專利名稱：用于低功率運(yùn)行期間全球定位系統(tǒng)信號(hào)獲取的校準(zhǔn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)。具體說，涉及在低功率運(yùn)行期間保持精確GPS接收機(jī)時(shí)鐘電路。
背景技術(shù)：
全球定位系統(tǒng)(GPS)是24個(gè)地球軌道衛(wèi)星的集合。每一GPS衛(wèi)星在地球表面上大約11000英里處沿精確的軌道運(yùn)行。GPS接收機(jī)自動(dòng)跟蹤至少三個(gè)衛(wèi)星以確定其精確位置。每一衛(wèi)星發(fā)送用唯一偽噪聲(PN)碼調(diào)制的信號(hào)。每一PN碼是與1.023兆赫(MHz)的碼片速率一致的每毫秒重復(fù)1023個(gè)碼片的序列。每一衛(wèi)星以同一頻率發(fā)送信號(hào)。對(duì)于民用，該頻率稱為L(zhǎng)1并為1575.42MHz。該GPS接收機(jī)接收作為該接收機(jī)可見的衛(wèi)星的發(fā)送信號(hào)的混合的信號(hào)。該接收機(jī)通過將接收的信號(hào)與特定衛(wèi)星的PN碼的移位版本(shiftedversions)相關(guān)，而檢測(cè)該衛(wèi)星的發(fā)送信號(hào)。如果該相關(guān)程度足夠高，使得存在對(duì)于特定位移和PN碼而實(shí)現(xiàn)的相關(guān)程度的峰值，則該接收機(jī)檢測(cè)與該特定PN碼對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星的發(fā)送信號(hào)。然后該接收機(jī)使用該移位的PN碼來實(shí)現(xiàn)與來自該衛(wèi)星的后續(xù)發(fā)送信號(hào)的同步。
GPS采用唯一時(shí)間保持系統(tǒng)。自1980年1月6日以來，按照秒和星期來保持GPS時(shí)間。每星期有604,800秒。所以按照星期內(nèi)時(shí)間(TOW)和星期編號(hào)而規(guī)定GPS時(shí)間。TOW的范圍是從0到604,800，對(duì)應(yīng)于一星期中的秒數(shù)。星期編號(hào)從1980年1月6日的0星期開始，現(xiàn)在已超過了一千星期。TOW可以具有分?jǐn)?shù)部分，尤其當(dāng)振蕩器提供1秒的1/32,768(32千赫或kHz的振蕩頻率)的分辨率時(shí)或當(dāng)該GPS時(shí)間根據(jù)與特定時(shí)鐘歷元(epoch)有關(guān)的范圍測(cè)量而計(jì)算，并且該GPS時(shí)間可具有與幾十個(gè)納秒量級(jí)的精度時(shí)。GPS時(shí)間以該GPS系統(tǒng)為基礎(chǔ)。
在該GPS接收機(jī)單元的位置的初始確定期間，由于該GPS接收機(jī)在不知道GPS時(shí)間、GPS位置或該GPS衛(wèi)星軌道的星歷(ephemeris)數(shù)據(jù)的情況下開始獲取處理，因此開始“冷啟動(dòng)”處理，從而該GPS接收機(jī)單元在較寬范圍的可能頻率內(nèi)搜索所有衛(wèi)星。在一些情況下，天文年歷(almanac)數(shù)據(jù)對(duì)于該GPS衛(wèi)星而言也是未知的。最后，在許多秒之后，獲取至少四個(gè)衛(wèi)星信號(hào)。這些衛(wèi)星的PN編碼的信號(hào)標(biāo)識(shí)每一衛(wèi)星，并且每一衛(wèi)星發(fā)送該衛(wèi)星的精確軌道信息(作為GPS時(shí)間的函數(shù)的軌道位置)，稱作星歷數(shù)據(jù)。
如果在獲取前知道一些信息，則可減少?gòu)脑搶?dǎo)航GPS衛(wèi)星獲取足夠信息的時(shí)間。例如，如果天文年歷數(shù)據(jù)、近似的GPS時(shí)間和近似的接收機(jī)位置允許計(jì)算近似的衛(wèi)星位置和多普勒頻移，則可使用“半熱態(tài)啟動(dòng)(warm start)”處理。如果知道近似的GPS時(shí)間和近似的接收機(jī)位置使得可計(jì)算近似的衛(wèi)星位置和多普勒頻移并可避免收集星歷數(shù)據(jù)的時(shí)間，則可使用“熱啟動(dòng)”處理。然而，為了建立精確到足以計(jì)算導(dǎo)航求解(位置)的時(shí)間，需要來自至少一個(gè)衛(wèi)星的一個(gè)完整六秒子幀的數(shù)據(jù)。
GPS接收機(jī)單元通過確定來自每一衛(wèi)星的發(fā)送信號(hào)(transmission)的碼相位而確定其與每一衛(wèi)星之間的距離。該碼相位(CP)是當(dāng)衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)從該衛(wèi)星到該接收機(jī)行進(jìn)大約11,000英里距離時(shí)，該衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)根據(jù)碼片或碼片的部分而經(jīng)歷的延遲。在每一衛(wèi)星，控制每一PN碼片的發(fā)送時(shí)間下降到幾納秒。結(jié)果，精確GPS時(shí)間的得知允許該GPS接收機(jī)單元精確知道任何給定時(shí)間正發(fā)送衛(wèi)星波形的哪個(gè)碼片。如果相對(duì)于本地定時(shí)歷元例如T20測(cè)量到給定碼片到達(dá)接收機(jī)，則可測(cè)量該碼片從該衛(wèi)星到該GPS接收機(jī)單元的傳播時(shí)間，與已知該T20歷元的GPS時(shí)間一樣精確。如果相對(duì)于該同一T20歷元而測(cè)量了從四個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)的傳播時(shí)間，則GPS接收機(jī)單元可求解接收機(jī)在三維空間中的位置以及在參考T20的GPS時(shí)間的值中的誤差。
GPS接收機(jī)單元通過將時(shí)間延遲乘以來自該衛(wèi)星的發(fā)送速度可精確確定到該衛(wèi)星的距離。該GPS接收機(jī)單元也知道每一衛(wèi)星的精確軌道。由每一衛(wèi)星將這些衛(wèi)星的位置更新發(fā)送到接收機(jī)。這通過在來自該衛(wèi)星的PN碼發(fā)送信號(hào)上調(diào)制低頻(50Hz)數(shù)據(jù)信號(hào)而完成。該數(shù)據(jù)信號(hào)編碼該衛(wèi)星的時(shí)間相關(guān)的位置信息和該星歷數(shù)據(jù)子幀中的機(jī)載(on-board)時(shí)鐘的時(shí)間誤差。在每一六秒數(shù)據(jù)子幀中，相對(duì)于在下一子幀起點(diǎn)的參考碼片而給定每一衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)的精確時(shí)間。
概念上，接收機(jī)使用從衛(wèi)星起的估計(jì)范圍來定義圍繞該衛(wèi)星的該接收機(jī)必定位于其上的球。球的半徑等于接收機(jī)已根據(jù)該碼相位確定的到衛(wèi)星的范圍。接收機(jī)對(duì)于至少三個(gè)衛(wèi)星執(zhí)行該處理。接收機(jī)從它已定義的至少三個(gè)球之間的交叉點(diǎn)得到其精確位置。如果接收機(jī)得知其位置的海拔高度，則根據(jù)三個(gè)衛(wèi)星的測(cè)量是足夠的。如果該海拔高度未知，則需要根據(jù)四個(gè)衛(wèi)星的測(cè)量，從而連同緯度、經(jīng)度和該本地時(shí)鐘測(cè)量歷元中的誤差(例如在該T20歷元的GPS時(shí)間)，也可得到海拔高度。
可根據(jù)例如但不限于在1999年3月30日提交的序列號(hào)為09/281,566名為“ SIGNAL DETECTOR EMPLOYING COHERENT INTEGRATION”的美國(guó)專利申請(qǐng)中公開的GPS信號(hào)檢測(cè)器來完成對(duì)來自每一衛(wèi)星的信號(hào)的檢測(cè)，這里通過引用而合并于此。其中公開的信號(hào)檢測(cè)器可使用相關(guān)(correlation)機(jī)構(gòu)，例如匹配濾波器和相干積分方案來檢測(cè)合適的衛(wèi)星信號(hào)。
一旦檢測(cè)到衛(wèi)星信號(hào)，則解碼在從該衛(wèi)星接收的PN碼信號(hào)上調(diào)制的低頻50Hz數(shù)據(jù)，以確定該GPS接收機(jī)單元的精確位置。過去，該位置確定處理需要幾秒來完成。不幸的是，這些傳統(tǒng)方案通常持續(xù)運(yùn)行，從而消耗有價(jià)值的處理器資源，尤其是如果該GPS接收機(jī)單元是便攜的，則消耗了有限的電源。可設(shè)計(jì)便攜式GPS接收機(jī)單元使得在用戶不向該GPS接收機(jī)單元查詢位置信息的時(shí)期，所選組件可關(guān)斷或斷電。當(dāng)用戶(或自動(dòng)處理)查詢?cè)揋PS接收機(jī)單元時(shí)，該GPS接收機(jī)單元重新激活斷電的組件，并重新獲取衛(wèi)星數(shù)據(jù)以確定當(dāng)前位置。如果用戶沒有顯著移動(dòng)，和/或如果關(guān)斷周期足夠短，則可能重新獲取該先前衛(wèi)星信號(hào)并具有碼相位數(shù)據(jù)的幾乎瞬時(shí)相關(guān)(而不是與熱、半熱或冷啟動(dòng)過程相關(guān)聯(lián)的幾秒到幾分)。碼相位數(shù)據(jù)的幾乎瞬時(shí)相關(guān)節(jié)省了幾秒鐘，從而可觀地節(jié)省了便攜式GPS接收機(jī)單元中有限的電源。
然而，這種以碼相位數(shù)據(jù)的幾乎瞬時(shí)相關(guān)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的重新獲取需要在接收機(jī)關(guān)機(jī)的時(shí)期保持精確時(shí)間。更具體地，該GPS振蕩器和定時(shí)系統(tǒng)必須保持該GPS接收機(jī)單元中的各種時(shí)鐘信號(hào)的精度好于0.5ms(ms)以避免丟失對(duì)于在重新獲取時(shí)接收機(jī)期望接收的全部GPS信號(hào)結(jié)構(gòu)內(nèi)的哪一個(gè)PN碼周期的跟蹤。該0.5ms標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)于1ms碼周期的一半。另外，該GPS接收機(jī)單元的移動(dòng)到來了可能等同于該P(yáng)N碼信號(hào)的定時(shí)的誤差。如果可將該時(shí)鐘信號(hào)的精度加上該GPS接收機(jī)單元的移動(dòng)到來的誤差保持在到來的PN碼信號(hào)的±0.5ms內(nèi)，則因?yàn)樵揋PS接收機(jī)單元匹配濾波器可瞬時(shí)自動(dòng)跟蹤四個(gè)先前獲取的衛(wèi)星PN碼信號(hào)，并知道已獲取信號(hào)結(jié)構(gòu)中的哪一個(gè)PN碼周期，所以可避免利用熱、半熱或冷啟動(dòng)過程確定位置的耗時(shí)和耗能的處理。否則，必須根據(jù)接收機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)保存的先前信息(天文年歷、星歷、GPS時(shí)間、接收機(jī)位置)而使用該熱、半熱或冷啟動(dòng)過程。
通常，當(dāng)該GPS電路的其它部分關(guān)時(shí)，可使用傳統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)電路來保持大致的GPS時(shí)間。典型的RTC電路可在延長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)保持幾秒鐘的精度。這樣的精度對(duì)于熱和半熱啟動(dòng)是足夠的。然而，由于典型的低成本、低功率RTC電路較差的穩(wěn)定性和溫度特性，傳統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的精度迅速降級(jí)。所以，即使在很短暫的時(shí)間之后，也需要冷啟動(dòng)。
對(duì)于傳統(tǒng)GPS振蕩器和定時(shí)系統(tǒng)而言，如果該振蕩器在導(dǎo)航更新之間斷電，則不可能在GPS接收機(jī)單元內(nèi)將各時(shí)鐘信號(hào)的精度保持在±0.5ms(1ms碼周期的一半)之內(nèi)。然而，由于GPS振蕩器和關(guān)聯(lián)定時(shí)系統(tǒng)消耗很多電力，所以非常期望在便攜式GPS接收機(jī)單元內(nèi)使這些組件斷電以節(jié)約電力資源。
所以期望具有一種省電方案，其能利用上面引用的序列號(hào)為09/281,566的美國(guó)專利申請(qǐng)中包含的衛(wèi)星獲取電路，并可以通過使GPS接收機(jī)單元的包括GPS振蕩器和關(guān)聯(lián)定時(shí)系統(tǒng)的所選組件斷電而節(jié)約處理器資源。具體地說，期望使GPS振蕩器和關(guān)聯(lián)時(shí)鐘電路斷電，同時(shí)保持精確的時(shí)鐘信息，使得斷電期間能保持±0.5ms的精度。

發(fā)明內(nèi)容
在全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)單元不主動(dòng)獲取用于計(jì)算該GPS接收機(jī)單元的位置的衛(wèi)星信息的時(shí)期，通過關(guān)斷所選組件而在GPS接收機(jī)單元中節(jié)約電力。當(dāng)所選組件關(guān)斷時(shí)，駐留在低功率時(shí)間保持電路中的K32(典型標(biāo)稱32768Hz)振蕩器精確保持GPS時(shí)間。
本地GPS振蕩器晶體產(chǎn)生M11時(shí)鐘信號(hào)，用于基于從多個(gè)衛(wèi)星檢測(cè)的信號(hào)來精確確定GPS時(shí)間。邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器不斷用自由運(yùn)行的計(jì)數(shù)器監(jiān)視所述K32和M11時(shí)鐘信號(hào)，并在K32時(shí)鐘信號(hào)的邊沿對(duì)準(zhǔn)M11信號(hào)的邊沿時(shí)，在預(yù)定小容限內(nèi)，鎖存所述K32和M11計(jì)數(shù)器值。在鎖存時(shí)，該邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器向本地GPS時(shí)鐘發(fā)生器提供信號(hào)，使得特定T20定時(shí)歷元與所述K23和M11計(jì)數(shù)器值相關(guān)。由此，該GPS接收機(jī)單元100能使K32時(shí)鐘信號(hào)和GPS M11時(shí)鐘信號(hào)的定時(shí)和速率與該T20定時(shí)歷元相關(guān)。將K32時(shí)鐘信號(hào)、GPS M11時(shí)鐘信號(hào)、與該T20歷元的相關(guān)的定時(shí)和速率提供到該導(dǎo)航處理器，從而計(jì)算對(duì)T20歷元的GPS時(shí)間的足夠精確的估計(jì)，以允許確定獲取衛(wèi)星PN碼信號(hào)的信號(hào)結(jié)構(gòu)中的PN碼周期。
在GPS接收機(jī)單元工作期間，在各個(gè)工作溫度下檢測(cè)本地GPS振蕩器晶體和K32振蕩器的頻率，從而為兩個(gè)振蕩器定義了溫度/頻率表格。在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)兩者的溫度/頻率表格的數(shù)據(jù)。
然后關(guān)斷(停用)該GPS接收機(jī)單元中駐留的包括GPS振蕩器的所選組件，以節(jié)約電力。該低功率時(shí)間保持電路保持為開。周期性地，在預(yù)定時(shí)期之后，響應(yīng)于警報(bào)單元產(chǎn)生的覺醒命令，該系統(tǒng)被重新加電(激活)?；贙32振蕩器的實(shí)際工作溫度和來自該K32時(shí)鐘溫度/頻率表格的數(shù)據(jù)，重新校準(zhǔn)來自該低功率時(shí)間保持電路的K32時(shí)鐘信號(hào)。由此，該K32時(shí)鐘頻率被周期性地更新以更精確地跟蹤GPS時(shí)間。
在特定時(shí)間點(diǎn)，根據(jù)特定系統(tǒng)應(yīng)用的需求而執(zhí)行導(dǎo)航更新。使用該周期性重新校準(zhǔn)的K32時(shí)鐘信號(hào)和來自該GPS時(shí)鐘溫度/頻率表格的數(shù)據(jù)來設(shè)置該M11時(shí)鐘信號(hào)速率和GPS時(shí)間。然后估計(jì)該GPS衛(wèi)星的位置，使得可根據(jù)接收的衛(wèi)星信號(hào)快速確定實(shí)際GPS時(shí)間。一旦從檢測(cè)到的衛(wèi)星信號(hào)確定了精確的GPS時(shí)間，則如上所述該M11和K32信號(hào)被一起鎖存，并與T20歷元的實(shí)際GPS時(shí)間相關(guān)，以進(jìn)一步改善和更新其溫度校準(zhǔn)表格。然后再一次關(guān)斷所選組件以節(jié)約電力。
必要時(shí)重復(fù)上述處理，使得由該低功率時(shí)間保持電路保持精確的GPS時(shí)間。由此，當(dāng)該GPS接收機(jī)單元的用戶請(qǐng)求位置信息時(shí)，該GPS接收機(jī)單元更快速地確定相對(duì)該GPS衛(wèi)星的位置，因?yàn)榛诟_的時(shí)間保持而高度精確地估計(jì)了該GPS衛(wèi)星位置和范圍。也就是說，避免了利用傳統(tǒng)處理來足夠精確地設(shè)置GPS時(shí)間以估計(jì)該GPS衛(wèi)星的范圍的檢測(cè)子幀數(shù)據(jù)和確定子幀定時(shí)的耗能又耗時(shí)的處理。
通過檢視以下附圖及其詳細(xì)描述，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，本發(fā)明的其它系統(tǒng)、方法、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯。所有這些其它系統(tǒng)、方法、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)都意欲包括在這些描述中、在本發(fā)明的范圍內(nèi)、并受所附權(quán)利要求保護(hù)。


圖中的組件不必按比例，而其重點(diǎn)在于圖示本發(fā)明的原理。在這些圖中，相同附圖標(biāo)記指定不同視圖中的對(duì)應(yīng)部分。
圖1圖示了用于全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)的操作的示例環(huán)境。
圖2是圖示了具有低功率時(shí)間保持電路的GPS接收機(jī)單元的所選組件的方框圖。
圖3是圖示了圖2的具有低功率時(shí)間保持電路的GPS接收機(jī)單元的其它細(xì)節(jié)的方框圖。
圖4A、4B和4C圖示了利用K32時(shí)鐘信號(hào)來更新M11時(shí)鐘信號(hào)的處理的流程圖，以及確定估計(jì)的GPS時(shí)間對(duì)于獲取圖1和2的GPS接收機(jī)單元的位置是否足夠精確。
具體實(shí)施例方式
1.GPS環(huán)境概論。
圖1圖示了用于全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)的操作的示例環(huán)境。圖1示出了GPS接收機(jī)單元100和四個(gè)GPS衛(wèi)星102、104、106和108。每一衛(wèi)星102、104、106和108都向該GPS接收機(jī)單元100發(fā)射。衛(wèi)星102以速度va+沿瞄準(zhǔn)線(LOS，line of sight)110朝向該GPS接收機(jī)單元100移動(dòng)；衛(wèi)星104以速度vb-沿著LOS 112背離該GPS接收機(jī)單元100移動(dòng)；并且衛(wèi)星106以速度vc-沿LOS 106背離該GPS接收機(jī)單元100移動(dòng)。結(jié)果，假設(shè)載波波長(zhǎng)為λ，則來自衛(wèi)星102的發(fā)送信號(hào)經(jīng)歷正多普勒頻移 來自衛(wèi)星104的發(fā)送信號(hào)經(jīng)歷負(fù)多普勒頻移 而來自衛(wèi)星106的發(fā)送信號(hào)經(jīng)歷負(fù)多普勒頻移 衛(wèi)星108類似地以速度vd-沿著LOS 116背離該GPS接收機(jī)單元100移動(dòng)。在一些應(yīng)用中，如果預(yù)先不知道，可使用由第四個(gè)衛(wèi)星116提供的信息來確定該接收機(jī)的海拔高度值的誤差。為了提供能得到緯度、經(jīng)度、海拔高度和時(shí)間誤差的測(cè)量，這四個(gè)衛(wèi)星必須具有足夠的幾何條件。當(dāng)衛(wèi)星幾何條件很差時(shí)，可能需要根據(jù)多于四個(gè)可視衛(wèi)星的最小數(shù)量的范圍測(cè)量來得到這四個(gè)未知數(shù)。
2.采用本發(fā)明的GPS接收機(jī)單元概論。
圖2是圖示了具有低功率時(shí)間保持電路200的GPS接收機(jī)單元100的所選組件的方框圖。GPS接收機(jī)單元100包括至少一個(gè)無線電設(shè)備202、本地GPS振蕩器204、溫度傳感器206、多個(gè)GPS信號(hào)處理器信道208(1到N)、導(dǎo)航處理器210、匹配濾波器212、A/D轉(zhuǎn)換器214、本地GPS時(shí)鐘發(fā)生器216、邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器218、存儲(chǔ)器220和低功率時(shí)間保持電路200。存儲(chǔ)器220還包括覺醒警報(bào)邏輯222以及該GPS時(shí)鐘低功率時(shí)間保持(LPTK)電路誤差溫度/頻率誤差表224的分配部分。圖2一般地限于圖示與本發(fā)明的操作和功能相關(guān)的那些組件。該GPS接收機(jī)單元100中包括未示出的其它組件。因?yàn)檫@些省略的組件的操作和功能不必與本發(fā)明相關(guān)，因此這些省略的組件沒有在圖2中圖示或詳細(xì)討論。
無線電設(shè)備202檢測(cè)來自多個(gè)衛(wèi)星的多個(gè)GPS信號(hào)，例如，但不限于，衛(wèi)星102、104、106和108(圖1)。在一個(gè)實(shí)施例中，該無線電設(shè)備202選擇該GPS L1頻帶(1575.42Hz)，然而其它實(shí)施例可選擇其它合適的信號(hào)。無線電設(shè)備202也通過線路226從本地GPS振蕩器204接收定時(shí)信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，由駐留在該本地GPS振蕩器204中并基本上以10.949兆赫(MHz)振蕩的晶體(未示出)產(chǎn)生該定時(shí)信號(hào)，稱為M11時(shí)鐘信號(hào)。其它實(shí)施例可采用在不同頻率時(shí)鐘信號(hào)下工作的本地GPS振蕩器，而基本上不脫離本發(fā)明的操作和功能。
將所接收的GPS信號(hào)和M11定時(shí)信號(hào)提供到所述多個(gè)GPS信號(hào)處理器208和匹配濾波器212。所述多個(gè)GPS信號(hào)處理器208的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于特定的信號(hào)信道。圖2表示存在N個(gè)GPS信號(hào)處理器。例如，該GPS接收機(jī)單元100的示例實(shí)施例可采用為并行處理12個(gè)信號(hào)信道而配置的12個(gè)信號(hào)處理器(N＝12)。
所述信號(hào)處理器208和匹配濾波器212通過線路230從該導(dǎo)航處理器210接收前置命令序列，用于估計(jì)每一信號(hào)處理器將搜索的特定GPS PN碼。由導(dǎo)航處理器210提供的信息也可包括多普勒校正值、GPS振蕩器誤差校正值、PN碼相位信息和/或關(guān)于到來衛(wèi)星信號(hào)的其它相關(guān)信息。
在一個(gè)實(shí)施例中，該匹配濾波器212確定檢測(cè)信號(hào)的當(dāng)前PN碼相位，并將該信息提供到信號(hào)處理器208，以允許該信號(hào)處理器信道更快獲取該信號(hào)。當(dāng)一個(gè)信號(hào)處理器208在信道上檢測(cè)到信號(hào)，使得該P(yáng)N碼、碼相位和頻率校正與一個(gè)到來GPS信號(hào)匹配，該GPS信號(hào)處理器同步并跟蹤到來衛(wèi)星信號(hào)。另一實(shí)施例僅采用匹配濾波器212來確定位置(盡管由于該匹配濾波器212在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)確定信號(hào)的當(dāng)前碼相位，并不再繼續(xù)跟蹤它，而具有較低程度的精度)。
該匹配濾波器212和/或該GPS信號(hào)處理器208分別通過線路234和/或232將關(guān)于所獲取信號(hào)的碼相位信息提供到該導(dǎo)航處理器210。在該匹配濾波器212和/或該GPS信號(hào)處理器208已提供來自至少四個(gè)GPS衛(wèi)星信號(hào)的足夠信息之后，導(dǎo)航處理器210然后計(jì)算該GPS接收機(jī)單元100的位置。然后將該位置信息輸出到接口系統(tǒng)(未示出)，從而用戶可得知該GPS接收機(jī)單元100的位置。
該本地GPS振蕩器204提供具有預(yù)定振蕩頻率的信號(hào)。例如，但不限于，將在該本地GPS振蕩器204的一個(gè)實(shí)施例中駐留的晶體(未示出)的振蕩頻率配置為等于10.949296.875兆赫(MHz)。這里，該振蕩頻率的精確標(biāo)稱值等于137 F0/128。F0是GPS系統(tǒng)的基本參數(shù)，等于10.23MHz。所接收GPS信號(hào)的GPS L1頻率是154F0。在商用系統(tǒng)中使用的清除/獲取GPS PN碼的碼片速率為F0/10。該GPS振蕩器204的一個(gè)實(shí)施例被稱為輸出M11時(shí)鐘信號(hào)，其中術(shù)語“M11”對(duì)應(yīng)于10.949296.875 MHz的137 F0/128頻率。包括軍用接收機(jī)使用的頻率和代碼的GPS系統(tǒng)的其它信號(hào)也與F0相關(guān)。
該本地GPS振蕩器204通過線路234將該M11時(shí)鐘信號(hào)提供到該本地GPS時(shí)鐘發(fā)生器216。本地GPS時(shí)鐘發(fā)生器216從該M11時(shí)鐘信號(hào)得到多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。這些時(shí)鐘對(duì)應(yīng)于本地GPS時(shí)基。特別感興趣的是，所述多個(gè)時(shí)鐘之一被稱為本地定時(shí)歷元，T20時(shí)鐘。該T20時(shí)鐘根據(jù)時(shí)鐘報(bào)時(shí)信號(hào)(clock tick)之間有20ms的事實(shí)得出其名稱。GPS信號(hào)處理器208和匹配濾波器212中測(cè)量的許多碼相位參考同一T20歷元。將本地GPS時(shí)鐘發(fā)生器216產(chǎn)生的所選時(shí)鐘信號(hào)通過線路236提供到GPS信號(hào)處理器208和匹配濾波器212。
下面詳細(xì)描述的低功率時(shí)間保持電路200通過線路252將時(shí)鐘信號(hào)提供到邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器218。在一個(gè)實(shí)施例中，該時(shí)鐘信號(hào)速率由基本上以32.768千赫(KHz)振蕩的晶體提供，并稱作K32時(shí)鐘信號(hào)。而且，該低功率時(shí)間保持電路200提供信息到導(dǎo)航處理器210(未示出線路)。典型地，由該低功率時(shí)間保持電路200提供到該導(dǎo)航處理器210的信息是對(duì)在T20歷元的GPS時(shí)間的估計(jì)。其它實(shí)施例可采用不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，而基本上不脫離本發(fā)明的操作和功能。
該邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器218提供輸入到該本地GPS時(shí)鐘發(fā)生器216(通過線路244)、到該匹配濾波器212(通過線路246)、到該低功率時(shí)間保持電路200(通過線路248)。為了方便圖示，線路244、246和248被圖示為單獨(dú)線路。然而，這些線路的一個(gè)或多個(gè)可作為單一線路實(shí)現(xiàn)。該邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器218也通過線路250提供信息到導(dǎo)航處理器210。該邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器218連續(xù)計(jì)數(shù)和監(jiān)視該K32和M11時(shí)鐘信號(hào)，并在該K32時(shí)鐘信號(hào)的邊沿對(duì)準(zhǔn)該M11信號(hào)的邊沿時(shí)，在預(yù)定小容限內(nèi)，該K32和M11計(jì)數(shù)器值被鎖存。在鎖存時(shí)，該邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器218提供信號(hào)到該本地GPS時(shí)鐘發(fā)生器216，使得當(dāng)前T20時(shí)鐘計(jì)數(shù)被鎖存，以將K32和M11計(jì)數(shù)與該T20歷元相關(guān)。以相同的方式，該邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器218通過線路248提供信號(hào)到該低功率時(shí)間保持電路200，使得GPS時(shí)間的當(dāng)前低功率時(shí)間保持電路200估計(jì)被鎖存。由此，該GPS接收機(jī)單元100能使K32時(shí)鐘信號(hào)、具有T20歷元的GPS M11時(shí)鐘信號(hào)、和當(dāng)前低功率時(shí)間保持電路200 GPS時(shí)間的定時(shí)和速率相關(guān)。當(dāng)將K32時(shí)鐘信號(hào)、GPS M11時(shí)鐘信號(hào)、低功率時(shí)間保持200 GPS時(shí)間和T20歷元計(jì)數(shù)的相關(guān)定時(shí)和速率提供到該導(dǎo)航處理器時(shí)，可計(jì)算在T20歷元的GPS時(shí)間的低功率時(shí)間保持電路200估計(jì)，并根據(jù)該邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器218中兩個(gè)時(shí)鐘的計(jì)數(shù)器比率來估計(jì)這兩個(gè)時(shí)鐘的相對(duì)速率。為了估計(jì)該相對(duì)時(shí)鐘頻率，來自連續(xù)邊沿對(duì)準(zhǔn)事件的兩組計(jì)數(shù)器值被取差值，并取差值的比率。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)明白GPS接收機(jī)單元100的上述操作是對(duì)GPS接收機(jī)單元的實(shí)施例使用的一個(gè)系統(tǒng)的一般描述。并沒有描述或圖示所有GPS接收機(jī)單元組件，因?yàn)檫@些組件不必與本發(fā)明相關(guān)。因此，在GPS接收機(jī)單元100內(nèi)駐留的上述組件的描述一般限于描述這些組件的操作和功能到理解本發(fā)明所需的程度。而且，采用本發(fā)明的GPS接收機(jī)單元或其它處理器系統(tǒng)可具有與圖2中示出的不同順序和方式連接的圖2中所示的組件、或可包括圖2中所示的所有組件、或可包括以與圖2中所示組件相同的方式連接的其它組件。任何利用本發(fā)明的GPS接收機(jī)單元或處理器系統(tǒng)的更改都在該公開的范圍內(nèi)，并由所附權(quán)利要求保護(hù)。
3.GPS振蕩器信號(hào)的頻率/溫度校正溫度傳感器206通過線路238檢測(cè)該本地GPS振蕩器204的工作溫度。然后將感測(cè)的溫度信息通過線路240提供到該A/D轉(zhuǎn)換器214。A/D轉(zhuǎn)換器214將感測(cè)的工作溫度信息轉(zhuǎn)換為合適的格式，并通過線路242將該信息提供到該導(dǎo)航處理器210?？衫脵z測(cè)溫度領(lǐng)域采用的公知組件和技術(shù)來實(shí)現(xiàn)溫度傳感器206和A/D轉(zhuǎn)換器214?？衫酶袦y(cè)溫度領(lǐng)域中通常采用的任何種類的電子、固態(tài)和/或固件類型溫度傳感器或部件來實(shí)現(xiàn)由溫度傳感器206和/或A/D轉(zhuǎn)換器214執(zhí)行的溫度感測(cè)功能。利用感測(cè)溫度領(lǐng)域中通常采用的組件和技術(shù)，由軟件和固件的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)在本發(fā)明中采用的這種溫度傳感器。除了理解本發(fā)明的操作和功能所需的程度，將不詳細(xì)描述溫度傳感器206和/或A/D轉(zhuǎn)換器214(包括其單獨(dú)組件)的詳細(xì)操作。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在基本上不脫離本發(fā)明的功能和操作的情況下，可利用各種公知器件實(shí)現(xiàn)溫度傳感器206和A/D轉(zhuǎn)換器214。
導(dǎo)航處理器210處理所接收到的溫度信息，從而確定由于該本地GPS振蕩器204的工作溫度而導(dǎo)致的該GPS振蕩器信號(hào)的頻率誤差。用于確定該頻率誤差的示例處理采用具有工作溫度范圍的溫度和頻率誤差信息的表格。在一個(gè)實(shí)施例中，該GPS時(shí)鐘溫度/頻率誤差表格224駐留在非易失性存儲(chǔ)器220中。初始地，采用頻率/溫度誤差算法，例如作為典型振蕩器晶體的溫度函數(shù)的頻率誤差的多項(xiàng)式，來近似該溫度相關(guān)頻率誤差。隨著該GPS接收機(jī)單元100操作超時(shí)，基于在各種工作溫度下的GPS衛(wèi)星范圍和接近速率(rangerate)測(cè)量的頻率誤差測(cè)量，溫度/頻率誤差表格224中關(guān)于該GPS時(shí)鐘數(shù)據(jù)的部分被填充有在該本地GPS振蕩器204的特定工作溫度下的頻率誤差的更精確的信息。該GPS導(dǎo)航方程式的求解使得能夠確定接收機(jī)空間速度和本地振蕩器頻率誤差(GPS時(shí)間誤差的改變速率)，以及空間位置和GPS時(shí)間誤差。如此確定的振蕩器頻率誤差與當(dāng)前振蕩器溫度成對(duì)，作為在溫度/頻率誤差表格224中的新更新點(diǎn)。
在進(jìn)入導(dǎo)航模式之前，該接收機(jī)使用該溫度/頻率誤差表格224以協(xié)助衛(wèi)星獲取處理。一旦接收到當(dāng)前工作溫度，則該導(dǎo)航處理器210查找該表格信息以得到在該溫度/頻率誤差表格224中駐留的GPS時(shí)鐘。將該本地GPS振蕩器204的實(shí)際工作溫度與該溫度/頻率誤差表格224中的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，以估計(jì)由該本地GPS振蕩器204產(chǎn)生的信號(hào)中的頻率誤差。將該GPS時(shí)鐘頻率誤差信息通過線路230提供到該GPS信號(hào)處理器208和該匹配濾波器212。可替換地，當(dāng)該溫度/頻率誤差表格224僅被部分填充，而不包含得到精確的當(dāng)前工作溫度所需的足夠數(shù)據(jù)時(shí)，可使用頻率/溫度誤差外推或內(nèi)插算法來估計(jì)由于該本地GPS振蕩器204的工作溫度而導(dǎo)致的GPS振蕩器信號(hào)中的誤差。該算法利用表格中與當(dāng)前工作溫度最近溫度的點(diǎn)以及使用中的這類GPS時(shí)鐘振蕩器晶體的標(biāo)稱溫度對(duì)頻率曲線的形狀。
4.低功率時(shí)間保持電路圖3是圖示了具有低功率時(shí)間保持電路200的GPS接收機(jī)單元100的其它細(xì)節(jié)的方框圖。低功率時(shí)間保持電路200還至少包括K32振蕩器302、信號(hào)鎖存器304、溫度傳感器308和低功率時(shí)鐘306。
K32振蕩器302通過線路310輸出其頻率基本上等于32.768kHz的K32時(shí)鐘信號(hào)。由于該K32振蕩器302提供具有32768Hz時(shí)間分辨率的大約等于30微秒的K32時(shí)鐘信號(hào)，所以該K32振蕩器302提供具有在單個(gè)PN碼周期的±0.5ms分辨率的頻率的時(shí)鐘信號(hào)。
K32振蕩器302將其輸出K32時(shí)鐘信號(hào)提供到該低功率時(shí)鐘306中的計(jì)數(shù)器和該邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器216。當(dāng)該邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器216確定該K32時(shí)鐘信號(hào)的邊沿對(duì)準(zhǔn)該M11信號(hào)的邊沿時(shí)，在預(yù)定小容限內(nèi)，通過線路248將鎖存信號(hào)提供給該信號(hào)鎖存器304。當(dāng)通過線路248接收到該邊沿對(duì)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，該低功率時(shí)鐘計(jì)數(shù)器306的當(dāng)前值被鎖存在信號(hào)鎖存器304中。將信號(hào)鎖存器304中的鎖存值通過線路316提供到該導(dǎo)航處理器254。該邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器216將在對(duì)準(zhǔn)事件歷元的邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器中的M11和K32計(jì)數(shù)器的鎖存值提供到該導(dǎo)航處理器210。因?yàn)樵揟20歷元可直接與該GPS振蕩器M11時(shí)鐘(未示出)相關(guān)，因此該邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器216中的M11計(jì)數(shù)器值可與功率時(shí)鐘306中的K32計(jì)數(shù)器值相關(guān)，作為特定整數(shù)個(gè)M11時(shí)鐘報(bào)時(shí)信號(hào)的偏移量。該時(shí)鐘報(bào)時(shí)信號(hào)的數(shù)目是整數(shù)(沒有分?jǐn)?shù)時(shí)鐘報(bào)時(shí)信號(hào)分量)，因?yàn)楫?dāng)K32和M11時(shí)鐘邊沿在小(可以忽略的)窗口的誤差內(nèi)對(duì)準(zhǔn)時(shí)，需要所有的計(jì)數(shù)器值。因?yàn)樵摰凸β蕰r(shí)鐘306已被接近校準(zhǔn)到該GPS系統(tǒng)時(shí)間的時(shí)間和速率，所以知道該低功率時(shí)鐘306的值和本地GPS等時(shí)線(time line)中特定T20歷元的偏移量允許該低功率時(shí)間保持電路200的GPS時(shí)間精確轉(zhuǎn)移到該T20歷元。由于所有GPS測(cè)量信號(hào)處理與T20歷元相關(guān)，所以現(xiàn)在可使得相對(duì)于精確的本地GPS時(shí)間估計(jì)進(jìn)行該測(cè)量。
該K32振蕩器302和該低功率時(shí)鐘306是相對(duì)非常低功耗的器件，尤其當(dāng)與以下述方式斷電的GPS接收機(jī)單元100中駐留的所選組件相比時(shí)。而且，該K32振蕩器302和該低功率時(shí)鐘306是商業(yè)可用的并相對(duì)昂貴?？商鎿Q地，和優(yōu)選地，該K32振蕩器302和該低功率時(shí)鐘306可集成在該GPS器件100中以提供更低的成本、更小的尺寸和更精確的時(shí)間變換性能。
如圖3所示，溫度傳感器308通過線路318檢測(cè)該K32振蕩器302的工作溫度。然后通過線路320將該感測(cè)的溫度信息提供到該A/D轉(zhuǎn)換器214。A/D轉(zhuǎn)換器214將感測(cè)的溫度信息轉(zhuǎn)換為合適的格式，并通過線路242將該K32工作溫度信息提供到該導(dǎo)航處理器210?？衫迷跈z測(cè)溫度領(lǐng)域中采用的公知組件和技術(shù)來實(shí)現(xiàn)溫度傳感器308。可利用在感測(cè)溫度領(lǐng)域中一般采用的任何類型的電子、固態(tài)或固件類型溫度傳感器或部件來實(shí)現(xiàn)由溫度傳感器308執(zhí)行的溫度感測(cè)功能。利用感測(cè)溫度領(lǐng)域中通常采用的組件和技術(shù)，由軟件和固件的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)在本發(fā)明中采用的這種溫度傳感器。除了理解本發(fā)明的操作和功能所需的程度，將不詳細(xì)描述溫度傳感器308的詳細(xì)操作。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在基本上不脫離本發(fā)明的功能和操作的情況下，可利用各種公知器件實(shí)現(xiàn)溫度傳感器308。作為本發(fā)明的一部分而采用的溫度傳感器308的任何這樣的實(shí)施例都在該公開的范圍內(nèi)，并受到所附權(quán)利要求的保護(hù)。
存儲(chǔ)器220中包括的溫度/頻率誤差表格224的一部分用于存儲(chǔ)K32振蕩器302的溫度/頻率數(shù)據(jù)。導(dǎo)航處理器210基于K32振蕩器302的當(dāng)前工作溫度來計(jì)算與來自該K32振蕩器302的信號(hào)關(guān)聯(lián)的頻率誤差，類似于上述本地GPS振蕩器204頻率誤差。隨著該GPS接收機(jī)單元100操作超時(shí)，基于在各種工作溫度下的頻率誤差測(cè)量，該溫度/頻率誤差表格224被填充有在該K32振蕩器302的特定工作溫度的頻率誤差的更精確的信息。不同于M11 GPS振蕩器的情況，該導(dǎo)航處理器210不具有測(cè)量該K32振蕩器中的誤差的直接部件。然而導(dǎo)航時(shí)，該導(dǎo)航處理器210能精確估計(jì)來自該GPS振蕩器302的M11信號(hào)中的誤差，然后使用該邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器216來將來自該T20歷元的GPS時(shí)間變換到K32報(bào)時(shí)信號(hào)的低功率時(shí)鐘值，該K32報(bào)時(shí)信號(hào)具有從T20歷元接近整數(shù)個(gè)M11報(bào)時(shí)信號(hào)的已知偏移量。由于使得GPS范圍測(cè)量相對(duì)于T20歷元，所以當(dāng)從GPS測(cè)量可得到導(dǎo)航求解時(shí)，該T20歷元具有精確得知的GPS時(shí)間誤差。通過在導(dǎo)航期間將該T20歷元的GPS時(shí)間的精度傳送到該低功率時(shí)鐘306，校準(zhǔn)當(dāng)前K32振蕩器302溫度下的K32時(shí)鐘信號(hào)。
可替換地，當(dāng)僅部分填充該溫度/頻率誤差表格224中的K32振蕩器302的數(shù)據(jù)時(shí)，本發(fā)明的實(shí)施例采用頻率/溫度誤差算法，例如作為典型K32振蕩器晶體302的溫度函數(shù)的頻率誤差的多項(xiàng)式，來基于從具有有效表格值的最近一個(gè)溫度值或多個(gè)溫度值的外推或內(nèi)插，而近似該K32時(shí)鐘信號(hào)的溫度相關(guān)頻率誤差。這樣的算法數(shù)學(xué)上使頻率誤差和工作溫度相關(guān)。
5.覺醒命令為了節(jié)約電力，關(guān)掉了許多GPS接收機(jī)單元100組件和GPS器件的其它組件。關(guān)掉組件以節(jié)約電力的時(shí)期，稱作睡眠周期或睡眠模式，如下所述，本發(fā)明精確保持GPS時(shí)間的跟蹤。從此，當(dāng)該GPS接收機(jī)單元100離開該睡眠模式，例如響應(yīng)于“覺醒事件”或響應(yīng)于表示將確定的位置的另一信號(hào)時(shí)，精確保持該GPS時(shí)間使得需要最少量時(shí)間來跟蹤該GPS衛(wèi)星，以確定該GPS接收機(jī)單元100的位置。
例如，但不限于，可由導(dǎo)航處理器210使本地GPS振蕩器204、無線電設(shè)備202、本地GPS時(shí)鐘發(fā)生器216和/或GPS信號(hào)處理器208斷電以節(jié)約電力。當(dāng)不需要所選組件來主動(dòng)處理到來的GPS衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，使這些組件斷電降低了該GPS接收機(jī)單元100的總功耗，由此延長(zhǎng)了便攜式GPS接收機(jī)單元100中有限的電源壽命。典型地，選擇在工作期間消耗相對(duì)大量電力的組件來斷電。可理解該GPS接收機(jī)單元100的設(shè)計(jì)者選擇在斷電處理期間將關(guān)斷的組件。由于在GPS接收機(jī)單元100中駐留有大量可斷電的組件，許多組件沒有被描述過，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)明白可斷電的組件的詳細(xì)描述和詳細(xì)目錄太多以致不能方便地詳細(xì)列表和描述。根據(jù)本發(fā)明的斷電的組件的任何組合都在該公開的范圍內(nèi)，并受到所附權(quán)利要求的保護(hù)。
在傳統(tǒng)GPS接收機(jī)中將所選組件斷電導(dǎo)致丟失GPS衛(wèi)星信號(hào)跟蹤。當(dāng)在丟失該GPS衛(wèi)星信號(hào)之后使這樣的傳統(tǒng)GPS接收機(jī)加電時(shí)，需要幾秒來重新獲取GPS衛(wèi)星信號(hào)和/或利用這些信號(hào)來建立用于導(dǎo)航的足夠精度的GPS時(shí)間。傳統(tǒng)GPS接收機(jī)中衛(wèi)星信號(hào)和時(shí)間重新獲取所需的時(shí)間導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的用電。所以，在睡眠周期期間精確保持GPS時(shí)間的低功率時(shí)間保持電路200使得GPS接收機(jī)單元100能更快地重新獲取該GPS衛(wèi)星信號(hào)，由此節(jié)約電力資源。
周期地提供覺醒命令到該GPS接收機(jī)單元100?；谄渲袑?shí)現(xiàn)了該低功率時(shí)間保持電路200的GPS接收機(jī)單元100的特定結(jié)構(gòu)和應(yīng)用來確定該周期性覺醒命令之間的時(shí)間。選擇該覺醒命令之間的時(shí)間使得在斷電周期之后由導(dǎo)航處理器210估計(jì)的本地復(fù)制品PN碼相位和到來PN碼之間積累的時(shí)間誤差小于或等于到來的GPS衛(wèi)星信號(hào)的實(shí)際PN碼相位的±0.5ms。在由導(dǎo)航處理器210估計(jì)的PN碼超出該±0.5ms標(biāo)準(zhǔn)的情況下，該導(dǎo)航處理器210啟動(dòng)傳統(tǒng)處理以獲取GPS衛(wèi)星信息。典型地，該接收機(jī)100必須估計(jì)該可能誤差積累，并據(jù)此選擇該正確算法。由于選擇的算法可能太樂觀(利用快速獲取而不是傳統(tǒng)獲取)，所以該導(dǎo)航處理器210必須通過比較該得到的位置和時(shí)間誤差求解以及先驗(yàn)(priori)假設(shè)值而檢驗(yàn)該時(shí)間精度假設(shè)。如果該結(jié)合的時(shí)間和時(shí)間等同位置誤差實(shí)際上超出±0.5ms，則得到的求解將典型地與先驗(yàn)值相差可觀的大誤差。如果該誤差不大于±0.5ms，則由低功率時(shí)間保持電路200以足夠精度保持GPS時(shí)間。
該警報(bào)單元324執(zhí)行用于實(shí)現(xiàn)周期性的覺醒命令的功能，也稱為周期性導(dǎo)航更新。該警報(bào)單元324至少包括警報(bào)寄存器326和比較器328。在一個(gè)實(shí)施例中，在關(guān)斷前，該導(dǎo)航處理器210執(zhí)行該覺醒警報(bào)邏輯222以限定該警報(bào)單元324將叫醒該GPS接收機(jī)單元100的周期時(shí)間。在另一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)定義該時(shí)間周期。
當(dāng)發(fā)出覺醒命令時(shí)定義的這些時(shí)間周期被通過線路330提供到該警報(bào)寄存器326。在一個(gè)實(shí)施例中，以GPS時(shí)間單位(TOW和星期數(shù))定義該時(shí)間周期。在另一個(gè)實(shí)施例中，使用例如實(shí)時(shí)的另一合適的時(shí)間周期來定義時(shí)間周期。
一旦該GPS接收機(jī)單元100處于睡眠模式中，則該警報(bào)單元324監(jiān)視從該低功率時(shí)鐘306(在睡眠模式期間不關(guān)斷)提供的K32時(shí)鐘信號(hào)，以確定當(dāng)前睡眠模式時(shí)間。該比較器328比較當(dāng)前睡眠模式時(shí)間和該警報(bào)單元324將叫醒該GPS接收機(jī)單元100的周期時(shí)間。當(dāng)該當(dāng)前睡眠模式時(shí)間和該周期時(shí)間匹配時(shí)，該警報(bào)單元324產(chǎn)生周期性的覺醒命令。該周期性的覺醒命令啟動(dòng)在睡眠模式期間斷電的組件的加電。
在一個(gè)實(shí)施例中，該周期性的覺醒命令啟動(dòng)利用特殊目的專用硬件的加電。例如，該覺醒命令驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)功率開關(guān)，使得向在睡眠周期期間斷電的組件提供電力。在另一個(gè)實(shí)施例中，將該覺醒命令提供到該導(dǎo)航處理器210，使得執(zhí)行該覺醒警報(bào)邏輯22，以叫醒在睡眠周期斷電的組件。
可利用在產(chǎn)生覺醒命令領(lǐng)域中采用的公知組件和技術(shù)來實(shí)現(xiàn)該警報(bào)單元324及其關(guān)聯(lián)組件。除了理解本發(fā)明的操作和功能所需的程度，將不詳細(xì)描述該警報(bào)單元324及其關(guān)聯(lián)組件的詳細(xì)操作。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在基本上不脫離本發(fā)明的功能和操作的情況下，可利用各種公知器件實(shí)現(xiàn)該警報(bào)單元324及其關(guān)聯(lián)組件。作為本發(fā)明的一部分而采用的該警報(bào)單元324及其關(guān)聯(lián)組件的任何實(shí)施例都在該公開的范圍內(nèi)，并受所附權(quán)利要求保護(hù)。
一個(gè)替換實(shí)施例可采用執(zhí)行斷電和加電功能的另一合適的處理器(未示出)。在睡眠周期期間，這樣的處理器及其相關(guān)組件可被斷電。這樣的替換處理器可配置為產(chǎn)生周期性的覺醒命令。該處理器可為該GPS接收機(jī)單元100中駐留的另一系統(tǒng)(圖2或3中未示出)的組件，或?yàn)樵揋PS接收機(jī)單元100中駐留的獨(dú)立(stand alone)專用處理器。在GPS接收機(jī)單元100中實(shí)現(xiàn)的用于執(zhí)行產(chǎn)生周期性覺醒命令的功能的任何替換實(shí)施例都在該公開的范圍內(nèi)，并受所附權(quán)利要求保護(hù)。
而且，該用戶可指示該GPS接收機(jī)單元100一旦接收到對(duì)應(yīng)于位置查詢的手工啟動(dòng)的覺醒命令，則給這些組件加電。例如，當(dāng)該GPS接收機(jī)單元100的用戶想得知該GPS接收機(jī)單元100的當(dāng)前位置時(shí)，則該用戶啟動(dòng)手工覺醒命令。為用戶提供合適的部件以查詢?cè)揋PS接收機(jī)單元100。可利用激活器件領(lǐng)域中采用的公知組件和技術(shù)來實(shí)現(xiàn)手工啟動(dòng)覺醒命令的部件。除了理解本發(fā)明的操作和功能所需的程度，將不詳細(xì)描述手工啟動(dòng)覺醒命令的部件的詳細(xì)操作。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在基本上不脫離本發(fā)明的功能和操作的情況下，可利用各種公知器件實(shí)現(xiàn)該手工啟動(dòng)覺醒命令的部件。作為本發(fā)明的一部分而采用的該手工啟動(dòng)覺醒命令的部件的任何實(shí)施例都在該公開的范圍內(nèi)，并受所附權(quán)利要求保護(hù)。
6.覺醒后使K32時(shí)鐘與M11時(shí)鐘相關(guān)當(dāng)該覺醒命令啟動(dòng)開機(jī)(start up)時(shí)，由該本地GPS時(shí)鐘發(fā)生器216(圖2)提供的時(shí)鐘信號(hào)(例如T20歷元)將不在使該GPS接收機(jī)單元100(圖1)能無需首先重新獲取衛(wèi)星信號(hào)并收集數(shù)據(jù)的六秒子幀以重新建立GPS衛(wèi)星范圍測(cè)量的通用本地GPS時(shí)間幀，而執(zhí)行位置更新所需要的精度之中。然而，如果在斷電周期結(jié)束之后基于該低功率時(shí)間保持電路200保持的時(shí)間而由導(dǎo)航處理器210(圖2)估計(jì)的PN碼和到來的PN碼可被保持為小于或等于該到來GPS衛(wèi)星信號(hào)的實(shí)際PN碼時(shí)間的±0.5ms，則在導(dǎo)航中快速重新獲取GPS衛(wèi)星信號(hào)，并可得到和使用相對(duì)于通用本地GPS時(shí)間幀的測(cè)量，而不執(zhí)行獲取GPS衛(wèi)星信號(hào)和建立通用時(shí)間幀的傳統(tǒng)處理。
在斷電前，已知K32、M11和GPS時(shí)鐘信號(hào)之間的時(shí)間和速率關(guān)系。通過保持該K32時(shí)鐘信號(hào)精度，由邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器218(圖1)使用該K32時(shí)鐘信號(hào)，以鎖存該K32時(shí)鐘信號(hào)和該M11信號(hào)，由此重新校準(zhǔn)該M11信號(hào)和從其中得到的T20歷元。由此，該GPS振蕩器204(圖2)被重新校準(zhǔn)。然后該導(dǎo)航處理器210設(shè)置該匹配濾波器或信號(hào)處理器信道以獲取可見的所計(jì)算的衛(wèi)星的PN碼相位。該匹配濾波器或信號(hào)處理器信道設(shè)置利用先前存儲(chǔ)的GPS振蕩器對(duì)溫度數(shù)據(jù)來補(bǔ)償GPS振蕩器中的頻率誤差。當(dāng)獲得碼相位測(cè)量時(shí)，這些值從對(duì)當(dāng)前正接收PN碼周期中的哪個(gè)碼片的了解轉(zhuǎn)換為正接收整個(gè)GPS信號(hào)結(jié)構(gòu)中的哪個(gè)碼片。通過利用假設(shè)的當(dāng)前GPS時(shí)間和接收機(jī)位置來計(jì)算整個(gè)信號(hào)結(jié)構(gòu)中的哪一個(gè)PN碼片應(yīng)到達(dá)該接收機(jī)，并假定實(shí)際到達(dá)的碼片是最接近該應(yīng)到達(dá)的PN碼片的PN碼周期中這一碼片的實(shí)例(instance)，而作出該轉(zhuǎn)換。如果該結(jié)合的本地GPS時(shí)間估計(jì)和時(shí)間等同接收機(jī)位置誤差的假設(shè)正確，則向整個(gè)GPS信號(hào)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換將是正確的，并將確定GPS范圍測(cè)量的一致集合。換言之，如果在斷電周期結(jié)束之后(離開該睡眠模式之后)，由導(dǎo)航處理器210估計(jì)的PN碼和到來的PN碼的誤差小于或等于該到來GPS衛(wèi)星信號(hào)的實(shí)際PN碼時(shí)間的±0.5ms，則正確更新位置信息。該計(jì)算的位置和時(shí)間必須與先驗(yàn)估計(jì)作比較，以核實(shí)該誤差事實(shí)上小于±0.5ms。如果該校驗(yàn)失敗，則必須收集六秒子幀以建立該用于測(cè)量的通用時(shí)幀。
然后使用由該GPS接收機(jī)單元100獲取的位置和時(shí)間誤差信息來更新該M11和K32時(shí)鐘誤差。GPS振蕩器204和K32振蕩器302都為頻率誤差而被更新。該K32低功率時(shí)鐘306為正確的GPS時(shí)間而被更新。然后該GPS接收機(jī)單元100被設(shè)置回到睡眠模式以節(jié)電。然后當(dāng)接收到下一覺醒命令時(shí)，重復(fù)上述處理。所以該周期性的更新節(jié)電，同時(shí)保持時(shí)鐘信號(hào)的精度，使得該GPS單元不必利用傳統(tǒng)處理重新獲取衛(wèi)星位置。
7.溫度/頻率誤差校正無論何時(shí)接收到該覺醒命令，都使用該K32時(shí)鐘信號(hào)來更新該M11時(shí)鐘信號(hào)。然而，從該K32振蕩器302(圖3)得到的K32時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)受一些誤差，因?yàn)樵揔32振蕩器302頻率與溫度有關(guān)。也就是說，對(duì)于不同的工作溫度，該K32振蕩器302頻率不同。在一個(gè)實(shí)施例中，該溫度傳感器308感測(cè)該K32振蕩器302的工作溫度。該導(dǎo)航處理器210比較該K32振蕩器302的檢測(cè)出的工作溫度與該LP時(shí)鐘溫度/頻率誤差表格322(圖3)中駐留的信息?；谥芷谛杂X醒命令之間的時(shí)間和該K32振蕩器302的感測(cè)出的工作溫度，確定誤差校正因子，使得該K32時(shí)間和速率被校正以解決(account for)該K32振蕩器302的實(shí)際工作溫度。也就是說，由誤差因子校正該K32時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)間以解決該K32振蕩器302的實(shí)際工作溫度。如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中，LP時(shí)鐘溫度/頻率誤差表格322中的數(shù)據(jù)基于實(shí)際操作期間收集的歷史數(shù)據(jù)，并所以非常精確。
一旦重新校準(zhǔn)了該K32時(shí)鐘信號(hào)，則重新校準(zhǔn)與該M11信號(hào)關(guān)聯(lián)的時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，該溫度傳感器206感測(cè)該GPS振蕩器206的溫度(圖2)。該導(dǎo)航處理器210比較該GPS振蕩器206的檢測(cè)出的工作溫度與該GPS時(shí)鐘溫度/頻率誤差表格224(圖2)中駐留的信息。隨著時(shí)間前進(jìn)，軟件然后使用該速率校正以基于該M11時(shí)鐘來?yè)Q算(scale)T20歷元之間的間隔，以保持每一歷元的正確的GPS時(shí)間估計(jì)。而且，通過利用前述的邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器216將來自該K32低功率時(shí)鐘306的GPS時(shí)間轉(zhuǎn)換到基于M11的T20歷元，來確定剛覺醒時(shí)的T20歷元的GPS時(shí)間的初始值。由于在睡眠周期期間，該M11振蕩器關(guān)，所以其逝去的時(shí)間不能如該K32低功率時(shí)鐘304的逝去時(shí)間一樣換算。如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中，溫度/頻率誤差表格224中的數(shù)據(jù)基于實(shí)際操作期間收集的歷史數(shù)據(jù)，所以非常精確。然后，當(dāng)使用該K32時(shí)鐘信號(hào)(現(xiàn)在校正的溫度)來更新該M11時(shí)鐘信號(hào)(也是校正的溫度)時(shí)，斷電周期之后由該導(dǎo)航處理器210估計(jì)的PN碼小于或等于到來GPS衛(wèi)星信號(hào)的實(shí)際PN碼時(shí)間的±0.5ms。
在替換實(shí)施例中，覺醒事件可被編程以比導(dǎo)航更新所需要的更頻繁地發(fā)生。這樣的覺醒事件將僅用于采樣該K32振蕩器的當(dāng)前溫度的目的?；诋?dāng)前和先前覺醒事件的溫度的平均，兩個(gè)覺醒事件之間逝去的時(shí)間被換算以校正溫度的改變。得到的校正可應(yīng)用于該低功率時(shí)鐘306或簡(jiǎn)單存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，直至未來計(jì)算需要使用校正。而且，該替換可被升級(jí)以提供動(dòng)態(tài)覺醒周期。也就是說，可根據(jù)遇到的特定工作條件而改變覺醒命令之間的時(shí)間。如果在斷電周期期間在該K32振蕩器302中的全部溫度改變超出預(yù)定閾值，則覺醒命令之間的時(shí)間周期被減少合適的時(shí)間量。另一方面，如果該全部溫度改變小于預(yù)定溫度閾值，則覺醒命令之間的時(shí)間間隔被增加合適的時(shí)間量。由此，相對(duì)于溫度動(dòng)力學(xué)的當(dāng)前環(huán)境的需求，而最小化保持精確溫度所消耗的功率。
作為前述替換的增強(qiáng)，導(dǎo)航處理器210可考慮自從前一周期性覺醒命令和當(dāng)前周期性覺醒命令以來K32振蕩器的工作溫度的總變化。如果該溫度變化超出預(yù)定閾值，則該導(dǎo)航處理器210可立即啟動(dòng)導(dǎo)航更新處理以重新獲取GPS衛(wèi)星信號(hào)，從而確保該低功率時(shí)鐘306的完整性保持在可接受的限度內(nèi)。
8.導(dǎo)航更新圖4A、4B和4C圖示了利用K32時(shí)鐘信號(hào)來更新M11時(shí)鐘信號(hào)的處理，以及確定估計(jì)的GPS時(shí)間對(duì)于獲取GPS接收機(jī)單元100(圖1、2和3)的位置是否足夠精確的流程圖400。如果在斷電周期期間由導(dǎo)航處理器210(圖2)估計(jì)的PN碼和到來的PN碼之間的時(shí)間誤差小于或等于該到來GPS衛(wèi)星信號(hào)的實(shí)際PN碼時(shí)間的±0.5ms，則更新K32時(shí)鐘信號(hào)和M11時(shí)鐘信號(hào)。一旦完成根據(jù)圖4A-8C的處理，則該GPS接收機(jī)單元100(圖1)將用檢測(cè)到的GPS衛(wèi)星信息更新時(shí)鐘信號(hào)，例如與GPS振蕩器204(圖2)關(guān)聯(lián)的M11時(shí)鐘信號(hào)、和與K32振蕩器302(圖3)關(guān)聯(lián)的K32時(shí)鐘信號(hào)。更新后，然后該GPS接收機(jī)單元100返回睡眠模式。
圖4A、4B和4C的流程圖400示出了用于實(shí)現(xiàn)該覺醒警報(bào)邏輯222(圖2和3)的軟件的可能實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)、功能和操作。在這點(diǎn)上，每一塊可代表代碼的模塊、段或部分，其包括用于實(shí)現(xiàn)特定邏輯功能的一個(gè)或多個(gè)可執(zhí)行指令。也應(yīng)注意在某些替換實(shí)現(xiàn)中，在不顯著脫離本發(fā)明的功能的情況下，在塊中注明的功能可不按照?qǐng)D4A-8C注明的順序發(fā)生，或可包括其它功能。例如，如下面將詳細(xì)闡明的一樣，實(shí)際上可基本同時(shí)執(zhí)行圖4A-4C中接連示出的兩個(gè)塊，有時(shí)以相反次序執(zhí)行這些塊，或根據(jù)涉及的功能有一些塊不用在所有實(shí)例中執(zhí)行。所有這些更改和變形都包括在該公開的范圍內(nèi)，并受所附權(quán)利要求保護(hù)。
當(dāng)警報(bào)單元324(圖3)產(chǎn)生覺醒命令時(shí)，該處理在塊402開始?？商鎿Q地，當(dāng)用戶查詢?cè)揋PS接收機(jī)單元100(圖1-3)以提供位置信息(導(dǎo)航更新)時(shí)，該處理也可開始。
在塊404，確定加電的原因是覺醒命令或來自用戶的位置查詢。如果該加電的原因是由警報(bào)單元324(圖3)產(chǎn)生覺醒命令使得該GPS接收機(jī)單元100將更新由該低功率時(shí)間保持電路200(圖2和3)保持的基于K32的時(shí)間，然后該處理進(jìn)行到塊406。然而，如果該加電的原因是響應(yīng)于來自該用戶的位置查詢而提供位置信息，則該GPS接收機(jī)單元100通過進(jìn)行到塊422而啟動(dòng)導(dǎo)航更新。
在塊406，如下所述在K32時(shí)鐘信號(hào)的重新校準(zhǔn)中采用的所選組件被加電。在塊406該GPS接收機(jī)單元100的其它組件沒有加電以節(jié)約電力。例如，該GPS接收機(jī)單元100可包括顯示器(未示出)，用于向該用戶至少表示所確定的位置信息。如果該GPS接收機(jī)單元100正執(zhí)行周期性的導(dǎo)航更新，則該用戶可對(duì)得知該器件正執(zhí)行導(dǎo)航更新或得知該位置信息不感興趣。由此，在塊406該顯示器(未示出)不加電，以節(jié)約電力。
在塊408，溫度傳感器308測(cè)量該K32振蕩器302的溫度(圖3)。在塊410，在該GPS接收機(jī)單元100處于睡眠模式期間，確定該K32振蕩器302的平均溫度。在塊412，存取由該低功率時(shí)間保持電路200保持的基于K32的時(shí)間?；谠趬K414的時(shí)間誤差，基于在溫度/頻率誤差表格224(圖2和3)中的信息，將如上所述的校正因子施加到所確定的基于K32的時(shí)間。然后在塊416使用該校正因子來校正由該低功率時(shí)間保持電路200保持的基于K32的時(shí)間。
在一個(gè)實(shí)施例中，在塊418確定下一覺醒命令的時(shí)間。因此，在警報(bào)寄存器326(圖3)中更新該覺醒時(shí)間?？商鎿Q地，其它實(shí)施例采用在周期性的覺醒命令之間的預(yù)定時(shí)間間隔和/或提供來自其它組件的周期性的覺醒命令。
在塊420，所選加電組件(在塊406)被斷電。由于已更新了由該低功率時(shí)間保持電路200保持的基于K32的時(shí)間，所以這些所選組件被斷電以節(jié)約電力資源。該處理返回到塊402以等待下一覺醒命令或來自用戶的位置查詢。
如果在塊404接收到位置查詢，則該GPS接收機(jī)單元100(圖1-3)理解為將精確確定該GPS接收機(jī)單元100的位置并將該位置表示給該用戶，并且該處理進(jìn)行到塊422。也就是說，該用戶期望導(dǎo)航更新。
因此，在塊422，下述該GPS接收機(jī)單元100的組件被加電。在塊422，與該基于M11的時(shí)間的更新關(guān)聯(lián)的組件被加電。例如，無線電設(shè)備202、GPS振蕩器204、溫度傳感器206、導(dǎo)航處理器210、匹配濾波器212、A/D轉(zhuǎn)換器214、本地GPS時(shí)鐘發(fā)生器216、邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器218和/或存儲(chǔ)器220(圖2)被重新加電。
而且，該GPS接收機(jī)單元100可包括在塊422加電的與基于M11的時(shí)間更新無關(guān)的附加組件。例如，可使用顯示器(未示出)和關(guān)聯(lián)電路來向用戶表示所確定的位置信息。由此，該顯示器必須加電。[相反，在塊406該顯示器不必加電，因?yàn)樵谌缟纤龅幕贙32的時(shí)間更新期間(塊406-416)不顯示位置信息。]在一個(gè)實(shí)施例中，在塊406這些附加組件與上述組件被同時(shí)加電。
在另一個(gè)實(shí)施例中，這些附加組件的加電被延遲直至完成該導(dǎo)航更新。(因此，塊422將示出為兩個(gè)單獨(dú)的塊，在流程圖400的稍后點(diǎn)插入新塊示出附加組件的加電。)在該GPS接收機(jī)單元100已確定更新的位置之后，這些附加所選組件被加電，使得所更新的位置被表示給用戶。例如，該GPS接收機(jī)單元100可包括顯示器(未示出)和關(guān)聯(lián)電路，用于向該用戶至少表示所確定的位置信息。這樣僅在請(qǐng)求位置更新時(shí)才延遲對(duì)這些附加所選組件的重新加電的替換實(shí)施例，對(duì)于節(jié)約電力是尤其有用的。也就是說，如果進(jìn)行時(shí)鐘的重新校準(zhǔn)和關(guān)聯(lián)導(dǎo)航更新不需要所選附加組件，則接收覺醒命令時(shí)將所選組件保持在睡眠模式中進(jìn)一步節(jié)約電力。
在塊424，溫度傳感器308利用上述塊408-416的處理，測(cè)量該K32振蕩器302(圖3)的溫度，并通過利用從該溫度/頻率誤差表格224(圖2和3)確定的校正因子校正時(shí)間，而校正由該低功率時(shí)間保持電路200保持的基于K32的時(shí)間。也就是說，對(duì)于在睡眠周期期間發(fā)生的任何溫度/頻率偏差而校正該基于K32的時(shí)間。
在塊426，由該邊沿線比率計(jì)數(shù)器216(圖2和3)將更新的基于K32的時(shí)間轉(zhuǎn)換為基于M11的時(shí)間。由此，該GPS接收機(jī)單元100已給其組件加電，并使用來自該低功率時(shí)間保持電路200的已校正的基于K32的時(shí)間，以從由該GPS振蕩器204(圖2和3)提供的M11時(shí)鐘信號(hào)精確更新GPS時(shí)間。然而，在一個(gè)實(shí)施例中，可由于該GPS振蕩器204的溫度改變而發(fā)生該M11時(shí)鐘信號(hào)中的誤差。因此，在塊428，溫度傳感器206(圖2)測(cè)量該GPS振蕩器204的溫度。在塊430，確定平均GPS振蕩器204溫度。然后在塊432從該溫度/頻率誤差表格224(圖2和3)確定該M11時(shí)鐘信號(hào)的誤差校正因子。然后，在塊434，基于該M11時(shí)鐘信號(hào)更新在T20歷元的GPS時(shí)間。
在塊436，使用已更新的T20歷元來估計(jì)可見GPS衛(wèi)星102、104、106和/或108的位置和多普勒效應(yīng)。在塊438，基于可見衛(wèi)星102、104、106和/或108的估計(jì)位置，該GPS接收機(jī)單元100采用匹配濾波器212或GPS信號(hào)處理器208(圖2)來測(cè)量可見衛(wèi)星102、104、106和/或108的PN碼相位(以1ms為模(modulo 1 ms))。然后，在塊440，使用估計(jì)的T20歷元來計(jì)算期望的當(dāng)前全PN碼相位，作為衛(wèi)星102、104、106和/或108中的每一個(gè)的星期內(nèi)時(shí)間(TOW)。也就是說，該GPS接收機(jī)單元100已使用來自該GPS振蕩器204的已更新的M11時(shí)鐘信號(hào)來精確估計(jì)以1ms為模的PN碼相位，以計(jì)算期望的完全PN碼相位作為星期內(nèi)時(shí)間。
在塊443，校正該全碼相位以匹配該測(cè)量的PN碼相位(以1ms為模)。在塊444，基于該估計(jì)出的已校正的全PN碼相位計(jì)算該導(dǎo)航求解。接下來，在塊46，以時(shí)間單位將計(jì)算的導(dǎo)航求解與先前導(dǎo)航求解作比較。
在塊448，確定該GPS接收機(jī)單元100的計(jì)算位置是否已從該先前導(dǎo)航求解時(shí)間改變了小于±0.5ms(小于1個(gè)PN碼)。如果所確定的改變大于±0.5ms(否條件)，則該處理進(jìn)行到塊450，使得該GPS接收機(jī)單元100收集來自GPS衛(wèi)星102、104、106和/或108的每一個(gè)的完全6秒子幀。在塊452，該GPS接收機(jī)單元100采用傳統(tǒng)方法來更新該導(dǎo)航求解，由此精確確定該GPS接收機(jī)單元100的位置。
然而，如果在塊448確定位置的改變小于或等于±0.5ms(“是”的情況)，則該GPS接收機(jī)單元100已用該低功率時(shí)間保持電路200精確保持了GPS時(shí)間。因此，該處理進(jìn)行到塊454，使得使用已校正的T20時(shí)間來以上述方式利用邊沿對(duì)準(zhǔn)比率計(jì)數(shù)器218更新低功率時(shí)間保持電路200 M11時(shí)間。由此，該K32時(shí)鐘信號(hào)與該精確確定的GPS T20時(shí)間相關(guān)以準(zhǔn)備下一斷電周期。
在一個(gè)實(shí)施例中，用以上收集的溫度和頻率信息更新溫度/頻率誤差表格224(圖2和3)中駐留的數(shù)據(jù)。也就是說，該實(shí)施例采用獲取的溫度和頻率數(shù)據(jù)來不斷更新該溫度/頻率誤差表格224數(shù)據(jù)，由此改善由該溫度/頻率誤差表格224確定的后續(xù)校正因子的精度。
在塊458，確定該GPS接收機(jī)單元100是否保持為開。如果該GPS接收機(jī)單元100保持為開(“是”的情況)，則該處理進(jìn)行到塊460以使得該GPS接收機(jī)單元100執(zhí)行其它功能。這里不詳細(xì)描述這樣的其它功能，因?yàn)樵跀嚯娭芷谄陂g，這樣的功能與精確保持時(shí)間不需要相關(guān)。在已執(zhí)行這些其它功能之后，該處理返回到塊418，使得如上所述確定覺醒命令的下一時(shí)間。
如果在塊458確定沒有該GPS接收機(jī)單元100保持為開的原因(“否”的情況)，則該處理直接進(jìn)行到塊418。也就是說，該處理進(jìn)行到塊418，使得該GPS接收機(jī)單元100斷電以節(jié)約能源，同時(shí)該低功率時(shí)間保持電路200精確保持GPS時(shí)間。
9.替換實(shí)施例GPS接收機(jī)單元100(圖1-3)的上述實(shí)施例一般地描述為更新從該K32振蕩器302(圖3)得到的K32時(shí)鐘信號(hào)和從該GPS振蕩器204(圖2)得到的M11時(shí)鐘信號(hào)，使得在該GPS振蕩器204斷電期間能保持精確的GPS時(shí)間。其它實(shí)施例更新與相對(duì)GPS衛(wèi)星的位置確定關(guān)聯(lián)的各種其它時(shí)鐘信號(hào)。而且，該GPS振蕩器204被描述為提供具有基本上等于11MHz的振蕩頻率的信號(hào)。類似地，該K32振蕩器302被描述為產(chǎn)生具有基本上等于32MHz的振蕩頻率的信號(hào)?？捎镁哂信cGPS振蕩器204和K32振蕩器302的振蕩頻率不同的振蕩頻率的GPS振蕩器和/或在低功率時(shí)間保持電路中駐留的振蕩器來實(shí)現(xiàn)GPS接收機(jī)單元的其它實(shí)施例。而且，該低功率時(shí)間保持電路被描述為提供用于在組件斷電期間保持GPS時(shí)間精度的基本為32KHz的時(shí)鐘信號(hào)。在其它實(shí)施例中，使用由該低功率時(shí)間保持電路200提供的時(shí)鐘信號(hào)來向GPS接收機(jī)單元中駐留的其它組件提供時(shí)鐘信號(hào)。然而，除了理解本發(fā)明的操作和功能所需的程度之外，將不詳細(xì)描述這些組件。
在一個(gè)替換實(shí)施例中，溫度傳感器206和308被替換為或合并在單個(gè)溫度傳感器中，其適當(dāng)?shù)囟ㄎ?，從而可檢測(cè)GPS振蕩器204和K32振蕩器302的工作溫度?？蛇M(jìn)一步配置這樣的溫度傳感器以直接向該導(dǎo)航處理器210提供信號(hào)。該實(shí)施例減少了組件數(shù)目，并提供了成本、尺寸和功耗的相應(yīng)減少。
為了便于在圖2和3中圖示，并為了便于解釋本發(fā)明的操作和功能，將處理感測(cè)的溫度并計(jì)算來自K32振蕩器302(圖3)和GPS振蕩器204(圖2)的信號(hào)中的總頻率誤差描述和展示為通過導(dǎo)航處理器210的邏輯執(zhí)行而實(shí)現(xiàn)，該邏輯作為覺醒警報(bào)邏輯222的部分而駐留?？商鎿Q地，可由不同處理器實(shí)現(xiàn)該處理。而且，用于處理感測(cè)的溫度的邏輯和用于計(jì)算來自K32振蕩器302的信號(hào)中的總頻率誤差的邏輯駐留在存儲(chǔ)器220或另一合適的存儲(chǔ)器中駐留的專用邏輯模塊中(未示出)。另外，為了方便，該LP時(shí)鐘溫度/頻率誤差表格322(圖3)和/或該GPS時(shí)鐘溫度/頻率誤差表格224(圖2)被示出為駐留在存儲(chǔ)器220中。感測(cè)的溫度表格508可駐留在替換位置和/或合適的替換存儲(chǔ)介質(zhì)中。任何這樣的替換實(shí)現(xiàn)都在該公開的范圍內(nèi)，并受所附權(quán)利要求保護(hù)。
盡管已描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)明白，在本發(fā)明的范圍內(nèi)的許多實(shí)施例和實(shí)現(xiàn)都是可能的。
權(quán)利要求
1.一種用于保持精確的全球定位系統(tǒng)(GPS)時(shí)間的系統(tǒng)，包括GPS振蕩器，配置為提供與該GPS時(shí)間對(duì)應(yīng)的信號(hào)，還配置為被減活；和低功率時(shí)鐘，配置為提供低功率時(shí)鐘時(shí)間，使得當(dāng)激活該GPS振蕩器時(shí)，利用該低功率時(shí)鐘時(shí)間更新與該GPS時(shí)間對(duì)應(yīng)的GPS振蕩器信號(hào)，從而精確估計(jì)與至少一個(gè)GPS衛(wèi)星關(guān)聯(lián)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括與該低功率時(shí)鐘耦接的溫度傳感器；第一單元存儲(chǔ)器，配置為存儲(chǔ)與該低功率時(shí)鐘的溫度和振蕩頻率對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；和與該第一單元存儲(chǔ)器和該溫度傳感器耦接的處理器，配置為將該溫度傳感器感測(cè)的溫度與對(duì)應(yīng)于該低功率時(shí)鐘的溫度和振蕩頻率的數(shù)據(jù)作比較，從而確定誤差校正，還配置為校正由該低功率時(shí)鐘提供的低功率時(shí)鐘時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，還包括與該GPS振蕩器耦接的GPS振蕩器溫度傳感器；和與該處理器耦接的第二單元存儲(chǔ)器，該第二單元存儲(chǔ)器配置為存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于該GPS振蕩器的溫度和振蕩頻率的數(shù)據(jù)，其中該處理器還配置為將該GPS振蕩器溫度傳感器感測(cè)的GPS振蕩器溫度與對(duì)應(yīng)于該GPS振蕩器的溫度和振蕩頻率的數(shù)據(jù)作比較，從而確定GPS振蕩器誤差校正，還配置為校正由該GPS振蕩器提供的信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括用于減活在GPS接收機(jī)單元中駐留的所選組件的裝置；和警報(bào)單元，配置為激活該所選組件和該GPS振蕩器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中該警報(bào)單元周期性地激活該所選組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中該警報(bào)單元響應(yīng)于位置查詢而激活該所選組件。
7.一種用于保持精確的全球定位系統(tǒng)(GPS)時(shí)間的方法，包括以下步驟在預(yù)定時(shí)期的開端，減活在GPS接收機(jī)單元中駐留的多個(gè)所選組件；在該預(yù)定時(shí)期的開端，減活被配置為提供GPS時(shí)間信號(hào)的GPS振蕩器；在該預(yù)定時(shí)期的末尾，激活該GPS振蕩器；當(dāng)激活該GPS振蕩器時(shí)，從低功率時(shí)鐘接收與時(shí)間對(duì)應(yīng)的信息；和響應(yīng)于接收該低功率時(shí)鐘時(shí)間而更新該GPS時(shí)間信號(hào)，從而精確估計(jì)至少一個(gè)GPS衛(wèi)星的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括以下步驟相對(duì)于來自至少一個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的實(shí)際GPS時(shí)間而校準(zhǔn)該GPS時(shí)間信號(hào)，使得該校準(zhǔn)的GPS時(shí)間信號(hào)精確對(duì)應(yīng)于該實(shí)際GPS時(shí)間；和基于該校準(zhǔn)的GPS時(shí)間信號(hào)而校準(zhǔn)低功率時(shí)鐘，使得該低功率時(shí)鐘精確對(duì)應(yīng)于該實(shí)際GPS時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括以下步驟檢測(cè)該低功率時(shí)鐘的溫度；確定與檢測(cè)到的該低功率時(shí)鐘的溫度關(guān)聯(lián)的誤差校正因子；和根據(jù)所確定的誤差校正因子校正該低功率時(shí)鐘時(shí)間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括以下步驟感測(cè)在該低功率時(shí)鐘中駐留的振蕩器的頻率；和建立振蕩器數(shù)據(jù)表格，該振蕩器數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于在多個(gè)檢測(cè)溫度的每一個(gè)下振蕩器的感測(cè)頻率；和基于該振蕩器數(shù)據(jù)確定與溫度校正因子相對(duì)的頻率，從而確定該誤差校正因子。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括以下步驟檢測(cè)該GPS振蕩器的溫度；確定與檢測(cè)到的該GPS振蕩器的溫度關(guān)聯(lián)的GPS誤差校正因子；和根據(jù)所確定的GPS誤差校正因子校正該GPS時(shí)間信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，還包括以下步驟感測(cè)該GPS振蕩器的頻率；和建立GPS振蕩器數(shù)據(jù)表格，該GPS振蕩器數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于在多個(gè)檢測(cè)溫度的每一個(gè)下GPS振蕩器的感測(cè)頻率；和基于該GPS振蕩器數(shù)據(jù)確定與溫度校正因子相對(duì)的頻率，從而確定該GPS誤差校正因子。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括以下步驟在該預(yù)定時(shí)期的末尾，產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)；激活該GPS接收機(jī)單元的所選組件，從而更新該GPS時(shí)間信號(hào)；和在更新該GPS時(shí)間信號(hào)之后，減活該所選組件。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，還包括根據(jù)檢測(cè)到的溫度改變?cè)擃A(yù)定時(shí)期的步驟。
15.一種用于保持精確的全球定位系統(tǒng)(GPS)時(shí)間的系統(tǒng)，包括用于在預(yù)定時(shí)期的開端，減活在GPS接收機(jī)單元中駐留的多個(gè)所選組件的裝置；用于在該預(yù)定時(shí)期的開端，減活被配置為提供GPS時(shí)間信號(hào)的GPS振蕩器的裝置；用于在該預(yù)定時(shí)期的末尾，激活該GPS振蕩器的裝置；用于在激活該GPS振蕩器時(shí)，從低功率時(shí)鐘接收時(shí)間的裝置；和用于響應(yīng)于接收該低功率時(shí)鐘時(shí)間而更新該GPS時(shí)間信號(hào)，從而精確估計(jì)至少一個(gè)GPS衛(wèi)星的位置的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，還包括用于檢測(cè)該低功率時(shí)鐘的溫度的裝置；用于確定與檢測(cè)到的低功率時(shí)鐘的溫度關(guān)聯(lián)的誤差校正因子的裝置；和用于根據(jù)所確定的誤差校正因子校正該低功率時(shí)鐘時(shí)間的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，還包括用于感測(cè)在該低功率時(shí)鐘中駐留的振蕩器的頻率的裝置；和用于建立振蕩器數(shù)據(jù)表格的裝置，該振蕩器數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于在多個(gè)檢測(cè)溫度的每一個(gè)下振蕩器的感測(cè)頻率；和用于基于該振蕩器數(shù)據(jù)表格而確定與溫度校正因子相對(duì)的頻率，從而確定該誤差校正因子的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，還包括用于檢測(cè)該GPS振蕩器的溫度的裝置；用于確定與檢測(cè)到的GPS振蕩器的溫度關(guān)聯(lián)的GPS誤差校正因子的裝置；和用于根據(jù)所確定的GPS誤差校正因子校正該GPS時(shí)間信號(hào)的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，還包括用于感測(cè)該GPS振蕩器的頻率的裝置；和用于建立GPS振蕩器數(shù)據(jù)表格的裝置，該GPS振蕩器數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于在多個(gè)檢測(cè)溫度的每一個(gè)下GPS振蕩器的感測(cè)頻率；和用于基于該GPS振蕩器數(shù)據(jù)確定與溫度校正因子相對(duì)的頻率，從而確定該GPS誤差校正因子的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，還包括用于在該預(yù)定時(shí)期的末尾，產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)的裝置；用于激活該GPS接收機(jī)單元的所選組件，從而更新該GPS振蕩器信號(hào)的裝置；和用于在更新該GPS時(shí)間信號(hào)之后，減活該所選組件的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，還包括用于根據(jù)檢測(cè)到的溫度改變?cè)擃A(yù)定時(shí)期的裝置。
22.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，具有用于保持精確的全球定位系統(tǒng)(GPS)時(shí)間的程序，該程序包括配置為執(zhí)行以下步驟的邏輯當(dāng)激活GPS振蕩器時(shí)，從低功率時(shí)鐘接收與時(shí)間對(duì)應(yīng)的信息；當(dāng)激活該GPS振蕩器時(shí)，從該GPS振蕩器接收GPS時(shí)間；和基于所接收的低功率時(shí)鐘時(shí)間更新該GPS時(shí)間，從而精確估計(jì)至少一個(gè)GPS衛(wèi)星的位置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，還包括配置為執(zhí)行以下步驟的邏輯確定與檢測(cè)到的該低功率時(shí)鐘的溫度關(guān)聯(lián)的誤差校正因子；根據(jù)所確定的誤差校正因子校正該低功率時(shí)鐘時(shí)間；檢測(cè)該GPS振蕩器的溫度；確定與檢測(cè)到的GPS振蕩器的溫度關(guān)聯(lián)的GPS誤差校正因子；和根據(jù)所確定的GPS誤差校正因子校正該GPS時(shí)間。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，還包括配置為執(zhí)行以下步驟的邏輯接收與該低功率時(shí)鐘中駐留的振蕩器頻率對(duì)應(yīng)的頻率數(shù)據(jù)；建立振蕩器數(shù)據(jù)表格，該振蕩器數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于在與該低功率時(shí)鐘關(guān)聯(lián)的多個(gè)溫度的每一個(gè)下所接收的頻率數(shù)據(jù)；基于該振蕩器數(shù)據(jù)表格確定與溫度校正因子相對(duì)的頻率，從而確定該誤差校正因子；接收與該GPS振蕩器中駐留的GPS振蕩器頻率對(duì)應(yīng)的頻率數(shù)據(jù)；建立GPS振蕩器數(shù)據(jù)表格，該GPS振蕩器數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于在多個(gè)檢測(cè)到的GPS振蕩器溫度的每一個(gè)下所接收的GPS振蕩器的頻率數(shù)據(jù)；和基于該GPS振蕩器數(shù)據(jù)確定與溫度校正因子相對(duì)的頻率，從而確定該GPS誤差校正因子。
全文摘要
在全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)(100)不主動(dòng)計(jì)算該GPS接收機(jī)位置的時(shí)期，通過關(guān)斷所選組件而在該GPS接收機(jī)(100)中節(jié)約電力。當(dāng)減活所選組件時(shí)，低功率時(shí)間保持電路(200)精確保持GPS時(shí)間。當(dāng)響應(yīng)于覺醒命令而打開所選組件時(shí)，使用從該低功率時(shí)間保持電路(200)提供的對(duì)實(shí)際工作溫度校正的時(shí)間、和來自該GPS時(shí)鐘溫度/頻率表格(224)的數(shù)據(jù)，來重新校準(zhǔn)來自GPS振蕩器(204)的時(shí)間。然后估計(jì)該GPS衛(wèi)星的位置，從而根據(jù)所接收的衛(wèi)星信號(hào)快速確定該GPS時(shí)間。一旦從該檢測(cè)的衛(wèi)星信號(hào)確定了實(shí)際GPS時(shí)間，則減活所選組件。重復(fù)上述處理，從而由該低功率時(shí)間保持電路(200)保持精確GPS時(shí)間。
文檔編號(hào)G04G19/12GK1610836SQ02824675
公開日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2002年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月30日
發(fā)明者史蒂文·A·格朗邁耶 申請(qǐng)人:SiRF技術(shù)公司