 087 (designado como a "patente mãe"). A patente mãe é aqui incorporada por referência. A descrição do Patente U.S. No 08/842 559, depositado em 15 de abril de 1997 é também aqui incorporada por referência.

Na maioria das situações, os métodos da patente mãe funcionam de forma confiável, permitindo que um sistema (por exemplo um sistema servidor) determine um momento (tempo) de captação de sinais SPS (tais como, por exemplo, sinais do Sistema de Posicionamento Global - GPS) em outro sistema (por exemplo um sistema móvel SPS receptor / cliente).

Na maioria das situações de interesse, o método de coordenação de tempo de tal invenção (denominado "compatibilização de padrão" ou "pattern matching") funciona de forma confiável. Em algumas situações não usuais, ocorrem latências extremamente longas na transmissão do sinal entre a unidade móvel (por exemplo a unidade móvel 453 da Figura 6 da patente mãe) e o servidor (por exemplo, a estação base 4 63 da Figura 6 da patente mãe). Isto pode ocorrer caso o link utilize comunicações em pacote que permitem retardos de roteamento arbitrariamente longos. Em ocorrências raras tais pacotes podem chegar após um período de tempo muito longo. Tal latência longa iria requerer que o servidor compare o padrão ou configuração recebido a partir da unidade móvel com um registro muito longo armazenado no servidor. Isto pode ser muito complexo em termos de computação e pode requerer uma quantidade de tempo considerável para efetuar as computações necessárias. Além disso, latências longas podem dar origem a ambigüidades associadas às repetições nos padrões de dados. Como exemplo, uma porção substancial do sinal de dados GPS dos EUA se repete em intervalos de 30 segundos e pequenas porções podem se repetir em intervalos de 6 segundos. Em tais circunstâncias o procedimento de compatibilização de padrão pode produzir resultados ambíguos.

RESUMO DA INVENÇÃO A presente invenção propicia métodos e equipamentos para medir o tempo relacionado a mensagens de dados de satélites que são usados com sistemas de posicionamento por satélite, tais como o GPS ou o Glonass. Um método em uma modalidade compreende as etapas de: (1) receber, em uma entidade, um primeiro registro de pelo menos uma porção de uma mensagem de dados de satélite; (2) comparar o primeiro registro com um segundo registro da mensagem de dados de satélite, em que o primeiro registro e o segundo registro se superpõem pelo menos parcialmente no tempo e em que a comparação é efetuada após determinação de um momento estimado quando o primeiro registro foi recebido; e (3) determinar um tempo a partir da comparação, em que o tempo indica quando o primeiro registro (por exemplo, a fonte do primeiro registro) foi recebido em uma entidade remota. Em um exemplo de tal modalidade, a entidade remota é um receptor SPS móvel e a entidade é uma estação base que se comunica com o receptor SPS móvel através de um link sem fio (e talvez também por cabo) . Um método da presente invenção pode ser efetuado exclusivamente na estação base. Em uma modalidade alternativa, a comparação pode ser efetuada e a seguir o momento estimado de quando o primeiro registro foi recebido é usado para verificar se o tempo determinado a partir da comparação está correto.

Uma modalidade da presente invenção para estabelecer o timing ou temporização do receptor consiste em o receptor formar uma estimativa de uma porção da mensagem de dados de satélite e transmitir tal estimativa para a estação base. Na estação base tal estimativa é comparada a um registro da mensagem de dados de satélite recebido a partir de outros receptor GPS ou fonte de informações GPS. Presume-se que tal registro esteja livre de erros. Tal comparação a seguir determina qual porção da mensagem da estação base mais se aproxima dos dados transmitidos pela unidade remota. Uma vez que a estação base leu a mensagem de dados de satélite sem erro ela pode associar cada bit de dados de tal mensagem com uma marca de tempo absoluta, tal como percebida pelo satélite transmissor. Portanto a comparação resulta na estação base designando um tempo ou hora apropriado para os dados estimados transmitidos pela unidade remota. Tais informações de tempo podem ser transmitidas de volta à unidade remota, caso desejado.

Uma variação da estratégia acima é a da estação base enviar um registro limpo da mensagem de dados de satélite para a unidade remota mais o tempo absoluto associado ao inicio de tal mensagem. Neste caso a entidade remota compara tal registro à estimativa de tais dados a qual ela forma pelo processamento de um sinal GPS que ela recebe. Tal comparação irá prover o offset de tempo entre os dois registros e desse modo estabelecer um tempo absoluto para os dados coletados localmente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura IA é um diagrama de blocos de componentes principais de um sistema móvel combinado SPS e de comunicação que pode receber sinais SPS e estabelecer comunicação com uma estação base. A Figura 1B mostra um diagrama de blocos de uma implementação tipica para o conversor RF para IF e sintetizador de freqüências da Figura IA. A Figura 2 é um fluxograma que ilustra um método da presente invenção. A Figura 3 é um fluxograma que ilustra outro método da presente invenção. A Figura 4A mostra um método efetuado por um receptor SPS móvel em um método especifico da presente invenção; a Figura 4B mostra um método correspondente efetuado por uma estação base. A Figura 5A mostra uma modalidade de uma estação base da presente invenção. A Figura 5B mostra outra modalidade de uma estação base da presente invenção. A Figura 6 mostra um sistema da presente invenção que inclui um receptor SPS, uma central de telefonia celular, uma estação base, a Internet e um sistema de computador cliente. A Figura 7 mostra um vista simplificada da compatibilização de padrão tipicamente efetuada na presente invenção de modo a determinar o momento de recepção de uma mensagem de dados de satélite em um receptor SPS móvel. A Figura 8A mostra um método efetuado por um receptor SPS móvel em outra modalidade especifica da invenção e a Figura 8B mostra um método correspondente efetuado por uma estação base. A Figura 9 mostra a estrutura simplificada de um receptor GPS convencional.

As Figuras 10A, 10B, 10C e 10D mostram exemplos de sinais SPS amostrados após vários estágios de processamento de sinais de acordo com a presente invenção.

As Figuras 11A, 11B e 11C mostram outros exemplos de sinais SPS amostrados após vários estágios de processamento de sinais de acordo com a invenção. A Figura 12A mostra um exemplo de um método de coordenação de tempo grosseiro de acordo com uma modalidade da presente invenção. A Figura 12B mostra outro exemplo de um método de coordenação de tempo grosseiro de acordo com outra modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA São descritos a seguir vários métodos e equipamentos para medir o tempo relacionado a mensagens de dados de satélites para uso com sistemas de posicionamento por satélite. A descrição da invenção está focalizada sobre o Sistema de Posicionamento Global (GPS) por satélites dos EUA. No entanto, deve ficar claro que tais métodos podem ser igualmente aplicados a sistemas de posicionamento por satélite similares, tais como o sistema russo Glonass. Além disso, será notado que os ensinamentos da presente invenção podem ser igualmente aplicados a sistemas de posicionamento que utilizam pseudolitos ou uma combinação de satélites e pseudolitos. Adicionalmente, as diferentes estruturas para estações base e receptores SPS móveis são providas com o propósito de ilustração, não devendo ser consideradas como limitações à presente invenção. A Figura 2 mostra um método generalizado da presente invenção que pode ser utilizado com um receptor SPS móvel, o qual está combinado com um receptor e transmissor móvel de comunicação, tal como aquele mostrado na Figura IA. 0 receptor GPS móvel 100 mostrado na Figura IA amostra a mensagem de dados de satélite, tais como efemérides, e cria um registro da mensagem na etapa 201. A seguir em tal método 200, o receptor remoto ou móvel GPS transmite tal registro para uma estação base, tal como a estação base mostrada nas Figuras 5A ou 5B na etapa 203. Tal registro é tipicamente alguma representação da mensagem recebida pelo receptor SPS móvel. Na etapa 205, a estação base compara o registro transmitido a partir do receptor SPS móvel a outro registro que pode ser considerado um registro referência da mensagem de dados de satélite. Tal registro referência possui valores de tempo associados em que vários segmentos da mensagem de dados de satélite possuem tempos "referência" especificados associados aos mesmos. Na etapa 207, a estação base determina o momento de amostragem pelo receptor GPS móvel da mensagem de dados de satélite. Tal determinação está baseada em um valor de tempo que está associado ao registro referência e tal determinação irá indicar o momento em que o registro ou a fonte do registro foi recebido pelo receptor GPS móvel. Nas modalidades mostradas nas Figuras 12A e 12B, a comparação de operação 205 é auxiliada pela determinação de uma estimativa do momento de recepção do registro de sinais SPS no receptor SPS móvel. Tal estimativa pode ser usada para limitar a faixa da comparação do registro a uma referência ou pode ser usada para verificar o resultado da comparação. Isto irá normalmente melhorar a velocidade da operação de comparação e também assegurar a acuracidade do resultado (quando podem ocorrer latências muito longas de transmissão entre a gravação do registro na estação móvel e o efetuar da operação de comparação). A Figura 7 ilustra, de uma forma simplificada, a operação de comparação na etapa 205 da Figura 2. Em particular, a Figura 7 mostra a comparação tentada entre o registro do receptor móvel e o registro de referência da estação base apresentados respectivamente como os registros 491 e 495. Os eixos horizontais para ambos os registros indicam o tempo. Existe uma porção 493 do registro da unidade móvel que representa a porção transmitida para a estação base para propósitos de comparação. Tipicamente, a estação base possuirá uma porção correspondente 497 que irá se sobrepor pelo menos parcialmente no tempo com o registro recebido a partir do receptor móvel. Na Figura 7, tal sobreposição é completa pelo fato de que o registro de referência provê a mensagem de dados de satélite por todo o intervalo do registro do receptor móvel. No entanto, este é apenas um exemplo e a sobreposição pode ser tal que somente uma porção do registro do receptor móvel se sobrepõe ao registro de referência proveniente da estação base.

A Figura 3 ilustra em maiores detalhes um método 220 da presente invenção para medir o tempo relacionado a mensagens de dados de satélites para uso com um sistema de posicionamento por satélite. O receptor móvel ou remoto GPS capta na etapa 221 sinais GPS e determina pseudo distâncias a partir de tais sinais GPS captados. Na etapa 223, o receptor GPS móvel remove os dados PN e cria um registro da mensagem de dados de satélite a partir dos sinais GPS captados usados para criar ou determinar as pseudo distâncias. Tal registro é tipicamente alguma representação dos dados de efemérides nos sinais GPS captados e tipicamente representa uma estimativa dos dados. Na etapa 225, o receptor GPS móvel transmite o registro e as pseudo distâncias determinadas para uma estação base, tal como a estação base mostrada na Figura 5A ou 5B.

Na etapa 227, a estação base efetua uma correlação cruzada do registro transmitido a partir do receptor móvel GPS para um registro de referência de efemérides dos satélites. Tal registro de referência inclui tipicamente uma marca de tempo ("time stamp") acurada associada aos dados no registro de referência (por exemplo, cada bit de dados no registro de referência possui um valor ou "marca" de tempo associado) e é tal marca de tempo que será usada para determinar o momento de recepção pelo receptor GPS móvel dos sinais GPS originalmente captados. Na etapa 229, a estação base determina a partir da operação de correlação cruzada, o momento de captação pelo receptor GPS remoto dos sinais GPS captados. A estação base a seguir usa na etapa 231 o momento de captação pelo receptor GPS remoto dos sinais GPS e usa as pseudo distâncias determinadas para determinar uma informação de posição, que pode ser uma latitude e uma longitude do receptor GPS remoto / móvel. A estação base, na etapa 233, pode comunicar tal informação de posição do receptor GPS remoto para outra entidade, tal como um sistema de computador acoplado através de uma rede, tal como a Internet, ou uma Intranet, para a estação base. Isto será adicionalmente descrito a seguir em conjunto com as Figuras 5B e 6. A seguir, a Requerente explana em maiores detalhes vários métodos para estimar os dados de satélite no receptor SPS remoto. Os métodos se inserem em duas classes: uma que efetua demodulação diferencial e decisão soft dos dados (após o PN ser removido) e a outra que amostra os dados I/Q não processados após PN ser removido. 0 primeiro método é mostrado em forma de diagrama nas Figuras 4A e 4B e o segundo está indicado nas Figuras 8A e 8B. Note-se que o objetivo aqui é o de determinar a diferença entre os momentos de chegada quando da recepção do sinal na unidade remota e na estação base. Uma vez que supõe-se que a estação base possua o tempo ou hora preciso, tal diferença de tempo irá determinar o momento preciso de recepção de dados na unidade remota. Como será explanado a seguir, as duas estratégias diferem pela quantidade de processamento que deve ser efetuado pela unidade remota (receptor SPS móvel) e a quantidade de informações que deve ser transferida da unidade remota para a estação base através de um link de comunicação. Em essência, existe uma compensação ou equilíbrio da carga de processamento na unidade remota contra a quantidade de dados que deve ser passada pelo link.

Antes de descrever os detalhes dos procedimentos nas Figuras 4A e 4B e Figuras 8A e 8B, será apresentada uma revisão da operação GPS convencional para propiciar um contraste com os métodos da presente invenção. Uma versão simplificada de um receptor GPS convencional 601 é apresentada na Figura 9.

Tal receptor convencional 601 recebe sinais de alimentação I/O digitalizados 603 provenientes de um front end GPS RF (por exemplo um conversor para recepção e digitalizador) e mistura no misturador 605 tais sinais de alimentação 603 com sinais de oscilador provenientes do oscilador digital 607. A saída do misturador 605 é a seguir misturada no misturador 609 com a saída de um gerador PN 611 que é controlado para avanço de chips por sinais 619 provenientes do micro controlador 617, 0' micro controlador 617 controla também o oscilador digital 607 de modo a transformar o sinal para a banda base próxima, Na operação de um receptor GPS convencional, um sinal recebido a partir de um satélite GPS na ausência de ruído possui a forma: y {t) =A P{t) D{t)exp{j2nf0t+<|0 (eq. 1) em que P{t) ê uma seqüência pseudo aleatória (seqüência pseudo-aleatória) repetitiva de comprimento 1023 chaveada por deslocamento de fase binária {taxa de chips de 1,023 Mchips/s) possuindo valores ±1 e D(t) é um sinal de dados de 50 baud alinhado com o inicio do enquadramento PN, novamente assumindo valores ±1, Após transformar o sinal para a banda base próxima (por exemplo pelo misturador 605), o código PN é normalmente removido pelo uso de um correlacionador (correlator) (que pode ser considerado como incluindo os elementos 609, 611, 613, 615 e 617 da Figura 9), Tal dispositivo reproduz localmente o código P{t) {para o satélite em questão) e determina a fase relativa do PN recebido com o PN gerado localmente. Quando alinhados em fase, o correlacionador multiplica tal sinal pela referência gerada locaImente resultando na forma de sinal: P(t)xy{t)=P(t) A P{t) D(t)exp{j2mfot+40 = A D(t)exp(j2m£0t+4) (eq.2) Neste ponto o sinal é filtrado em banda estreita (por exemplo no filtro 613) para remover ruídos fora da banda do sinal de dados D{t), A taxa de amostra {taxa de amostragem) pode a seguir ser reduzida para um pequeno múltiplo da taxa de dados pelo amostrador 615. Dessa forma, a variável de tempo t no lado direito da equação (2) assume valores da forma mT/K, m = 0, 1, 2, ..., em que K é um número inteiro pequeno {por exemplo 2) e T é o período de bits.

As amostras de dados neste ponto sao a seguir usadas para efetuar as operações de seguimento {rastreamento - tracking) do PN, seguimento da portadora e demodulação de dados. Isto é normalmente feito por algoritmos de software em um micro controlador, mas pode alternativamente ser efetuado em hardware. Na Figura 9 o micro controlador 617 retroalimenta sinais de correção 621 e 619 para o oscilador digital e gerador PN, respectivamente, de modo a manter os sinais portadores e sinais PN gerados localmente em sincronia de fase com o sinal recebido. Tal operação é normalmente efetuada em paralelo para uma multiplicidade de sinais GPS recebidos (tipicamente 4 ou mais sinais GPS provenientes de 4 ou mais satélites GPS).

Em algumas circunstâncias (por exemplo, uma razão de sinal para ruido (SNR) baixa) o sinal GPS pode estar tão fraco que os dados D(t) não podem ser extraídos com alta confiabilidade. Como foi acima descrito, um receptor GPS convencional deve ler tais dados para determinar um tempo universal, bem como prover um fixo de posição. Uma estratégia alternativa, provida pela presente invenção, em tal situação de baixa SNR, é a da unidade remota trabalhar em conjunto com uma estação base, possuindo esta última acesso a tais informações de dados de satélites. A unidade remota envia informações à estação base que permitem que ela compute a hora associada à recepção original de tais dados pela unidade remota. Existe uma configuração alternativa na qual a estação base envia informações à unidade remota de modo a que ela compute tal hora de recepção. A Requerente considera principalmente o primeiro caso.

Deve ser notado que a coordenação de tempo entre a estação base e a unidade remota pode, em alguns casos, ser conseguida pelo envio de sinais de temporização ou timing acurados (por exemplo, pulsos ou formas de onda especializadas) através de um link de comunicação e considerar qualquer tempo de transito, seja por conhecimento a priori das latências do link ou por medição de um retardo de ida e volta (presumindo um link simétrico de duas vias). No entanto, ocorrem muitas circunstâncias em que tal estratégia não é prática ou possível. Como exemplo, muitos links incluem protocolos em pacote em que as latências podem ser variáveis de uma transmissão para outra e variar em muitos segundos. A estratégia da presente invenção é a de que a unidade remota forme uma estimativa de uma porção da seqüência de dados D(t), ou uma estimativa de uma versão processada da mesma, e transmita tais dados à estação base. Tal seqüência de dados pode ser comparada a um sinal similar, porém de fidelidade muito mais alta, gerado na estação base. As duas seqüências estão deslocadas em tempo uma em relação à outra até que ocorra a melhor compatibilização, de acordo com uma dada medida, tal como um erro médio quadrático mínimo. Tal procedimento de "correlação" é muito similar àquele usado pelos receptores GPS para se sincronizar às seqüências de espalhamento PN; aqui, entretanto, a operação é efetuada sobre sinais de dados de taxa muito mais baixa e, ademais, o padrão ou configuração de tais sinais está constantemente se modificando e pode ser desconhecido a priori.

Uma vez que a estação base presumivelmente conhece a hora precisa associada a cada elemento da mensagem, ela pode utilizar tal conhecimento, mais a comparação acima mencionada, para confirmar a hora original associada ao sinal recebido na unidade remota.

Dessa forma, o problema principal reside na estimativa da seqüência de dados D(t) ou de um derivado da mesma.

Uma modalidade específica da invenção, apresentada nas Figuras 8A e 8B, para estimar a seqüência de dados é de simplesmente amostrar e armazenar um registro do sinal após o PN ser removido, por exemplo, tal como mostrado na equação (2). Aqui presume-se que o sinal seja amostrado em um pequeno múltiplo da taxa de dados; uma taxa de 100 amostras por segundo pode ser adequada para tal propósito. Note-se que ambas as correntes I e Q devem ser amostradas. Além disso, um registro com comprimento em torno de 25 ou mais símbolos de dados (0,5 segundo) deve ser tomado de modo a tornar provável que o padrão de dados seja exclusivo para o propósito de identificação na estação base. Note-se, da equação (2), que uma pequena portadora residual fO e uma fase de portadora f desconhecida podem ainda estar presentes. É altamente benéfico que a freqüência portadora seja conhecida com uma acuracidade acima de ± 0,5 da taxa de amostragem do sinal de dados; caso contrário a portadora pode efetivamente introduzir inversões de fase do sinal de dados e assim corromper os dados. A Figura 8A ilustra um método efetuado no receptor GPS móvel de acordo com tal modalidade específica. O receptor capta ou primeiro (ou o próximo, caso não seja o primeiro) código PN para o sinal GPS específico e remove o código PN do sinal na etapa 503. A seguir, o receptor efetua uma estimativa acurada da freqüência portadora na etapa 505 e a seguir remove a portadora do sinal alimentado na etapa 507. A seguir, os dados I e Q são amostrados e quantificados nas etapas 509 e 511 e tal resultado quantificado é gravado na forma de um registro da correspondente mensagem de dados de satélite e a seguir transmitido para a estação base (talvez também com a pseudo distância correspondente a partir o satélite GPS que transmite o sinal GPS especifico). Na etapa 513, o receptor determina se o receptor efetuou as etapas 503, 505, 507, 509 e 511 (e portanto determinou um registro) para todos os satélites de interesse (por exemplo todos os satélites a vista do receptor GPS móvel, ou pelo menos quatro satélites a vista). Caso um registro da mensagem de dados de satélite foi determinado para cada satélite de interesse, a seguir o receptor GPS transmite (na etapa 515) os registros com uma marca ou "tag" de tempo decorrido para a estação base. A marca de tempo decorrido pode ser usada pela estação base para estimar e/ou selecionar o registro de "referência" na estação base que será comparado (por exemplo por correlação) ao registro. Caso o receptor não tenha determinado um registro a partir de cada satélite de interesse, o receptor GPS móvel passa da etapa 513 de volta à etapa 503 e repete as etapas 503, 505, 507, 509 e 511, de modo a determinar um registro da mensagem de dados de satélite recebida a partir do próximo satélite de interesse. Um exemplo de um receptor GPS (e receptor / transmissor de comunicação) que pode efetuar o método da Figura 8A é apresentado na Figura IA e tal receptor GPS será descrito em maiores detalhes mais adiante. A estação base ao receber tais informações pode refinar a estimativa de freqüências e remover a portadora e a seguir determinar o timing relativo por correlação cruzada de tais dados contra dados similares extraídos a partir de um sinal de alta fidelidade recebido a partir de um receptor GPS com uma visão desimpedida do céu (ou recebido a partir de alguma outra fonte de sinais GPS de alta fidelidade, tal como da Internet ou de uma estação de controle GPS terrestre). A Figura 8B mostra um método 521 efetuado pela estação base ao receber o registro da mensagem de dados de satélite transmitido a partir da unidade remota. Na etapa 523 a estação base recebe um registro correspondente a uma mensagem de dados de satélite e a seguir na etapa 525 realiza o bloqueio de fase para o registro e remove qualquer erro/giro de fase residual na etapa 525. Concomitantemente com as etapas 523 e 525, a estação base estará tipicamente seguindo e demodulando mensagens de dados GPS e aplicando marcas de tempo a tais mensagens de dados de modo a prover um valor de tempo acurado em associação a vários intervalos da mensagem de dados de satélite que foi demodulada. Isto é mostrado na etapa 527. Tipicamente, a estação base estará efetuando o seguimento e demodulação de mensagens de dados de satélites em uma base continua, de tal modo que um registro de referência continuo esteja sendo gerado e uma amostra corrente de tal registro de "referência" esteja armazenada na estação base. Será notado que tal registro corrente da referência pode ser mantido por um período de tempo de até talvez 10 a 30 minutos antes do tempo atual. Isto é, a estação base pode manter uma cópia do registro de referência por até 30 minutos antes de descartar a porção mais antiga do registro de referência e realmente substitui-la com a porção mais recente no tempo.

Na etapa 529, a estação base correlaciona o registro de referência da estação base com o registro de referência proveniente da unidade remota para a primeira (ou para a próxima, caso não seja a primeira) mensagem de dados de satélite proveniente do primeiro (ou do próximo) satélite. Tal correlação é efetivamente uma comparação entre os dois registros de modo a combinar os padrões de forma a que a estação base possa determinar o momento acuradamente em que a unidade remota recebeu o registro (o qual é, tipicamente, com efeito, o momento em que a fonte de tal registro foi recebida pela unidade remota uma vez que o registro é por si mesmo uma estimativa da fonte) . Será notado que, tal como utilizado para descrever a presente invenção, o momento de recepção do registro pela unidade remota é efetivamente o momento de recepção da fonte do registro na unidade remota. Na etapa 531, a estação base encontra e interpola a localização do pico que indica o momento em que a unidade remota recebeu o registro para o corrente satélite e sua correspondente mensagem de dados de satélite. Na etapa 533, a estação base determina se todos os tempos associados a todos os registros correspondentes foram determinados para todos os satélites de interesse. Caso contrário, o processamento volta à etapa 529 e o processo é repetido para cada registro recebido a partir da unidade remota. Caso todos os registros tenham sido processados de modo a determinar os tempos correspondentes para todos os satélites de interesse e suas correspondentes mensagens de dados de satélites, o processamento passa da etapa 533 para a etapa 535, em que os tempos são comparados para os diferentes satélites de interesse. Na etapa 537, é usada a lógica de maioria para descartar dados errôneos ou ambíguos e a seguir na etapa 539 é determinado se todos os dados são ambíguos. Caso todos os dados sejam ambíguos, a estação base ordena ao receptor GPS móvel que tome dados adicionais pela transmissão de um comando ao receptor de comunicação na unidade GPS móvel. Caso todos os dados não sejam ambíguos, na etapa 543 a estação base efetua uma média ponderada dos tempos para determinar uma hora média de recepção das mensagens de dados de satélites no receptor GPS móvel. Será notado que em certas circunstâncias, tais como aquelas em que uma amostra de sinais GPS é digitalizada e armazenada em uma memória digital para processamento adicional, que haverá na realidade um momento de recepção contanto que tal amostra seja de curta duração. Em outros casos, tais como aqueles envolvendo correlação serial, em que é processado um satélite de cada vez e os sinais de tal satélite são captados e um registro é feito de tal sinal e a seguir é captado o próximo sinal de satélite, neste caso podem ocorrer múltiplos momentos de recepção e a estação base pode determinar cada um de tais momentos e utiliza-los da forma descrita a seguir.

Será notado que o momento de recepção do registro em conjunto com as pseudo distâncias que são tipicamente transmitidas a partir do receptor GPS móvel, pelo menos em algumas modalidades, será usado pela estação base para determinar uma informação de posição, tal como uma latitude e longitude e/ou uma altitude do receptor GPS móvel. E alguns casos pode ser difícil determinar a freqüência portadora residual (na etapa 525) com acuracidade suficiente e a seguir uma demodulação diferencial dos dados provenientes da unidade remota e os dados recebidos localmente podem preceder a correlação cruzada. Tal demodulação diferencial será adicionalmente descrita mais adiante com referência às Figuras 4A e 4B.

Caso a capacidade do link de comunicação (entre o receptor GPS móvel e a estação base) seja baixa, é vantajoso que a unidade remota efetue processamento adicional sobre o sinal combinado ("despread") (o sinal com o PN removido). Uma boa estratégia com tal finalidade, tal como ilustrado pelas Figuras 4A e 4B), é a de que a unidade remota detecte diferencialmente tal sinal efetuando uma operação de retardo - multiplicação sobre o sinal de dados, com o retardo ajustado para um período de bit (20 milissegundos) ou um múltiplo do mesmo. Dessa forma, caso o sinal de banda base da equação (2) seja representado como: z(t)=A D (t) exp (j 2πί(^+φ) (eq.3) então a operação apropriada seria: z (t) z (t-T) * = A2D(t)D(t-T)exp(j2nf0T) =A21¾(t)exp(]2πί0Τ) (eq. 4) em que o asteristico representa o conjugado complexo, T é o período de bit (20 ms) e Dl(t) é uma nova seqüência de 50 baud formada por decodificação diferencial da seqüência de dados original (por exemplo mapeando uma transição como um -1 e nenhuma transição como um +1). Caso o erro de freqüência portadora seja pequeno em comparação ao recíproco do período de símbolos, então o último termo exponencial possui um componente real que domina o componente imaginário e somente o componente real pode ser retido, produzindo o resultado A2D1(t). Dessa forma, a operação da equação (4) produz uma corrente de sinal real em lugar da corrente de sinal complexo do método apresentado na Figura 8A. Isto, por si, reduz à metade o comprimento requerido da mensagem de transmissão quando o registro é transmitido através do link de comunicação. Uma vez que o sinal A2D1 (t) está na banda base, ele pode ser amostrado em uma taxa um pouco menor do que aquela do método apresentado na Figura 8A. É também possível reter somente o sinal de tais dados, desse modo reduzindo a quantidade de dados a ser transmitida. No entanto, tal estratégia irá reduzir a capacidade da estação base de solucionar o tempo com precisão melhor que um período de símbolo (20 ms) . Aqui deve se notar que o código PN se repete em um intervalo de 1 ms e portanto não será útil por si só para solucionar tal erro de medição. A Figura 4A ilustra as etapas de processamento efetuadas no receptor GPS móvel e a Figura 4B ilustra as etapas de processamento efetuadas na estação base de acordo com a modalidade específica da presente invenção. O receptor GPS móvel recebe, na etapa 301, uma requisição por informações de posição proveniente de uma estação base.

Será notado que em uma modalidade típica, tal recepção irá ocorrer através de um receptor de comunicação tal como aquele mostrado no interior do receptor GPS móvel 100 na Figura IA. Em resposta a tal requisição por informações de posição, o receptor GPS móvel na etapa 303 capta o primeiro (ou o próximo, caso não seja o primeiro) código PW a partir de um sinal GPS e remove o código PM do sinal GPS recebido. Na etapa 305, a unidade remota efetua uma estimativa acurada da freqüêncía portadora; a acuracídade de tal estimativa deve ser melhor que a taxa de amostragem da mensagem de dados GPS, a qual é tipicamente de 100 Hz no caso de dados GPS a 50 baud, A etapa 305 pode ser efetuada pelo uso de sistemas de medição de freqüêncía convencionais nos receptores GPS; tais sistemas de medição de freqüêncía utilizam tipicamente loops de seguimento de portadora que amiúde incluem malhas de captura de fase para extrair a portadora e a seguir um circuito de medição de freqüêncía ou, alternativamente, um loop de seguimento de frequência com uma malha de captura de fase. Na etapa 307, a freqüêncía portadora ê removida pelo receptor GPS móvel a partir do sinal restante, deixando os dados a 50 baud. A seguir, na etapa 309, os dados restantes são diferencialmente detectados por amostragem dos dados tipicamente cora taxa duas vezes maior que a taxa dos próprios dados. Será notado que em lugar de detectar diferencialmente os dados como na etapa 309, o receptor GPS remoto pode transmitir os próprios dados para a estação base e permitir que a estação base efetue as etapas de detecção diferencial e quantificação (quantizaçâo) das etapas 309 e 311. O receptor GPS móvel continua, na etapa 311, pela quantificação e armazenamento do resultado, o qual é um registro da mensagem de dados de satélite possuindo tipicamente uma duração de tempo de meio a um segundo. A seguir, na etapa 313, o receptor GPS móvel determina se um registro da mensagem de dados de satélite foi criado para cada satélite de interesse, que podem incluir todos os satélites a vista ou pelo menos quatro satélites a vista. Caso um registro não tenha sido criado para cada satélite de interesse e sua correspondente mensagem de dados de satélite, o processamento volta da etapa 313 para a etapa 303 e tal loop continua até que um registro tenha sido criado para cada uma das mensagens de dados de satélites para cada satélite de interesse. Caso todos os registros para todos os satélites de interesse tenham sido determinados e criados, o processamento passa da etapa 313 para a etapa 315 na qual o receptor GPS móvel transmite através de seu transmissor de comunicação os registros para todos os satélites de interesse com uma marca de tempo (decorrido) grosseira, a qual é usada pela estação base da forma acima descrita. A estação base recebe tais registros provenientes do receptor GPS móvel na etapa 324 mostrada na Figura 4B. Concomitantemente com a operação do receptor GPS móvel, a estação base está tipicamente seguindo e demodulando as mensagens de dados GPS e aplicando marcas de tempo a tais mensagens de dados de modo a marcar com a hora tais mensagens de dados; isto é efetuado na etapa 321 tal como mostrado na Figura 4B. A seguir, na etapa 323, a estação base decodifica diferencialmente os dados para prover os dados da estação base que serão usados na operação de correlação na etapa 325. Os dados recebidos a partir do receptor GPS móvel serão tipicamente armazenados para a operação de correlação e comparados aos dados decodificados diferencialmente e armazenados da etapa 323. Na etapa 325 a estação base correlaciona os dados da estação base contra o registro proveniente do receptor GPS móvel para o primeiro (ou o próximo, caso não seja o primeiro) satélite. Na etapa 327 a estação base encontra e interpola a localização do pico que indica o momento de chegada (tempo de chegada) no receptor móvel da mensagem de dados de satélite proveniente do satélite que está sendo processado. Na etapa 329 a estação base determina se a correlação foi efetuada para todos os registros recebidos a partir do receptor móvel. Caso contrário, o processo retorna à etapa 325 na qual o próximo registro para a próxima mensagem de dados de satélite é processado nas etapas 325 e 327. Caso, na etapa 329, tenha sido determinado que a correlação foi efetuada para todos os registros recebidos a partir do receptor GPS móvel, na etapa 331 é efetuada uma comparação entre os tempos determinados para diferentes satélites de interesse. Na etapa 333 a estação base usa lógica de maioria para descartar dados errôneos ou ambíguos. A seguir, na etapa 335, a estação base determina se todos os dados são ambíguos ou errôneos. Caso o sejam, a estação base ordena ao receptor móvel na etapa 337 que capte mais dados e todo o processo será repetido a partir do método apresentado na Figura 4A e continuando até o método apresentado na Figura 4B. Caso todos os dados não sejam ambíguos tal como determinado na etapa 335, a estação base efetua uma média ponderada dos tempos na etapa 339 e usa tal média ponderada com as pseudo distâncias transmitidas a partir do receptor GPS móvel, pelo menos em algumas modalidades, de modo a determinar uma informação de posição para o receptor GPS móvel.

Para ilustrar as etapas de processamento acima descritas foi amostrado um sinal GPS vivo, que foi coletado em um registro, combinado e amostrado a uma taxa de 4 amostras por período de símbolo. A Figura 10A mostra um registro de 1 segundo da porção real da forma de onda combinada com a portadora parcialmente removida. 0 padrão de símbolos fica evidente, porém um pequeno offset residual de portadora de cerca de 1 Hz ainda está obviamente presente. A Figura 10B mostra o sinal diferencialmente detectado por sua multiplicação por uma versão conjugada e retardada dele próprio com retardo igual a 20 milissegundos. O padrão de símbolos fica claramente evidente. A Figura 10C mostra o sinal de dados ideal e a Figura 10D mostra a correlação cruzada do sinal ideal (por exemplo produzido na estação base) com o sinal de 10B. Note-se as discrepâncias em 10B que resultam de efeitos de amostragem e a natureza não ideal do sinal devido a ruídos, etc. A Figura 11A mostra os dados demodulados quando o ruído foi adicionado ao sinal de forma que a SNR do sinal demodulado é de aproximadamente 0 dB. Isto modela a situação quando o sinal GPS recebido é reduzido em potência em mais de 15 dB com relação ao seu nível nominal, por exemplo por condições de bloqueio. A Figura 11B mostra os dados diferencialmente demodulados. O padrão de bits não pode ser detectado. Finalmente a Figura 11C mostra a correlação cruzada de tal sinal de ruído com a referência limpa. Obviamente o pico é ainda forte, com o nível pico para RMS acima de 5,33 (14,5 dB) , permitindo estimativa acurada do momento de chegada. Na realidade, uma rotina de interpolação aplicada em torno do pico deste sinal indicou uma acuracidade menor que 1/16 de espaçamento de amostra, isto é, menor que 0,3 ms.

Como foi acima mencionado, a estação base pode enviar à unidade remota a seqüência de dados juntamente com o momento associado ao início de tal mensagem. A unidade remota pode a seguir estimar o momento de chegada da mensagem de dados através dos mesmos métodos de correlação cruzada acima descritos, exceto que tais métodos de correlação são efetuados na unidade remota. Isto é útil caso a unidade remota compute sua própria localização de posição. Em tal situação a unidade remota pode também obter dados de efemérides de satélites por uma transmissão de tais dados a partir da estação base. A Figura IA mostra um exemplo de um receptor GPS móvel e sistema de comunicação combinados que pode ser usado com a presente invenção. Tal receptor GPS móvel e sistema de comunicação combinados 100 foi descrito em detalhes no Pedido Co-pendente de Patente U.S. No de Série 08/652 833, depositado em 23 de maio de 1996 e intitulado "COMBINED GPS POSITIONING SYSTEM AND COMMUNICATION SYSTEM UTILIZING SHARED CIRCUITRY", que é aqui incorporado por referência (atualmente Patente U.S. No 6 002 363). A Figura 1B ilustra em maiores detalhes o conversor RF para IF 7 e o sintetizador de freqüências 16 da Figura IA. Tais componentes mostrados na Figura 1B estão também descritos no Pedido Co-pendente de Patente U.S. No de Série 08/652 833. O receptor GPS móvel e sistema de comunicação 100 mostrado na Figura IA pode ser configurado para efetuar uma forma especifica de processamento de sinal digital sobre sinais GPS armazenados de tal maneira que o receptor possua elevada sensibilidade. Isto está também descrito no Pedido Co-pendente de Patente U.S. No de Série 08/612 669, que foi depositado em 8 de março de 1996 e se intitula "AN IMPROVED GPS RECEIVER AND METHOD FOR PROCESSING GPS SIGNALS", sendo tal pedido aqui incorporado por referência. Tal operação de processamento descrita no pedido 08/612 669 computa uma pluralidade de convoluções intermediárias na memória digital e a seguir usa tais convoluções intermediárias para prover pelo menos uma pseudo distância. O sistema GPS e de comunicação combinado 100 mostrado na Figura IA pode também incorporar certas técnicas de estabilização ou calibragem de freqüência de modo a melhorar ainda mais a sensibilidade e acuracidade do receptor GPS. Tais técnicas estão descritas no Pedido Co-pendente de Patente No de Série P003X, que foi depositado em 4 de dezembro de 1996 e se intitula "AN IMPROVED GPS RECEIVER UTILIZING A COMMUNICATION LINK", pedido este que é aqui incorporado por referência (atualmente Patente U.S. No 5 841 396).

Em lugar de descrever em detalhes a operação do receptor GPS móvel e sistema de comunicação combinado 100 mostrado na Figura IA, será aqui provido um breve resumo. Em uma modalidade tipica, o receptor GPS móvel e sistema de comunicação 100 irá receber um comando proveniente de uma estação base, tal como a estação base 17, que pode ser qualquer uma das estações base mostradas na Figura 5A ou Figura 5B. Tal comando é recebido através da antena de comunicação 2 e o comando é processado como uma mensagem digital após armazenado na memória 9 pelo processador 10. O processador 10 determina que a mensagem é um comando para prover uma informação de posição para a estação base e isto leva o processador 10 a ativar a porção GPS do sistema, pelo menos parte da qual pode ser compartilhada com o sistema de comunicação. Isto inclui, por exemplo, ajustar o comutador 6 de tal forma que o conversor RF para IF 7 receba sinais GPS provenientes da antena GPS 1 em lugar de sinais de comunicação provenientes da antena de comunicação 2. A seguir, os sinais GPS são recebidos, digitalizados e armazenados na memória digital 9 e a seguir processados de acordo com as técnicas de processamento de sinal digital descritas no Pedido de Patente U.S. No de Série 08/612 669 acima mencionado. O resultado de tal processamento inclui tipicamente uma pluralidade de pseudo distâncias para a pluralidade de satélites a vista e tais pseudo distâncias são a seguir transmitidas de volta à estação base pelo componente de processamento 10 ativando a porção de transmissor e transmitindo as pseudo distâncias de volta à estação base para a antena de comunicação 2. A estação base 17 mostrada na Figura IA pode estar diretamente acoplada à unidade remota através de um link de rádio comunicação ou pode estar, tal como mostrado na Figura 6, acoplada à unidade remota através de uma central de telefonia celular que provê um link de comunicação por cabos entre a central de telefonia e a estação base. As Figuras 5A e 5B ilustram essas duas possíveis estações base. A estação base 401 ilustrada na Figura 5A pode funcionar como uma unidade autônoma por prover um link de rádio de e para receptores GPS móveis e pelo processamento das pseudo distâncias recebidas e os correspondentes registros de tempo de acordo com a presente invenção. Tal estação base 401 pode ser útil quando a estação base está localizada em uma área metropolitana e todos os receptores GPS móveis a serem seguidos estão também localizados na mesma área metropolitana. Como exemplo, tal estação base 401 pode ser empregada por forças policiais ou serviços de resgate de modo a localizar ou seguir indivíduos utilizando ou usando os receptores GPS móveis. Tipicamente, os elementos transmissor e receptor 409 e 411, respectivamente, serão combinados em uma única unidade transreceptora e possuirão uma única antena. No entanto, tais componentes foram mostrados separadamente uma vez que eles podem também existir separadamente. O transmissor 409 funciona para prover comandos para os receptores GPS móveis através da antena transmissora 410; tal transmissor 409 está tipicamente sob o controle da unidade de processamento de dados 405 que pode receber uma requisição proveniente de um usuário da unidade de processamento para determinar a localização de um receptor GPS móvel especifico. Conseqüentemente, a unidade de processamento de dados 405 levaria o comando a ser transmitido pelo transmissor 409 para o receptor GPS móvel. Em resposta, o receptor GPS móvel transmitiría de volta ao receptor 411 pseudo distâncias e correspondentes registros em uma modalidade da presente invenção para serem recebidos pela antena de recepção 412. O receptor 411 recebe tais mensagens provenientes do receptor GPS móvel e as provê para a unidade de processamento de dados 405 que a seguir efetua as operações que derivam as informações de posição a partir das pseudo distâncias provenientes do receptor GPS móvel e as mensagens de dados de satélites recebidas a partir do receptor GPS 403 ou outra fonte de mensagens de dados de satélites com qualidade de referência. Isto está também descrito nos pedidos de patente acima mencionados. O receptor GPS 403 provê os dados de efemérides de satélites que são usados com as pseudo distâncias e o tempo determinado de modo a calcular uma informação de posição para o receptor GPS móvel. O armazenamento de porte 407 inclui uma versão armazenada do registro de referência das mensagens de dados de satélites que é usada para comparação contra os registros recebidos a partir do receptor GPS móvel. A unidade de processamento de dados 405 pode estar acoplada a um display ou tela 415 opcional e pode também estar acoplada a um armazenamento de porte (mass storage) 413 com software GIS o qual é opcional. Deve ser notado que o armazenamento de porte 413 pode ser o mesmo que o armazenamento de porte 407 pelo fato de que eles podem estar contidos no mesmo disco rígido ou outro dispositivo de armazenamento de porte. A Figura 5B ilustra uma estação base alternativa da presente invenção. Tal estação base 425 se destina a ser acoplada a centrais remotas de transmissão e recepção tais como uma central de telefonia celular 455 mostrada na Figura 6. Tal estação base 425 pode também estar acoplada a sistemas cliente através de uma rede, tal como a Internet ou uma Intranet, ou outros tipos de sistemas de redes de computadores. 0 uso da estação base desta forma está também descrito no Pedido Co-pendente de Patente U.S. No de Série 08/708 176, depositado em 6 de setembro de 1996, intitulado "CLIENT-SERVER BASED REMOTE LOCATOR DEVICE" e que é aqui incorporado por referência. A estação base 425 se comunica com uma unidade GPS móvel, tal como o receptor GPS móvel e sistema de comunicação combinados 453 mostrado na Figura 6 através da central de telefonia celular 455 e sua correspondente antena ou antenas 457 tal como mostrado na Figura 6. Será notado que o receptor GPS e sistema de comunicação combinado 453 pode ser similar ao sistema 100 mostrado na Figura IA. A estação base 425, tal como mostrado na Figura 5B, inclui um processador 427 que pode ser um microprocessador convencional acoplado por um barramento (bus) 430 à memória principal 429, que pode ser uma memória de acesso aleatório (RAM). A estação base 425 inclui também outros dispositivos de alimentação e saida, tais como teclados, mice e displays 435 e controladores I/O associados acoplados através do barramento 430 ao processador 427 e à memória 429. Um dispositivo de armazenamento de porte 433, tal como um disco rigido ou CD ROM ou outros dispositivo de armazenamento de porte, está acoplado a vários componentes do sistema, tais como o processador 427, através do barramento 430. Um controlador I/O 431 que serve para prover controle I/O entre o receptor GPS e outra fonte de mensagens de dados de satélites, está também acoplado ao barramento 430. Tal controlador I/O 431 recebe mensagens de dados de satélites provenientes do receptor GPS 430 e as provê através do barramento 430 ao processador que leva a marca de tempo a ser aplicada a elas e a seguir armazenadas no dispositivo de armazenamento de porte 433 para uso posterior na comparação a registros recebidos a partir de receptores GPS móveis. Dois modems 439 e 437 são mostrados na Figura 5B como interfaces para outros sistemas localizados remotamente em relação à estação base 425. No caso de uma interface de modem ou rede 439, tal dispositivo é acoplado a um computador cliente, por exemplo, através da Internet ou outra rede de computadores. O modem ou outra interface 437 propicia uma interface para a central de telefonia celular, tal como a central 455 mostrada na Figura 6, que ilustra um sistema 451. A estação base 425 pode ser implementada com outras estruturas de computador como será notado pelos técnicos na área. Como exemplo, podem existir múltiplos barramentos ou um barramento principal e um barramento periférico, ou podem existir múltiplos sistemas de computador e/ou múltiplos processadores. Pode ser vantajoso, por exemplo, se ter um processador exclusivo para receber a mensagem de dados de satélite a partir do receptor GPS 403 e processar tal mensagem de modo a prover um registro de referência de uma forma exclusiva, de tal modo que não ocorra interrupção no processo de preparação do registro de referência e seu armazenamento e o gerenciamento da quantidade de dados armazenados de acordo com a presente invenção. O sistema 451 mostrado na Figura 6 irá tipicamente operar, em uma modalidade, da seguinte maneira: um sistema de computador cliente 463 irá transmitir uma mensagem através de uma rede, tal como a Internet 461, para as estações base 425. Será notado que podem existir roteadores ou sistemas de computador intermediários na rede ou Internet 461 os quais repassam a requisição pela posição de um receptor GPS móvel especifico. A estação base 425 irá a seguir transmitir uma mensagem através de um link, o qual é tipicamente um link de telefone por cabos 459, para a central de telefonia celular 455. Tal central de telefonia celular 455 a seguir transmite um comando, utilizando sua antena ou antenas 457, para o receptor GPS móvel e sistema de comunicação combinados 453. Em resposta o sistema 453 transmite de volta pseudo distâncias e registros das mensagens de dados de satélites de acordo com a presente invenção. Tais registros e pseudo distâncias são a seguir recebidas pela central de telefonia celular 455 e comunicados de volta à estação base através do link 459. A estação base a seguir efetua as operações tal como descrito de acordo com a presente invenção utilizando os registros para determinar a hora de recepção das mensagens de dados de satélites e usando as pseudo distâncias provenientes do sistema GPS remoto 453 e utilizando os dados de efemérides de satélites provenientes do receptor GPS na estação base ou de outras fontes de dados GPS. A estação base a seguir determina uma informação de posição e comunica tal informações de posição através de uma rede, tal como a Internet 461, para o sistema de computador cliente 453, o qual pode possuir software de mapeamento, permitindo que o usuário de tal sistema veja em um mapa a localização exata do sistema GPS móvel 453.

Existem vários métodos para determinar uma hora estimada em que sinais GPS foram recebidos em um sistema GPS móvel. A unidade móvel, ao enviar o padrão para o servidor, pode dar partida em um timer ou temporizador e aguardar uma confirmação proveniente do servidor. Caso a confirmação de recepção seja muito comprida, o padrão pode ser reenviado juntamente com o offset de tempo entre transmissões sucessivas. Isto pode ser mantido até que a confirmação seja recebida dentro de um período de tempo aceitável (digamos dentro de um segundo). Efetivamente, tal método está determinando o retardo de transmissão e retransmissão de um padrão para confirmar se o retardo de transmissão está acima de uma quantidade predeterminada (por exemplo, o retardo é maior que o período de tempo aceitável). Tal retardo de transmissão estabelece uma faixa de comparação para uma comparação dos dois padrões.

Alternativamente, a unidade móvel e o servidor podem inicialmente estabelecer uma coordenação de tempo grosseira, por exemplo com acuracidade de 1 segundo ou mais, por meio de um sinal de ida e volta. 0 servidor pode enviar a hora do dia para a unidade móvel, que registra tal hora e envia uma confirmação para o servidor. Caso a confirmação seja recebida dentro de um período de tempo prescrito T, este e obviamente o caso de que a hora registrada na unidade móvel está dentro de T segundos em relação àquela do servidor. A seguir, quando a unidade móvel processa informações GPS para criar o padrão de dados a ser enviado para o servidor, o tempo de tal processamento pode ser marcado com uma acuracidade de T segundos. Portanto, quando informações de dados GPS estimadas são enviadas para o servidor, o servidor deve apenas examinar os offsets de tempo, dentro de uma faixa não maior que T, entre o padrão recebido a partir da unidade móvel e um padrão de referência (por exemplo, recebido por um receptor GPS local ou outra alimentação de dados). A coordenação grosseira de tempo pode também ser efetuada através da unidade móvel enviando sua versão local do tempo de processamento para o servidor e o servidor enviando uma resposta de confirmação. 0 servidor pode associar o tempo da unidade móvel recebido com seu próprio tempo para determinar um offset (algumas vezes denominado como bias). Caso tal tempo de viagem de ida e volta esteja dentro de T segundos, as transmissões subsequentes de padrões para o servidor a partir da unidade móvel, marcadas com o tempo local da unidade móvel, irão novamente permitir ao servidor restringir sua faixa de pesquisa (faixa de busca) para menos que T segundos. Dessa forma, o servidor pode restringir a faixa de comparação.

Deve ser notado que a mesma estratégia para coordenação de tempo grosseira entre a unidade móvel e o servidor pode ser efetuada caso a operação de compatibilização de padrão seja efetuada na unidade móvel em lugar de no servidor. Uma vez que o servidor e a unidade móvel estabeleçam um tempo grosseiro um em relação ao outro, dentro de uma quantidade não maior que T segundos, as operações de compatibilização de padrão subsequentes efetuadas na unidade móvel não precisam ser efetuadas por faixas maiores que T segundos. São possíveis outras variações no procedimento acima. Em lugar de enviar e receber dados e medir o tempo de receptor dos dados, é possível em algumas circunstâncias enviar pulsos elétricos ou outros sinais de timing entre a unidade móvel e o servidor ou alguma outra entidade com a qual o servidor possa se comunicar. Os pulsos ou sinais podem a seguir prover os meios para coordenar de forma grosseira o tempo entre a unidade móvel e o servidor. A unidade móvel e o servidor podem ser capazes de obter um conhecimento grosseiro do tempo pela recepção de um sinal ou sinais separadamente de sua comunicação com o servidor.

Como exemplo, cada um pode receber um sinal de irradiação de hora do dia a partir de outro sinal de comunicações, tal como o WWV. A unidade móvel e o servidor podem, ambos, receber um sinal de rádio e acordar sobre uma época especifica associada a tal sinal de modo a estabelecer um tempo grosseiro em comum. A Figura 12A mostra um diagrama de blocos geral do método de coordenação grosseira de tempo seguido pela compatibilização de padrão, em que a operação final de compatibilização de padrão é efetuada no servidor. Um diagrama de blocos similar corresponde à compatibilização de padrão efetuada na unidade móvel e é apresentado na Figura 12B.

Na Figura 12A, o servidor e a unidade móvel efetuam a coordenação de tempo na operação 700 pelo envio de mensagens ou sinais de ida e volta e pela medição do retardo de ida e volta (referido como T segundos) . Tal medida é usada para determinar se T é muito grande (por exemplo mais de 30 segundos) na operação 701. Caso o retardo seja muito longo, a operação 700 pode ser repetida (ou podem ser usados métodos alternativos, acima descritos, para coordenação de tempo entre a unidade móvel e o servidor) . Caso o retardo T não seja muito grande, a operação 702 é efetuada; tal operação 702 é similar à operação 203 da Figura 2 da patente mãe. Na operação 703, o servidor (por exemplo a estação base 425 da Figura 6 da patente mãe) efetua uma operação de correlação para determinar um tempo preciso por compatibilização do padrão / registro transmitido pela unidade móvel). Tal tempo grosseiro é usado para criar uma "janela" de pesquisa (janela = CT - delta para CT + delta) para selecionar o registro do servidor naquela janela que é comparado ao padrão recebido a partir da unidade móvel.

Na Figura 12B, uma série de operações (800 a 803), que são similares às operações 700 a 703, é efetuada, exceto que a unidade móvel efetua a operação de compatibilização de padrão (em lugar do servidor efetuar tal operação). A presente invenção foi descrita com referência a várias figuras que foram providas com o propósito de ilustração e não se destinam a limitar de qualquer forma a presente invenção. Além disso, vários exemplos foram descritos dos métodos e equipamentos da presente invenção e será notado que tais exemplos podem ser modificados de acordo com a presente invenção e ainda se inserir no escopo das reivindicações que se seguem.

Claims (58)

1. Método para medir o tempo relacionado a mensagens de dados de satélites para uso com um sistema de posicionamento por satélite (SPS), o método compreendendo: receber (324) na primeira entidade um primeiro registro de pelo menos uma porção de uma mensagem de dados de satélite de um sistema de posicionamento por satélite, o primeiro registro tendo sido inicialmente recebido em uma segunda entidade remota e depois enviado à primeira entidade a partir da segunda entidade remota; comparar (325) o primeiro registro com um segundo registro compreendendo um registro de referência da mensagem de dados de satélite em que o primeiro registro e o segundo registro se sobrepõem pelo menos parcialmente no tempo, o método caracterizado pelo fato de que: a comparação é efetuada após a determinação de uma faixa de comparação a partir de um momento estimado quando o primeiro registro foi recebido pela segunda entidade remota, em que o segundo registro é associado com a informação da hora do dia tal que o tempo pode ser determinado a partir do segundo registro e em que o momento estimado é utilizado para especificar uma faixa no tempo relativa ao segundo registro para comparar o segundo registro ao primeiro registro; determinar (327) um tempo a partir da comparação, o tempo indicando quando o primeiro registro foi recebido na segunda entidade remota.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a entidade remota é um receptor SPS móvel e em que o método compreende também: determinar uma faixa de comparação a partir do momento estimado em que o primeiro registro foi recebido.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método é efetuado exclusivamente na entidade (425) a qual é uma estação base (425) .

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a entidade remota é um receptor móvel de sistema de posicionamento por satélite (SPS) (453) .

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o receptor móvel SPS (453) é um receptor GPS (Sistema de Posicionamento Global) (601).

6. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o segundo registro propicia informações de hora do dia de tal forma que o tempo possa ser determinado a partir do segundo registro.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o segundo registro fica armazenado na estação base (425).

8. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a comparação compreende efetuar uma correlação cruzada ou uma comparação amostra por amostra entre o primeiro registro e o segundo registro.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende também receber na entidade uma pluralidade de pseudo distâncias a partir da entidade remota.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende também: usar o tempo e a pluralidade de pseudo distâncias para determinar uma informação de posição da entidade remota.

11. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o primeiro registro compreende dados a 50 baud.

12. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende também determinar precisamente uma frequência portadora do primeiro registro.

13. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a determinação da faixa de comparação compreende a transmissão de pelo menos uma mensagem entre a entidade e a entidade remota.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a transmissão compreende transmitir uma primeira mensagem da entidade para a entidade remota e transmitir uma segunda mensagem da entidade remota para a entidade.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o primeiro registro compreende pelo menos um registro pelo menos da porção da mensagem de dados de satélite correspondendo a uma primeira pseudo distância dentre uma pluralidade de pseudo distâncias.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende também: receber na entidade um terceiro registro de pelo menos uma porção de uma segunda mensagem de dados de satélite; comparar o terceiro registro com um quarto registro da segunda mensagem de dados de satélite, em que o terceiro registro e o quarto registro se sobrepõem pelo menos parcialmente em tempo; determinar um segundo tempo a partir da etapa de comparação, o segundo tempo indicando quando o terceiro registro foi recebido na entidade remota, em que a segunda mensagem de dados de satélite corresponde a uma segunda pseudo distância dentre a pluralidade de pseudo distâncias.

17. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a entidade remota compreende um telefone celular (453) e o primeiro registro é recebido a partir do telefone celular (453) através de uma central de telefonia celular (455).

18. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: receber (221) em um receptor SPS móvel (453) pelo menos uma porção de uma mensagem de dados de satélite; determinar (223) um primeiro registro de pelo menos uma porção da mensagem de dados de satélite; determinar um parâmetro que especifica uma faixa de comparação a partir de um momento estimado em que o primeiro registro foi recebido no receptor SPS móvel (453) ; transmitir (225) o primeiro registro para uma estação base remota (425) com o propósito de determinar um momento indicando quando o primeiro registro foi recebido no receptor SPS móvel (453).

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende também receber sinais SPS e determinar pelo menos uma pseudo distância.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende também transmitir pelo menos uma pseudo distância.

21. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que receber, determinar o primeiro registro e transmitir são efetuados em um receptor de uma sistema de posicionamento por satélite (SPS) (453).

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que compreende também: receber sinais GPS e determinar uma pluralidade de pseudo distâncias; e transmitir a pluralidade de pseudo distâncias.

23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o primeiro registro compreende dados a 50 baud.

24. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende também remover uma freqüência portadora dos sinais GPS.

25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que compreende também detectar diferencialmente o primeiro registro.

26. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que determinar o parâmetro que especifica a faixa de comparação compreende um dentre transmitir uma primeira mensagem a partir do receptor móvel SPS (453) para a estação base remota (425) ou receber uma segunda mensagem proveniente da estação base remota (425).

27. Método, de acordo com a reivindicação 1, utilizado em um receptor móvel de um sistema de posicionamento por satélite (SPS) (453), caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: receber no receptor móvel SPS (453) um primeiro registro de pelo menos uma porção de uma mensagem de dados de satélite; receber no receptor móvel SPS (453) um segundo registro da mensagem de dados de satélite, em que o primeiro registro e o segundo registro se sobrepõem pelo menos parcialmente em tempo; determinar uma faixa de comparação; comparar o primeiro registro com o segundo registro pelo menos na faixa de comparação determinada a partir de um momento estimado em que o primeiro registro foi recebido no receptor móvel SPS (453); determinar um tempo a partir da comparação, o tempo indicando quando o primeiro registro foi recebido no receptor móvel SPS (453).

28. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o segundo registro propicia informações de hora do dia de tal forma que o tempo possa ser determinado a partir do segundo registro.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o segundo registro é recebido a partir de uma estação base (425).

30. Método, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que compreende também receber informações de efemérides de satélites no receptor móvel SPS (453).

31. Método, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que as informações de efemérides de satélites são recebidas a partir da estação base (425).

32. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que compreende também receber sinais SPS e determinar uma pluralidade de pseudo distâncias e em que a determinação da faixa de comparação compreende um dentre transmitir uma primeira mensagem a partir do receptor SPS para uma estação base remota (425) ou receber uma segunda mensagem proveniente da estação base remota (425).

33. Método, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o primeiro registro é obtido pela remoção de um código PN da mensagem de dados de satélite.

34. Equipamento para medir o tempo relacionado a mensagens de dados de satélites para uso com um sistema de posicionamento por satélite, o equipamento compreendendo: um receptor para receber um primeiro registro de pelo menos uma porção de uma mensagem de dados de satélite enviada de uma entidade remota; um processador de dados (10) acoplado ao receptor, o processador de dados (10) caracterizado pelo fato de: efetuar uma comparação em uma faixa de comparação do primeiro registro com um segundo registro compreendendo um registro de referência da mensagem de dados de satélite em que o primeiro registro e o segundo registro se sobrepõem pelo menos parcialmente no tempo e determinar um tempo a partir da comparação em que o segundo registro propicia informações de hora do dia de tal forma que o tempo possa ser determinado a partir do segundo registro e em que o momento estimado é utilizado para especificar uma faixa no tempo relativa ao segundo registro para comparar o segundo registro ao primeiro registro, o tempo indicando quando o primeiro registro foi recebido em uma entidade remota em que a faixa de comparação é determinada a partir de um momento estimado quando o primeiro registro foi recebido na entidade remota.

35. Equipamento, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que a entidade remota é um receptor móvel de um sistema de posicionamento por satélite (SPS) (453) .

36. Equipamento, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que compreende também um dispositivo de armazenamento (19) acoplado ao processador de dados (10), o dispositivo de armazenamento (19) armazenando o segundo registro.

37. Equipamento, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que compreende também um receptor GPS (Sistema de Posicionamento Global) acoplado ao processador de dados (10), o receptor GPS provendo o segundo registro.

38. Equipamento, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que o receptor é um dentre um rádio sem fio ou um receptor de comunicação por cabos.

39. Equipamento, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de que o receptor recebe uma pluralidade de pseudo distâncias provenientes da entidade remota.

40. Equipamento, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de que o processador de dados (10) usa o tempo e a pluralidade de pseudo distâncias para determinar uma informação de posição da entidade remota.

41. Equipamento, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que o primeiro registro compreende dados a 50 baud.

42. Equipamento, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que compreende também um transmissor (11, 12, 13) acoplado ao processador de dados (10), sendo o transmissor (11, 12, 13) para comunicação com outra entidade.

43. Equipamento, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que a faixa de comparação é determinada pela transmissão de pelo menos uma mensagem entre a entidade e a entidade remota.

44. Equipamento, de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que o primeiro registro compreende pelo menos um registro pelo menos da porção da mensagem de dados de satélite correspondente a uma primeira pseudo distância dentre a pluralidade de pseudo distâncias.

45. Equipamento, de acordo com a reivindicação 44, caracterizado pelo fato de que o receptor recebe um terceiro registro de pelo menos uma porção de uma segunda mensagem de dados de satélite e em que o processador de dados (10) compara o terceiro registro com um quarto registro da segunda mensagem de dados de satélite, em que o terceiro registro e o quarto registro se sobrepõem pelo menos parcialmente em tempo e em que o processador de dados (10) determina um segundo tempo a partir da etapa de comparação, o segundo tempo indicando quando o terceiro registro foi recebido na entidade remota e em que a segunda mensagem de dados de satélite corresponde a uma segunda pseudo distância dentre a pluralidade de pseudo distâncias.

46. Equipamento, de acordo com a reivindicação 43, caracterizado pelo fato de que a transmissão compreende transmitir uma primeira mensagem a partir da entidade para a entidade remota e transmitir uma segunda mensagem da entidade remota para a entidade.

47. Equipamento, de acordo com a reivindicação 34, em que o equipamento é um receptor de um sistema de posicionamento por satélite (SPS) (453), caracterizado pelo fato de compreender: uma antena (1) para recepção de sinais SPS; um demodulador (8) acoplado à antena (1), o demodulador (8) removendo um código PN dos sinais SPS; um processador (10) acoplado ao demodulador (8), o processador (453) determinando um primeiro registro de pelo menos uma porção de uma mensagem de dados de satélite recebida a partir do demodulador (453) e determinando um parâmetro que especifica uma faixa de comparação a partir de um momento estimado em que o primeiro registro foi recebido no receptor SPS (453); um transmissor (11, 12, 13) acoplado ao processador (453), o transmissor (11, 12, 13) transmitindo o primeiro registro para uma estação base remota (425).

48. Equipamento, de acordo com a reivindicação 47, caracterizado pelo fato de que compreende também: uma antena de comunicação (2) acoplada ao transmissor, servindo a antena de comunicação (2) para transmitir o primeiro registro para a estação base remota (425) .

49. Equipamento, de acordo com a reivindicação 47, caracterizado pelo fato de que compreende também: um correlacionador acoplado à antena, o correlacionador captando os sinais SPS e determinando pelo menos uma pseudo distância.

50. Equipamento, de acordo com a reivindicação 47, caracterizado pelo fato de que a determinação do parâmetro compreende um dentre transmitir uma primeira mensagem a partir do receptor SPS (453) para a estação base remota (425) ou receber uma segunda mensagem proveniente da estação base remota (425).

51. Equipamento, de acordo com a reivindicação 34, em que o equipamento é um receptor de um sistema de posicionamento por satélite (SPS) (453), caracterizado pelo fato de compreender: uma antena SPS (1) para recepção de sinais SPS; um processador (10) acoplado à antena SPS (1) , o processador (10) processando os sinais SPS e determinando pelo menos uma pseudo distância a partir dos sinais SPS, o processador (10) removendo um código PN dos sinais SPS para prover um primeiro registro de pelo menos uma porção de uma mensagem de dados de satélite nos sinais SPS e determinando pelo menos um parâmetro que especifica uma faixa de comparação a partir de um momento estimado quando o primeiro registro foi recebido no receptor SPS (453); um transmissor (11, 12, 13) acoplado ao processador (10), o transmissor transmitindo o primeiro registro para uma estação base remota (425).

52. Equipamento, de acordo com a reivindicação 51, caracterizado pelo fato de que a determinação do parâmetro compreende um dentre transmitir uma primeira mensagem a partir do receptor SPS para a estação base remota (425) ou receber uma segunda mensagem proveniente da estação base remota (425).

53. Equipamento, de acordo com a reivindicação 34, em que o equipamento é um receptor móvel de um sistema de posicionamento por satélite (SPS) (453), caracterizado pelo fato de compreender: uma antena (1) para recepção de sinais SPS; um demodulador (8) acoplado à antena (1), o demodulador (8) removendo um código PN do SPS; um processador (10) acoplado ao demodulador (8), o processador (10) determinando um primeiro registro de pelo menos uma porção de uma mensagem de dados de satélite recebida a partir do demodulador e determinando uma faixa de comparação; uma antena de comunicação (2); um receptor de comunicação acoplado à antena de comunicação (2) e ao processador (10), o receptor de comunicação recebendo um segundo registro da mensagem de dados de satélite, em que o primeiro registro e o segundo registro se sobrepõem pelo menos parcialmente no tempo, o processador (10) comparando o primeiro registro e o segundo registro pelo menos na faixa de comparação determinada a partir de um momento estimado em que o primeiro registro foi recebido no receptor móvel SPS (453) e determinando um momento indicando quando o primeiro registro foi recebido em que o segundo registro propicia informações de hora do dia de tal forma que o tempo possa ser determinado a partir do segundo registro.

54. Equipamento, de acordo com a reivindicação 53, caracterizado pelo fato de que o segundo registro é recebido a partir de uma estação base (425) .

55. Equipamento, de acordo com a reivindicação 54, caracterizado pelo fato de que o receptor de comunicação recebe informações de efemérides de satélites.

56. Equipamento, de acordo com a reivindicação 55, caracterizado pelo fato de que as informações de efemérides de satélites são recebidas a partir da estação base (425).

57. Equipamento, de acordo com a reivindicação 53, caracterizado pelo fato de que o receptor SPS móvel determina pseudo distâncias.

58. Equipamento, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que é também para auxiliar a medição de tempo relacionado a mensagens de dados de satélites para uso em um sistema de posicionamento por satélite (SPS), o qual compreende: um transmissor (11, 12, 13) que serve para a transmissão de um segundo registro de uma mensagem de dados de satélite para uso na comparação a um primeiro registro de pelo menos uma porção de uma mensagem de dados de satélite, o transmissor transmitindo uma mensagem que é usada para determinar uma faixa de comparação para comparar o primeiro registro ao segundo registro, a faixa de comparação sendo baseada em um momento estimado quando o primeiro registro foi recebido em um receptor SPS móvel remoto.