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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen GPS-Empfänger und
auf ein GPS-Positionsmessverfahren.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung bezieht sich auf ein Navigationssystem für eine mobile Einheit,
beispielsweise ein Fahrzeugnavigationssystem.
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Das
GPS-System ist ein Positionsmesssystem, welches entwickelt wurde,
um es einer mobilen Einheit, beispielsweise einem Flugzeug oder
einem Schiff zu ermöglichen,
die Position auf der Erde oder die Geschwindigkeit der mobilen Einheit
auf Realzeitbasis unter Verwendung von GPS-Satelliten, welche nach
oben in den Luftraum fliegen, zu bestimmen. Seit einiger Zeit wird
das GPS-System breit auf dem Gebiet der statistischen Überwachung
zum Messen des Abstands oder der Richtung zwischen unterschiedlichen
Stellen auf der Erde und ähnlichen
Gebieten zusätzlich
zur Positionsmessung durch eine mobile Einheit verwendet. Um das
GPS-System zu nutzen, wird ein GPS-Empfänger, um Funkwellen zu empfangen,
welche von GPS-Satelliten abgestrahlt werden, verwendet.
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9A zeigt
einen allgemeinen Aufbau eines GPS-Systems, welches allgemein verwendet wird,
und 9B zeigt einen herkömmlichen GPS-Positionsmessbetrieb.
Unter Bezugnahme zuerst auf 9A wird
ein Streuspektrumssignal von 1,57542 GHz von einem GPS-Satelliten 200 übertragen.
Ein Antennenabschnitt 211 eines GPS-Empfängers 210 empfängt das übertragene
Signal nach einer Ausbreitungszeit, die sich auf den Abstand zwischen
dem GPS-Satelliten 200 und dem GPS-Empfänger 210 stützt. Das
Signal, welches durch den Antennenabschnitt 211 empfangen
wird, wird in ein Signal einer vorher festgelegten Zwischenfrequenz durch
einen Funkfrequenzabschnitt (RF) 212 nach unten umgesetzt
und zu einem Signalsynchronisations-Demodulationsabschnitt 213 geliefert.
Das Zwischenfrequenzsignal wird in demodulierte Daten durch den
Signalsynchronisations-Demodulationsabschnitt 213 gebündelt. Die
demodulierten Daten werden für
die Positionsmessberechnung durch einen Signalverarbeitungsabschnitt 214 verwendet. Auf
diese Weise wird das Signal, welches vom GPS-Satelliten 200 übertragen
wird, empfangen und zur Positionsmessberechnung durch den GPS-Empfänger 210 verwendet.
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9B zeigt
einen herkömmlichen
GPS-Positionsmessbetrieb, der durch den GPS-Empfänger 210 durchgeführt wird.
Wenn die Spannungsversorgung zum GPS-Empfän ger 210 verfügbar ist,
wird zunächst
eine Frequenzsuche durchgeführt.
Die Frequenzsuche wird durchgeführt,
um eine Frequenz niedriger Genauigkeit, welche durch einen Frequenzoszillator 215 im
GPS-Empfänger 210 erzeugt
wird und welche einen Fehler hat, mit einer Signalfrequenz hoher
Genauigkeit, die vom GPS-Satelliten 200 übertragen
wird, zu synchronisieren. Wenn eine Korrelation zwischen den Frequenzen
ermittelt wird, führt
der GPS-Empfänger 210 einen
PLL-Betrieb (Phasenverriegelungsbetrieb) zur Einstellung der Phase
durch, um die interne Frequenz völlig
mit der des Signals vom GPS-Satelliten 200 zu synchronisieren.
Nachdem eine Flanke bei einer Bitgrenze ermittelt wird und daher
Daten geholt werden können,
wird danach die Zeitinformation bestätigt. Insbesondere wird die
TOW (Wochenzeit), welche im zweiten Wort eines Hilfsrahmens in der
hierarchischen Navigationsinformation angeordnet ist und die eine
Signalzeit innerhalb einer Woche in der Periode von 6 Sekunden zeigt,
geholt. Nachdem die TOW geholt ist, wird die Positionsmessberechnung
gestartet. Nachdem die Positionsmessberechnung beendet ist, werden die
Positionsmessdaten ausgegeben, und die aktuelle Position wird schließlich berechnet.
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Auf
diese Weise erfordert das GPS-Positionsmessverfahren den Frequenzoszillator 215,
um ein Signal vom GPS-Satelliten 200 einzufangen, und, um
Synchronisation mit einer Signalfrequenz einer hohen Genauigkeit
einzurichten, welche vom GPS-Satelliten 200 übertragen
wird, ist es erforderlich, dass der Frequenzoszillator 215 hochgenau
ist. Die Oszillatorfrequenz des Frequenzoszillators 215 schwankt
allgemein jedoch durch die Temperatur oder eine säkulare Änderung.
Diese Schwankung verhindert ein leichtes Einfangen des Signals vom GPS-Satelliten 200 wegen
der Verwendung des Frequenzoszillators 215, und daher muss
ein Verfahren einer Frequenzsuche separat bereitgestellt werden. Da üblicherweise
die Frequenzsuche viel Zeit erfordert, ist eine beträchtlich
lange Zeit erforderlich, bis die aktuelle Position schließlich berechnet
ist.
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Bei
dem herkömmlichen
GPS-Positionsmessverfahren beträgt
die Zeit, die erforderlich ist, nachdem Signal vom GPS-Satelliten 200 eingefangen
ist, bis die gesamte Absolutzeitinformation, welche im Signal enthalten
ist, erworben wird, ungefähr 6
Sekunden sogar nach dem Warmstart, mit dem die Zeit minimiert wird,
und bei besten Bedingungen ist jedoch üblicherweise eine Zeit von
10 bis mehreren Sekunden erforderlich. Da die Positionsmessberechnung
unter Verwendung der Absolutzeitinformation durchgeführt wird,
ist eine beträchtlich
lange Zeit erforderlich, bis die aktuelle Position berechnet ist.
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Bei
dem herkömmlichen
GPS-Positionsmessverfahren ist, wenn die Positionsmessung wieder
durchgeführt
wird, nachdem eine Zeit, die länger ist
als ein festes Zeitintervall, verstreicht, Zeit zum neuerlichen
Holen einer Navigationsinformation erforderlich. Damit ist eine
beträchtlich
lange Zeit erforderlich, bis die aktuelle Position berechnet ist.
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Wo
viel Zeit für
die GPS-Positionsmessung aus den oben beschriebenen Gründen erforderlich ist,
beispielsweise bei einem Fahrzeugnavigationssystem, kann die aktuelle
Position nicht unmittelbar, nachdem die Spannungsversorgung verfügbar gemacht
ist, unterschieden werden. Dies bringt ein Problem mit sich, dass
die Route zu einem Bestimmungsort nicht schnell unterschieden werden
kann oder die laufende Position aufgrund eines Fehlers der selbstständigen Navigation
durcheinander gebracht wird, wodurch die Zeit ansteigt, bis die
korrekte Position unterschieden ist. In einer Vorrichtung des Typus,
wo ein GPS-Empfänger
eingebaut ist oder mit einem neuen tragbaren Informationsendgerät verbunden
ist, muss, wenn die Vorrichtung prinzipiell während des Laufens des Benutzers
verwendet wird, da die laufende Position nicht schnell gemessen
werden kann, der Benutzer an einer Stelle warten, wobei er die Vorrichtung
in der Hand hält,
bis die Positionsmessung beendet ist, was äußerst unbequem ist.
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Dagegen
ist es auch eine mögliche
Idee, Positionsmessung durchzuführen,
wenn normalerweise die Spannungsversorgung eingeschaltet bleibt.
Dies bewirkt jedoch, dass die Vorrichtung sehr viel Leistung verbraucht.
Wenn die Vorrichtung insbesondere bezüglich des Leistungsverbrauchs
beschränkt
ist, beispielsweise bei einem Navigationssystem oder einem tragbaren
Navigationssystem, ist es nicht vorteilhaft, die Spannungsversorgung
normalerweise eingeschaltet zu lassen.
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Außerdem,
wo eine vorher festgelegte Bereitschaft/ein Einschalten eines GPS-Empfängers wiederholt
wird, um intermittierend GPS-Signale zu empfangen, ist es, um die
Genauigkeit der Frequenz und der Zeit beizubehalten, notwendig,
das Intervall von intermittierenden Empfängen zu reduzieren, um die
Positionsmessung häufig
durchzuführen,
was einen Anstieg des Leistungsverbrauchs zur Folge hat.
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Die
US-A 55 921 73 offenbart einen GPS-Block zum Durchführen von
Positionsmessung auf der Basis eines Signals, welches von einem GPS-Satelliten übertragen
wird, um eine Navigationsinformation zu aktualisieren und die Bereitschaft und
das Einschalten von diesem zu wiederholen; und einen externen Taktblock,
um Frequenzinformation und Zeitinformation zu halten und um ein
Startsignal an den GPS-Block auszugeben, der in einem Bereitschaftszustand
ist, auf der Basis der Frequenzinformation und der Zeitinformation,
welche im externen Takt gehalten ist.
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Die
US-A 58 54 605 offenbart einen GPS-Block, um Positionsmessung auf
der Basis des Signals, welches von einem GPS-Satelliten übertragen
wird, durchzuführen,
um eine Navigationsinformation zu aktualisieren und Bereitschaft
und Einschalten zu wiederholen, der einen Mikroprozessor 24 enthält, der
die Frequenz und die Zeitinformation hält und den Bereitschaftsmodus
des GPS-Blocks steuert. Weitere GPS-Empfänger sind in der US-A 58 93
044 und der US-A 56 63 735 offenbart.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung begehrt, einen GPS-Empfänger und
ein GPS-Positionsmessverfahren bereitzustellen, wo die GPS-Positionsmessung
stabil und schnell durchgeführt
werden kann, ohne die Notwendigkeit, auf periodische Zeitinformation
von einem GPS-Satelliten zu warten.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung begehrt, einen GPS-Empfänger
und ein GPS-Positionsmessverfahren bereitzustellen, wobei der Leistungsverbrauch
auch mit einer minimierten Positionsmesszeit durch die Auswahl eines optimalen
Zeitintervalls zwischen intermittierenden GPS-Signalempfängen minimiert
ist.
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Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein GPS-Empfänger bereitgestellt,
der aufweist:
einen GPS-Block zum Durchführen von Positionsmessung auf
der Basis eines Signals, welches von einem GPS-Satelliten übertragen
wird, um eine Navigationsinformation zu aktualisieren und Bereitschaft und
Einschalten des GPS-Blocks zu wiederholen;
einen externen Taktblock
zum Halten von Frequenzinformation und Zeitinformation und zum Ausgeben eines
Startsignals an den GPS-Block, der in einem Bereitschaftszustand
ist, auf der Basis der Frequenzinformation und der Zeitinformation,
welche im externen Taktblock gehalten wird; und
einen Frequenzmessblock
zum Messen eines Frequenz-Offsets, der eine Verschiebung eines Frequenz-Oszillators
des GPS-Blocks in Bezug auf die Frequenzinformation ist, die im
externen Taktblock gehalten wird, und Ausgeben des gemessenen Frequenz-Offsets
an den externen Taktblock; wobei
der externe Taktblock Bereitschaft
und Einschalten des GPS-Blocks auf der Basis des Frequenz-Offsets steuert,
der vom Frequenzmessblock ausgegeben wird.
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Mit
dem GPS-Empfänger
kann die GPS-Messzeit wesentlich reduziert werden, und die Notwendigkeit,
auf periodische Zeitinformation von einem GPS-Satelliten zu warten,
ist beseitigt. Folglich wird die Zeit, die vor der Messung erforderlich
ist, stabilisiert und reduziert. Da außerdem ein optimales GPS-Empfangsintervall
gemäß einer
Situation des externen Taktes ausgewählt werden kann, kann eine Reduktion
des Leistungsverbrauchs erwartet werden.
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Da
der GPS-Empfänger
außerdem
einen Frequenzmessblock aufweist, um einen Frequenzversatz (Offset)
zu messen, der ein Versatz eines Frequenzoszillators des GPS-Blocks in Bezug auf die
Frequenzinformation ist, welche im externen Taktblock gehalten wird,
und um den gemessenen Frequenzversatz an den externen Taktblock
auszugeben. Der externe Taktblock kann die Bereitschaft und das
Einschalten des GPS-Blocks auf der Basis des Frequenzversatzes steuern,
der von dem Frequenzmessblock ausgegeben wird. Mit dem GPS-Empfänger kann
ein optimales Intervall intermittierender GPS-Empfänge auf
der Basis des Frequenzversatzes des Frequenzoszillators erhalten werden,
was eine Vergrößerung der
Leistungsfähigkeit
und eine weitere Reduzierung des Leistungsverbrauchs erlaubt.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein GPS-Empfänger bereitgestellt,
der aufweist:
eine Positionsmess-Ausführungseinrichtung, die einen
Frequenz-Oszillator zum Durchführen
von Positionsmessung auf der Basis eines Signals aufweist, welches
von einem GPS-Satelliten übertragen
wird;
eine Funkwellen-Taktempfangseinrichtung zum Empfangen
eines Trägers
von einer Funkwellen-Taktsendestation; und
eine Frequenzmesseinrichtung
zum Messen eines Fehlers des Frequenz-Oszillators der Positionsmess-Ausführungseinrichtung
auf der Basis einer Frequenz des Trägers, der durch die Funkwellen-Taktempfangseinrichtung
empfangen wird; wobei
die Frequenzmesseinrichtung den gemessenen
Fehler des Frequenz-Oszillators an die Funkwellen-Taktempfangseinrichtung
ausgibt, und die Funkwellen-Taktempfangseinrichtung das Einschalten/die Bereitschaft
der Positionsmess-Ausführungseinrichtung
auf der Basis des Fehlers des Frequenz-Oszillators, der von der
Frequenzmesseinrichtung ausgegeben wird, steuert.
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Mit
dem GPS-Empfänger
kann auch die GPS-Messzeit wesentlich reduziert werden, und die Notwendigkeit,
auf periodische Zeitinformation von einem GPS-Satelliten zu warten
ist, beseitigt. Folglich wird die Zeit, die vor der Positionsmessung
erforderlich ist, stabilisiert und reduziert. Da außerdem ein optimales
GPS-Empfangsintervall gemäß einer
Situation des externen Taktblocks ausgewählt wird, kann eine Reduzierung
des Leistungsverbrauchs erwartet werden.
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Die
Frequenzmesseinrichtung gibt den gemessenen Fehler des Frequenzoszillators
an die Funkwellen-Taktempfangseinrichtung aus, und die Funkwellen-Taktempfangseinrichtung
steuert das Einschalten die Bereitschaft der Positionsmess-Ausführungseinrichtung
auf der Basis des Frequenzoszillators, welches von der Frequenzmesseinrichtung ausgegeben wird.
Der GPS-Empfänger
ist dahingehend vorteilhaft, dass das Zeitintervall zwischen intermittierendem
Empfang des GPS-Empfängers
auf eine gültige
Zeit einer Navigationsinformation erstreckt werden kann, und das
intermittierende Empfangszeitintervall kann weiter erstreckt werden,
um den Leistungsverbrauch weiter zu reduzieren.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein GPS-Positionsmessverfahren
für einen
GPS-Empfänger
bereitgestellt, welches folgende Schritte aufweist:
Empfangen
einer Navigationsinformation von jedem von mehreren GPS-Satelliten;
Speichern
der empfangenen Navigationsinformationen in einem Speicher;
Speichern
von Frequenzinformation und Zeitinformation in einem externen Taktblock,
der normalerweise in einem Betriebszustand ist; und
Wiederholen
des Einschaltens und der Bereitschaft des GPS-Empfängers innerhalb
einer vorher festgelegten Zeit, die unter Verwendung der Frequenzinformation
und der Zeitinformation bestimmt wird, die im externen Taktblock
gehalten wird, um Positionsmessung des GPS-Empfängers von den GPS-Satelliten durchzuführen, um
die Navigationsinformationen, welche im Speicher gespeichert sind,
zu aktualisieren; wobei
ein Zeitintervall zwischen Einschalten
und Bereitschaft des GPS-Empfängers
auf der Basis eines Genauigkeitsgrades der Frequenzinformation oder
der Zeitinformation, die durch den externen Taktblock gehalten wird,
variiert wird.
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Mit
dem GPS-Positionsmessverfahren für
einen GPS-Empfänger
kann die GPS-Messzeit
wesentlich reduziert werden, und die Notwendigkeit, auf periodische
Zeitinformation von einem GPS-Satelliten zu warten, wird beseitigt.
Damit wird die Zeit, die vor der Positionsmessung erforderlich ist,
stabilisiert und reduziert. Da außerdem ein optimales GPS-Empfangsintervall
gemäß einer
Situation des externen Taktblocks ausgewählt werden kann, kann die Verminderung
des Leistungsverbrauchs erwartet werden.
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Ein
Zeitintervall zwischen dem Einschalten und der Bereitschaft des
GPS-Empfängers
wird auf der Basis eines Genauigkeitsgrads der Frequenzinformation
oder der Zeitinformation, die durch den externen Taktblock gehalten
wird, variiert. Bei dem GPS-Positionsmessverfahren kann die Frequenzinformation
und die Zeitinformation einer hohen Genauigkeit und eine Navigationsinformation
sicher gehalten werden, ohne von einer Situation des externen Taktblocks
abhängig
zu sein.
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Es
sei angemerkt, dass beispielsweise, wenn der externe Taktblock für einen
Empfang eines Trägers
von einer Funkwellen-Taktsendestation konstruiert ist, die Genauigkeit
der Frequenzinformation oder der Zeitinformation, welche durch den
externen Block gehalten wird, eine Verlängerung des intermittierenden
Empfangsintervalls auf das Maximum erlaubt, sogar, wenn der GPS-Empfänger keinen
Realzeittakt (RTC) hoher Genauigkeit aufweist.
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Ein
besseres Verständnis
der vorliegenden Erfindung wird aus der folgenden beispielhaften
Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich,
bei denen gleiche Teile oder Elemente mit gleichen Bezugszeichen
versehen sind.
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1 ist
eine grafische Ansicht, welche einen allgemeinen Aufbau eines GPS-Empfängers zeigt,
für den
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angewandt wird;
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2 ist
ein Blockdiagramm, welches einen ausführlichen Aufbau eines GPS-Blocks, eines externen
Taktblocks und eines Frequenzmessblocks des GPS-Empfängers zeigt;
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3 ist
eine grafische Ansicht, welche die Arbeitsweise von und Kommunikationsinhalt
zwischen dem GPS-Block und dem GPS-Steuerungsblock zeigt;
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4 ist
ein Flussdiagramm, welches den Verarbeitungsfluss im GPS-Block zeigt;
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5 ist
ein Flussdiagramm, welches einen Fluss eines ersten Prozesses im
externen Taktblock zeigt;
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6 ist
ein Flussdiagramm, welches einen Fluss eines zweiten Prozesses im
externen Taktblock zeigt;
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7 ist
eine grafische Ansicht, welche den Positionsmessbetrieb im GPS-Empfänger zeigt;
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8 ist
eine grafische Ansicht, welche einen allgemeinen Aufbau eines weiteren
GPS-Empfängers
zeigt, für
den eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angewandt wird; und
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9A und 9B sind
grafische Ansichten, welche einen allgemeinen Aufbau eines herkömmlichen
GPS-Systems bzw. herkömmlichen GPS-Positionsmessbetrieb
zeigen.
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A. Ausführungsform
1
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In 1 ist
ein allgemeiner Aufbau eines GPS-Empfängers gezeigt, bei dem eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angewandt wird. Der gezeigte GPS-Empfänger besitzt
einen GPS-Block 1, einen externen Taktblock 2 und
einen Frequenzmessblock 3. Der GPS-Block 1 besitzt
einen GPS-Antennenabschnitt 9, um eine Funkwelle von 1,57542
MHz zu empfangen, welche von einem GPS-Satelliten bei einer Höhe von ungefähr 20 000 km übertragen
wird, einen Fundfrequenzabschnitt (RF-Abschnitt) 10, um
die Funkwelle, welche durch den GPS-Antennenabschnitt 9 empfangen
wird, in ein Signal einer Zwischenfrequenz umzusetzen, wobei von
einer Frequenz eines Frequenzoszillators 12 Gebrauch gemacht
wird, und einen Digitalabschnitt 20, um das Funkwellensignal
der Zwischenfrequenz vom RF-Abschnitt 10 zu demodulieren,
notwendige Daten vom Funkwellensignal der Zwischenfrequenz zu extrahieren
und die aktuelle Position des GPS-Empfängers auf der Basis der extrahierten
Daten zu berechnen.
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Dagegen
wird der externe Taktblock 2 von einem Taktblock oder einem
Mikrocomputer gebildet, der eine Einbautaktfunktion hat, der ein
vorher festgelegtes Signal in einer bestimmten Periode übertragen
kann. Der GPS-Block 1 sendet zum externen Taktblock 2 ein
Einstellsignal, welches ein Zeitintervall zeigt, nachdem der GPS-Block 1 eingeschaltet werden
sollte. Bei Empfang des Einstellungssignals legt der externe Taktblock 2 eine
Periode fest, in welcher ein Startsignal gesendet werden soll. Der
externe Taktblock 2 sendet ein Start-Bereitschafts-Signal zum GPS-Block 1.
Bei Empfang des Start-Bereitschafts-Signals kann der GPS-Block 1 selbst
starten oder in Bereitschaft bleiben.
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Der
Frequenzmessblock 3 misst einen Frequenzversatz, der ein
Versatzbetrag der Frequenz des Frequenzoszillators 12 vom
GPS-Block ist, in Bezug auf oder von einer Frequenz einer hohen
Genauigkeit, welche durch den externen Taktblock 2 gehalten
wird, und sendet einen Wert, der durch die Messung erzielt wird,
zum externen Taktblock 2.
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2 zeigt
einen ausführlichen
Aufbau des GPS-Blocks 1, des externen Taktblocks 2 und
des Frequenzmessblocks 3. Gemäß 2 wird ein
Signal, welches durch den GPS-Antennenabschnitt 9 empfangen
wird, durch einen Verstärker
(AMP) 11 des RF-Abschnitts 10 des GPS-Blocks 1 verstärkt. Der
RF-Abschnitt 10 hat einen Frequenzoszillator (TCXO) 12,
der darin vorgesehen ist. Ein Frequenzsignal vom Frequenzoszillator 12 wird
mit dem N-fachen multipliziert und dann mit dem Signal, welches durch
den Verstärker 11 verstärkt wurde, über einen Mischer 14 gemischt,
so dass das Signal vom Verstärker 11 in
ein Zwischenfrequenzsignal umgesetzt wird. Das Zwischenfrequenzsignal
wird durch einen Verstärker 15 verstärkt und
dann in ein Digitalsignal durch einen AD-Umsetzer (ADC) 16 umgesetzt.
Das Digitalsignal wird zum Digitalabschnitt 20 geliefert.
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Der
Digitalabschnitt 20 besitzt eine CPU (Zentralverarbeitungseinheit) 21,
um den GPS-Block 1 zu steuern, einen Demodulator 22,
um das Zwischenfrequenzsignal zu demodulieren, und einen Realzeittaktblock
(RTC) 23, um einen Takt zu erzeugen. Der Digitalabschnitt 20 besitzt
außerdem
einen RAM 24, so dass ein Unterschied zwischen der Frequenz
einer hohen Genauigkeit eines GPS-Satelliten und der Frequenz des
Einbau-Frequenzoszillators als Versatz (Offset) oder als eine erworbene
Navigationsinformation gespeichert werden kann. Der Digitalabschnitt 20 besitzt
außerdem
einen ROM 25, der verschiedene Arten von Steuerungsinformation
und andere notwendige Information, die in diesem gespeichert sind,
aufweist.
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Der
externe Taktblock 2 besitzt eine CPU 31, um den
externen Taktblock 2 zu steuern, und einen Realzeittaktblock
(RTC) 32, der mit einem Quarzoszillator (XTAL) 33 verbunden
ist und eine Taktfunktion hat. Der externe Taktblock 2 besitzt
außerdem
einen ROM 34, in welchem Steuerungsinformation gespeichert
ist, und einen RAM 35, um Zeitinformation usw. zu speichern.
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Der
GPS-Empfänger
besitzt außerdem
eine Spannungsversorgung 30, um Spannung zum GPS-Block 1,
zum externen Taktblock 2 und zu weiteren Komponenten zu
liefern. Die Spannungsversorgung 30 wird durch die CPU 21 durch
Steuerung eingeschaltet bzw. ausgeschaltet, so dass sie Spannung
zum GPS-Block 1 liefern sollte oder nicht, um dadurch intermittierenden
Empfang (Schlafempfang) zuzulassen, wobei die Bereitschaft/das Einschalten des
GPS-Blocks wiederholt werden.
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Der
Frequenzmessblock 3 besitzt einen internen Zähler 41.
Der Zähler 41 arbeitet
mit einem genauen Takt, der von Referenzfrequenzsignal vom externen
Taktblock 2 erhalten wird, um ein Messobjekt-Frequenzsignal
vom RF-Abschnitt 10 des GPS-Blocks 1 innerhalb
einer vorher festgelegten Zeit zu zählen, die durch den Takt erzeugt
wird. Der Frequenzmessblock 3 gibt den Zählwert des
Zählers 41 als
Frequenzmessdaten (Frequenzinformation) an den externen Taktblock 2 aus.
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3 zeigt
die Arbeitsweise und den Kommunikationsinhalt zwischen den Blöcken 1 und 2.
Gemäß 3 wird
ein Einstellsignal, welches ein Zeitintervall zeigt, nachdem der
GPS-Block 1 eingeschaltet werden sollte, vom GPS-Block 1 zum
externen Taktblock 2 übertragen.
Der externe Taktblock 2 empfängt das Einstellsignal, welches übertragen
wurde, und signalisiert ein Bereitschaftssignal dem GPS-Block 1.
Danach schaltet der externe Taktblock 2 ein und prüft den Zähler des
RTC 32. Nachdem der externe Taktblock 2 das Ablaufen
einer vorher festgelegten Zeit auf der Basis der Prüfung unterscheidet, überträgt er ein
Startsignal zum GPS-Block 1. In diesem Zeitpunkt wird,
wo der externe Taktblock 2 Frequenz- und Zeitinformation einer hohen Genauigkeit hat,
ebenfalls die Frequenz und die Zeitinformation zum GPS-Block 1 übertragen.
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4 zeigt
einen Verarbeitungsfluss des GPS-Blocks 1.
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Der
GPS-Block 1, zu dem Leistung geliefert wird, führt zunächst eine
erste Zeitpositionsmessung durch (Schritt S101). Als Ergebnis der
Positionsmessung wird die Navigationsinformation, welche im RAM 24 gespeichert
ist, aktualisiert (Schritt S102). Danach überträgt der GPS-Block 1 ein
Einstellsignal zum externen Taktblock 2 (Schritt S103).
Das Einstellsignal weist eine gültige
Zeit (üblicherweise
innerhalb von ungefähr
2 Stunden) einer Informationsinformation auf, und eine Zeit, in
welcher der Fehler des Takts, der durch den GPS-Empfänger gehalten wird,
innerhalb eines festen Werts bleibt, oder eine Zeit, bei der Fehler
des Frequenzoszillators 12, der durch den GPS-Empfänger gehalten
wird, innerhalb eines festen Werts bleibt. Danach wartet der GPS-Block 1 auf
ein Bereitschaftssignal vom externen Taktblock 2 (Schritt
S104). Wenn ein Bereitschaftssignal nicht empfangen wird, wird die
Positionsmessung wiederholt, d.h., der GPS-Block 1 wiederholt
die Verarbeitung in den Schritten S101 bis S103. Wenn ein Bereitschaftssignal
empfangen wird, unterbricht der GPS-Block 1 die Spannungsversorgung
und tritt in den Bereitschaftsmodus ein (Schritt S105).
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Wenn
danach diejenige der Häufigkeiten,
die mit dem Einstellsignal eingestellt wird, welche als Antwort
auf den Zustand des externen Taktblocks 2 ausgewählt wurde,
abläuft,
empfängt
der GPS-Block 1 ein Startsignal vom externen Taktblock 2 (Schritt S106).
Danach schaltet der GPS-Block 1 selbst ein (Schritt S107).
Bevor ein Startsignal jedoch empfangen wird, hält der GPS-Block 1 einen
Bereitschaftsmodus. In diesem Zeitpunkt empfängt, wenn der externe Taktblock 2 Frequenz-
und Zeitinformation einer hohen Genauigkeit hält, der GPS-Block 1 die
Frequenz- und Zeitinformation ebenfalls. Danach führt der
GPS-Block 1 die Positionsmessung wiederum durch (Schritt
S101) und aktualisiert die Navigationsinformation (Schritt S102)
und tritt danach in den Bereitschaftszustand ähnlich ein (Schritte S103 bis S105).
Wenn der externe Taktblock 3 die Frequenz- und Zeitinformation
einer hohen Genauigkeit nicht hält,
wird diese Information zum GPS-Block 1 nicht übertragen,
und folglich führt
der GPS-Block 1 die Positionsmessung unter der Frequenz-
und Zeitinformation, welche in ihm gehalten wird, durch. Auf diese Weise
führt der
GPS-Block 1 des GPS-Empfängers nach der vorliegenden
Ausführungsform
intermittierende Positionsmessung in zwei unterschiedlichen Arten
als Antwort auf eine Situation des externen Taktblocks 2 durch,
d.h., er führt
entweder Positionsmessung unter Verwendung von Frequenz- und Zeitinformation
vom externen Taktblock 2 durch oder führt Positionsmessung unter
Verwendung von Frequenz- und
Zeitinformation durch, welche innerhalb des GPS-Blocks 1 gehalten
wird.
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5 zeigt
ein Flussdiagramm eines ersten Prozesses des externen Taktblocks 2.
Der externe Taktblock 2 des GPS-Empfängers nach der vorliegenden
Ausführungsform
fährt damit
fort, um normal zu arbeiten und hält die Frequenz- und Zeitinformation
einer hohen Genauigkeit. Der externe Taktblock 2 wartet
auf ein Einstellsignal, welches vom GPS-Block 1 übertragen
wird (Schritt S111). Wenn ein Einstellsignal empfangen wird, aktualisiert
der externe Taktblock 2 die Einstellzeit des RTC 32 auf
der Basis einer genauen Zeit, die ihm zugeführt wird, vom GPS-Block 1 (Schritt
S112) und startet den Timer (Schritt S113). Danach überträgt der externe
Taktblock 2 ein Bereitschaftssignal zum GPS-Block 1 (Schritt
S114). Danach fährt
der externe Taktblock 2 damit fort, zu arbeiten und unterscheidet,
ob die Zählzeit
des Timers zu einem Ende kommt oder nicht (Schritt S115). Die Unterscheidung
wird wiederholt, bis die Zählzeit
des Timers zu einem Ende kommt. Wenn die Zählzeit des Timers zu einem
Ende kommt, d.h., nachdem das Zeitintervall, welches vom GPS-Block 1 eingestellt
wird, abläuft, überträgt der externe
Taktblock 2 ein Startsignal zum GPS-Block 1 (Schritt
S116). Der GPS-Block 1 empfängt das Startsignal und löscht den
Bereitschaftsmodus, wie oben beschrieben, um selbst zu starten.
In diesem Zeitpunkt überträgt der externe
Taktblock 2 die Frequenz, die durch den Frequenzmessblock 3 gemessen
wurde, oder den Frequenzversatz und die Zeitinformation, die darin
ebenfalls gehalten wird, zum GPS-Block 1 (Schritt S117).
Folglich kann der GPS-Block 1 das Starten/die Bereitschaft
von sich selbst nach dem vorher festgelegten Zeitintervall wiederholen,
um wiederholend den Frequenz-Offset, die Zeit und die Navigationsinformation
zu aktualisieren und kann dadurch eine Frequenzreferenz und die
Zeitinformation einer hohen Genauigkeit und die neueste Navigationsinformation
halten.
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6 zeigt
ein Flussdiagramm eines zweiten Prozesses des externen Taktblocks 2.
Hier werden unterschiedliche Prozesse in Abhängigkeit davon durchgeführt, ob
die Frequenzinformation und die Zeitinformation bis zu einem bestimmten
Grad genau sind oder nicht. Der externe Taktblock 2 wartet auf
das Einstellsignal, welches vorn GPS-Block 1 übertragen
wird (Schritt S121). Wenn das Einstellsignal empfangen wird, prüft der externe
Taktblock 2 die Genauigkeit der Frequenz- und Zeitinformation,
die gehalten wird oder die durch den externen Taktblock 2 erworben
werden kann (Schritt S122). Wenn die Frequenz- und Zeitinformation
bis zu einem bestimmten Grad genau ist, aktualisiert der externe Taktblock 2 die
Einstellzeit des Timers 1 (Schritt S123). Danach startet
der externe Taktblock 2 den Timer 1 (Schritt S124)
und überträgt ein Bereitschaftssignal
zum GPS-Block 1 (Schritt S125). Wenn die Zeit des Timers 1,
der mit dem Einstellsignal aktualisiert wurde, abläuft, nachdem
das Bereitschaftssignal übertragen
wurde (Schritt S126), überträgt der externe
Taktblock 2 ein Startsignal zum GPS-Block 1 (Schritt
S127). Außerdem überträgt der externe
Taktblock 2 die Frequenz- und Zeitinformation, die in ihm gehalten
werden, zum GPS-Block 1 (Schritt S128).
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Wenn
dagegen im Schritt S122 unterschieden wird, dass die Frequenz- und
Zeitinformation, die gehalten wird oder durch den externen Taktblock 2 erworben
werden kann, nicht genau ist, aktualisiert der externe Taktblock 2 die
Einstellzeit eines Timers 2 (Schritt S129). Danach startet
der externe Taktblock 2 den Timer 2 (Schritt S130)
und überträgt ein Bereitschaftssignal
zum GPS-Block 1 (Schritt S131). Wenn die Zeit des Timers 2,
die mit dem Einstellsignal aktualisiert wurde, abläuft, nachdem
das Bereitschaftssignal übertragen
wurde (Schritt S132), überträgt der externe
Taktblock 2 ein Startsignal zum GPS-Block 1 (Schritt
S133). Auf diese Weise wird das Zeitintervall zwischen einem Bereitschaftssignal und
einem Startsignal, welches zum GPS-Block 1 zu übertragen
ist, in Abhängigkeit
von der Genauigkeit der Frequenz- und Zeitinformation variiert,
die gehalten wird oder durch den externen Taktblock 2 erworben
werden kann, und außerdem
kann der Inhalt, der zum GPS-Block 1 bei Übertragung
eines Startsignals übertragen
wird, variiert werden.
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Es
sei angemerkt, dass der Frequenzmessblock 3 die Frequenz
einer hohen Genauigkeit, die durch den externen Taktblock 2 gehalten
wird, als eine Referenz nutzt, um die Frequenz des Frequenzoszillators 12 des
GPS-Blocks 1 oder des Frequenz-Offsets zu messen, der ein
Versatz der Frequenz des Frequenzoszillators 12 von der
Frequenz des externen Taktblocks 2 ist und den gemessenen Wert
zum externen Taktblock 2 liefert.
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Wie
oben beschrieben arbeitet bei dem GPS-Empfänger nach der vorliegenden
Ausführungsform
der externe Taktblock 2 immer, und der GPS-Block 1 kann
die Frequenz- und
Zeitinformation einer hohen Genauigkeit und eine Navigationsinformation
immer halten. Wenn der GPS-Empfänger
diese Information hält,
kann die Zeit, die für
die GPS-Positionsmessung erforderlich ist, wesentlich reduziert werden.
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Wenn
der externe Taktblock 2 immer arbeitet und das Zeitintervall
intermittierender Empfänge
des GPS-Blocks 1 auf der Basis der Genauigkeit der Frequenz-
und Zeitinformation variiert wird, die gehalten wird oder die durch
den externen Taktblock 2 erzielt werden kann, kann eine
Frequenz- und Zeitinformation einer hohen Genauigkeit und eine Navigationsinformation
sicher gehalten werden, ohne von der Situation des externen Taktblocks 2 abhängig zu
sein. Wenn der externe Taktblock 2 Frequenz- und Zeitinformation
hoher Genauigkeit halten kann oder erwerben kann, kann die gültige Zeit
der Navigationsinformation verlängert
werden. Daher kann das Zeitintervall intermittierender Empfänge des
GPS-Blocks 1 vergrößert werden,
und somit kann eine Verminderung des Leistungsverbrauchs erreicht
werden.
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7 zeigt
einen Positionsmessbetrieb des GPS-Empfängers der vorliegenden Ausführungsform.
Ein üblicher
GPS-Empfänger
führt zunächst eine
Frequenzsuche durch, nachdem die Versorgungsspannung verfügbar gemacht
ist, wie in 9B gezeigt ist. Die Frequenzsuche
wird synchron mit der Frequenz mit einem Signal vom GPS-Satelliten 200 unter
Verwendung einer Frequenz eingerichtet, das durch den Frequenzoszillator 215 im GPS-Empfänger 210 schwingt,
wie oben beschrieben. Üblicherweise
wird die Genauigkeit des Frequenzoszillators 215 im GPS-Empfänger durch die
Temperatur oder die säkulare Änderung
gestört, und
dies versetzt seine Frequenz von seiner genauen Frequenz. In solch
einem Fall kann Synchronismus mit dem Signal vom GPS-Satelliten 200 nicht eingerichtet
werden. Daher wird die Frequenz des Frequenzoszillators 215 im
GPS-Empfänger
stufenweise nacheinander versetzt, bis Synchronismus mit dem genauen
Signal vom GPS-Satelliten 200 eingerichtet ist. Daher wird
im Zeitpunkt, wenn eine Korrelation eines bestimmten Pegels durch
die Frequenzsuche ermittelt wird, die Phaseneinstellung unter Verwendung
der PLL durchgeführt.
Nachdem die Phaseneinstellung abgeschlossen ist, werden Bereichsdaten,
welche einen Abstand vom jeden GPS 200 zeigen, erworben,
was eine Demodulation von Daten ermöglicht. Während der Zustand, in welchem
die Modulationsdaten erworben werden können, weitergeht, wird gewartet,
dass die Zeitinformation der Daten erworben wird. Wenn die Daten
erworben sind, wird danach die Positionsmessberechnung durchgeführt, und
die Positionsmessdaten werden ausgegeben. Wenn folglich eine Frequenz
einer hohen Genauigkeit, welche von einem Frequenzversatz durch die
Temperatur oder säkularer Änderung
frei ist, erhalten werden kann, muss eine Frequenzsuche, wie oben
mit Hilfe von 7 beschrieben wurde, nicht durchgeführt werden.
Wenn eine Zeitinformation einer hohen Genauigkeit simultan erreicht
werden kann, wird die Notwendigkeit, Bestätigung der Zeitinformation
durchzuführen,
außerdem
beseitigt.
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Insbesondere
ist, wie man aus 7 erkennt, bei dem GPS-Empfänger der
vorliegenden Ausführungsform
ein Teil des Betriebs, der für
die GPS-Positionsmessung notwendig ist, nicht weiter erforderlich,
und eine Phaseneinstellung, bei der eine PLL verwendet wird, kann
unmittelbar begonnen werden, und danach kann ein Positionsmessbetrieb unmittelbar
begonnen werden. Als Ergebnis ist die Zeit, welche für den Betrieb
erforderlich war, nicht weiter erforderlich, und die Positionsmesszeit
kann wesentlich reduziert werden.
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Wenn
dagegen keine Navigationsinformation in einem Zeitpunkt gehalten
wird, wenn die Positionsmessung begonnen wird oder wenn Zeitablauf eine
Navigationsmessung ungültig
macht, ist eine weitere Zeit zum Erwerben einer Navigationsinformation
bei einem GPS-Positionsmessbetrieb erforderlich. Bei dem GPS-Empfänger nach
der vorliegenden Ausführungsform
kann jedoch, da die Navigationsinformation immer auf die neueste
Information aktualisiert wird, das Erwerben einer Navigationsinformation
von der Positionsmessung ausgelassen werden. Folglich kann die Positionsmesszeit
signifikant reduziert werden.
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B. Ausführungsform
2
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Der
GPS-Empfänger
der Ausführungsform 1,
die oben beschrieben wurde, weist den Frequenzmessblock 3 auf,
so dass das Zeitintervall zwischen intermittierenden Empfängen von
GPS-Signalen gemäß der Genauigkeit
der Frequenz- und Zeitinformation variiert wird, die in diesem gehalten
wird oder die durch den externen Taktblock 2 erworben werden kann.
Der GPS-Empfänger
der vorliegenden Ausführungsform
2 ist eine Modifikation, ist jedoch gegenüber dem GPS-Empfänger der
Ausführungsform
1 dahingehend verschieden, dass bei ihm ein Funkwellen-Taktblock
verwendet wird, der von einem Funkwellentakt als einen externen
Takt Gebrauch macht, anstelle des externen Taktblocks 2,
um das Zeitintervall von intermittierenden Empfängen von GPS-Signalen zu variieren.
Damit wird auf eine überlappende Beschreibung
der anderen gemeinsamen Komponenten verzichtet, um Redundanz zu
vermeiden.
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In 8 ist
ein allgemeiner Aufbau des GPS-Empfängers der zweiten Ausführungsform
gezeigt. Der GPS-Empfänger
der zweiten Ausführungsform
besitzt einen Funkwellen-Taktblock 2 zusätzlich zum
GPS-Block 1, und den Frequenzmessblock 3, der
oben mit Hilfe von 1 beschrieben wurde. Der Funkwellen-Taktblock 4 weist
einen GPS-Antennenabschnitt 5 auf, um einen Träger von
40 kHz zu empfangen, der eine Standardfunkwelle ist, welche durch Commuications
Research Laboratory of the Ministry of Post and Telecommunications
of Japan gesteuert wird, einen Signaldemodulationsabschnitt 6,
um den Träger,
der durch den GPS-Antennenabschnitt 5 empfangen wird, zu
verstärken
und zu ermitteln, und einen Digitalabschnitt 7, um Zeitinformation
von der Schwingungsform zu lesen, die durch den Signaldemodulationsabschnitt 6 ermittelt
wird.
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Bei
dem GPS-Empfänger
nach der vorliegenden Ausführungsform
wird die Leistung normalerweise zum Funkwellen-Taktblock 4 geliefert,
so dass der Funkwellen-Taktblock 4 ein Signal von einer Funkwellen-Taktsendestation
empfängt,
um normalerweise Zeitinformation einer hohen Genauigkeit und einer
Frequenzreferenz hoher Genauigkeit zu halten. Der Funkwellen-Taktblock 4 gibt
eine Frequenz des Trägers
von 40 kHz, die verstärkt
wurde, jedoch bevor diese durch den Signaldemodulationsabschnitt 6 ermittelt
wurde, an den Frequenzmessblock 3 aus. Der Frequenzmessblock 3 verwendet somit
den Zähler 41,
der oben beschrieben wurde, um einen Fehler des Frequenzoszillators 12 des GPS-Blocks 1 zu
ermitteln. Der Funkwellen-Taktblock 4 empfängt den
Fehler des Frequenzoszillators 12 als Frequenzinformation
und stellt geeignet eine Bereitschaftszeit auf der Basis der Frequenzinformation
ein. Dann steuert der Funkwellen-Taktblock 4 den Bereitschaftszustand/das
Einschalten des GPS-Blocks 1 auf der Basis der Bereitschaftszeit,
um so intermittierenden Empfang durchzuführen. Der GPS-Block 1 startet
periodisch selbst unter der Steuerung des Funkwellen-Taktblocks 4 und
aktualisiert kurzlebige Daten, welche für die Positionsmessberechnung
notwendig sind, die Positionsinformation von GPS-Satelliten sind.
Wenn der Bezug von kurzlebigen Daten beendet ist, tritt der GPS-Block 1 in
einen Schlafmodus (Bereitschaftsmodus) ein. Wiederholungen dieses
Einschaltens/Bereitschaft erlauben es dem GPS-Block 1, normalerweise die
neuesten kurzlebigen Daten zu halten.
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Um
eine Positionsmessung durchzuführen, empfängt der
GPS-Block 1 Zeitinformation und Frequenzinformation (Fehler)
vom Funkwellen-Taktblock 4 in dem Augenblick, wenn die
Spannungsversorgung zum GPS-Block 1 verfügbar gemacht
wird. Der GPS-Empfänger
kann die Information verwenden, um eine Hochgeschwindigkeits-Hochpositionsmessung
wie mit Hilfe von 7 beschrieben durchzuführen.
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Ein
Zeitintervall zwischen Schlafempfang (intermittierendem Empfang)
und durchschnittlichem Leistungsverbrauch, der notwendig ist, um
normalerweise Hochgeschwindigkeits-Positionsmessung zu realisieren,
wo der GPS-Empfänger
der vorliegenden Ausführungsform
verwendet wird, werden hier überprüft.
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Wenn
der Leistungsverbrauch des GPS-Blocks 1 durch Wgps dargestellt
wird, können die
Bereitstellungszeit durch TK und die Einschaltzeit durch Ton, der
Durchschnittleistungsverbrauch Wavg gemäß berechnet werden von Wavg = (Wgps × Ton)/TK
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Bei
dem GPS-Empfänger
nach der vorliegenden Ausführungsform
wird der Schlafempfang lediglich zum Erwerb kurzlebiger Daten verwendet, und
daher kann man in Betracht ziehen, dass die Periode, welche zum
Aktualisieren der kurzlebigen Daten notwendig ist, gleich dem Zeitintervall
zwischen Schlafempfängen
ist. Üblicherweise
wird dies so betrachtet, dass die Lebensdauer von kurzlebigen Daten
ungefähr
2 Stunden beträgt.
Daher wird auch die Aktualisierungszeit so angesehen, dass diese
maximal 2 Stunden (7200 Sekunden) beträgt. Wenn außerdem angenommen wird, dass
die Einschaltzeit (Zeit zum Erwerb von kurzlebigen Daten) Ton 60
Sekunden beträgt
und der Leistungsverbrauch Wgps des GPS-Blocks 1 580 mw ist, gilt: Wavg = (580 mW × 60 s)/7200 s = 4,8 (mW)
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Wenn
somit angenommen wird, dass der Leistungsverbrauch des Funkwellen-Taktblocks 4 gleich
15 mW beträgt,
beträgt
der gesamte Leistungsverbrauch 4,8 + 15 = 19,8 (mW). Folglich kann der
Leistungsverbrauch wesentlich reduziert werden.
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Bei
dem GPS-Empfänger
nach der vorliegenden Ausführungsform
kann außerdem,
sogar wenn dieser keinen Realzeittakt (RTC) einer hohen Genauigkeit
innerhalb von ihm aufweist, das Schlafempfangsintervall des GPS-Empfängers maximal gesteigert
werden.
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Auch
daher kann der durchschnittliche Leistungsverbrauch stark gedrückt werden.
Da eine Frequenzreferenz einer hohen Genauigkeit von dem Funkwellen-Taktblock 4 verwendet
werden kann, kann, sogar wenn der Frequenzoszillator im GPS-Empfänger einen
großen
Fehler aufweist, verlässliche
Hochgeschwindigkeits-Positionsmessung erreicht werden.
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Obwohl
beispielhafte Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung unter Verwendung spezieller Begriffe beschrieben
wurden, dient diese Beschreibung lediglich beispielhaften Zwecken,
und es sei verstanden, dass Änderungen
und Variationen durchgeführt
werden können,
ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.