PT885492E - Receptor gps aperfeiçoado utilizando uma ligação de comunicação - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

RECEPTOR GPS APERFEIÇOADO UTILIZANDO UMA LIGAÇÃO DE

COMUNICAÇÃO

1. CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção diz respeito a receptores capazes de determinar informação de posição de satélites e, em particular, diz respeito a tais receptores que encontram aplicação em sistemas de posicionamento global de satélites (GPS) .

2. ANTECEDENTES DA TÉCNICA

Receptores GPS determinam normalmente a sua posição processando tempos relativos de chegada de sinais transmitidos simultaneamente por uma multiplicidade de satélites GPS (ou NAVSTAR). Estes satélites transmitem, como parte da sua mensagem, não só dados de posicionamento de satélite bem como dados horários, chamados dados "efemérides". O processo de procura e aquisição de sinais GPS, leitura dos dados efemérides para uma multiplicidade de satélites e processamento da localização do receptor a partir destes dados é consumidor de tempo, requerendo muitas vezes vários minutos. Em muitos casos, este tempo de processamento dilatado é inaceitável, e além do mais limita grandemente a vida da bateria em aplicações portáteis miniaturizadas.

Outra limitação de receptores GPS correntes é que o seu funcionamento é limitado a situações nas quais múltiplos satélites estão claramente à vista, sem obstruções, e em que uma antena de boa qualidade está posicionada adequadamente para receber tais sinais. Como tal, são normalmente 1 inutilizáveis em aplicações portáteis colocadas junto ao corpo; em áreas em que existe folhagem significativa ou bloqueio de edifícios; e em aplicações em edifícios.

Existem duas funções principais dos sistemas de recepção GPS: (1) processamento de pseudo-alcances para os vários satélites GPS, e (2) processamento da posição da plataforma receptora usando estes pseudo-alcances e dados de ajustamento e efemérides de satélite. Os pseudo-alcances são simplesmente os atrasos de tempo medidos entre o sinal recebido de cada satélite e um relógio local. Os dados de ajustamento e efemérides de satélite são extraídos do sinal GPS uma vez adquirido e seguido. Como referido acima, recolher esta informação leva um tempo relativamente longo (30 segundos a vários minutos) e deve ser levada a cabo com um bom nível de sinal recebido com vista a conseguir baixas taxas de erro.

Virtualmente todos os receptores GPS conhecidos utilizam métodos de correlação para processar pseudo-alcances. Estes métodos de correlação são realizados em tempo real, muitas vezes com equipamentos correlacionadores. Sinais GPS contêm alta taxa de sinais repetitivos chamados sequências pseudo-aleatórias (PN). Os códigos disponíveis para aplicações civis são chamados Códigos C/A, e têm uma taxa binária fase-inversão, ou taxa "chipping", de 1.023 MHz e um período de repetição de 1023 chips para um período de código de 1 mseg. As sequências de código pertencem a uma família conhecida como códigos Gold. Cada satélite GPS emite um sinal com um único código Gold.

Para um sinal recebido dum dado satélite GPS, seguindo um processo de conversão descendente para banda de base, um receptor de correlação multiplica o sinal recebido por uma 2 réplica armazenada do código Gold apropriado contido dentro da sua memória local, e então integra, ou filtra descendentemente, o produto com vista a obter uma indicação da presença do sinal. Este processo é designado uma operação de "correlação". Por ajustamento sequencial do tempo relativo desta réplica armazenada relativamente ao sinal recebido, e observando a saida da correlação, o receptor pode determinar o atraso de tempo entre o sinal recebido e um relógio local. A determinação inicial da presença de tal saida é designada "aquisição". Uma vez ocorrida a aquisição, o processo entra na fase de "seguimento" na qual a hora da referência local é ajustada em pequenas quantidades com vista a manter uma elevada saida de correlação. A saida de correlação durante a fase de seguimento pode ser vista como o sinal GPS com o código pseudo-aleatório removido, ou, em terminologia comum, "concatenar". Este sinal é de banda estreita, com uma largura de banda comensurável com um sinal de fase binário modulado por deslocamento de 50 bit por segundo o qual é sobreposto sobre a forma de onda GPS. O processo de aquisição da correlação é muito consumidor de tempo, especialmente se os sinais recebidos são fracos. Para melhorar o tempo de aquisição, muitos receptores GPS utilizam uma multiplicidade de correlacionadores (tipicamente até 12) os quais permitem uma pesquisa paralela de picos de correlação.

Outra abordagem para melhorar o tempo de aquisição é descrita na Patente U.S. N° 4,445,118. Esta abordagem usa a transmissão de informação Doppler duma estação base de controlo para uma unidade receptora GPS remota com vista a ajudar a aquisição do sinal GPS. Embora esta abordagem melhore o tempo de aquisição, a informação Doppler é exacta 3 apenas por um curto período de tempo dado que os satélites GPS orbitam a terra a velocidades relativamente elevadas. Assim uma transmissão ulterior de informação Doppler será necessária com vista a uma unidade remota usar informação Doppler exacta.

Uma abordagem para melhorar a exactidão da determinação de posição por uma unidade receptora GPS remota é também descrita na Patente U.S. N° 4,445,118, referida como a patente Taylor. Na patente Taylor uma frequência de

referência estável é transmitida para a unidade receptora GPS remota a partir duma estação base com vista a eliminar uma fonte de erro devida a um oscilador de fraca qualidade na unidade receptora GPS remota. Este método usa um sinal especial de frequência modulado por deslocamento (MDF)(FSK = Modulação por Deslocamento de Frequência) que deve estar situada numa frequência muito próxima da frequência do sinal GPS. Como mostrado na Figura 4 da patente Taylor, o sinal especial FSK é cerca de 20 MHz abaixo do sinal GPS de 1575 MHz. Além disso, a abordagem descrita na patente Taylor usa um mecanismo de rejeição de modo comum no qual qualquer erro no oscilador local (mostrado como L.O. 52) do receptor aparecerá em ambos no canal GPS e no canal de referência e por isso é cancelado. Não existe nenhuma tentativa para detectar ou medir este erro. Esta abordagem é por vezes referida como uma operação homódina. Embora esta abordagem providencie algumas vantagens, ela requer que os dois canais sejam estreitamente ajustados, incluindo estreitamente ajustados em frequência. Além disso, esta abordagem requer que ambas as frequências se mantenham fixas, portanto técnicas de saltos de frequência não são compatíveis com esta abordagem. 4

SUMÁRIO

Um aspecto da presente invenção é providenciar uma unidade móvel de acordo com a reivindicação 5 tendo ainda caracteristicas de acordo com as reivindicações 6 a 10.

Uma realização da presente invenção providencia um método de acordo com a reivindicação 1 tendo ainda caracteristicas de acordo com as reivindicações 2 a 4.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A presente invenção é ilustrada por meio de exemplo e não limitação nas figuras dos desenhos anexos nos quais referências indicam elementos semelhantes e nos quais: A Figura IA é um diagrama em bloco dos principais componentes dum sistema de recepção GPS móvel utilizando os métodos da presente invenção, e mostra ligações de dados que existem entre uma estação de base e a unidade remota. A Figura 1B é um diagrama em bloco duma unidade GPS móvel alternativa. A figura 1C é um diagrama em bloco de outra unidade GPS móvel alternativa.

As Figuras 2A e 2B providenciam duas alternativas para as porções RF e IF dum receptor o qual é uma realização da presente invenção. A Figura 3 mostra uma carta de fluxos das operações principais (por exemplo operações de software) realizadas pelo processador DSP programável de acordo com os métodos da presente invenção. 5

As Figuras 4A-4E ilustram as formas de onda do processamento do sinal em várias fases do processamento de acordo com os métodos da presente invenção. A Figura 5A ilustra um sistema de estação base numa realização da presente invenção. A Figura 5B ilustra um sistema de estação base numa realização alternativa da presente invenção. A figura 6A ilustra uma unidade GPS móvel tendo, de acordo com um aspecto da presente invenção, calibragem do oscilador local.

As Figuras 6B e 6C mostram outras realizações de unidades GPS móveis tendo calibragem do oscilador local. A Figura 7 é uma carta de fluxos a qual mostra um método de gestão de potência para uma unidade móvel de acordo com uma realização da presente invenção. A Figura 8 mostra um método para derivar informações Doppler para satélites à vista a partir de dados de almanaque de satélite providenciados a uma unidade móvel.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Esta invenção diz respeito a aparelhos e métodos para processar a posição duma unidade móvel, ou remota, duma maneira que resulta na unidade remota equipamento tendo uma dissipação de energia muito baixa e a capacidade de funcionar com niveis muito baixos de sinal recebido e ainda providenciar medidas exactas de informação de posicionamento. Isto é, o consumo de energia é reduzido enquanto a sensibilidade e a exactidão do receptor são aumentadas. Isto também é tornado possivel pela recepção e uso na unidade remota dum sinal de comunicação de frequência estável. Isto é tornado possivel pela implementação de funções de recepção 6 remota, como mostrado na Figura IA, bem como a transmissão de informação almanaque de satélite a partir dum estação base 10 localizada separadamente para a unidade GPS remota ou móvel 20.

Deve notar-se que pseudo-alcances podem ser usados para processar a posição geográfica da unidade remota de muitas maneiras diferentes. Três exemplos são: 1. Método 1: Por retransmissão das mensagens de dados de satélite para a unidade remota 20 a partir da estação base 10, a unidade remota 20 pode combinar esta informação com as medidas de pseudo-alcances para processar a sua posição. Ver, por exemplo, a patente U.S. 5,365,450. Tipicamente, a unidade remota 20 realiza o processamento da posição na unidade remota 20. 2. Método 2: A unidade remota 20 pode colher os dados efemérides de satélite a partir da recepção de sinais GPS da maneira normal que é praticada vulgarmente na técnica. Estes dados, que tipicamente são válidos para uma ou duas horas, podem ser combinados com medidas de pseudo-alcances para completar, tipicamente na unidade remota o cálculo da posição. 3. Método 3: A unidade remota 20 transmite sobre uma ligação de comunicações 16 os pseudo-alcances para a estação base 10 a qual pode combinar esta informação com os dados efemérides de satélite para completar o cálculo da posição. Ver, por exemplo, a Patente U.S. N° 5,225,842.

Nas abordagens (ou Métodos) 1 a 3 é assumido que a estação base 10 e a unidade remota 20 têm uma vista comum de todos os satélites com interesse e estão posicionadas suficientemente 7 perto uma da outra para resolver uma ambiguidade de tempo associada com a taxa de repetição dos códigos pseudo-aleatórios GPS. Isto será conseguido para um alcance entre a estação base 10 e a unidade remota 20 de Vs vezes a velocidade da luz vezes o periodo de repetição PN (1 milisegundo), ou cerca de 150 km.

Com vista a explicar a invenção corrente, é assumido que o método 3 é utilizado para completar o cálculo da posição. Contudo, após revisão desta Especificação, será apreciado por peritos na técnica que os vários aspectos e realizações da presente invenção podem ser usados com qualquer dos três Métodos acima, bem como com outras abordagens. Por exemplo, numa variação do Método 1, a informação de dados de satélite tais como dados representativos de efemérides de satélite pode ser transmitida por uma estação base para uma unidade remota, e esta informação de dados de satélite pode ser combinada com pseudo-alcances, processados de acordo com a presente invenção a partir de sinais GPS armazenados temporariamente, para providenciar uma latitude e longitude (e em muitos casos também uma altitude) para a unidade remota. Será apreciado que a informação de posição recebida a partir da unidade remota pode ser limitada a latitude e longitude ou pode ser informação extensiva a qual inclui latitude, longitude, altitude, velocidade e orientação da unidade remota. Mais ainda, a correcção do oscilador local e/ou os aspectos de gestão de energia da presente invenção podem ser utilizados nesta variação do Método 1. Além disso, informação de almanaque de satélite pode ser transmitida para a unidade remota 20 e utilizada pela unidade remota 20 de acordo com aspectos da presente invenção.

No Método 3 a estação base 10 comanda a unidade remota 20 para realizar uma medida através duma mensagem transmitida sobre uma ligação de comunicação de dados 16 como mostrado na Figura IA. A mensagem da estação base 10 a qual comanda a unidade remota 20 pode tipicamente especificar também uma identificação dos satélites particulares à vista ou outros dados de iniciação. A estação base 10 também pode enviar dentro da sua mensagem (ou pode ter enviado previamente) informação de almanaque de satélite, a qual é uma forma de informação de dados de satélite. Esta informação de almanaque de satélite inclui tipicamente uma descrição da posição aproximada em relação ao tempo de todos os satélites da constelação GPS. A Patente U.S. N° 4, 445, 118 descreve alguns dos dados que podem ser incluídos nos dados de almanaque de satélite. Esta mensagem é recebida por um modem separado 22 que é parte da unidade remota 20, e é armazenada numa memória 30 acoplada a um microprocessador de baixa potência 26. A informação de almanaque de satélite pode então ser usada para derivar informação Doppler para os satélites à vista; esta derivação é descrita mais abaixo. Os dados de almanaque podem ser válidos por períodos até um mês. O microprocessador 26 trata da transferência de informação de dados entre os elementos de processamento 32-48 da unidade remota e o modem 22 e ele controla as funções de gestão de potência dentro do receptor remoto 20, tal como será evidente na discussão subsequente. Normalmente, o microprocessador 26 coloca a maioria ou todo o hardware da unidade remota 20 num estado de baixa potência, ou potência desligada, excepto quando estão a ser realizados cálculos de pseudo-alcances ou outros cálculos GPS, ou quando uma fonte alternativa de potência está disponível. Contudo, a porção receptora do modem é pelo menos periodicamente ligada (à potência total) para determinar se a 9 estação base 10 enviou um comando à unidade remota para determinar a posição da unidade remota. O uso desta informação de almanaque de satélite para derivar informação Doppler para os satélites à vista da unidade remota elimina a necessidade da unidade remota 20 procurar tal informação Doppler, reduzindo em consequência o seu tempo de processamento em excesso dum factor de 10. O uso da informação Doppler também permite à unidade remota GPS 20 processar mais rapidamente uma amostra de sinais GPS e isto tende a reduzir a quantidade de tempo em que o processador 32 deve receber potência total com vista a processar uma informação de posição. Isto sozinho reduz a potência consumida pela unidade remota 20 e contribui para melhorar a sensibilidade. Informação adicional também pode ser enviada para a unidade remota 20, incluindo as épocas dos dados na mensagem GPS. O sinal de ligação de dados recebido pode utilizar uma frequência portadora exacta. O receptor remoto 20 deve empregar, como mostrado na Figura 6 que é descrita abaixo, um anel de controlo automático de frequência (AFC) para fixar com esta portadora e assim calibrar ulteriormente o seu próprio oscilador de referência( por exemplo, corrigindo a frequência de saída do GPS L.O. a qual é usada para adquirir sinais GPS). Um tempo de transmissão de mensagem de 10 mseg., com uma relação sinal recebido/ruído de 20 dB, permitirá normalmente a medida de frequência através dum AFC com uma precisão de 10 Hz ou melhor. Isto será tipicamente melhor do que o adequado para as necessidades da presente invenção. Esta característica também melhorará a exactidão dos cálculos de posição que são realizados, quer convencionalmente quer 10 usando os métodos de convolução rápida da presente invenção. Esta caracteristica é descrita abaixo em maior detalhe.

Numa realização da invenção, a ligação de comunicação 16 é um meio de comunicação de radiofrequência de banda estreita comercialmente disponível, tal como um sistema pager de duas vias. Este sistema pode ser usado em realizações em que a quantidade de informação de dados transmitida entre a unidade remota 20 e estação base 10 é relativamente pequena. Na realidade os dados de almanaque de satélite podem ser comprimidos de modo que a quantidade de dados necessária para descrever a posição aproximada de todos os satélites na constelação GPS pode ser eficientemente transmitida num sistema de comunicação de banda estreita. Aqueles sistemas que requerem a transmissão de grandes quantidades de dados num curto período de tempo podem requerer um meio de comunicação de radiofrequência de banda larga. Estes sistemas de banda mais larga podem ser requeridos naquelas realizações em que dados de almanaque de satélite não comprimidos são transmitidos.

Será apreciado que apesar disso pode ser eficiente usar um sistema de banda estreita mesmo quando é transmitida informação de almanaque de satélite não comprimida porque a informação de almanaque tem boa exactidão para longos períodos de tempo (por exemplo, um mês, tipicamente). Assim esta informação pode ser transmitida uma vez por mês e então armazenada na unidade GPS móvel (por exemplo, em memória fotográfica EEPROM) e usada para o mês inteiro; tipicamente, neste caso, esta informação é armazenada com um selo de data o qual indica a data de recepção dos dados de almanaque de satélite. A unidade remota pode então, quando recebe um comando para providenciar informação da sua posição, 11 determinar se os dados de almanaque de satélite estão estragados e receber ou não receber a transmissão de dados de almanaque providenciada pela estação base. Se os dados não estão estragados (por exemplo, os dados de almanaque, como indicado pelo seu selo de data, têm menos do que um mês ou qualquer outro periodo de tempo pré-determinado), então os dados podem ser usados a partir do armazenamento e a recepção de dados de almanaque de satélite "frescos" não é necessária e a transmissão automática de tais dados é ignorada. Alternativamente, a estação base pode determinar se transmite dados de almanaque de satélite guardando uma lista das unidades remotas para as quais foram enviados dados de almanaque de satélite e um selo de data indicando a última transmissão de dados de almanaque de satélite para cada uma de tais unidades remotas. A estação base pode então determinar se transmite dados de almanaque de satélite com um comando de posição fixa baseada no estado não estragado dos últimos dados de almanaque de satélite armazenados na unidade remota particular. Se os dados de almanaque na unidade remota não estão estragados (por exemplo, são velhos menos de um mês) então o comando de posição fixa sem os dados de almanaque é transmitido da estação base para a unidade remota. Se os dados de almanaque estão estragados, então os dados de almanaque de satélite correntes são transmitidos para a unidade remota.

Uma vez recebido na unidade remota 20 um comando (por exemplo, da estação base 10) para processamento GPS juntamente com a informação de almanaque de satélite (ou determina se pode usar uma versão armazenada localmente de dados de almanaque de satélite), o microprocessador 26 activa o Conversor RF para IF 42, o Conversor Analógico para Digital 44 e a Memória Fotográfica Digital 46 através dum circuito 36 12 de Bateria e Regulador de Potência e Interruptores de Potência (e linhas de potência controlada 21a, 21b, 21c e 21d) providenciando assim potência total a estes componentes. Isto leva a que o sinal do satélite GPS que é recebido através da antena 40 seja convertido descendentemente para uma IF, na qual ele sofre subsequentemente digitalização. Um conjunto de tais dados, correspondendo tipicamente a uma duração de 100 milisegundos até 1 segundo (ou mesmo mais longa), é então armazenada numa Memória Fotográfica 46. A quantidade de dados armazenada deve ser controlada pelo microprocessador 26 de modo que mais dados podem ser armazenados na memória 46 (para obter maior sensibilidade) naquelas situações em que a conservação de potência não é tão importante como a obtenção de maior sensibilidade, e menos dados podem ser armazenados naquelas situações em que a conservação de potência é mais importante que a sensibilidade. Tipicamente, a sensibilidade é mais importante quando os sinais GPS podem ser obstruídos parcialmente, e a conservação de potência é menos importante quando está disponível uma fonte copiosa de potência (por exemplo, uma bateria de automóvel). O endereçamento desta memória 46 para armazenar estes dados é controlado por um circuito integrado Field Programmable Gate Array 48. A conversão descendente do sinal GPS é consumada usando um sintetizador de frequência 38 o qual providencia sinal do oscilador local 39 ao conversor 42 como discutido mais abaixo.

Notar que todo este tempo (enquanto a memória fotográfica 46 é preenchida com os sinais GPS digitalizados dos satélites à vista) o microprocessador DSP 32 pode ser mantido num estado de potência baixa. O Conversor RF para IF 42 e o Conversor Analógico para Digital 44 são tipicamente apenas ligados por um curto período de tempo, suficiente para recolher e 13 armazenar os dados requeridos para o cálculo do pseudo-alcance. Depois de completada a recolha de dados, estes circuitos conversores são desligados ou a potência é doutro modo reduzida através das linhas de potência controlada 21b e 21c (enquanto a memória 46 continua a receber potência total), não contribuindo assim para a dissipação adicional de potência durante o cálculo do pseudo-alcance em curso. 0 cálculo do pseudo-alcance é então realizado usando, numa realização, um processador de sinal digital programável de objectivo geral IC 32 (DSP),como exemplificado por um circuito integrado TMS320C30 da Texas Instruments. Este DSP 32 é colocado num estado activo de potência pelo microprocessador 26 e o circuito 36 através da linha de potência controlada 21e antes de realizar tais cálculos.

Este DSP 32 difere de outros usados em algumas unidades GPS remotas por ser de objectivo geral e programável, quando comparado com processadores de sinal digital especializados IC's. Além disso, o DSP 32 torna possível o uso dum algoritmo de Transformação Fourier Rápida (FFT), o qual permite o processamento muito rápido de pseudo-alcances realizando rapidamente um grande número de operações de correlação entre uma referência gerada localmente e os sinais recebidos. Tipicamente, são requeridas 2046 de tais correlações para completar a procura das épocas de cada sinal GPS recebido. O algoritmo de Transformação Fourier Rápida permite uma procura simultânea e paralela de todas tais posições, acelerando assim o requerido processo de processamento por um factor de 10 a 100 sobre abordagens convencionais.

Após o DSP 32 completar os seus processamentos de pseudo-alcances para cada um dos satélites à vista, ele transmite, numa realização da invenção, esta informação ao 14 microprocessador 26 através da interligação 33. Nesta altura o microprocessador 26 pode levar o DSP 32 e a memória 4 6 a entrar outra vez num estado de potência baixa enviando um sinal de controlo apropriado ao circuito 36 de Bateria e Regulador de Potência. Então, o microprocessador 26 utiliza um modem 22 para transmitir os dados de pseudo-alcance sobre uma ligação de dados 16 para a estação base 10 para processamento final da posição. Em adição aos dados de pseudo-alcance , pode ser simultaneamente transmitida uma etiqueta de hora para a estação base 10 que indica o tempo decorrido desde a colecta inicial de dados na memória 46 e a hora da transmissão de dados sobre a ligação de dados 16. Esta etiqueta de hora melhora a capacidade da estação de base para processar o cálculo de posição, dado que permite o processamento das posições de satélite GPS na hora da colecta de dados. Como uma alternativa, de acordo com o Método 1 acima, o DSP 32 pode processar a posição (por exemplo latitude, longitude ou latitude, longitude e altitude) da unidade remota e enviar estes dados ao microprocessador 26, o qual de modo semelhante retransmite estes dados para a estação base 10 através do modem 22. Neste caso o processamento de posição é facilitado pelo DSP mantendo o tempo decorrido desde a recepção das mensagens dos dados de satélite até ao inicio da colecta de dados na memória. Isto melhora a capacidade da unidade remota processar o cálculo de posição, dado que permite o processamento das posições de satélite GPS na hora da colecta de dados.

Como mostrado na Figura IA, o modem 22, numa realização, utiliza uma antena separada 24 para transmitir e receber mensagens sobre a ligação de dados 16. Será apreciado que o modem 22 inclui um receptor de comunicação e um transmissor de comunicação, os quais são alternativamente ligados à 15 antena 24. De modo semelhante, a estação base 10 pode usar uma antena separada 14 para transmitir e receber mensagens de ligação de dados, permitindo assim recepção continua de sinais GPS através da antena GPS 12 na estação base 10. È esperado, num exemplo típico, que os cálculos de posição no DSP 32 requeiram menos do que poucos segundos de tempo, dependendo da quantidade de dados armazenados na memória fotográfica digital 46 e da velocidade do DSP ou vários DSPs.

Deve ser claro da discussão acima que a unidade remota 20 apenas necessita activar os seus circuitos de elevado consumo de potência durante uma pequena fracção de tempo, se os comandos de cálculo de posição a partir da estação base não forem muito frequentes. É antecipado, pelo menos em muitas situações, que tais comandos resultarão para os equipamentos da unidade remota numa activação no seu estado de alta dissipação de potência apenas cerca de 1% do tempo ou menos.

Isto permite então o funcionamento da bateria 100 vezes mais do que a duração que seria possível doutra maneira. Os comandos do programa necessário para o desempenho da operação de gestão de potência são armazenados no EEPROM 28 ou noutro meio de armazenagens adequado. Esta estratégia de gestão de potência pode ser adaptada a diferentes situações de disponibilidade de potência. Por exemplo, quando está disponível maior potência a determinação da posição pode ocorrer numa base contínua.

Como indicado acima, a memória fotográfica digital 46 captura um registo correspondendo a um longo período de tempo. O processamento eficiente deste grande bloco de dados usando métodos de convolução rápidos contribui para a capacidade da 16 presente invenção para processar sinais recebidos a níveis baixos (por exemplo, quando a recepção é fraca devido a bloqueio parcial de edifícios, árvores, etc.). Todos os pseudo-alcances para os satélites GPS visíveis são processados usando estes mesmos dados arquivados. Isto providencia desempenho melhorado relativamente a receptores GPS de seguimento contínuo em situações (tais como condições de bloqueio urbano) nas quais a amplitude do sinal é alterada rapidamente.

Uma implementação ligeiramente diferente exibida na Figura 1B dispensa o microprocessador 26 e os seus periféricos (RAM 30 e EEPROM 28) e substitui as suas funcionalidades com circuitos adicionais contidos num FPGA (Field Programmable Gate Array) mais complexa 49. A estrutura e funcionamento da unidade remota mostrada na Figura 1B é descrita em maior detalhe na US 5 663 734. A unidade remota da Figura 1B usa o DSP 32a para selectivamente ligar potência ou reduzir potência para os diferentes componentes de acordo com um método de gestão de potência tal como aquele mostrado na Figura 7. A Figura 1C mostra outra realização de acordo com a presente invenção duma unidade GPS móvel a qual contem muitos dos mesmos componentes das unidades GPS móveis mostradas nas Figuras IA e 1B. A Figura 1C mostra uma característica da presente invenção a qual permite à unidade GPS móvel negociar sensibilidade por conservação de potência. Como descrito aqui a sensibilidade da unidade GPS móvel pode ser acrescida aumentando a quantidade de sinais GPS guardados os quais são armazenados na memória 46. Isto é feito adquirindo e digitalizando mais 17 sinais GPS e armazenando estes dados na memória 46. Embora este armazenamento aumentado ocasione maior consumo de potência, ele melhora a sensibilidade da unidade GPS móvel. A estrutura e funcionamento da unidade móvel mostrada na Figura 1C é descrita em maior detalhe na acima referida US 5 663 734.

Exemplos representativos dum sistema conversor de frequência RF para IF e digitalização para a unidade GPS móvel são mostrados nas Figuras 2A e 2B. A estrutura e funcionamento destes exemplos mostrados nas Figuras 2A e 2B são descritos em maior detalhe na US 5 663 734.

Detalhes do processamento do sinal GPS realizado no DSP 32 podem ser entendidos com a ajuda da carta de fluxos da Figura 3 e da representação nas Figuras 4A, 4B, 4C, 4D e 4E. Será aparente para os peritos na técnica que o código máquina, ou outro código adequado, para realizar o processamento do sinal a ser descrito está armazenado no EPROM 34. Outro dispositivo de armazenamento não volátil pode também ser usado. 0 seguimento assume que é empregue o I/Q mostrado na Figura 2A e que a memória fotográfica 46 contem dois canais de dados digitalizados a 2.048 MHz. O objectivo do processamento é determinar o ajustamento da forma de onda recebida em relação à forma de onda gerada localmente. Além disso, com vista a conseguir maior sensibilidade, uma porção muito longa de tal forma de onda, tipicamente 100 milisegundos a 1 segundo, é processada. Será também apreciado que a informação Doppler que é usada neste processamento de sinal pode ser a informação Doppler que foi derivada dos dados de almanaque de satélite armazenados ou recentemente transmitidos. A derivação da informação Doppler a partir dos dados de almanaque de satélite é descrita ulteriormente aqui em 18 conjunção com a Figura 8. Mais detalhes dizendo respeito ao processamento do sinal mostrado nas Figuras 3 e 4A-4E são descritos na US 5 663 734.

Um resumo do processamento do sinal descrito acima e mostrado na Figura 3 e nas Figuras 4A-4E será agora providenciado. Os sinais GPS de um ou mais satélites GPS à vista são recebidos na unidade GPS remota usando uma antena na unidade GPS remota. Estes sinais são digitalizados e armazenados numa memória na unidade GPS remota. Depois do armazenamento destes sinais, um processador efectua numa realização pré-processamento, processamento de convolução rápida, e pós operações de processamento. Estas operações de processamento envolvem: a) dividir os dados armazenados numa série de blocos cujas durações são iguais a um múltiplo do período de forma dos códigos pseudo-aleatórios (PN) contidos nos sinais GPS. b) para cada um dos blocos realizar um passo de pré-processamento criando um bloco de dados comprimido com comprimento igual à duração dum período de código pseudo-aleatório adicionando juntos coerentemente sucessivos sub-blocos de dados, os sub-blocos tendo uma duração igual a uma forma PN; este passo de adição significará que os correspondentes números de amostra de cada um dos sub-blocos são adicionados um ao outro. c) para cada um dos blocos comprimidos, realizar uma operação de filtragem de ajustamento, a qual utiliza técnicas de convolução rápida, para determinar o ajustamento relativo entre o código PN recebido contido dentro do bloco de dados e um sinal PN de referência 19 gerado localmente (por exemplo, a sequência pseudo-aleatória do satélite GPS que está a ser processada). d) determinar um pseudo-alcance mediante a realização duma operação de magnitude ajustada sobre os produtos criados pela operação de filtragem de ajustamento e pós-processar isto combinando os dados de magnitude ajustada para todos os blocos dentro dum bloco singular de dados adicionando juntos os blocos de dados de magnitude ajustada para produzir um pico. e e) encontrar a localização do pico do dito bloco singular de dados de alta precisão usando métodos de interpolação digital, em que a localização é a distância desde o inicio do bloco de dados até ao dito pico, e a localização representa um psedo-alcance para um satélite GPS correspondendo à sequência pseudo-aleatória que está a ser processada.

Tipicamente, a técnica de convolução rápida usada no processamento dos sinais GPS armazenados é uma Transformação

Fourier Rápida (FFT) e o resultado da convolução é produzido processando o produto da transformação directa do bloco comprimido e uma representação pré-armazenada da transformação directa da sequência pseudo-aleatória para produzir um primeiro resultado e então realizar uma transformação inversa do primeiro resultado para restabelecer o resultado. Também os efeitos dos desvios de tempo Doppler induzidos e os erros de tempo do oscilador local induzidos são compensados para cada bloco comprimido de dados inserindo entre as operações de Transformação Fourier Rápida directa e inversa, a multiplicação da FFT directa dos blocos comprimidos por um exponencial complexo cuja fase versus número de amostra é ajustado para corresponder à compensação do atraso requerida para o bloco. 20

Na realização precedente o processamento dos sinais GPS para cada satélite ocorre sequencialmente no tempo, em vez de em paralelo. Numa realização alternativa, os sinais GPS de todos os satélites à vista podem ser processados juntos numa forma paralela no tempo. É assumido aqui que a estação base 10 tem uma vista comum de todos os satélites com interesse e que está suficientemente perto em alcance da unidade remota 20 com vista a evitar ambiguidades associadas com o periodo de repetição do código C/A PN. Um alcance de 90 milhas satisfará este critério. Também é assumido que a estação base 10 tem um receptor GPS e uma boa localização geográfica tal que todos os satélites são continuamente seguidos com elevada precisão.

Embora várias realizações descritas da estação base 10 mostrem o uso dum componente processador de dados, tal como um processador na estação base com vista a processar informação de posição tal como uma latitude e uma longitude para a unidade GPS móvel, será apreciado que cada estação base 10 pode simplesmente encaminhar a informação recebida, tal como os pseudo-alcances duma unidade GPS móvel, para uma localização central ou várias localizações centrais as quais realizam o processamento da latitude e longitude. Desta maneira o custo e complexidade destas estações base relés podem ser reduzidos mediante a eliminação duma unidade de processamento de dados e dos seus componentes associados de cada estação base relé. Uma localização central, incluirá receptores (por exemplo, receptores de telecomunicações) e uma unidade de processamento de dados e componentes associados. Além disso, em certas realizações, a estação base pode ser virtual por poder ser um satélite que transmite 21 informação Doppler ou dados de almanaque de satélite para unidades remotas emulando assim uma estação base numa célula de transmissão.

As Figuras 5A e 5B mostram duas realizações duma estação base de acordo com a presente invenção. Na estação base mostrada na Figura 5A, um receptor GPS 501 recebe sinais GPS através duma antena GPS 501a. O receptor GPS 501, o qual pode ser um receptor GPS convencional, providencia um sinal de referência horário o qual tipicamente é ajustado relativamente aos sinais GPS e providencia também dados de almanaque de satélite para todos os satélites da constelação de satélites GPS e pode providenciar informação Doppler relativa aos satélites à vista. Este receptor GPS 501 é acoplado a um oscilador local disciplinado 505 o qual recebe o sinal de referência horário 510 e a fase bloqueia-se ela própria a esta referência. Este oscilador local disciplinado 505 tem uma saida que é providenciada a um modelador 506. O modelador 506 também recebe os dados de almanaque de satélite (ou alternativamente sinais de informação de dados Doppler para cada satélite à vista da unidade GPS móvel) e/ou outros sinais 511 de informação de dados de satélite. O modulador 506 modula os dados de almanaque de satélite (ou alternativamente os Doppler) e/ou outra informação de dados de satélite sobre o sinal do oscilador local recebido do oscilador local disciplinado 505 com vista a providenciar um sinal modulado 513 ao transmissor 503. O transmissor 503 está acoplado à unidade de processamento de dados 502 através da interligação 514 de modo que a unidade de processamento de dados pode controlar o funcionamento do transmissor 503 com vista a originar a transmissão de informação de dados de satélite, tal como informação de almanaque de satélite para uma unidade GPS móvel através da antena do transmissor 503a. 22

Desta maneira, uma unidade GPS móvel pode receber a informação de almanaque de satélite, a fonte da qual é o receptor GPS 501 e pode receber também um sinal portador de alta precisão do oscilador local o qual pode ser usado para calibrar o oscilador local na unidade GPS móvel como mostrado na Figura 6. Será apreciado que a estação base pode transmitir automaticamente os dados de almanaque de satélite correntes com cada transmissão dum comando de posição fixa para a unidade remota. Alternativamente, a estação base deve, como descrito acima, determinar se a versão de dados de almanaque de satélite armazenada na unidade remota está correcta e transmitir os dados de almanaque correntes apenas se a versão armazenada na unidade remota estiver estragada. Se um sistema de comunicação de banda larga está a ser usado como ligação de comunicação (por exemplo, um sistema telefónico celular) então a abordagem anterior é preferida. Se um sistema de comunicação de banda estreita está a ser usado, então a última abordagem pode ser preferida. A estação base como mostrada na Figura 5A também inclui um receptor 504 o qual é acoplado para receber sinais de comunicação a partir da unidade remota ou GPS móvel através duma antena de comunicação 504a. Será apreciado que a antena 504a pode ser a mesma antena que a antena do transmissor 503a pelo que uma única antena serve ambos o transmissor e o receptor na maneira convencional. O receptor 504 está acoplado à unidade de processamento de dados 502 a qual pode ser um sistema convencional de processador. A unidade de processamento 502 pode incluir também uma interligação 512 para receber informação Doppler e/ou outra informação de dados de satélite a partir do receptor GPS 511. Esta informação pode ser utilizada no processamento de informação de pseudo-alcances ou outra informação recebida da unidade 23 móvel através do receptor 504. Esta unidade de processamento de dados 502 está acoplada a um dispositivo de exibição 508, o qual pode ser um CRT convencional. A unidade de processamento de dados 502 está também acoplada a um dispositivo de grande armazenamento 507 que inclui software GIS (Geographical Information System) (por exemplo, Atlas GIS da Strategic Mapping, Inc. de Santa Clara, Califórnia) o qual é usado para exibir mapas no dispositivo 508. Usando os mapas exibidos, a posição da unidade GPS móvel pode ser indicada no dispositivo relativamente aos mapas exibidos.

Uma estação base alternativa mostrada na Figura 5B inclui muitos dos mesmos componentes mostrados na Figura 5A. Contudo, em vez de obter os dados de almanaque de satélite e/ou outra informação de dados de satélite a partir dum receptor GPS, a estação base da Figura 5B inclui uma fonte de dados de almanaque de satélite e/ou outra informação de dados de satélite 552 a qual é obtida a partir duma ligação de telecomunicações ou uma ligação rádio duma maneira convencional. Por exemplo, esta informação pode ser obtida dum local servidor na Internet. Esta informação de satélite é transportada sobre uma interligação 553 para o modulador 506. A outra entrada do modulador 506 mostrado na Figura 5B é o sinal de saida do oscilador a partir do oscilador local de referência de qualidade tal como um oscilador local padrão de césio. Este oscilador local de referência 551 providencia uma frequência portadora exacta sobre a qual é modulada a informação de dados de satélite a qual é então transmitida através do transmissor 503 para a unidade GPS móvel.

Embora a discussão precedente ilustre uma estação base que integra todas as funções de transmissão de dados de satélite e informação de frequência de referência, na maioria das 24 situações práticas isto pode ser parcialmente realizado usando sistemas de comunicação comerciais, tal como sistemas celulares ou de paging. Por exemplo, muitos sistemas celulares digitais utilizam um oscilador local muito estável nos seus sinais transmitidos. Neste caso, uma estação base necessita apenas recolher os dados de satélite, tal como nos blocos 501 ou 552 e enviar estes dados sobre um tal sistema celular usando um modem de fios convencional. As funções de modulação efectivas, incluindo a transmissão de frequência de referência exacta, são então realizadas pelo transmissor celular. Esta abordagem resulta numa estação base de muito baixo custo com nenhum circuito de RF especial. De modo semelhante, na ligação da unidade remota à estação base, o sistema celular providencia as funções de recebimento e desmodulação do bloco 504 e a estação base necessita apenas de utilizar um modem para receber tais dados sobre linhas normais. È uma característica importante desta invenção que a frequência e forma dos sinais de dados transmitidos não são importantes, tanto quanto a frequência portadora seja muito estável. Deve também ser notado que esta frequência portadora pode variar duma transmissão para a próxima, como vulgarmente acontece em sistemas celulares, os quais utilizam um grande número de canais de frequência para servir uma largo número de utilizadores. Em alguns casos a frequência portadora também pode variar dentro duma chamada. Por exemplo, tremura de frequência é utilizada em alguns sistemas celulares digitais. Também, esta invenção pode utilizar tal transmissão de sinais, desde que o receptor remoto possa bloquear a frequência nas frequências estáveis transmitidas. 25

A figura 6A mostra uma realização duma unidade GPS móvel da presente invenção a qual utiliza o sinal portador de frequência exacta recebido através da antena de canal de comunicação 601 a qual é semelhante à antena 24 mostrada na Figura IA. A antena 601 é acoplada ao modem 602, o qual é semelhante ao modem 22 da Figura IA, e este modem 602 é acoplado a um circuito de controlo automático de frequência 603 o qual se fixa no sinal de frequência portadora exacta enviado pela estação base (que deve ser considerada ser ou incluir um transmissor telefónico celular) descrita aqui de acordo com uma realização da presente invenção. O circuito de controlo automático de frequência 603 providencia uma saída 604, a qual é tipicamente fixada em frequência à frequência portadora exacta. Este sinal 604 é comparado pelo comparador 605 com a saída do oscilador GPS local 606, através da interligação 608. O resultado da comparação realizada pelo comparador 6 05 é um sinal de correcção de erro 610 o qual é providenciado como um sinal de correcção ao oscilador GPS local 606. Desta maneira, o sintetizador de frequência 609 providencia um sinal de oscilação local calibrado, de melhor qualidade, pela interligação 612 ao conversor GPS descendente 614. Será apreciado que o oscilador GPS local 606 e o sintetizador de frequência 609 podem juntos ser considerados um oscilador local que providencia um sinal horário GPS que é introduzido no conversor descendente para adquirir os sinais GPS recebidos através da antena GPS 613. Como usado aqui "calibrado", "calibrar" ou "calibragem" referem-se quer a um sistema que mede e corrige um oscilador local (usando um sinal de referência derivado duma medida de um erro no oscilador local) quer a um sistema que estabiliza um sinal do oscilador local (por exemplo, fornecendo um sinal do oscilador local a partir do receptor de comunicação aos circuitos de sintetização de frequência que geram sinais GPS 26 horários os quais são usados para converter descendentemente/adquirir sinais GPS). Será apreciado que o sinal providenciado sobre a intercomunicação 612 é semelhante ao sinal do oscilador local providenciado pela interligação 39 da Figura IA ao conversor 42; também, o conversor 42 é semelhante ao conversor GPS descendente 614 o qual é acoplado à antena GPS 613 para receber sinais GPS.

Numa realização alternativa o sinal 604 providenciado pela unidade AFC no receptor de comunicação é um LO o qual na frequência adequada serve como uma referência para o sintetizador de frequência 609. Neste caso não é requerido oscilador GPS local (mostrado na Figura 6A como opcional por esta razão) e o sinal 604 será fornecido directamente ao sintetizador 609 em substituição do sinal 607 do oscilador GPS local. Desta maneira, um exacto, sinal horário estável do oscilador local, é providenciado ao conversor GPS descendente para o conversor descendente adquirir sinais GPS recebidos através duma antena GPS.

Numa outra realização alternativa, o resultado da comparação realizada pelo comparador 605 pode ser enviado através da interligação 610a como uma correcção de erro ao componente DSP 620 o qual é semelhante ao chip DSP 32 mostrado na Figura IA. Neste exemplo, nenhum sinal de correcção de erro 610 será providenciado indirectamente ao sintetizador de frequência 609. O circuito de controlo automático de frequência pode ser implementado usando um número de técnicas convencionais incluindo um anel de fixação de fase ou um anel de fixação de frequência ou um bloco estimador de fase. A figura 6B mostra outra realização duma unidade GPS móvel para calibragem do oscilador GPS local usado para adquirir 27 (por exemplo, converter descendentemente) os sinais GPS na unidade móvel da presente invenção. A abordagem é derivar uma frequência estável a partir dos circuitos de recepção dum receptor de comunicação. Muitos sinais de comunicação, tais como sinais de celular digital ou PCS têm frequências portadoras estáveis tão boas como 0,1 partes por milhão. Os receptores destes sinais providenciam, como parte do seu funcionamento, um procedimento de fixação de fase aplicado ao sinal portador do receptor de modo que uma tal portadora pode ser removida permitindo a desmodulação dos dados digitais impostos sobre a portadora. O procedimento de fixação de fase produz normalmente como partes do seu processo um oscilador local estável o qual pode ser utilizado para estabilizar separadamente os osciladores locais dum receptor GPS, eliminando por conseguinte componentes caros neste receptor. O sinal de comunicação recebido pelo receptor de comunicação 640 pode ter uma ou uma multiplicidade de frequências portadoras possíveis, dependendo sobre que canal está sintonizado. O primeiro andar (conversor 642) do receptor converte descendentemente o sinal para uma única frequência IF, por exemplo 140 MHz. Esta conversão descendente é controlada pelo oscilador VCOl 643 o qual providencia um sinal de oscilador de entrada para o conversor descendente 642. A saída do VCOl é por sua vez controlada pelo sintetizador de frequência 644 o qual providencia uma entrada para os osciladores VCOl 643 e VC02 647. O misturador 646 forma um segundo andar conversor descendente RF para IF que é controlado por um sinal de oscilador de entrada a partir do oscilador 647. O andar seguinte (Costas Loop Demodulator e Temperature Compensated Voltage Controlled Oscillator (TCVCXO) 645) do receptor de comunicação é um circuito de fixação de fase cuja finalidade é construir um sinal 28 oscilador local que está fixado em fase ao sinal de frequência portadora entrado. Para um sinal que está bloqueado em fase, um circuito comum bem conhecido na técnica para realizar este circuito é o Costas Loop (por exemplo ver Gardner, Phaselock Techniques, 2a edição, John Wiley&Sons 1979). Na Figura 6B o Costas Loop providencia uma voltagem de correcção de frequência ao gerador de frequência de referência TCVCXO 645 que origina a saída do TCVCXO 645 estar com fase e frequência alinhadas com a frequência portadora do sinal IF. A saída VCO 645a (do TCVCXO 645) pode então ser fornecida como uma frequência de referência a um sintetizador de frequência 654 usado com o conversor GPS descendente 652 da porção 650 do receptor GPS. Desta maneira o sintetizador de frequência produz entradas para os osciladores locais (VC03 653 e VC04 655) para uso no sistema GPS que tem a mesma estabilidade de frequência que a do sinal de comunicação recebido. O oscilador 653 controla o primeiro andar da conversão descendente RF para IF, e o oscilador 655 controla o segundo andar da conversão descendente RF para IF. O misturador 656 forma um segundo andar de conversão descendente RF para IF que recebe uma primeira frequência intermédia do conversor descendente 652 e providencia uma segunda frequência intermédia aos circuitos digitalizadores (mostrados juntos com a memória temporéria e o processador GPS no bloco 657).

Notar que a abordagem acima é aplicável mesmo se a frequência do sinal de comunicação recebido possa variar duma recepção para a próxima, se o sinal estiver atribuído a um diferente canal de frequência. Uma alternativa à abordagem acima é mostrada na Figura 6C. Aqui é providenciado um circuito 29 integrado Sintetizador Digital Directo (DDS) 677 com uma palavra de sintonização digital do Costas Loop 679, o qual é também implementado como um circuito digital. Esta palavra de sintonização pode então ser também fornecida ao sintetizador de frequência 689 que é parte do receptor GPS com vista a estabilizar os seus osciladores locais. Neste caso este sintetizador de frequência pode utilizar também um DDS 689b com vista a permitir ajustamento de precisão das suas frequências, uma caracteristica inerente dum DDS.

Existem combinações híbridas alternativas das abordagens acima - por exemplo, um DDS no receptor de comunicação, mas a saída DDS LO sendo fornecida ao sistema GPS. A abordagem geral é que um circuito de fixação de frequência ou fixação de fase no receptor de comunicação origina ou uma voltagem de sintonização ou sinais de osciladores locais os quais são fornecidos a um circuito de síntese de frequência no receptor GPS com vista a estabilizar os osciladores locais providenciados por este sistema.

Deve ser notado que os circuitos de fixação de fase nos receptores 640 e 670 podem ser alternativamente implementados completamente ou em parte através de meios de processamento de sinal digital em vez de meios analógicos. Neste caso a entrada para estes circuitos deve ser digitalizada através dum conversor A/D e as funções de circuito destes blocos devem ser construídas usando elementos de processamento de sinal digital com fios ou programável (isto é, DSP programável). A Figura 7 ilustra uma sequência particular de gestão de potência de acordo com uma realização da invenção. Será apreciado que existem inúmeras maneiras que são conhecidas na 30 técnica com vista a reduzir potência. Estas incluem atrasando o relógio providenciado a um componente de relógio sincrono bem como cortar potência a um componente particular ou desligar certos circuitos dum componente mas não outros. Será apreciado, por exemplo, que os anéis de fixação de fase e os circuitos osciladores requerem períodos de arranque e estabilização e então um projectista pode decidir não cortar completamente potência (ou toda) a estes componentes. 0 exemplo mostrado na Figura 7 começa no passo 701 no qual os vários componentes do sistema são iniciados e colocados num estado de potência reduzida. Quer periodicamente ou após um periodo de tempo pré-determinado, o receptor de comunicação no modem 22 é posto à potência total para determinar se estão a ser enviados comandos da estação base 10. Isto ocorre no passo 703. Se é recebido um pedido no passo 705 para informação de localização a partir duma unidade base, o modem 22 alerta o circuito de gestão de potência no passo 707. Neste momento, o receptor de comunicação no modem 22 pode ser desligado por um período de tempo pré-determinado ou ser desligado para ser ligado periodicamente outra vez mais tarde; isto é mostrado como passo 709. Será apreciado que o receptor de comunicação pode ser mantido no estado de potência total em vez de ser desligado nesse momento. Então no passo 711, o circuito de gestão de potência volta a colocar a porção receptora GPS da unidade móvel num estado de potência total energizando o conversor 42 e os conversores de analógico para digital 44; se o oscilador de frequência 38 também tiver sido desligado, este componente é reconduzido à potência total nesta altura e é concedido algum tempo para estabilizar. Então no passo 713, o receptor GPS, incluindo os componentes 38, 42 e 44 recebe o sinal GPS. Este sinal GPS é armazenado na memória 46 a qual foi também reconduzida à potência total quando o receptor GPS foi de novo alimentado à 31 potência total no passo 711. Depois da colecta da informação fotográfica estar completada, então o receptor GPS é reconduzido a um estado de potência reduzida no passo 717; isto compreende tipicamente a redução de potência para o conversor 42 e 44 enquanto se mantém a memória 46 à potência total. Então no passo 719, o sistema de processamento volta à potência total; numa realização, isto envolve providenciar potência total ao chip DSP 32; será apreciado contudo que se o chip DSP 32 também desempenhar funções de gestão de potência como no caso da realização mostrada na Figura 1C, então o chip DSP 32a é tipicamente reposto na potência total no passo 707. Na realização mostrada na Figura IA onde o microprocessador 26 desempenha função de gestão de potência, o sistema de processamento, tal como o chip DSP 32 deve ser reposto na potência total no passo 719. No passo 721, o sinal GPS é processado de acordo com o método da presente invenção tal como aquele mostrado na Figura 3. Então, depois de completado o processamento do sinal GPS, o sistema de processamento é colocado num estado de potência reduzida como mostrado no passo 723 (a menos que o sistema de processamento esteja também a controlar a gestão de potência como notado acima). Então, no passo 725 o transmissor de comunicação no modem 22 regressa à potência total com vista a transmitir no passo 727 o sinal processado de volta à estação base 10. Depois de completar a transmissão do sinal GPS processado, tal como informação de pseudo-alcance ou informação de latitude e longitude, o transmissor de comunicação volta ao estado de potência reduzida em 729 e o sistema de gestão de potência espera por um período de tempo tal como o período de tempo pré-determinado no passo 731. Após esta espera o receptor de comunicação no modem 22 volta à potência total com vista a determinar se um pedido está a ser enviado por uma estação base. 32 A Figura 8 mostra um método para derivar informação Doppler para satélites à vista a partir dos dados de almanaque de satélite transmitidos para uma unidade remota de acordo com a presente invenção. A unidade remota recebe, no passo 801, os dados de almanaque de satélite e armazena estes dados na unidade remota (por exemplo, armazenando na EEPROM fotográfica). Opcionalmente, a unidade remota pode marcar os dados com a data e hora correntes com vista a determinar depois a velhice dos dados de almanaque como descrito aqui.

No passo 803, a unidade remota determina a hora aproximada do dia e a sua posição aproximada. Usando estas hora e posição aproximadas com os dados de almanaque de satélite, a unidade remota no passo 805 determina o Doppler de todos os satélites à vista. A unidade remota, quando recebe o comando de posição fixa a partir da estação base pode também receber uma identificação dos satélites à vista e usar esta identificação para calcular o Doppler apenas para esses satélites a partir dos dados de almanaque e da hora e posição aproximadas determinadas no passo 803. Embora os dados de almanaque sejam providenciados numa forma específica dentro do sinal transmitido a partir dos satélites OPS, não é necessário que esta informação seja fornecida sobre a ligação de comunicação nesta forma. Por exemplo, estes dados podem ser comprimidos reduzindo a exactidão das várias quantidades transmitidas. A redução da exactidão pode reduzir a exactidão Doppler, mas tal redução pode estar ainda dentro do orçamento de erro permitido do receptor GPS. Alternativamente, outra representação dos dados de almanaque pode ser preferível, por exemplo ajustando os dados de posição de satélite a um conjunto de curvas, tal como harmónicas esféricas. Esta abordagem pode permitir ao receptor OPS processar mais 33 facilmente o Doppler a partir dos dados de almanaque fornecidos.

Doppler aproximado pode ser processado processando o alcance da unidade remota para os satélites com interesse em momentos separados por um intervalo apropriado (por exemplo, 1 segundo). Isto é feito utilizando os dados de almanaque fornecidos e a posição aproximada do utilizador (por exemplo, baseada sobre a localização fixa do sitio da célula num sistema telefónico celular). A diferença nestes alcances é uma relação de alcances que pode ser dividida pela velocidade da luz para produzir um Doppler expresso em segundos por segundo (ou outro conjunto conveniente de unidades tal como nanosegundos por segundo).

Na discussão precedente a invenção foi descrita com referência para aplicação no sistema United States Global Positioning Satellite (GPS). Deverá ser evidente, contudo, que estes métodos são igualmente aplicáveis em sistemas semelhantes de posicionamento de satélites, e, em particular o sistema Russian Glonass. O sistema Glonass difere primeiramente do sistema GPS por as emissões dos diferentes satélites serem diferenciadas umas das outras utilizando frequências portadoras ligeiramente diferentes, em vez de utilizar diferentes códigos pseudo-aleatórios. Nesta situação substancialmente todos os circuitos e algoritmos descritos previamente são aplicáveis com a excepção de que quando é processada uma nova emissão de satélite é usado um multiplicador complexo diferente no pré-processamento dos dados. Esta operação pode ser combinada com a operação de correcção do Doppler na caixa 108 da Figura 3, sem requerer quaisquer operações adicionais de processamento. Apenas um código PN é requerido nesta situação, eliminando assim o 34 bloco 106. O termo "GPS" usado aqui inclui tais sistema alternativos de posicionamento de satélite, incluindo o sistema Russian Glonass.

Embora as Figuras ΙΑ, 1B e 1C ilustrem uma multiplicidade de blocos lógicos que processam sinais digitais (por exemplo, 46, 32, 34, 26, 30, 28 na Figura IA), deverá ser apreciado que vários ou todos estes blocos podem ser integrados juntos num único circuito integrado, embora mantendo ainda a natureza programável da porção DSP de tal circuito. Uma tal implementação pode ser importante em aplicações sensíveis à potência muito baixa e ao custo.

Será apreciado que os vários aspectos da presente invenção, incluindo o uso de dados de almanaque de satélite na unidade remota para derivar informação Doppler e incluindo o uso dum sinal de frequência portadora exacta para calibrar a saída dum oscilador GPS local o qual é usado para adquirir sinais GPS, podem ser usados em unidades GPS móveis tendo arquitecturas tais como as descritas na US 6 002 363.

Também deverá ser apreciado que uma ou várias operações da Figura 3 podem ser realizadas por lógica de equipamentos com fios com vista a aumentar a velocidade de processamento global, embora retendo a natureza programável do processador DSP. Por exemplo, a capacidade de correcção Doppler do bloco 108 pode ser realizada por hardware dedicado que pode ser colocado entre a memória fotográfica digital 46 e o DSP IC 32. Todas as outras funções de software da Figura 3 podem em tais casos ser realizadas pelo processador DSP. Também podem ser usados vários DSPs juntos numa unidade remota para providenciar maior potência de processamento. Também será apreciado que é possível recolher (amostra) múltiplos 35 conjuntos de formas de sinais de dados GPS e processar cada conjunto como mostrado na Figura 3 tendo em conta o tempo entre a recolha de cada conjunto de formas.

Na Descrição anterior, a invenção foi descrita com referência às suas formas de realização exemplares especificas. Será, contudo, evidente que várias modificações e mudanças podem ser feitas a elas sem sair do âmbito da invenção como realçado nas reivindicações anexas. A Descrição e os desenhos são, consequentemente, para serem vistos no sentido ilustrativo e não restritivo. 19-12-2007 36

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Método para determinar a posição duma unidade remota (20) compreendendo: receber na dita unidade remota (20) informações de almanaque de satélite para uma pluralidade de satélites dum sistema de posicionamento de satélite a partir duma estação de base situada separadamente ou dum outro satélite emulando uma estação de base; determinar a hora local e a posição aproximadas da unidade remota; derivar informação Doppler para uma pluralidade dos ditos satélites do dito sistema de posicionamento de satélite a partir da dita informação de almanaque de satélite usando a hora local e a posição aproximadas; receber sinais GPS dos ditos satélites do dito sistema de posicionamento de satélite; processar, na dita unidade remota, pseudo-alcances para a dita unidade remota, no qual a dita informação Doppler compensa uma decalagem Doppler dos ditos sinais GPS que são recebidos dos ditos satélites do dito sistema de posicionamento de satélite para processar os pseudo-alcances da unidade remota.
2. 2. Método segundo a reivindicação 1, caracterizado por a dita informação de almanaque de satélite ser obtida a partir dum meio de armazenamento de referência na dita estação de base.
3. 3. Método segundo a reivindicação 1, caracterizado por compreender além disso: transmitir os ditos pseudo-alcances da dita unidade remota para a estação de base, e por a dita estação de 1 base processar uma latitude e uma longitude que indicam a posição da dita unidade remota.
4. 4. Método segundo a reivindicação 1, caracterizado por compreender além disso a transmissão de informações de dados de satélite para a dita unidade remota a partir duma fonte diferente da dita pluralidade de satélites do dito sistema de posicionamento de satélite, as ditas informações de dados de satélite compreendendo dados representativos de efemérides da dita pluralidade de satélites.
5. 5. Unidade remota que utiliza dados representativos de sinais GPS para providenciar a posição da dita unidade remota, a dita unidade remota compreendendo um primeiro receptor para receber os ditos sinais GPS dos satélites do sistema de posicionamento de satélite, e uma unidade de processamento, caracterizada por: a unidade remota compreender além disso um segundo receptor; o segundo receptor ser utilizável para acoplamento através duma ligação de comunicação a fim de receber uma informação de almanaque de satélite para uma pluralidade de satélites do dito sistema de posicionamento de satélite à vista da dita unidade remota, na qual a dita informação de almanaque de satélite é recebida a partir duma estação de base situada separadamente ou dum outro satélite emulando uma estação de base; a dita unidade de processamento estar ligada ao dito segundo receptor para receber a dita informação de almanaque de satélite, derivar informação Doppler para a dita pluralidade de satélites a partir da dita informação de almanaque e processar pseudo-alcances para a dita unidade remota, na qual a dita informação Doppler 2 compensa uma decalagem Doppler dos sinais GPS que são recebidos para processar os pseudo-alcances na unidade remota.
6. 6. Unidade remota segundo a reivindicação 5 caracterizada por a dita ligação de comunicação compreender um suporte de comunicação por radiofrequência
7. 7. Unidade remota segundo a reivindicação 5 caracterizada por compreender além disso: um emissor acoplado à dita unidade de processamento, o dito emissor sendo destinado a transmitir os ditos pseudo- alcances .
8. 8. Unidade remota segundo a reivindicação 5 caracterizada por a dita unidade de processamento compreender um circuito integrado de processamento de sinal digital (DSP) e na qual o dito DSP processa os ditos sinais GPS e a dita informação Doppler utilizando um algoritmo de convolução rápida.
9. 9. Unidade remota segundo a reivindicação 8, caracterizada por compreender além disso: um emissor ligado à dita unidade de processamento, o dito emissor sendo destinado a transmitir os ditos pseudo- alcances .
10. 10. Unidade remota segundo a reivindicação 5, caracterizada por o dito receptor ser utilizável para receber informação de dados de satélite do dito satélite a partir duma fonte diferente da dita pluralidade de satélites do dito sistema de posicionamento de satélite, na qual a dita informação de 3 dados de satélite compreende dados representativos de efemérides para a dita pluralidade de satélites. 19-12-2007 4