CN1610836A - 用于低功率运行期间全球定位系统信号获取的校准实时时钟 - Google Patents

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Abstract

在全球定位系统(GPS)接收机(100)不主动计算该GPS接收机位置的时期，通过关断所选组件而在该GPS接收机(100)中节约电力。当减活所选组件时，低功率时间保持电路(200)精确保持GPS时间。当响应于觉醒命令而打开所选组件时，使用从该低功率时间保持电路(200)提供的对实际工作温度校正的时间、和来自该GPS时钟温度/频率表格(224)的数据，来重新校准来自GPS振荡器(204)的时间。然后估计该GPS卫星的位置，从而根据所接收的卫星信号快速确定该GPS时间。一旦从该检测的卫星信号确定了实际GPS时间，则减活所选组件。重复上述处理，从而由该低功率时间保持电路(200)保持精确GPS时间。

Description

用于低功率运行期间全球定位系统信号获取的校准实时时钟
技术领域
本发明一般涉及全球定位系统(GPS)接收机。具体说，涉及在低功率运行期间保持精确GPS接收机时钟电路。
背景技术
全球定位系统(GPS)是24个地球轨道卫星的集合。每一GPS卫星在地球表面上大约11000英里处沿精确的轨道运行。GPS接收机自动跟踪至少三个卫星以确定其精确位置。每一卫星发送用唯一伪噪声(PN)码调制的信号。每一PN码是与1.023兆赫(MHz)的码片速率一致的每毫秒重复1023个码片的序列。每一卫星以同一频率发送信号。对于民用，该频率称为L1并为1575.42MHz。该GPS接收机接收作为该接收机可见的卫星的发送信号的混合的信号。该接收机通过将接收的信号与特定卫星的PN码的移位版本(shiftedversions)相关，而检测该卫星的发送信号。如果该相关程度足够高，使得存在对于特定位移和PN码而实现的相关程度的峰值，则该接收机检测与该特定PN码对应的卫星的发送信号。然后该接收机使用该移位的PN码来实现与来自该卫星的后续发送信号的同步。
GPS采用唯一时间保持系统。自1980年1月6日以来，按照秒和星期来保持GPS时间。每星期有604,800秒。所以按照星期内时间(TOW)和星期编号而规定GPS时间。TOW的范围是从0到604,800，对应于一星期中的秒数。星期编号从1980年1月6日的0星期开始，现在已超过了一千星期。TOW可以具有分数部分，尤其当振荡器提供1秒的1/32,768(32千赫或kHz的振荡频率)的分辨率时或当该GPS时间根据与特定时钟历元(epoch)有关的范围测量而计算，并且该GPS时间可具有与几十个纳秒量级的精度时。GPS时间以该GPS系统为基础。
在该GPS接收机单元的位置的初始确定期间，由于该GPS接收机在不知道GPS时间、GPS位置或该GPS卫星轨道的星历(ephemeris)数据的情况下开始获取处理，因此开始“冷启动”处理，从而该GPS接收机单元在较宽范围的可能频率内搜索所有卫星。在一些情况下，天文年历(almanac)数据对于该GPS卫星而言也是未知的。最后，在许多秒之后，获取至少四个卫星信号。这些卫星的PN编码的信号标识每一卫星，并且每一卫星发送该卫星的精确轨道信息(作为GPS时间的函数的轨道位置)，称作星历数据。
如果在获取前知道一些信息，则可减少从该导航GPS卫星获取足够信息的时间。例如，如果天文年历数据、近似的GPS时间和近似的接收机位置允许计算近似的卫星位置和多普勒频移，则可使用“半热态启动(warm start)”处理。如果知道近似的GPS时间和近似的接收机位置使得可计算近似的卫星位置和多普勒频移并可避免收集星历数据的时间，则可使用“热启动”处理。然而，为了建立精确到足以计算导航求解(位置)的时间，需要来自至少一个卫星的一个完整六秒子帧的数据。
GPS接收机单元通过确定来自每一卫星的发送信号(transmission)的码相位而确定其与每一卫星之间的距离。该码相位(CP)是当卫星发送信号从该卫星到该接收机行进大约11,000英里距离时，该卫星发送信号根据码片或码片的部分而经历的延迟。在每一卫星，控制每一PN码片的发送时间下降到几纳秒。结果，精确GPS时间的得知允许该GPS接收机单元精确知道任何给定时间正发送卫星波形的哪个码片。如果相对于本地定时历元例如T20测量到给定码片到达接收机，则可测量该码片从该卫星到该GPS接收机单元的传播时间，与已知该T20历元的GPS时间一样精确。如果相对于该同一T20历元而测量了从四个卫星的每一个的传播时间，则GPS接收机单元可求解接收机在三维空间中的位置以及在参考T20的GPS时间的值中的误差。
GPS接收机单元通过将时间延迟乘以来自该卫星的发送速度可精确确定到该卫星的距离。该GPS接收机单元也知道每一卫星的精确轨道。由每一卫星将这些卫星的位置更新发送到接收机。这通过在来自该卫星的PN码发送信号上调制低频(50Hz)数据信号而完成。该数据信号编码该卫星的时间相关的位置信息和该星历数据子帧中的机载(on-board)时钟的时间误差。在每一六秒数据子帧中，相对于在下一子帧起点的参考码片而给定每一卫星发送信号的精确时间。
概念上，接收机使用从卫星起的估计范围来定义围绕该卫星的该接收机必定位于其上的球。球的半径等于接收机已根据该码相位确定的到卫星的范围。接收机对于至少三个卫星执行该处理。接收机从它已定义的至少三个球之间的交叉点得到其精确位置。如果接收机得知其位置的海拔高度，则根据三个卫星的测量是足够的。如果该海拔高度未知，则需要根据四个卫星的测量，从而连同纬度、经度和该本地时钟测量历元中的误差(例如在该T20历元的GPS时间)，也可得到海拔高度。
可根据例如但不限于在1999年3月30日提交的序列号为09/281,566名为“ SIGNAL DETECTOR EMPLOYING COHERENT INTEGRATION”的美国专利申请中公开的GPS信号检测器来完成对来自每一卫星的信号的检测，这里通过引用而合并于此。其中公开的信号检测器可使用相关(correlation)机构，例如匹配滤波器和相干积分方案来检测合适的卫星信号。
一旦检测到卫星信号，则解码在从该卫星接收的PN码信号上调制的低频50Hz数据，以确定该GPS接收机单元的精确位置。过去，该位置确定处理需要几秒来完成。不幸的是，这些传统方案通常持续运行，从而消耗有价值的处理器资源，尤其是如果该GPS接收机单元是便携的，则消耗了有限的电源。可设计便携式GPS接收机单元使得在用户不向该GPS接收机单元查询位置信息的时期，所选组件可关断或断电。当用户(或自动处理)查询该GPS接收机单元时，该GPS接收机单元重新激活断电的组件，并重新获取卫星数据以确定当前位置。如果用户没有显著移动，和/或如果关断周期足够短，则可能重新获取该先前卫星信号并具有码相位数据的几乎瞬时相关(而不是与热、半热或冷启动过程相关联的几秒到几分)。码相位数据的几乎瞬时相关节省了几秒钟，从而可观地节省了便携式GPS接收机单元中有限的电源。
然而，这种以码相位数据的几乎瞬时相关对卫星信号的重新获取需要在接收机关机的时期保持精确时间。更具体地，该GPS振荡器和定时系统必须保持该GPS接收机单元中的各种时钟信号的精度好于0.5ms(ms)以避免丢失对于在重新获取时接收机期望接收的全部GPS信号结构内的哪一个PN码周期的跟踪。该0.5ms标准对应于1ms码周期的一半。另外，该GPS接收机单元的移动到来了可能等同于该PN码信号的定时的误差。如果可将该时钟信号的精度加上该GPS接收机单元的移动到来的误差保持在到来的PN码信号的±0.5ms内，则因为该GPS接收机单元匹配滤波器可瞬时自动跟踪四个先前获取的卫星PN码信号，并知道已获取信号结构中的哪一个PN码周期，所以可避免利用热、半热或冷启动过程确定位置的耗时和耗能的处理。否则，必须根据接收机关机时保存的先前信息(天文年历、星历、GPS时间、接收机位置)而使用该热、半热或冷启动过程。
通常，当该GPS电路的其它部分关时，可使用传统实时时钟(RTC)电路来保持大致的GPS时间。典型的RTC电路可在延长的时期内保持几秒钟的精度。这样的精度对于热和半热启动是足够的。然而，由于典型的低成本、低功率RTC电路较差的稳定性和温度特性，传统实时时钟的精度迅速降级。所以，即使在很短暂的时间之后，也需要冷启动。
对于传统GPS振荡器和定时系统而言，如果该振荡器在导航更新之间断电，则不可能在GPS接收机单元内将各时钟信号的精度保持在±0.5ms(1ms码周期的一半)之内。然而，由于GPS振荡器和关联定时系统消耗很多电力，所以非常期望在便携式GPS接收机单元内使这些组件断电以节约电力资源。
所以期望具有一种省电方案，其能利用上面引用的序列号为09/281,566的美国专利申请中包含的卫星获取电路，并可以通过使GPS接收机单元的包括GPS振荡器和关联定时系统的所选组件断电而节约处理器资源。具体地说，期望使GPS振荡器和关联时钟电路断电，同时保持精确的时钟信息，使得断电期间能保持±0.5ms的精度。
发明内容
在全球定位系统(GPS)接收机单元不主动获取用于计算该GPS接收机单元的位置的卫星信息的时期，通过关断所选组件而在GPS接收机单元中节约电力。当所选组件关断时，驻留在低功率时间保持电路中的K32(典型标称32768Hz)振荡器精确保持GPS时间。
本地GPS振荡器晶体产生M11时钟信号，用于基于从多个卫星检测的信号来精确确定GPS时间。边沿对准比率计数器不断用自由运行的计数器监视所述K32和M11时钟信号，并在K32时钟信号的边沿对准M11信号的边沿时，在预定小容限内，锁存所述K32和M11计数器值。在锁存时，该边沿对准比率计数器向本地GPS时钟发生器提供信号，使得特定T20定时历元与所述K23和M11计数器值相关。由此，该GPS接收机单元100能使K32时钟信号和GPS M11时钟信号的定时和速率与该T20定时历元相关。将K32时钟信号、GPS M11时钟信号、与该T20历元的相关的定时和速率提供到该导航处理器，从而计算对T20历元的GPS时间的足够精确的估计，以允许确定获取卫星PN码信号的信号结构中的PN码周期。
在GPS接收机单元工作期间，在各个工作温度下检测本地GPS振荡器晶体和K32振荡器的频率，从而为两个振荡器定义了温度/频率表格。在存储器中存储两者的温度/频率表格的数据。
然后关断(停用)该GPS接收机单元中驻留的包括GPS振荡器的所选组件，以节约电力。该低功率时间保持电路保持为开。周期性地，在预定时期之后，响应于警报单元产生的觉醒命令，该系统被重新加电(激活)。基于K32振荡器的实际工作温度和来自该K32时钟温度/频率表格的数据，重新校准来自该低功率时间保持电路的K32时钟信号。由此，该K32时钟频率被周期性地更新以更精确地跟踪GPS时间。
在特定时间点，根据特定系统应用的需求而执行导航更新。使用该周期性重新校准的K32时钟信号和来自该GPS时钟温度/频率表格的数据来设置该M11时钟信号速率和GPS时间。然后估计该GPS卫星的位置，使得可根据接收的卫星信号快速确定实际GPS时间。一旦从检测到的卫星信号确定了精确的GPS时间，则如上所述该M11和K32信号被一起锁存，并与T20历元的实际GPS时间相关，以进一步改善和更新其温度校准表格。然后再一次关断所选组件以节约电力。
必要时重复上述处理，使得由该低功率时间保持电路保持精确的GPS时间。由此，当该GPS接收机单元的用户请求位置信息时，该GPS接收机单元更快速地确定相对该GPS卫星的位置，因为基于更精确的时间保持而高度精确地估计了该GPS卫星位置和范围。也就是说，避免了利用传统处理来足够精确地设置GPS时间以估计该GPS卫星的范围的检测子帧数据和确定子帧定时的耗能又耗时的处理。
通过检视以下附图及其详细描述，对于本领域普通技术人员而言，本发明的其它系统、方法、特点和优点将变得更明显。所有这些其它系统、方法、特点和优点都意欲包括在这些描述中、在本发明的范围内、并受所附权利要求保护。
附图说明
图中的组件不必按比例，而其重点在于图示本发明的原理。在这些图中，相同附图标记指定不同视图中的对应部分。
图1图示了用于全球定位系统(GPS)接收机的操作的示例环境。
图2是图示了具有低功率时间保持电路的GPS接收机单元的所选组件的方框图。
图3是图示了图2的具有低功率时间保持电路的GPS接收机单元的其它细节的方框图。
图4A、4B和4C图示了利用K32时钟信号来更新M11时钟信号的处理的流程图，以及确定估计的GPS时间对于获取图1和2的GPS接收机单元的位置是否足够精确。
具体实施方式
1.GPS环境概论。
图1图示了用于全球定位系统(GPS)接收机的操作的示例环境。图1示出了GPS接收机单元100和四个GPS卫星102、104、106和108。每一卫星102、104、106和108都向该GPS接收机单元100发射。卫星102以速度va +沿瞄准线(LOS，line of sight)110朝向该GPS接收机单元100移动；卫星104以速度vb -沿着LOS 112背离该GPS接收机单元100移动；并且卫星106以速度vc -沿LOS 106背离该GPS接收机单元100移动。结果，假设载波波长为λ，则来自卫星102的发送信号经历正多普勒频移
Figure A0282467500121
来自卫星104的发送信号经历负多普勒频移 而来自卫星106的发送信号经历负多普勒频移
Figure A0282467500123
卫星108类似地以速度vd -沿着LOS 116背离该GPS接收机单元100移动。在一些应用中，如果预先不知道，可使用由第四个卫星116提供的信息来确定该接收机的海拔高度值的误差。为了提供能得到纬度、经度、海拔高度和时间误差的测量，这四个卫星必须具有足够的几何条件。当卫星几何条件很差时，可能需要根据多于四个可视卫星的最小数量的范围测量来得到这四个未知数。
2.采用本发明的GPS接收机单元概论。
图2是图示了具有低功率时间保持电路200的GPS接收机单元100的所选组件的方框图。GPS接收机单元100包括至少一个无线电设备202、本地GPS振荡器204、温度传感器206、多个GPS信号处理器信道208(1到N)、导航处理器210、匹配滤波器212、A/D转换器214、本地GPS时钟发生器216、边沿对准比率计数器218、存储器220和低功率时间保持电路200。存储器220还包括觉醒警报逻辑222以及该GPS时钟低功率时间保持(LPTK)电路误差温度/频率误差表224的分配部分。图2一般地限于图示与本发明的操作和功能相关的那些组件。该GPS接收机单元100中包括未示出的其它组件。因为这些省略的组件的操作和功能不必与本发明相关，因此这些省略的组件没有在图2中图示或详细讨论。
无线电设备202检测来自多个卫星的多个GPS信号，例如，但不限于，卫星102、104、106和108(图1)。在一个实施例中，该无线电设备202选择该GPS L1频带(1575.42Hz)，然而其它实施例可选择其它合适的信号。无线电设备202也通过线路226从本地GPS振荡器204接收定时信号。在一个实施例中，由驻留在该本地GPS振荡器204中并基本上以10.949兆赫(MHz)振荡的晶体(未示出)产生该定时信号，称为M11时钟信号。其它实施例可采用在不同频率时钟信号下工作的本地GPS振荡器，而基本上不脱离本发明的操作和功能。
将所接收的GPS信号和M11定时信号提供到所述多个GPS信号处理器208和匹配滤波器212。所述多个GPS信号处理器208的每一个对应于特定的信号信道。图2表示存在N个GPS信号处理器。例如，该GPS接收机单元100的示例实施例可采用为并行处理12个信号信道而配置的12个信号处理器(N＝12)。
所述信号处理器208和匹配滤波器212通过线路230从该导航处理器210接收前置命令序列，用于估计每一信号处理器将搜索的特定GPS PN码。由导航处理器210提供的信息也可包括多普勒校正值、GPS振荡器误差校正值、PN码相位信息和/或关于到来卫星信号的其它相关信息。
在一个实施例中，该匹配滤波器212确定检测信号的当前PN码相位，并将该信息提供到信号处理器208，以允许该信号处理器信道更快获取该信号。当一个信号处理器208在信道上检测到信号，使得该PN码、码相位和频率校正与一个到来GPS信号匹配，该GPS信号处理器同步并跟踪到来卫星信号。另一实施例仅采用匹配滤波器212来确定位置(尽管由于该匹配滤波器212在一个时间点确定信号的当前码相位，并不再继续跟踪它，而具有较低程度的精度)。
该匹配滤波器212和/或该GPS信号处理器208分别通过线路234和/或232将关于所获取信号的码相位信息提供到该导航处理器210。在该匹配滤波器212和/或该GPS信号处理器208已提供来自至少四个GPS卫星信号的足够信息之后，导航处理器210然后计算该GPS接收机单元100的位置。然后将该位置信息输出到接口系统(未示出)，从而用户可得知该GPS接收机单元100的位置。
该本地GPS振荡器204提供具有预定振荡频率的信号。例如，但不限于，将在该本地GPS振荡器204的一个实施例中驻留的晶体(未示出)的振荡频率配置为等于10.949296.875兆赫(MHz)。这里，该振荡频率的精确标称值等于137 F0/128。F0是GPS系统的基本参数，等于10.23MHz。所接收GPS信号的GPS L1频率是154F0。在商用系统中使用的清除/获取GPS PN码的码片速率为F0/10。该GPS振荡器204的一个实施例被称为输出M11时钟信号，其中术语“M11”对应于10.949296.875 MHz的137 F0/128频率。包括军用接收机使用的频率和代码的GPS系统的其它信号也与F0相关。
该本地GPS振荡器204通过线路234将该M11时钟信号提供到该本地GPS时钟发生器216。本地GPS时钟发生器216从该M11时钟信号得到多个时钟信号。这些时钟对应于本地GPS时基。特别感兴趣的是，所述多个时钟之一被称为本地定时历元，T20时钟。该T20时钟根据时钟报时信号(clock tick)之间有20ms的事实得出其名称。GPS信号处理器208和匹配滤波器212中测量的许多码相位参考同一T20历元。将本地GPS时钟发生器216产生的所选时钟信号通过线路236提供到GPS信号处理器208和匹配滤波器212。
下面详细描述的低功率时间保持电路200通过线路252将时钟信号提供到边沿对准比率计数器218。在一个实施例中，该时钟信号速率由基本上以32.768千赫(KHz)振荡的晶体提供，并称作K32时钟信号。而且，该低功率时间保持电路200提供信息到导航处理器210(未示出线路)。典型地，由该低功率时间保持电路200提供到该导航处理器210的信息是对在T20历元的GPS时间的估计。其它实施例可采用不同频率的时钟信号，而基本上不脱离本发明的操作和功能。
该边沿对准比率计数器218提供输入到该本地GPS时钟发生器216(通过线路244)、到该匹配滤波器212(通过线路246)、到该低功率时间保持电路200(通过线路248)。为了方便图示，线路244、246和248被图示为单独线路。然而，这些线路的一个或多个可作为单一线路实现。该边沿对准比率计数器218也通过线路250提供信息到导航处理器210。该边沿对准比率计数器218连续计数和监视该K32和M11时钟信号，并在该K32时钟信号的边沿对准该M11信号的边沿时，在预定小容限内，该K32和M11计数器值被锁存。在锁存时，该边沿对准比率计数器218提供信号到该本地GPS时钟发生器216，使得当前T20时钟计数被锁存，以将K32和M11计数与该T20历元相关。以相同的方式，该边沿对准比率计数器218通过线路248提供信号到该低功率时间保持电路200，使得GPS时间的当前低功率时间保持电路200估计被锁存。由此，该GPS接收机单元100能使K32时钟信号、具有T20历元的GPS M11时钟信号、和当前低功率时间保持电路200 GPS时间的定时和速率相关。当将K32时钟信号、GPS M11时钟信号、低功率时间保持200 GPS时间和T20历元计数的相关定时和速率提供到该导航处理器时，可计算在T20历元的GPS时间的低功率时间保持电路200估计，并根据该边沿对准比率计数器218中两个时钟的计数器比率来估计这两个时钟的相对速率。为了估计该相对时钟频率，来自连续边沿对准事件的两组计数器值被取差值，并取差值的比率。
本领域普通技术人员应明白GPS接收机单元100的上述操作是对GPS接收机单元的实施例使用的一个系统的一般描述。并没有描述或图示所有GPS接收机单元组件，因为这些组件不必与本发明相关。因此，在GPS接收机单元100内驻留的上述组件的描述一般限于描述这些组件的操作和功能到理解本发明所需的程度。而且，采用本发明的GPS接收机单元或其它处理器系统可具有与图2中示出的不同顺序和方式连接的图2中所示的组件、或可包括图2中所示的所有组件、或可包括以与图2中所示组件相同的方式连接的其它组件。任何利用本发明的GPS接收机单元或处理器系统的更改都在该公开的范围内，并由所附权利要求保护。
3.GPS振荡器信号的频率/温度校正
温度传感器206通过线路238检测该本地GPS振荡器204的工作温度。然后将感测的温度信息通过线路240提供到该A/D转换器214。A/D转换器214将感测的工作温度信息转换为合适的格式，并通过线路242将该信息提供到该导航处理器210。可利用检测温度领域采用的公知组件和技术来实现温度传感器206和A/D转换器214。可利用感测温度领域中通常采用的任何种类的电子、固态和/或固件类型温度传感器或部件来实现由温度传感器206和/或A/D转换器214执行的温度感测功能。利用感测温度领域中通常采用的组件和技术，由软件和固件的结合来实现在本发明中采用的这种温度传感器。除了理解本发明的操作和功能所需的程度，将不详细描述温度传感器206和/或A/D转换器214(包括其单独组件)的详细操作。本领域普通技术人员将认识到在基本上不脱离本发明的功能和操作的情况下，可利用各种公知器件实现温度传感器206和A/D转换器214。
导航处理器210处理所接收到的温度信息，从而确定由于该本地GPS振荡器204的工作温度而导致的该GPS振荡器信号的频率误差。用于确定该频率误差的示例处理采用具有工作温度范围的温度和频率误差信息的表格。在一个实施例中，该GPS时钟温度/频率误差表格224驻留在非易失性存储器220中。初始地，采用频率/温度误差算法，例如作为典型振荡器晶体的温度函数的频率误差的多项式，来近似该温度相关频率误差。随着该GPS接收机单元100操作超时，基于在各种工作温度下的GPS卫星范围和接近速率(rangerate)测量的频率误差测量，温度/频率误差表格224中关于该GPS时钟数据的部分被填充有在该本地GPS振荡器204的特定工作温度下的频率误差的更精确的信息。该GPS导航方程式的求解使得能够确定接收机空间速度和本地振荡器频率误差(GPS时间误差的改变速率)，以及空间位置和GPS时间误差。如此确定的振荡器频率误差与当前振荡器温度成对，作为在温度/频率误差表格224中的新更新点。
在进入导航模式之前，该接收机使用该温度/频率误差表格224以协助卫星获取处理。一旦接收到当前工作温度，则该导航处理器210查找该表格信息以得到在该温度/频率误差表格224中驻留的GPS时钟。将该本地GPS振荡器204的实际工作温度与该温度/频率误差表格224中的数据相关联，以估计由该本地GPS振荡器204产生的信号中的频率误差。将该GPS时钟频率误差信息通过线路230提供到该GPS信号处理器208和该匹配滤波器212。可替换地，当该温度/频率误差表格224仅被部分填充，而不包含得到精确的当前工作温度所需的足够数据时，可使用频率/温度误差外推或内插算法来估计由于该本地GPS振荡器204的工作温度而导致的GPS振荡器信号中的误差。该算法利用表格中与当前工作温度最近温度的点以及使用中的这类GPS时钟振荡器晶体的标称温度对频率曲线的形状。
4.低功率时间保持电路
图3是图示了具有低功率时间保持电路200的GPS接收机单元100的其它细节的方框图。低功率时间保持电路200还至少包括K32振荡器302、信号锁存器304、温度传感器308和低功率时钟306。
K32振荡器302通过线路310输出其频率基本上等于32.768kHz的K32时钟信号。由于该K32振荡器302提供具有32768Hz时间分辨率的大约等于30微秒的K32时钟信号，所以该K32振荡器302提供具有在单个PN码周期的±0.5ms分辨率的频率的时钟信号。
K32振荡器302将其输出K32时钟信号提供到该低功率时钟306中的计数器和该边沿对准比率计数器216。当该边沿对准比率计数器216确定该K32时钟信号的边沿对准该M11信号的边沿时，在预定小容限内，通过线路248将锁存信号提供给该信号锁存器304。当通过线路248接收到该边沿对准信号时，该低功率时钟计数器306的当前值被锁存在信号锁存器304中。将信号锁存器304中的锁存值通过线路316提供到该导航处理器254。该边沿对准比率计数器216将在对准事件历元的边沿对准比率计数器中的M11和K32计数器的锁存值提供到该导航处理器210。因为该T20历元可直接与该GPS振荡器M11时钟(未示出)相关，因此该边沿对准比率计数器216中的M11计数器值可与功率时钟306中的K32计数器值相关，作为特定整数个M11时钟报时信号的偏移量。该时钟报时信号的数目是整数(没有分数时钟报时信号分量)，因为当K32和M11时钟边沿在小(可以忽略的)窗口的误差内对准时，需要所有的计数器值。因为该低功率时钟306已被接近校准到该GPS系统时间的时间和速率，所以知道该低功率时钟306的值和本地GPS等时线(time line)中特定T20历元的偏移量允许该低功率时间保持电路200的GPS时间精确转移到该T20历元。由于所有GPS测量信号处理与T20历元相关，所以现在可使得相对于精确的本地GPS时间估计进行该测量。
该K32振荡器302和该低功率时钟306是相对非常低功耗的器件，尤其当与以下述方式断电的GPS接收机单元100中驻留的所选组件相比时。而且，该K32振荡器302和该低功率时钟306是商业可用的并相对昂贵。可替换地，和优选地，该K32振荡器302和该低功率时钟306可集成在该GPS器件100中以提供更低的成本、更小的尺寸和更精确的时间变换性能。
如图3所示，温度传感器308通过线路318检测该K32振荡器302的工作温度。然后通过线路320将该感测的温度信息提供到该A/D转换器214。A/D转换器214将感测的温度信息转换为合适的格式，并通过线路242将该K32工作温度信息提供到该导航处理器210。可利用在检测温度领域中采用的公知组件和技术来实现温度传感器308。可利用在感测温度领域中一般采用的任何类型的电子、固态或固件类型温度传感器或部件来实现由温度传感器308执行的温度感测功能。利用感测温度领域中通常采用的组件和技术，由软件和固件的结合来实现在本发明中采用的这种温度传感器。除了理解本发明的操作和功能所需的程度，将不详细描述温度传感器308的详细操作。本领域普通技术人员将认识到在基本上不脱离本发明的功能和操作的情况下，可利用各种公知器件实现温度传感器308。作为本发明的一部分而采用的温度传感器308的任何这样的实施例都在该公开的范围内，并受到所附权利要求的保护。
存储器220中包括的温度/频率误差表格224的一部分用于存储K32振荡器302的温度/频率数据。导航处理器210基于K32振荡器302的当前工作温度来计算与来自该K32振荡器302的信号关联的频率误差，类似于上述本地GPS振荡器204频率误差。随着该GPS接收机单元100操作超时，基于在各种工作温度下的频率误差测量，该温度/频率误差表格224被填充有在该K32振荡器302的特定工作温度的频率误差的更精确的信息。不同于M11 GPS振荡器的情况，该导航处理器210不具有测量该K32振荡器中的误差的直接部件。然而导航时，该导航处理器210能精确估计来自该GPS振荡器302的M11信号中的误差，然后使用该边沿对准比率计数器216来将来自该T20历元的GPS时间变换到K32报时信号的低功率时钟值，该K32报时信号具有从T20历元接近整数个M11报时信号的已知偏移量。由于使得GPS范围测量相对于T20历元，所以当从GPS测量可得到导航求解时，该T20历元具有精确得知的GPS时间误差。通过在导航期间将该T20历元的GPS时间的精度传送到该低功率时钟306，校准当前K32振荡器302温度下的K32时钟信号。
可替换地，当仅部分填充该温度/频率误差表格224中的K32振荡器302的数据时，本发明的实施例采用频率/温度误差算法，例如作为典型K32振荡器晶体302的温度函数的频率误差的多项式，来基于从具有有效表格值的最近一个温度值或多个温度值的外推或内插，而近似该K32时钟信号的温度相关频率误差。这样的算法数学上使频率误差和工作温度相关。
5.觉醒命令
为了节约电力，关掉了许多GPS接收机单元100组件和GPS器件的其它组件。关掉组件以节约电力的时期，称作睡眠周期或睡眠模式，如下所述，本发明精确保持GPS时间的跟踪。从此，当该GPS接收机单元100离开该睡眠模式，例如响应于“觉醒事件”或响应于表示将确定的位置的另一信号时，精确保持该GPS时间使得需要最少量时间来跟踪该GPS卫星，以确定该GPS接收机单元100的位置。
例如，但不限于，可由导航处理器210使本地GPS振荡器204、无线电设备202、本地GPS时钟发生器216和/或GPS信号处理器208断电以节约电力。当不需要所选组件来主动处理到来的GPS卫星信号时，使这些组件断电降低了该GPS接收机单元100的总功耗，由此延长了便携式GPS接收机单元100中有限的电源寿命。典型地，选择在工作期间消耗相对大量电力的组件来断电。可理解该GPS接收机单元100的设计者选择在断电处理期间将关断的组件。由于在GPS接收机单元100中驻留有大量可断电的组件，许多组件没有被描述过，本领域普通技术人员应明白可断电的组件的详细描述和详细目录太多以致不能方便地详细列表和描述。根据本发明的断电的组件的任何组合都在该公开的范围内，并受到所附权利要求的保护。
在传统GPS接收机中将所选组件断电导致丢失GPS卫星信号跟踪。当在丢失该GPS卫星信号之后使这样的传统GPS接收机加电时，需要几秒来重新获取GPS卫星信号和/或利用这些信号来建立用于导航的足够精度的GPS时间。传统GPS接收机中卫星信号和时间重新获取所需的时间导致对应的用电。所以，在睡眠周期期间精确保持GPS时间的低功率时间保持电路200使得GPS接收机单元100能更快地重新获取该GPS卫星信号，由此节约电力资源。
周期地提供觉醒命令到该GPS接收机单元100。基于其中实现了该低功率时间保持电路200的GPS接收机单元100的特定结构和应用来确定该周期性觉醒命令之间的时间。选择该觉醒命令之间的时间使得在断电周期之后由导航处理器210估计的本地复制品PN码相位和到来PN码之间积累的时间误差小于或等于到来的GPS卫星信号的实际PN码相位的±0.5ms。在由导航处理器210估计的PN码超出该±0.5ms标准的情况下，该导航处理器210启动传统处理以获取GPS卫星信息。典型地，该接收机100必须估计该可能误差积累，并据此选择该正确算法。由于选择的算法可能太乐观(利用快速获取而不是传统获取)，所以该导航处理器210必须通过比较该得到的位置和时间误差求解以及先验(priori)假设值而检验该时间精度假设。如果该结合的时间和时间等同位置误差实际上超出±0.5ms，则得到的求解将典型地与先验值相差可观的大误差。如果该误差不大于±0.5ms，则由低功率时间保持电路200以足够精度保持GPS时间。
该警报单元324执行用于实现周期性的觉醒命令的功能，也称为周期性导航更新。该警报单元324至少包括警报寄存器326和比较器328。在一个实施例中，在关断前，该导航处理器210执行该觉醒警报逻辑222以限定该警报单元324将叫醒该GPS接收机单元100的周期时间。在另一个实施例中，预定义该时间周期。
当发出觉醒命令时定义的这些时间周期被通过线路330提供到该警报寄存器326。在一个实施例中，以GPS时间单位(TOW和星期数)定义该时间周期。在另一个实施例中，使用例如实时的另一合适的时间周期来定义时间周期。
一旦该GPS接收机单元100处于睡眠模式中，则该警报单元324监视从该低功率时钟306(在睡眠模式期间不关断)提供的K32时钟信号，以确定当前睡眠模式时间。该比较器328比较当前睡眠模式时间和该警报单元324将叫醒该GPS接收机单元100的周期时间。当该当前睡眠模式时间和该周期时间匹配时，该警报单元324产生周期性的觉醒命令。该周期性的觉醒命令启动在睡眠模式期间断电的组件的加电。
在一个实施例中，该周期性的觉醒命令启动利用特殊目的专用硬件的加电。例如，该觉醒命令驱动一个或多个功率开关，使得向在睡眠周期期间断电的组件提供电力。在另一个实施例中，将该觉醒命令提供到该导航处理器210，使得执行该觉醒警报逻辑22，以叫醒在睡眠周期断电的组件。
可利用在产生觉醒命令领域中采用的公知组件和技术来实现该警报单元324及其关联组件。除了理解本发明的操作和功能所需的程度，将不详细描述该警报单元324及其关联组件的详细操作。本领域普通技术人员将认识到在基本上不脱离本发明的功能和操作的情况下，可利用各种公知器件实现该警报单元324及其关联组件。作为本发明的一部分而采用的该警报单元324及其关联组件的任何实施例都在该公开的范围内，并受所附权利要求保护。
一个替换实施例可采用执行断电和加电功能的另一合适的处理器(未示出)。在睡眠周期期间，这样的处理器及其相关组件可被断电。这样的替换处理器可配置为产生周期性的觉醒命令。该处理器可为该GPS接收机单元100中驻留的另一系统(图2或3中未示出)的组件，或为该GPS接收机单元100中驻留的独立(stand alone)专用处理器。在GPS接收机单元100中实现的用于执行产生周期性觉醒命令的功能的任何替换实施例都在该公开的范围内，并受所附权利要求保护。
而且，该用户可指示该GPS接收机单元100一旦接收到对应于位置查询的手工启动的觉醒命令，则给这些组件加电。例如，当该GPS接收机单元100的用户想得知该GPS接收机单元100的当前位置时，则该用户启动手工觉醒命令。为用户提供合适的部件以查询该GPS接收机单元100。可利用激活器件领域中采用的公知组件和技术来实现手工启动觉醒命令的部件。除了理解本发明的操作和功能所需的程度，将不详细描述手工启动觉醒命令的部件的详细操作。本领域普通技术人员将认识到，在基本上不脱离本发明的功能和操作的情况下，可利用各种公知器件实现该手工启动觉醒命令的部件。作为本发明的一部分而采用的该手工启动觉醒命令的部件的任何实施例都在该公开的范围内，并受所附权利要求保护。
6.觉醒后使K32时钟与M11时钟相关
当该觉醒命令启动开机(start up)时，由该本地GPS时钟发生器216(图2)提供的时钟信号(例如T20历元)将不在使该GPS接收机单元100(图1)能无需首先重新获取卫星信号并收集数据的六秒子帧以重新建立GPS卫星范围测量的通用本地GPS时间帧，而执行位置更新所需要的精度之中。然而，如果在断电周期结束之后基于该低功率时间保持电路200保持的时间而由导航处理器210(图2)估计的PN码和到来的PN码可被保持为小于或等于该到来GPS卫星信号的实际PN码时间的±0.5ms，则在导航中快速重新获取GPS卫星信号，并可得到和使用相对于通用本地GPS时间帧的测量，而不执行获取GPS卫星信号和建立通用时间帧的传统处理。
在断电前，已知K32、M11和GPS时钟信号之间的时间和速率关系。通过保持该K32时钟信号精度，由边沿对准比率计数器218(图1)使用该K32时钟信号，以锁存该K32时钟信号和该M11信号，由此重新校准该M11信号和从其中得到的T20历元。由此，该GPS振荡器204(图2)被重新校准。然后该导航处理器210设置该匹配滤波器或信号处理器信道以获取可见的所计算的卫星的PN码相位。该匹配滤波器或信号处理器信道设置利用先前存储的GPS振荡器对温度数据来补偿GPS振荡器中的频率误差。当获得码相位测量时，这些值从对当前正接收PN码周期中的哪个码片的了解转换为正接收整个GPS信号结构中的哪个码片。通过利用假设的当前GPS时间和接收机位置来计算整个信号结构中的哪一个PN码片应到达该接收机，并假定实际到达的码片是最接近该应到达的PN码片的PN码周期中这一码片的实例(instance)，而作出该转换。如果该结合的本地GPS时间估计和时间等同接收机位置误差的假设正确，则向整个GPS信号结构的转换将是正确的，并将确定GPS范围测量的一致集合。换言之，如果在断电周期结束之后(离开该睡眠模式之后)，由导航处理器210估计的PN码和到来的PN码的误差小于或等于该到来GPS卫星信号的实际PN码时间的±0.5ms，则正确更新位置信息。该计算的位置和时间必须与先验估计作比较，以核实该误差事实上小于±0.5ms。如果该校验失败，则必须收集六秒子帧以建立该用于测量的通用时帧。
然后使用由该GPS接收机单元100获取的位置和时间误差信息来更新该M11和K32时钟误差。GPS振荡器204和K32振荡器302都为频率误差而被更新。该K32低功率时钟306为正确的GPS时间而被更新。然后该GPS接收机单元100被设置回到睡眠模式以节电。然后当接收到下一觉醒命令时，重复上述处理。所以该周期性的更新节电，同时保持时钟信号的精度，使得该GPS单元不必利用传统处理重新获取卫星位置。
7.温度/频率误差校正
无论何时接收到该觉醒命令，都使用该K32时钟信号来更新该M11时钟信号。然而，从该K32振荡器302(图3)得到的K32时钟信号经受一些误差，因为该K32振荡器302频率与温度有关。也就是说，对于不同的工作温度，该K32振荡器302频率不同。在一个实施例中，该温度传感器308感测该K32振荡器302的工作温度。该导航处理器210比较该K32振荡器302的检测出的工作温度与该LP时钟温度/频率误差表格322(图3)中驻留的信息。基于周期性觉醒命令之间的时间和该K32振荡器302的感测出的工作温度，确定误差校正因子，使得该K32时间和速率被校正以解决(account for)该K32振荡器302的实际工作温度。也就是说，由误差因子校正该K32时钟信号的时间以解决该K32振荡器302的实际工作温度。如上所述，在一个实施例中，LP时钟温度/频率误差表格322中的数据基于实际操作期间收集的历史数据，并所以非常精确。
一旦重新校准了该K32时钟信号，则重新校准与该M11信号关联的时间。在一个实施例中，该温度传感器206感测该GPS振荡器206的温度(图2)。该导航处理器210比较该GPS振荡器206的检测出的工作温度与该GPS时钟温度/频率误差表格224(图2)中驻留的信息。随着时间前进，软件然后使用该速率校正以基于该M11时钟来换算(scale)T20历元之间的间隔，以保持每一历元的正确的GPS时间估计。而且，通过利用前述的边沿对准比率计数器216将来自该K32低功率时钟306的GPS时间转换到基于M11的T20历元，来确定刚觉醒时的T20历元的GPS时间的初始值。由于在睡眠周期期间，该M11振荡器关，所以其逝去的时间不能如该K32低功率时钟304的逝去时间一样换算。如上所述，在一个实施例中，温度/频率误差表格224中的数据基于实际操作期间收集的历史数据，所以非常精确。然后，当使用该K32时钟信号(现在校正的温度)来更新该M11时钟信号(也是校正的温度)时，断电周期之后由该导航处理器210估计的PN码小于或等于到来GPS卫星信号的实际PN码时间的±0.5ms。
在替换实施例中，觉醒事件可被编程以比导航更新所需要的更频繁地发生。这样的觉醒事件将仅用于采样该K32振荡器的当前温度的目的。基于当前和先前觉醒事件的温度的平均，两个觉醒事件之间逝去的时间被换算以校正温度的改变。得到的校正可应用于该低功率时钟306或简单存储在非易失性存储器中，直至未来计算需要使用校正。而且，该替换可被升级以提供动态觉醒周期。也就是说，可根据遇到的特定工作条件而改变觉醒命令之间的时间。如果在断电周期期间在该K32振荡器302中的全部温度改变超出预定阈值，则觉醒命令之间的时间周期被减少合适的时间量。另一方面，如果该全部温度改变小于预定温度阈值，则觉醒命令之间的时间间隔被增加合适的时间量。由此，相对于温度动力学的当前环境的需求，而最小化保持精确温度所消耗的功率。
作为前述替换的增强，导航处理器210可考虑自从前一周期性觉醒命令和当前周期性觉醒命令以来K32振荡器的工作温度的总变化。如果该温度变化超出预定阈值，则该导航处理器210可立即启动导航更新处理以重新获取GPS卫星信号，从而确保该低功率时钟306的完整性保持在可接受的限度内。
8.导航更新
图4A、4B和4C图示了利用K32时钟信号来更新M11时钟信号的处理，以及确定估计的GPS时间对于获取GPS接收机单元100(图1、2和3)的位置是否足够精确的流程图400。如果在断电周期期间由导航处理器210(图2)估计的PN码和到来的PN码之间的时间误差小于或等于该到来GPS卫星信号的实际PN码时间的±0.5ms，则更新K32时钟信号和M11时钟信号。一旦完成根据图4A-8C的处理，则该GPS接收机单元100(图1)将用检测到的GPS卫星信息更新时钟信号，例如与GPS振荡器204(图2)关联的M11时钟信号、和与K32振荡器302(图3)关联的K32时钟信号。更新后，然后该GPS接收机单元100返回睡眠模式。
图4A、4B和4C的流程图400示出了用于实现该觉醒警报逻辑222(图2和3)的软件的可能实现的结构、功能和操作。在这点上，每一块可代表代码的模块、段或部分，其包括用于实现特定逻辑功能的一个或多个可执行指令。也应注意在某些替换实现中，在不显著脱离本发明的功能的情况下，在块中注明的功能可不按照图4A-8C注明的顺序发生，或可包括其它功能。例如，如下面将详细阐明的一样，实际上可基本同时执行图4A-4C中接连示出的两个块，有时以相反次序执行这些块，或根据涉及的功能有一些块不用在所有实例中执行。所有这些更改和变形都包括在该公开的范围内，并受所附权利要求保护。
当警报单元324(图3)产生觉醒命令时，该处理在块402开始。可替换地，当用户查询该GPS接收机单元100(图1-3)以提供位置信息(导航更新)时，该处理也可开始。
在块404，确定加电的原因是觉醒命令或来自用户的位置查询。如果该加电的原因是由警报单元324(图3)产生觉醒命令使得该GPS接收机单元100将更新由该低功率时间保持电路200(图2和3)保持的基于K32的时间，然后该处理进行到块406。然而，如果该加电的原因是响应于来自该用户的位置查询而提供位置信息，则该GPS接收机单元100通过进行到块422而启动导航更新。
在块406，如下所述在K32时钟信号的重新校准中采用的所选组件被加电。在块406该GPS接收机单元100的其它组件没有加电以节约电力。例如，该GPS接收机单元100可包括显示器(未示出)，用于向该用户至少表示所确定的位置信息。如果该GPS接收机单元100正执行周期性的导航更新，则该用户可对得知该器件正执行导航更新或得知该位置信息不感兴趣。由此，在块406该显示器(未示出)不加电，以节约电力。
在块408，温度传感器308测量该K32振荡器302的温度(图3)。在块410，在该GPS接收机单元100处于睡眠模式期间，确定该K32振荡器302的平均温度。在块412，存取由该低功率时间保持电路200保持的基于K32的时间。基于在块414的时间误差，基于在温度/频率误差表格224(图2和3)中的信息，将如上所述的校正因子施加到所确定的基于K32的时间。然后在块416使用该校正因子来校正由该低功率时间保持电路200保持的基于K32的时间。
在一个实施例中，在块418确定下一觉醒命令的时间。因此，在警报寄存器326(图3)中更新该觉醒时间。可替换地，其它实施例采用在周期性的觉醒命令之间的预定时间间隔和/或提供来自其它组件的周期性的觉醒命令。
在块420，所选加电组件(在块406)被断电。由于已更新了由该低功率时间保持电路200保持的基于K32的时间，所以这些所选组件被断电以节约电力资源。该处理返回到块402以等待下一觉醒命令或来自用户的位置查询。
如果在块404接收到位置查询，则该GPS接收机单元100(图1-3)理解为将精确确定该GPS接收机单元100的位置并将该位置表示给该用户，并且该处理进行到块422。也就是说，该用户期望导航更新。
因此，在块422，下述该GPS接收机单元100的组件被加电。在块422，与该基于M11的时间的更新关联的组件被加电。例如，无线电设备202、GPS振荡器204、温度传感器206、导航处理器210、匹配滤波器212、A/D转换器214、本地GPS时钟发生器216、边沿对准比率计数器218和/或存储器220(图2)被重新加电。
而且，该GPS接收机单元100可包括在块422加电的与基于M11的时间更新无关的附加组件。例如，可使用显示器(未示出)和关联电路来向用户表示所确定的位置信息。由此，该显示器必须加电。[相反，在块406该显示器不必加电，因为在如上所述的基于K32的时间更新期间(块406-416)不显示位置信息。]在一个实施例中，在块406这些附加组件与上述组件被同时加电。
在另一个实施例中，这些附加组件的加电被延迟直至完成该导航更新。(因此，块422将示出为两个单独的块，在流程图400的稍后点插入新块示出附加组件的加电。)在该GPS接收机单元100已确定更新的位置之后，这些附加所选组件被加电，使得所更新的位置被表示给用户。例如，该GPS接收机单元100可包括显示器(未示出)和关联电路，用于向该用户至少表示所确定的位置信息。这样仅在请求位置更新时才延迟对这些附加所选组件的重新加电的替换实施例，对于节约电力是尤其有用的。也就是说，如果进行时钟的重新校准和关联导航更新不需要所选附加组件，则接收觉醒命令时将所选组件保持在睡眠模式中进一步节约电力。
在块424，温度传感器308利用上述块408-416的处理，测量该K32振荡器302(图3)的温度，并通过利用从该温度/频率误差表格224(图2和3)确定的校正因子校正时间，而校正由该低功率时间保持电路200保持的基于K32的时间。也就是说，对于在睡眠周期期间发生的任何温度/频率偏差而校正该基于K32的时间。
在块426，由该边沿线比率计数器216(图2和3)将更新的基于K32的时间转换为基于M11的时间。由此，该GPS接收机单元100已给其组件加电，并使用来自该低功率时间保持电路200的已校正的基于K32的时间，以从由该GPS振荡器204(图2和3)提供的M11时钟信号精确更新GPS时间。然而，在一个实施例中，可由于该GPS振荡器204的温度改变而发生该M11时钟信号中的误差。因此，在块428，温度传感器206(图2)测量该GPS振荡器204的温度。在块430，确定平均GPS振荡器204温度。然后在块432从该温度/频率误差表格224(图2和3)确定该M11时钟信号的误差校正因子。然后，在块434，基于该M11时钟信号更新在T20历元的GPS时间。
在块436，使用已更新的T20历元来估计可见GPS卫星102、104、106和/或108的位置和多普勒效应。在块438，基于可见卫星102、104、106和/或108的估计位置，该GPS接收机单元100采用匹配滤波器212或GPS信号处理器208(图2)来测量可见卫星102、104、106和/或108的PN码相位(以1ms为模(modulo 1 ms))。然后，在块440，使用估计的T20历元来计算期望的当前全PN码相位，作为卫星102、104、106和/或108中的每一个的星期内时间(TOW)。也就是说，该GPS接收机单元100已使用来自该GPS振荡器204的已更新的M11时钟信号来精确估计以1ms为模的PN码相位，以计算期望的完全PN码相位作为星期内时间。
在块443，校正该全码相位以匹配该测量的PN码相位(以1ms为模)。在块444，基于该估计出的已校正的全PN码相位计算该导航求解。接下来，在块46，以时间单位将计算的导航求解与先前导航求解作比较。
在块448，确定该GPS接收机单元100的计算位置是否已从该先前导航求解时间改变了小于±0.5ms(小于1个PN码)。如果所确定的改变大于±0.5ms(否条件)，则该处理进行到块450，使得该GPS接收机单元100收集来自GPS卫星102、104、106和/或108的每一个的完全6秒子帧。在块452，该GPS接收机单元100采用传统方法来更新该导航求解，由此精确确定该GPS接收机单元100的位置。
然而，如果在块448确定位置的改变小于或等于±0.5ms(“是”的情况)，则该GPS接收机单元100已用该低功率时间保持电路200精确保持了GPS时间。因此，该处理进行到块454，使得使用已校正的T20时间来以上述方式利用边沿对准比率计数器218更新低功率时间保持电路200 M11时间。由此，该K32时钟信号与该精确确定的GPS T20时间相关以准备下一断电周期。
在一个实施例中，用以上收集的温度和频率信息更新温度/频率误差表格224(图2和3)中驻留的数据。也就是说，该实施例采用获取的温度和频率数据来不断更新该温度/频率误差表格224数据，由此改善由该温度/频率误差表格224确定的后续校正因子的精度。
在块458，确定该GPS接收机单元100是否保持为开。如果该GPS接收机单元100保持为开(“是”的情况)，则该处理进行到块460以使得该GPS接收机单元100执行其它功能。这里不详细描述这样的其它功能，因为在断电周期期间，这样的功能与精确保持时间不需要相关。在已执行这些其它功能之后，该处理返回到块418，使得如上所述确定觉醒命令的下一时间。
如果在块458确定没有该GPS接收机单元100保持为开的原因(“否”的情况)，则该处理直接进行到块418。也就是说，该处理进行到块418，使得该GPS接收机单元100断电以节约能源，同时该低功率时间保持电路200精确保持GPS时间。
9.替换实施例
GPS接收机单元100(图1-3)的上述实施例一般地描述为更新从该K32振荡器302(图3)得到的K32时钟信号和从该GPS振荡器204(图2)得到的M11时钟信号，使得在该GPS振荡器204断电期间能保持精确的GPS时间。其它实施例更新与相对GPS卫星的位置确定关联的各种其它时钟信号。而且，该GPS振荡器204被描述为提供具有基本上等于11MHz的振荡频率的信号。类似地，该K32振荡器302被描述为产生具有基本上等于32MHz的振荡频率的信号。可用具有与GPS振荡器204和K32振荡器302的振荡频率不同的振荡频率的GPS振荡器和/或在低功率时间保持电路中驻留的振荡器来实现GPS接收机单元的其它实施例。而且，该低功率时间保持电路被描述为提供用于在组件断电期间保持GPS时间精度的基本为32KHz的时钟信号。在其它实施例中，使用由该低功率时间保持电路200提供的时钟信号来向GPS接收机单元中驻留的其它组件提供时钟信号。然而，除了理解本发明的操作和功能所需的程度之外，将不详细描述这些组件。
在一个替换实施例中，温度传感器206和308被替换为或合并在单个温度传感器中，其适当地定位，从而可检测GPS振荡器204和K32振荡器302的工作温度。可进一步配置这样的温度传感器以直接向该导航处理器210提供信号。该实施例减少了组件数目，并提供了成本、尺寸和功耗的相应减少。
为了便于在图2和3中图示，并为了便于解释本发明的操作和功能，将处理感测的温度并计算来自K32振荡器302(图3)和GPS振荡器204(图2)的信号中的总频率误差描述和展示为通过导航处理器210的逻辑执行而实现，该逻辑作为觉醒警报逻辑222的部分而驻留。可替换地，可由不同处理器实现该处理。而且，用于处理感测的温度的逻辑和用于计算来自K32振荡器302的信号中的总频率误差的逻辑驻留在存储器220或另一合适的存储器中驻留的专用逻辑模块中(未示出)。另外，为了方便，该LP时钟温度/频率误差表格322(图3)和/或该GPS时钟温度/频率误差表格224(图2)被示出为驻留在存储器220中。感测的温度表格508可驻留在替换位置和/或合适的替换存储介质中。任何这样的替换实现都在该公开的范围内，并受所附权利要求保护。
尽管已描述了本发明的各种实施例，但是本领域普通技术人员应明白，在本发明的范围内的许多实施例和实现都是可能的。

Claims (24)

1.一种用于保持精确的全球定位系统(GPS)时间的系统，包括：
GPS振荡器，配置为提供与该GPS时间对应的信号，还配置为被减活；和
低功率时钟，配置为提供低功率时钟时间，使得当激活该GPS振荡器时，利用该低功率时钟时间更新与该GPS时间对应的GPS振荡器信号，从而精确估计与至少一个GPS卫星关联的位置。
2.根据权利要求1的系统，还包括：
与该低功率时钟耦接的温度传感器；
第一单元存储器，配置为存储与该低功率时钟的温度和振荡频率对应的数据；和
与该第一单元存储器和该温度传感器耦接的处理器，配置为将该温度传感器感测的温度与对应于该低功率时钟的温度和振荡频率的数据作比较，从而确定误差校正，还配置为校正由该低功率时钟提供的低功率时钟时间。
3.根据权利要求2的系统，还包括：
与该GPS振荡器耦接的GPS振荡器温度传感器；和
与该处理器耦接的第二单元存储器，该第二单元存储器配置为存储对应于该GPS振荡器的温度和振荡频率的数据，其中该处理器还配置为将该GPS振荡器温度传感器感测的GPS振荡器温度与对应于该GPS振荡器的温度和振荡频率的数据作比较，从而确定GPS振荡器误差校正，还配置为校正由该GPS振荡器提供的信号。
4.根据权利要求1的系统，还包括：
用于减活在GPS接收机单元中驻留的所选组件的装置；和
警报单元，配置为激活该所选组件和该GPS振荡器。
5.根据权利要求4的系统，其中该警报单元周期性地激活该所选组件。
6.根据权利要求4的系统，其中该警报单元响应于位置查询而激活该所选组件。
7.一种用于保持精确的全球定位系统(GPS)时间的方法，包括以下步骤：
在预定时期的开端，减活在GPS接收机单元中驻留的多个所选组件；
在该预定时期的开端，减活被配置为提供GPS时间信号的GPS振荡器；
在该预定时期的末尾，激活该GPS振荡器；
当激活该GPS振荡器时，从低功率时钟接收与时间对应的信息；和
响应于接收该低功率时钟时间而更新该GPS时间信号，从而精确估计至少一个GPS卫星的位置。
8.根据权利要求7的方法，还包括以下步骤：
相对于来自至少一个卫星信号的实际GPS时间而校准该GPS时间信号，使得该校准的GPS时间信号精确对应于该实际GPS时间；和
基于该校准的GPS时间信号而校准低功率时钟，使得该低功率时钟精确对应于该实际GPS时间。
9.根据权利要求7的方法，还包括以下步骤：
检测该低功率时钟的温度；
确定与检测到的该低功率时钟的温度关联的误差校正因子；和
根据所确定的误差校正因子校正该低功率时钟时间。
10.根据权利要求9的方法，还包括以下步骤：
感测在该低功率时钟中驻留的振荡器的频率；和
建立振荡器数据表格，该振荡器数据对应于在多个检测温度的每一个下振荡器的感测频率；和
基于该振荡器数据确定与温度校正因子相对的频率，从而确定该误差校正因子。
11.根据权利要求9的方法，还包括以下步骤：
检测该GPS振荡器的温度；
确定与检测到的该GPS振荡器的温度关联的GPS误差校正因子；和
根据所确定的GPS误差校正因子校正该GPS时间信号。
12.根据权利要求11的方法，还包括以下步骤：
感测该GPS振荡器的频率；和
建立GPS振荡器数据表格，该GPS振荡器数据对应于在多个检测温度的每一个下GPS振荡器的感测频率；和
基于该GPS振荡器数据确定与温度校正因子相对的频率，从而确定该GPS误差校正因子。
13.根据权利要求7的方法，还包括以下步骤：
在该预定时期的末尾，产生警报信号；
激活该GPS接收机单元的所选组件，从而更新该GPS时间信号；和
在更新该GPS时间信号之后，减活该所选组件。
14.根据权利要求13的方法，还包括根据检测到的温度改变该预定时期的步骤。
15.一种用于保持精确的全球定位系统(GPS)时间的系统，包括：
用于在预定时期的开端，减活在GPS接收机单元中驻留的多个所选组件的装置；
用于在该预定时期的开端，减活被配置为提供GPS时间信号的GPS振荡器的装置；
用于在该预定时期的末尾，激活该GPS振荡器的装置；
用于在激活该GPS振荡器时，从低功率时钟接收时间的装置；和
用于响应于接收该低功率时钟时间而更新该GPS时间信号，从而精确估计至少一个GPS卫星的位置的装置。
16.根据权利要求15的系统，还包括：
用于检测该低功率时钟的温度的装置；
用于确定与检测到的低功率时钟的温度关联的误差校正因子的装置；和
用于根据所确定的误差校正因子校正该低功率时钟时间的装置。
17.根据权利要求16的系统，还包括：
用于感测在该低功率时钟中驻留的振荡器的频率的装置；和
用于建立振荡器数据表格的装置，该振荡器数据对应于在多个检测温度的每一个下振荡器的感测频率；和
用于基于该振荡器数据表格而确定与温度校正因子相对的频率，从而确定该误差校正因子的装置。
18.根据权利要求16的系统，还包括：
用于检测该GPS振荡器的温度的装置；
用于确定与检测到的GPS振荡器的温度关联的GPS误差校正因子的装置；和
用于根据所确定的GPS误差校正因子校正该GPS时间信号的装置。
19.根据权利要求18的方法，还包括：
用于感测该GPS振荡器的频率的装置；和
用于建立GPS振荡器数据表格的装置，该GPS振荡器数据对应于在多个检测温度的每一个下GPS振荡器的感测频率；和
用于基于该GPS振荡器数据确定与温度校正因子相对的频率，从而确定该GPS误差校正因子的装置。
20.根据权利要求15的系统，还包括：
用于在该预定时期的末尾，产生警报信号的装置；
用于激活该GPS接收机单元的所选组件，从而更新该GPS振荡器信号的装置；和
用于在更新该GPS时间信号之后，减活该所选组件的装置。
21.根据权利要求20的系统，还包括用于根据检测到的温度改变该预定时期的装置。
22.一种计算机可读介质，具有用于保持精确的全球定位系统(GPS)时间的程序，该程序包括配置为执行以下步骤的逻辑：
当激活GPS振荡器时，从低功率时钟接收与时间对应的信息；
当激活该GPS振荡器时，从该GPS振荡器接收GPS时间；和
基于所接收的低功率时钟时间更新该GPS时间，从而精确估计至少一个GPS卫星的位置。
23.根据权利要求22的计算机可读介质，还包括配置为执行以下步骤的逻辑：
确定与检测到的该低功率时钟的温度关联的误差校正因子；
根据所确定的误差校正因子校正该低功率时钟时间；
检测该GPS振荡器的温度；
确定与检测到的GPS振荡器的温度关联的GPS误差校正因子；和
根据所确定的GPS误差校正因子校正该GPS时间。
24.根据权利要求23的计算机可读介质，还包括配置为执行以下步骤的逻辑：
接收与该低功率时钟中驻留的振荡器频率对应的频率数据；
建立振荡器数据表格，该振荡器数据对应于在与该低功率时钟关联的多个温度的每一个下所接收的频率数据；
基于该振荡器数据表格确定与温度校正因子相对的频率，从而确定该误差校正因子；
接收与该GPS振荡器中驻留的GPS振荡器频率对应的频率数据；
建立GPS振荡器数据表格，该GPS振荡器数据对应于在多个检测到的GPS振荡器温度的每一个下所接收的GPS振荡器的频率数据；和
基于该GPS振荡器数据确定与温度校正因子相对的频率，从而确定该GPS误差校正因子。
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