JP2006030207A - Gps受信機とgps信号を処理する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】受信機は高精度搬送波周波数信号に自動的にロックし、基準信号を発生し、この基準信号で局部発振器を較正する。
【選択図】 図6
Description
本出願は、同じ発明者Norman F.Krasnerにより1995年10月9日に出願された仮特許出願「Low Power,Sensitive Pseudorange Measurement Apparatus and Method for Global Positioning Satellites Systems」と題する米国特許出願第60/005,318号に関連し、その出願日の権利を主張する。
本特許明細書の開示の一部は、著作権保護の対象となるものを含む。著作権所有者は、特許商標局の特許ファイルまたは記録にあるように、何人かが特許文書または特許開示をそのまま複製することに反対しないが、それ以外は全ての著作権を保有する。
(用語)
本発明の一つの実施態様は、データ通信リンクを介して基地局から遠隔ユニットまたは移動GPSユニットにドップラーなどのGPS衛星情報を送ることにより、遠隔GPS受信機の位置を決定する方法を提供する。遠隔ユニットは、この情報およびビュー衛星からの受信GPS信号を使用して、その後、衛星の疑似距離を計算する。次に、計算した疑似距離を基地局に送信し、そこで遠隔ユニットの位置を計算する。この方法を実施することができる装置の様々な実施態様についても述べる。
1.方法1:衛星のデータ・メッセージを基地局10から遠隔ユニット20に再送することにより、遠隔ユニット20はこの情報を疑似距離測定値と組み合わせ、その位置を計算することができる。例えば、参照により本明細書に組み込んだ米国特許第5,365,450号を参照すること。通常、遠隔ユニット20は、遠隔ユニット20の位置の計算を実行する。
2.方法2:遠隔ユニット20は、当技術分野で一般に実施されている普通の方法で受信したGPS信号から衛星の天文暦(エフェメリス)データを収集する。このデータは、通常は1時間ないし2時間有効で、疑似距離測定値と組み合わせて、通常は遠隔ユニットで、位置計算を完成することができる。
3.方法3:遠隔ユニット20は、通信リンク16を介して疑似距離を基地局10に送信し、基地局は、この情報を衛星の天文暦(エフェメリス)データと組み合わせて、位置計算を完成することができる。例えば、参照により本明細書に組み込んだ米国特許第5,225,842号を参照すること。
話を単純にするために、上記のドップラー補正は最初は無視される。
a)記憶したデータを、GPS信号に含まれる疑似乱数(PN)コードのフレーム期間の倍数と継続時間を等しくする一連の隣接ブロックに分割する。
b)各ブロックで、データの連続するサブブロックを一貫して加算することにより、疑似乱数コード期間の継続時間に等しい長さを有するデータの圧縮ブロックを生成する前処理ステップを実行する。サブブロックの継続時間は1PNフレームに等しい。この加算ステップは、各サブブロックの対応するサンプル数を互いに加算することである。
c)圧縮ブロックごとに、整合フィルタリング演算を実行する。これは高速畳み込み技術を用いて、データのブロック内に含まれる受信PNコードとローカルで生成したPN基準信号(たとえば処理しているGPS衛星の疑似乱数シーケンス)との間の相対的タイミングを決定する。
d)前記整合フィルタリング演算で生成した積で絶対値平方演算を実行して疑似距離を決定し、絶対値平方データのブロックを互いに加算してピークを生成し、全ブロックの絶対値平方データを単一ブロックのデータにまとめることにより後処理する。
e)ディジタル補完法を用いて高精度で前記単一ブロックのデータのピーク位置を探す。ここで、その位置はデータ・ブロックの開始から前記ピークまでの距離で、位置は処理中の疑似乱数シーケンスに対応するGPS衛星の疑似距離を表す。
16:データリンク
20:移動または遠隔ユニット
32:汎用プログラマブルDSPチップ
40:GPSアンテナ
42:RF/IF変換器
44:アナログ/ディジタル変換器
46:ディジタル・スナップショット・メモリ
49:FPGA(フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ)
56:局部発振器
58:PLL
501:GPS受信機
603:自動周波数制御回路
613:GPSアンテナ
614:GPS逓減器
616:アナログ/ディジタル変換器
618: ディジタル・スナップショット・メモリ
Claims (39)
- 移動GPS受信機中の局部発振器を較正する方法であって:
精密搬送周波数信号を提供する源から前記精密搬送周波数信号を受信するステップと;
前記精密搬送周波数信号に自動的にロックし、基準信号を提供するステップと;
GPS信号を捕捉するために使用される前記局部発振器を前記基準信号で較正するステップとを含む方法。 - 前記受信ステップは、通信リンクを通じて通信された衛星データ情報を含むデータ信号から前記精密搬送周波数信号を抽出するステップを含む請求項1に記載の方法。
- 前記衛星データ情報は、前記移動GPS受信機の視界内にある複数の衛星の衛星暦(アルマナック)情報を含む請求項2に記載の方法。
- 前記衛星データ情報は、衛星の天文暦(エフェメリス)を表すデータを含む請求項2に記載の方法。
- 前記通信リンクは、双方向ページャ・リンク、セルラ電話リンク、パーソナル通信システム、特殊化移動無線、または無線パケット・データ・システムからなる群から選択される請求項2に記載の方法。
- 前記通信リンクは、無線周波通信媒体である請求項2に記載の方法。
- 前記自動周波制御論理は、位相ロック・ループ、周波数ロック・ロープ、またはブロック位相推定器のうちの1つを含む請求項1に記載の方法。
- 前記基準信号は、前記局部発振器を較正するために前記局部発振器によって提供される周波数と比較される基準信号を提供する請求項7に記載の方法。
- 前記移動GPS受信機は、前記移動GPS受信機の視界内にある衛星のドップラー情報を含む衛星データ情報を含むデータ信号を受信する請求項1に記載の方法。
- GPS信号を受信する第1のアンテナと;
前記第1のアンテナに結合され、前記第1のアンテナが前記GPS信号を提供する逓減器と;
前記GPS信号を第1の周波数から第2の周波数に変換するために前記逓減器に第1基準信号を提供する、前記逓減器に結合された局部発振器と;
精密搬送周波数信号を提供する源から前記精密搬送周波数信号を受信する第2のアンテナと;
前記局部発振器の第1基準信号を較正するために、前記GPS信号を捕捉するために使用される前記局部発振器に第2基準信号を提供する、前記第2のアンテナに結合された自動周波数制御(AFC)回路とを備える移動GPS受信機。 - さらに、前記AFC回路および前記局部発振器に結合され、前記第1基準信号と前記第2基準信号を比較して、前記局部発振器からの前記第1基準信号の周波数を調整する比較器を備える請求項10に記載の移動GPS受信機。
- 前記AFC回路は、前記第2のアンテナに結合された受信機に結合された位相ロック・ループを備える請求項11に記載の移動GPS受信機。
- さらに、前記第2のアンテナに結合され、前記第2のアンテナから前記精密搬送周波数信号を受信する受信機を備え、前記受信機は、前記第2のアンテナを通じて通信される衛星データ情報を含むデータ信号とともに前記精密搬送周波数信号を受信する請求項10に記載の移動GPS受信機。
- 前記衛星データ情報は、前記移動GPS受信機の視界内にある衛星のドップラー情報を含む請求項13に記載の移動GPS受信機。
- 前記衛星データ情報は、前記GPS受信機の視界内にある複数の衛星の識別と、前記GPS受信機の視界内にある前記複数の衛星それぞれについての対応する複数のドップラー情報とを含む請求項14に記載の移動GPS受信機。
- 前記衛星データ情報は、衛星の天文暦(エフェメリス)を表すデータを含む請求項13に記載の移動GPS受信機。
- 基地局を使用して移動GPS受信機中の局部発振器を較正する方法であって、
精密搬送周波数を有する第1基準信号を生成するステップと;
前記第1基準信号をデータ信号で変調して、精密搬送周波数信号を提供するステップと;
前記移動GPS受信機中の局部発振器を較正するために使用される前記精密搬送周波数信号を前記移動GPS受信機に送信するステップであって、前記局部発振器はGPS信号を捕捉するために使用されるステップとを含む方法。 - 前記データ信号は、前記移動GPS受信機の視界内にある複数の衛星の衛星暦(アルマナック)情報を含む衛星データ情報を含む請求項17に記載の方法。
- 前記データ信号は、衛星の天文暦(エフェメリス)を表すデータを含む衛星データ情報を含む請求項17に記載の方法。
- 前記データ信号は、前記移動GPS受信機の視界内にある衛星のドップラー情報を含む衛星データ情報を含む請求項17に記載の方法。
- 移動GPS受信機で前記移動GPS受信機中の局部発振器を較正するために使用する較正信号を提供する基地局であって:
精密周波数を有する第1基準信号の第1の源と;
前記第1の源と、衛星データ情報の第2の源とに結合され、精密搬送周波数信号を提供する変調器と;
前記移動GPS受信機に、前記局部発振器を較正するために使用される前記精密搬送周波数信号を送信する、前記変調器に結合された送信機であって、前記局部発振器は前記GPS信号を捕捉するために使用される送信機とを備える基地局。 - 前記精密搬送周波数信号は、前記GPS信号の周波数と実質的に異なる第1の周波数を有する請求項21に記載の基地局。
- 前記衛星データ情報は、前記移動GPS受信機の視界内にある衛星の天文暦(エフェメリス)を表すデータを含む請求項21に記載の基地局。
- さらに、前記送信機に結合されたプロセッサを備え、前記プロセッサは前記移動GPS受信機への送信を前記送信機に命令する請求項21に記載の基地局。
- 前記プロセッサは、前記移動GPS受信機の視界内にある複数の衛星を判定し、前記複数の衛星それぞれの前記衛星データ情報を入手し、前記プロセッサは、前記複数の衛星の識別および前記衛星データ情報を前記移動GPS受信機に送信するように前記送信機に命令する請求項24に記載の基地局。
- 前記衛星データ情報は、前記複数の衛星のドップラー情報を含む請求項25に記載の基地局。
- 前記衛星データ情報は、前記複数の衛星の天文暦(エフェメリス)を表すデータを含む請求項25に記載の基地局。
- 前記衛星データ情報は、前記移動GPS受信機の視界内にある衛星のドップラー情報を含む請求項21に記載の基地局。
- 移動GPS受信機で局部発振器信号を求める方法であって:
精密搬送周波数信号を提供する源から前記精密搬送周波数信号を受信するステップと;
前記精密搬送周波数信号に自動的にロックし、基準信号を提供するステップと;
前記基準信号を使用して、GPS信号を捕捉するための局部発振器信号を提供するステップとを含む方法。 - 前記受信ステップは、通信リンクを通じて通信された衛星データ情報を含むデータ信号から前記精密搬送周波数信号を抽出するステップを含む請求項29に記載の方法。
- 前記衛星データ情報は、前記移動GPS受信機の視界内にある複数の衛星の衛星暦(アルマナック)情報を含む請求項30に記載の方法。
- 前記衛星データ情報は、衛星の天文暦(エフェメリス)を表すデータを含む請求項30に記載の方法。
- 前記通信リンクは、双方向ページャ・リンク、セルラ電話リンク、パーソナル通信システム、特殊化移動無線、または無線パケット・データ・システムからなる群から選択される請求項30に記載の方法。
- 前記通信リンクは、無線周波通信媒体である請求項30に記載の方法。
- 前記基準信号を使用する前記ステップは、前記基準信号を周波数合成器に提供し、前記基準信号および前記周波数合成器から前記局部発振器信号を生成するステップを含む請求項29に記載の方法。
- さらに、GPSアンテナを通じて受信したGPS信号を逓減させるステップを備え、前記逓減ステップは、前記局部発振器信号を使用して前記GPS信号を逓減させる請求項29に記載の方法。
- さらに、前記基準信号を使用する前記ステップは、GPSアンテナを通じて受信したGPS信号を逓減させるステップを備え、前記逓減ステップは、前記局部発振器信号を使用して前記GPS信号を逓減させる請求項29に記載の方法。
- GPS信号を受信する第1のアンテナと;
前記GPS信号を第1の周波数から第2の周波数に変換するために局部発振器信号を受信する入力を有する、前記第1のアンテナに結合されて前記第1のアンテナが前記GPS信号を提供する逓減器と;
精密搬送周波数信号を提供する源から前記精密搬送周波数信号を受信する第2のアンテナと;
前記逓減器に結合されて前記GPS信号を捕捉するのに使用される前記局部発振器信号を提供する、前記第2のアンテナに結合された自動周波数制御(AFC)回路と
を備える移動GPS受信機。 - さらに、前記AFC回路と前記逓減器とに結合された周波数合成器を備え、前記逓減器は前記周波数合成器を通じて前記局部発振器を受信する請求項38に記載の移動GPS受信機。
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