DE69834137T2 - Verfahren zur bestimmung des standortes eines gps empfängers mit einem geschätzten zeitreferenzwert - Google Patents

Verfahren zur bestimmung des standortes eines gps empfängers mit einem geschätzten zeitreferenzwert Download PDF

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    • G01S2205/008—Transmission of position information to remote stations using a mobile telephone network

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung ist mit der gemeinsam abgetretenen internationalen Anmeldung PCT/US98/21709 mit dem Titel "Reduced Global Positioning System Receiver Code Shift Search Space for a Cellular Telephone System" (Erfinder: William O. Camp, Jr., Kambiz Zangi und Rajaram Ramesh), verwandt.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Empfänger und Verfahren zum Bestimmen des Standortes eines Global Positioning System(GPS)-Empfängers und insbesondere einen Empfänger und ein Verfahren zum Bestimmen des Standortes eines GPS-Empfängers, wenn Hilfsinformationen, die zum Bestimmen des Standortes des GPS-Empfängers verwendet werden, zu einer anderen Zeit berechnet werden als zu der Zeit, da durch den GPS-Empfänger Entfernungsmessungen vorgenommen werden.
  • BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Es ist wünschenswert und in absehbarer Zukunft wahrscheinlich auch obligatorisch, dass Mobiltelefonsysteme technisch in der Lage sind, den geografischen Standort von Mobiltelefonen zu bestimmen, die innerhalb des Mobiltelefonsystems operieren. Um diese Anforderung zu erfüllen, ist vorgeschlagen worden, Mobiltelefone mit Global Positioning System(GPS)-Empfängern auszustatten, um den Standort des Mobiltelefons zu bestimmen. GPS-Empfänger sind aber teuer, vergrößern das Mobiltelefon und erschöpfen die begrenzte Batteriekapazität, die dem Mobiltelefon zur Verfügung steht. Des Weiteren funktionieren GPS-Empfänger nicht gut in Gebäuden oder in anderen Bereichen, wo GPS-Satellitenübertragungen aufgrund eines Hindernisses, Schwundes, Reflexionen oder dergleichen abgeschwächt werden.
  • Aus dem US-Patent Nr. 5,265,450 ist bereits ein Global Positioning System (GPS) bekannt. Dieses System umfasst mehrere erdumkreisende Satelliten, die Positionsinformationen zu Mobilfunkstationen auf der Erde übertragen. Das System ist mit einem separaten digitalen Quellensatellitenpositionsdatensendekanal und einem oder mehreren separaten Verbindungsaufbaudienst-Kommunikationskanälen ausgestattet, die aus einer Datenverbindung ausgewählt werden, die von terrestrischen Mobiltelefon- oder sonstigen Funkpaketdatendiensten unterstützt wird, um die Mobilfunkstation zu unterstützen, auf Positionsinformationen von den Satelliten zuzugreifen. Das System verwendet Hilfsinformationen, um die Erfassung eines ersten Satelliten zu beschleunigen und auf dieser Grundlage die Empfängerfrequenz und -zeit zu kalibrieren. Danach wird die Position des Empfängers durch Messen weiterer Pseudoentfernungen geschätzt, und Zeit und Position werden unter Verwendung von Vorwissen und ergänzenden Satelliten optimiert. Das System wiederholt die Suche nach anderen Satelliten, wenn die Sicht zu Satelliten unbehindert ist, und geht in einen Wiedererfassungsmodus, wenn Signale behindert werden.
  • Aus der Patentanmeldung GB-A-2,264,837 ist ein weiteres Global Positioning System für ein Fahrzeug bekannt, das Hilfsinformationen verwendet, die zu den Satelliten in Beziehung stehen und über einen separaten Kanal übertragen werden, wenn die Signale von einem Satelliten behindert werden. Die Position eines Mobiltelefons wird dann auf der Grundlage von Kompass- und Gyroskopmessungen und Raddrehzahlbewegungen extrapoliert.
  • Es ist allgemein bekannt, dass GPS-Empfänger kleiner, preiswerter und energieeffizienter gemacht werden können, indem man bestimmte GPS-Empfänger-Funktionen weglässt, die zur Erlangung von Hilfsinformationen dienen, die normalerweise durch die Demodulation von GPS-Satellitensignalen erhalten werden. Anstatt die GPS-Satellitensignale zu demodulieren, wird ein alternatives Mittel verwendet, um den GPS-Empfänger mit den benötigten Hilfsinformationen zu versorgen. Diese Hilfsinformationen enthalten verschiedene Informationen, wie beispielsweise eine Liste von GPS-Satelliten, die momentan im Sichtfeld des GPS-Empfängers liegen, Doppler-Verschiebungen für die gelisteten GPS-Satelliten, Ephemeridendaten für jeden der gelisteten GPS-Satelliten sowie Taktkorrekturdaten für jeden der gelisteten GPS-Satelliten. Der Wegfall der Notwendigkeit, dass der GPS-Empfänger die GPS-Satellitensignale demodulieren muss, ermöglicht es dem GPS-Empfänger auch, die GPS-Satellitensignale über einen längeren Zeitraum zu integrieren, was den Empfang von durch Behinderungen abgeschwächten Signalen gestattet.
  • Um die Hilfsinformationen für den GPS-Empfänger zu berechnen, muss allerdings der ungefähre Standort des GPS-Empfängers bekannt sein. Je näher überdies der tatsächliche Standort des GPS-Empfängers zum ungefähren Standort, der zur Berechnung der Hilfsinformationen verwendet wird, liegt, desto geringer ist die resultierende Standortsuche, die der GPS-Empfänger vornehmen muss. Es ist zum Beispiel bekannt, dass, wenn der GPS-Empfänger Hilfsinformationen erhält, die auf einen Standort innerhalb eines Radius' von einhundert Meilen des tatsächlichen Standortes des GPS-Empfängers berechnet sind, der GPS-Empfänger nicht die tatsächliche Entfernung zu den GPS-Satelliten messen muss, sondern statt dessen lediglich einen Bruchteil einer Millisekunde für jede der Entfernungen messen muss. Dies vereinfacht stark die erforderlichen Entfernungsmessungen zu der des Findens der relativen Codeverschiebungspositionsstandorte zum Ein-Millisekunden-Codezyklus. Dafür muss der GPS-Empfänger aber immer noch alle eintausenddreiundzwanzig Codeverschiebungspositionen für alle GPS-Satelliten durchsuchen, die in der Standortlösung zu verwenden sind.
  • Die Codeverschiebungssuchvorgänge können mittels einer Kombination aus einem Korrelator für eine schnelle Fourier-Transformation und einem Korrelator für eine umgekehrte schnelle Fourier-Transformation vorgenommen werden, um gleichzeitig alle Codeverschiebungspositionen zu durchsuchen. Diese Technik zum Finden der Codeverschiebungsposition einer zyklischen Sequenz ist in Fachbüchern beschrieben, wie beispielsweise "Digital Signal Processing" von Oppenheim & Shafer. Obgleich ein solcher Ansatz rechnerisch effizienter ist als eine geradlinige Korrelation, ist er dennoch rechenintensiv, weil er zusätzliche Funktionen benötigt und die begrenzten Batterieleistungsreserven erschöpft. Angesichts der Möglichkeit, Informationen zu der Mobileinheit zu übermitteln, um sie bei ihrer Suche nach den GPS-Satellitenentfernungen zu unterstützen, wird dieses Verfahren dann darüber hinaus rechnerisch ineffizient, weil es Berechnungszyklen beansprucht, um nach vielen Codeverschiebungspositionen zu suchen, die gar nicht möglich sind.
  • Eine weitere Lösung zum Durchsuchen aller eintausenddreiundzwanzig Codeverschiebungspositionen besteht darin, spezielle Hardware herzustellen, um mehrere Codeverschiebungspositionen gleichzeitig zu durchsuchen. Bis heute waren aber hardwarespezifische Lösungen nicht in der Lage, mehr als einen Bruchteil an Codeverschiebungspositionen gleichzeitig zu durchsuchen, wodurch mehrere Suchvorgänge und lange Zeitverzögerungen erforderlich werden.
  • In der gemeinsam abgetretenen internationalen Anmeldung PCT/US98/21709 mit dem Titel "Reduced Global Positioning System Receiver Code Shift Search Space for a Cellular Telephone System", eingereicht am 15. Oktober 1997, verwendet ein Verfahren zur Bereitstellung eines funktionsreduzierten GPS-Empfängers, der sich in einer Mobilstation befindet, Hilfsinformationen, die für einen bekannten geografischen Standort innerhalb einer Zelle berechnet wurden, die die Mobilstation bedient. Ein Server, der mit einem Mobiltelefonnetz verbunden ist, berechnet Hilfsinformationen auf der Grundlage eines bekannten Standortes innerhalb der Zelle, die von der Mobiltelefonbasisstation bedient wird. In einem Fall enthalten die Hilfsinformationen eine Liste von GPS-Satelliten, die im Sichtfeld der Basisstation liegen, Doppler-Korrekturen für jeden der gelisteten GPS-Satelliten sowie Codeverschiebungspositionen für jeden der gelisteten GPS-Satelliten auf der Grundlage einer universalzeitkoordinierten Zeit für den bekannten Standort. In einem anderen Fall enthalten die Hilfsinformationen eine Liste von GPS-Satelliten, die im Sichtfeld der Basisstation liegen, den Ort der Mitte des Reichweitenbereichs der Basisstation sowie Standorte und Taktkorrekturen der gelisteten Satelliten auf der Grundlage einer universalzeitkoordinierten Zeit.
  • Ein Nachteil dieses Verfahren ist, dass es sich auf eine Zeitsynchronisation zwischen den GPS-Satelliten und den durch den GPS-Empfänger vorgenommenen Entfernungsmessungen stützt. In vielen Fällen variiert jedoch die Zeit, zu der der GPS-Empfänger die Entfernungsberechnungen vornimmt, aufgrund von Latenz in dem Mobiltelefonnetz. Es wäre daher von Vorteil, ein Verfahren zur Durchführung von Entfernungsberechnungen auf der Grundlage einer hilfsinformationslosen Zeitsynchronisation mit den GPS-Satelliten zu ersinnen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zur Bestimmung des Standortes eines Satellitenempfängers.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte und Merkmale, die in dem unabhängigen Anspruch 1 genannt sind. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den unabhängigen Ansprüchen 2–7 definiert.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst des Weiteren einen Empfänger, der Mittel zum Empfangen von Satellitenhilfsinformationen umfasst, die auf einem bekannten Standort basieren, bei dem es sich nicht um einen momentanen unbekannten Standort des Satellitenempfängers handelt, von einer Quelle, die in der Lage ist, die Satellitenhilfsinformationen zu berechnen. Der erfindungsgemäße Empfänger ist dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel zum Ausführen der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1–7 umfasst.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Empfänger in einem Mobiltelefon enthalten.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Im Interesse eines besseren Verständnisses der vorliegenden Erfindung folgt nun eine detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:
  • 1 ein Funktionsblockschaubild eines Systems zum Bestimmen eines geografischen Standortes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 mehrere GPS-Satelliten und einen bekannten und einen unbekannten Standort zeigt, was ein Beispiel zum Bestimmen eines geografischen Standortes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
  • 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen eines geografischen Standortes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Wenden wir uns nun 1 zu, wo ein Funktionsblockschaubild eines Systems zum Bestimmen eines geografischen Standortes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist. Eine Mobiltelefonbasisstation 100, die sich in einer Zellenregion 120 eines Mobiltelefonnetzes 110 befindet, bedient ein Mobiltelefon 140. Die Zellenregion 120 ist in einen ersten Sektor 130, einen zweiten Sektor 132 und einen dritten Sektor 134 unterteilt, wobei in 1 das Mobiltelefon 140 im ersten Sektor 130 gezeigt ist. Das Mobiltelefon 140 enthält des Weiteren einen funktionsreduzierten GPS-Empfänger 150, der GPS-Satellitenübertragungen von mehreren GPS-Satelliten 160 empfängt. Der funktionsreduzierte GPS-Empfänger 150 enthält keine Funktionen zum Demodulieren von Signalen von den GPS-Satelliten 160 und zum Bestimmen von Hilfsinformationen. Statt dessen erhält der funktionsreduzierte GPS-Empfänger 150 die Hilfsinformationen, die zum Bestimmen des Standortes benötigt werden und die außerdem den Bereich der zu durchsuchenden Dopplerfrequenzverschiebungen und Codephasenverschiebungen verkleinern, von einer anderen Quelle.
  • Es können verschiedene unterschiedliche Sätze von Informationen in die Hilfsinformationen aufgenommen werden, die zur Erreichung einer Verringerung des Suchraumes benötigt werden, wobei jeder bestimmte Vor- und Nachteile hat. Ein erster Satz enthält eine Liste der Satelliten 160, die im Sichtfeld des funktionsreduzierten GPS-Empfängers 150 liegen, die Dopplerfrequenzen für die gelisteten Satelliten 160 und die erwarteten Codephasenbeziehungen für die gelisteten Satelliten 160. Diese Informationen müssen jedoch mit einer sehr geringen Latenz übermittelt werden, da sich die erwarteten Codephasenbeziehungen für die gelisteten Satelliten 160 rasch im zeitlichen Verlauf verschlechtern. Außerdem ist irgend eine Form von Zeitsynchronisation erforderlich, um die Satelliten 160 zum Zeitpunkt der Messung zu lokalisieren.
  • Ein alternativer Satz Hilfsinformationen enthält eine Liste von Satelliten 160, die im Sichtfeld des funktionsreduzierten GPS-Empfängers 150 liegen, Ephemeridendaten für die gelisteten Satelliten 160, Taktkorrekturdaten für die gelisteten Satelliten 160, einen ungefähren Standort des funktionsreduzierten GPS-Empfängers 150 sowie Zeitsteuerungsinformationen. In diesem Fall ist die Latenz dieser Informationen nicht so sehr ein Problem, und die Dopplerfrequenzen und die relativen Codephasen zwischen den Satellitensignalen können berechnet werden. Die Zeitinformationen müssen jedoch auf innerhalb einiger Sekunden bekannt sein, um eine effiziente Suche und Messung von Pseudoentfernungen vornehmen zu können. Beispielsweise müssen die Zeitinformationen innerhalb von 10 Millisekunden bekannt sein, um den Standort zu erhalten, da die Satelliten 160 genau zum Messungszeitpunkt präzise lokalisiert werden müssen. Die Zeitinformationen können aus einem internen Zeitstandardtakt oder dem Mobiltelefonnetz gewonnen werden. Zeitinformationen können auch aus GPS-Signalen gewonnen werden, aber es müssten dann zusätzliche Informationen in den funktionsreduzierten GPS-Empfänger aufgenommen werden, um die GPS-Signale zu demodulieren.
  • Ein dritter Satz Hilfsinformationen enthält eine Liste von Satelliten 160, die im Sichtfeld des funktionsreduzierten GPS-Empfängers 150 liegen, Standortdaten und Bewegungsdaten für die gelisteten Satelliten 160, Taktkorrekturen für die gelisteten Satelliten 160 und den ungefähren Standort des funktionsreduzierten GPS-Empfängers 150. Dieser Satz Hilfsinformationen, die den Standort der Satelliten 160 zu einem bekannten Zeitpunkt und ihre kurzfristigen Bewegungen betreffen, ersetzen die herkömmlichen Ephemeriden- und Zeitinformationen. Unter Verwendung dieses Satzes Hilfsinformationen und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Lokalisieren des funktionsreduzierten GPS-Empfängers können bis zu sechzig Sekunden Latenz für eine schnelle Signalsuche und -messung toleriert werden. In allen obigen Fällen ist die Hinzufügung differenzialer GPS-Korrekturen möglich.
  • Der bekannte Standort ist entweder der Standort der Basisstation 100 oder alternativ der Ort der Mitte 200 des Sektors 130, in dem sich das Mobiltelefon befindet. Der bekannte Standort innerhalb des Reichweitenbereichs der Basisstation 100 wird zur Berechnung der Hilfsinformationen verwendet. Der Standort kann mittels eines beliebigen Verfahrens bestimmt werden, einschließlich der Benutzung eines GPS-Empfängers 180, der sich in der Basisstation 100 oder in einem Server 170 befindet, der die Hilfsinformationen berechnet.
  • Die Basisstation 100 erlangt GPS-Ephemerideninformationen und Taktkorrekturen bezüglich des aktuellen Status' der GPS-Satelliten 160 und aktualisiert sie regelmäßig. Bei einer bevorzugten Ausführungsform bezieht die Basisstation 100 die GPS-Ephemerideninformationen und Taktkorrekturen von einem Datendienst 190 über das Mobiltelefonnetz 110. Alternativ können die Informationen direkt aus den Übertragungen der GPS-Satelliten 160 erlangt werden, die von dem GPS-Empfänger 180, der sich in der Basisstation 100 oder in dem Server 170 befindet, empfangen werden.
  • In der Zukunft, wenn ein GPS-verwandtes Hilfssystem, das als Wide Area Augmentation System (WAAS) bekannt ist, in Betrieb geht, wird der GPS-Empfänger 180, der sich in der Basisstation 100 oder in dem Server 170 befindet, außerdem in der Lage sein, differenzielle Korrekturinformationen zu erhalten. Die differenziellen Korrekturinformationen gestatten es GPS-Empfängern, ihren Standort mit einem höheren Genauigkeitsgrad zu berechnen.
  • Der Server 170, der sich entweder in der Basisstation 100 oder an einem entfernten Standort befindet, verwendet Informationen, die er entweder vom GPS-Empfänger 180 oder von dem Datendienst 190 erhalten hat, um Hilfsinformationen zu berechnen, die im Wesentlichen an die Basisstation 100 übermittelt und an den funktionsreduzierten GPS-Empfänger 150 gesendet werden, der sich in dem Mobiltelefon 140 befindet. Die Hilfsinformationen beinhalten beispielsweise eine Liste von GPS-Satelliten 160, die im Sichtfeld der Basisstation 100 liegen, Taktkorrekturinformationen, die dreidimensionalen Koordinaten für den Standort jedes der gelisteten GPS-Satelliten 160, die der wahrscheinlichsten Zeit entsprechen, zu der der funktionsreduzierte GPS-Empfänger Entfernungsmessungen vornimmt, die dreidimensionalen Geschwindigkeiten und Flugbahnen jedes der gelisteten GPS-Satelliten 160 und die dreidimensionalen Koordinaten des bekannten Standortes, der zur Berechnung der Hilfsinformationen verwendet wird. Für jeden der gelisteten GPS-Satelliten 160 wird anhand der Geschwindigkeitsinformationen eine Dopplerfrequenz berechnet. Die erwartete Codephasenverschiebung für jeden der gelisteten GPS-Satelliten 160 wird anhand des Standortes der Satelliten 160, der Position des bekannten Standortes und der Taktkorrekturdaten berechnet. Alternativ enthalten die Hilfsinformationen eine Liste von GPS-Satelliten 160, die im Sichtfeld der Basisstation 100 liegen, Taktkorrekturinformationen, Ephemeridendaten für jeden der gelisteten GPS-Satelliten 160 und die dreidimensionalen Koordinaten des bekannten Standortes, der zur Berechnung der Hilfsinformationen verwendet wird.
  • Wenn die Zellenregion 120 in mehrere Sektoren unterteilt wird und die Basisstation 100 den Sektor bestimmen kann, in dem das Mobiltelefon 140 operiert, in diesem Fall der erste Sektor, so berechnet der Server 170 die Hilfsinformationen anhand eines zentralen Standortes 200 des Sektors 130 anstatt anhand der Mitte der Zelle 120. Das Berechnen der Hilfsinformationen anhand des zentralen Standortes 200 erhöht die Genauigkeit der Hilfsinformationen, weil die Wahrscheinlich höher ist, dass sich das Mobiltelefon 140 näher an dem zentralen Standort 200 befindet als die Basisstation 100 an der Mitte der Zelle. Die geografischen Koordinaten für den zentralen Standort 200 brauchen nicht in der tatsächlichen Mitte des Sektors 130 zu liegen, sondern können statt dessen an einem Standort liegen, an dem sich Mobiltelefone am wahrscheinlichsten befinden, beispielsweise in einem Einkaufszentrum, einem Bürokomplex, einem Flughafen oder einer Sporteinrichtung, die sich in dem Sektor befinden. Wenn jedoch die Zellenregion 120 nicht in mehrere Sektoren unterteilt ist oder wenn die Basisstation 100 nicht den Sektor bestimmen kann, in dem das Mobiltelefon 140 operiert, so werden die Hilfsinformationen anhand des geografischen Standortes der Basisstation 100 berechnet.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform wird die geografische Mitte eines Geschäftstransaktionsbereichs oder eines Großstadtdienstbereichs anstelle des geografischen Standortes der Basisstation 100 verwendet. Jeder Mobiltelefondienstbereich wird anhand einer Systemkennnummer (System ID – SID) identifiziert, die von dem Mobiltelefon 140 gelesen wird. Das Mobiltelefon 140 kann entweder Hilfsinformationen speichern, die sich auf diese Standorte beziehen, und auf die Informationen zugreifen, die zu der momentanen SID gehören, oder die Hilfsinformationen werden in dem Server 170 gespeichert, und das Mobiltelefon übermittelt die SID an den Server 170, der die Hilfsinformationen zur Verfügung stellt.
  • Nachdem der Server 170 die Hilfsinformationen berechnet hat, sendet die Basisstation 100 die Hilfsinformationen zu dem funktionsreduzierten GPS-Empfänger 150 in dem Mobiltelefon 140. Die Hilfsinformationen können auf vielfältige Weise zu dem funktionsreduzierten GPS-Empfänger 150 gesendet werden. Beispielsweise können in einem Mobiltelefonnetz, das mit dem Global System for Mobile communications(GSM)-Protokoll arbeitet, Informationen über eine Kurzmitteilungsübermittlungsdienst-Nachricht (SMS), über eine Paketdatennachricht, die über einen Verkehrskanal gesendet wird, oder über eine Rundsendenachricht über einen Steuerkanal versendet werden. Die Hilfsinformationen werden in einer Weise versendet, die den einschlägig bekannten Verfahren zur Übertragung von Informationen zwischen dem Mobiltelefonnetz 110 und dem Mobiltelefon 140 entsprechen. Ein Sender-Empfänger 141, der sich in dem Mobiltelefon 140 befindet, empfängt die Übertragungen von der Basisstation 100, und eine Steuerung 142, die sich ebenfalls in dem Mobiltelefon 140 befindet, identifiziert die Informationen als Hilfsinformationen und übermittelt die Hilfsinformationen an den funktionsreduzierten GPS-Empfänger 150. Des Weiteren können die Hilfsinformationen entweder auf Verlangen an ein bestimmtes Mobiltelefon oder an mehrere Mobiltelefone über einen Rundsendekanal gesendet werden.
  • Wenden wir uns nun auch 2 zu, wo mehrere GPS-Satelliten 220a-n , ein bekannter Standort 230 und ein unbekannter Standort 240 veranschaulicht sind, was ein Beispiel zum Bestimmen eines geografischen Standortes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Jeder der GPS-Satelliten 220a-n , die in den Hilfsinformationen aufgelistet sind, hat einen Satz dreidimensionaler Koordinaten (Xa-n, Xa-n und Za-n). Es ist üblich, für alle Koordinaten ein erdzentriertes erdfixiertes System zu verwenden. Der bekannte Standort 230 hat ebenfalls einen Satz dreidimensionaler Koordinaten (X, Y und Z). Eine Entfernung Ra-n zu jedem GPS-Satelliten 220a-n von dem bekannten Standort 230 wird durch folgenden Ausdruck berechnet:
    Figure 00130001
    (Gleichung 1)
  • Unter Verwendung der Hilfsinformationen berechnet der funktionsreduzierte GPS-Empfänger 150 eine Codeverschiebungsposition für jeden Satelliten 220a-n entsprechend einer einschlägig bekannten Art und Weise unter Verwendung eines bekannten Wertes für die Lichtgeschwindigkeit sowie die individuellen Taktkorrekturwerte für jeden Satelliten. Der funktionsreduzierte GPS-Empfänger 150 durchsucht außerdem den Codeverschiebungssuchraum nach jedem der GPS-Satelliten 220a-n , um eine gemessene Codeverschiebungsposition für jeden der GPS-Satelliten 220a-n zu bestimmen. Die gemessenen Codeverschiebungspositionen werden von den berechneten Codeverschiebungspositionen subtrahiert, um Entfernungen zu jedem GPS-Satelliten 220a-n zu berechnen. Ein Vektor dieser Delta-Entfernungen, multipliziert mit dem Inversen der Matrix aus Einheitsvektorkosinussen von dem bekannten Standort zu jedem GPS-Satelliten 220a-n , ergibt Korrekturen für X, Y und Z, die dem bekannten Standort 230 hinzugefügt werden, um den unbekannten Standort 240 zu bestimmen.
  • Wenden wir uns nun 3 zu, wo ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen eines geografischen Standortes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist. Nach dem Empfang der Hilfsinformationen durch den funktionsreduzierten GPS-Empfänger werden die dreidimensionalen Standortkoordinaten von wenigstens vier GPS-Satelliten berechnet (Schritt 310). Wenn die Hilfsinformationen die Koordinaten der GPS-Satelliten und ihre Geschwindigkeiten und Flugbahnen zum Zeitpunkt T0 enthielten, so wird ein Standort der GPS-Satelliten für die aktuelle Zeit T1 berechnet, indem ihre Geschwindigkeiten mit der Zeit multipliziert werden und eine Distanz berechnet wird, die sie während des Zeitraums zwischen den Zeitpunkten T0 und T1 auf ihren Flugbahnen zurückgelegt haben. Wenn die Hilfsinformationen statt dessen hingegen Ephemeridendaten enthielten, so wird der Standort der GPS-Satelliten auf eine Weise berechnet, die einschlägig bekannt ist und üblicherweise in GPS-Empfängern verwendet wird.
  • Eine Entfernung von den GPS-Satelliten zu dem bekannten Standort wird anhand des Ausdrucks von Gleichung 1 berechnet (Schritt 320), und eine Entfernung von den GPS-Satelliten zu dem unbekannten Standort wird mittels der Codeverschiebungsmessung gemessen (siehe Beschreibungstext oben in Verbindung mit 2) (Schritt 330). Es wird eine Differenz zwischen der berechneten und der gemessenen Entfernung berechnet (Schritt 340), und es wird ein Korrekturvektor berechnet (Schritt 350) (siehe Beschreibungstext oben in Verbindung mit 2). Es wird ein vermuteter Standort berechnet, indem der Korrekturvektor zu dem bekannten Standort hinzugefügt wird (Schritt 360). An diesem Punkt ist der Standort nur vermutet, weil der exakte Zeitbezug zu den GPS-Satelliten nur eine Testschätzung ist. Darum muss der vermutete Standort verifiziert werden.
  • Um zu verifizieren, dass der vermutete Standort der tatsächliche Standort ist, wird eine Entfernung von dem vermuteten Standort zu einem fünften GPS-Satelliten in der Liste der Satelliten, die sich im Sichtfeld des Empfängers befinden, berechnet (Schritt 370), und es wird eine Entfernung von dem vermuteten Standort zu dem fünften GPS-Satelliten berechnet (Schritt 380). Es wird die Differenz zwischen der berechneten und der gemessenen Entfernung zwischen dem vermuteten Standort und dem fünften GPS-Satelliten berechnet (Schritt 390), und es wird eine Feststellung getroffen, ob es sich bei dem vermuteten Standort um den tatsächlichen Standort handelt (Schritt 400). wenn die Differenz zwischen der berechneten und der gemessenen Entfernung null ist, so handelt es sich bei dem vermuteten Standort um den tatsächlichen Standort. Wenn hingegen die Differenz zwischen der berechneten und der gemessenen Entfernung nicht null ist, so war die gewählte Zeit in Schritt 300 falsch, und der vermutete Standort ist falsch. In diesem Fall wird eine neue Testzeit ausgewählt (Schritt 410), und der Prozess wird – bei Schritt 310 beginnend – wiederholt. Nach der Auswahl von zwei falschen Testzeiten wird eine Feststellung getroffen, in welcher Richtung in der Zeit man sich bewegen muss, um eine dritte Testzeit auszuwählen. Für die Identifizierung der korrekten Bezugszeit kann jede beliebige Suchroutine verwendet werden.
  • Es wird davon ausgegangen, dann man Korrekturen höherer Ordnung auf die Erdumkreisungsbewegung auf der Grundlage eines angenommenen kreisförmigen Orbits anwenden kann. Dies ermöglicht eine einfache quadratische Korrektur der Satellitenstandortberechnungen. Der praktische Effekt dessen ist, dass dieses Verfahren selbst bei mehreren Minuten zeitlicher Ungewissheit zur Pseudoentfernungsmessung angewendet werden kann.
  • Obgleich Ausführungsformen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht und in der obigen detaillierten Beschreibung beschrieben wurden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass zahlreiche Änderungen, Modifizierungen und Austauschungen möglich sind, ohne den Geltungsbereich der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen dargelegt und definiert ist, zu verlassen.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Bestimmen des Standortes eines Satellitenempfängers, umfassend den Schritt des Empfangens von Satellitenhilfsinformationen, die auf einem bekannten Standort (230) basieren, bei dem es sich nicht um einen momentanen unbekannten Standort (240) des Satellitenempfängers (150) handelt, von einer Quelle, die in der Lage ist, die Satellitenhilfsinformationen zu berechnen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (a) Auswählen (300) einer Testzeit zur Verwendung beim Berechnen einer vermuteten Standortes unter Verwendung von wenigstens vier Satelliten; (b) Berechnen (310) eines momentanen Standortes für jeden der wenigstens vier Satelliten auf der Basis der ausgewählten Testzeit und der Hilfsinformationen für den bekannten Standort; (c) Berechnen (320) einer ersten Entfernung von jedem der vier Satelliten zu einem bekannten Standort; (d) Messen (330) einer zweiten Entfernung von jedem der vier Satelliten zu dem unbekannten Standort des Satellitenempfängers; (e) Berechnen (350) eines Korrekturvektors auf der Basis einer Differenz zwischen der berechneten ersten Entfernung von jedem der vier Satelliten zu dem bekannten Standort und der gemessenen zweiten Entfernung von jedem der vier Satelliten zu dem unbekannten Standort; und (f) Hinzufügen des Korrekturvektors zu Koordinaten des bekannten Standortes; (g) Berechnen (360) des vermuteten Standortes des Satellitenempfängers auf der Basis der ausgewählten Testzeit; wobei das Verfahren des Weiteren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: (h) Berechnen (370) einer dritten Entfernung von dem vermuteten Standort zu einem fünften Satelliten; (i) Messen (380) einer vierten Entfernung von dem vermuteten Standort zu dem fünften Satelliten; (j) Vergleichen (390, 400) der dritten Entfernung mit der vierten Entfernung; (k) Bestätigen des vermuteten Standortes als den tatsächlichen momentanen Standort des Satellitenempfängers, wenn die dritte Entfernung im Wesentlichen gleich der vierten Entfernung ist; wobei andernfalls die folgenden Schritte ausgeführt werden: (l) Auswählen (410) einer neuen Testzeit; und (m) Wiederholen des Vorgangs, beginnend mit Schritt (b).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Berechnens eines Korrekturvektors den Schritt des Multiplizierens der Differenz zwischen der berechneten Entfernung von jedem der vier Satelliten zu dem bekannten Standort und der gemessenen Entfernung von jedem der vier Satelliten zu dem unbekannten Standort mit dem Inversen der Matrix aus Einheitsvektorkosinussen von dem bekannten Standort zu jedem der vier Satelliten umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Empfangens der Hilfsinformationen den Schritt des Empfangens der Hilfsinformationen über ein Mobiltelefonnetz (119) zu dem Satellitenempfänger, der einen Teil eines Mobiltelefons (140) bildet, umfasst.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die empfangenen Hilfsinformationen Folgendes umfassen: eine Liste von Satelliten, die in der Sicht des Empfängers liegen; Taktkorrekturinformationen; dreidimensionale Originalkoordinaten für jeden der aufgelisteten Satelliten; dreidimensionale Geschwindigkeiten und Flugbahnen jedes der aufgelisteten Satelliten; und dreidimensionale Koordinaten des bekannten Standortes.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Berechnens eines momentanen Standortes für jeden der wenigstens vier Satelliten folgende Schritte umfasst: Berechnen einer Zeitdifferenz zwischen der ausgewählten Testzeit und einer Zeit, als die dreidimensionalen Koordinaten für jeden der vier Satelliten bestimmt wurden; Multiplizieren der Zeitdifferenz mit den Geschwindigkeiten jedes der vier Satelliten zum Zweck des Bestimmens einer Distanz, die jeder der vier Satelliten während der Zeitdifferenz zurückgelegt hat; und Identifizieren des Standortes jedes der vier Satelliten anhand der zurückgelegten Distanz und der Flugbahn jedes der vier Satelliten.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die empfangenen Hilfsinformationen Folgendes umfassen: eine Liste von Satelliten, die in der Sicht des Empfängers liegen; Taktkorrekturinformationen; Ephemeridendaten für jeden der aufgelisteten Satelliten; und dreidimensionale Koordinaten des bekannten Standortes.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Berechnens momentaner Standorte der wenigstens vier Satelliten den Schritt des Extrapolierens der Informationen in den Ephemeridendaten zum Zweck des Berechnens der momentanen Standorte umfasst.
  8. Empfänger, umfassend Mittel zum Empfangen von Satellitenhilfsinformationen, die auf einem bekannten Standort (230) basieren, bei dem es sich nicht um einen momentanen unbekannten Standort (240) des Satellitenempfängers (150) handelt, von einer Quelle, die in der Lage ist, die Satellitenhilfsinformationen zu berechnen, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel zum Ausführen der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1–7 umfasst.
  9. Empfänger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger in einem Mobiltelefon (140) enthalten ist.
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