專利名稱：全球定位系統(tǒng)(gps)接收機(jī)和電信設(shè)備的組合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及GPS接收機(jī)和電信發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的組合。特別地是本發(fā)明的專利申請不排除GPS接收機(jī)和應(yīng)答尋呼機(jī)的組合。而后者可以包括一個單向(或者僅接收)的尋呼機(jī)，蜂窩／無繩電話或者移動／便攜無線電收發(fā)機(jī)。
在現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范中，術(shù)語GPS被理解為包含和美國的全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System of the USA)一樣的其他的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。更進(jìn)一步，在現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范中術(shù)語“星歷表(ephemeris)數(shù)據(jù)”被用于描述經(jīng)GPS衛(wèi)星發(fā)射的所有數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)表征衛(wèi)星軌道和其插件板上時鐘特征兩個方面。
日本公開07075162的英文簡介揭示一種供各傳播點用的激勵裝置，其中發(fā)射機(jī)發(fā)射單向激勵信息同時發(fā)射本地信息。配合一個配有均接到處理器的接收激勵信息的接收機(jī)、GPS接收機(jī)、CD-ROM和LCD面板的二級站的用戶，可接收激勵信息并使用保存在CD-ROM上的映射信息同用戶目前位置(如由GPS接收機(jī)確定的)到該各傳播點的路由一起顯示該各傳播點的位置。
在已知的二級站中每個接收機(jī)完成自己的功能，將結(jié)果加到處理器。按節(jié)約電池電流的觀點來看，這不是特別有效的。
為了通過GPS接收機(jī)完成合適的測量，至少四個GPS衛(wèi)星信號要同步到達(dá)，GPS接收機(jī)必須在約為10秒的期限給出的空中清晰的視圖。一旦測量被接受，用戶位置的計算必須完成，其結(jié)果二級站具有的任何一種手段被顯示，通常用LCD屏幕顯示。這些計算所占用的時間取決于在GPS接收機(jī)中微處理器的處理能力。按顯示，8051型處理器完成必須的處理要求約5秒。
現(xiàn)今，GPS接收機(jī)要求的硬件通常由兩個積分電路組成，即模擬rf前端和一個數(shù)字基帶處理器，同時有少量的分離元件。天線是簡單的接插天線，每一邊約為2到3厘米(載頻約1．5GHz)。典型的現(xiàn)代GPS芯片組在3V電源時允許功耗為500到800mW。高功耗的原因有若干，但主要的一個原因大概是對最現(xiàn)代的應(yīng)用而言在每秒產(chǎn)生新的位置定位的情況下時需要連續(xù)工作。這導(dǎo)致非常需要使用25MHz上計時的16位微處理器。
接收機(jī)從接通時刻到產(chǎn)生位置定位GPS所占用的時間由下列因素控制1．捕獲從足夠的(至少4個)GPS衛(wèi)星而來的信號所需的時間；2．從被捕獲的衛(wèi)星下行裝載表征它們的軌道和時鐘偏差的充足的數(shù)據(jù)所占用的時間；3．處理原始測量和計算位置所占用的時間。
這些點中最后一個最容易表征，只要它包括相當(dāng)好的被規(guī)定的計算裝置，于是取決于接收機(jī)中微處理器的處理能力。如上述，這導(dǎo)致相當(dāng)明顯的功率與速度折衷的關(guān)系曲線?，F(xiàn)代GPS芯片組規(guī)定用一個處理器已經(jīng)足夠在小于1秒時完成這個步驟，但是如果計算在一個較小的處理器上進(jìn)行，可能要占用10秒。
上述第一、二個因素在性質(zhì)方面是相當(dāng)不同的，在GPS接收機(jī)中它們通常是不太重要的問題。這是因為它們僅在開動時被執(zhí)行，然后有時作為背景任務(wù)。在至少四個衛(wèi)星上進(jìn)行捕獲是與系統(tǒng)有怎樣多的在先經(jīng)驗緊密相關(guān)的。假如沒有任何信息，捕獲可以需要一小時。如果有理想位置(在數(shù)千米幾十秒以內(nèi))實時(幾秒以內(nèi))捕獲可以僅需用兩秒。在這個限度內(nèi)，非常準(zhǔn)確地知道本身在何處時間為何時的接收機(jī)能夠幾乎立刻地捕獲信號。最現(xiàn)代的GPS接收機(jī)在非易失的存儲器中存儲某些未加工的衛(wèi)星軌道參數(shù)(能很好地滿足幾個星期期間的預(yù)測)，并當(dāng)它們被切斷時，保持實時時鐘。接著，接收機(jī)在被接通的10到30秒以內(nèi)可以正常地捕獲衛(wèi)星。
在理論上，從衛(wèi)星下行裝載合適的軌道數(shù)據(jù)需用最少時間為30秒。這是因為數(shù)據(jù)在五個子幀內(nèi)重復(fù)被發(fā)射，其中每一個需用6秒進(jìn)行發(fā)射。當(dāng)然，在實際上，在發(fā)射周期時GPS接收機(jī)可以捕獲任一點上的信號，故而有一個特別的例子，當(dāng)試圖發(fā)現(xiàn)可辨別的始標(biāo)時可以“浪費”約整個6秒子幀。再者，當(dāng)接收機(jī)被斷開時，某些現(xiàn)代的GPS接收機(jī)儲存這個數(shù)據(jù)，然而，這個數(shù)據(jù)僅有幾個小時的有效使用期限(衛(wèi)星的軌道不是恒定的)，故而存儲大于一天左右將是很少達(dá)到的。
本發(fā)明的一個目的是在接收和處理GPS信號時有效地利用二級站的功率消耗。
按照本發(fā)明的一個方面提供尋呼機(jī)系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)的組合。此組合包括一個一級站，該站有GPS接收機(jī)和根據(jù)被接收的GPS信號來至少接收和導(dǎo)出星歷表數(shù)據(jù)的處理器，還至少有一個發(fā)射機(jī)發(fā)射通信信號和星歷表數(shù)據(jù)。此組合還包括一個二級站，該站有GPS接收機(jī)和接收通信信號和來自至少一個發(fā)射機(jī)的星歷表數(shù)據(jù)的通信接收機(jī)，還有連接到GPS接收機(jī)和通信接收機(jī)的處理器，處理器根據(jù)星歷表數(shù)據(jù)和經(jīng)GPS接收機(jī)接收的GPS信號確定二級站的位置。
通過在一級站中的發(fā)射機(jī)偶然傳送GPS星歷表數(shù)據(jù)，因此完成GPS位置定位所需占用時間和消耗的功率可以被大大地減小，故而導(dǎo)致大量的電流儲蓄。
按照本發(fā)明的第二個方面，提供用于系統(tǒng)中的二級站，在該系統(tǒng)中一級站傳送涉及沿軌道飛行的GPS衛(wèi)星的宇宙飛行器數(shù)據(jù)。該二級站包括GPS接收機(jī)，接收通信信號和至少來自一個發(fā)射機(jī)的宇宙飛行器數(shù)據(jù)的通信接收機(jī)，連接到GPS接收機(jī)和通信接收機(jī)的處理器，它應(yīng)用宇宙飛行器數(shù)據(jù)和經(jīng)GPS接收機(jī)接收的GPS信號來確定二級站的位置。
只要希望的話，對處理器產(chǎn)生的時鐘信號可被用來對GPS接收機(jī)和其數(shù)字基帶處理器提供準(zhǔn)確的定時信號。GPS接收機(jī)識別這個時間越準(zhǔn)確，根據(jù)預(yù)測空中期待的位置的觀點、捕獲來自GPS衛(wèi)星的信號越容易，于是確定多普勒位移也較容易。
只要希望的話，處理器使用的晶體控制振蕩器，也可以在先表征GPS接收機(jī)的本地振蕩器的特性。當(dāng)企圖捕獲來自GPS衛(wèi)星的信號時，這將依次減小不確定度。
只要希望的話，二級站可以包括對一級站發(fā)射本地數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)。在緊急情況下，發(fā)射機(jī)用作緊急信標(biāo)，用于發(fā)射作為較低比特率信號的本地數(shù)據(jù)，因而使得該信號在比用較高比特率發(fā)射可能更大的區(qū)域上被檢測。二級站可選擇地包括編碼裝置，用戶通過它可以在與發(fā)送本地數(shù)據(jù)的同時發(fā)送被編碼的信號顯示緊急情況的類型和／或要求什么服務(wù)。
現(xiàn)在舉例敘述本發(fā)明，參看單獨的附圖
，它示出發(fā)明的一個實施例，其中二級站包括GPS接收機(jī)和應(yīng)答尋呼機(jī)。
其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括尋呼機(jī)系統(tǒng)控制器(PSC)10，它經(jīng)陸上通訊線連接到許多一級站PS中的一個。一級站包括受控于PSC10的無線電收發(fā)報機(jī)12。GPS接收機(jī)14，其輸入端與天線16相連接，其輸出端與包括存儲裝置(未示出)的數(shù)字基帶處理器15相連接，用以回收來自沿軌道上飛行的GPS衛(wèi)星SAT1、SAT2、SAT3和SAT4的星歷表數(shù)據(jù)。
來自PSC1O的尋呼信號和星歷表數(shù)據(jù)經(jīng)無線電收發(fā)機(jī)12通過天線18被發(fā)射。
二級站(SS)包括連接到接收機(jī)級22的天線20，22的輸出端加到譯碼器24上。處理器26通過雙向鏈線27，28與譯碼器24相連。處理器26按程序存儲器30中保持的軟件運轉(zhuǎn)。用于存儲數(shù)據(jù)信息和來自一級站PS的被接收的星歷表數(shù)據(jù)的RAM32被連接到處理器26。后者的輸出端連接到LCD驅(qū)動器34，驅(qū)動器34依次連接到LCD板36。鍵盤38被連接到處理器，提供人／機(jī)接口。聲學(xué)傳感器40和光發(fā)射器42(例如LED)被連接到處理器26上，該處理器用它們作為報警器件。另外，光發(fā)射器42可以用來轉(zhuǎn)送光信息和存儲在RAM32中的本地數(shù)據(jù)以指示一臺打印機(jī)或一臺個人計算機(jī)(未示出)。接收機(jī)22通過處理器26按節(jié)約電池的方案運轉(zhuǎn)，節(jié)約電池級44被連接到處理器26和接收機(jī)22之間。一低功率發(fā)射機(jī)46連接在處理器26和天線20之間。
接插天線50被連接到接收機(jī)52，后者提供一個輸出端54到處理器26，處理器26利用接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)和儲存在RAM32中的星歷表數(shù)據(jù)計算二級站的位置。
處理器26包括一個以溫度受控晶體振蕩器(TCXO)56為基礎(chǔ)的時鐘電路。TCXO56提供一個輸出58到GPS接收機(jī)52，在接收機(jī)52中輸出58被用來在光賦予接收機(jī)的本地振蕩器一個特性。在企圖捕獲來自衛(wèi)星SAT1，SAT2，SAT3，SAT4的信號時這可消除不確定性。
在運行中，PSC10使尋呼信號按任一合適的協(xié)議，例如，CCIR雷達(dá)尋呼碼NO．1和另外已知的POCSAG進(jìn)行發(fā)射。被接收到的由二級站譯碼的信息被存儲到RAM32中以使后來重呼和顯示。
每個GPS衛(wèi)星(通常在任何時間有24個在運行)廣播約500比特的數(shù)據(jù)，詳述它的軌道和關(guān)于其在插件板上的時鐘，被總稱為星歷表數(shù)據(jù)。這個信息通常是每一個規(guī)定時間被更改的，但是可以相信四小時期間內(nèi)是有效的。因此星歷表數(shù)據(jù)僅需偶爾轉(zhuǎn)播到二級站，在靜態(tài)周期內(nèi)可以這樣做。但是，在RAM32中存儲星歷表數(shù)據(jù)的二級站的優(yōu)越性是很重大的，因為希望在15到20秒內(nèi)完成位置的定位其中僅第一個10秒涉及GPS專門起作用的硬件(其余的時間必須由處理器26單獨進(jìn)行位置計算)。
為了發(fā)射二級站可識別的星歷表數(shù)據(jù)，將其作為是由具有GPS接收機(jī)的二級站識別的一個地址編碼字的前綴的信息發(fā)射。
另外，二級站(SS)的通信部分提供用若干途徑幫助GPS接收機(jī)的方法。
TXCO56提供一個準(zhǔn)確的(到零點幾秒)的定時信號。GPS器件識別該時間越準(zhǔn)確，捕獲來自GPS衛(wèi)星的信號越容易。(預(yù)測在天空中期待的位置，于是多普勒位移比較容易確定)。
本地振蕩器的偏移能在先參照尋呼信號視在頻率進(jìn)行表征。在企圖捕獲從GPS衛(wèi)星來的信號時，這又可以消除不確定性。
故而被稱作“差分GPS”信號可以包括在尋呼系統(tǒng)中。這是一個包含固定的基站(例如一級站發(fā)射機(jī)地點)的一種方案，該站測量GPS信號中的視在的不準(zhǔn)確度(由大氣壓效應(yīng)和美國出于軍用的謹(jǐn)慎考慮要求降低信息質(zhì)量所引起的)。這些不準(zhǔn)確度的細(xì)節(jié)能被送到本地的任一GPS接收機(jī)，用來改善令人滿意的位置計算的準(zhǔn)確度。這可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確度優(yōu)于5米(而不是通常的100米)。
發(fā)射機(jī)46提供具有雙向能力的二級站。在最簡單的類型中，二級站可以作為緊急信標(biāo)臺工作，按相對低的比特率信號或擴(kuò)展頻譜信號的方式來發(fā)射本地數(shù)據(jù)。另外，處理器26可以包括編碼裝置(未示出)。該裝置響應(yīng)簡易鍵盤38的鍵動作使發(fā)射機(jī)能發(fā)射顯示緊急情況的類型和／或同本地數(shù)據(jù)一起的要求什么服務(wù)的被編碼信號。
根據(jù)已閱讀的現(xiàn)有已公開的內(nèi)容，其他的改進(jìn)對本專業(yè)的人員顯著是很明顯的。這些改進(jìn)可以包括在GPS和電信系統(tǒng)、元件部分的設(shè)計、制造和應(yīng)用中已經(jīng)認(rèn)識的其他特性，這些特性可以用來替代已敘述過的特性或已敘述過的特性之外還有的特性。雖然權(quán)利要求在對特性專門組合的本申請中已作系統(tǒng)的闡述，但應(yīng)該明白本專利申請所揭示的范圍還包括已在此揭示的任何新穎的特性和任何新穎特性的組合，其中有顯含的、隱含的或一般化的，不論它是否涉及任一權(quán)利要求中現(xiàn)要求的相同發(fā)明，也不論它是否緩和按本發(fā)明的任一個或全部相同的技術(shù)問題。申請人因此給出通告，當(dāng)執(zhí)行本申請或由此導(dǎo)出的任一另外申請時對這些特征和／或這些特征的組合，新的權(quán)利要求可以被系統(tǒng)地加以闡述。
權(quán)利要求
1．尋呼系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)的組合，包括；一級站，該站有GPS接收機(jī)和根據(jù)被接收的GPS信號到接收和導(dǎo)出星歷表數(shù)據(jù)的處理器，至少一個發(fā)射通信信號和星歷表數(shù)據(jù)的發(fā)射機(jī)，以及一個二級站，該站有GPS接收機(jī)和接收通信信號和來自至少一個發(fā)射機(jī)的星歷表數(shù)據(jù)的通信接收機(jī)，還有連接到GPS接收機(jī)和通信接收機(jī)的處理器，應(yīng)用星歷表數(shù)據(jù)和由GPS接收機(jī)接收的GPS信號確定二級站的位置。
2．用于其中一級站廣播涉及在軌道上飛行的GPS衛(wèi)星的星歷表數(shù)據(jù)的一個系統(tǒng)中的二級站，該站包括GPS接收機(jī)，接收通信信號和來自一級站的星歷表數(shù)據(jù)的通信接收機(jī)，連接到GPS接收機(jī)和通信接收機(jī)的處理器，處理器應(yīng)用星歷表數(shù)據(jù)和由GPS接收機(jī)接收的GPS信號確定二級站的位置。
3．按權(quán)利要求2的二級站，其特征在于處理器包括一個時鐘信號發(fā)生器用來產(chǎn)生時鐘信號，其中時鐘信號被加到GPS接收機(jī)。
4．按權(quán)利要求3的二級站，其特征在于晶體受控振蕩器被用來產(chǎn)生時鐘信號，其中晶體受控振蕩器的輸出被用于在先賦予GPS接收機(jī)的本地振蕩器特性。
5．按權(quán)利要求2到4中任一個的二級站，其特征在于該二級站包括一個連接到處理器的發(fā)射機(jī)，所說的發(fā)射機(jī)是被用于發(fā)射本地數(shù)據(jù)。
6．按權(quán)利要求5的二級站，其特征在于處理器包括編碼裝置，通過該裝置用戶能在發(fā)送本地數(shù)據(jù)的同時發(fā)送附加信息的已編碼信號。
全文摘要
GPS接收機(jī)(52)和通信接收機(jī)(22)或無線電收發(fā)機(jī)(22、46)相組合。在這些通信接收機(jī)中,為了處理常規(guī)的通信信息量和確定二級站(SS)的位置,共享一個處理器(26)。為了減小捕獲時間和經(jīng)過二級站(SS)的電流損耗,通信系統(tǒng)的一級站(PS)也配備了GPS接收機(jī)(14)和數(shù)字基帶處理器(15),用以至少恢復(fù)沿軌道飛行的GPS衛(wèi)星(SAT1到SAT4)所發(fā)射的星歷表數(shù)據(jù),該星歷表數(shù)據(jù)下行裝入到二級站(SS),且存儲到存儲器(32)中準(zhǔn)備在要求定位時使用。
文檔編號G01S5/14GK1206468SQ97191455
公開日1999年1月27日 申請日期1997年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月26日
發(fā)明者A·T·于勒, R·W·吉布森, B·D·楊 申請人:皇家菲利浦電子有限公司