ES2352994T3 - Receptor gps y método para procesamiento de señales gps. - Google Patents

Abstract

Un método para utilizar un receptor GPS teniendo un sistema de comunicación, comprendiendo dicho método: activar dicho receptor GPS en un primer modo de operación (como un receptor GPS convencional 12) el cual comprende: recibir las señales GPS de satélites en vista; desmodular dichas señales GPS para extraer la información del satélite con respecto a los satélites en vista y computar la información de seudo distancia para dichos satélites en vista; activar dicho receptor GPS en un segundo modo de operación (como un receptor GPS de toma instantánea 14) el cual comprende: recibir las señales GPS de los satélites en vista; procesar dichas señales GPS para determinar las seudo distancias a los satélites en vista, donde las seudo distancias a los satélites en vista determinadas durante el segundo modo y el primer modo son utilizadas para calcular una posición de dicho receptor GPS; recibir a través de dicho sistema de comunicación una señal; caracterizado además por computar un rumbo del oscilador local por el bloqueo de frecuencia en la señal para compensar un oscilador local del receptor GPS, donde el oscilador local es utilizado para adquirir señales GPS adicionales.

Description

CAMPO DE LA INVENCIÓN

5 La presente invención se refiere a los receptores capaces de determinar las seudo-distancias de satélites orbitales, y, en particular, se refiere a tales receptores como encontrar la aplicación en sistemas de posicionamiento global de satélite (GPS).

ANTECEDENTES Los receptores GPS normalmente determinan su posición computando los tiempos relativos

10 de llegada de las señales transmitidas simultáneamente desde un conjunto de satélites GPS (o NAVSTAR). Estos satélites transmiten, como parte de su mensaje, ambos datos de posicionamiento de satélite así como los datos de sincronización del reloj, denominados datos “efemérides”. El proceso de búsqueda y adquisición de señales GPS, la lectura de los datos de efemérides para un conjunto de satélites y computación de la ubicación del receptor de estos datos toma mucho tiempo, requiriendo a

15 menudo muchos minutos. En muchos casos, este tiempo de procesamiento prolongado es inaceptable y, además, en gran medida limita la vida de la batería en aplicaciones micro miniaturizadas portátiles. Otra limitación de los actuales receptores GPS es que su operación está limitada a situaciones en las cuales varios satélites están claramente en vista, sin obstrucciones, y donde una antena de buena calidad es posicionada adecuadamente para recibir tales señales. Como tal, normalmente no son

20 utilizados en portátiles, aplicaciones montadas en cuerpo; en áreas donde hay abudancia suficiente de bloque de edificios (por ejemplo cañones urbanos); y en aplicaciones en la construcción. Hay dos funciones principales de sistemas de recepción GPS: (1) la computación de las seudo distancias a varios satélites GPS, y (2) la computación de la posición de la plataforma de recepción utilizando estas seudo distancias y tiempos de satélites y datos de efemérides. Las seudo distancias son

25 simplemente retrasos de tiempo medidos entre la señal recibida desde cada satélite y un reloj local. Las efemérides de satélites y datos de sincronización son extraídos desde la señal GPS una vez que es adquirida y seguida. Como se ha dicho anteriormente, recolectando esta información normalmente toma un tiempo relativamente largo (30 segundos a varios minutos) y debe ser cumplida con un buen nivel de recepción de señal o con el fin de lograr bajas ratas de error.

30 Virtualmente todos los receptores GPS utilizan métodos de correlación para computar las seudo distancias. Las señales GPS contienen señales altamente repetitivas llamadas secuencias seudo aleatorias (PN). Los códigos disponibles para aplicaciones civiles son llamados códigos C/A y tienen una rata de fase inversa binaria, o rata “astillada”, de 1.023 MHz y un período de repetición de 1023 chips para un período de código de 1 msec. Las secuencias de código pertenecen a una familia

35 conocida como códigos Dorados. Cada satélite GPS difunde una señal con un único código Dorado. Para una señal recibida desde un satélite GPS dado, siguiendo un proceso por conversión a una banda base, un receptor de correlación multiplica la señal recibida por una réplica almacenada para el código Dorado apropiado contenido en su memoria local, y luego integra, o filtra de paso bajo, el producto con el fin de obtener una indicación de la presencia de la señal. El proceso es denominado

40 una operación de “correlación”. Secuencialmente ajustando el tiempo relativo de su réplica almacenada relativa a la señal recibida, y observando la correlación de salida, el receptor puede determinar el retraso de tiempo entre la señal recibida y el reloj local. La determinación inicial de la presencia de tal salida es llamada “adquisición”. Una vez que ocurre la adquisición, el proceso entra en una fase de “seguimiento” en la cual el tiempo de la referencia local es ajustado en pequeñas

2 cantidades con el fin de mantener una alta correlación de salida. La correlación de salida durante la fase de seguimiento puede ser vista como la señal GPS con el código de seudo distancia removido, o, en terminología común, “propagación”. Esta señal es de banda angosta, con una banda ancha proporcional con una señal de datos de cambio encriptado de fase binaria de 50 bit por segundo la cual 5 es súper impuesta en la forma de onda de GPS. El proceso de adquisición de la correlación es muy lento, especialmente si las señales recibidas son débiles. Para mejorar el tiempo de adquisición, la mayoría de receptores GPS utilizan un conjunto de correlatores (hasta 12 típicamente) los cuales permiten una búsqueda paralela para picos de correlación. 10 Algunos de los anteriores receptores GPS tienen que utilizar técnicas FFT para determinar la frecuencia Doppler en la señal GPS recibida. Estos receptores utilizan operaciones de correlación convencional para propagar la señal GPS y proveer una señal de banda angosta con una banda ancha típicamente en un rango de 10 kHz a 30 kHz. La señal resultante de banda angosta es entonces analizada Fourier utilizando algoritmos FFT para determinar la frecuencia portadora. La 15 determinación de tal portadora simultáneamente proporciona una indicación de que la referencia PN local es ajustada en la fase correcta de la señal recibida y proporciona una medida exacta de la frecuencia portadora. Esta frecuencia puede entonces ser utilizada en la operación de seguimiento de los receptores. La patente de los estados Unidos No. 5,420,592 a Johnson divulga el uso de algoritmos FFT 20 para computar las seudo distancias en una ubicación de procesamiento central en lugar de una unidad móvil. De acuerdo a ese método, una toma instantánea de datos es recolectada por un receptor GPS y luego transmitida sobre un enlace de datos a un receptor remoto donde se somete al procesamiento FFT. Sin embargo, el método divulgado en él computa solo una Transformada de Fourier Rápida sencilla hacia adelante e inversa (correspondiente a cuatro períodos PN) para llevar a cabo el ajuste de 25 las correlaciones. RESUMEN De acuerdo a la presente invención se provee un método para utilizar un receptor GPS que tiene un sistema de comunicación de acuerdo a la reivindicación 1. recibir las segundas señales GPS de satélites en vista; 30 procesar dichas segundas señales GPS, para determinar las seudo distancias en satélites en vista; recibir a través de dicho sistema de comunicación una señal; bloquear dicha señal para generar un oscilador local GPS. De acuerdo también con la presente invención se provee un receptor de modo dual que 35 comprende de acuerdo a la reivindicación 9. Además de acuerdo a la presente invención se provee una máquina de lectura de medios que contiene instrucciones de programa de computador ejecutable de acuerdo a la reivindicación 17. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La presente invención se ilustra a manera de ejemplo y no de limitación con las figuras de los 40 dibujos acompañantes en los cuales las referencias indican elementos similares y en los cuales:

Las Figuras 1A – 1D son diagramas de bloque de la mayoría de componentes de un sistema de recepción GPS remoto utilizando el aparato y los métodos de la presente invención;

3 La Figura 2 es un diagrama de bloque de una realización de ejemplo del modo dual del sistema de recepción GPS correspondiente a la Figura 1C y utilizando el aparato y los métodos de la presente invención; Las figuras 3A y 3B proveen dos alternativas para las porciones RF e IF del modo 5 dual del receptor GPS que se ilustra en la Figura 2; La Figura 4 muestra un diagrama de flujo de la mayoría de operaciones de software llevadas a cabo por un procesador DSP programable como se ilustra en la Figura 2 de acuerdo con la presente invención; y Las figura 5A – 5E ilustran el procesamiento de las formas de onda de la señal en 10 varias etapas de procesamiento en el modo dual del receptor GPS de acuerdo a la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA Esta invención se refiere al aparato y los métodos para computar la posición de un receptor de sistema de posicionamiento global (GPS) móvil, o remoto con niveles muy bajos de señal 15 recibidos. Como se ilustra en las Figuras 1A – 1D, un receptor GPS 10 tiene un primer circuito para recibir y procesar las secuencias seudo aleatorias transmitidas por un número de satélites GPS. El primer circuito es configurado para llevar a cabo operaciones de correlación convencionales en las secuencias seudo aleatorias recibidas para determinar las seudo distancias desde el receptor GPS a los satélites GPS. De acuerdo a esto, el primer circuito se refiere adjunto como un receptor GPS 20 convencional 12. El receptor GPS 10 también incluye un segundo circuito acoplado al receptor GPS convencional 12. El segundo circuito es configurado para recibir y procesar las secuencias seudo aleatorias durante las condiciones de bloqueo. Las condiciones de bloqueo son aquellas condiciones donde el receptor GPS convencional 12 puede tener la dificultar de adquirir y/o seguir las señales GPS desde los satélites GPS, tal como en ocasiones donde las señales GPS tienen un radio de señal a ruido 25 muy bajo, condiciones de cañón urbano donde las señales GPS son bloqueadas debido a edificios altos, túneles u otros obstáculos, condiciones donde el receptor GPS 10 es operado bajo cobertura de árboles o abundancia, en creación de aplicaciones donde el receptor GPS 10 es operado en interiores, y otras condiciones de bloqueo como se apreciará por aquellos con habilidades en la técnica. El segundo circuito se refiere adjunto como una toma instantánea del receptor GPS 14 el cual 30 procesa las secuencias seudo aleatorias digitalizando y almacenando los datos GPS compuestos por una longitud de grabación predeterminada de secuencias seudo aleatorias recibidas. Una vez que los datos GPS han sido almacenados, la toma instantánea del receptor 14 lleva a cabo operaciones de circunvolución rápida en los datos almacenados para determinar las seudo distancias. La manera en la cual estas computaciones son llevadas a cabo es discutida en detalle a continuación. 35 Como se ilustra en las Figuras 1A – 1D, el receptor GPS 10 incluye dos patrones de señal, correspondiente al receptor GPS convencional 12 y a la toma instantánea del receptor GPS 14. Varias realizaciones pueden incluir circuitos comunes dentro de estos patrones de señal recibiendo señales desde satélites en vista, por la conversión de la frecuencia RF de las señales GPS recibidas a una frecuencia intermedia (IF) y/o digitalizando las señales GPS recibidas. Por ejemplo, todas las 40 realizaciones que se ilustran en las Figuras 1A – 1D incluyen una antena común 16 para recibir señales GPS. Sin embargo, antenas separadas para el receptor convencional GPS 12 y la toma instantánea del receptor GPS 14 pueden ser usadas. La realización que se ilustra en la Figura 1B provee un interruptor 18 de antena común para elegir entre los dos patrones de señal. Durante las condiciones de recepción de no bloqueo, un interruptor 18 permitirá a las señales GPS recibidas pasar

4 de la antena 16 a un receptor GPS 12 convencional. Luego, durante las condiciones de bloqueo, el interruptor 18 será configurado para permitir a las señales GPS pasar de la antena 16 a la toma instantánea del receptor GPS 14. Como se muestra en la Figura 1A, sin embargo, el interruptor 18 puede ser omitido y las señales de la antena 16 pueden ser provistas simultáneamente a ambos 5 receptores GPS convencional 12 y de toma instantánea GPS 14. Para tal realización, un receptor de GPS convencional 12 y una toma instantánea de receptor de GPS 14 se comunicarán el uno con el otro (por ejemplo, a través del uso de un procesador común o por el paso del control de información entre procesadores separados) para determinar cuál componente proveerá la computación de la seudo distancia. 10 Una realización alternativa, que se muestra en la Figura 1C, provee un sub conversor RF a IF común 20 para ambos patrones de señal. Esta realización permite una complejidad reducida en el receptor GPS 12 convencional y un receptor de toma instantánea 14. El uso del circuito compartido de este tipo también logra un ahorro de espacio para todo el receptor GPS 10. Se apreciará que aunque la realización de la Figura 1C incluye un interruptor 18, el convocador RF a IF compartido 20 puede 15 también ser usado en la realización que se ilustra en la Figura 1A. Aún otra realización del receptor GPS 10 se ilustra en la Figura 1D. En esta realización, el circuito compartido incluye un convertidor RF a IF 20 y un digitalizador 22. Se apreciará que por esta realización, el receptor GPS 12 convencional está configurado como un receptor digital, esto es, un receptor el cual computa las seudo distancias utilizando una lógica digital en la forma de correlatores 20 de hardware o un procesador de señal programable ejecutando las instrucciones apropiadas. Ambos tipos de receptores GPS convencionales son conocidos en la técnica del GPS. Un nuevo examen de la discusión detallada de las funciones de procesamiento de señal llevadas a cabo por el receptor de toma instantánea GPS 14 a continuación demostrará como tal realización puede ser implementada de acuerdo con la presente invención. 25 La realización de la Figura 1D puede tener un receptor GPS convencional 12 y un receptor de toma instantánea GPS 14 como unidades funcionales separadas (por ejemplo, circuitos integrados separados) configurados para comunicarse el uno con el otro. Alternativamente, estas dos unidades pueden formarse en un solo circuito integrado 30 con un circuito compartido configurado para llevar a cabo el procesamiento de señal GPS apropiado para las condiciones de recepción. Esto es, para 30 condiciones de no bloqueo, el circuito puede ser configurado para llevar a cabo procesamiento de señal GPS convencional como se describe anteriormente. Luego, cuando son encontradas condiciones de bloqueo, el circuito podría ser configurado para llevar a cabo un procesamiento de toma instantánea de señal GPS como será descrito en detalle a continuación. Aquellos con habilidades en la técnica apreciarán que estas funciones podrían ser cumplidas con un procesador de señal digital programable 35 e instrucciones de lectura de computador apropiadas provistas en, por ejemplo, una memoria programable de solo lectura (PROM) o con un circuito de hardware especialmente diseñado. En cualquier caso, el subconversor RF a IF 20 y el digitalizador 22 pueden ser incluidos en un solo circuito integrado 30. Sin embargo, debido a que tales componentes están comercialmente disponibles de forma separada hoy en día, una realización actualmente preferida de la implementación de la 40 Figura 1D utiliza un subconversor RF a IF 20 independiente y un digitalizador 22 como se ilustra. Aquellos con habilidades en la técnica apreciarán que las Figuras 1A – 1D simplemente ilustran cuatro de varias realizaciones potenciales de la presente invención. Las variaciones de estas realizaciones son posibles donde varios circuitos o funciones están compartidos entre el receptor GPS convencional 12 y el receptor de toma instantánea de GPS 14. Estas variaciones están dentro del

5 espíritu y el alcance de la presente invención. Por conveniencia, la realización de la Figura 1C será elegida para una descripción adicional detallada a continuación debido a que esta ilustra una realización con un nivel intermedio de circuito compartido el cual puede estar comercialmente disponible. Debe además notarse que las seudo distancias pueden ser utilizadas para computar la 5 posición geográfica del receptor GPS 10 de varias maneras diferentes. Tres ejemplos son: Método 1: Retransmitiendo los Mensajes de Datos de Satélite al receptor GPS 10 desde una estación base 50, el receptor GPS 10 puede combinar esta información con las medidas de seudo distancia para computar su posición. Véase, por ejemplo, la Patente de los Estados Unidos No. 5,365,450. 10 Método 2: El receptor GPS 10 puede reunir los datos de efemérides del satélite desde las señales de recepción de GPS de una manera normal que es comúnmente practicada en la técnica utilizando un receptor GPS 12 convencional. Estos datos, los cuales típicamente son válidos por una o dos horas, pueden ser combinados con las medidas de seudo distancia para el receptor GPS 15 convencional 12 o durante condiciones de bloqueo, desde el receptor de toma instantánea de GPS 14 para completar el cálculo de la posición. Método 3: Un receptor GPS 10 puede transmitir sobre un enlace de comunicaciones 52 las seudo distancias computadas por un receptor GPS convencional 12 o un receptor de toma instantánea de GPS 14 a una estación base 50 la cual 20 puede combinar esta información con los datos de efemérides del satélite para completar el cálculo de la posición. Véase, por ejemplo, la Patente de los Estados Unidos No. 5,225,842. El método 2 proporciona la ventaja de permitir al receptor GPS 10 operar de una forma autónoma. Esto es, que no son requeridas comunicaciones externas. En los métodos 1 y 3, la estación 25 base 50 requiere información con respecto a los satélites en vista del receptor GPS 10. Esto puede ser cumplido conociendo aproximadamente el área en la cual el receptor GPS 10 está operando o asegurándose que la estación base 50 y el receptor GPS 10 tienen una vista en común de todos los satélites de interés y son posicionados lo suficientemente cerca el uno del otro para resolver ambigüedades de tiempo asociadas con la rata de repetición de los códigos seudo aleatorios de GPS. 30 Esta última condición puede ser reunida por un rango entre la estación base 50 y el receptor GPS 10 de ½ veces la velocidad de la luz veces el período de repetición PN (1 milisegundo), o aproximadamente 150 km. Con referencia ahora a la Figura 2, se muestra una realización del receptor GPS 10 (que corresponde a la realización que se ilustra en la Figura 1C). Aunque la discusión que queda será 35 dirigida primariamente a la realización que se ilustra en la Figura 2, será aparente para aquellos con habilidades en la técnica que el aparato y el método incluyendo las funciones de procesamiento de señal a ser descritas, pueden ser utilizas en cualquiera de las realizaciones que se ilustran en las Figuras 1A – 1D. Para tales realizaciones, tal como la realizaciones de la Figura 1D, donde diferentes circuitos son compartidos entre el receptor GPS convencional 12 y el receptor de toma instantánea de 40 GPS 14, serían provistos patrones de señal apropiados. Al encendido e inicialización, el interruptor 18 está configurado para proveer un patrón de señal desde el subconversor RF a IF 20 al receptor GPS convencional 12. El receptor GPS convencional 12 comienza en computar las seudo distancias utilizando operaciones de correlación convencional como se describe anteriormente. El receptor GPS convencional 12 también recibe,

decodifica y almacena los datos de efemérides de satélite recibidas desde los satélites GPS en vista.

Además, el receptor GPS convencional 80 almacena información Doppler asociada con cada uno de

los satélites GPS en vista. Esta información Doppler será típicamente de la forma de información de

frecuencia y puede ser digitalizada y almacenada en la RAM 32 bajo el control del microprocesador

5 34. La información Doppler será utilizada por el receptor GPS 10 cuando sean encontradas condiciones de bloqueo como se describe a continuación. Cuando esté disponible, el receptor GPS convencional 12 puede utilizar información de corrección diferencial GPS (DGPS) transmitida desde la estación base 50 para asistir en la determinación de la posición del receptor GPS 10. La posición así determinada se puede mostrar en la pantalla 36 como información de latitud y longitud, una

10 visualización de mapa resaltado u otra indicación de posición. Alternativamente, para una realización la cual utiliza la aproximación del Método 3 como se describe anteriormente, la información de seudo distancia computada por un receptor GPS 12 puede ser transmitida a la estación base 50 por medio del módem 38 y la antena de comunicación 40 para la determinación de la posición final. En tal realización, la información de seudo distancia sería

15 transmitida sobre un enlace de comunicación 42 desde el receptor GPS 10 a la estación base 50. La estación base 50 sería configurada con su propio receptor GPS, de tal modo proporcionando medios para obtener la información de efemérides de satélite. Un procesador localizado en la estación base 50 sería provisto con información con respecto a la posición aproximada del receptor GPS 10 (de forma que la información de satélite apropiada podría ser seleccionada) y podría combinar la información de

20 efemérides con las seudo distancias recibidas para computar la posición del receptor GPS 10. Esta información de posición computada puede entonces ser transmitida de nuevo al receptor GPS 10 por medio del enlace de comunicación 42 donde éste sería mostrado en la pantalla 36.

Bajo cualquier método, el receptor GPS 10 mostraría los resultados de la computación de posición a la recepción de un comando fijo, por ejemplo, un comando para determinar la ubicación 25 geográfica del receptor GPS 10. El comando fijo puede ser provisto por medio de un usuario utilizando los controles de un panel frontal 44 (o desde la estación base 50 cuando el módem opcional 58 y la antena de comunicación asociada son usados). A la recepción del comando fijo, el microprocesador 34 sondea al receptor GPS convencional 12 por un reporte de posición y el receptor GPS convencional 12 demodula las señales GPS recibidas y produce la información de la seudo

30 distancia en un modo convencional como se describe anteriormente. Bajo condiciones de operación normales, por ejemplo, cuando la antena 16 tiene una vista clara del cielo, el receptor GPS convencional 12 es capaz de adquirir exactamente y seguir un número suficiente de satélites GPS para producir la seudo distancia y/o la información de posición para el receptor GPS 10. Sin embargo, tales condiciones puede deteriorarse rápidamente cuando, por ejemplo,

35 el receptor GPS 10 es movido en un cañón urbano o de otro tipo, dentro de una edificación, bajo un árbol u otro abundancia, o dentro de algún área la cual resulta en al menos un bloqueo parcial del cielo. Bajo estas condiciones, es probable que el receptor GPS convencional 12 sea incapaz de seguir un número suficiente de satélites para producir una seudo distancia confiable y/o la información de posición. Las condiciones de bloqueo resultarán en una señal reducida a un radio de ruido para las

40 señales GPS recibidas por un receptor GPS convencional 12 y estas señales reducidas a niveles de ruido pueden ser usadas como un gatillo para el receptor GPS 10 para cambiar a un modo de “toma instantánea”.

Sobre la detección de la señal reducida a niveles de ruido de las señales GPS recibidas, o bajo un comando de usuario ingresado a través de los controles del panel frontal 44, el receptor GPS

7 convencional 12 señala al microprocesador 34 que está encontrando una condición de bloqueo. A la recepción de tal señal, el microprocesador 34 configura el receptor GPS 10 para operar en el modo de toma instantánea. Cuando el receptor GPS 10 ingresa el modo de toma instantánea, el microprocesador 34 activa el interruptor 18 de forma que provee un patrón de señal al circuito el cual 5 constituye el receptor de toma instantánea GPS 14. Este circuito incluye un convocador análogo a digital (A/D) 46, una memoria de toma instantánea digital 48, un procesador de señal digital de propósito general programable (DSP) 52, un programa EPROM 54, un campo de matriz de puertas programable (FPGA) 56, un sintetizador de frecuencia 58 (el cual es también utilizado en conjunto con el receptor GPS convencional 12 para proveer un oscilador local para el subconversor RF a IF 10 20), un circuito de control de batería y energía 60 y un microprocesador 34 (el cual puede también controlar las operaciones del receptor GPS convencional 12). Mientras que en el modo de toma instantánea, cuando el receptor GPS 10 recibe un comando fijo, el microprocesador 34 activa el convertidor A/d 46 y la memoria digital de toma instantánea 48 por medio del control de circuito de batería y energía 60. Esto ocasiona el señalamiento desde los 15 satélites GPS, los cuales son recibidos por medio de la antena 16 y subconvertidos a una frecuencia IF en un subconversor RF a IF 20, para someterse a la digitalización. Esto es, las señales IF se muestrean por el convocador A/D 46 en una frecuencia igual al reloj de muestra generado por el sintetizador de frecuencia 58 y los datos resultantes son almacenados en la memoria de toma instantánea 48. Un conjunto contiguo de tales datos, típicamente corresponde a una duración de 100 milisegundos a 1 20 segundo (o incluso más tiempo). El direccionamiento de la memoria de toma instantánea digital 48 es controlado por el FPGA 56. Teniendo en cuenta que todo este tiempo (mientras la memoria instantánea 48 se llena con las señales digitalizadas GPS desde los satélites en vista) el DSP 52 puede estar en un estado de baja energía. El convertidor A/D 46 sólo necesita ser encendido por un corto período de tiempo, suficiente 25 para recolectar y almacenar los datos requeridos para los cálculos de seudo distancia. Después que la recolección de datos está completa, estos circuitos convertidores pueden ser apagados, contribuyendo así a la disipación de energía adicional durante los cálculos actuales de seudo distancia. Los cálculos de seudo distancia son entonces llevados a cabo utilizando, en una realización, un propósito general, un circuito integrado de procesamiento de señal digital programable (DSP 52), como es ejemplificado 30 por el circuito integrado TMS320C30 de Texas Instruments. El DSP 52 es ubicado en un estado de energía activo por el microprocesador 34 por medio del circuito de control de batería y energía 60 antes de llevar a cabo tales cálculos. Este DSP 52 difiere de otros utilizados en algunas unidades GPS en que es el propósito general y programable, en comparación con los circuitos integrados de procesamiento de señal digital 35 especializado personalizado. Además, el DSP 52 hace posible el uso de algoritmos de circunvolución rápida, los cuales permiten una computación muy rápida de las seudo distancias llevando a cabo rápidamente un largo número de operaciones de circunvolución entre la referencia generada localmente y las señales GPS recibidas. Típicamente, 2046 de tales operaciones son requeridas para completar la búsqueda de las épocas de cada señal GPS recibida. Los algoritmos de circunvolución 40 rápida permiten una búsqueda simultánea y paralela de todas las posiciones, así acelerando el proceso de computación requerido por un factor de 10 a 100 sobre aproximaciones convencionales. Una vez que el DSP 52 ha computado las seudo distancias (en el modo descrito en detalle a continuación), esta información puede ser utilizada para computar la posición del receptor GPS 10 utilizando los datos de efemérides del satélite previamente almacenadas por un receptor de GPS

8 convencional 12. La manera en la cual tales computaciones de posición son llevadas a cabo son bien conocidos en la técnica y la información de la posición resultante puede ser mostrada en la pantalla 36 como información de latitud y longitud (y altitud), como una posición resaltada en el mapa o en otro modo útil. Las computaciones de posición pueden ser llevadas a cabo por un microprocesador 34 5 ejecutando los comandos de programa almacenados en el EEPROM 62 o por el DSP 52 ejecutando comandos almacenados en el Programa EPROM 54. Las computaciones de posición pueden ser hechas más exactamente utilizando las correcciones DGPS recibidas desde la estación base 50 u otra fuente de información DGPS (por ejemplo, las difusiones de sub portadora FM). Alternativamente, para una realización del tipo del Método 3, una vez que el DSP 52 10 completa su computación de seudo distancias para cada uno de los satélites en vista, este puede transmitir esta información a la estación base 50 a través del enlace de comunicación 42 por medio del módem 38 y bajo el control del microprocesador 34. En este momento el microprocesador 34 puede ocasionar que el DSP 52 nuevamente ingrese en un estado de energía baja enviando una señal de control apropiada al control de circuito de batería y energía. En adición a los datos de seudo distancia, 15 una etiqueta de tiempo puede ser simultáneamente transmitida a la estación base 50. La etiqueta de tiempo indica el tiempo transcurrido desde la recolección inicial de datos en la memoria de toma instantánea digital 48 al tiempo de transmisión de los datos sobre el enlace de comunicación 52. Esta etiqueta de tiempo proporciona la capacidad de la estación base 50 para completar el cálculo de posición debido a que este permite la computación de las respectivas posiciones de los satélites GPS 20 en el momento de la recolección de datos. El módem 38, en una realización, utiliza una antena de comunicación separada 40 para transmitir y recibir mensaje sobre un enlace de comunicación 42. Se apreciará que el módem 38 incluye un receptor de comunicaciones y un transmisor de comunicaciones los cuales están acoplados alternativamente a la antena 43 si se requiere. De forma similar, la estación base 50 puede utilizar una 25 antena separada 64 para transmitir y recibir mensajes del enlace de comunicación, permitiendo así la recepción continua de las señales GPS por medio de la antena GPS 66 en la estación base 50. Como se indica anteriormente, la memoria de toma instantánea digital 48 captura un registro de longitud de datos correspondiente a un período de tiempo relativamente largo. El procesamiento eficiente de este gran bloque de datos utilizando métodos de circunvolución rápida contribuye a la 30 habilidad de la presente invención de procesar señales en bajo niveles de recepción (por ejemplo cuando la recepción es pobre debido al bloqueo parcial de edificaciones, árboles, etc.). Todas las seudo distancias para los satélites GPS visibles son computadas utilizando estos mismos reguladores de datos. Esto proporciona un rendimiento mejorado relativo al seguimiento continuo (por ejemplo convencional) de receptores GPS en situaciones (tales como condiciones de bloqueo urbanas) en las 35 cuales la amplitud de señal es cambiada rápidamente. Cuando un enlace de comunicación 42 es utilizado, el receptor GPR 10 puede emplear una curva de control de frecuencia automático (AFC) para bloquear esta portadora y de tal modo además calibrar su propio oscilador de referencia. Un mensaje de tiempo de transmisión de 10 msec, con una señal a ruido de radio de 20 dB recibida, normalmente permitirá una medida de frecuencia por medio 40 de un AFC a una exactitud de 10 Hz o superior. Esto será típicamente más que adecuado para los requerimientos de la presente invención. En una realización, el enlace de comunicación 42 puede estar disponible comercialmente en un medio de comunicaciones de frecuencia de radio de banda ancha reducida, tal como un sistema de buscapersonas de dos vías. Este sistema puede ser usado en realizaciones donde la cantidad de datos a

9 ser transmitidos entre la estación base 50 y el receptor GPS 10 es relativamente pequeña (por ejemplo, donde la estación base 50 envía un comando a un receptor GPS 10 para llevar a cabo una posición fija). En otras realizaciones, donde la cantidad de datos a ser transferidos entre la estación base 50 y el receptor GPS 10 es relativamente mayor, un enlace de comunicaciones de banda 42 ancha mayor será 5 requerido. Un ejemplo representativo de un subconversor RF a IF 20 y un sistema de digitalización para el receptor GPS 10 se muestra en la Figura 3A (teniendo en cuenta que el interruptor 18 no ha sido mostrado para bienes de claridad). La señal de entrada desde la antena 16 a 1575.42 MHz es pasada a través de un filtro de límite de banda (BFP) 70 y un amplificador de ruido bajo (LNA) 72 y enviado a 10 una etapa de conversión de frecuencia. El oscilador local (LO) 76 utilizado en esta etapa es bloqueado de fase (por medio del PLL 78) a un oscilador de cristal compensado por temperatura 2.048 MHz (o su harmónico), el LO de frecuencia sería 1531.392 MHz, el cual es 2991 x 0.512 MHz. La señal IF resultante es entonces centrada en 44.028 MHz. Este IF es deseable debido a la disponibilidad de componentes de bajo costo cercanos a 44 MHz. En particular, los filtro de onda acústica de superficie 15 (SAW), los cuales son utilizados en abundancia en aplicaciones de televisión, están disponibles fácilmente. Por supuesto otros dispositivos de limitación de banda podrían ser usados en vez de los dispositivos SAW. La señal GPS recibida es mezclada con la señal de LO en el mezclador 74 para producir la señal IF. Esta señal IF es pasada a través del filtro SAW 84, para limitación de banda de precisión de 2 20 MHz de banda ancha, y luego enviada a un subconversor I/Q 88, el cual traslada la señal a una banda base cercana (4 kHz de frecuencia central nominal). La frecuencia del oscilador local para este subconversor 88 es derivada de 2.048 MHz TCXO 80 como el harmónico 43 de 1.024 MHz, que es

44.032 MHz. El subconversor I/Q 88 está disponible comercialmente generalmente como un componente

25 RF. Este típicamente consiste de dos mezcladores y filtros de paso bajo. En tales instancias, los puertos de entrada de un mezclador son alimentados con la señal IF y la señal LO y los puertos de entrada del otro mezclador son alimentados con la misma señal IF y la fase de señal LO cambiada 90°. Las salidas de los dos mezcladores son filtradas por paso bajo para remover los pasantes y otros productos de distorsión.

30 Como se muestra en la Figura 3A, los amplificadores 82 y 86 pueden ser utilizados antes y después de la operación de limitación de banda como sea requerido. Las dos salidas del subconversor I/Q 88 son enviadas a dos convertidores A/D 46 emparejados los cuales prueban las señales a 2.048 MHz. Una implementación alternativa reemplaza los convertidores A/D 46 con comparadores (que no se muestran), cada uno de los cuales sacan una

35 secuencia de datos de dos valores (un bit) de acuerdo con la polaridad de la señal entrante. Es bien conocido que esta aproximación resulta en una pérdida aproximada de 1.96 dB en la sensibilidad del receptor relativa con un convertidor A/D multinivel. Sin embargo, puede haber ahorros de costo sustanciales en el uso de comparadores con respecto a convertidores A/D, así como en el requerimiento de memoria reducida en la memoria de toma instantánea digital 48.

40 Una implementación alternativa a un subconversor RF a IF y la digitalización del sistema se muestran en la Figura 3B la cual utiliza un método de muestreo de paso de banda (nuevamente, el interruptor 18 no se muestra). El TCXO 80 empleado es una frecuencia 4.096 MHz (o su harmónico). La salida del TCXO 80 puede ser utilizada como un reloj de prueba al convocador A/D 46 (o el comparador); este actúa para trasladar la señal a 1.028 MHz. Esta frecuencia es la diferencia entre el

10 harmónico 11 y 4.096 MHz y la frecuencia de entrada IF 44.028 MHz. El resultante IF 1.028 MHz es cercano una cuarta parte a la frecuencia de muestreo, la cual es conocida a ser cercanamente ideal en distorsiones de tiempo de muestra mínimas. En comparación con la muestra I/Q de la Figura 3A, esta sola muestra proporciona un canal de datos en lugar de dos, pero a dos veces la rata. Además, los 5 datos son efectivos en una IF de 1.028 MHz. La conversión de frecuencia I/Q cercana a 0 MHz sería entonces implementada por medios digitales en el siguiente procesamiento a ser descrito. El aparato de las Figuras 3A y 3B son competitivos en costos y complejidad; a menudo la disponibilidad de componentes dicta la aproximación preferida. Será aparente para aquellos con habilidades en el arte, sin embargo, que otras configuraciones del receptor podrían ser utilizadas para lograr resultados 10 similares. Con el fin de simplificar la siguiente discusión, a continuación se asume que la muestra I/Q de la Figura 3A es empleada y que la memoria de toma instantánea digital 48 contiene dos canales de datos digitalizados a 2.048 MHz. Los detalles del procesamiento de señal llevado a cabo en el DSP 52 pueden ser entendidos 15 con la ayuda del diagrama de flujo de la Figura 4 y las ilustraciones de las Figuras 5A – 5E. Será aparente para aquellos con habilidades en el arte que el código de la máquina, u otro código adecuado, para llevar a cabo el procesamiento de señal a ser descritos pueden ser almacenados en el EPROM 54. Otros dispositivos de almacenamiento no volátiles podrían también ser utilizados. El objetivo del procesamiento es determinar el tiempo e la forma de onda recibida con respecto a una forma de onda 20 localmente generada. Además, con el fin de lograr una alta sensibilidad, una gran porción de tal forma de onda, típicamente es procesada de 100 milisegundos a 1 segundo. Con el fin de entender el procesamiento, se observa en primer lugar que cada señal GPS recibida (modo C/A) es construida desde una rata mayor (1 MHz) un patrón seudo aleatorio (PN) repetitivo de 1023 símbolos, comúnmente llamados “chips”. Estos “chips” se parecen a la forma de 25 onda que se muestra en la Figura 5A. Además la imposición en este patrón es de datos de rata baja, transmitidos desde el satélite a 50 baudios. Todos estos datos son recibidos en un radio de baja señal a ruido como es medido en una banda ancha de 2 MHz. Si la frecuencia portadora y todas las ratas de datos son conocidos con gran precisión, y no estuvieron datos presente, el radio de señal a ruido podría ser en gran medida mejorado, y los datos en gran medida reducidos, por la adición de cuadros 30 sucesivos los unos a los otros. Por ejemplo, hay 1000 cuadros PN sobre un período de 1 segundo. El primer de tales cuadros podría ser coherentemente añadido al siguiente cuadro, el resultado añadido al tercer cuadro, etc. El resultado podría ser una señal teniendo una duración de 1023 chips. La fase de esta secuencia podría ser comparada a una secuencia de referencia local para determinar el tiempo relativo entre los dos, estableciendo así la llamada seudo distancia. 35 El proceso anterior debe ser llevado a cabo separadamente para cada satélite en vista desde el mismo conjunto de datos almacenados en la memoria de toma instantánea digital 48, ya que, en general, las señales GPS desde diferentes satélites tienen diferentes frecuencias Doppler y los patrones PN difieren los unos de los otros. El proceso anterior se hace difícil por el hecho que la frecuencia portadora puede ser 40 desconocida por el exceso de 5 kHz debido a la incertidumbre de la señal Doppler y por una cantidad adicional debido a la incertidumbre del receptor del oscilador local. Estar incertidumbres Doppler son removidas en una realización de la presente invención almacenando tal información en la RAM 32 como se describe anteriormente. Alternativamente, la información Doppler puede ser transmitida desde la estación base 50, al cual simultáneamente monitorea todas las señales GPS desde los satélites

11 en vista, en respuesta a una señal por medio del enlace de comunicación 42 indicando que el receptor GPS 10 ha entrado en el modo de toma instantánea. Así, la búsqueda Doppler es evitada en el receptor GPS 10. La incertidumbre del oscilador local puede también ser en gran medida reducida (hasta tal vez 50 Hz) por la ya mencionada operación AFC llevada a cabo utilizando el enlace de comunicación 5 de señal 42. La presencia de los datos de 50 baudios súperimpuestos en la señal GPS todavía limita el resumen coherente de los cuadros PN más allá de un período de 20 msec. Esto es, a lo sumo 20 cuadros pueden ser coherentemente añadidos antes de los datos de inversiones de signo que previene un aumento en el procesamiento adicional. Un aumento del procesamiento adicional puede ser logrado 10 a través de la filtración y el resumen emparejados de las magnitudes (o cuadrados de magnitudes) de los cuadros, como se detalla en los siguientes parágrafos. El diagrama de flujo de la figura 4 comienza en el paso 100 con un comando para inicializar la toma instantánea de la operación de procesamiento GPS (llamado un “Comando Fijo” en la Fig. 4). Donde necesariamente (por ejemplo, donde información Doppler anterior no ha sido almacenada por 15 un receptor GPS convencional 12), el comando incluye una transmisión desde el receptor GPS 10 a la estación base 50 para la información Doppler para los satélites en vista a ser transmitidos desde la estación base 50 sobre un enlace de comunicaciones 42. En el paso 102, el receptor GPS 10 computa su rumbo de oscilador local, por ejemplo, por un bloqueo de frecuencia a la señal transmitida desde la estación base 50. Una alternativa sería utilizar un oscilador de cristal compensado a una temperatura 20 de buena calidad (TCXO80) en la unidad. Por ejemplo, digitalmente controlado TCXOs, llamado DCXOs, actualmente puede lograr una exactitud de alrededor de 0.1 partes por millón, o un error de alrededor de 150 Hz para la señal GPS L1. En el paso 104, el microprocesador 34 activa el interruptor 18, enciende la energía para los convertidores A/D 46 y la memoria de toma instantánea digital 48; y una toma instantánea de datos de 25 duración de K cuadros PN del código C/A es recolectada, donde K es típicamente 100 a 1000 (correspondiente a 100 msec a 1 segundo de tiempo de duración). Cuando una cantidad suficiente de datos han sido recolectados, el microprocesador 34 apaga los convertidores A/D 46. La seudo distancia de cada satélite es computada a su vez a continuación. Primero, en el paso 106 para la señal GPS dada a ser procesada, el código seudo aleatorio (PN) correspondiente es 30 recuperado desde el EPROM 54. Como se discute en pocas palabras, el formato de almacenamiento PN preferido es actualmente la transformada de Fourier de este código PN, mostrado en una rata de 2048 muestras por los 1023 bits PN. Los datos en la memoria de toma instantánea digital 48 son procesados en bloques de N cuadros PN consecutivos, que son bloques de 2048N muestras complejas (N es un integral 35 típicamente en el rango de 5 a 10). Operaciones similares son llevadas a cabo en cada bloque como se muestran en la curva inferior (pasos 108-124) de la Figura 4. Esto es, esta curva es llevada a cabo un total de K/N veces para cada señal GPS que va a ser procesada. En el paso 108 las 2048N palabras de datos del bloque son multiplicadas por un exponencial complejo que elimina los efectos Doppler en la señal portadora, así como los efectos de la deriva del 40 receptor del oscilador local. Para ilustrar esto, suponga que la frecuencia Doppler obtenida desde el receptor GPS convencional 12 (por ejemplo, RAM 32) o la estación base 50 más las compensaciones del oscilador local correspondientes a fe Hz. Luego la pre multiplicación de los datos tomaría la forma de la función e-j2πfcnT, n= [0, 1, 2, …, 2048N -1] + (B-1) x 2048N, donde T=1/2.048 MHz es el período de muestra, y el número de bloque B es el rango de 1 a K/N.

12 Luego, en el paso 110, los grupos adyacentes de N cuadros (típicamente 10) de datos dentro del bloque son coherentemente añadidos el uno al otro. Esto es, muestras 0, 2048, 4096, … 2048(N-1) -1 son añadidas juntamente, luego, 1, 2049, 4097, … 2048(N-1) son añadidas conjuntamente, etc. En este punto el bloque contiene solo 2048 muestras complejas. Un ejemplo de la forma de onda 5 producida por tal operación de resumen se ilustra en la Figura 5B para el caso de 4 PN cuadros. Esta operación de resumen puede ser considerada una operación de pre procesamiento la cual precede las operaciones de circunvolución rápida. Después, en los pasos 112-118, cada uno del promedio de cuadros se somete a una operación de filtración emparejada, cuyo propósito es determinar el tiempo relativo entre el código PN recibido 10 contenido dentro del bloque de datos y una señal de referencia PN localmente generada. Simultáneamente, los efectos de Doppler en los tiempos de muestra son también compensados. Estas operaciones son aceleradas en gran medida, en una realización, por el uso de operaciones de circunvolución rápida tales como algoritmos de Transformada de Fourier Rápida (FTT) usados de una forma para llevar a cabo un circunvolución circular, como se describe actualmente. 15 Con el fin de simplificar la discusión, la compensación Doppler anteriormente mencionada es abandonada inicialmente. La operación básica que va a ser llevada a cabo es una comparación de los datos en el bloque que es procesado (2048 muestras complejas) a una referencia similar de bloque PN almacenada localmente. La comparación es actualmente hecha (complejamente) multiplicando cada elemento de la 20 referencia y sumando los resultados. Esta comparación es denominada una “correlación”. Sin embargo, una correlación individual es solo hecha para un momento de inicio en particular del bloque de datos, donde hay 2048 posibles posiciones que pueden proporcionar una mejor igualdad. El conjunto de todas las operaciones de correlación para todas las posibles posiciones de inicio es denominado una operación de “filtración igualada”. La operación de filtración completamente 25 emparejada es requerida en una realización preferida. Los otros tiempos del bloque PN pueden ser probados por un cambio circular que la referencia PN y volviendo a llevar a cabo la misma operación. Esto es, si el código PN es denotado p(0) p(1) … p(2047), luego un cambio circular por una muestra es p(1) p(2) … P(2047) p(0). Esta secuencia modificada prueba para determinar si el bloque de datos contiene una señal PN empezando 30 con la muestra p(1). De forma similar el bloque de datos puede empezar con las muestras p(2), p(3), etc., y cada una puede ser probada cambiando circularmente la referencia PN y volviendo a llevar a cabo las pruebas. Debe ser evidente que un conjunto completo de pruebas requeriría 2048 x 2048 = 4,194,304 operaciones, requiriendo cada una una multiplicación compleja y una adición. Puede utilizarse un método más eficiente, matemáticamente equivalente, utilizando la 35 Transformada de Fourier Rápida (FFT), la cual solo requiere aproximadamente 12 x 2048 multiplicaciones complejas y dos veces el número de adiciones. En este método, el FFT es tomado del bloque de datos, en el paso 112, y para el bloque PN. El FFT del bloque de datos es multiplicado por el conjugado complejo de la referencia FFT, en el paso 114, y los resultados son transformados inversamente Fourier en el paso 118. Los datos resultantes por consiguiente son de longitud 2048 y 40 contiene el conjunto de correlaciones del bloque de datos y el bloque PN para todas las posiciones posibles. Cada operación hacia adelante o inversa FFT requiere operaciones P/2 log2 P, donde P es el tamaño de datos a ser transformados (asumiendo que se emplea una base-2 del algoritmo FFT). Para el caso de interés, P=2048, de forma que cada FFT requiera 11 x 1024 multiplicaciones complejas. Sin embargo, si el FFT de la secuencia PN es pre almacenado en el EPROM 54, como una realización

13 preferida, entonces si FFT no necesita ser computado durante el proceso de filtración. El número total de complejos multiplicado por el FFT delantero, inverso FFT y el producto de lo FFTs es así (2 x 11 + 2) x 1024 = 24576, el cual es un ahorro de un factor de 171 sobre la correlación directa. La Figura 4C ilustra la forma de onda producida por esta operación de filtración emparejada. 5 El método preferido de la actual invención utiliza una rata de muestra tal que 2048 muestras de datos son tomadas sobre un período PN de 1023 chips. Esto permite el uso de algoritmos FFT de longitud 2048. Es conocido que algoritmos FFT que están a una potencia de 2, o 4, son normalmente más eficientes que aquellos de otros tamaños (y 2048 = 211). Por lo tanto la rata de muestreo elegirá mejorar significativamente la velocidad de procesamiento. Es preferible que el número de muestras 10 del FFT igual al número de muestras para un cuadro PN de forma que la circunvolución circular apropiada pueda ser logrado. Esto es, esta condición permite la prueba del bloque de datos con respecto a todas las versiones circularmente cambiadas del código PN, como se discute anteriormente. Un conjunto de métodos alternativos, conocidos en la técnica como circunvolución de “ahorro de superposición” o “adición de súperposición” puede ser utilizado si el tamaño del FFT es elegido para 15 abarcar un número de muestras diferentes de la de un cuadro PN de longitud. Estas aproximaciones requieren aproximadamente el doble del número de computaciones como se describe anteriormente para la implementación preferida. Debe ser ecidente para alguien con habilidades en la técnica cómo el proceso anterior puede ser modificado utilizando una variedad de algoritmos FFT de varios tamaños junto con una variedad 20 de ratas de muestreo para proporcionar operaciones de circunvolución rápida. Además, un conjunto de algoritmos de circunvolución rápida que también existen tienen la propiedad que el número de computaciones requeridas son proporcionales a P log2P mientras que P2 como es requerido en la correlación sencilla. Varios de estos algoritmos son enumerados en las referencias estándar, por ejemplo, H.J. Nussbaumer, “Transformada de Fourier Rápida y Algoritmos de Circunvolución,” 25 Nueva York, Springer-Verlag, C1982. Ejemplos importantes de tales algoritmos es el algoritmo de Agarwal-Cooley, el algoritmo de división de anidación, el algoritmo recursivo de polinomio de anidación, y el algoritmo de Winograd-Fourier, los primeros tres los cuales son utilizados para llevar a cabo la circunvolución y el último utilizado para llevar a cabo una Transformada de Fourier. Estos algoritmos pueden ser empleados en sustitución del presente método presentado anteriormente. 30 El método de la compensación de tiempo Doppler empleado en el paso 116 es ahora explicado. En la implementación preferida, la rata de muestra utilizada puede no corresponder exactamente a 2048 muestras por cuadro PN debido a efectos Doppler en la señal GPS recibida así como las inestabilidades del oscilador local. Por ejemplo, es conocido que el cambio Doppler puede contribuir con un error de demora de ±2700 nsec/sec. Con el fin de compensar este efecto, los bloques 35 de datos procesador en la descripción anterior necesitan ser cambiados a tiempo para compensar este error. Como un ejemplo, si el tamaño del bloque procesado corresponde a 5 cuadros PN (5 msec), entonces el cambio de tiempo desde un bloque a otro puede ser tanto como ±13.5 nsec. Cambios más pequeños de tiempo resultan de la inestabilidad del oscilador local. Estos cambios pueden ser compensados por el cambio de tiempo de los bloques de datos sucesivos por múltiples del cambio 40 requerido por un solo bloque. Esto es, si el cambio del tiempo Doppler por bloque es d, entonces los bloques son cambiados en tiempo por nd, donde n=0, 1, 2, …. En general estos cambios de tiempo son fracciones de una muestra. Llevando a cabo estas operaciones directamente utilizando métodos de procesamiento de señal digital involucra el uso de métodos de interpolación de señal no integral y resulta en una alta carga de computación. Una

14 aproximación alternativa, que es un método preferido de la presente invención, es incorporar el procesamiento dentro de las funciones de transformada de Fourier rápida. Es bien conocido que un cambio de tiempo de d segundos es equivalente a multiplicar la Transformada de Fourier de una función por e-j2πfd, donde f es la variable de frecuencia. Así, el cambio de tiempo puede ser logrado 5 multiplicando el FFT del bloque de datos por e-j2πnd/T f para n=0, 1, 2, …, 1023 y por e-j2π(n-2048)d/T f para n=1024, 1025, …, 2047, donde Tf es la duración del cuadro PN (1 milisegundo). Esta compensación añade solo cerca del 8% al tiempo de procesamiento asociado con el procesamiento FFT. La compensación es dividida en dos mitades con el fin de garantizar la continuidad de la compensación de fase a través de 0 Hz. 10 Después de que la operación de filtración emparejada es completada, las magnitudes, o magnitudes cuadradas, de los números del bloque complejos son computados en el paso 120. Cualquier elección funcionará tan bien como la otra. Esta operación elimina los efectos de 50 Hz de fases de datos inversas (como se muestran en la Figura 5D) y errores de baja frecuencia portadora que queden. El bloque de 2048 muestras es entonces añadido a la sum de los bloques previos procesados 15 en el paso 122. El paso 122 puede ser considerado una operación de post procesamiento la cual sigue la operación de circunvolución rápida provista por los pasos 122-188. Esto continua hasta que todos los bloques K/N son procesados, como se muestra por el bloque decisión en el paso 124, momento en el cual allí solo queda un bloque de 2048 muestras, desde el cual es calculada la seudo distancia. La Figura 5E ilustra la forma de onda resultante después de la operación de suma. 20 La determinación de la seudo distancia ocurre en el paso 126. Un pico es buscado por encima de un nivel de ruido localmente computado. Si tal pico es encontrado, su tiempo de ocurrencia relativo al principio del bloque representa la seudo distancia asociada con un código PN particular y el satélite GPS asociado. Una rutina de interpolación es utilizada en el paso 126 para encontrar la ubicación del pico 25 con una exactitud mucho mayor que la asociada con la rata de muestra (2.048 MHz). La rutina de interpolación depende sobre la filtración de la banda base anterior utilizada en la porción RF/TF del receptor GPS 10. Un filtro de buena calidad resultará en un pico teniendo una forma triangular cercana con el ancho de la base igual a 4 muestras. Bajo esta condición, siguiendo la sustracción de una amplitud promedio (para remover una línea base DC), las dos amplitudes más grandes pueden ser 30 utilizadas para determinar la posición pico más precisamente. Suponiendo que estas amplitudes son denotadas como Ap y Ap+1, donde ap≥Ap+1, sin la pérdida de la generalidad, y p es el índice de la amplitud pico. Luego la posición del pico es relativa a la que corresponde a Ap puede ser provista por la fórmula: ubicación pico = p+ Ap/(Ap+Ap+1). Por ejemplo si Ap = Ap+1, entonces la ubicación pico es encontrada a ser p+ 0.5, esto es, el intermedio entre los índices de las dos muestras. En algunas 35 situaciones la filtración del paso de banda podrán redondear el pico y un tercer punto de interpolación de polinomio puede ser más adecuado. En el procesamiento anterior, una referencia de ruido local utilizada en el umbral puede ser computado promediando todos los datos en el bloque promediado final, después de eliminar varios de los picos más grandes. 40 Una vez que la seudo distancia es encontrada, el procesamiento continúa en el paso 128 de una forma similar para el siguiente satélite en vista, a menos que tales satélites hayan sido procesados. En la terminación del procesamiento de tales satélites, el proceso continua en el paso 130 donde los datos de seudo distancia son transmitidos a la estación base 50 sobre un enlace de comunicación 42, donde el cálculo de la posición final del remoto es llevado a cabo (asumiendo que el Método 3 es

15 utilizado). Alternativamente, el cálculo de la posición puede ser llevado a cabo en el receptor GPS 10 utilizando los datos de efemérides de satélites recolectada por el receptor GPS convencional 12 y almacenado en la RAM 32. La posición computada puede ser mostrada en la pantalla 36 y/o transmitida a la estación base 50 sobre un enlace de comunicación 42. Finalmente, en el paso 132, la 5 mayoría de los circuitos de receptor de toma instantánea GPS del receptor GPS 10 son ubicados en un estados de baja energía, esperando un nuevo comando para llevar a cabo otra operación de posicionamiento. El receptor GPS puede continuar para operar en el modo de toma instantánea, computando las seudo distancias y/o posiciones periódicamente, hasta que el receptor GPS 10 es posicionado de 10 forma que su antena 16 nuevamente tiene una vista clara del cielo, momento en el cual el receptor GPS convencional 12 puede nuevamente ser utilizado para adquirir y seguir los satélites GPS con el fin de obtener una posición fija. En la realización anterior, el procesamiento de las señales GPS para cada satélite mientas en el modo de toma instantánea ocurre secuencialmente en tiempo, en lugar que en paralelo. En una realización alternativa, las señales GPS desde todos los satélites en vista pueden 15 ser procesadas conjuntas en un modo paralelo en el momento. Aunque los métodos y aparatos de la presente invención han sido descritos con referencia a los satélites GPS, se apreciará que las enseñanzas son igualmente aplicables a los sistemas de posicionamiento los cuales utilizan seudo satélites o una combinación de satélites y seudo satélites. Los seudo satélites son transmisores basados en tierra los cuales difunden un código PRN (similar a 20 una señal GPS) modulada en una señal portadora L-banda, generalmente sincronizada con el tiempo GPS. Cada transmisor puede ser asignado a un único código PRN de forma que permite la identificación por un receptor remoto. Los seudo satélites son útiles en situaciones donde las señales GPS desde un satélites orbital pueden no estar disponibles, tales como túneles, minas, edificios y otras áreas cerradas. El término “satélite”, como se usa aquí, está destinado a incluir un seudo satélite o 25 seudo satélites equivalentes, y el término señales GPS, como se usa aquí, es destinado a incluir las señales semejantes-GPS de los seudo satélites o equivalentes de seudo satélites. Se apreciará además que los métodos y aparatos de la presente invención son igualmente aplicables para el uso con el GLONASS y otros sistemas de posicionamiento basados en satélites. El sistema GLONASS difiere del sistema GPS en que las emisiones de los diferentes satélites son 30 diferenciadas las unas de las otras utilizando frecuencias ligeramente diferentes portadoras, en lugar que utilizar diferentes códigos seudo aleatorios. En esta situación, son aplicables sustancialmente todos los circuitos y algoritmos descritos anteriormente, con la excepción de que cuando se procesa una nueva emisión de satélite, se utiliza un multiplicador exponencial complejo diferente para preprocesar los datos, La operación puede ser combinada con la operación de corrección Doppler del 35 paso 108 de la Figura 4, sin requerir cualquiera de las operaciones de procesamiento adicionales. Sólo se requiere un código PN en esta situación, eliminando así el paso 106.

16

Claims (21)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un método para utilizar un receptor GPS teniendo un sistema de comunicación, comprendiendo dicho método: activar dicho receptor GPS en un primer modo de operación (como un

   5 receptor GPS convencional 12) el cual comprende: recibir las señales GPS de satélites en vista; desmodular dichas señales GPS para extraer la información del satélite con respecto a los satélites en vista y computar la información de seudo distancia para dichos satélites en vista;

   10 activar dicho receptor GPS en un segundo modo de operación (como un

   receptor GPS de toma instantánea 14) el cual comprende: recibir las señales GPS de los satélites en vista; procesar dichas señales GPS para determinar las seudo distancias a los satélites en vista, donde las seudo distancias a los satélites en

   15 vista determinadas durante el segundo modo y el primer modo son utilizadas para calcular una posición de dicho receptor GPS; recibir a través de dicho sistema de comunicación una señal;

   caracterizado además por

   computar un rumbo del oscilador local por el bloqueo de

   20 frecuencia en la señal para compensar un oscilador local del receptor GPS, donde el oscilador local es utilizado para adquirir señales GPS adicionales.
2. 2. Un método como en la reivindicación 1 donde durante dicho primer modo, dicha

   información del satélite es extraída de dichas señales GPS y almacenada en una 25 memoria.

3. 3.

   Un método como en la reivindicación 1 donde dicha señal comprende una portadora y donde dicho bloqueo de frecuencia comprende un bloqueo de frecuencia a dicha portadora.

4. 4.

   Un método como en la reivindicación 3 donde dicho receptor GPS en dicho primer

   30 modo determina una posición de dicho receptor GPS de dicha información de seudo distancia y desde dicha información de satélite, y donde dicho receptor GPS en dicho segundo modo determina dichas seudo distancias y transmite dichas seudo distancias para la determinación de dicha posición o dicho receptor GPS.
5. 5. Un método como en la reivindicación 1 que además comprende en dicho segundo

   35 modo: recibir asistencia de datos no diferencial del satélite GPS para dicho sistema de comunicación.
6. 6. Un método como en la reivindicación 5 donde dicha asistencia de datos no

   diferencial del satélite GPS comprende al menos uno de: 40 (a) información de identificación para los satélites en vista;

   (b)

   una vocación aproximada de dicho receptor GPS;

   (c)

   información de efemérides de satélite para los satélites en vista; y

   (d)

   información Doppler para los satélites en vista.

7. 7. Un método como en la reivindicación 6 donde dicha información de satélite en dicho primer modo comprende información de efemérides del primer satélite para los satélites en vista, obteniéndose dicha información de efemérides del primer satélite a partir de dichas primeras señales GPS.

   5 8. Un método como en la reivindicación 7 donde dicho receptor GPS en dicho primer modo determina una posición de dicho receptor GPS de dicha información de seudo distancia y de dicha información de efemérides del primer satélite, y donde dicho receptor GPS opera en dicho primer modo sin asistencia alguna de datos de dicho sistema de comunicación.

   10 9. Un receptor de modo dual que comprende: un sistema de comunicación para recibir una señal; un receptor GPS acoplado a dicho sistema de comunicación, teniendo dicho receptor GPS un primer modo de operación y un segundo modo de operación, donde en dicho primer modo (como un receptor GPS

   15 convencional 12) dicho receptor GPS recibe señales GPS de los satélites en vista y desmodula dichas señales GPS en los satélites en vista para extraer la información del satélite con respecto a los satélites en vista y computa la información de seudo distancia para dichos satélites en vista, y en dicho segundo modo (como un receptor de toma instantánea GPS 14) dicho

   20 receptor GPS recibe las señales GPS de los satélites en vista y recibe a través de dicho sistema de comunicación dicha señal, procesa dichas segundas señales GPS para determinar la seudo distancia a los satélites en vista, y es caracterizado por que además computa un rumbo del oscilador local por el bloqueo de frecuencia en la señal para compensar un oscilador

   25 local en el receptor GPS, donde el oscilador local es utilizado para adquirir señales GPS adicionales, donde las seudo distancias a los satélites en vista determinadas durante el segundo modo y la información del satélite extraída durante el primer modo son utilizadas para calcular la posición de dicho receptor GPS.

   30 10. Un receptor de modo dual como en la reivindicación 9 donde durante dicho primer modo, dicha información de satélite se extrae de dichas primeras señales GPS y se almacena en una memoria.
8. 11. Un receptor de modo dual como en la reivindicación 9 donde dicha señal comprende

   una portadora y donde dicho bloqueo de frecuencia comprende un bloqueo de 35 frecuencia a dicha portadora.
9. 12. Un receptor de modo dual como en la reivindicación 10 donde dicho receptor GPS en dicho primer modo determina una posición de dicho receptor GPS de dicha información de seudo distancia y de dicha información de satélite, y donde dicho receptor GPS en dicho segundo modo determina dichas seudo distancias y transmite

   40 dichas seudo distancias para la determinación de dicha posición de dicho receptor GPS.

10. 13.

    Un receptor de modo dual como en la reivindicación 9 donde ducho receptor GPS recibe asistencia de datos no diferenciadas del satélite GPS de dicho sistema de comunicación en dicho segundo modo.

11. 14.

    Un receptor de modo dual como en la reivindicación 13 donde dicha asistencia de datos de satélite GPS no diferencial comprende al menos uno de:

    (a) información de identificación para satélites en vista;

    (b) una ubicación aproximada de dicho receptor GPS 5 (c) información de efemérides de satélite para satélites en vista; y

    (d) información Doppler para satélites en vista.
12. 15. Un receptor de modo dual como en la reivindicación 14 donde dicha información de satélite en dicho primer modo comprende la primera información de efemérides de satélite para satélites en vista, obteniéndose dicha primera información de

    10 efemérides de satélite de dichas primeras señales GPS.
13. 16. Un receptor de modo dual como en la reivindicación 15 donde dicho receptor GPS en dicho primer modo determina una posición de dicho receptor GPS de dicha información de seudo distancia y de dicha información de efemérides de satélite, y donde dicho receptor GPS opera en dicho primer modo sin ninguna asistencia de

    15 datos de dicho sistema de comunicación.
14. 17. Una máquina de medios legibles que contiene instrucciones de programa de computador ejecutables las cuales cuando son ejecutadas por un sistema de procesamiento digital hecen que dicho sistema lleve a cabo un método para utilizar un receptor GPS teniendo un sistema de comunicación, comprendiendo dicho

    20 método: activar dicho receptor GPS en un primer modo de operación (como un receptor GPS convencional 12) el cual comprende:

    recibir señales GPS de satélites en vista; desmodular dichas señales GPS para extraer información con 25 respecto a los satélites en vista y compartir la información de

    seudo distancia para dichos satélites en vista; activar dicho receptor GPS en un segundo modo de operación (como un receptor GPS de toma instantánea 14) el cual comprende:

    recibir señales GPS de satélites en vista;

    30 procesar dichas señales GPS para determinar las seudo distancias a los satélites en vista, donde las seudo distancias a los satélites en vista determinadas durante el segundo modo y la información de satélite extraída durante el primer modo son usadas para calcular una posición de dicho receptor GPS;

    35 recibir a través de dicho sistema de comunicación una señal; caracterizada por, además computar un rumbo de oscilador local por un bloqueo de frecuencia en la señal para compensar un oscilador local en el receptor GPS, donde el oscilador local es utilizado para adquirir

    40 señales GPS adicionales.

15. 18.

    Un medio como en la reivindicación 17 donde durante dicho primer modo, dicha información de satélite es extraída de dichas primeras señales GPS y almacenada en una memoria.

16. 19.

    Un medio como en la reivindicación 17 donde dicha señal comprende una portadora donde dicho bloqueo de frecuencia comprende un bloqueo de frecuencia a dicha portadora.

17. 20.

    Un medio como en la reivindicación 19 donde dicho receptor GPS en dicho primer

    5 modo determina una posición de dicho receptor GPS de dicha información de seudo distancia y de dicha información de satélite, y donde dicho receptor GPS en dicho segundo modo determina dichas seudo distancias y transmite dichas seudo distancias para la determinación de dicha posición de dicho receptor GPS.
18. 21. Un medio como en la reivindicación 17 donde dicho método además comprende en

    10 dicho segundo modo: recibir asistencia de datos no diferencial de satélite GPS de dicho sistema de comunicación.
19. 22. Un medio como en la reivindicación 21 donde dicha asistencia de datos de satélite

    GPS no diferencial comprende al menos uno de: 15 (a) información de identificación para satélites en vista;

    (b)

    una ubicación aproximada de dicho receptor GPS

    (c)

    información de efemérides de satélite para satélites en vista; y

    (d)

    información Doppler para satélites en vista.

20. 23. Un medio como en la reivindicación 22 donde dicha información de satélite en dicho

    20 primer modo comprende la primera información de efemérides de satélite de satélites en vista, obteniéndose dicha primera información de efemérides de satélite a partir de dichas primeras señales GPS.
21. 24. Un medio como en la reivindicación 23 donde dicho receptor GPS en dicho primer modo determina una posición de dicho receptor GPS para dicha información de

    25 seudo distancia y dicha información de efemérides de satélite, y donde dicho receptor GPS opera en dicho primer modo sin ninguna asistencia de datos de dicho sistema de comunicación.