ES2311854T3 - Receptor de gps y prodedimiento y aparato relacionados. - Google Patents
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Abstract
Un receptor (10) GPS que comprende una antena GPS y un módulo de interfaz RF GPS que incluye un conversor analógico a digital para muestrear señales GPS recibidas y un procesador para emitir muestras de señal GPS desde el receptor GPS caracterizado por emitir el procesador las muestras de señal GPS junto con información auxiliar o bien directa o bien indirectamente que describe características de las muestras de señal GPS o las señales GPS contenidas en las mismas, y qué características se refieren al receptor GPS.
Description
Receptor de GPS y procedimiento y aparato
relacionados.
La presente invención se refiere a un receptor
GPS que comprende una antena GPS y un módulo de interfaz RF GPS que
incluye un conversor analógico a digital para muestrear señales GPS
recibidas; y un procesador para emitir las muestras de señal
GPS.
La presente invención se refiere además a un
procedimiento correspondiente para proporcionar una fijación de la
posición que comprende las etapas de recibir desde un receptor GPS
muestras de señal GPS y procesar las muestras de señal GPS para
determinar determine una fijación de la posición; y a un programa
informático, medio de almacenamiento legible por ordenador y aparato
para el mismo.
El artículo "Real-time
software radio architectures for GPS receivers" por Akos
et al. (GPS World, julio de 2001) da a conocer "software
GPS" en el que mucho procesamiento de señal GPS se lleva a cabo
por medio de un microprocesador programable o procesador de señal
digital en oposición a componentes cableados analógicos o discretos.
Como se ilustra en la figura 2 de ese artículo, se proporciona un
receptor GPS simplificado que está constituido por una antena GPS y
un módulo de interfaz RF GPS para preprocesamiento de señal GPS (que
incluye filtrado, amplificación y conversión descendente de
frecuencia) y conversión analógico a digital. Las muestras de señal
GPS emitidas desde el receptor GPS se suministran entonces a un
ordenador portátil o PC moderno que ejecuta software de
procesamiento de señal GPS apropiado para procesar las señales GPS
para determinar una fijación de la posición. Los autores de este
artículo han contemplado que el receptor GPS sea un módulo
"plug-in", es decir, un dispositivo de tipo
"mochila" ("mochila"), que debido a su sencilla
arquitectura podría fabricarse de manera económica, facilitando de
ese modo la adopción generalizada. Por supuesto, el software de
procesamiento de señal GPS que reside en el PC es económico de
replicar de manera inherente.
Con cualquier arquitectura de receptor GPS y
configuración de software de procesamiento de señal GPS específicos
que se adopten, por supuesto se esperaría que la salida del receptor
GPS fuese compatible con el software de procesamiento de señal GPS.
Dicho de otro modo, puesto que se conocen los atributos de la
interfaz entre el receptor GPS y el software de procesamiento de
señal GPS, uno o ambos se diseñarían teniendo el otro en cuenta. Por
ejemplo, el software de procesamiento de señal GPS podría haberse
configurado para manejar las muestras de señal GPS de formato, tasa
y resolución emitidos por el receptor GPS.
La patente estadounidense 6389359 da a conocer
un procedimiento para detectar automáticamente la conexión de un
receptor GPS autónomo (pudiéndose determinar su posición) a un
ordenador, permitiendo de ese modo interpretar mensajes emitidos
desde el receptor GPS.
La patente estadounidense 6018784 da a conocer
una disposición de software GPS en la que un receptor en una tarjeta
PCI se utiliza para convertir de manera descendente y muestrear
señales GPS antes de emitirlas a un PC para procesamiento de señal
de banda base.
La patente estadounidense 5861841 da a conocer
un receptor GPS autónomo en la forma de una tarjeta PCMCIA.
La patente estadounidense 5864751 da a conocer
un sistema para programar un receptor de radio que facilita la
transferencia de señales desde un ordenador para el ajuste externo
de parámetros de frecuencia de recepción y otras condiciones de
funcionamiento de un receptor de radio.
La patente estadounidense 6449485 da a conocer
un dispositivo de comunicaciones móviles que muestrea y marca la
hora de señales GPS recibidas para la retransmisión a una estación
base para su procesamiento posterior para calcular una posición del
dispositivo de comunicaciones móviles.
Según la presente invención, se proporciona un
receptor GPS del tipo mencionado anteriormente en el que el
procesador emite (especialmente a un dispositivo externo) las
muestras de señal GPS desde el receptor GPS caracterizado por el
procesador que emite las muestras de señal GPS junto con información
auxiliar que describe o bien directa o bien indirectamente
características de las muestras de señal GPS o las señales GPS
contenidas en las mismas, y características que se refieren al
receptor GPS.
También se proporciona según la presente
invención un procedimiento para proporcionar una fijación de la
posición que comprende las etapas de: recibir desde un receptor GPS
muestras de señal GPS junto con información auxiliar que describe
características de las muestras de señal GPS o las señales GPS
contenidas en las mismas y características que se refieren al
receptor GPS, y procesar las muestras de señal GPS utilizando la
información auxiliar para determinar una fijación de la posición; y
un programa informático, medio de almacenamiento legible por
ordenador y aparato para el mismo.
Los inventores se han dado cuenta de que los
futuros sistemas GPS de software pueden no tener necesariamente sus
receptores GPS (es decir, la antena GPS y la parte de módulo de
interfaz RF GPS) y su software de procesamiento de señal GPS
diseñados teniendo en cuenta al otro. La presente invención
proporciona un mecanismo mediante el que el software de
procesamiento de señal GPS que recibe la información auxiliar puede
establecer y entonces adaptarse a las características de una salida
de receptor GPS particular. Esto permite que un software de
procesamiento de señal GPS particular procese señales emitidas desde
una variedad de receptores GPS, y que pueden incluso haberse
diseñado y/o fabricado por diferentes empresas.
Ahora se describirá la presente invención, sólo
a modo de ejemplo, con referencia a la figura adjunta que muestra,
esquemáticamente, un PC portátil conectado a un receptor GPS, ambos
operando según la presente invención.
En referencia a la figura adjunta, el PC
portátil está conectado a través de un puerto PC USB y cable
correspondiente al receptor 10 GPS que consiste en un terminal Rx de
entrada RF GPS y una antena GPS. Aunque el receptor GPS podría haber
sido un dispositivo de tipo "mochila" omitiendo de ese modo el
cable, el cable facilita la colocación del receptor GPS (incluyendo
la antena) en una posición saliente, aumentando de ese modo las
oportunidades de adquirir señales GPS. Por ejemplo, se podría situar
el receptor GPS cerca de una ventana si se opera en interiores.
Cuando está operativo, el receptor GPS recibe
señales NAVSTAR SPS GPS a través de su antena y las preprocesa,
normalmente mediante filtrado paso banda pasivo para minimizar la
interferencia RF fuera de banda, preamplificación, conversión
descendente a una frecuencia intermedia (IF) y conversión analógico
a digital. Las muestras de señal GPS resultantes contienen la señal
IF que permanece modulada, conteniendo todavía toda la información
de los satélites disponibles.
Según la presente invención, las muestras de
señal GPS se emiten desde el receptor GPS a través del enlace USB
hacia la memoria del PC (no mostrada) con información auxiliar que
describe características de las muestras de señal GPS y/o las
señales GPS contenidas en las mismas.
Utilizando software de procesamiento de señal
GPS con base en el PC portátil y la información auxiliar, las
muestras de señal GPS se procesan entonces de modo que pueden
adquirirse señales GPS con el fin de derivar información
pseudoaleatoria a partir de la que puede determinarse la posición
del PC utilizando algoritmos de navegación convencionales. Tal
adquisición de señal GPS y procesamiento pseudoaleatorio se conocen
bien, por ejemplo, véase el documento GPS Principles and
Applications (Editor, Kaplan) ISBN
0-89006-793-7 Artech
House.
La información auxiliar puede incluir lo
siguiente:
- \sqbullet
- tipo y/o identidad del receptor GPS. Si el software de procesamiento de señal GPS puede acceder a una base de datos que mapea el tipo y/o identidad de un receptor GPS con características de muestras de señal GPS emitidas por ese receptor GPS particular y/o las señales GPS para cuya recepción se utiliza ese receptor GPS particular, entonces el tipo y/o la identidad del receptor GPS puede utilizarse indirectamente por tal software de procesamiento de señal GPS para procesar las muestras de señal GPS.
\vskip1.000000\baselineskip
- \sqbullet
- tipo y/o identidad de la señal GPS recibida. Un receptor GPS particular puede diseñarse para recibir diferentes señales GPS y/u operar en uno o una pluralidad de modos de funcionamiento como, por ejemplo, el seleccionado directamente por un usuario utilizando medios de entrada de usuario del receptor GPS.
- \sqbullet
- formato de la(s) señal(es) GPS recibida(s)
- \sqbullet
- frecuencia central de la(s) señal(es) GPS recibida(s)
- \sqbullet
- ancho de banda de la(s) señal(es) GPS recibida(s)
\vskip1.000000\baselineskip
- \sqbullet
- frecuencia portadora de la señal GPS emitida. La señal GPS recibida se convertirá de manera descendente normalmente a una frecuencia intermedia (IF) por el receptor GPS.
- \sqbullet
- ancho de banda de señal GPS emitida. Esto debería corresponder a filtrado realizado por el receptor GPS.
- \sqbullet
- formato de muestra de señal GPS emitida
- \sqbullet
- tasa de muestra de señal GPS emitida
- \sqbullet
- resolución de muestra de señal GPS emitida
- \sqbullet
- signo de imagen; es decir, si un aumento en la frecuencia de la señal GPS recibida da como resultado o bien un aumento o bien una disminución en la frecuencia portadora de la muestra de señal GPS emitida
- \sqbullet
- tipo de oscilador y/o parámetros de estabilidad del oscilador; por ejemplo, si el oscilador del receptor GPS tiene compensación de temperatura y si lo tiene, parámetros de precisión, y si no, parámetros de error.
- \sqbullet
- Tipo de antena; por ejemplo, que indica el patrón de haz efectivo.
\vskip1.000000\baselineskip
Cuando sea apropiado, la información auxiliar
también puede incluir información relativa a la precisión de
cualquiera de lo anterior.
Es probable que haya un requisito de al menos
alguna inicialización entre el PC portátil y el receptor GPS, por
ejemplo, disparado por el sistema operativo del ordenador portátil
que detecta la presencia del receptor GPS. Esto puede incluir un
intercambio de información auxiliar antes de realizar un flujo
continuo de muestras de señal GPS hacia el PC portátil para permitir
que el software GPS reciba correctamente los datos y para permitir
que el software de procesamiento de señal GPS seleccione una
configuración preferida.
Aunque la presente invención se ha ilustrado en
el contexto de un PC portátil, por supuesto puede aplicarse
igualmente a otros aparatos que pueden soportar software de
procesamiento de señal GPS y a los que puede conectarse un receptor
GPS según la presente invención. Por ejemplo, la invención puede
emplearse con dispositivos móviles tales como PDA y teléfono; u
objetos generalmente estacionarios tales como TV o módulos de
conexión (set-top box) de TV.
También, aunque la conexión entre el receptor
GPS y el software de procesamiento de señal GPS está completamente
cableada en el ejemplo anterior, podría implicar de manera
concebible un enlace inalámbrico.
Además, el receptor GPS mostrado en la figura
adjunta puede dotarse de medios de entrada de usuario con los que un
usuario puede seleccionar directamente uno de una pluralidad de
modos de funcionamiento. Por ejemplo, el usuario puede cambiar algo
relativo a la señal GPS recibida por el receptor GPS tal como en qué
frecuencia central el receptor GPS está esperando recibir señales
GPS si hubiera más de una frecuencia posible para señales objetivo.
En un ejemplo alternativo, el usuario puede cambiar algo relativo a
las muestras GPS emitidas por el receptor GPS tal como a qué tasa o
resolución de muestra se emiten las muestras de señal GPS.
Como se expuso anteriormente, la información
relativa al oscilador del receptor GPS puede emitirse por el
receptor GPS para ayudar al software de procesamiento de señal GPS
con base en el PC portátil. Los osciladores tienen generalmente un
intervalo de frecuencia de funcionamiento establecido
correspondiente a tolerancias de fabricación, pero es probable que
la frecuencia de funcionamiento real que cae dentro de este
intervalo sea muy estable. Si un oscilador de este tipo en el
receptor GPS se calibra individualmente, esta información de
calibración o un derivado de la misma (por ejemplo, el cambio
posterior en la frecuencia de salida de muestra de señal GPS) puede
proporcionarse al software de procesamiento de señal GPS. El
software de procesamiento de señal GPS puede realizar realmente la
propia calibración analizando la medición de los receptores GPS de
la frecuencia de señales GPS recibidas. Una vez que se ha
determinado una fijación de la posición, la frecuencia de las
señales GPS recibidas puede determinarse con autoridad y por tanto
cuantificarse el error en la medición de los receptores GPS. Este
error puede cargarse entonces al receptor GPS y almacenarse en
digamos, una memoria flash, de modo que posteriormente, el receptor
GPS puede emitir esta información de calibración para ayudar al
software de procesamiento de señal GPS a realizar una fijación de la
posición.
Finalmente, aunque la invención se ha descrito
en el contexto de NAVSTAR GPS, el sistema de navegación basado en
espacio, para todo tiempo meteorológico desarrollado y operado
actualmente por el Departamento de Defensa estadounidense, se
apreciará que la invención puede aplicarse igualmente a otros
sistemas de posicionamiento global incluyendo GLONASS y Galileo e
híbridos de los mismos.
Claims (19)
1. Un receptor (10) GPS que comprende una antena
GPS y un módulo de interfaz RF GPS que incluye un conversor
analógico a digital para muestrear señales GPS recibidas y un
procesador para emitir muestras de señal GPS desde el receptor GPS
caracterizado por emitir el procesador las muestras de señal
GPS junto con información auxiliar o bien directa o bien
indirectamente que describe características de las muestras de señal
GPS o las señales GPS contenidas en las mismas, y qué
características se refieren al receptor GPS.
2. Un receptor (10) GPS según la reivindicación
1, en el que las muestras de señal GPS y la información auxiliar se
emiten a un dispositivo externo.
3. Un receptor (10) GPS según la reivindicación
1, en el que la información auxiliar incluye información relativa al
tipo o la identidad del receptor GPS.
4. Un receptor (10) GPS según la reivindicación
1, en el que la información auxiliar incluye información relativa a
la señal GPS recibida por el receptor GPS.
5. Un receptor (10) GPS según la reivindicación
4, en el que la información auxiliar incluye o bien el tipo o bien
la identidad de la señal GPS recibida, o el formato, frecuencia
central o ancho de banda de la(s) señal(es) GPS
recibida(s).
6. Un receptor (10) GPS según la reivindicación
1, en el que la información auxiliar incluye información relativa a
las muestras GPS emitidas por el receptor GPS.
7. Un receptor (10) GPS según la reivindicación
6, en el que la información auxiliar incluye la frecuencia portadora
o el ancho de banda de la señal GPS emitida, el formato, tasa o
resolución de muestra de señal GPS, el signo de imagen, el tipo de
oscilador o los parámetros de estabilidad del oscilador, o el tipo
de antena.
8. Un receptor (10) GPS según la reivindicación
1, que comprende además medios de entrada de usuario con los que el
usuario puede seleccionar directamente uno de una pluralidad de
modos de funcionamiento del receptor
GPS.
GPS.
9. Un procedimiento para proporcionar una
fijación de la posición que comprende las etapas de:
- \sqbullet
- recibir desde un receptor (10) GPS muestras de señal GPS junto con información auxiliar que describe características de las muestras de señal GPS o las señales GPS contenidas en las mismas, y qué características se refieren al receptor GPS; y
- \sqbullet
- procesar las muestras de señal GPS utilizando la información auxiliar para determinar una fijación de la posición.
10. Un procedimiento según la reivindicación 9,
en el que la señal GPS es una señal de espectro ensanchado; y en el
que la información auxiliar se utiliza para ayudar a desensanchar la
señal GPS de espectro ensanchado.
11. Un procedimiento según la reivindicación 9,
en el que las muestras de señal GPS y la información auxiliar se
reciben desde un dispositivo externo.
12. Un procedimiento según la reivindicación 9,
en el que la información auxiliar incluye información relativa al
tipo o la identidad del receptor (10) GPS.
13. Un procedimiento según la reivindicación 9,
en el que la información auxiliar incluye información relativa a la
señal GPS recibida por el receptor (10) GPS.
14. Un procedimiento según la reivindicación 13,
en el que la información auxiliar incluye o bien el tipo o bien la
identidad de la señal GPS recibida, o el formato, frecuencia central
o ancho de banda de la(s) señal(es) GPS recibi-
da(s).
da(s).
15. Un procedimiento según la reivindicación 9,
en el que la información auxiliar incluye información relativa a las
muestras GPS emitidas por el receptor (10) GPS.
16. Un procedimiento según la reivindicación 15,
en el que la información auxiliar incluye la frecuencia portadora o
el ancho de banda de la señal GPS emitida, el formato, tasa o
resolución de muestra de señal GPS, el signo de imagen, el tipo de
oscilador o parámetros de estabilidad del oscilador, o el tipo de
antena.
17. Un medio de almacenamiento legible por
ordenador que tiene grabado en el mismo datos que contienen
instrucciones para realizar un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 16.
18. Aparato configurado para realizar un
procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 16.
19. Aparato según la reivindicación 18,
configurado para conectar a un receptor (10) GPS del tipo
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
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