專利名稱：全球定位系統(tǒng)的接收機及其接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如汽車導(dǎo)航系統(tǒng)之類的移動裝置的導(dǎo)航系統(tǒng)，更具體地說，涉及可以在短時間內(nèi)完成GPS(全球定位系統(tǒng))位置測量的GPS接收機和GPS接收方法。
GPS系統(tǒng)是已開發(fā)的允許諸如飛行器或船舶之類的移動裝置利用在高層空間飛行的GPS衛(wèi)星實時地確定其在地球上的位置或移動裝置的速度的一種位置測量系統(tǒng)。近來，除了移動裝置的位置測量外，GPS系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在測定地球上不同點之間的距離或方向的靜態(tài)測量領(lǐng)域和其它類似的領(lǐng)域。為了利用GPS系統(tǒng)，使用接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的無線電波的GPS接收機。


圖10A示出普遍應(yīng)用的GPS系統(tǒng)的大體結(jié)構(gòu)圖，并且圖10B說明常規(guī)的GPS位置測量操作。首先參照圖10A，GPS衛(wèi)星200發(fā)送1.57542 GHz的擴頻信號。在取決于GPS衛(wèi)星200與GPS接收機210之間距離的一段傳播時間之后，GPS接收機210的天線部分211接收該發(fā)送的信號。由天線部分211接收的信號由射頻(RF)部分212向下變頻為預(yù)定的中頻信號，然后提供給信號同步解調(diào)部分213。中頻信號由信號同步解調(diào)部分213去擴頻為解調(diào)數(shù)據(jù)。該解調(diào)數(shù)據(jù)由信號處理部分214用于位置測量計算。按這種方式，從GPS衛(wèi)星200發(fā)送的信號由GPS接收機接收并用于位置測量計算。
圖10B說明由GPS接收機210執(zhí)行的常規(guī)GPS位置測量操作。首先，當(dāng)向GPS接收機210供電使之工作時，執(zhí)行頻率搜索。執(zhí)行頻率搜索，以便同步由GPS接收機210中的頻率振蕩器215產(chǎn)生的低精度并有一定誤差的頻率與從GPS衛(wèi)星200發(fā)送的高精度頻率信號。如果檢測到頻率間的某些相關(guān)性，則GPS接收機210執(zhí)行用于調(diào)整相位的PLL(鎖相環(huán))操作，使其內(nèi)部頻率與來自GPS衛(wèi)星200的信號頻率完全同步。接著，在檢測到一個比特邊界的邊緣并因此可以獲取數(shù)據(jù)之后，則確認(rèn)時間信息。具體地說，可以獲取位于分層導(dǎo)航消息中的一個子幀的第二個字和代表一周之內(nèi)以6秒為周期的時間信號的TOW(周時間)。在獲取TOW之后，開始位置測量計算。完成位置測量計算之后，輸出位置測量數(shù)據(jù)，從而最終計算出當(dāng)前位置。
按這種方式，GPS位置測量方法需要用于捕獲來自GPS衛(wèi)星200的信號的頻率振蕩器215，并且為了建立與GPS衛(wèi)星200發(fā)送的高精度信號頻率的同步，要求頻率振蕩器215具有高精度。但是，頻率振蕩器215的振蕩頻率一般隨著溫度或時間的變化而波動。這種波動妨礙通過使用頻率振蕩器215容易地捕獲來自GPS衛(wèi)星200的信號，從而，必須另外提供一種頻率搜索方案。由于頻率搜索通常需要很長時間，所以需要相當(dāng)長的一段時間才能最終計算出當(dāng)前位置。
另外，在常規(guī)的GPS位置測量方法中，即使在最好的條件下并使時間最小化的熱啟動的情況下，在捕獲到GPS衛(wèi)星200的信號之后，一直到得到包括在信號中的所有絕對時間信息時所必需的時間大約為6秒鐘，但是，一般需要數(shù)十秒的時間。還有，由于是使用得到的絕對時間信息來執(zhí)行位置測量計算的，所以需要相當(dāng)長的一段時間才能最終計算出當(dāng)前位置。
此外，在常規(guī)的GPS位置測量方法中，當(dāng)經(jīng)過大于固定時間間隔的時間之后再次執(zhí)行位置測量時，需要用于獲取新的導(dǎo)航信息的時間。從而，需要相當(dāng)長的一段時間才能計算出當(dāng)前位置。
由于上述原因，在GPS位置測量需要花費很長時間的地方，比如在汽車導(dǎo)航系統(tǒng)中，在供電之后不可能立即判別其當(dāng)前位置。這就產(chǎn)生一個問題，即由于自身包含的導(dǎo)航誤差使得不能快速判定到目的地的路徑或者不能決定其當(dāng)前位置，并且這也增加了判定其正確位置的時間。另外，在GPS裝配在或者與近來的便攜式信息終端相連的類型的裝置中時，試圖主要在用戶行走時使用該裝置，由于不能快速判定其當(dāng)前位置，所以用戶必須將裝置拿在手中在一個地方等待，直到完成位置測量，非常不方便。
另一方面，通常總保持供電實現(xiàn)位置測量也是一種可行的構(gòu)思，但是這導(dǎo)致裝置的耗電量非常大。在裝置受到電量消耗特定限制的地方，比如汽車導(dǎo)航系統(tǒng)或便攜式導(dǎo)航系統(tǒng)，保持通常總供電并不是最佳選擇。
本發(fā)明的一個目的是提供一種GPS接收機和GPS接收方法，其中可以在短時間內(nèi)完成GPS位置測量，而不必等待來自GPS衛(wèi)星的周期時間信息。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種GPS接收機和GPS接收方法，其中使功耗最小，并且使位置測量時間最短。
為了實現(xiàn)上述目的，應(yīng)用本發(fā)明的GPS接收機保持頻率精度、時間精度和導(dǎo)航信息，并且考慮到其保持待機狀態(tài)時的誤差累積增加而重復(fù)進行啟動和待機操作。具體來說，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種GPS接收機，包括接收裝置，用于接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的時間信息；保持裝置，用于保持由接收裝置接收的時間信息；待機模式設(shè)置裝置，用于將接收裝置設(shè)置為待機模式；和啟動條件設(shè)置裝置，用于在接收裝置由待機模式設(shè)置裝置設(shè)置為待機模式后，在預(yù)定時間經(jīng)過之后啟動接收裝置。
對于該GPS接收機，可以減少位置測量所必需的時間，而沒有必要等待來自GPS衛(wèi)星的周期時間信息。另外，在減少位置測量時間的同時，還減少了GPS接收機的功耗。
最好是，待機模式設(shè)置裝置通過切斷電源將接收裝置設(shè)置為待機模式，并且啟動條件設(shè)置裝置根據(jù)一定的時間間隔啟動接收裝置，在該時間間隔內(nèi)保持在保持裝置中的時間信息可以保持預(yù)定的時間精度。在時間信息誤差維持在允許范圍之內(nèi)時，本發(fā)明有益地允許GPS接收機的啟動/待機接收操作重復(fù)進行。
應(yīng)該指出的是，接收裝置可以接收來自GPS衛(wèi)星的與導(dǎo)航信息在一起的高精度頻率信號，并且除了時間信息之外，保持裝置將導(dǎo)航信息與內(nèi)置在GPS接收機中的頻率振蕩器之間的頻差作為偏差保持。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種GPS接收機，包括天線，用于接收來自GPS衛(wèi)星的具有高精度頻率信號的信號；包含頻率振蕩器的GPS模塊，用于產(chǎn)生頻率，并且可操作地使用來自頻率振蕩器的頻率讀出位于GPS衛(wèi)星信號中與該信號同步的軌道信息并使自己進入待機模式；以及具有定時器功能的GPS控制模塊，用于在進入待機模式之后，根據(jù)定時器功能使GPS模塊恢復(fù)激活模式。
同樣，對于該GPS接收機，可以減少位置測量所需的時間，而沒有必要等待來自GPS衛(wèi)星的周期時間信息。另外，在減少位置測量時間的同時，還減少了GPS接收機的功耗。
最好是，GPS接收機還包括存儲器，用于存儲作為偏差的GPS衛(wèi)星信號的頻率信號和預(yù)定同步頻率之差，并且其中當(dāng)GPS模塊由GPS控制模塊促使進入激活模式時，GPS模塊更新存儲在存儲器中的偏差。該GPS接收機的優(yōu)點在于，正常更新的偏差值存儲在存儲器中，并且比如在GPS接收機的用戶向GPS接收機加電使GPS接收機可以使用之后，馬上可以顯示GPS接收機當(dāng)前的精確位置。具體來說，切斷電源之后在經(jīng)過預(yù)定時間時，頻率振蕩器的振蕩頻率是波動的，并且這使得為振蕩頻率與GPS接收機的解調(diào)器的預(yù)定同步頻率之差的偏差也波動。但是，在該GPS接收機中，由于存儲器正常保持更新的偏差值，所以在向GPS接收機供電之后馬上可以顯示GPS接收機的當(dāng)前精確位置。
最好是，GPS模塊連續(xù)給GPS控制模塊發(fā)送指示時間間隔的設(shè)置信號，一直到GPS模塊被啟動為止；并且在GPS控制模塊收到來自GPS模塊的設(shè)置信號后，GPS控制模塊給GPS模塊發(fā)送待機信號。這允許GPS控制模塊執(zhí)行GPS接收機的啟動/待機控制，并因此提供的優(yōu)點在于，可以防止GPS模塊的任何不再能啟動或不再能待機的麻煩。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于GPS接收機的GPS接收方法，包括以下步驟從多個GPS衛(wèi)星中的每一個接收分層導(dǎo)航信息；將接收的導(dǎo)航信息存儲到存儲器；在預(yù)定時間內(nèi)重復(fù)進行GPS接收機的啟動和待機操作，以實現(xiàn)GPS接收機的位置測量，從這些GPS衛(wèi)星更新存儲在存儲器中的導(dǎo)航信息；以及在加電的GPS接收機成為由該GPS接收機的用戶可以使用的以后，根據(jù)存儲在存儲器中的導(dǎo)航信息，馬上輸出GPS接收機的當(dāng)前位置，而無須執(zhí)行從這些GPS衛(wèi)星中的任何一個接收導(dǎo)航信息。
同樣，對于該用于GPS接收機的GPS接收方法，可以減少位置測量所必需的時間，而沒有必要等待來自GPS衛(wèi)星的周期時間信息。另外，同樣在減少位置測量時間的同時，還減少了GPS接收機的功耗。
應(yīng)該指出的是，在重復(fù)進行的啟動和待機操作的預(yù)定時間內(nèi)，待機時間最好考慮比如數(shù)據(jù)精度的惡化、可見衛(wèi)星個數(shù)的下降及其他情況來確定。
從下面結(jié)合附圖的描述和所附權(quán)利要求中，將使本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點變得更加清楚，在各附圖中相同部件或部分用相同的標(biāo)號表示，其中圖1是表示應(yīng)用本發(fā)明的GPS接收機的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是表示GPS接收機中的GPS模塊和GPS控制模塊的詳細結(jié)構(gòu)方框圖；圖3是說明GPS模塊和GPS控制模塊的操作及它們之間的通信內(nèi)容的示意圖；圖4是說明在GPS模塊中的處理流程的流程圖；圖5是說明在GPS控制模塊中的處理流程的流程圖；圖6是說明GPS接收機中位置測量操作的示意圖7是說明GPS接收機中的頻率發(fā)生器的時間誤差與精度之間的關(guān)系的圖；圖8是說明由溫度變化引起的頻率發(fā)生器的精度變化的示意圖；圖9是說明導(dǎo)航信息有效期的表；和圖10A和圖10B分別表示常規(guī)GPS系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖和說明常規(guī)的GPS位置測量操作。
參照圖1，表示應(yīng)用本發(fā)明的GPS接收機的總體結(jié)構(gòu)。所示GPS接收機包括GPS模塊1和GPS控制模塊2。GPS模塊1包括GPS天線部分9，用于接收位于大約20,000千米高空的GPS衛(wèi)星發(fā)送的1,575.42MHz的無線電波；射頻(RF)部分10，用于通過使用圖1未表示的頻率振蕩器的頻率來將GPS天線部分9接收的無線電波轉(zhuǎn)換為中頻信號；和數(shù)字部分20，用于解調(diào)來自RF部分10的中頻無線電波信號、從中頻電波信號中提取所需數(shù)據(jù)及根據(jù)提取的數(shù)據(jù)計算GPS接收機的當(dāng)前位置。
另外，GPS接收機由時鐘或具有內(nèi)置時鐘功能的微型計算機構(gòu)成，可以以預(yù)定周期發(fā)送預(yù)定信號。GPS模塊1向GPS控制模塊2發(fā)送表示時間間隔的設(shè)置信號，在此時間間隔之后應(yīng)該啟動GPS模塊1。當(dāng)收到該設(shè)置信號時，GPS控制模塊2設(shè)置將要發(fā)送的啟動信號的周期。GPS控制模塊2向GPS模塊1發(fā)送啟動/待機信號。當(dāng)收到該啟動/待機信號時，GPS模塊1可以自己啟動或待機。
圖2表示GPS模塊1和GPS控制模塊2的詳細結(jié)構(gòu)。參照圖2，GPS天線部分9接收的信號由GPS模塊1中RF部分10的放大器(AMP)11放大。RF部分10中具有設(shè)置在其中的頻率振蕩器(TCXO)12。將頻率振蕩器12的頻率信號乘以N，并且然后由混頻器14將其與放大器11放大的信號混頻，以便將來自放大器11的信號轉(zhuǎn)換為中頻信號。該中頻信號由放大器15放大，然后由AD轉(zhuǎn)換器(ADC)16轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。該數(shù)字信號輸入到數(shù)字部分20。
數(shù)字部分20包括用于控制GPS模塊1的CPU(中央處理單元)21、用于解調(diào)中頻信號的解調(diào)器22、正常工作提供時間信息的實時時鐘(RTC)23、RAM 24、ROM 25和傳感器26。解調(diào)器22包括壓控振蕩器(VCO)27，其振蕩頻率根據(jù)所施加的電壓變化。在本實施例的GPS接收機中，可以將施加到解調(diào)器22的中頻頻率和VCO 27的同步頻率之差作為偏差存儲到RAM24中。解調(diào)器22完成下述功能，即根據(jù)該偏差改變施加到VCO 27的電壓，以控制VCO 27的頻率為預(yù)定的同步頻率，從而建立起與來自RF部分10的GPS頻率的同步。RAM 24可以不僅存儲該偏差，而且可以存儲時間信息和獲取的導(dǎo)航信息。存儲在RAM24中的時間信息反映了實時時鐘23的時間信息。在ROM 25中存儲各種類型的控制信息和其他必要的信息。傳感器26檢測GPS模塊1所處環(huán)境的環(huán)境溫度。因此，待機時間可以如下文所述根據(jù)檢測的環(huán)境溫度來設(shè)置。
GPS控制模塊2包括用于控制GPS控制模塊2的CPU 31、定時器32及用于保持從GPS模塊1獲得的高精度時間的時鐘33。
本實施例的GPS接收機還包括向GPS模塊1和GPS控制模塊2供電的電源30。電源30受CPU21控制，以便使其向或不向GPS模塊1供電。
圖3表示模塊1和模塊2的操作及它們之間通信的內(nèi)容。參照圖3，從GPS模塊1發(fā)送在一個時間間隔以后GPS模塊1將被下一次啟動的時間間隔的設(shè)置信號指示到GPS控制模塊2。GPS控制模塊2接收該發(fā)送的設(shè)置信號并給GPS模塊1發(fā)待機信號。然后，GPS控制模塊2啟動并檢查定時器32。在GPS控制模塊2根據(jù)檢查結(jié)果判定經(jīng)過預(yù)定時間后，向GPS模塊1發(fā)送啟動信號。
圖4示出GPS模塊1的處理流程。在此，描述GPS模塊1的保持頻率精度、保持時間精度及保持導(dǎo)航信息的操作。
加電的GPS模塊1首先執(zhí)行第一次位置測量(步驟S101)。作為位置測量結(jié)果，將從GPS衛(wèi)星的高精度頻率確定的中頻頻率和來自內(nèi)置于解調(diào)器22的VCO 27的同步頻率之間的差值作為偏差存儲到RAM 24(步驟S102)。然后，將通過第一次位置測量獲得的高精度時間信息存儲到RAM 24(步驟S103)。相類似，將通過第一次位置測量獲得的導(dǎo)航信息存儲到RAM 24(步驟S104)。
在執(zhí)行完這些存儲后，GPS模塊1給GPS控制模塊2發(fā)送設(shè)置信號(步驟S105)。設(shè)置信號包括表示在一個時間間隔以后GPS模塊1將被啟動的時間間隔的指示通知、已經(jīng)獲得各頻率之間差值的偏差的指示通知、存儲時間已經(jīng)完成和時間的通知以及導(dǎo)航消息的存儲已經(jīng)完成的通知。然后，GPS模塊1等待來自GPS控制模塊2的待機信號(步驟S106)。接著，如果收不到待機信號，則重復(fù)進行位置測量。也就是說，GPS模塊1重復(fù)進行步驟S101至S105中的處理過程。如果收到待機信號，則GPS模塊1切斷電源并進入待機模式(步驟S107)，然后等待接收來自GPS控制模塊2的啟動信號(步驟S108)。然后，在步驟S108中收到來自GPS控制模塊2的啟動信號時，GPS模塊1自啟動(步驟S109)，因此，在收到啟動信號之前，GPS模塊1保持待機模式。
圖5表示GPS控制模塊2的處理流程。首先，GPS控制模塊2等待發(fā)送自GPS模塊1的設(shè)置信號(步驟S111)。當(dāng)收到設(shè)置信號時，GPS控制模塊2根據(jù)GPS模塊1發(fā)送的準(zhǔn)確時間校正時鐘33的時間(步驟S112)，并啟動定時器32(步驟S113)。然后，GPS控制模塊2給GPS模塊1發(fā)送待機信號(步驟S114)。接著，GPS控制模塊2判定定時器32的時間計數(shù)是否結(jié)束(步驟S115)。重復(fù)進行該判定，一直到定時器32的時間計數(shù)結(jié)束。在定時器32的時間計數(shù)結(jié)束后，即在GPS模塊1設(shè)置的時間間隔經(jīng)過后，GPS控制模塊2給GPS模塊1發(fā)送啟動信號(步驟S116)。GPS模塊1接收該啟動信號，并從上述的待機模式退出以啟動它自己。因此，GPS模塊1可以重復(fù)進行在預(yù)定時間間隔之后的自身啟動/待機操作，從而反復(fù)更新頻率偏差、時間信息和導(dǎo)航消息，并且可以保持高精度的頻率偏差和時間信息以及最新的導(dǎo)航消息。
如上所述，在本實施例的GPS接收機中，對于頻率精度來說，雖然GPS模塊1處于待機模式期間，頻率振蕩器12的誤差逐漸增加。但是，由于GPS模塊1在預(yù)定時間間隔之后啟動其自身并執(zhí)行位置測量，所以始終是可以將相對于因誤差而上升的預(yù)定同步頻率的差值判定為偏差。同樣，對于時間精度來說，雖然GPS模塊1處于待機模式期間，GPS控制模塊2中的實時時鐘23的誤差逐漸增加。但是，由于GPS模塊1在預(yù)定時間間隔之后啟動其自身并執(zhí)行位置測量，所以始終可以校正GPS控制模塊2中的實時時鐘23。另外，對于導(dǎo)航信息來說，如果待機模式持續(xù)時間很長，則可能會找不到用于前一次測量的衛(wèi)星，或者高精度的導(dǎo)航信息可能會受到位移的影響。但是，由于GPS模塊1在預(yù)定時間間隔之后啟動其自身并執(zhí)行位置測量，所以可以防止這類位移問題的發(fā)生。
圖6表示本實施例的GPS接收機的位置測量操作。雖然如圖10B所示那樣在加電后常規(guī)的GPS接收機首先執(zhí)行頻率搜索，但是本實施例的執(zhí)行高速位置測量的GPS接收機不用執(zhí)行頻率搜索，這是因為它在RAM 24中連續(xù)保持高精度的頻率。因此，本實施例的GPS接收機略去了圖10B所示的頻率搜索，并如圖6所示那樣使用PLL立即執(zhí)行相位調(diào)整。然后，在完成相位調(diào)整之后，檢測解調(diào)數(shù)據(jù)的邊緣。在這種檢測之后，雖然如圖10B所示那樣常規(guī)的GPS接收機執(zhí)行時間信息確認(rèn)操作，但是本實施例的執(zhí)行高速位置測量的GPS接收機不用執(zhí)行時間信息確認(rèn)，這是因為它連續(xù)保持高精度的時間。結(jié)果，如圖6所示，本實施例的GPS接收機可以立即執(zhí)行位置測量計算并輸出位置數(shù)據(jù)的結(jié)果。
另一方面，在位置測量剛開始的時間點上沒有導(dǎo)航信息可以保持時，或時間經(jīng)過使導(dǎo)航信息失效時，在GPS位置測量操作中，用于捕獲導(dǎo)航信息的額外時間是必需的。但是，在本實施例的GPS接收機中，由于一直將導(dǎo)航信息更新為最新的信息，所以可以將捕獲導(dǎo)航信息的操作從位置測量中略去。因此，可以明顯減少位置測量的時間。
這里，進一步檢驗頻率精度。一般認(rèn)為，如果在硬件中目標(biāo)頻率落入±500Hz的范圍之內(nèi)，則常規(guī)的GPS接收機不用執(zhí)行頻率搜索。對于1,575.42MHz的GPS信號來說，相應(yīng)頻率的精度大約為±0.3ppm。在此，頻率振蕩器12的精度為±2.3ppm，如果允許精度值約高出一位數(shù)字(digit)，則不用執(zhí)行頻率搜索。換句話說，對于高速位置測量來說，頻率精度最好小于±0.3ppm。
對于時間精度，為了獲取包括TOW的時間信息，必須等待，直到寫在子幀第二個字的TOW出現(xiàn)，這需要大概6秒的時間。因此，如果多于一個周期的C/A代碼的時間信息始終是可以利用的，則不再需要確認(rèn)時間信息的等待時間。此處所需的時間精度可以簡單地是比C/A代碼的1毫秒周期的一半小的時間精度，并且這個時間精度消除了等待子幀中TOW的6秒的必要性。此外，由于在導(dǎo)航信息1比特的20毫秒之內(nèi)，1毫秒的C/A代碼的相位不會出現(xiàn)反相，所以使用20毫秒的比特邊界可以使所需的時間精度進一步降低。在此種情況下，如果能夠達到±10毫秒的時間精度，則使用比特邊界就可以測試準(zhǔn)確的時間，并消除了等待子幀中TOW的6秒的必要性。換句話說，對于高速位置測量來說，時間精度最好小于±10毫秒。
這里，研究可以維持時間信息精度的等待時間間隔。
在GPS接收機中，實時時鐘23正常工作。這里，用ΔTrtc代表實時時鐘23的精度，在其中可以維持高速位置測量所必需的時間精度ΔTreq的時間Tk，可以用下式代表Tk=ΔTreq/ΔTrtc具體地，當(dāng)高速位置測量所必需的時間精度ΔTreq為±10毫秒時，以及考慮實時時鐘23的精度ΔTrtc為等于在其中使用的石英振蕩器的精度±50ppm，那么上面表達式的時間Tk為Tk=-10mm/50ppm=200(s)因此，在使用的實時時鐘23具有上面提到的精度時，需要大概每3分鐘后啟動一次實時時鐘23以接收時間信息。應(yīng)該指出的是，在實時時鐘23具有較高精度時，可以降低該時間間隔。
圖7表示頻率振蕩器12的精度與時間誤差之間的關(guān)系。在圖7中表示出代表時間(秒s)的橫軸和代表時間誤差(ms)的縱軸，并且表示出頻率振蕩器12的精度值為1ppm、10ppm和100ppm時的三種關(guān)系。從圖7中可以看出，隨著測量時間的增加，時間誤差線性增加。具體地說，可以認(rèn)為，在頻率振蕩器12具有10ppm的精度時，如果以1秒的時間間隔執(zhí)行測量，則出現(xiàn)10微秒的誤差，而如果以100秒的時間間隔執(zhí)行測量，則出現(xiàn)1毫秒的誤差。換句話說，可以認(rèn)為，比如在把10毫秒的時間誤差作為基準(zhǔn)時，如果頻率振蕩器12具有100ppm的精度，則在10秒內(nèi)達到10毫秒的時間誤差；如果頻率振蕩器12具有10ppm的精度，則在1,000秒內(nèi)達到；而如果頻率振蕩器12具有1ppm的精度，則在10,000秒內(nèi)達到。本實施例的GPS接收機可以如此構(gòu)造，以便參照上述的時間誤差根據(jù)GPS接收機中的頻率振蕩器12的精度來設(shè)置啟動時間。
圖8表示溫度變化引起的頻率振蕩器12的精度變化。在圖8中，橫軸代表GPS接收機所處的環(huán)境溫度(℃)，縱軸代表誤差(ppm)，并且表示出頻率振蕩器12使用5個不同的頻率振蕩器((1)至(5))的測量結(jié)果。在GPS接收機安裝在汽車中作為汽車導(dǎo)航裝置時，它必須在-20℃至80℃的溫度范圍內(nèi)能夠正常工作。正如從圖8中所清楚看到的，可以認(rèn)為，頻率振蕩器12的精度隨著溫度的變化而變化。比如可以認(rèn)為，在25℃時大約為0ppm的精度下降為-20℃時2ppm的精度。在本實施例的GPS接收機中，在GPS模塊1中安裝有傳感器(溫度傳感器)26，從而GPS模塊1可以將考慮了汽車溫度影響而確定的表示時間間隔的設(shè)置信號發(fā)送給GPS控制模塊2。結(jié)果，GPS控制模塊2可以在適當(dāng)?shù)拇龣C時間后啟動，以響應(yīng)GPS接收機所處的環(huán)境溫度。
圖9示出導(dǎo)航信息的有效期。導(dǎo)航信息的有效期間受導(dǎo)航信息數(shù)據(jù)精度的惡化和可見衛(wèi)星的數(shù)目限制。在圖9中，示出了在不同時間時可見衛(wèi)星的內(nèi)容。正如從圖9中所看到的，可以認(rèn)為，隨著時間的過去，可見衛(wèi)星的數(shù)目減少。比如，在13:10可以看到18、13、7、10、24、27、19和4號共8顆衛(wèi)星，但是3個小時以后，在16:45，只能看到13、10、24和27號共4顆衛(wèi)星，而其他4顆衛(wèi)星18、7、19和4號衛(wèi)星移出了視野。而GPS位置測量至少需要4顆衛(wèi)星，在衛(wèi)星的分布不是最佳時，位置測量的精度極差，以至于使用4顆衛(wèi)星不能執(zhí)行位置測量。這些可見衛(wèi)星數(shù)目的變化是由下述事實引起的，即GPS衛(wèi)星按6個軌道×4顆衛(wèi)星圍繞地球安排，并且它們的周期為12小時。因此，在本實施例的GPS接收機中，提供包括用于安全的邊界在內(nèi)的大約2小時的有效期，并且在有效期過后，重新獲取導(dǎo)航信息的數(shù)據(jù)。換句話說就是，為了正常保持有效的導(dǎo)航信息，上文中提到的待機時間最好小于2小時。
在此種情況下，對于本實施例的GPS接收機，可以總是保持高精度的頻率基準(zhǔn)、高精度的時間信息和最新的導(dǎo)航信息，甚至在用戶為GPS接收機加電后，就立即可以在短時間內(nèi)輸出當(dāng)前的位置。因此，可以簡單、可靠地提供具有高性能的導(dǎo)航系統(tǒng)。
下面分析本實施例的GPS接收機的功耗。在此，啟動時間用Ton表示，GPS接收機的功耗用Wgps表示，平均功耗Wavg可以用下式表示W(wǎng)avg=(Wgps×Ton)/Tk具體地，如果假定啟動時間Ton為60秒，GPS接收機的功耗Wgps為580毫瓦，則Wavg=(580mW×60s)/200s=174mW因此，對于每200秒的睡眠接收(待機后接收)方式，可以用174毫瓦的平均功耗實現(xiàn)高速位置測量。
應(yīng)該指出的是，如果提高上述的石英振蕩器的精度，則等待時間可以進一步增加，并且當(dāng)與另一種由電源30正常供電的情況相比時，功耗可以降到很低。由于在此種情況下功耗可以降到很低，使用GPS的位置檢測和導(dǎo)航可以長時間執(zhí)行。此外，可以減少GPS接收機的電池容量，并因此可以實現(xiàn)使裝置最小和減輕其重量。
盡管使用特定例子描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是此描述僅出于說明的目的，并且應(yīng)該理解的是，在不脫離所附權(quán)利要求的構(gòu)思和范圍的情況下，可以對其進行各種修改和變化。
權(quán)利要求
1．一種GPS(全球定位系統(tǒng))接收機，包括接收裝置，用于接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的時間信息；保持裝置，用于保持由接收裝置接收的時間信息；待機模式設(shè)置裝置，用于將接收裝置設(shè)置為待機模式；和啟動條件設(shè)置裝置，用于在接收裝置由待機模式設(shè)置裝置設(shè)置為待機模式后，在預(yù)定時間過去后啟動接收裝置。
2．如權(quán)利要求1所述的GPS接收機，其中所述待機模式設(shè)置裝置通過切斷電源將所述接收裝置設(shè)置為待機模式，以及所述啟動條件設(shè)置裝置根據(jù)一定的時間間隔啟動所述接收裝置，在該時間間隔內(nèi)保持在所述保持裝置中的時間信息可以保持預(yù)定的時間精度。
3．一種GPS接收機，包括天線，用于接收來自GPS衛(wèi)星的具有高精度頻率信號的信號；包括頻率振蕩器的GPS模塊，用于產(chǎn)生頻率，并且可操作地使用所述頻率振蕩器的頻率讀出位于所述GPS衛(wèi)星信號中與該信號同步的軌道信息，并使自己進入待機模式；以及具有定時器功能的GPS控制模塊，用于在進入待機模式之后，根據(jù)定時器功能使所述GPS模塊恢復(fù)激活模式。
4．如權(quán)利要求3所述的GPS接收機，進一步包括存儲器，用于存儲所述GPS衛(wèi)星信號的頻率信號和預(yù)定同步頻率之差作為偏差，并且其中當(dāng)所述GPS模塊由所述GPS控制模塊促使進入激活模式時，所述GPS模塊更新存儲在所述存儲器中的偏差。
5．如權(quán)利要求3所述的GPS接收機，其中所述GPS模塊連續(xù)給所述GPS控制模塊發(fā)送表示時間間隔的設(shè)置信號，直至所述GPS模塊被啟動為止；并且在所述GPS控制模塊收到來自所述GPS模塊的設(shè)置信號后，所述GPS控制模塊給所述GPS模塊發(fā)送待機信號。
6．一種用于GPS接收機的GPS接收方法，包括步驟從多個GPS衛(wèi)星中的每一個接收分層導(dǎo)航信息；將接收的導(dǎo)航信息存儲到存儲器；在預(yù)定時間內(nèi)重復(fù)進行所述GPS接收機的啟動和待機操作，從所述GPS衛(wèi)星中更新存儲在所述存儲器中的導(dǎo)航信息，實現(xiàn)所述GPS接收機的位置測量；以及在所述GPS接收機用戶向所述GPS接收機供電之后，根據(jù)存儲在所述存儲器中的導(dǎo)航信息，馬上輸出所述GPS接收機的當(dāng)前位置，而無須執(zhí)行從GPS衛(wèi)星中的任何一個接收導(dǎo)航信息。
全文摘要
一種GPS(全球定位系統(tǒng))接收機,可以在短時間內(nèi)完成位置測量而無須等待來自GPS衛(wèi)星的周期時間信息,同時降低GPS接收機的功耗。該GPS接收機包括:天線,用于接收來自GPS衛(wèi)星的具有高精度頻率信號的信號;包含頻率振蕩器的GPS模塊,用于產(chǎn)生頻率,并且可操作地使用頻率振蕩器的頻率讀出位于GPS衛(wèi)星信號中與該信號同步的軌道信息并使自己進入待機模式;和具有定時器功能的GPS控制模塊,用于在進入待機模式后根據(jù)定時器功能使GPS模塊恢復(fù)激活模式。
文檔編號G08G1/0969GK1311568SQ01102899
公開日2001年9月5日 申請日期2001年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月2日
發(fā)明者長谷川浩二 申請人:索尼公司