DE69937293T2 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines satellitenpositionsbestimmungssempfängers - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines satellitenpositionsbestimmungssempfängers Download PDF

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    • G01S5/0036Transmission from mobile station to base station of measured values, i.e. measurement on mobile and position calculation on base station

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • WO 95/21386A (Trimble Navigation) beschreibt auch die Sendung von Korrektursignalen.
  • 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 .
  • 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.
  • 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.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Verschiedene andere Aspekte und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden unten beschrieben.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft und nicht einschränkend in den Figuren der beigefügten Zeichnungen dargestellt, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente anzeigen.
  • 1A zeigt ein System für das Verfolgen der Route einer mobilen GPS-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • 2 zeigt ein weiteres Beispiel eines Systems für das Verfolgen von Standorten von Mobileinheiten über die Zeit hinweg unter Verwendung eines zellbasierten Kommunikationssystems.
  • 3 zeigt ein Beispiel eines Standortservers, der verwendet werden kann mit einem zellbasierten Kommunikationssystem in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 4 zeigt ein Beispiel eines mobilen GPS-Empfängers, der kombiniert wird mit einem Kommunikationssystem gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 5 zeigt ein Beispiel einer GPS-Referenz-Station, die mit einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (14)

  1. Ein Verfahren zum Operieren bzw. Betreiben eines Mobil-Satelliten-Positionssystem- bzw. -SPS-Empfängers (SPS = satellite positioning system) (12), wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Bestimmen einer ersten Vielzahl von Pseudo-Abständen bzw. Pseudoranges zu einem ersten Zeitpunkt; Bestimmen einer zweiten Vielzahl von Pseudo-Abständen zu einem zweiten Zeitpunkt, der nach dem ersten Zeitpunkt liegt; Speichern (81) der ersten Vielzahl von Pseudo-Abständen und Speichern der zweiten Vielzahl von Pseudo-Abständen; gekennzeichnet durch Senden der ersten Vielzahl von Pseudo-Abständen und der zweiten Vielzahl von Pseudo-Abständen, jeweils mit einem eigenen Zeitstempel nach dem zweiten Zeitpunkt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes aufweist: Bestimmen (35), ob ein vorbestimmter Ereignistyp aufgetreten ist und Senden der ersten Vielzahl von Pseudo-Abständen und der zweiten Vielzahl von Pseudo-Abständen ansprechend auf das Bestimmen, dass der vorbestimmte Ereignistyp aufgetreten ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der vorbestimmte Ereignistyp einer der Folgenden ist: a) ein Sensor fühlt einen Zustand ab; oder b) eine Speichergrenze wird erreicht; oder c) eine vorbestimmte Anzahl von Vielzahlen von Pseudo-Abständen wurde gespeichert; d) eine vorbestimmte Zeitperiode ist abgelaufen seitdem ein letzter Satz von Pseudo-Abständen gesendet wurde; oder e) ein Befehl von einer externen Quelle über eine Kommunikationsverbindung.
  4. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin Folgendes aufweist: Empfangen in dem SPS-Empfänger (12) von ersten SPS-Signalen, aus denen die erste Vielzahl von Pseudo-Abständen bestimmt wird; Bestimmen einer ersten Empfangszeit, wenn die ersten SPS-Signale, bei dem SPS-Empfänger (12) empfangen wurden; Empfangen in dem SPS-Empfänger von zweiten SPS-Signalen, aus denen die zweite Vielzahl von Pseudo-Abständen bestimmt wird; Bestimmen einer zweiten Empfangszeit, wenn die zweiten SPS-Signale bei dem SPS-Empfänger empfangen wurden; Senden (78) der ersten Empfangszeit und der zweiten Empfangszeit.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, das weiterhin Folgendes aufweist: Bestimmen (35), ob ein vorbestimmter Ereignistyp aufgetreten ist und Senden der ersten Vielzahl von Pseudo-Abständen und der zweiten Vielzahl von Pseudo-Abständen und der ersten Empfangszeit und der zweiten Empfangszeit ansprechend auf das Bestimmen, dass der vorbestimmte Ereignistyp aufgetreten ist.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei der vorbestimmte Ereignistyp eine vorbestimmte Zeitperiode aufweist, die abgelaufen ist, seitdem ein letzter Satz von Pseudo-Abständen gesendet wurde.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die vorbestimmte Zeitperiode variiert werden kann.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Variieren der vorbestimmten Zeitperiode bewirkt, dass ein Zeitintervall zwischen der ersten Vielzahl von Pseudo-Abständen und der zweiten Vielzahl von Pseudo-Abständen variiert wird.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die erste Vielzahl von Pseudo-Abständen und die zweite Vielzahl von Pseudo-Abständen ein Teil einer Serie von Vielzahlen von Pseudo-Abständen sind, die sequentiell über die Zeit bestimmt und gespeichert werden und dann als eine Sammlung von Daten gesendet werden.
  10. Ein Mobil-Satelliten-Positionssystem-Empfänger bzw. -SPS-Empfänger, der Folgendes aufweist: einen SPS-HF-Empfänger (HF = Hochfrequenz) (12), der SPS-Signale empfängt; einen Prozessor (51), gekoppelt an den SPS-HF-Empfänger, wobei der Prozessor eine Vielzahl von Pseudo-Abständen aus den SPS-Signalen bestimmt, wobei der Prozessor eine erste Vielzahl von Pseudo-Abständen aus SPS- Signalen, empfangen zu einem ersten Zeitpunkt, bestimmt und eine zweite Vielzahl von Pseudo-Abständen aus SPS-Signalen, empfangen zu einem zweiten Zeitpunkt, der nach dem ersten Zeitpunkt liegt, bestimmt; und einen Speicher (81) gekoppelt an den Prozessor, wobei der Speicher die erste Vielzahl von Pseudo-Abständen und die zweite Vielzahl von Pseudo-Abständen speichert; gekennzeichnet durch einen Sender (78) gekoppelt an den Speicher, wobei der Sender die erste Vielzahl von Pseudo-Abständen und die zweite Vielzahl von Pseudo-Abständen nach dem zweiten Zeitpunkt jeweils mit einem eigenen Zeitstempel sendet.
  11. SPS-Empfänger nach Anspruch 10, wobei der Sender die erste Vielzahl von Pseudo-Abständen und die zweite Vielzahl von Pseudo-Abständen ansprechend auf einen vorbestimmten Ereignistyp sendet.
  12. Ein SPS-Empfänger gemäß Anspruch 11, wobei der SPS-HF-Empfänger die ersten SPS-Signale, aus denen die erste Vielzahl von Pseudo-Abständen bestimmt wird, empfängt und der SPS-Empfänger zweite SPS-Signale, aus denen die zweite Vielzahl von Pseudo-Abständen bestimmt wird, empfängt und wobei eine erste Empfangszeit, bei der die ersten SPS-Signale empfangen werden, bestimmt und in dem Speicher (81) gespeichert wird, und eine zweite Empfangszeit, bei der die zweiten SPS-Signale empfangen wurden, bestimmt und in dem Speicher gespeichert wird, und wobei der Sender (78) die erste Empfangszeit und die zweite Empfangszeit sendet.
  13. Ein SPS-Empfänger gemäß Anspruch 12, wobei die erste Empfangszeit und die zweite Empfangszeit aus den SPS-Signalen bestimmt werden.
  14. Ein SPS-Empfänger gemäß Anspruch 12, wobei die erste Empfangszeit und die zweite Empfangszeit aus Zeitsignalen, empfangen in einem zellbasierten Kommunikationssignal bestimmt werden, das von einem Kommunikationsempfänger empfangen wird, der an den Prozessor gekoppelt ist.
DE69937293T 1998-05-04 1999-04-13 Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines satellitenpositionsbestimmungssempfängers Expired - Lifetime DE69937293T2 (de)

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US72405 1998-05-04
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PCT/US1999/008085 WO1999057576A1 (en) 1998-05-04 1999-04-13 Method and apparatus for operating a satellite positioning system receiver

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DE69937293D1 DE69937293D1 (de) 2007-11-22
DE69937293T2 true DE69937293T2 (de) 2008-07-03

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