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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für den Betrieb
bzw. die Operation eines Satelliten-Positionssystem-(SPS)-Empfängers und
bezieht sich insbesondere auf ein System, in dem ein Empfänger durch
eine drahtlose Kommunikationsverbindung Information bezüglich seiner
Position liefert.
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Herkömmliche
Satelliten-Positionssysteme (SPS), wie beispielsweise das Global
Positioning System (GPS), verwenden Signale von Satelliten, um ihre
Position zu bestimmen. GPS-Empfänger
bestimmen normalerweise ihre Position durch Berechnung der relativen
Ankunftszeiten von Signalen, die gleichzeitig von einer Vielzahl
von GPS-Satelliten gesendet bzw. überfragen werden. Die Satelliten
senden als Teil ihrer Nachricht sowohl Satellitenpositionsdaten
als auch Daten zur Tageszeit plus Takt-Timing bzw. -Zeiten, die
zusammen als Ephemerie-Daten bzw. Ephiemeriden-Daten bezeichnet
werden. Der Prozess der Suche nach und dem Erfassen von GPS-Signalen,
das Lesen von Ephemerie-Daten für eine
Vielzahl von Satelliten und das Berechnen des Standortes des Empfängers aus
diesen Daten ist zeitaufwändig,
und benötigt
oft mehrere Minuten. In vielen Fällen
ist diese lang andauernde Verarbeitungszeit nicht akzeptabel und
begrenzt zudem stark die Batterielebensdauer bei tragbarem Betrieb
und Anwendungen.
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Eine
weitere aktuelle Begrenzung herkömmlicher
GPS-Empfänger
ist, dass ihr Betrieb auf Situationen beschränkt ist, in denen zu mehreren
Satelliten klare Sicht besteht, ohne Hindernisse, und in denen eine
Antenne mit guter Qualität
richtig angeordnet ist, um solche Signale zu empfangen. So sind
sie normalerweise nicht verwendbar in tragbaren, am Körper angebrachten
Anwendungen und in Gebieten, in denen es viel Blattwerk oder Blockierung durch
Gebäude
gibt, oder innerhalb von Gebäuden.
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Es
gibt zwei grundlegende Funktionen von GPS-Empfangssystemen: (1)
die Berechnung von Pseudo-Abständen
bzw. -Ranges zu den verschiedenen GPS-Satelliten; und (2) die Berechnung der
Position der Empfangsplattform unter Verwendung dieser Pseudo-Abstände und
Satelliten-Timing- und -Ephemerie-Daten. Die Pseudoabstände sind
einfach die Zeitverzögerungen,
die zwischen dem emp fangenen Signal von jedem Satelliten und einem
lokalen Takt in dem GPS-Empfänger gemessen
werden. Die Satelliten-Ephemerie- und -Timing-Daten werden aus dem
GPS-Signal extrahiert, sobald es erfasst ist und verfolgt wird.
Wie oben beschrieben, benötigt
das Sammeln dieser Information normalerweise eine relativ lange
Zeitdauer (wie beispielsweise dreißig Sekunden bis mehrere Minuten)
und muss mit einem guten empfangenen Signalpegel erreicht werden,
um niedrige Fehlerraten zu erhalten.
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In
letzter Zeit sind GPS-Empfänger
mit Funksendern verwendet worden, wie beispielsweise einem zellularen
Telefon oder einem Mobiltelefon in einem Auto, um die Position des
Empfängers
zu senden, während
er sich bewegt. Herkömmliche
kombinierte GPS/Kommunikationssysteme senden bzw. übertragen
typischerweise eine Position von dem Funksender an eine entfernt
angeordnete Basisstation. Typischerweise wird der GPS-Empfänger seine Position
bestimmen und dann diese Information an den Sender liefern, der
dann die bestimmte Position sendet, bevor der GPS-Empfänger eine
nächste
Position bestimmt hat. Dies gestattet es einem Anwender, der bei
der entfernt angeordneten Basisstation durch das Funksignal die
Position empfängt,
die Route des GPS-Empfängers
zu verfolgen, während
er sich über
die Zeit hinweg bewegt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel,
das beispielsweise in
US-Patent
Nr. 5,663,734 beschrieben ist, sendet der mobile GPS-Empfänger bzw.
Mobil-GPS-Empfänger, der
einen Kommunikationssender aufweist, zeitlich getaggte bzw. zeitlich
gekennzeichnete Pseudo-Abstandsinformation
neben einer vollständigen
Positionsberechnung (wie Breitengrad, Längengrad und Höhe des GPS-Empfängers).
In diesem Fall wird die Mobileinheit, die den GPS-Empfänger aufweist, GPS-Signale
sammeln und diese Signale verarbeiten, um Pseudo-Abstände zu den
verschiedenen Satelliten, die sich zu einer bestimmten Zeit in Sicht
befinden, zu bestimmen und dann wird der Sender diese Pseudo-Abstände an eine
entfernt angeordnete Basisstation senden, die dann diese Pseudo-Abstände mit
den Zeit-Tags bzw. Zeit-Kennzeichnungen der Pseudo-Abstände sowie
den bei der Basisstation gesammelten oder an diese gelieferten Ephemerie-Daten
verarbeiten wird, um eine Position der Mobileinheit zu bestimmen.
Auch wird in diesem Fall der Sender einen Satz von Pseudo-Abständen senden,
bevor der GPS-Empfänger
einen nächsten
Satz von Pseudo-Abständen bestimmt.
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WO 97/14053A (SNAPTRACK
INC.) offenbart ein Verfahren zur Bestimmung erster und zweiter Vielzahlen
von Pseudoabständen
zu einem ersten bzw. zweiten Zeitpunkt, wobei aber anschließend nur die
Vielzahl von Pseudo-Abständen
mit dem geringsten Fehler gesendet wird.
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WO 95/21386A (Trimble
Navigation) beschreibt auch die Sendung von Korrektursignalen.
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Während diese
früheren
Ansätze
einen Weg vorsehen, die Route eines sich bewegenden GPS-Empfängers zu
verfolgen, gibt es mehrere Bedenken bei der Verwendung dieser Techniken.
Im Fall des mobilen GPS-Empfängers,
der seine Position bestimmt und die Position an eine entfernt angeordnete
Basisstation sendet, muss die Mobileinheit eine gute Sicht auf den
Himmel aufweisen, und mehrere Satelliten klar empfangen, um dazu
in der Lage zu sein, die Pseudo-Abstände zu berechnen und die Ephemerie-Daten
zu lesen, bevor der GPS-Empfänger
seine Position bestimmen kann. Weiter wird, in dem Fall, in dem
dieser mobile GPS-Empfänger versucht
mehrere Positionen zu berechnen und sie dann in einer Sendung zu
senden, der Empfänger
typischerweise nicht in der Lage sein, von den Differenz-GPS-Korrekturen
zu profitieren, außer
wenn ein großer
Satz von Differenzkorrekturen bei der Basisstation gepuffert wird.
Ein mobiler GPS-Empfänger, der
eine Serie von digitalisierten Samples bzw. Abtastungen von GPS-Signalen
sammelt und die Serie in einer Sendung sendet wird große Mengen
an Batterieleistung verbrauchen und kann Überlastung in der Drahtlosverbindung
verursachen aufgrund der großen
Datenmengen die gesammelt, gespeichert und gesendet werden. Siehe
beispielsweise die
Europäische Patentanmeldung
0 508 405 .
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Im
Fall des mobilen GPS-Empfängers,
der einen Pseudo-Abstand nach dem anderen sendet, muss der Kommunikationssender
wiederholt hochgefahren werden, um jeden Satz von Pseudo-Abständen zu
senden, nachdem sie bestimmt worden sind. Dies kann dazu führen, dass
die Batterielebensdauer in der Mobileinheit verringert wird und
kann somit auch Überlastung
in der drahtlosen Kommunikationsverbindung zwischen der Mobileinheit
und einer Basisstation bewirken. Zudem können die Verbindungskosten
für eine
derartige Operation hoch sein.
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Daher
ist es wünschenswert,
ein verbessertes Verfahren und System für das Vorsehen mehrerer Sätze von
Positionsinformation über
eine Zeitperiode durch eine mobile GPS-Einheit vorzusehen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung sieht Verfahren und Vorrichtungen für den Betrieb
bzw. die Operation eines Mobil-Satelliten-Positionssystem-Empfängers vor,
so dass die Position des Empfängers über die Zeit
verfolgt werden kann.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren vorgesehen für den Betrieb
eines Mobil-Satelliten-Positionssystem-Empfängers gemäß Anspruch 1. Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Mobil-Satelliten-Positionssystem-Empfänger gemäß Anspruch
10 vorgesehen.
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In
einem bestimmten Beispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung
wird eine Reihe von Sätzen
von Pseudo-Abständen,
die in Serie über
die Zeit aufgenommen werden, gespeichert und dann gesendet auf das
Auftreten eines vorbestimmten Ereignistyps von der mobilen GPS-Einheit
oder auf einen Alarmzustand hin. Die Sendung tritt ansprechend auf
das Bestimmen auf, dass der vorbestimmte Ereignistyp aufgetreten
ist oder ein Alarm- bzw. Benachrichtigungszustand aufgetreten ist.
Typischerweise wird der GPS-Empfänger
erste GPS-Signale empfangen, aus denen die erste Vielzahl von Pseudo-Abständen bestimmt
wird und wird auch zweite GPS-Signale empfangen, aus denen die zweite
Vielzahl von Pseudo-Abständen bestimmt
wird. Die Mobileinheit wird auch eine erste Empfangszeit bestimmen,
wenn die ersten GPS-Signale bei der Mobileinheit empfangen wurden
und wird auch eine zweite Empfangszeit bestimmen, wenn die zweiten GPS-Signale bei der Mobileinheit
empfangen wurden. Diese Empfangszeiten werden gemeinsam mit dem
Satz von Pseudo-Abständen
gesendet. Eine Basisstation wird die Reihe von Sätzen von Pseudoabständen entweder
in einer Signalsendung oder in einer paketartigen Weise empfangen
und wird die Pseudoabstände
zusammen mit den Empfangszeiten der Pseudo-Abstände verwenden und zusammen
mit Ephemerie-Daten, um die Position zu verschiedenen Zeiten, die
durch die Empfangszeiten der mobilen GPS-Einheit bestimmt werden,
zu bestim men. Wenn der vorbestimmte Ereignistyp (oder die Alarmbedingung)
nicht auftritt, dann wird die Pseudo-Abstandsinformation in einigen
Ausführungsbeispielen
möglicherweise
zu keinem Zeitpunkt gesendet.
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Verschiedene
andere Aspekte und Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden unten beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird beispielhaft und nicht einschränkend in
den Figuren der beigefügten
Zeichnungen dargestellt, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche
Elemente anzeigen.
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1A zeigt
ein System für
das Verfolgen der Route einer mobilen GPS-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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1B zeigt
ein Beispiel eines Verfahrens, das durch die mobile GPS-Einheit
ausgeführt
wird für einen
entfernt angeordneten Lage- bzw. Standort-Server, um die Position der Mobileinheit
zu verschiedenen Zeitpunkten zu bestimmen.
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1C zeigt
ein Beispiel eines Verfahrens, in dem ein Standortserver verschiedene
Positionen bestimmt aus einer Reihe von Sätzen von Pseudo-Abständen, die über die
Zeit hinweg von einer Mobileinheit aufgenommen werden.
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2 zeigt
ein weiteres Beispiel eines Systems für das Verfolgen von Standorten
von Mobileinheiten über
die Zeit hinweg unter Verwendung eines zellbasierten Kommunikationssystems.
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3 zeigt
ein Beispiel eines Standortservers, der verwendet werden kann mit
einem zellbasierten Kommunikationssystem in einem Beispiel der vorliegenden
Erfindung.
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4 zeigt
ein Beispiel eines mobilen GPS-Empfängers, der kombiniert wird
mit einem Kommunikationssystem gemäß einem Beispiel der vorliegenden
Erfindung.
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5 zeigt
ein Beispiel einer GPS-Referenz-Station, die mit einem Beispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Satelliten-Positionssystem-(SPS)-Empfängers, um
Positionsinformation über
die Zeit zu liefern, um die Bewegung des Empfängers anzuzeigen. Die folgende
Beschreibung und Zeichnungen stellen die Erfindung dar und sollen nicht
so ausgelegt werden, dass sie die Erfindung einschränken. Zahlreiche
spezifische Details werden beschrieben, um ein gründliches
Verständnis
der vorliegenden Erfindung vorzusehen. In manchen Fällen jedoch
werden wohl bekannte oder herkömmliche Details
nicht beschrieben, um zu verhindern, dass die vorliegende Erfindung
unnötigerweise
schwer verständlich
gemacht wird.
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1 zeigt ein Beispiel eines Systems für das Verfolgen
des Standorts eines mobilen GPS-Empfängers über die Zeit während sich
dieser bewegt. Der mobile GPS-Empfänger
12 ist auf einer Karte
bei seinem aktuellen Standort auf einer Straße
11 gezeigt. Vorherige
Standorte
14,
16,
18,
20,
22 und
24 sind
auch auf der Straße
11 gezeigt.
In dem bestimmten Beispiel, das in
1A gezeigt
ist, wird angenommen, dass der Benutzer des mobilen GPS-Empfängers
12 die
Straße
11 hinunter
gefahren ist und bei Standort
14 begann, Standort
16,
18,
20,
22 und
24 passierte
und sich aktuell am in
1A gezeigten Standort befindet.
Der mobile GPS-Empfänger
12 weist
einen GPS-Empfänger
auf, der ein herkömmlicher
GPS-Empfänger sein
kann, der eine Ausgabe von Pseudo-Abständen an einen Sender vorsieht,
der Teil eines Kommunikationssystems ist, wie beispielsweise des
Kommunikationssystems
78, das in
4 gezeigt
ist, die ein Beispiel des mobilen GPS-Empfängers
12 ist. Alternativ
kann der mobile GPS-Empfänger
12 ähnlich sein
zu dem GPS-Empfänger
und Kommunikationssystem, die beschrieben sind in
US-Patent 5,663,734 . In jedem der
Ausführungsbeispiele
wird der mobile GPS-Empfänger
12 einen
Speicher aufweisen für
das Speichern von Pseudo-Abständen und
einen Zeitstempel, der anzeigt, wann die GPS-Signale empfangen wurden, aus
denen die Pseudoabstände
bestimmt wurden.
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Das
System der 1A weist auch einen Standortserver 25 auf,
der durch ein Drahtloskommunikationssystem mit dem Kommunikationssystem kommuniziert,
das gekoppelt ist an oder Teil ist von der mobilen GPS-Einheit 12.
Die Basisstati on 25 weist typischerweise einen Speicher 26 auf
für das Speichern
einer Zeitsequenz von Differenz-GPS- und Satelliten-Ephemerie-Information.
Die Basisstation 25 weist typischerweise auch einen GPS-Referenzempfänger 27 auf,
der Satelliten-Ephemerie-Daten von Satelliten im Sichtfeld lesen
kann und der auch GPS-Zeit
liefern kann und auch Differenz-GPS-Information liefern kann. Somit
kann der GPS-Referenzempfänger 27 Differenz-GPS-
und Satelliten-Ephemerie-Information bestimmen und mit einem Zeitstempel
mit GPS-Zeit versehen und die Basisstation kann dies dann in dem
Speicher 26 speichern. Diese Operation wird wiederholt über die
Zeit hinweg ausgeführt,
so dass sich eine Reihe von Ephemerie- und Differenz-GPS-Information
für die
verschiedenen Satelliten in Sicht über eine Zeitperiode ergibt.
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In
anderen Ausführungsbeispielen
kann der GPS-Empfänger 27 ersetzt
werden durch eine entfernte Quelle des gleichen Informationstyps,
die dieser Empfänger
an den Basisstationsserver 25 vorsieht. Beispielsweise
kann ein kleines Netzwerk von GPS-Empfängern verwendet werden um solche
Information an eine große
Anzahl von geographisch verteilten Basisstationen vorzusehen, wodurch
die Gesamtzahl von benötigten
GPS-Referenzempfängern
reduziert wird.
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1B zeigt
ein Beispiel eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Dieses Verfahren beginnt in Schritt
31, in dem GPS-Signale
von der mobilen GPS-Einheit
empfangen werden und eine Vielzahl von Pseudo-Abständen zu
einer Vielzahl von GPS-Satelliten bestimmt wird. Wie oben beschrieben kann
der GPS-Empfänger ein
herkömmlicher
Empfänger
sein, der Hardware-Korrelation verwendet, um Pseudo-Abstände zu bestimmen.
Alternativ können die
Pseudo-Abstände
auf eine Weise bestimmt werden, die in
US-Patent Nr. 5,663,734 beschrieben
ist. Als noch eine weitere Alternative können die GPS-Signale empfangen,
digitalisiert und gespeichert werden zusammen mit einem Zeitstempel,
der die Zeit anzeigt, zu der die Signale empfangen wurden. In diesem
Fall werden eher diese digitalisierten Signale als die Pseudo-Abstände gesendet.
Diese Alternative erfordert größeren Speicher
und größere Übertragungsbandbreite,
um diese beträchtlich
größere Datenmenge
zu speichern und zu senden. In Schritt
33 wird die Vielzahl
von Pseudo-Abständen
mit Zeitstempeln versehen und diese Vielzahl von Pseudo-Abständen wird
zusammen mit dem entsprechenden Zeitstempel gespeichert. Der Zeitstempel
kann erhalten werden durch Lesen der GPS-Zeit aus den GPS-Signalen, die von
der Mobileinheit empfangen werden oder kann in bestimmten Fällen erhalten
werden, in denen das Kommunikationssystem, das für das Kommunizieren von Nachrichten
zwischen der Mobileinheit
12 und der Basisstation
25 verwendet wird,
das CDMA-Zellkommunikationssystem nutzt. Die CDMA-Signale weisen
die Zeit als ein Teil des Signals auf und das Kommunikationssystem
und die Mobileinheit
12 können diese Zeit lesen und verwenden
sie, um die Empfangszeit der GPS-Signale, aus denen die Pseudo-Abstände bestimmt
wurden, mit einem Zeitstempel zu versehen. Ein weiteres Verfahren
für das
Bestimmen der Zeit der Sammlung von GPS-Signalen, aus denen die
Pseudo-Abstände
bestimmt werden, ist beschrieben im ebenfalls anhängigen
US-Patent Nr. 5,812,087 ,
das am 3. Februar 1997 von Norman F. Krasner eingereicht wurde.
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In
einem Beispiel eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung
wird bestimmt, ob ein vorbestimmter Ereignistyp aufgetreten ist
(oder ob eine Alarmbedingung aufgetreten ist), wie in Schritt 35 gezeigt
ist. Während
es klar sein wird, dass dieser Schritt optional ist, wird er typischerweise
verwendet um zu bestimmen, ob die Pseudo-Abstände, die zusammen mit ihren
entsprechenden Zeitstempeln gespeichert wurden, gesendet werden
sollen oder nicht. Wenn der vorbestimmte Ereignistyp nicht aufgetreten
ist (oder eine Alarmbedingung), dann kehrt die Verarbeitung zurück zu Schritt 31,
in dem zusätzliche
GPS-Signale empfangen werden und zusätzliche Pseudo-Abstände bestimmt
werden. Bis der vorbestimmte Ereignistyp (oder eine Alarmbedingung) auftritt,
fährt die
Verarbeitung fort, die Schritte 31, 33 und 35 zu
durchlaufen, wodurch eine Vielzahl von Pseudo-Abständen,
die zu verschiedenen Zeiten aufgenommen wurden, gesammelt wird,
wobei jede ihren eigenen Zeitstempel aufweist, wobei alles im Speicher
der Mobileinheit 12 gespeichert wird. Ein Beispiel dieses
Speichers ist gezeigt als Speicher 81 in 4.
Wenn der vorbestimmte Ereignistyp auftritt, geht Schritt 35 voran
zu Schritt 37, in dem die gespeicherten Pseudo-Abstände und
die entsprechenden Zeitstempel über
ein drahtloses Kommunikationssystem gesendet werden, wie beispielsweise
ein zellbasiertes CDMA-Kommunikationssignal an den Standortserver.
Auch wird, wie in Schritt 37 gezeigt ist, der Speicher,
der die Pseudo-Abstände und
die Zeitstempel gespeichert hat an diesem Teil des Speichers geleert.
Dies gestattet, dass ein weiterer Satz von Pseudo-Abständen zusammen
mit ihren entsprechenden Zeitstempeln gesammelt und gespeichert
und später
gesendet wird.
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Dieses
Verfahren sieht eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber dem
Stand der Technik des Bestimmens einer Position bei jedem Punkt
und des darauf folgenden Sendens dieser Positionen vor. Es ist auch von
Vorteil relativ zu anderen Beispielen, in denen mehrere Positionen über die
Zeit hinweg bestimmt werden aber nicht gesendet werden, und die
dann gesendet werden nachdem eine Sammlung von Positionen erhalten
wurde. Der Versuch die Position der Mobileinheit zu bestimmen wird
eine adäquate
Sicht auf den Himmel erfordern sowie eine angemessene Fähigkeit,
die Signale von ausreichend Satelliten auszulesen, um die Satelliten-Ephemerie-Daten zu erhalten.
Zudem gestattet ein solches Verfahren nicht die Verwendung von Differenz-GPS-Information (DGPS-Information),
welche die Genauigkeit der Positionsberechnung verbessern wird (außer wenn
die Kommunikationsverbindung verwendet wird, um die DGPS-Daten zu
senden, was mehr Leistung verwenden wird). Mit dem Verfahren der
vorliegenden Erfindung müssen
nur die Pseudo-Abstände
von der Mobileinheit über
die Zeit hinweg bestimmt werden. Somit ist die Fähigkeit nicht notwendig, die
Satelliten-Ephemerie-Daten zu lesen. Mit den verbesserten Verarbeitungstechniken,
die in
US-Patent 5,663,734 beschrieben
werden, ist es möglich,
in den meisten Fällen
Pseudo-Abstände
zu genügend
Satelliten zu erhalten, sogar dann wenn der Himmel verdeckt ist oder
die Signale schwach sind. Das Reihen von Pseudo-Abständen und
die Sendung nur auf das Auftreten eines Ereignisses hin minimiert
die Sende-"Verbindungszeit" ("air time"), und gestattet
dennoch die Bestimmung des zeitlichen Ablaufs der Positionen der
Mobilstation auf Anfrage.
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In
dem Beispiel, das in 1A gezeigt ist, wird der mobile
GPS-Empfänger 12 GPS-Signale
bei den Positionen 14, 16, 18, 20, 22, 24 empfangen
und seine aktuelle Position und wird Pseudo-Abstände von diesen Signalen bestimmen
und diese Pseudo-Abstände
zusammen mit dem entsprechenden Zeitstempel im Speicher speichern.
Wenn der vorbestimmte Ereignistyp das Sammeln des siebten Satzes
von Signalen ist, aus denen Pseudo-Abstände bestimmt werden, dann wird
die Mobileinheit 12 alle sieben Pseudo-Abstände und
die entsprechenden Zeitstempel bei der Position, die in 1A gezeigt
ist für
die Mobileinheit 12, sen den. Es gibt zahlreiche andere
mögliche
vorbestimmte Ereignisse, die die Sendung der Sequenz der mit Zeitstempeln
versehenen Pseudo-Abstände
verursachen könnten.
Eine ist, wie bereits erwähnt,
dass eine bestimmte Anzahl von gespeicherten Pseudo-Abständen erreicht
worden ist. Ein weiterer vorbestimmter Ereignistyp kann ein Sensor
oder ein Alarm sein, der eine Alarmbedingung detektiert oder irgendeine
andere Bedingung, und der die Sendung der gespeicherten Pseudo-Abstände verursacht.
Ein solches Beispiel ist die Detektion eines Unfalls in einem Auto
oder die Tatsache, dass ein Airbag aufgeblasen wurde oder die Tatsache,
dass die Autoalarmanlage an ist. Ein weiteres vorbestimmtes Ereignis
kann sein, dass die Basisstation die Sendung der gespeicherten Pseudo-Abstände anfragt um
zu versuchen, die aktuelle Position des mobilen GPS-Empfängers zu
bestimmen sowie die vorige Position, wie sie in der Reihe der mit
Zeitstempeln versehenen Pseudo-Abstände angezeigt wird. Ein weiteres
vorbestimmtes Ereignis kann sein, dass das Speicherlimit für das Speichern
der Pseudo-Abstände
erreicht ist. Ein weiteres vorbestimmtes Ereignis kann sein, dass
eine vorbestimmte Zeitperiode abgelaufen ist, seit der letzten Sendung
von Pseudo-Abständen. Wenn
diese Zeit variiert wird, kann dies auch eine entsprechende Varianz
in der Anzahl der gespeicherten Pseudo-Abstände verursachen durch Variieren
der Intervalle zwischen denen GPS-Signale aufgenommen und verarbeitet
werden, um Pseudo-Abstände
zu bestimmen. In einem weiteren Beispiel eines vorbestimmten Ereignisses
kann dies auch nur der Nutzer sein, der eine Taste auf dem mobilen
GPS-Empfänger
drückt.
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1C zeigt
ein Beispiel der Operationen, die gemäß einem Verfahren der vorliegenden
Erfindung auf einem Standortserver ausgeführt werden, wie beispielsweise
dem Standortserver 25. Das Verfahren der 1C beginnt
bei Schritt 41, in dem der Standortempfänger eine Vielzahl von Differenz-GPS-Korrekturen
für jede
Serie von Zeitpunkten bestimmt und speichert und auch einen Zeitstempel für jede entsprechende
Vielzahl von Differenz-GPS-Korrekturen speichert. Wie oben im System
der 1A beschrieben, kann der Standortserver 25 Differenz-GPS-Korrekturen von dem
GPS-Referenzempfänger
erhalten oder bestimmen, der einen bekannten Standort aufweist.
In dem Fall, in dem die Basisstation und die Mobileinheit Punkt-zu-Punkt-Funkkommunikationen
verwenden (und nicht ein weit-verteiltes zellbasiertes System), ist
der GPS-Referenzempfänger
typischer weise zusammen mit dem Standortserver angeordnet und weist
typischerweise auch die gleichen Satelliten in Sicht auf wie Mobileinheiten,
die von Standortserver 25 verfolgt werden. Der GPS-Referenzempfänger 27 kann
Differenz-GPS-Korrekturen
auf die herkömmliche
Weise bestimmen und auch GPS-Timing vorsehen, das den Zeitpunkt
anzeigt, zu dem die GPS-Signale, aus denen die Differenz-GPS-Korrekturen
bestimmt wurden, empfangen wurden und kann diesen Satz an Information
für jeden
Zeitpunkt an den Standortserver liefern, was dazu führt, dass
diese Information im Speicher 26 gespeichert wird. Es ist
klar, dass Schritt 41 typischerweise wiederholt auftritt
während des
in 1C gezeigten Gesamtverfahrens. D. h., dass die
Operation, die in Schritt 41 beschrieben ist, wiederholt
wird und kontinuierlich auftreten wird, um eine Reihe von Differenz-GPS-Korrekturen zu erhalten
und die entsprechenden Zeitstempel für jede Korrektur. Dies wird
gestatten, dass Differenz-GPS-Sammlungen über eine ausgedehnte Reisezeitperiode
einer Mobileinheit stattfinden, wie beispielsweise Mobileinheit 12.
Wenn die Mobileinheit 12 beispielsweise eine Stunde benötigt, um
sich von Position 14 zu ihrer aktuellen Position zu bewegen vorbei
an Position 24, die auf der Straße 12 gezeigt ist,
dann kann mindestens eine Stunde von Differenz-GPS-Korrekturen benötigt werden.
Wenn es jedoch eine Beschränkung
der Dauer gibt, die benötigt wird
um den zeitlichen Ablauf der Position jeder Mobilstation zu bestimmen,
dann kann die Reihengröße dieser
Korrekturen klein gehalten werden (zum Beispiel kann die Reihe der
letzten Ein-Minuten-Periode entsprechen).
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Es
ist klar, dass wenn eine Basisstation (Standortserver) einen großen geographischen
Bereich mit Dienst versorgt, ein Referenznetzwerk von GPS-Referenz-Empfängern, die
Differenzkorrekturen über
das gesamte Netzwerk vorsehen, benötigt werden kann. Dies wird
unten weiter beschrieben. Zurück
zu 1C empfängt
in Schritt 43 der Standortserver eine Sendung, die mehrere
Sätze von Pseudo-Abständen und
den entsprechenden Zeitstempel für
jeden Satz enthält.
Es wird klar sein, dass während
die Pseudo-Abstände
und die Zeitstempel in einer Sendung gesendet werden können, diese Sendung über mehrere
Datenpakete stattfinden kann oder unterbrochen werden kann, obwohl
dies für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung immer noch als eine einzelne
Sendung der Reihe von Pseudo-Abständen, die mit einem Zeitstempel
versehen worden sind, betrachtet wird. Im Schritt 45 wählt der
Standortserver die am besten geeignete Differenz-GPS- Korrektur, die mit
jedem Satz von Pseudo-Abständen
verwendet werden sollte, durch Vergleichen der Zeitstempel für die Differenz-GPS-Korrekturen
und der Zeitstempel für
jeden Satz von Pseudo-Abständen.
Als Folge bestimmt der Standortserver die Differenz-GPS-Korrektur,
deren Zeit der Anwendung zeitlich am nächsten liegt zum Zeitstempel
des Pseudoabstands. Nach Auswählen
der geeigneten Differenz-GPS-Korrektur wird der Satz von Pseudo-Abständen mit
diesen Differenz-GPS-Korrekturen korrigiert. Es wird klar sein,
dass während das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
diese Reihe von Differenz-GPS-Korrekturen verwendet, es nicht notwendig
ist, dass bestimmte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung umgesetzt werden. In Schritt 47 bestimmt
der Standortserver eine Position der sendenden mobilen GPS-Einheit
aus jedem Satz von korrigierten Pseudo-Abständen
und dem entsprechenden Zeitstempel. Auf diese Weise kann der Standortserver
bestimmen, dass die Mobileinheit 12 bei einer Position 14 war
zu der Zeit, die durch den Zeitstempel angezeigt wird, der mit den
Pseudo-Abständen
assoziiert ist, die erhalten wurden, als die Mobileinheit bei Position 14 war,
und der Standortserver kann auch die Positionen 16, 18, 20, 22, 24 bestimmen,
und ihren aktuellen Standort und kann die Zeit bestimmen, zu der
die Mobileinheit an diesen Positionen war. Auf diese Weise kann
der Standortserver in der Lage sein, die Bewegung der Mobileinheit
in Raum und Zeit zu verfolgen. Diese Information wird in Schritt 49 auf
eine Reihe von Arten verwendet. Beispielsweise kann die Basisstation
Concierge-Dienste bzw. Sekretariatsdienste vorsehen oder Routing-Information an den
Anwender von Mobileinheit 12 durch Senden von Hilfsinformation
zurück
zur Mobileinheit 12 durch das Drahtloskommunikationssystem.
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Wenn
er einen zeitlichen Ablauf von Pseudo-Abständen hat, aus denen ein zeitlicher
Ablauf von Positionen berechnet wird, gestattet es dem Server, die
Position und Geschwindigkeit der Mobileinheit zu verfolgen. Dies
ist wichtig für
das Lokalisieren einer Mobileinheit in einer Notsituation, wie beispielsweise
einem Autounfall, in dem die Mobilantenne zerstört wurde.
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Während die
vorhergehende Beschreibung im Allgemeinen von einem Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem
zwischen dem Kommunikationssystem der Mobileinheit 12 und
dem Kommunikationssystem der Basisstation 25 ausgegangen
ist, sollte klar sein, dass das Kommunikationssystem ein zellbasiertes
Kommunikationssystem sein kann, wie unten beschrieben.
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2 zeigt
ein Beispiel eines Systems 101 der vorliegenden Erfindung.
Das System weist ein zellbasiertes Kommunikationssystem auf, das
eine Vielzahl von Zellstandorten aufweist, von denen jeder ausgelegt
ist, einen bestimmten geographischen Bereich oder Standort mit Dienst
zu versorgen. Beispiele solcher zellularbasierten oder zellbasierten
Kommunikationssysteme sind in der Technik wohl bekannt, wie beispielsweise
zellbasierte Telefonsysteme. Es wird klar sein, dass 2 nicht
so gezeichnet wurde, dass sie eine Überlappung von Zellen zeigt. Jedoch
kann sich die Signalabdeckungszone von Zellen in der Tat überlappen.
Das zellbasierte Kommunikationssystem, wie es in 1 gezeigt
ist, weist drei Zellen 102, 103 und 104 auf.
Es wird klar sein, dass eine Vielzahl von Zellen mit entsprechenden Zellstandorten
und/oder zellularen Dienstbereichen auch in dem System 101 enthalten
sein kann und an ein oder mehrere zellbasierte Vermittlungsstellen (switching
centers) gekoppelt sein kann, wie die Mobilvermittlungsstelle 105 und
die Mobilvermittlungsstelle 106. Innerhalb jeder Zelle,
wie beispielsweise Zelle 102, gibt es eine drahtlose Zellbasisstation
(die manchmal auch als Zellstandort bezeichnet wird), wie beispielsweise
die Zellbasisstation 102a, die konstruiert ist, um durch
ein drahtloses Kommunikationsmedium unter Verwendung von zellbasierten
Kommunikationssignalen mit einem Kommunikationssystem zu kommunizieren,
das typischerweise einen Empfänger
und einen Sender für
die Kommunikation aufweist, durch Verwenden der zellbasierten Kommunikationssignale
und eines mobilen GPS-Empfängers.
Dieses kombinierte Kommunikationssystem mit mobilem GPS-Empfänger sieht
ein kombiniertes System vor, wie beispielsweise den Empfänger 102b,
der in 2 gezeigt ist. Ein Beispiel eines solchen kombinierten
Systems, das einen GPS-Empfänger
und ein Kommunikationssystem aufweist, ist in 4 gezeigt
und kann sowohl die GPS-Antenne 77 als auch ein Kommunikationssystemantennensystem 79 aufweisen.
Jede Zelle ist typischerweise an eine Mobilvermittlungsstelle gekoppelt.
In 2 sind die Zellbasen 102a und 103a an
die Vermittlungsstelle 105 durch die Verbindungen 102c bzw. 103c gekoppelt,
und die Zellbasis 104a ist an eine andere Mobilvermittlungsstelle 106 durch
eine Verbindung 104c gekoppelt. Diese Verbindungen sind typischerweise
drahtgebundene Verbindungen zwischen der entsprechenden Zellbasis
und den Mobilvermittlungsstellen 105 und 106.
Jede Zellbasis weist eine Antenne für das Kommunizieren mit Kommunikationssystemen
auf, die von einem bestimmten Zellstandort/Zellbasis mit Dienst
versorgt werden. In einem Beispiel kann der Zellstandort ein zellularer
Telefonzellstandort sein, der mit den Mobilzellulartelefonen (in
die ein GPS-Empfänger
integriert ist) in dem Bereich, der vom Zellstandort mit Dienst
versorgt wird, kommuniziert.
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In
einem typischen Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist der mobile GPS-Empfänger,
wie beispielsweise Empfänger 102b,
ein zellbasiertes Kommunikationssystem auf, das im GPS-Empfänger integriert
ist, so dass sowohl der GPS-Empfänger als auch
das Kommunikationssystem im gleichen Gehäuse aufgenommen sind. Ein Beispiel
davon ist ein Zellulartelefon, das einen integrierten GPS-Empfänger aufweist,
der gemeinsame Schaltkreise mit dem Zellulartelefonempfänger teilt.
Wenn dieses kombinierte System für
Zellulartelefonkommunikationen verwendet wird, treten Sendungen
zwischen dem Empfänger 102b und
der Zellbasis 102a auf. Sendungen von dem Empfänger 102b an
die Zellbasis 102a werden dann über die Verbindung 102c zur
Mobilvermittlungsstelle 105 fortgepflanzt und dann an entweder
ein weiteres zellulares Telefon in einer Zelle, die von der Mobilvermittlungsstelle 105 mit
Dienst versorgt wird oder durch eine Verbindung (typischerweise
drahtgebunden) mit einem anderen Telefon durch das landbasierte
Telefonsystem/Netzwerk 112. Es wird offensichtlich sein,
dass der Ausdruck drahtgebunden Faseroptikverbindungen und andere
nicht drahtlose Verbindungen beinhaltet, wie beispielsweise Kupferverkabelung
und so weiter. Sendungen vom anderen Telefon, das mit dem Empfänger 102a kommuniziert,
werden von der Mobilvermittlungsstelle 105 durch die Verbindung 102c und
die Zellbasis 102a zurück
zum Empfänger 102b auf
herkömmliche Weise übermittelt.
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In
dem Beispiel der 2 ist jede Mobilvermittlungsstelle
(MSC = mobile switching center) an mindestens eine regionale Kurznachrichtendienststelle
(SMSC = short message service center) durch ein Kommunikationsnetzwerk 115 gekoppelt,
das in einem Ausführungsbeispiel
als Signalisierungssystem-Nummer-7-Netzwerk (SS7-Netzwerk) bezeichnet
wird. Dieses Netzwerk ist konstruiert, um zu gestatten, dass Kurznachrichten
(z. B. Steuerungsinformation und Daten) zwischen Elementen des Telefonnetzwerks
weitergeleitet werden. Es wird klar sein, dass 2 ein Beispiel
zeigt, und dass es für
mehrere MSCs möglich
ist, an eine regionale SMSC gekoppelt zu sein. Das Netzwerk 115 verbindet
die MSCs 105 und 106 mit den regionalen SMSCs 107 und 108. Das
Beispiel der 2 zeigt auch zwei GPS-Standortserver 109 und 110,
welche durch das Netzwerk 115 an eine regionale SMSC 107 und
eine regionale SMSC 108 gekoppelt sind. In einem Ausführungsbeispiel
des verteilten Systems der 2 kann das Netzwerk 115 ein
permanent paketvermitteltes Datennetz bzw. PSDN (packet switched
data network) sein, welches die verschiedenen regionalen SMSCs und
MSCs mit verschiedenen GPS-Standortservern verbindet.
Dies gestattet es jeder regionalen SMSC als ein Router zu dienen
um Anfragen nach Standortdiensten zu denjenigen GPS-Standortservern zu
routen, die verfügbar
sind für
den Fall von Überlastung an
einem Standortserver oder den Ausfall eines Standortservers. Somit
kann die regionale SMSC 107 Standortserveranfragen vom
mobilen GPS-Empfänger 102b (z.
B. der Benutzer des mobilen GPS-Empfängers 102b wählt 911
auf dem integrierten Zelltelefon) an den GPS-Standortserver 110 routen
bzw. weiterleiten, wenn der Standortserver 109 überlastet
ist oder ausgefallen ist oder anderweitig nicht in der Lage ist,
die Standortdienstanfrage zu bedienen.
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Jeder
GPS-Standortserver ist typischerweise an ein WAN bzw. Wide Area
Network von GPS-Referenzstationen gekoppelt, die Differenz-GPS-Korrekturen
und GPS-Ephemerie-Daten an die GPS-Standortserver vorsehen. Diese
Wide Area Network von GPS-Referenzstationen, gezeigt als das GPS-Referenznetzwerk 111,
ist typischerweise an jeden GPS-Standortserver durch ein dediziertes
paketvermitteltes Datennetz gekoppelt. Daher empfängt der
Standortserver 109 Daten vom Netzwerk 111 durch
Verbindung 109a, und der Server 110 empfängt Daten
vom Netzwerk 111 durch die Verbindung 110a. Das
Referenznetzwerk 111 kann an das Kommunikationsnetzwerk 112 gekoppelt
werden. Alternativ kann ein GPS-Referenzempfänger bei
jedem Standortserver verwendet werden, um Satelliten-Ephemerie und GPS-Zeit
an den GPS-Standortserver zu liefern. Wie in 2 gezeigt,
wird jeder GPS-Standortserver auch an ein Kommunikationsnetzwerk,
wie beispielsweise ein öffentliches
Telefonvermittlungsnetzwerk (PSTN = public switched telephone network) 112 gekoppelt,
an das zwei Anwendungsserver 114 und 116 gekoppelt
sind.
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Die
zwei GPS-Standortserver werden in einem Ausführungsbeispiel dazu verwendet,
die Position eines mobilen GPS-Empfängers (z. B. Empfänger 102b)
zu bestimmen unter Verwendung von GPS-Signalen, die von dem mobilen
GPS-Empfänger empfangen
werden.
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Jeder
GPS-Standortserver wird Pseudo-Abstände von einem mobilen GPS-Empfänger und
Satelliten-Ephemerie-Daten von dem GPS-Referenz-Netzwerk empfangen
und eine Route von Positionen für
den mobilen GPS-Empfänger
berechnen und dann werden diese Positionen durch das Netzwerk 112 gesendet
(z. B. das öffentliche
Telefonvermittlungsnetzwerk, PSTN) zu einem (oder beiden) der Anwendungsserver,
wo die Positionen einem Benutzer an dem Anwendungsserver dargestellt
werden (z. B. auf einer Karte angezeigt). Normalerweise führt der
GPS-Standortserver Berechnungen aus aber stellt (z. B. durch Anzeige)
nicht die Positionen an dem GPS-Standortserver dar. Ein Anwendungsserver
kann eine Anfrage nach den Positionen eines bestimmten GPS-Empfängers- in
einer der Zellen senden, und zwar an einen GPS-Standortserver, welcher
dann eine Konversation mit einem bestimmten mobilen GPS-Empfänger durch
die Mobilvermittlungsstelle beginnt, um die Route der Positionen
des GPS-Empfängers
zu bestimmen und um diese Positionen zurück zu der bestimmten Anwendung
zu berichten. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine Positionsbestimmung
für einen
GPS-Empfänger von
einem Nutzer eines mobilen GPS-Empfängers initialisiert werden;
zum Beispiel kann der Nutzer des mobilen GPS-Empfängers 911
auf dem Mobil- bzw. Zelltelefon drücken, um eine Notfallsituation
an dem Standort des mobilen GPS-Empfängers anzuzeigen und dies kann
einen Lokalisierungs- bzw. Standortbestimmungsprozess auf die hierin
beschriebenen Weise initialisieren.
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Es
sollte klar sein, dass ein zellular basiertes oder zellbasiertes
Kommunikationssystem ein Kommunikationssystem ist, das mehr als
einen Sender aufweist, von denen jeder einen unterschiedlichen geographischen
Bereich bzw. Gebiet mit Dienst versorgt, der zu jedem Zeitpunkt
vordefiniert ist. Typischerweise ist jeder Sender ein Drahtlossender,
der eine Zelle versorgt, die einen geographischen Radius von weniger
als 20 Meilen aufweist, obwohl der Bereich, der abgedeckt wird von
dem bestimmten zellularen System abhängt. Es gibt zahlreiche Typen
von Zellularkommunikationssystemen, wie Zellulartelefone bzw. Mobiltelefone,
PCS (Personal Communication System), SMR (Specialized Mobile Radio), Ein-Wege- und Zwei-Wege-Pager-Systeme,
RAM, ARDIS und drahtlose Paketdatensysteme. Typischerweise werden
die vordefinierten geographischen Bereiche als Zellen bezeichnet
und eine Vielzahl von Zellen werden zusammen in einem Zellulardienstbereich
gruppiert und diese Vielzahlen von Zellen werden an ein oder mehrere
zellulare Vermittlungsstellen gekoppelt, die Verbindungen zu landbasierten
Telefonsystemen und/oder Netzwerken vorsehen. Ein Dienstbereich
wird oft für
Abrechnungszwecke verwendet. Daher kann es der Fall sein, dass Zellen
in mehr als einem Dienstbereich mit einer Vermittlungsstelle verbunden
sind. Alternativ ist es manchmal der Fall, dass Zellen innerhalb
eines Dienstbereichs mit anderen Vermittlungsstellen verbunden sind,
insbesondere in Gebieten mit hoher Bevölkerungsdichte. Im Allgemeinen
wird ein Dienstbereich definiert als eine Ansammlung von Zellen
die sich geographisch in großer
Nähe zueinander
befinden. Eine weitere Klasse von Zellularsystemen, auf die die
obige Beschreibung passt, ist satellitenbasiert, wobei die zellularen
Basisstationen oder Zellstandorte Satelliten sind, die typischerweise
die Erde umkreisen. In diesen Systemen können die Zellsektoren und Dienstbereiche
sehr groß sein
und sich als eine Funktion der Zeit bewegen. Beispiele solcher Systeme
weisen Iridium, Globalstar, Orbcomm und Odyssey auf.
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3 zeigt
ein Beispiel eines GPS-Standortservers 50, der verwendet
werde kann als der GPS-Server 109 oder GPS-Server 110 in 2.
Der GPS-Server 50 der 3 weist
eine Datenverarbeitungseinheit 51 auf, die ein fehlertolerantes
digitales Computersystem sein kann. Der SPS-Server 50 weist
auch ein Modem oder eine andere Kommunikationsschnittstelle 52 auf
und ein Modem oder eine andere Kommunikationsschnittstelle 53 und
ein Modem oder eine andere Kommunikationsschnittstelle 54. Diese
Kommunikationsschnittstellen sehen Konnektivität für den Austausch von Information
zu und vom Standortserver, der in 3 gezeigt
ist, vor zwischen drei unterschiedlichen Netzwerken, die als Netzwerke 60, 62 und 64 gezeigt
sind. Das Netzwerk 60 weist die Mobilvermittlungsstelle
oder -stellen und/oder landbasierte Telefonsystemschaltstellen oder
Zellstandorte auf. Ein Beispiel dieses Netzwerks ist in 2 gezeigt,
in dem der GPS-Server 109 den Server 50 der 3 darstellt.
Daher kann vom Netzwerk 60 angenommen werden, dass es die
Mobilvermittlungsstellen 105 und 106 und die Zellen 102, 103 und 104 enthält. Vom
Netzwerk 64 kann angenommen werden, dass es die Anwendungsserver 114 und 116 enthält, welche üblicherweise
Computersysteme mit Kommunikationsschnittstellen sind, und die auch eine
oder mehrere "PSAPs" (Public Safety Answering
Point bzw. Notrufstelle) aufweisen können, was üblicherweise das Kontrollzentrum
ist, das 911-Notfalltelefonanrufe entgegen nimmt. Das Netzwerk 62, das
das GPS-Referenznetzwerk 111 der 2 darstellt,
ist ein Netzwerk von GPS-Empfängern,
die GPS-Empfänger
sind, die ausgelegt sind um Differenz-GPS-Korrekturinformation vorzusehen
und auch GPS-Signaldaten zu liefern, einschließlich den Satelliten-Ephemerie-Daten
an die Datenverarbeitungseinheit. Wenn der Server 50 einen
sehr großen geographischen
Bereich mit Dienst versorgt, dann kann ein lokaler optionaler GPS-Empfänger, wie
beispielsweise ein optionaler GPS-Empfänger 56, möglicherweise
nicht in der Lage sein, alle GPS-Satelliten zu überwachen,
die sich in Sicht des mobilen SPS-Empfängers über diesen Bereich hinweg befinden.
Dementsprechend sammelt und liefert das Netzwerk 62 Satelliten-Ephemerie-Daten
und Differenz-GPS-Korrekturdaten über einen weiten Bereich gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Wie
in 3 gezeigt, wird eine Massenspeichervorrichtung 55 an
die Datenverarbeitungseinheit 51 gekoppelt. Typischerweise
wird die Massenspeichervorrichtung 55 einen Speicher für Daten
und Software für
das Durchführen
der GPS-Positionsberechnungen
nach dem Empfang von Pseudo-Abständen
von den mobilen GPS-Empfängern
beinhalten, wie beispielsweise einem Empfänger 102b der 2.
Diese Pseudo-Abstände
werden normalerweise durch Zellstandorte und Mobilvermittlungsstellen
und das Modem oder die andere Schnittstelle 53 empfangen.
Die Massenspeichervorrichtung 55 weist auch Software auf,
zumindest in einem Ausführungsbeispiel,
die verwendet wird um Satelliten-Ephemerie-Daten zu empfangen und
zu verwenden, die vom GPS-Referenznetzwerk 32 durch das
Modem oder die andere Schnittstelle 54 geliefert werden.
Die Massenspeichervorrichtung 55 wird typischerweise auch eine
Datenbasis oder einen Speicher 55a aufweisen, der eine
Reihe von mit Zeitstempel versehenen Satelliten-Ephemerie- und Differenz-GPS-Korrekturen aufweist,
wie oben beschrieben.
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In
einem typischen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist der optionale GPS-Empfänger 56 nicht
notwendig, da das GPS-Referenznetzwerk 111 der 2 (gezeigt
als Netzwerk 62 der 3) die Differenz-GPS-Information
und entsprechende Zeitstempel, sowie die rohen Satellitendatennachrichten
von den Satelliten in Sicht der verschiedenen Referenzempfänger in
dem GPS-Referenznetzwerk
liefert. Es sei bemerkt, dass die Satelliten-Ephemerie-Daten, die
aus dem Netzwerk durch das Modem oder die andere Schnittstelle 54 erhalten wurden,
in einer herkömmlichen
Art und Weise mit den Pseudo-Abständen verwendet werden können, die
von dem mobilen GPS-Empfänger
erhalten wurden, um die Positionsinformation für den mobilen GPS-Empfänger zu
berechnen. Die Schnittstellen 52, 53 und 54 können jeweils
ein Modem, oder eine andere geeignete Kommunikationsschnittstelle
für das
Koppeln der Datenverarbeitungseinheit an andere Computersysteme
sein, für
den Fall eines Netzwerks 64 und an zellular basierte Kommunikationssysteme
für den
Fall von Netzwerk 60 und an Sendevorrichtungen, wie beispielsweise
ein Computersystem im Netzwerk 62. Es sei bemerkt, dass
in einem Ausführungsbeispiel
das Netzwerk 62 eine verteilte Sammlung von GPS-Referenzempfängern aufweist, die über eine
geographische Region verteilt sind. In einigen Ausführungsbeispielen
wird die Differenzkorrektur-GPS-Information,
die von einem Empfänger
in der Nähe
des Zellstandorts oder des zellularen Dienstbereichs erhalten wurde,
der mit dem mobilen GPS-Empfänger
durch das zellular basierte Kommunikationssystem kommuniziert, Differenz-GPS-Korrekturinformation
vorsehen, die geeignet ist für
die annähernde
Lokalisierung des mobilen GPS-Empfängers.
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4 zeigt
ein verallgemeinertes kombiniertes System, welches einen GPS-Empfänger und
einen Kommunikationssystemempfänger
aufweist. In einem Beispiel ist der Kommunikationssystemempfänger ein
zellulares Telefon. Das System
75 weist einen GPS-Empfänger
76 auf,
der eine GPS-Antenne
77 besitzt, und einen Kommunikationstranceiver
78, der
eine Kommunikationsantenne
79 besitzt. Der GPS-Empfänger
76 ist
an den Kommunikationstranceiver
78 durch die Verbindung
80,
die in
4 gezeigt ist, gekoppelt. Der Speicher
81 speichert
eine Reihe von vorbestimmten Pseudo-Abständen und entsprechenden Zeitstempeln,
wie oben beschrieben. Dieser Speicher
81 wird an den GPS-Empfänger
76 gekoppelt
und kann auch an den Kommunikationsempfänger gekoppelt werden (z. B.
ist der Speicher mit Dual-Port versehen). In einem Betriebsmodus
empfängt
der Kommunikationssystemtranceiver
78 näherungsweise Doppler-Information
durch die Antenne
79 und sieht diese Doppler-Information über die
Verbindung
80 an den GPS-Empfänger
76 vor, welcher
die Pseudo-Abstandsbestimmung durchführt durch Empfangen der GPS-Signale
von den GPS-Satelliten durch die GPS-Antenne
77. Die bestimmten
Pseudo-Abstände
werden dann an einen GPS-Standortserver
durch den Kommunikationssystemtranceiver
78 gesendet. Typischerweise
sendet der Kommunikationssystemtranceiver
78 ein Signal durch
Antenne
79 an einen Zellstandort, der dann diese Information
zurück
zu dem GPS-Standortserver
transferiert. Beispiele von verschiedenen Ausführungsbeispielen für das System
75 sind
in der Technik bekannt. Zum Beispiel beschreibt das
US-Patent Nr.
5,663,734 ein Beispiel eines kombinierten GPS-Empfänger- und
-Kommunikationssystems, das ein verbessertes GPS-Empfängersystem
verwendet. Ein weiteres Beispiel eines kombinierten GPS- und Kommunikationssystems
ist beschrieben worden in
US-Patent
Nr. 6,092,363 , das am 23. März 1996 eingereicht wurde.
Die meisten herkömmlichen GPS-Empfänger können modifiziert
werden, um als Empfänger
76 in
4 zu
arbeiten, obwohl Empfänger
wie jene, die in
US-Patent Nr.
5,663,734 beschrieben wurden, verbesserte Performance vorsehen
können.
Das System
75 der
4, sowie
zahlreiche alternative Kommunikationssysteme, die SPS-Empfänger besitzen,
wird typischer Weise die Empfangszeit von GPS-Signalen, aus denen
Pseudo-Abstände
bestimmt werden, mit Zeitstempel versehen. Insbesondere kann das
System
75 GPS-Zeit verwenden (empfangen oder geschätzt von
den GPS-Satelliten) oder kann die Zeit von CDMA-Sendungen verwenden
(in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel),
um die Empfangszeit von SPS-Signalen bei der Mobileinheit als Zeitstempel
festzuhalten.
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für eine GPS-Referenzstation.
Es wird klar sein, dass jede Referenzstation auf diese Weise konstruiert
sein und an das Kommunikationsnetzwerk oder -medium gekoppelt werden
kann. Typischerweise wird jede GPS-Referenzstation, wie beispielsweise
GPS-Referenzstation 90 der 5, einen
Dual-Frequenz-GPS-Referenzempfänger 92 aufweisen,
der an eine GPS-Antenne 91 gekoppelt ist, welche GPS-Signale
von GPS-Satelliten in Sicht von Antenne 91 empfängt. GPS-Referenzempfänger sind
in der Technik wohl bekannt. Der GPS-Referenzempfänger 92 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sieht mindestens zwei Typen von Information
als Ausga ben vom Empfänger 92 vor.
Pseudo-Abstands-Ausgaben 93 werden an eine Prozessor- und
Netzwerkschnittstelle 95 vorgesehen, und diese Pseudo-Abstandsausgaben
(und die Zeit, zu der die SPS-Signale empfangen wurden, aus denen
die Referenz-Pseudoabstände
bestimmt wurden) werden verwendet, um Pseudoabstandsdifferenzkorrekturen
auf eine herkömmliche
Weise für diese
Satelliten in Sicht der GPS-Antenne 91 zu berechnen. Die
Prozessor- und Netzwerkschnittstelle 95 kann ein herkömmliches
digitales Computersystem sein, das Schnittstellen für den Empfang
von Daten von einem GPS-Referenzempfänger aufweist, wie im Stand
der Technik wohl bekannt ist. Der Prozessor 95 wird typischerweise
Software aufweisen, die konstruiert ist, um die Pseudo-Abstandsdaten
zu verarbeiten, um die geeignete Pseudoabstandskorrektur für jeden
Satelliten in Sicht von der GPS-Antenne 91 zu bestimmen.
Diese Pseudo-Abstandskorrekturen (und ihre entsprechenden Zeitstempel)
werden dann durch die Netzwerkschnittstelle an das Kommunikationsnetzwerk
oder -medium 96 gesendet, an das auch andere GPS-Referenzstationen
gekoppelt sind. Der GPS-Referenzempfänger 92 liefert auch
eine Satelliten-Ephemerie-Datenausgabe 94. Diese Daten
werden an die Prozessor- und Netzwerkschnittstelle 95 geliefert,
welche dann diese Daten an das Kommunikationsnetzwerk 96 sendet,
das in dem GPS-Referenznetzwerk 111 der 2 enthalten
ist.
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Der
Satelliten-Ephemerie-Datenausgang 94 liefert typischerweise
mindestens einen Teil der gesamten rohen binären 50-Baud-Navigationsdaten, die
codiert sind in den tatsächlichen
GPS-Signalen, die von jedem GPS-Satellit empfangen werden. Diese
Satelliten-Ephemerie-Daten sind Teil der Navigationsnachricht, die
als der 50-Bit-pro-Sekunde-Datenstrom in den GPS-Signalen von dem
GPS-Satelliten ausgestrahlt wird und was genauer beschrieben ist
in dem GPS-ICD-200-Dokument.
Die Prozessor- und Netzwerkschnittstelle 95 empfängt diese
Satelliten-Ephemerie-Datenausgabe 94 und
sendet sie in Echtzeit oder beinahe Echtzeit an das Kommunikationsnetzwerk 96.
Wie unten beschrieben wird, werden diese Satelliten-Ephemerie-Daten,
welche in das Kommunikationsnetzwerk übertragen werden, später durch
das Netzwerk bei verschiedenen GPS-Standortservern empfangen gemäß Aspekten
der vorliegenden Erfindung.
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In
gewissen Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung werden möglicherweise nur gewisse Abschnitte
der Navigationsnachricht, wie beispielsweise die Satelliten-Ephemerie-Datennachricht,
an Standortserver gesendet, um die Bandbreitenanforderungen für die Netzwerkschnittstellen
und für
das Kommunikationsnetzwerk zu verringern. Typischerweise müssen diese
Daten auch nicht kontinuierlich geliefert werden. Beispielsweise
können
nur die ersten drei Rahmen, welche Ephemerie-Information enthalten,
anstatt allen fünf
Rahmen zusammen auf einer regelmäßigen Basis
an das Kommunikationsnetzwerk
96 in Echtzeit oder beinahe
Echtzeit gesendet werden. Es wird klar sein, dass in einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung der Standortserver die gesamte Navigationsnachricht empfangen
kann, welche von einem oder mehreren GPS-Referenzempfängern gesendet wurde, um ein Verfahren
für die
Messung von Zeit durchzuführen, die
mit Satellitendatennachrichten in Beziehung steht, wie beispielsweise
das Verfahren, das beschrieben ist in dem ebenfalls anhängigen
US-Patent 5,812,087 , das am 3.
Februar 1997 von Norman F. Krasner eingereicht wurde. Wie hierin
verwendet weist der Ausdruck "Satelliten-Ephemerie-Daten" Daten auf, die nur
ein Teil der Satellitennavigationsnachricht (z. B. eine 50-Baud-Nachricht) sind,
die von einem GPS-Satelliten gesendet wird oder mindestens eine
mathematischen Darstellung der Satelliten-Ephemerie-Daten. Beispielsweise
bezieht sich der Ausdruck Satelliten-Ephemerie-Daten auf einen Teil
der 50-Baud-Datennachricht,
die in ein GPS-Signal codiert ist, das von einem GPS-Satelliten
gesendet wird. Es wird auch offensichtlich sein, dass der GPS-Referenz-Empfänger
92 die
Differenz-GPS-Signale von den unterschiedlichen GPS-Satelliten in Sicht
der Referenzempfänger
92 decodiert,
um die binäre
Datenausgabe
94 vorzusehen, die Satelliten-Ephemerie-Daten
enthält.
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Wenn
ein Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um über die
Zeit eine Mobileinheit mit dem zellbasierten System der 2 zu
verfolgen, kann ein Standortserver die Bewegung einer speziellen
Mobileinheit von einer Zelle zu mehreren anderen Zellen verfolgen.
Aufgrund der Interkonnektivität
eines solchen Systems kann auch der Empfang von Signalen von einer
Mobileinheit, der in der Zelle 102 begann, durch den gleichen
Standortserver verfolgt werden, auch nachdem die Mobileinheit sich
zur Zelle 104 bewegt hat. Alternativ kann ein Standortserver
seine Routendaten, die die Positionen und Zeiten anzeigen, die für eine spezielle
Mobileinheit bestimmt wurden, zu einem anderen Standortserver senden,
der die Verfolgung der Mobileinheit übernimmt, nachdem sie sich
von einem Zellstandort oder einer Zellulardienststelle zu einem
anderen Zellstandort oder einer anderen Zellulardienststelle bewegt.
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Obwohl
die Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung mit
Bezug auf GPS-Satelliten beschrieben worden sind, sei bemerkt, dass die
Lehren genauso auf Positions- bzw. Positionsbestimmungssysteme anwendbar
sind, die Pseudoliten oder eine Kombination aus Satelliten und Pseudoliten
verwenden. Pseudoliten sind bodenbasierte Sender, die einen PN-Code
(ähnlich
einem GPS-Signal) aussenden, welches auf einem L-Band-Trägersignal moduliert
ist, welches im Allgemeinen mit der GPS-Zeit synchronisiert ist.
Jedem Sender kann ein einzigartiger PN-Code zugeordnet sein, um
einen Identifikation durch einen entfernten Empfänger zu gestatten. Pseudoliten
sind in Situationen nützlich, wo
GPS-Signale von einem umlaufenden Satelliten nicht verfügbar sein
könnten,
wie beispielsweise in Tunneln, Minen, Gebäuden oder anderen umschlossenen
Bereichen. Der Ausdruck "Satellit", wie er hier verwendet
wird, soll Pseudoliten oder äquivalente Geräte zu Pseudoliten
mit einschließen,
und der Ausdruck GPS-Signale, wie er hier verwendet wird, soll GPS-artige
Signale von Pseudoliten oder äquivalenten
Geräten
zu Pseudoliten aufweisen.
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In
der vorangegangenen Besprechung der Erfindung ist dies mit Bezugnahme
auf die Anwendung des US-Global-Positioning-Systems (GPS) beschrieben
worden. Es sollte jedoch offensichtlich sein, dass diese Verfahren
gleichfalls auf ähnliche Satellitenpositionssysteme
anwendbar sind, insbesondere auf das russische Glonass-System. Das Glonass-System
weicht in erster Linie dahingehend vom GPS-System ab, dass die Emissionen bzw.
Sendungen von unterschiedlichen Satelliten voneinander durch Verwendung
von geringfügig
unterschiedlichen Trägerfrequenzen
unterschieden werden, anstatt unterschiedliche Pseudozufallscodes
zu verwenden. In dieser Situation sind im Wesentlichen alle Schaltungen
und Algorithmen, die zuvor beschrieben wurden, anwendbar mit der
Ausnahme, dass wenn eine Sendung eines neuen Satelliten verarbeitet
wird, ein anderer Exponentialmultiplikator entsprechend den anderen
Trägerfrequenzen
verwendet wird, um die Daten vorzuverarbeiten. Der Ausdruck "GPS", der hier verwendet
wurde, umfasst solche alternativen Satellitenpositionssysteme, einschließlich des
russischen Glonass-Systems.