JPH11513787A - Gps受信機とgps信号を処理する方法 - Google Patents
Gps受信機とgps信号を処理する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
一つの実施形態のGPS受信機は、RF周波数のGPS信号を視界内にある衛星から受信するアンテナと、受信GPS信号を中間周波数(IF)に削減するため、アンテナに接続される逓減器と、逓減器に接続されて、所定の割合でIFのGPS信号をサンプリングし、サンプリングしたIFのGPS信号を生成するディジタイザと、ディジタイザに接続されて、サンプリングしたIFのGPS信号(GPS信号のスナップショット)を記憶するメモリと、メモリに接続されて、記憶された命令に従って作動し、サンプリングしたIFのGPS信号で高速フーリエ変換(FFT)演算を実行して疑似距離情報を提供するディジタル信号プロセッサ(DSP)とを含む。これらの操作は、通常、GPS信号の前処理および後処理も含む。データのスナップショットを取得した後、受信機の先端は電源を切断される。一つの実施形態のGPS受信機は、他の電力管理機能も含み、別の実施形態では、GPS信号のサンプリングに使用する局部発振器のエラーを補正する機能も含む。疑似距離の計算速度、および操作の感度は、視界内にある衛星のドップラー周波数偏移を、本発明の一つの実施形態にある基地局などの外部発生源から、受信機に送ることによって改善される。
Description
【発明の詳細な説明】
GPS受信機とGPS信号を処理する方法発明の背景 関連出願
本出願は、本出願と同日に同じ発明者が出願した2つの特許出願と関連する。
その2つの出願は通信リンクを使用した改良型GPS受信機(1996年3月8
日出願のシリアルNo.08/612,582号)、パワー管理機能付き改良型
GPS受信機(1996年3月8日出願のシリアルNo.08/613,966
号)である。
本出願は、同じ発明者Norman F.Krasnerにより1995年1
0月9日に出願された仮特許出願「Low Power,Sensitive
Pseudorange Measurement Apparatus an
d Method for Global Positioning Sate
llites 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。
1.発明の分野
本発明は、サテライトの位置情報を決定することができる受信機に関し、特に
全世界測位衛星(GPS)システムに応用される受信機に関する。
2.背景技術
GPS受信機は通常、複数のGPS(またはNAVSTAR)衛星から同時に
送信される信号の到着の相対的時間を計算することによって、その位置を決定す
る。これらの衛星は、そのメッセージの一部として、衛星の位置データと、クロ
ック計時、いわゆる「天文暦」データとの両方を送る。GPS信号を探索し、取
得して、複数の衛星の天文暦データを読み取り、このデータから受信機の位置を
計算するプロセスは、時間を消費し、往々にして数分かかる。多くの場合、この
長い処理時間は許容できず、さらに超小型化したポータブル用途でバッテリの寿
命を大幅に制限する。
現在のGPS受信機のもう一つの制約は、その動作が、複数の衛星が障害物も
なくはっきり見え、このような信号を受信する良質のアンテナを適切に配置した
場合に制限されることである。したがって、これは通常、体に取り付けたポータ
ブルの用途、大量の葉群か建物で妨害された区域や屋内の用途では使用不可能で
ある。
GPS受信システムには次の2つの基本的機能がある。つまり(1)様々なG
PS衛星の疑似距離を計算し、(2)その疑似距離と衛星の計時および天文暦デ
ータとを使用して受信プラットフォームの位置を計算する。疑似距離とは、単に
各衛星からの受信信号と地域の時計との間で測定された時間の遅れである。衛星
の天文暦および計時データは、取得したらGPS信号から抽出し、トラッキング
する。上述したように、この情報の収集には通常比較的長い時間(30秒から数
分)かかり、低いエラー率を達成するために、良好な受信信号レベルで実行しな
ければならない。
既知のほぼすべてのGPS受信機は、相関法を使用して疑似距離を計算する。
この相関法はリアルタイムで実行され、往々にしてハードウェアの相関装置で行
う。GPS信号は疑似乱数(PN)シーケンスと呼ばれる高速反復信号を含む。
民生用途に使用可能なコードはC/Aコードと呼ばれ、1.023MHzの2進
位相反転率、つまり「チッピング」率と、1ミリ秒のコード期間に1023チッ
プの反復期間を有する。コード・シーケンスはゴールド・コードとして知られる
ファミリーに属する。各GPS衛星は、一意のゴールド・コードを有する信号を
放送する。
任意のGPS衛星から受信した信号ごとに、相関受信機はベースバンドへの逓
減プロセス後、受信信号にそのローカル・メモリに含まれる該当ゴールド・コー
ドの記憶レプリカを乗算し、次に信号の存在の指標を獲得するために積を積分、
つまり低域濾波器にかける。このプロセスは「相関」動作と呼ぶ。受信信号に対
してこの記憶レプリカの相対的タイミングを順次調整し、相関出力を観察するこ
とによって、受信機は受信信号とローカル・クロックとの時間の遅れを決定する
ことができる。このような出力の存在を最初に決定することを、「捕捉」と呼ぶ
。捕捉が生じると、プロセスは、高相関出力を維持するためにローカル基準の計
時を少量調整する「トラッキング」フェーズになる。トラッキング・フェーズ中
の相関出力は、疑似乱数コードを除去したGPS信号、あるいは一般的用語では
「デスプレッド(despred)」と見なすことができる。この信号は帯域が狭く、
帯域は、GPSの波形に重ねた50ビット/秒の2進移相変調されたデータ信号
と同一基準である。
相関捕捉プロセスは非常に時間がかかり、受信信号が弱い場合は特にそうであ
る。捕捉時間を改善するため、大部分のGPS受信機は、相関ピークを平行探索
できる複数の相関装置(通常は最大12個)を使用する。
以前の幾つかのGPS受信機は、FFT技術を用いて受信GPS信号のドップ
ラー周波数を決定した。この受信機は、従来通りの相関動作を用いてGPS信号
をデスプレッドし、一般に10kHzないし30kHzの帯域を有する狭帯域信
号を供給する。その結果得られる狭帯域信号を、次にFFTアルゴリズムを用い
てフーリエ分析し、搬送波の周波数を決定する。このように搬送波を決定すると
、同時に、ローカルPN基準が受信信号の正しい位相に合わせて調整される指標
も与え、搬送波周波数を正確に測定する。次に、この周波数を受信機のトラッキ
ング動作に使用することができる。
Johnsonの米国特許第5,420,592号は、FFTアルゴリズムを
使用して、移動ユニットではなく中央処理位置で疑似距離を計算することを検討
している。その方法によると、データのスナップショットがGPS受信機に収集
され、次にデータ・リンクを介して遠隔受信機に送信され、そこでFFT処理を
受ける。しかし、ここで開示された方法は、相関の組を実行するのに、順方向お
よび逆高速フーリエ変換を1つ(4つのPN期間に相当)しか計算しない。
本発明の以下の説明から明白なように、多数のFFT動作を、特殊な前処理お
よび後処理動作とともに実行することによって、感度を上げ、処理速度を上げる
ことができる。
本特許では、相関、畳み込み、および整合フィルタリングという用語を頻繁に
使用する。「相関」という用語は、2系列の数字に適用する場合は、2系列の対
応するメンバーを項ごとに掛け、その後で系列を合計することである。これは「
直列相関」と呼ぶこともあり、一つの数字の出力を生じる。環境によっては、連
続グループのデータで一連の相関動作を実施する。
「畳み込み」という用語は、2系列の数字に適用されると、当技術分野で通常
使用しているのと同じであり、フィルタで長さmの第2系列をフィルタリングし
、長さnのインパルス応答を有する第1系列に対応させることに等しい。結果は
、長さm+n−1の第3系列となる。「整合フィルタリング」とは、前述したフ
ィルタが第1系列と時間が反転した複雑な共役であるインパルス応答を有する畳
み込み、つまりフィルタリング動作を指す。「高速畳み込み」という用語は、効
率的な方法で畳み込み演算を計算する1系列のアルゴリズムを指す。
相関と畳み込みという用語を交換可能な方法で使用する著者もいるが、本特許
では、相関という用語は常に上述した直列の相関演算を指す。概要
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。
本発明の別の実施態様は、ビュー衛星からGPS信号を受信するアンテナと、
受信GPS信号のRF周波数を中間周波数(IF)に減少させる逓減器とを有す
るGPS受信機を提供する。IF信号はディジタル化され、後で受信機が処理す
るためにメモリに記憶される。この処理は通常、本発明の一つの実施態様では、
サンプリングしたIFのGPS信号で高速畳み込み(例えばFFT)動作を実行
して疑似距離情報を得るのに必要な命令を実行するプログラム可能ディジタル信
号プロセッサを使用して実行される。これらの動作は、通常、GPS信号の記憶
済みバージョンまたはGPS信号の処理または記憶済みバージョンの(高速畳み
込みの前の)前処理および(高速畳み込みの後の)後処理も含む。
本発明のさらに別の実施態様は、GPS受信機の電力管理法を提供し、電力管
理機能を有するGPS受信機も提供する。ビュー衛星からGPS信号を受信し、
その信号をバッファリングしてからGPS受信機を切ることにより、電力消耗は
従来技術のシステムより減少する。他の電力管理機能についても述べる。図面の簡単な説明
本発明を、例および非制限的な添付図面類の図によって例証し、そこで参照番
号は同様の要素を示す。
第1A図は、本発明の方法を使用する遠隔または移動GPS受信システムの主
要構成要素のブロック図で、基地局と遠隔ユニットとの間に存在するデータ・リ
ンクを示す。
第1B図は、代替GPS移動ユニットのブロック図である。
第1C図は、別の代替GPS移動ユニットのブロック図である。
第2A図および第2B図は、本発明の実施形態である受信機のRFおよびIF
部分の2つの代替形態である。
第3図は、本発明の方法によりプログラム可能DSPプロセッサが実行する主
要動作(例えばソフトウェア動作)の流れ図である。
第4図は、本発明の方法による様々な処理ステージにおける信号処理波形を示
す。
第5A図は、本発明の一つの実施形態の基地局システムを示す。
第5B図は、本発明の代替実施形態の基地局システムを示す。
第6図は、本発明の一つの態様により、局部発振器の相関または較正機能を有
するGPS移動ユニットを示す。
第7図は、本発明の一つの実施形態による移動ユニットの電力管理法を示す流
れ図である。発明の詳細な説明
本発明は、電力消耗が非常に少なく、非常に低い受信信号レベルで動作するこ
とができる遠隔ハードウェアになる方法で、移動、つまり遠隔物体の位置を計算
する装置および方法に関する。つまり、電力消費量が減少する一方で、受信機の
感度は上昇している。これは、第1A図で示すように、遠隔受信機能を実現し、
個別に配置された基地局10から遠隔またはGPS移動ユニット20へとドップ
ラー情報を送ることにより可能になる。
疑似距離を使用して、様々な方法で遠隔ユニットの地理的位置を計算できるこ
とを理解されたい。以下のような3つの例がある。
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1
0に送信し、基地局は、この情報を衛星の天文暦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。
アプローチ(すなわち方法)1および3では、基地局10と遠隔ユニット20
とは、関係する全衛星を共通して見て、GPS疑似距離コードの反復率に伴う時
間の曖昧さを解決するのに十分なだけ接近して配置されると想定される。これは
、基地局10と遠隔ユニット20との間の範囲が、光速にPN反復期間(1ミリ
秒)を掛けた値の1/2倍、つまり約150kmの場合に満たされる。
本発明を説明するために、方法3は位置計算を完成するために使用すると想定
される。しかし、本明細書を検討すると、当業者には本発明の様々な態様および
実施形態を、上記の3つの方法および他のアプローチとともに使用できることが
理解される。例えば、方法1の変形では、衛星の天文暦を表すデータのような衛
星データ情報は、基地局から遠隔ユニットに送信され、この衛星データ情報を、
バッファしたGPS信号から本発明により計算した疑似距離と組み合わせて、遠
隔ユニットの緯度と経度を(および多くの場合は高度も)提供することができる
。遠隔ユニットから受信する位置情報は、緯度および経度に制限するか、緯度、
経度、高度、速度および遠隔ユニットの方位を含む包括的情報にすることができ
ることが理解される。さらに、本発明の局部発振器の補正および/または電力管
理の態様を、方法1のこの変形に使用することができる。さらに、ドップラー情
報を遠隔ユニット20に送信し、本発明の態様により遠隔ユニット20で使用す
ることができる。
方法3では、基地局10が、第1A図で示すようにデータ通信リンク16で送
るメッセージを介して、遠隔ユニット20に測定を実施するよう命令する。基地
局10は、このメッセージ内で視界にある衛星にドップラー情報も送る。これは
衛星データ情報の一形態である。このドップラー情報は通常、周波数情報の形式
で、メッセージは通常、視界にある特定の衛星の識別データまたは他の初期化デ
ータも特定する。このメッセージは、遠隔ユニット20の部品である別個のモデ
ム22に受信され、低電力マイクロプロセッサ26に結合されたメモリ30に記
憶される。マイクロプロセッサ26は、遠隔ユニット処理エレメント32〜48
とモデム22との間のデータ情報転送を扱い、以下の検討で明白なように、遠隔
受信機20内の電力管理機能をも制御する。通常、マイクロプロセッサ26は、
疑似距離および/または他のGPSの計算を実施中、または代替電源が利用可能
な場合を除き、大部分または全部の遠隔ユニット20のハードウェアを低電力状
態または電力断状態に設定する。しかし、モデムの受信機部分は、少なくとも周
期的に電源を(全力まで)入れ、基地局10が遠隔ユニットの位置を決定する命
令を送信したか否かを決定しなければならない。
この上記のドップラー情報は、このようなドップラー情報に要求される精度が
高くないので、継続時間が非常に短い。例えば、10Hzの精度が必要で最大ド
ップラーが約±7kHzの場合、視界にある衛星ごとに11ビットのワードで十
分である。8個の衛星が視界にある場合は、このようなドップラーを全部指定す
るのに、88ビット必要となる。この情報を使用すると、遠隔ユニット20がこ
のようなドップラーを探索する必要がなくなり、したがってその処理時間は十分
の一以下に短縮される。ドップラー情報を使用すると、さらに、GPS移動ユニ
ット20がGPS信号のサンプルをさらに素早く処理でき、これはプロセッサ3
2が位置情報を計算するために全電力を受け取らねばならない時間を短縮する傾
向がある。これだけでも遠隔ユニット20が消費する電力が低下し、感度向上に
貢献する。GPSメッセージのデータのエポック(epoch)など、追加の情報を
遠隔ユニット20に送ることもできる。
受信したデータ・リンク信号は、高精度搬送波周波数を使用することができる
。遠隔受信機20は、以下で説明する第6図に示すように、自動周波数制御(A
FC)ループを使用して、この搬送波にロックし、それによってその基準発振器
をさらに較正する。10ミリ秒というメッセージ送信時間、20dBの受信S/
N比によって、通常はAFCを介した周波数測定に10Hz以上の精度が可能に
なる。これは一般に、本発明の要件に十分な精度を上回る。この特徴は、従来通
りに実行するか、本発明の高速畳み込み法を用いて実行する位置計算の精度も改
善する。
本発明の一つの実施形態では、通信リンク16は、双方向ページャー・システ
ムのように市販されている狭帯域無線周波数通信媒体である。このシステムは、
遠隔ユニット20と基地局10との間で送信されるデータ量が比較的少ない実施
形態に使用することができる。ドップラーおよび他のデータ(例えば視界にある
衛星のIDなどの初期化データ)の送信に必要なデータ量は比較的少なく、位置
情報(例えば疑似距離)に必要なデータ量も同様に比較的少ない。したがって、
この実施形態に対しては狭帯域システムで十分である。これは、短期間に大量の
データを送る必要があるようなシステムとは異なり、このシステムはより高い帯
域の無線周波数通信媒体を必要とすることがある。
遠隔ユニット20が(例えば基地局10から)GPS処理命令とドップラー情
報をともに受信すると、バッテリおよび電力調整器および電力スイッチ回路36
(および制御された電力線21a、21b、21cおよび21d)を介して、マ
イクロプロセッサ26がRF/IF変換器42、アナログ/ディジタル変換器4
4およびディジタル・スナップショット・メモリ46を起動し、これによってこ
れらの構成要素に十分な電力を供給する。これによってアンテナ40を介して受
信したGPS衛星からの信号はIF周波数に逓減され、その後ディジタル化され
る。通常は100ミリ秒から1秒(またはこれより長いこともある)の継続時間
に対応するこのようなデータの連続セットは、次にスナップショット・メモリ4
6に記憶される。記憶されるデータの量は、電力の節約がよりよい感度の獲得ほ
ど重要でない場合には、(よりよい感度を獲得するために)メモリ46に記憶で
きるデータを増加させ、電力の節約が感度より重要な場合はデータの記憶量が少
なくなるようマイクロプロセッサ26により制御される。通常、GPS信号が部
分的に妨害された場合は、感度の方が重要になり、豊富な電源(例えば自動車用
バッテリ)を使用可能な場合は、電力の節約がそれほど重要ではない。このデー
タを記憶するためにこのメモリ46にアドレスすることは、フィールド・プログ
ラマブル・ゲート・アレイ集積回路48が制御する。GPS信号の逓減は、以下
でさらに検討するように、局部発振器信号39を変換器42に提供する周波数合
成装置38を使用して達成される。
この時間を通して(スナップショット・メモリ46を視界内の衛星からのディ
ジタル化GPS信号で満たす間)、DSPマイクロプロセッサ32は低電力状態
に維持することができる。RF/IF変換器42およびアナログ/ディジタル変
換器44は、通常、疑似距離の計算に必要なデータを収集し記憶するのに十分な
短期間、オン状態にされる。データ収集が完了すると、変換器回路はオフにされ
るか、(メモリ46が十分な電力を受け続けながら)制御された電力線21bお
よび21cを介して他の方法で電力が削減され、したがって実際の疑似距離計算
中にさらなる電力消耗に貢献しない。疑似距離計算は、一つの実施形態では、T
exas InstrumentsからのTMS320C30集積回路で例証さ
れるような汎用プログラマブル・ディジタル信号処理IC32(DSP)を使用
して実行される。このDSP32は、このような計算を実行する前に、制御され
た電力線21eを介してマイクロプロセッサ26および回路36によって能動電
力状態にされる。
このDSP32は、特殊化したカスタム・ディジタル信号処理ICではなく汎
用およびプログラマブルICを使用するという点で、ある種の遠隔GPSユニッ
トに使用されている他のDSPとは異なる。さらに、DSP32は、高速フーリ
エ変換(FFT)アルゴリズムの使用を可能にし、これによってローカルに生成
した基準と受信信号との間で大量の相関演算を素早く実行することにより、疑似
距離を非常に高速に計算することができる。通常、受信した各GPS信号のエポ
ックの探索を終了するのに、このような相関が2046必要である。高速フーリ
エ変換アルゴリズムによって、このような位置を全て同時にかつ平行に探索する
ことができ、したがって従来通りのアプローチに対して、必要な計算プロセスが
10倍から100倍高速化できる。
DSP32は、視界内衛星のそれぞれに対して疑似距離の計算を終了すると、
本発明の一つの実施形態では、相互接続バス33を介してこの情報をマイクロプ
ロセッサ26に送る。この時点で、マイクロプロセッサ26は、適切な制御信号
をバッテリおよび電力調整回路36に送ることにより、DSP32およびメモリ
46を再び低電力状態に入れることができる。次に、マイクロプロセッサ26は
モデム22を使用して、最終的な位置計算のために、データ・リンク16で疑似
距離データを基地局10に送る。疑似距離データに加えて、バッファ46で最初
にデータを収集した時刻からデータ・リンク16でデータを送る時刻までに経過
した時間を示す時間タグを、基地局10に同時に送ることができる。この時間タ
グは、位置計算を実行する基地局の能力を向上させる。というのは、データの収
集時にGPS衛星位置を計算できるからである。代替方法として、上記の方法1
により、DSP32は遠隔ユニットの位置(例えば緯度、経度または緯度、経度
および緯度)を計算し、このデータをマイクロプロセッサ26に送ることができ
、これは同様にモデム22を介してこのデータを基地局10に中継する。この場
合、位置計算は、DSPが衛星のデータ・メッセージを受信した時刻からバッフ
ァのデータ収集が開始した時刻までの経過時間を維持することによって容易にな
る。これによって、位置計算を実行する遠隔ユニットの能力が向上する。という
のは、
データ収集時にGPS衛星位置を計算できるからである。
第1A図で示すように、モデム22は、一つの実施形態では別のアンテナ24
を使用して、データ・リンク16で受信メッセージを送受信する。モデム22は
、交互にアンテナ24に結合される通信用受信機および通信用送信機を含むこと
が理解される。同様に、基地局10は、別のアンテナ14を使用して、データ・
リンク・メッセージを送受信することができ、したがって基地局10でGPSア
ンテナ12を介してGPS信号を連続的に受信することができる。
典型的な例では、DSP32の位置計算は、ディジタル・スナップショット・
メモリ46に記憶されたデータ量および単数または複数のDSPの速度によって
、数秒かからないことが予想される。
以上の検討から、遠隔ユニット20は、基地局10からの位置計算命令が頻繁
でなければ、電力消費量の多い回路をわずかな時間しか起動しなくて済むことが
明白である。少なくとも多くの状況で、このような命令の結果、遠隔装置が高い
電力消耗状態へと起動されるのは、時間のわずか約1%以内になることが予測さ
れる。
次に、これによってバッテリは、他の場合に可能な長さより100倍長く動作
できる。電力管理操作の実行に必要なプログラム命令は、EEPROM28また
は他の適切な記憶媒体に記憶される。この電力管理戦略は、様々な電力稼働率の
状況に適用可能である。例えば、原動機が使用可能な場合、位置の決定は連続的
に実施される。
上記で示したように、ディジタル・スナップショット・メモリ46は、比較的
長い期間に対応するレコードを捕らえる。高速畳み込み法を用いてこの大きなデ
ータのブロックを効率的に処理すると、(例えば建物、樹木などで部分的に妨害
されたために受信状態が悪い場合に)低受信レベルの信号を処理する本発明の能
力に貢献する。可視GPS衛星の全疑似距離が、同じバッファ済みデータを使用
して計算される。これによって、信号の振幅が急速に変化している(都市部の妨
害状態のような)状態で、連続的にトラッキングするGPS受信機より性能が改
善される。
第1B図で示したわずかに異なる実現形態は、マイクロプロセッサ26および
その周辺機器(RAM30およびEEPROM28)を不要にし、その機能を、
さらに複雑なFPGA(フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ)49内
に含まれる追加の回路が肩代わりする。この場合、FPGA49、つまり低電力
装置は、相互接続部19を通してモデム22からの起動を感知すると、DSP3
2aチップを目覚めさせる働きをする。相互接続部19は、モデムをDSP32
aおよびFPGA19に連結する。DSPチップ32aは、目覚めると、モデム
と直接にデータを送受信する。DSP32aは、バッテリおよび伝量調整器およ
びスイッチ36に連結して回路36に電力オン/オフ命令を与える相互接続部1
8を通じて、電力制御操作も実行する。DSP32aは、第7図に示すような電
力管理法により、相互接続部18によって回路36に与えられた電源オン/オフ
命令を通して、様々な構成要素の電力を選択的にオンにしたり、低下させたりす
る。回路36は、このようなコマンドを受信し、様々な構成要素に選択的に電力
を供給する(または電力を低下させる)。回路36は、相互接続部17を介して
DSP32aを目覚めさせる。回路36は、選択した制御装置の電力線21a、
21b、21c、21dおよび21fを通る電力を選択的に切り換えることによ
って、様々な構成要素に選択的に電力を与える。したがって、たとえば変換器4
2および変換器44に電力を抵抗するには、線21bおよび21cを通してそれ
らの変換器に電力を供給する。同様に、モデムへの電力は、制御した電力線21
fを通じて供給される。
低周波数結晶発振器47は、メモリおよび電力管理FPGA49に連結される
。一つの実施形態では、メモリおよび電力管理FPGA49は、低周波数発振器
47を含む低電力タイマを含む。FPGA49のタイマが切れると、FPGA4
9は相互接続部17を通じてDSP32aに目覚まし信号を送り、次にDSP3
2aはバッテリおよび電力調整器および電力スイッチ回路36へ電力オン/オフ
命令を与えることにより、他の回路を目覚めさせることができる。他の回路は、
位置決め操作する(たとえば疑似距離または緯度および経度などの位置情報を決
定する)ため、回路36の制御により、制御された電力線21a、21b、21
c、dおよび21fを通して電力を供給される。位置決め操作の後、DSP32
Aは、第7図で示す方法により、FPGAタイマをリセットし、それ自体への電
力を削減し、回路36も他の構成要素への電力を削減する。単数または複数のバ
ッテリが、メモリおよび電力管理FPGA49およびDSP32aによって制御
される制御電力線を通して、全電力制御回路に電力を供給することが予測される
。構成要素への電力線(21bなど)を制御することによって電力を直接削減す
るのではなく、構成要素が消費する電力は、(第1B図の相互接続部17を介し
たDSP32aの場合のように)構成要素へ信号を送って電力を削減するか、十
分な電力になるよう目覚めさせることによって削減できることも予測され、これ
は往々にして、集積回路などの構成要素が、構成要素の電力状態を制御する入力
部を有し、構成要素が電力消費を制御するのに必要な内部論理(たとえば構成要
素の様々な論理ブロックへの電力を削減する論理)を有する場合に可能である。
メモリおよび電力管理FPGA49は、データが変換器44からメモリ46に記
憶される時、またはDSP構成要素32aがメモリ46からデータを読み取って
いる時のアドレス操作など、メモリを制御し、管理する。FPGA49は、必要
に応じて、メモリ・リフレッシュなどの他のメモリ機能も制御することができる
。
第1C図は、第1A図および第1B図に示したGPS移動ユニットと同じ構成
要素を多く含むGPS移動ユニットの本発明による別の実施形態を示す。第1C
図に示すGPS移動ユニットは、複数のバッテリ81、さらにオプションの外部
電源入力部83および太陽電池79からの電力を受けるよう結合される電力調整
器77を含む。電力調整器77は、第1C図に示すDSPチップ32aおよびメ
モリおよび電力管理FPGA39に管理された制御電力線の制御下で、全回路に
電力を供給する。太陽電池79は、従来通りの充電技術を用いて、これらのバッ
テリを充電することができる。太陽電池79は、バッテリを充電する以外に、G
PS移動ユニットに電力を供給することもできる。第1C図に示した実施形態で
は、FPGA49は相互接続部75を介してDSPチップ32aに目覚まし信号
を与える。この信号によってDSPチップは十分な電力状態に復帰し、DSPチ
ップ32aについて説明する様々な機能を実行する。DSPチップは、相互接続
部19を介してDSPに直接結合されるモデム22から、外部コマンドを介して
十分な電力状態に起動することもできる。
第1C図も、GPS移動ユニットが電力節約のために感度を犠牲にすることが
できる本発明の特徴を示す。本明細書で述べるように、GPS移動ユニットの感
度は、メモリ46に記憶した干渉GPS信号の量を増加させることによって向上
させることができる。これは、より多くのGPS信号を捕捉してディジタル化し
、このデータをメモリ46に記憶することによって実施する。このようにバッフ
ァリングを多くすると電力消費量が増加するが、GPS移動ユニットの感度も向
上させる。このように感度を上げたモードは、GPSユニットの電力モード・ス
イッチ85で選択することができ、これはバス19に結合されてDPSチップ3
2aにコマンドを与え、高感度モードにする。あるいは、この電力モード・スイ
ッチ85は、DSP32aチップにコマンドを送り、GPS信号の捕捉スナップ
ショットを小さくし、それによってメモリ46に記憶するGPS信号の量を少な
くすることによって、電力記憶量を増加させ、感度を下げるようにすることもで
きる。この電力モードの選択は、基地局からモデム22へ送信した信号で行われ
、次にモデムが相互接続部19を介してDSPチップ32aにこのコマンドを通
信することもできることが理解される。
移動GPSユニットのRF/IF周波数変換器およびディジタル化システムの
代表的な例を、第2A図に示す。1575.42MHzの入力信号が、帯域制限
フィルタ(BPF)50および低ノイズ増幅器(LNA)52を通過し、周波数
変換ステージに送られる。このステージで使用される局部発振器(LO)56は
、(PLL58を介して)2.048MHz(またはその高調波)の温度補正済
み水晶発振器(TCXO)60に位相ロックされる。好ましい実施形態では、L
Oの周波数は1531.392MHzで、これは2991×0.512MHzで
ある。その結果生じるIF信号は、ここで44.028MHzを中心とする。こ
のIFが望ましいのは、44MHz付近で低価格の構成要素が入手できるからで
ある。特に、テレビ用途に豊富に使用されている表面弾性波フィルタ(SAW)
は容易に入手することができる。言うまでもなく、SAW装置の代わりに他の帯
域制限装置を使用することができる。
受信したGPS信号は、ミキサー54でLO信号と混合され、IF信号を生成
する。このIF信号は、2MHzの帯域まで精密帯域制限するためSAWフィル
タ64を通過し、次にI/Q逓減器68に送られ、これが信号を近ベースバンド
(通常は4kHz中心の周波数)に変換する。この逓減器68の局部発振器の周
波数は、1.024MHzの43番目の高調波、つまり44.032MHzの形
で2.048MHzのTCXO60から得られる。
I/Q逓減器68は、通常はRF構成要素として市販されている。これは通常
、2つのミキサーとロウパス・フィルタで構成される。このような場合、一方の
ミキサーの入力ポートにはIF信号およびLO信号が供給され、他方のミキサー
の入力ポートには同じIF信号および90°位相をシフトしたLO信号が供給さ
れる。2つのミキサーの出力にはローパス・フィルタがかけられ、フィードスル
ーや他の歪み生成物を除去する。
第2A図で示すように、必要に応じて、帯域制限操作の前後に増幅器62およ
び66を使用することができる。
I/Q逓減器68の2つの出力は、信号を2.048MHzでサンプリングす
る2つの整合A/D変換器44に送られる。代替実現形態は、A/D変換器44
を比較器(図示せず)と交換するが、これはそれぞれ着信信号の極性に従って2
価値(1ビット)系列のデータを出力する。このアプローチは、マルチレベルA
/D変換器に対して受信機の感度が約1.96dB失われる結果となることが、
よく知られている。しかし、比較器を使用すると、A/D変換器に対して大幅に
費用が節約でき、さらにその後のスナップショット・メモリ46でのメモリ要件
が軽減される。
逓減器およびA/Dシステムの代替実現形態を第2B図に示す。これは帯域サ
ンプリング法を使用する。使用するTCXO70は、周波数が4.096MHz
(またはその高調波)である。TCXOの出力は、A/D変換器44(または比
較器)へのサンプル・クロックとして使用することができ、これは信号を1.0
28MHzに変換する働きをする。この周波数は、4.096MHzの第11高
調波と44.028MHzという入力IF周波数との差である。その結果として
生じる1.028MHzのIFは、サンプル率の約4分の1であり、これはサン
プリング・タイプの歪みを最小にするのにほぼ理想的であることが知られている
。第2A図のI/Qサンプリングと比較すると、この信号サンプラは、2チャン
ネルではなく1チャンネルのデータを与えるが、速度は2倍である。また、デー
タ
は1.028MHzというIFで効果的である。次に、ほぼ0MHzへのI/Q
周波数変換が、下記の後続の処理でディジタル手段により実現される。第2A図
および第2B図の装置は、費用および複雑さは同等で、構成要素の入手しやすさ
が好ましいアプローチを決めることが多い。しかし当業者には、同様の結果を得
るために他の受信機の構成を使用できることが明白である。
以下の検討を単純にするために、以下では、第2A図のI/Qサンプリングを
使用し、スナップショット・メモリ46は2.048MHzの2チャンネルのデ
ィジタル化データを含むものとする。
DSP32で実行される信号処理の詳細は、第3図の流れ図および第4A図、
第4B図、第4C図、第4D図および第4E図の図の助けを借りて理解すること
ができる。当業者には、下記の信号処理を実行するためのマシン・コードまたは
他の適切なコードがEPROM34に記憶されていることが明白である。他の非
揮発性記憶装置を使用することもできる。処理の目的は、ローカルに生成した波
形に対する受信波形のタイミングを決定することである。さらに、高感度を達成
するために、このような波形の非常に長い部分、通常は1ミリ秒ないし1秒を処
理する。
処理を理解するために、まず、受信した各GPS信号(C/Aモード)は、通
常は「チップ」と呼ばれる、1023個の記号でできた高速(1MHz)反復疑
似乱数(PN)パターンで構成されることが分かる。この「チップ」は第4A図
に示す波形に似ている。このパターンにはさらに、50ボーで衛星から送信され
た低率データが加えられる。このデータはすべて、2MHzの帯域で測定した状
態で、非常に低いS/N比で受信される。搬送波の周波数およびすべてのデータ
転送率が、非常に精度が高く、データがないことが分かったら、S/N比を大幅
に改善し、互いに連続するフレームを加えることにより、データを大幅に減少さ
せることができた。たとえば、1秒の期間に1000のPNフレームがある。最
初のこのようなフレームを、次のフレームに一貫して追加し、結果を第3フレー
ムに追加し、以下同様にすることができた。その結果、継続時間が1023チッ
プの信号となる。これで、このシーケンスの位相をローカル基準シーケンスと比
較し、2つの間の相対的時間を決定して、いわゆる疑似距離を確立することがで
きた。
上記のプロセスは、スナップショット・メモリ46に記憶された受信データの
同じセットから、視界内の各衛星について別個に実施しなければならない。とい
うのは、概して異なる衛星からのGPS信号はドップラー周波数が異なり、PN
パターンが互いに異なるからである。
信号ドップラーの不確実さのために搬送波の周波数が5kHz以上で不明にな
り、受信機の局部発振器の不確実さのためにこの量が追加されるので、上記のプ
ロセスは困難になる。このドップラーの不確実さは、本発明の一つの実施形態で
は、視界内の衛星からの全GPS信号を同時にモニタする基地局10から、この
ような情報を送ることによって取り除かれる。したがって、ドップラー探索は遠
隔ユニット20では回避される。局部発振器の不確実さも、第6図に示すように
、遠隔通信信号へのベースを使用してAFC操作を実行することにより、(恐ら
く50Hzまで)大幅に削減される。
GPS信号に重ねた50ボーのデータが存在することで、20ミリ秒の期間を
超えるPNフレームの一貫した加算がなお制限される。つまり、データ符号の反
転でさらなる処理利得が妨げられるまでに、最大20のフレームを一貫して追加
することができる。以下のパラグラフで詳述するように、フレームの整合フィル
タリングおよび絶対値(または絶対値の平方)の加算によって、追加の処理利得
を達成することができる。
第3図の流れ図は、ステップ100から開始し、基地局10からのコマンドで
GPSの処理操作を初期化する(第3図では「固定コマンド」と呼ぶ)。このコ
マンドは、通信リンク16を介して視界内の各衛星のドップラー・シフトおよび
その衛星のIDとを送ることを含む。ステップ102で、遠隔ユニット20は基
地局10から送信された信号への周波数ロックによって、局部発振器のドリフト
を計算する。代替法は、遠隔ユニットに非常に良質の温度補正水晶発振器を使用
することである。例えば、ディジタル制御のTCXO、いわゆるDCXOは現在
、約0.1/百万の精度、つまりL1のGPS信号に約150Hzの誤差を達成
することができる。
ステップ104では、遠隔ユニットのマイクロプロセッサ26は、受信機のフ
ロントエンド42、アナログ/ディジタル変換器44およびディジタル・スナッ
プショット・メモリ46への電源を投入し、C/AコードのPNフレームK個の
継続時間だけデータのスナップショットを収集し、ここでKは通常100ないし
1000(100ミリ秒から1秒の継続時間に相当)である。十分な量のデータ
が収集されたら、マイクロプロセッサ26はRF/IF変換器42およびA/D
変換器44の電源を切る。
各衛星の疑似距離は、以下のように計算される。まず、ステップ106では、
処理すべき任意のGPS衛星信号について、対応する疑似乱数コード(PN)コ
ードをEPROM34から検索する。手短に検討するように、好ましいPN記憶
フォーマットは、実際はこのPNコードのフーリエ変換を、1023PNビット
あたりサンプル2048個の率でサンプリングしたものである。
スナップショット・メモリ46のデータは、N個の連続するPNフレームのブ
ロック、つまり2048N個の複雑なサンプルのブロックで処理される(Nは通
常は5ないし10の範囲の整数である)。第3図の底部のループ(ステップ10
8〜124)で示すように、各ブロックで同様の操作を実行する。つまり、この
ループを、処理すべきGPS信号ごとに合計K/N回、実行する。
ステップ108では、2048N個のデータ・ワードのブロックに、信号搬送
波のドップラー効果と、受信機の局部発振器のドリフト効果とを取り除く複素指
数を掛ける。例証するために、基地局10から送信されるドップラー周波数と、
feHzに対応する局部発振器のオフセットとを想定してみる。データを予め逓
倍すると、関数e-j2 πf enT,n=[0,1,2・・・、2048N−1]+(
B−1)×2048Nの形をとり、ここでT=1/2.048MHzはサンプリ
ング期間で、ブロック数Bは1ないしK/Nの範囲である。
次に、ステップ110では、ブロック内のデータの隣接するフレームN個(通
常は10個)のグループを互いに加算する。つまり、サンプル0、2048、4
096、・・・2048(N−1)を互いに加算し、次に1、2049、409
7、・・・2048(N−1)を互いに加算し、以下同様とする。この時点で、
ブロックは2048個しか複素サンプルを含まない。このような加算演算によっ
て生成した波形の例を、PNフレーム4個の場合で第4B図に示す。この加算演
算は、高速畳み込み演算に先立つ前処理演算と見なすことができる。
次に、ステップ112〜118で、平均化したフレームはそれぞれ、整合フィ
ルタリング操作を受けるが、その目的はデータのブロック内に含まれる受信PN
コードとローカルに生成したPN基準信号との間に相対的時間を決定することで
ある。同時に、サンプリング時間に対するドップラー効果も補正される。これら
の演算は通常、一つの実施形態では、本明細書で述べるように、巡回畳み込みを
実行する方法で用いた高速フーリエ変換アルゴリズムなど、高速畳み込み演算を
使用することにより、大幅に高速化される。
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。
実行される基本的動作は、処理されるブロックのデータ(2048個の複素数
サンプル)を、ローカルに記憶される同様の基準PNブロックと比較することで
ある。比較は実際には、データ・ブロックの各エレメントに対応する基準エレメ
ントを(複素数で)掛けて、結果を合計することによって実行される。この比較
を「相関」と呼ぶ。しかし、個々の相関はデータ・ブロックのある特定の開始時
間にしか実行せず、よりよく整合のとれそうな可能な位置が2048ある。すべ
ての可能な開始位置の全相関動作のセットを、「整合フィルタリング」操作と呼
ぶ。好ましい実施形態では、完全な整合フィルタリング操作が必要である。
PNブロックの他の時間は、PN基準を循環シフトし、同じ操作を実行するこ
とによって試験することができる。つまり、PNコードをp(0)、p(1)・
・・p(2047)とすると、サンプル1個による循環シフトはp(1)p(2
)・・・p(2047)p(0)となる。この変形シーケンスは、データ・ブロ
ックがサンプルp(1)で開始するPN信号を含むか、試験して決定する。同様
に、データ・ブロックはサンプルp(2)、p(3)等で開始でき、それぞれは
基準PNを循環シフトし、試験を再実行することによって試験される。完全な試
験のセットは2048×2048=4,194,304の動作が必要で、それぞ
れが複素数の乗法と加算法とを必要とすることが明白である。
高速フーリエ変換(FFT)を使用して、より効率的で数学的に同等の方法を
使用することができ、これは約12×2048の複素数乗法と2倍の加算数を必
要とするだけである。この方法では、ステップ112でデータ・ブロックに対し
てFFTが行われ、かつPNブロックに対してFFTが行われる。データ・ブロ
ックのFFTは、ステップ114で基準のFFTの複素共役行列を掛け、その結
果をステップ118で逆フーリエ変換する。このようにして得られた結果として
のデータは、長さ2048で、あらゆる可能な位置のデータ・ブロックおよびP
Nブロックの相関のセットを含む。順方向または逆のFFT演算はそれぞれ、P
/2 log2Pの演算を必要とし、ここでPは送るデータのサイズである(基
数を2とするFFTアルゴリズムを使用するものとする)。問題のケースの場合
、B=2048なので、各FFTには11×1024の複素数乗法が必要である
。しかし、好ましい実施形態の場合のように、PNシーケンスのFFTをEPR
OM34に予め記憶しておくと、フィルタリング・プロセス中にFFTを計算す
る必要がない。複素数の合計を順方向FFT、逆FFTについて掛け、FFTの
積は(2×11÷2)×1024=24576となり、これは直接的な相関に対
して171倍の節約になる。第4C図は、この整合フィルタリング演算で生成し
た波形を示す。
本発明の好ましい方法は、データのサンプル2048個がチップ1023個の
PN期間に採取されるようなサンプル率を使用する。これによって、長さ204
8のFFTアルゴリズムを使用することができる。べき数2または4のFFTア
ルゴリズムは他のサイズ(および2048=211)より通常ははるかに効率的で
あることが分かっている。したがって、このようにして選択したサンプリング率
は、処理速度を大幅に改善する。適切な循環畳み込みが達成できるよう、FFT
のサンプル数は、一つのPNフレームのサンプル数に等しいことが好ましい。つ
まり、上述したように、この状態によって、データ・ブロックをPNコードのす
べての循環シフト・バージョンと突き合わせて試験することができる。FFTの
サイズを、一つのPNフレームの長さとは異なるサンプル数にまたがるよう選択
する場合は、当技術分野で「オーバラップ・セーブ」または「オーバーラップ加
算」として知られる代替方法のセットを使用することができる。このアプローチ
には、好ましい実現形態について上述したアプローチより、約2倍の計算が必要
である。
当業者には、様々なサイズおよび様々なサンプル率の様々なFFTアルゴリズ
ムを使用して上記のプロセスを修正し、高速畳み込み演算を行う方法が明らかで
ある。また、必要な計算の数が、直接的な相関で必要なB2ではなくBlog2B
に比例する特性も有する高速畳み込みアルゴリズムのセットが存在する。このよ
うなアルゴリズムの多くは、標準的な参考文献、たとえばH.J.Nussba
umerの「Fast Fourier Transform and Con
volution Algorithms」(New York,Spring
er−Verlag,C1982)に列挙されている。このようなアルゴリズム
の重要な例は、Agarwal−Cooleyのアルゴリズム、分割入れ子アル
ゴリズム、再帰的な多項式入れ子アルゴリズム、およびWinogradフーリ
エ・アルゴリズムであり、最初の3つは畳み込みに、後者はフーリエ変換の実行
に使用する。これらのアルゴリズムを、上述した好ましい方法の代わりに使用し
てもよい。
次に、ステップ116で使用する時間ドップラー補正法について説明する。好
ましい実現形態では、受信GPS信号へのドップラー効果および局部発振器の不
安定さのため、使用するサンプル率は、PNフレームにつきサンプル2048個
という数字に正確に対応しなくてもよい。たとえば、ドップラー・シフトは±2
700ナノ秒/秒という遅延誤差を生じることがあることが知られている。この
効果を補正するために、上記のように処理したデータのブロックは、この誤差を
補正するために時間をシフトする必要がある。一例として、処理するブロックの
サイズがPNフレーム5個(5ミリ秒)に相当する場合は、ブロックごとの時間
シフトは±13.5ナノ秒にもなり得る。局部発振器の不安定さによる時間シフ
トはこれより小さい。これらのシフトは、単一のブロックに必要な時間シフトの
倍数で、連続するデータのブロックを時間シフトさせることにより補正すること
ができる。つまり、フロック当たりのドップラー時間シフトがdの場合、ブロッ
クはnd(n=0、1、2・・・)だけ時間シフトされる。
概して、これらの時間シフトはサンプルの断片である。ディジタル信号処理法
を使用してこれらの演算を直接実行すると、非整数の信号補間法を使用すること
になり、計算の負担が大きくなる。代替アプローチ、つまり本発明の好ましい方
法は、高速フーリエ変換の関数に処理を組み込む。d秒の時間シフトは、ある関
数のフーリエ変換にe-j2 πfdを掛けた値に等しいことがよく知られており、こ
こでfは周波数の変数である。したがって、時間シフトは、データ・ブロックの
FFTにe-j2 πnd/T f(n=0、1、2・・・、1023)およびe-j2 π(n-20 48)d/T f
(n=1024、1025、・・・2047)を掛けることによって達
成され、ここでTfはPNフレームの継続時間(1ミリ秒)である。この補正は
、FFT処理に伴う処理時間を約8%しか増加させない。補正は、0Hzにわた
る位相補正の連続性を保証するため、2つの半分に分割される。
整合フィルタリング演算が終了したら、ブロックの複素数の絶対値、または絶
対値の平方をステップ120で計算する。いずれの選択肢でもほぼ同様に働く。
この演算は、(第4D図に示すような)50Hzのデータ位相の反転、および残
っている低周波数搬送波の誤差を取り除く。次に、サンプル2048個のブロッ
クをステップ122で処理された前のブロックの合計に加算する。ステップ12
2は、ステップ112〜118で行った高速畳み込み演算に続く後処理演算と見
なすことができる。これは、ステップ124の決定ブロックで示すように、すべ
てのK/Nブロックが処理されるまで続き、ここでサンプル2048個の1ブロ
ックが残り、これで疑似距離を計算する。第4E図は加算演算の後の結果となる
波形を示す。
疑似距離の決定はステップ126で行う。ローカルで計算したノイズ・レベル
より上でピークを探索する。このようなピークを発見したら、ブロックの開始時
刻に対するその発生時刻が、特定のPNコードおよび付随のGPS衛星に伴う疑
似距離を表す。
ステップ126で補間ルーチンを使用し、サンプル率(2.048MHz)に
伴う精度よりはるかに大きい精度までピークの位置を探す。補間ルーチンは、遠
隔受信機20のRF/IF部分に使用した前の帯域フィルタリングによって決ま
る。良質のフィルタは、底辺の幅がサンプル4個に等しいほぼ三角形のピークを
もたらす。この状態で、(DCベースラインを除去するため)平均振幅を引いた
後、最も大きい2つの振幅を使用して、ピーク位置をより精密に決定することが
できる。サンプル振幅をApおよびAp+1とし、ここでAp≧Ap+1で、一般性の損
失がなく、pがピーク振幅の指標とする。これで、Apに対応する位置に対
するピークの位置は、ピーク位置=p+Ap/(Ap+Ap+1)という式で得られ
る。たとえば、Ap=Ap+1とすると、ピーク位置はp+0.5である、つまり2
つのサンプルの指標の中間であることが分かる。場合によっては、帯域フィルタ
リングがピークをまるめることができ、3ポイントの多項式補間の方が適切であ
る。
以上の処理では、閾値決定に使用するローカル・ノイズ基準は、このような最
大ピークを幾つか除去した後に平均化した最終ブロックの全データを平均するこ
とによって計算することができる。
疑似距離が分かったら、衛星を全て処理するまで、ステップ128で、視界内
にある次の衛星について同様の方法で処理を続行する。全衛星の処理が終了した
ら、プロセスはステップ130に続き、疑似距離データを通信リンク16を介し
て基地局10に送り、ここで遠隔ユニットの最終位置計算が実行される(方法3
を使用するものとする)。最後にステップ132で、遠隔ユニット20の回路の
大部分を低電力状態にし、別の位置決め操作を実行するという新しいコマンドを
待つ。
次に、上述し第3図で図示した信号処理について概略する。遠隔GPSユニッ
ト上のアンテナを使用して、視界内の単数または複数のGPS衛星からのGPS
信号を遠隔GPSユニットで受信する。この信号をディジタル化し、遠隔GPS
ユニットのバッファに記憶する。この信号を記憶した後、プロセッサは前処理、
高速畳み込み処理、および後処理操作を実行する。これらの処理操作は以下のこ
とを伴う。
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。
通常、バッファしたGPS信号の処理に使用する高速畳み込み技術は、高速フ
ーリエ変換(FFT)で、畳み込みの結果は圧縮ブロックの順方向変換の積と予
め記憶した疑似乱数シーケンスの順方向変換の表現とを計算し、第1結果を生成
し、次に第1結果の逆変換を実行して結果を回収することによって生成する。ま
た、ドップラーによって誘発された時間遅延および局部発振器によって誘発され
た時間誤差の影響は、圧縮ブロックの前方向FFTと、ブロックに必要な遅延補
正に対応するようサンプル数に対する位相が調整された複素指数関数との乗法を
、前方向と逆高速フーリエ変換演算との間に挿入することにより、データの各圧
縮ブロックごとに補正される。
以上の実施形態では、各衛星からのGPS信号の処理は、並列ではなく、時間
の経過とともに順番に発生しする。代替実施形態では、視界内の全衛星のGPS
信号を、時間的に並列にまとめて処理することができる。
基地局10は、対象となる全衛星に対して共通の視野を有し、C/A PNコ
ードの反復期間に伴う曖昧さを避けるために、遠隔ユニット20と十分に近い距
離にあるものとする。90マイルの距離であればこの基準を満足する。基地局1
0はまた、GPS受信機を有し、視界にある全衛星を高精度で連続的にトラッキ
ングするような良好な地理的位置にあるものとする。
記載された基地局10の幾つかの実施形態は、移動GPSユニットの緯度およ
び経度のような位置情報を計算するための基地局のコンピュータなど、データ処
理構成要素を使用するが、各基地局10は、単に、移動GPSユニットからの疑
似距離などの受信情報を、実際に緯度および経度を計算する単数または複数の中
心位置に中継するだけでもよい。この方法で、各中継基地局からデータ処理ユニ
ットおよびそれに関連する構成要素を除去することにより、これら中継基地局の
費用および複雑さを軽減することができる。中心位置は、受信機(例えば遠隔通
信受信機)およびデータ処理ユニットおよび関連の構成要素を含むことになる。
さらに、特定の実施形態では、基地局は、遠隔ユニットにドップラー情報を送る
衛星でよく、これによって送信セル中の基地局をエミュレートするという点で仮
想的でよい。
第5A図および第5B図は、本発明による基地局の2つの実施形態を示す。第
5A図に示す基地局では、GPS受信機501がGPSアンテナ501aを通し
てGPS信号を受信する。GPS受信機501は、従来通りのGPS受信機でよ
く、通常はGPS信号に対して計時した計時基準信号を提供し、視界内の衛星に
対するドップラー情報も提供する。GPS受信機501は、時刻基準信号510
を受信してこの基準に位相ロックする調整された局部発振器505に結合される
。この調整された局部発振器505はモジュレータ506へと出力する。モジュ
レータ506は、GPS移動ユニットの視界内にある各衛星からのドップラー・
データ情報信号や他の衛星データ情報信号511も受信する。モジュレータ50
6は、送信機503に変調信号513を与えるため、調整された局部発振器50
5から受信した局部発振器信号でドップラー情報や他の衛星データ情報を変調す
る。送信機503は相互接続部514を介してデータ処理ユニット502に接続
されている。データ処理ユニットは、ドップラー情報などの衛星データ情報を送
信機のアンテナ503aを介してGPS移動ユニットに送信させるように送信機
503の動作を制御する。この方法で、GPS移動ユニットはドップラー情報を
受信することができ、その発生源はGPS受信機501で、第6図に示すように
、GPS移動ユニットの局部発振器の較正に使用することができる、高精度の局
部発振器搬送波信号も受信する。
第5A図に示したような基地局は、通信アンテナ504aを介して遠隔または
GPS移動ユニットからの通信信号を受信するよう接続された受信機504も含
む。アンテナ504aは、1本のアンテナが従来通りの方法で送信機と受信機と
の両方の働きをするという点で、送信機のアンテナ503aと同じアンテナであ
ることが理解される。受信機504は、データ処理ユニット502に接続される
。処理ユニットは従来通りのコンピュータ・システムでよい。処理ユニット50
2は、GPS受信機511からドップラー情報や他の衛星データ情報を受信する
内部接続部512も含む。この情報は、受信機504を介して移動ユニットから
受信した疑似距離情報や他の情報の処理に使用することができる。このデータ処
理ユニット502は、従来通りのCRTなどのディスプレイ装置508に接続さ
れる。データ処理ユニット502は、ディスプレイ508に地図を表示するのに
使用するGIS(地理情報システム)ソフトウェア(例えばカリフォルニア州S
anta ClaraのStrategic Mapping,Inc.による
Atlas GIS)を含む大量記憶装置507にも接続される。ディスプレイ
の地図を使用して、ディスプレイ上で表示された地図に対する移動GPSの位置
をディスプレイ上に表示することができる。
第5B図に示す代替基地局は、第5A図と同じ構成要素を多く含む。しかし、
ドップラー情報や他の衛星データ情報をGPS受信機から獲得するのではなく、
第5B図の基地局は、従来通りに遠隔通信リンクや無線リンクから獲得したドッ
プラー情報や他の衛星データ情報552の発生源を含む。このドップラー情報や
衛星情報は、相互接続部553を通してモジュレータ506に伝達される。第5
B図に示すモジュレータ506の他の入力は、セシウム基準局部発振器などの基
準品質の局部発振器から得た発振器出力信号である。この基準局部発振器551
は、ドップラー情報や他の衛星データ情報を変調する精密な搬送波周波数を供給
する。この情報は送信機503を介して移動GPSユニットに送信される。
第6図は、第1A図のアンテナ24と同様の通信チャンネル・アンテナ601
を通して受信した精密な搬送波周波数信号を使用する、本発明のGPS移動ユニ
ットの実施形態を示す。アンテナ601は第1A図のモデム22に似ているモデ
ム602に接続される。このモデム602は、本発明の一つの実施形態により本
明細書で述べる基地局から送られた精密な搬送波周波数信号にロックされた自動
周波数制御回路603に接続される。自動周波数制御回路603は出力604を
与える。これは通常、精密搬送波周波数の周波数にロックされている。比較器6
05で、この信号604を、相互接続部608を介したGPS局部発振器606
の出力と比較する。比較器605が実行した比較の結果は、周波数合成器609
に与えらる誤差補正信号610である。この方法で、周波数合成器609は、相
互接続部612を通してGPS逓減器614へ、より高品質で較正された局部発
振信号を供給する。相互接続部612に供給される信号は、第1A図の相互接続
部39によって変換器42に与えられた局部発振器信号と同様であり、また変換
器42はGPSアンテナ613に接続してGPS信号を受信するGPS逓減器6
14と同様である。代替実施形態では、比較器605が実行する比較の結果は、
誤差補正として相互接続部610aを介して第1A図に示すDSPチップ32と
同様なDSP構成要素620に出力される。この場合、周波数合成器609には
誤差補正信号610が供給されない。自動周波数制御回路は、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など、従来通りの幾つ
かの技術を使用して実行することができる。
第7図は、本発明の一つの実施形態による特定の電力管理シーケンスを示す。
電力を低減するには、当技術分野で多くの方法が知られていることが理解される
。それには、計時した同期構成要素に与えられる時間を遅くしたり、特定の構成
要素への電力を完全に遮断するか、構成要素の特定の回路を切って残りを切らな
いようにすることなどがある。例えば、位相ロック・ループおよび発振器回路は
、始動および安定化の時間が必要であり、したがって設計者はこれらの構成要素
の電源を完全には(または全く)切らないよう決定できることが理解される。第
7図に示す例は、システムの様々な構成要素を初期化し、低電力状態にするステ
ップ701で始まる。周期的に、あるいは所定の時間の後、モデム22の通信用
受信機はフル・パワー状態に復帰し、基地局10からコマンドが送信されていな
いか判断する。これはステップ703で発生する。ステップ705で、ベース・
ユニットからの位置情報を求める要求が受信されたら、モデム22はステップ7
07で電力管理回路に警告する。この時点で、モデム22の通信用受信機は、所
定の時間だけ電源を切るか、電源を切ってから後で再び周期的に電源を入れるが
、
これをステップ709として示す。通信受信機は、この時点では電源を切らずに
、フル・パワー状態に維持することができる。次にステップ711で、電力管理
回路は、変換器42およびアナログ/ディジタル変換器44の電力を上げること
により、移動ユニットのGPS受信機部分をフル・パワー状態に戻す。周波数発
振器38も電源断であれば、この構成要素はこの時点で電源投入し、フル・パワ
ー状態に戻り、時間をかけて安定化する。次にステップ713で、構成要素38
、42および44を含むGPS受信機が、GPS信号を受信する。このGPS信
号は、GPS受信機がステップ711でフル・パワー状態に戻った時に同様にフ
ル・パワー状態に戻ったメモリ46内でバッファされる。スナップショット情報
の収集が終了すると、GPS受信機はステップ717で低電力状態に戻る。これ
は通常、変換器42および44の電力が低下し、メモリ46はフル・パワー状態
を維持する。次にステップ719で、処理システムがフル・パワー状態に戻るが
、一つの実施形態では、DSPチップ32にもフル・パワーを供給することにな
る。しかし、DSPチップ32に、第1C図に示す実施形態の場合のように電力
管理機能がある場合は、DSPチップ32aは通常はステップ707でフル・パ
ワー状態に戻ることが理解される。マイクロプロセッサ26が電力管理機能を実
行する第1A図で示す実施形態では、DSPチップ32のような処理システムは
、ステップ719でフル・パワー状態に戻ってもよい。ステップ721で、GP
S信号は、第3図に示すように、本発明の方法により処理される。次に、GPS
信号の処理が終了したら、処理システムは、(上述したように処理システムが電
力管理機能も制御していない限り)ステップ23で示すように低電力状態になる
。次にステップ725で、モデム22の通信用送信機が、ステップ727で処理
済みGPS信号を基地局10に送り返すために、フル・パワー状態に戻る。疑似
距離情報または緯度および経度情報などの処理済みGPS信号の送信が終了する
と、通信用送信機はステップ729で低電力状態に戻り、電力管理システムは、
ステップ731で所定のような期間だけ遅延を待つ。この遅延の後、モデム22
の通信用受信機は、基地局から要求が送信されているか判断するために、フル・
パワー状態に戻る。
本発明の方法および装置について、GPS衛星を参照しながら説明してきたが
、
教示はスードライト(psuedolite)または衛星とスードライトとの組合せを使用
する位置決めシステムにも同様に適用できることが理解される。スードライトと
は、GPSの時間とほぼ同期された、L帯域搬送波信号で変調されたPNコード
(GPS信号に類似)を放送する地上ベースの送信機である。各送信機は、遠隔
受信機が特定できるよう、一意のPNコードが割り当てられる。スードライトは
、トンネル、鉱山、建物またはその他の封鎖された区域など、軌道衛星からのG
PS信号が利用できない状況で有用である。「衛星」という用語は、本明細書で
は、スードライトまたはスードライトの同等品を含み、GPS信号という用語は
、本明細書ではスードライトまたはスードライトの同等品からのGPSのような
信号を含むものとする。
以上の検討では、本発明を米国全世界測位衛星(GPS)システムでの用途を
参照しながら説明してきた。しかし、これらの方法は同様の衛星測位システム、
および特にロシアのGlonassシステムにも同様に適用できることは明白で
ある。Glonassシステムは、主に、異なる疑似乱数コードを使用するので
はなくわずかに異なる搬送波周波数を使用することにより、異なる衛星からの放
射を互いに識別するという点で、GPSシステムとは異なる。この状態では、上
記のほぼ全ての回路およびアルゴリズムを適用することができるが、ただし新し
い衛星の放射を処理する場合は、異なる指数乗数を使用してデータを前処理する
。この操作は、追加の処理演算を必要とせずに、第3図のボックス108のドッ
プラー補正演算と組み合わせることができる。この状況では1つのPNコードし
か必要ではなく、したがってブロック106が省略される。本明細書では「GP
S」という用語は、ロシアのGlonassシステムなど、このような代替衛星
測位システムを含む。
第1A図、第1B図および第1C図はディジタル信号を処理する複数の論理ブ
ロック(例えば第1A図の46、32、34、26、30、28)を示すが、こ
のブロックの幾つかまたは全部を単一の集積回路に統合しながら、このような回
路のDSP部分のプログラム可能な性質は残せることを理解されたい。このよう
な実現形態は、非常に低電力で価格が問題になる用途には重要である。
また、第3図の動作の一つまたは幾つかは、全体的な処理速度を向上させるた
めに、DSPプロセッサのプログラム可能な性質を維持しながら、物理的に組み
込まれた論理で実行できることを理解されたい。例えば、ブロック108のドッ
プラー補正能力は、ディジタル・スナップショット・メモリ46とDSP IC
32との間に配置できる専用のハードウェアで実行することができる。第3図の
その他の全てのソフトウェア機能は、このような場合、DSPプロセッサで実行
してもよい。また、1つの遠隔ユニットに幾つかのDSPを一緒に使用して、処
理電力を大きくしてもよい。また、GPSデータ信号のフレームの複数セットを
収集(サンプリング)して、第3図に示すように各セットを処理しながら、各フ
レーム・セットの収集間の時間を考える。
本発明の実施形態の一例であり、本明細書で述べた方法およびアルゴリズムの
演算を検証し、さらにこの方法およびアルゴリズムを使用することによって可能
な感度の改善を示すデモンストレーション・システムを構築した。デモンストレ
ーション・システムは、GEC Plessey Semiconductor
sからのGPSアンテナおよびRF逓減器で構成され、Gage Applie
d Sciences,Inc.のディジタイザ・バッファ・ボードが続く。ア
ンテナおよび逓減器は、第1A図の機能38、40、42および44を実行し、
ディジタイザ・バッファは第1A図の機能44、46および48を実行する。信
号処理は、ウィンドウズ95のオペレーティング・システムで動作するペンティ
アム・マイクロプロセッサを使用するIBM PC互換システムで実行した。こ
れは、DSPチップ32およびメモリ周辺機器34の機能をエミュレートした。
視界内の衛星のドップラー情報は、信号処理ルーチンへの入力として信号処理ソ
フトウェアに供給され、モデムおよびマイクロプロセッサ22、24、25、2
6の機能をエミュレートした。
このデモンストレーション・システムのアルゴリズムは、MATLABプログ
ラミング言語を使用して開発した。様々な妨害状況で獲得した生のGPS信号で
、多数の試験を実施した。その試験により、デモンストレーション・システムの
感度性能が、同時に試験した幾つかの商用GPS受信機より非常に優れているこ
とが検証された。付録Aは、この試験に使用したMATLABマシン・コードの
詳細なリストを提供し、本発明の高速畳み込み演算の一例(例えば第3図)であ
る。
以上の明細書で、本発明について特定の例証的な実施形態を参照しながら説明
してきた。しかし、添付の請求の範囲で述べる本発明の幅広い精神および範囲か
ら逸脱することなく、様々な修正および変更ができることは明白である。したが
って、明細書および図面類は、限定的な意味ではなく例示と見なすものとする。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(31)優先権主張番号 08/612,669
(32)優先日 1996年3月8日
(33)優先権主張国 米国(US)
(31)優先権主張番号 08/613,966
(32)優先日 1996年3月8日
(33)優先権主張国 米国(US)
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S
Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD
,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AT,AU
,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,
CN,CU,CZ,CZ,DE,DE,DK,DK,E
E,EE,ES,FI,FI,GB,GE,HU,IL
,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,
LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,M
K,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO
,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SK,TJ,
TM,TR,TT,UA,UG,UZ,VN
【要約の続き】
数偏移を、本発明の一つの実施形態にある基地局などの
外部発生源から、受信機に送ることによって改善され
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.GPS受信機装置であって、 視界内の衛星からRF周波数のGPS信号を受信するアンテナと、 アンテナに結合され、受信したGPS信号のRF周波数を中間周波数(IF) に下げる逓減器と、 逓減器に結合され、IFのGPS信号を受信し、所定の率でIFのGPS信号 をサンプリングして、サンプリングしたIFのGPS信号を生成するディジタイ ザと、 ディジタイザに接続され、サンプリングしたIFのGPS信号を記憶するメモ リと、 そのメモリに接続され、高速畳み込みを実行するディジタル信号プロセッサ( DSP)と を備えるGPS受信機。 2.さらに、通信アンテナと、通信アンテナおよびDSPに接続された受信機 とを備え、データ信号を受信する受信機が衛星データ情報を含む請求項1に記載 のGPS受信機。 3.衛星データ情報が、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2に記載のGPS受信機。 4.衛星データ情報が、GPS受信機の視界内にある複数の衛星の指標、およ びGPS受信機の視界内にある複数衛星の各衛星の対応する複数のドップラー情 報を含む請求項3に記載のGPS受信機。 5.衛星データ情報が衛星の天文暦を表すデータを含む請求項2に記載のGP S受信機。 6.さらに、逓減器に接続され、第1基準信号を提供する、局部発振器を備え る請求項1に記載のGPS受信機。 7.さらに、逓減器に接続され、第1基準信号を提供する、局部発振器を備え 、受信機が、局部発振器からの第1基準信号の較正に使用する精密搬送波周波数 信号を受信し、局部発振器を使用してGPS信号を捕捉する請求項2に記載のG P S受信機。 8.DSPが、ドップラー情報を使用して、サンプリング済みIFのGPS信 号を補正し、高速畳み込み演算が疑似距離情報を提供する請求項3に記載のGP S受信機。 9.さらに、逓減器およびディジタイザに接続される電力管理回路を備え、I FのGPS信号をメモリに記憶した後に、電力管理回路が、逓減器およびディジ タイザの消費する電力を削減する請求項1に記載のGPS受信機。 10.さらに、DSPに接続され、疑似距離情報を送る送信機を備える請求項 8に記載のGPS受信機。 11.さらに、DSPに接続され、緯度および経度情報を送る送信機を備える 請求項2に記載のGPS受信機。 12.GPS受信機を使用する方法であって、 視界内の衛星からGPS信号を受信するステップと、 所定の率でGPS信号をディジタル化して、サンプリングしたGPS信号を生 成するステップと、 サンプリングGPS信号をメモリに記憶するステップと、 GPS受信機内でサンプリングGPS信号で高速畳み込み演算を実行すること により、サンプリングGPS信号を処理するステップと を含む方法。 13.さらに、衛星データ情報を含むデータ信号を受信するステップを含む請 求項12に記載の方法。 14.衛星データ情報が、GPS受信機の視界内にある衛星のドップラー情報 を備える請求項13に記載の方法。 15.ドップラー情報が、サンプリングGPS信号の補正に使用され、処理が さらに前処理および後処理操作を含む請求項14に記載の方法。 16.高速畳み込み演算が、疑似距離情報を提供し、処理がさらに前処理およ び後処理操作を含む請求項15に記載の方法。 17.衛星データ情報が衛星の天文暦を表すデータを備える請求項13に記載 の方法。 18.高速畳み込み演算が疑似距離情報を提供し、天文暦および疑似距離情報 が、GPS受信機の緯度および経度の計算に使用される請求項17に記載の方法 。 19.緯度および経度がGPS受信機の使用者に対して表示される請求項18 に記載の方法。 20.緯度および経度が、GPS受信機によって送信される請求項18に記載 の方法。 21.GPS信号がスードライトから発生する請求項12に記載の方法。 22.GPS信号が軌道上の衛星から発生する請求項12に記載の方法。 23.GPS信号がスードライトから発生する請求項1に記載のGPS受信機 。 24.GPS信号が軌道上の衛星から発生する請求項1に記載のGPS受信機 。 25.全世界測位衛星(GPS)受信機で疑似距離を決定する方法であって、 逓減器に接続したアンテナを使用して、視界内の1個または複数のGPS衛星 からの疑似乱数シーケンスを含むGPS信号を受信するステップと、 ディジタル・スナップショット・メモリ内の受信GPS信号をバッファリング するステップと、 ディジタル信号プロセッサ内で、視界内の1個または複数のGPS衛星のバッ ファリングGPS信号を処理するステップと、 バッファリングしたデータを、継続時間がGPS信号内に含まれる疑似乱数( PN)コードのフレーム期間の倍数に等しい一連の隣接するブロックに分割する ステップと、 を含み、ブロックごとに、連続するデータのサブブロック同士を加算すること により、疑似乱数コード期間の継続時間と等しい長さを有する圧縮データ・ブロ ックを生成するステップとを含み、各サブブロックの対応するサンプル番号を互 いに加算するよう、サブブロックが、1つのPNフレームと等しい継続時間を有 し、 圧縮ブロックごとに、処理中のGPS衛星の疑似乱数シーケンス(PRS)と 突き合わせて圧縮ブロックのデータの畳み込みを実行するステップを含み、畳み 込みが、高速畳み込みアルゴリズムを使用して実行され、畳み込みが結果を生成 し、さらに 畳み込みのそれぞれで生成した結果で絶対値平方演算を実行して、絶対値平方 データを生成するステップと、 絶対値平方データのブロックを互いに加算して、畳み込みからの各絶対値平方 の対応するサンプル数を互いに加算することにより、全ブロックの絶対値平方デ ータを単一のデータ・ブロックにまとめるステップと、 ディジタル補完法を使用して、単一データ・ブロックのピークの位置を高精度 で探索するステップと を含み、位置はデータ・ブロックの開始からピークまでの距離であり、その位置 が処理中のPRSに対応するGPS衛星までの疑似距離を表すことを特徴とする 方法。 26.バッファリングしたGPS信号の処理に使用する高速畳み込みアルゴリ ズムが高速フーリエ変換(FFT)であり、畳み込みの結果が、圧縮ブロックの 前方向変換の積とPRSの前方向変換の予め記憶した表現とを計算して第1結果 を生成し、第1結果の逆変換を実行して結果を回復することによって生成される 請求項25に記載の方法。 27.バッファリングしたGPS信号の処理に使用する高速畳み込みアルゴリ ズムがWinogradアルゴリズムである請求項25に記載の方法。 28.ドップラー効果により誘発された時間遅延と局部発振器により誘発され た時間誤差とが、圧縮データ・ブロックごとに、圧縮ブロックの前方向FFTと 、ブロックに必要な遅延補正に対応するようサンプル数に対する位相が調整され た複素指数関数との乗法を、前方向と逆高速フーリエ変換演算との間に挿入する ことにより補正される請求項26に記載の方法。 29.ディジタル信号プロセッサが、記憶されている命令を実行する汎用プロ グラマブル・ディジタル信号処理チップである請求項25に記載の方法。 30.バッファリングしたGPS信号の処理に使用する高速畳み込みアルゴリ ズムがAgarwal−Cooleyアルゴリズムである請求項25に記載の方 法。 31.バッファリングしたGPS信号の処理に使用する高速畳み込みアルゴリ ズムが分割入れ子アルゴリズムである請求項25に記載の方法。 32.バッファリングしたGPS信号の処理に使用する高速畳み込みアルゴリ ズムが再帰的な多項式入れ子アルゴリズムである請求項25に記載の方法。 33.さらに、ピークが所定の閾値を超えるかどうか判断することにより、ピ ークが有効であることを判断するステップを含む請求項25に記載の方法。 34.遠隔センサの位置を決定する全世界測位システム(GPS)衛星を使用 するトラッキング方法であって、 視界内の複数のGPS衛星から遠隔センサでGPS信号を受信し、記憶するス テップと、 記憶したGPS信号に対して高速畳み込み技術を使用したディジタル信号処理 を含む計算をセンサ内で実行し、GPS信号を使用して疑似距離を計算するステ ップと GPS衛星の天文暦データが送られている基地局に疑似距離をセンサから送る ステップと、 疑似距離および衛星天文暦データを使用して、センサの地理的位置を計算する ために、基地局で疑似距離を受信するステップと を含むトラッキング方法。 35.疑似距離を計算するステップが、 メモリ内に受信GPS信号を記憶するステップと、 ディジタル信号プロセッサで、視界内の1個または複数のGPS衛星の記憶G PS信号を処理するステップと、 記憶したデータを、継続時間がGPS信号内に含まれる疑似乱数(PN)コー ドのフレーム期間の倍数に等しい一連の隣接するブロックに分割するステップと 、 ブロックごとに、連続するデータのサブブロック同士をコヒーレントに加算す ることにより、疑似乱数コード期間の継続時間と等しい長さを有する圧縮データ ・ブロックを生成するステップとを含み、サブブロックが、1つのPNフレーム と等しい継続時間を有し、さらに 圧縮ブロックごとに、整合フィルタリング演算を実行して、データ・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基準信号との間の相対的 時間を決定するステップを含み、整合フィルタリング演算が高速畳み込み技術を 使用し、さらに 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、全ブロック の絶対値平方データを単一のデータ・ブロックにまとめるため絶対値平方データ のブロックを加算し合わせてピークを生成するステップを含み、ピークの位置は 、ディジタル補完法を使用して決定され、疑似距離に対応する請求項34に記載 のトラッキング方法。 36.整合フィルタリング演算が、 処理中のGPS衛星の疑似乱数シーケンス(PRS)と突き合わせて圧縮ブロ ックのデータの畳み込みを実行するステップを含み、畳み込みが、高速畳み込み アルゴリズムを使用して実行され、畳み込みの積を生成する請求項35に記載の トラッキング方法。 37.バッファリングしたGPS信号の処理に使用する高速畳み込みアルゴリ ズムが高速フーリエ変換(FFT)であり、畳み込みの積が、圧縮ブロックの前 方向変換をPRSの前方向変換の予め記憶した表現によって計算して第1結果を 生成し、第1結果の逆変換を実行して積を回復することによって生成される請求 項36に記載のトラッキング方法。 38.GPS受信機で実行可能なコードを有するコンピュータ・プログラムを 記録したコンピュータ読取り媒体であって、 疑似乱数(PN)コードを備えるGPS信号を視界内の衛星から受信する第1 命令と、 所定の率でGPS信号をディジタル化して、サンプリングしたGPS信号を生 成する第2命令と、 サンプリングGPS信号をメモリに記憶する第3命令と、 PNコードとローカルで生成したPN基準信号との間の相対的時間を決定する 整合フィルタリング演算を備え、サンプリングGPS信号で高速畳み込み演算を 実行することにより、サンプリングGPS信号を処理する第4命令と、 を備えるコンピュータ・プログラムを記録した媒体。 39.GPS信号が、1.024MHzの倍数の割合でサンプリングされて、 サンプリングGPS信号を提供する請求項12に記載の方法。 40.所定の割合が、1.024MHzの倍数である請求項1に記載のGPS 受信機。 41.DSPが前処理および後処理操作も実行する請求項1に記載のGPS受 信機。 42.前処理操作が高速畳み込みの前に発生し、後処理操作が高速畳み込みの 後に発生する請求項41に記載のGPS受信機。 43.前処理操作が、視界内衛星の信号のドップラー・シフトの修正を含む請 求項42に記載のGPS受信機。 44.前処理操作が、サンプリングIFのGPS信号の部分を加算し合わせて 圧縮サンプルを提供し、高速畳み込みが圧縮サンプルの畳み込みを含む請求項4 2に記載のGPS受信機。 45.高速畳み込みが複数の結果を生成し、後処理操作が、複数の結果を加算 し合わせることを含む請求項44に記載のGPS受信機。 46.複数の結果が、複数の絶対値の平方を備える請求項45に記載のGPS 受信機。 47.遠隔センサの位置を決定する全世界測位システム(GPS)衛星を使用 する方法であって、 遠隔センサで、視界内の複数のGPS衛星からGPS信号を受信し、記憶する ステップと、 記憶したGPS信号に対して高速畳み込み技術を使用するディジタル信号処理 を含む計算をセンサ内で実行し、GPS信号を使用して疑似距離を計算するステ ップと、 複数の衛星の天文暦を表すデータを備える衛星データ情報の送信を受信するス テップと、 衛星データ情報と疑似距離とを使用して、センサ内で位置情報を計算するステ ップと を含む方法。 48.送信が基地局からのものである請求項47に記載の方法。 49.送信が、複数の衛星からの送信を含む請求項47に記載の方法。 50.位置情報が基地局に送信される請求項47に記載の方法。 51.さらに、基地局から精密搬送波周波数信号を受信するステップと、基地 局からの精密搬送波周波数信号を自動的にロックするステップと、遠隔センサ内 で、精密搬送波周波数信号を用いて局部発振器を較正するステップとを含む請求 項48に記載の方法。 52.遠隔センサが、複数の衛星の天文暦を表すデータを備える送信を受信す るGPS受信機を備える請求項49に記載の方法。 53.疑似距離を計算するステップが、さらに、 受信GPS信号をメモリに記憶するステップと、 ディジタル信号プロセッサで、視界内の1個または複数のGPS衛星の記憶G PS信号を処理するステップと、 記憶したデータを、継続時間がGPS信号内に含まれる疑似乱数(PN)コー ドのフレーム期間の倍数に等しい一連の隣接するブロックに分割するステップと 、 ブロックごとに、連続するデータのサブブロック同士をコヒーレントに加算す ることにより、疑似乱数コード期間の継続時間と等しい長さを有する圧縮データ ・ブロックを生成するステップとを含み、サブブロックが、1つのPNフレーム と等しい継続時間を有し、さらに 圧縮ブロックごとに、整合フィルタリング演算を実行して、データ・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基準信号との間の相対的 時間を決定するステップを含み、整合フィルタリング演算が高速畳み込み技術を 使用し、さらに 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、全ブロック の絶対値平方データを単一のデータ・ブロックにまとめるため絶対値平方データ のブロックを加算し合わせてピークを生成するステップを含み、ピークの位置は 、ディジタル補完法を使用して決定され、疑似距離に対応する請求項47に記載 の方法。 54.整合フィルタリング演算が、 処理中のGPS衛星の疑似乱数シーケンス(PRS)と突き合わせて圧縮ブロ ックのデータの畳み込みを実行するステップを含み、畳み込みが、高速畳み込み アルゴリズムを使用して実行され、畳み込みの結果を生成する請求項53に記載 の方法。 55.バッファリングしたGPS信号の処理に使用する高速畳み込みアルゴリ ズムが高速フーリエ変換(FFT)であり、畳み込みの積が、圧縮ブロックの前 方向変換PRSの前方向変換の予め記憶した表現によって計算して第1結果を生 成し、第1結果の逆変換を実行して積を回復することによって生成される請求項 54に記載の方法。 56.計算ステップが、さらに、高速畳み込み技術の前に前処理操作を実行し 、高速畳み込み技術の後に後処理操作を実行するステップを含む請求項47に記 載の方法。 57.高速畳み込み技術が整合フィルタリング演算を含み、GPS信号が、メ モリ内の一連の隣接するブロックに記憶され、前処理が、ブロックごとに連続す るデータのサブブロックを加算し合わせることにより圧縮データ・ブロックを生 成するステップを含み、後処理が、整合フィルタリング演算で生成した積の表示 を加算し合わせるステップを含む請求項56に記載の方法。 58.さらに、基地局から精密搬送波周波数信号を受信するステップと、基地 局からの精密搬送波周波数信号を自動的にロックするステップと、遠隔センサ内 で、精密搬送波周波数信号を用いて局部発振器を較正するステップとを含む請求 項34に記載の方法。 59.計算ステップが、さらに、高速畳み込み技術の前に前処理操作を実行し 、高速畳み込み技術の後に後処理操作を実行するステップを含む請求項34に記 載の方法。 60.高速畳み込み技術が整合フィルタリング演算を含み、GPS信号が、メ モリ内の一連の隣接するブロックに記憶され、前処理が、ブロックごとに連続す るデータのサブブロックを加算し合わせることにより圧縮データ・ブロックを生 成するステップを含み、後処理が、整合フィルタリング演算で生成した積の表示 を加算し合わせるステップを含む請求項59に記載の方法。 61.衛星データ情報が、GPS受信機の視界内にある複数の衛星の指標、お よびGPS受信機の視界内にある複数衛星の各衛星の対応する複数のドップラー 情報を備える請求項7に記載のGPS受信機。 62.さらに、逓減器およびディジタイザに接続される電力管理回路を備え、 IFのGPS信号をメモリに記憶した後に、電力管理回路が、逓減器およびディ ジタイザの消費する電力を削減する請求項7に記載のGPS受信機。 63.GPS受信機の電力管理方法であって、 GPS受信機で、視界内の衛星からのGPS信号を受信するステップと、 GPS信号をバッファリングするステップと、 GPS受信機が消費する電力を削減するステップと を含む方法。 64.さらに、処理システムでGPS信号を処理して、処理したGPS信号を 供給するステップを含む請求項63に記載の方法。 65.処理済みGPS信号が疑似距離情報を含む請求項64に記載の方法。 66.さらに、GPS受信機で、GPS受信機の視界内にある衛星のドップラ ー情報を受信するステップを含む請求項65に記載の方法。 67.さらに、疑似距離情報を送るステップを含む請求項66に記載の方法。 68.GPS受信機の消費電力削減ステップが、GPS信号のバッファリング の後に発生する請求項64に記載の方法。 69.処理済みGPS信号を使用して、GPS受信機の緯度および経度を提供 する請求項64に記載の方法。 70.処理が、メモリ内でバッファリングされているGPS信号の高速畳み込 み演算を含む請求項64に記載の方法。 71.ディジタル信号プロセッサ(DSP)が処理を実行する請求項70に記 載の方法。 72.メモリ内でバッファリングされるGPS信号の量が変化し、感度を犠牲 にして電力を削減する請求項70に記載の方法。 73.さらに電力を節約するためにバッファリングするGPS信号をさらに少 なくできる請求項72に記載の方法。 74.処理が、メモリ内にバッファリングされるGPS信号の高速畳み込み演 算を含む請求項66に記載の方法。 75.ディジタル信号プロセッサ(DSP)が処理を実行する請求項74に記 載の方法。 76.メモリ内でバッファリングされるGPS信号の量が変化し、感度を犠牲 にして電力を削減する請求項74に記載の方法。 77.さらに電力を節約するためにバッファリングするGPS信号をさらに少 なくできる請求項76に記載の方法。 78.通信用受信機がドップラー情報を受信し、方法がさらに、ドップラー情 報の受信後の期間、通信用受信機が消費する電力を削減するステップを含む請求 項66に記載の方法。 79.期間が予め決定されている請求項78に記載の方法。 80.さらに、疑似距離情報の送信後に疑似距離情報を送る送信機が消費する 電力を削減するステップを含む請求項65に記載の方法。 81.通信用受信機が衛星データ情報を受信し、方法がさらに、衛星データ情 報の受信後の期間、通信用受信機が消費する電力を削減するステップを含む請求 項64に記載の方法。 82.衛星データ情報が、衛星の天文暦を表すデータを含む請求項81に記載 の方法。 83.期間が予め決定されている請求項82に記載の方法。 84.さらに、GPS受信機内の通信用送信機で位置情報を送るステップを含 み、通信用送信機が消費する電力は、位置情報の送信後に削減される請求項82 に記載の方法。 85.位置情報が緯度および経度を含む請求項84に記載の方法。 86.さらに、GPS受信機内の通信用送信機で位置情報を送るステップを含 み、通信用送信機が消費する電力は、位置情報の送信後に削減される請求項64 に記載の方法。 87.さらに、処理済みGPS信号を提供した後に処理システムの消費電力を 削減するステップを含む請求項64に記載の方法。 88.GPS受信機を有するシステムの消費電力を管理する方法であって、 GPS受信機で、視界内の衛星からのGPS信号を受信するステップと、 GPS受信機に接続した通信用受信機で、衛星データ情報を表すデータを含む 信号を受信するステップと、 通信用送信機から位置情報を表す情報を送るステップと、 GPS受信機に接続した処理システムでGPS信号を処理するステップと、 GPS受信機、通信用受信機、および通信用送信機を構成するグループから選 択した構成要素の消費電力を削減するステップと を含む方法。 89.処理システムが消費する電力が削減される請求項88に記載の方法。 90.電力削減ステップが、構成要素を電源断状態か低電力状態のいずれかに することを含む請求項88に記載の方法。 91.低電力状態が、構成要素が削減されていない場合より低いクロック周波 数で構成要素をクロックすることである請求項90に記載の方法。 92.さらに、メモリ内でGPS信号をバッファリングするステップを含み、 衛星データ情報が、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88に記載の方法。 93.電力削減ステップの後に、構成要素が低電力状態にあり、方法がさらに 、通信用受信機を通して信号を受信すると、構成要素を通常の電力状態に戻す、 請求項88に記載の方法。 94.構成要素が通信用受信機であり、電力削減ステップが、ある期間、通信 用受信機の電力を削減する請求項93に記載の方法。 95.期間が予め決定されている請求項94に記載の方法。 96.低電力状態を有するGPS移動ユニット内の装置であって、 GPS信号を受信するGPS受信機と、 GPS受信機に接続され、衛星データ情報を含む信号を受信する通信用受信機 と、 GPS受信機に接続され、GPS信号を処理する処理システムと、 処理システムに接続され、GPS移動ユニットの位置情報を表す情報を送る通 信用送信機と、 通信用受信機に接続され、GPS受信機、通信用受信機、処理システム、およ び通信用送信機を構成するグループから選択した構成要素の消費電力を削減し、 その構成要素を低電力状態にする電力管理回路と を備えるシステム。 97.低電力状態を有するGPS移動ユニットであって、 視界内にある衛星からGPS信号を受信する受信機と、 受信機に接続され、GPS信号を表すデータを記憶するメモリと、 メモリに接続され、GPS信号を処理して処理済みGPS信号を出力するプロ セッサと、 プロセッサに接続され、GPS移動ユニットの消費電力を削減する電力管理回 路と を備えるGPS移動ユニット。 98.さらに、電力管理回路に接続された通信用受信機および通信用送信機を 備える請求項97に記載のGPS移動ユニット。 99.電力管理回路がプロセッサの消費電力を削減する請求項97に記載のG PS移動ユニット。 100.構成要素が低電力状態になった後に、電力管理回路が、通信用受信機 から信号を受信すると、構成要素を通常の電力状態に復帰させる請求項96に記 載の装置。 101.GPS移動ユニットが低電力状態になった後に、電力管理回路が、通 信用受信機から信号を受信すると、GPS移動ユニットの電力消費量が増加する 状態に復帰させる請求項96に記載のGPS移動ユニット。 102.さらに、バッテリおよび太陽電池と、バッテリおよび太陽電池および 電力管理回路に接続された電力調整器とを備え、太陽電池がバッテリを充電する 請求項97に記載のGPS移動ユニット。 103.さらに、電力調整器に接続された第2バッテリを備え、太陽電池がバ ッテリを充電している時は、第2バッテリがGPS移動ユニットに電力を供給す る請求項102に記載のGPS移動ユニット。 104.さらに、 受信機および電力管理回路に接続された、第1制御電力相互接続部と、 メモリと電力管理回路に接続された第2制御電力相互接続部とを備え、電力管 理回路が、第1制御電力相互接続部を通り受信機に供給される電力を制御し、第 2制御電力相互接続部を通りメモリに供給される電力を制御することによって、 電力を削減する請求項97に記載のGPS移動ユニット。 105.電力管理回路が、マイクロプロセッサと複数の電源スイッチとを備え る請求項97に記載のGPS移動ユニット。 106.電力管理回路が、ディジタル信号処理構成要素内に電力制御論理を備 え、プロセッサがディジタル信号処理構成要素を備える請求項97に記載のGP S移動ユニット。 107.電力管理回路がさらに、電力制御論理に接続された複数の電源スイッ チを備える請求項106に記載のGPS移動ユニット。 108.さらに、バッテリおよび太陽電池と、バッテリおよび太陽電池および 電力管理回路に接続された電力調整器を備える請求項96に記載の装置。 109.さらに、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 星データ情報を受信する通信用受信機を備える請求項97に記載のGPS移動ユ ニット。 110.GPS移動ユニットが低電力状態になった後に、電力管理回路が、G PS移動ユニットを電力消費量増加状態に復帰させる請求項97に記載のGPS 移動ユニット。 111.さらに、衛星の天文暦を表すデータを含む衛星データ情報を受信する 通信用受信機を備える請求項97に記載のGPS移動ユニット。 112.さらに、GPS受信機および電力管理回路に接続された第1制御電力 相互接続部を備え、 電力管理回路が、第1制御電力相互接続部を通りGPS受信機に供給される電 力を制御することによって、電力を削減する請求項96に記載の装置。 113.電力管理回路がマイクロプロセッサと複数の電源スイッチとを備える 請求項96に記載の装置。 114.電力管理回路が、ディジタル信号処理構成要素内に電力制御論理を備 え、プロセッサがディジタル信号処理構成要素を備える請求項96に記載の装置 。 115.電力管理回路がさらに、電力制御論理に接続された複数の電源スイッ チを備える請求項114に記載の装置。 116.衛星データ情報が、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96に記載の装置。 117.さらに、処理システムに接続されたバッファを備え、バッファがGP S信号を記憶する請求項96に記載の装置。 118.衛星データ情報が衛星の天文暦を表すデータを含む請求項96または 97に記載の装置。 119.プロセッサが、GPS信号の表示で高速畳み込み演算を実行すること により、GPS信号を処理する請求項97に記載のGPS移動ユニット。 120.GPS信号をメモリ内に記憶した後、受信機の消費電力が低下する請 求項119に記載のGPS移動ユニット。 121.GPS信号の前処理が、高速畳み込み演算の前に実行される請求項1 19に記載のGPS移動ユニット。 122.高速畳み込み演算の結果の後処理操作が、高速畳み込み演算の後に実 行される請求項121に記載のGPS移動ユニット。 123.低電力状態を有するGPS移動ユニット内の装置であって、 GPS信号を受信するGPS受信機と、 GPS受信機に接続され、衛星データ情報を含む信号を受信する通信用受信機 と、 GPS受信機に接続され、GPS信号を処理する処理システムと、 処理システムに接続され、GPS移動ユニットの位置情報を表す情報を送信す る通信用送信機と、 構成要素に接続され、GPS受信機、通信用受信機、処理システムおよび通信 用送信機を構成するグループから選択された構成要素の消費電力を削減し、構成 要素を低電力状態にする電力管理回路と を備える装置。 124.電力管理回路がタイマを備え、タイマが電力管理回路に周期的な計時 信号を供給して構成要素にフル・パワー状態を提供する請求項123に記載の装 置。 125.構成要素が、所定の期間だけ低電力状態にあり、次にフル・パワー状 態に復帰する請求項61に記載の装置。 126.さらに、処理システムに接続されたバッファを備え、バッファがGP S信号を記憶する請求項123に記載の装置。 127.さらに、構成要素および電力管理回路に接続された第1制御電力相互 接続部を備え、電力管理回路が、第1制御電力相互接続部を通り構成要素へ供給 する電力を制御することによって、電力を削減する請求項126に記載の装置。 128.電力管理回路がマイクロプロセッサと複数の電源スイッチとを備える 請求項126に記載の装置。 129.電力管理回路が、ディジタル信号処理構成要素の電力制御論理を備え 、処理システムがディジタル信号処理構成要素を備える請求項126に記載の装 置。 130.電力管理回路がさらに、電力制御論理に接続された複数の電源スイッ チを備える請求項129に記載の装置。 131.衛星データ情報が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126に記載の装置。 132.衛星データ情報が衛星の天文暦を表すデータを含む請求項126に記 載の装置。 133.処理システムが、GPS信号の表示で高速畳み込み演算を実行するこ とにより、GPS信号を処理する請求項126に記載の装置。 134.GPS信号をバッファ内に記憶した後、通信用受信機の消費電力が低 下する請求項133に記載の装置。 135.GPS信号の前処理が、高速畳み込み演算の前に実行される請求項1 33に記載の装置。 136.高速畳み込み演算の結果の後処理操作が、高速畳み込み演算の後に実 行される請求項135に記載の装置。 137.さらに、受信機に接続された局部発振器を備え、局部発振器が第1基 準信号を提供し、さらに局部発振器に接続された通信用受信機を備え、通信用受 信機が、GPS信号の捕捉に使用する局部発振器を較正するための精密搬送波周 波数信号を提供する請求項97に記載のGPS移動ユニット。 138.さらに、通信用受信機に接続された局部発振器を備え、局部発振器が 第1基準信号を提供し、通信用受信機が局部発振器に接続され、通信用受信機が 、GPS信号の捕捉に使用する局部発振器を較正するための精密搬送波周波数信 号を提供する請求項131に記載の装置。 139.遠隔ユニットの位置を決定する方法において、 遠隔ユニットで、遠隔ユニットの視界内にある衛星のドップラー情報を受信す るステップと、 遠隔ユニットで、ドップラー情報を使用して衛星の位置情報を計算するステッ プと を含むプロセス。 140.さらに、衛星のドップラー情報を基地局から遠隔ユニットに送るステ ップを含む請求項139に記載の方法。 141.ドップラー情報が、基地局でGPS受信機から獲得される請求項14 0に記載の方法。 142.位置情報が、衛星を含め、遠隔ユニットの視界内にある複数の衛星の 疑似距離を含む請求項140に記載の方法。 143.位置情報が、遠隔ユニットの位置を示す緯度および経度を含む請求項 140に記載の方法。 144.さらに、疑似距離を遠隔ユニットから基地局へ送るステップを含み、 基地局が、遠隔ユニットの位置を示す緯度および経度を計算する請求項142に 記載の方法。 145.さらに、衛星の衛星データ情報を遠隔ユニットに送るステップを含み 、衛星データ情報が衛星の天文暦を表すデータを含む請求項142に記載の方法 。 146.さらに、衛星の衛星データ情報を遠隔ユニットに送るステップを含み 、衛星データ情報が衛星の天文暦を表すデータを含む請求項143に記載の方法 。 147.GPS信号を表すデータを使用して、その位置を知らせる移動ユニッ トであって、 通信リンクを介して結合され、移動ユニットの視界内にある衛星のドップラー 情報を受信する移動ユニット内の受信機と、 受信機に接続されてドップラー情報を受信し、ドップラー情報を使用して衛星 の位置情報を計算する移動ユニット内の処理ユニットと、 を備える移動ユニット。 148.移動GPSユニットに通信リンクを提供する基地局を使用する方法で あって、 移動GPSユニットの視界内にある衛星のドップラー情報を決定するステップ と、 移動GPSユニットの視界内にある衛星のドップラー情報を送るステップとを 含む方法。 149.ドップラー情報が、衛星から基地局へのGPS信号のドップラー・シ フトを表す、請求項148に記載の方法。 150.ドップラー情報が、衛星から移動GPSユニットへのGPS信号のド ップラー・シフトをほぼ表す、請求項149に記載の方法。 151.ドップラー情報が、基地局でGPS受信機から獲得され、ドップラー 情報が衛星から基地局へのGPS信号のドップラー・シフトを表す、請求項14 8に記載の方法。 152.ドップラー情報が、衛星から移動GPSユニットへのGPS信号のド ップラー・シフトをほぼ表す、請求項151に記載の方法。 153.さらに、移動GPSユニットから位置情報を受信するステップを含み 、基地局が移動GPSユニットの位置を示す緯度および経度を獲得するよう、位 置情報が基地局で受信される請求項152に記載の方法。 154.位置情報が、衛星を含め、移動GPSユニットの視界内にある複数の 衛星の疑似距離を含み、基地局が疑似距離から緯度および経度を計算する請求項 153に記載の方法。 155.位置情報が、緯度および経度を含む請求項153に記載の方法。 156.さらに、衛星の衛星データ情報を移動GPSユニットへ送るステップ を含み、前衛星データ情報が衛星の天文暦を表すデータを含む請求項148に記 載の方法。 157.処理ユニットがドップラー情報を使用して、衛星からのGPS信号の ドップラー・シフトを補償する請求項139に記載の方法。 158.処理ユニットがドップラー情報を使用して、衛星からのGPS信号の ドップラー・シフトを補償する請求項147に記載の移動ユニット。 159.通信リンクが無線周波数通信媒体を備える請求項158に記載の移動 ユニット。 160.さらに、処理ユニットに接続された送信機を備え、送信機が位置情報 を送る請求項158に記載の移動ユニット。 161.位置情報が、移動ユニットの視界内にある複数の衛星の疑似距離を含 む請求項160に記載の移動ユニット。 162.位置情報が、移動ユニットの位置を示す緯度および経度を含む請求項 160に記載の移動ユニット。 163.処理ユニットが、ディジタル信号処理集積回路(DSP)を備え、D SPが高速畳み込みアルゴリズムを使用してGPS信号とドップラー情報を処理 する請求項158に記載の移動ユニット。 164.さらに、処理ユニットに接続される送信機を備え、送信機が位置情報 を送る請求項163に記載の移動ユニット。 165.受信機が、衛星以外の発生源からの衛星の衛星データ情報を受信する よう作動可能で、衛星データ情報が、衛星の天文暦を表すデータを含む請求項1 47に記載の移動ユニット。 166.移動GPSユニットに通信リンクを張る基地局であって、 移動GPSユニットの視界内にある衛星のドップラー情報の源と、 ドップラー情報の源に接続され、通信リンクを通してドップラー情報を移動G PSユニットに送る送信機と を備える基地局。 167.ドップラー情報の源が、基地局に接続される記憶ユニットで、記憶ユ ニットが衛星について予め計算されたおおよそのドップラー情報を記憶する請求 項166に記載の基地局。 168.さらに、 移動GPSユニットから位置情報を受信する受信機と、 受信機に接続されたプロセッサとを備える請求項166に記載の基地局。 169.ドップラー情報が、衛星から基地局へのGPS信号のドップラー・シ フトを表す、請求項166に記載の基地局。 170.ドップラー情報が、衛星から移動GPSユニットへのGPS信号のド ップラー・シフトをほぼ表す、請求項169に記載の基地局。 171.ドップラー情報が、基地局でGPS受信機を備える源から獲得され、 ドップラー情報が、衛星から基地局へのGPS信号のドップラー・シフトを表す 、請求項166に記載の基地局。 172.ドップラー情報が、衛星から移動GPSユニットへのGPS信号のド ップラー・シフトをほぼ表す、請求項171に記載の基地局。 173.基地局が移動GPSユニットの位置を示す緯度および経度を獲得する よう、位置情報が基地局で受信される請求項168に記載の基地局。 174.位置情報が、衛星を含め、移動GPSユニットの視界内にある複数の 衛星までの疑似距離を含み、基地局のプロセッサが疑似距離から緯度および経度 を計算する請求項173に記載の基地局。 175.位置情報が、緯度および経度を含む請求項173に記載の基地局。 176.受信機が、衛星の衛星データ情報を移動GPSユニットに送信し、衛 星データ情報が、衛星の天文暦を表すデータを含む請求項166に記載の基地局 。 177.基地局および移動GPSユニットが、互いに約150キロメートル以 内にある請求項169に記載の基地局。 178.移動GPS受信機の局部発振器を較正する方法で、 精密搬送波周波数信号を、精密搬送波周波数信号の発生源から受信するステッ プと、 精密搬送波周波数信号を自動的にロックして、基準信号を供給するステップと 、 GPS信号を捕捉するために用いられる局部発振器を基準信号で較正するステ ップと を含む方法。 179.受信ステップが、通信リンクを介して通信された衛星データ情報を含 むデータ信号から、精密搬送波周波数信号を抽出するステップを含む請求項17 8に記載の方法。 180.衛星データ情報が、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179に記載の方法。 181.衛星データ情報が衛星の天文暦を表すデータを含む請求項179に記 載の方法。 182.通信リンクが、双方向ページャ・リンクまたは携帯電話リンクまたは パーソナル通信システムまたは特殊化した移動無線または無線パケット・データ ・システムで構成されたグループから選択される請求項179に記載の方法。 183.通信リンクが無線周波数通信媒体である請求項179に記載の方法。 184.自動周波数制御論理が、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請求項178に記載の方法。 185.基準信号が、局部発振器による周波数と比較されて、局部発振器を較 正する基準周波数を提供する請求項184に記載の方法。 186.移動GPS受信機であって、 GPS信号を受信する第1アンテナと、 そのアンテナに接続され、アンテナからGPS信号を受ける逓減器と、 逓減器に接続され、第1基準信号を逓減器に与えて、GPS信号を第1周波数 から第2周波数へと変換する局部発振器と、 精密搬送波周波数信号を供給する発生源から精密搬送波周波数信号を受信する 第2アンテナと、 第2アンテナに接続され、第2基準信号を局部発振器に与えて、局部発振器の 第1基準信号を較正する自動周波数制御(AFC)回路と を備え、局部発振器を使用してGPS信号を捕捉する移動GPS受信機。 187.さらに、AFC回路および局部発振器に接続される比較器を備え、比 較器が、第1基準信号と第2基準信号とを比較して、局部発振器からの第1基準 信号の周波数を調整する請求項186に記載の移動GPS受信機。 188.AFC回路が、第2アンテナに接続される受信機に接続される位相ロ ック・ループを備える請求項187に記載の移動GPS受信機。 189.さらに、第2アンテナに接続される受信機を備え、受信機が第2アン テナからの精密搬送波周波数信号を受信し、受信機が、第2アンテナを通して通 信される衛星データ情報を含むデータ信号を有する精密搬送波周波数信号を受信 する請求項186に記載の移動GPS受信機。 190.衛星データ情報が、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189に記載の移動GPS受信機。 191.衛星データ情報が、移動GPS受信機の視界内にある複数の衛星のI Dと、移動GPS受信機の視界内にある複数衛星の各衛星に関する対応する複数 のドップラー情報とを含む請求項190に記載の移動GPS受信機。 192.衛星データ情報が衛星の天文暦を表すデータを含む請求項189に記 載の移動GPS受信機。 193.基地局を使用して移動GPS受信機内の局部発振器を較正する方法で あって、 精密な周波数を有する第1基準信号を生成するステップと、 データ信号で第1基準信号を変調し、精密搬送波周波数信号を供給するステッ プと、 精密搬送波周波数信号をGPS受信機に送るステップと を含み、精密搬送波周波数信号を使用して移動GPS受信機内の局部発振器を較 正し、局部発振器を使用してGPS信号を捕捉する方法。 194.データ信号が、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193に記載の方法。 195.データ信号が、衛星の天文暦を表すデータを含む衛星データ情報を含 む請求項193に記載の方法。 196.遠隔ユニットの位置を決定する方法であって、 ドップラーを含むGPS衛星情報を、データ・リンクを介して基地局から遠隔 ユニットに送るステップと、 遠隔ユニットで、衛星情報と視界内衛星からのGPS信号を受信するステップ と、 遠隔ユニットで、視界内衛星への疑似距離を計算するステップと、 疑似距離を、データ・リンクを介して遠隔ユニットから基地局に送るステップ と、 基地局で、疑似距離を使用して遠隔ユニットの位置を計算するステップと を含む方法。 197.移動GPS受信機内で使用して移動GPS受信機内の局部発振器を較 正する較正信号を提供する基地局であって、 精密な周波数を有する第1基準信号の第1発生源と、 第1発生源と、衛星データ情報の第2発生源とに接続されて精密搬送波周波数 信号を供給する変調器と、 変調器に接続され、移動GPS受信機に精密搬送波周波数信号を送信し、精密 搬送波周波数信号を使用して局部発振器を較正する送信機と を備え、局部発振器を使用してGPS信号を捕捉する基地局。 198.衛星データ情報が、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197に記載の基地局。 199.衛星データ情報が、移動GPS受信機の視界内にある衛星の天文暦を 表すデータを含む請求項197に記載の基地局。 200.さらに、送信機に接続されるプロセッサを備え、プロセッサが送信機 に指示して移動GPS受信機に送信させる請求項197に記載の基地局。 201.プロセッサが、移動GPS受信機の視界内にある複数の衛星を決定し 、複数の衛星の衛星ごとに衛星データ情報を獲得し、プロセッサが送信機に指示 して、複数の衛星のIDおよび衛星データ情報をGPS受信機に送信させる請求 項200に記載の基地局。 202.衛星データ情報が、複数の衛星のドップラー情報を含む請求項201 に記載の基地局。 203.衛星データ情報が、複数の衛星の天文暦を表すデータを含む請求項2 01に記載の基地局。 204.位置情報が、さらに遠隔ユニットの高度を含む請求項143に記載の プロセス。
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