JP5641279B2 - Gps受信機とgps信号を処理する方法 - Google Patents
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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)
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 (25)
- 移動衛星測位システム(SPS)受信機内で局部発振器を較正する方法であって、
前記SPS受信機の通信リンク用アンテナを介して発生源から精密搬送波周波数で変調される信号を受信するステップと、
前記変調された信号に含まれるコマンドの受信に応答して、前記SPS受信機におけるSPS信号の処理操作を初期化するステップと、
周波数が前記精密搬送波周波数にロックされた基準信号を提供するため、変調された信号へ自動的にロックするステップと、
前記基準信号を前記局部発振器で発生した信号と比較して局部発振器ドリフトを計算し、この局部発振器ドリフトに基づいて誤差補正信号を発生するステップと、
前記局部発振器で発生した信号を前記誤差補正信号で較正するステップと、
前記較正するステップの後で、SPSアンテナに結合された逓減器を起動し、前記較正した信号を用いてSPS信号を前記SPSアンテナを介して捕捉するステップと、
を含み、
前記発生源は、前記変調された信号を提供する基地局または衛星である、前記方法。 - さらに、前記通信リンクを介して通信される衛星データ情報を含むデータ信号を前記発生源から受信するステップを含み、前記移動SPS受信機の視界内にある衛星のエフェメリスを表すデータを受信せずに、この衛星データ情報は視界内にある衛星のドップラー情報を含む請求項1に記載の方法。
- さらに、前記ドップラー情報を用いて、前記移動SPS受信機内で視界内にある衛星から捕捉したSPS信号に基づいて少なくとも1つの疑似距離を含む位置情報を計算するステップと、
この少なくとも1つの疑似距離を含む位置情報に基づいて、前記発生源が前記移動SPS受信機の位置を決定するために、前記位置情報を前記移動SPS受信機から前記発生源に送信するステップを含む請求項2に記載の方法。 - 前記発生源はロケーションサーバから前記ドップラー情報を受信し、中継衛星を用いずにこのドップラー情報を前記通信リンクを介して前記移動SPS受信機に中継する請求項3に記載の方法。
- 前記発生源は前記移動SPS受信機から受信した前記位置情報をロケーションサーバに送信し、前記移動SPS受信機の位置は前記ロケーションサーバ内で計算される請求項4に記載の方法。
- さらに、前記通信リンクを介して通信される衛星データ情報を含むデータ情報を前記発生源から受信するステップを含み、この衛星データ情報は、前記移動SPS受信機の視界内にある衛星のエフェメリスを表すデータを含む請求項1に記載の方法。
- さらに、視界内にある衛星のエフェメリスを表すデータを用いて、前記移動SPS受信機内で視界内にある衛星から捕捉したSPS信号に基づいて少なくとも1つの疑似距離を含む位置情報を計算するステップと、
この少なくとも1つの疑似距離を含む位置情報に基づいて前記移動SPS受信機の緯度と経度を前記移動SPS受信機内で決定するステップを含む請求項6に記載の方法。 - 前記発生源はロケーションサーバから視界内にある衛星のエフェメリスを表すデータを受信し、中継衛星を用いずに視界内にある衛星のエフェメリスを表すデータを前記通信リンクを介して前記移動SPS受信機に中継する請求項7に記載の方法。
- さらに、前記発生源から精密搬送波周波数で変調される信号を受信することに応答して前記局部発振器にパワーをオンにするステップと、
前記較正された信号を用いて前記SPS信号が捕捉された後、前記局部発振器のパワーをオフにする請求項1に記載の方法。 - 前記移動SPS受信機は、位相ロック・ループまたは周波数ロック・ループまたはブロック位相推定器のいずれかを含む自動周波数制御論理を含む請求項1に記載の方法。
- 前記局部発振器で発生した信号を較正するステップは、前記局部発振器で発生した信号と前記誤差補正信号を周波数合成装置に提供するステップである請求項1に記載の方法。
- 前記較正された信号を用いるステップは、SPSアンテナを介して受信したSPS信号を周波数逓減するステップである請求項1に記載の方法。
- SPS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、この第1のアンテナからSPS信号が提供される逓減器と、
前記逓減器に接続され、逓減器が前記SPS信号を第1の周波数から第2の周波数に変換するための第1基準信号を発生する局部発振器と、
前記逓減器を起動または停止するために、前記逓減器に接続された電力管理ユニットと、
発生源から精密搬送波周波数で変調される信号を受信する第2のアンテナと、
前記第2のアンテナに接続され、周波数が前記精密搬送波周波数にロックされた第2基準信号を提供する自動周波数制御(AFC)回路と、
前記第1基準信号と前記第2基準信号とを比較して前記局部発振器のドリフトを計算し、この局部発振器によって発生された前記第1基準信号を較正するために誤差補正信号を発生する比較器と、
からなり、
前記発生源は、前記変調された信号を提供する基地局または衛星であり、
前記第2のアンテナにより変調された前記信号に含まれるコマンドを受信するのに応答して、前記SPS受信機におけるSPS信号の処理操作は初期化され、
前記逓減器は、前記第1基準信号の較正後、前記第1のアンテナによりSPS信号を捕捉するために起動される、
移動SPS受信機。 - 前記自動周波数制御(AFC)回路は、前記第2のアンテナに接続された受信機に接続された位相ロック・ループを含む、請求項13に記載の移動SPS受信機。
- さらに、前記第2のアンテナに接続され、この第2のアンテナから精密搬送波周波数で変調される信号を受信する受信機を含み、この受信機は第2のアンテナを介して通信される衛星データ情報を含むデータ信号を有する変調された信号を受信する、請求項13に記載の移動SPS受信機。
- 前記移動SPS受信機の視界内にある衛星のエフェメリスを表すデータを受信せずに、前記衛星データ情報は前記移動SPS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15に記載の移動SPS受信機。
- さらに、前記逓減器に接続され、前記ドップラー情報を用いて、視界内にある衛星から捕捉したSPS信号に基づいて少なくとも1つの疑似距離を含む位置情報を計算する処理ユニットと、
前記第2のアンテナに接続され、前記少なくとも1つの疑似距離を含む位置情報に基づいて前記移動SPS受信機の位置を決定するために、前記位置情報を前記発生源に送信する送信機を含む請求項16に記載の移動SPS受信機。 - 前記発生源はロケーションサーバから前記ドップラー情報を受信し、中継衛星を用いずにこのドップラー情報を前記通信リンクを介して前記移動SPS受信機の前記第2のアンテナに中継する請求項17に記載の移動SPS受信機。
- 前記発生源は前記移動SPS受信機から受信した前記位置情報をロケーションサーバに送信し、前記移動SPS受信機の位置は前記ロケーションサーバ内で計算される請求項18に記載の移動SPS受信機。
- 前記衛星データ情報は、衛星のエフェメリスを表すデータを含む請求項15に記載の移動SPS受信機。
- さらに、前記逓減器に接続され、視界内にある前記衛星のエフェメリスを表すデータを用いて、視界内にある前記衛星から捕捉したSPS信号に基づいて少なくとも1つの疑似距離を含む位置情報を計算する処理ユニットを含み、この処理ユニットは前記少なくとも1つの疑似距離を含む位置情報に基づいて前記移動SPS受信機の緯度と経度を決定するように構成されている請求項20に記載の移動SPS受信機。
- 前記発生源はロケーションサーバから視界内にある衛星のエフェメリスを表すデータを受信し、中継衛星を用いずに視界内にある衛星のエフェメリスを表すデータを前記通信リンクを介して前記移動SPS受信機に中継する請求項21に記載の移動SPS受信機。
- さらに、前記発生源から精密搬送波周波数で変調される信号を受信することに応答して前記局部発振器にパワーをオンにし、
前記較正された信号を用いて前記SPS信号が捕捉された後、前記局部発振器のパワーをオフにする電力管理ユニットを含む請求項13に記載の移動SPS受信機。 - 前記AFC回路と前記逓減器に結合された周波数合成装置を含み、逓減器は周波数合成装置を介して前記較正された第1基準信号を受信する請求項13に記載の移動SPS受信機。
- 前記第1のアンテナと前記第2のアンテナは、前記AFC回路と前記逓減器によって共用される同一のアンテナである請求項13に記載の移動SPS受信機。
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