DE69025896T2

DE69025896T2 - Signalfolgesystem für GPS-Satelliten ind GPS-Empfängern

Info

Publication number: DE69025896T2
Application number: DE69025896T
Authority: DE
Inventors: Masaya Adachi; Hitoshi Ando; Shozaburo Sakaguchi; Junichi Shibata; Hayato Yoshida
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1990-12-11
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2010-12-12
Also published as: DE69025896D1; EP0436854B1; US5177490A; EP0436854A3; EP0436854A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Satelliten-Signalfolgesystem für Global-Positioning-System(GPS)-Empfänger (nachfolgend auch Empfänger für das globale Positioniersystem genannt).

2. Beschreibung des Standes der Technik

Positioniersysteme, die sich aktuell in Betrieb befinden und künstliche Satelliten verwenden, umfassen das sogenannte globale Positioniersystem (GPS).
Dieses Positioniersystem, das, wie der Name sagt, die gesamte Oberfläche des Erdballs durch insgesamt 24 geodätische Satelliten abdeckt, sobald alle diese Satelliten in sechs Umlaufbahnen bzw. Orbits um die Erde bei einer Höhe von ungefähr 20.200 km gebracht worden sind, wobei vier geodätische Satelliten jeder Umlaufbahn zugeorndet sind. Jeder geodätische Satellit sendet ein GPS-Signal, das Navigationsdaten zum Positionieren auf der Erde in einem Spread-Spectrum-System enthält. Das Positionieren wird unter Verwendung eines GPS-Empfängers durchgeführt, der auf dem Boden, auf dem Meer oder in der Luft angeordnet ist, indem GPS-Signale von einer Mehrzahl geodätischer Satelliten empfangen wird, beispielsweise durch Empfangen von GPS-Signalen von drei geodätischen Satelliten für ein zweidimensionales Positionieren, und derjenigen von vier geodätischen Satelliten zum dreidimensionalen Positionieren. Auf diese Weise kann auf der Grundlage der in dem GPS-Signal von jedem geodätischen Satelliten enthaltene Navigationsdaten eine Positionsinformation über den Empfangspunkt, wie beispielsweise die Breite, Länge und Höhe zum Zeitpunkt des Empfangs auf Echtzeitbasis bestimmt werden.
Dieses GPS-System wurde ursprünglich zur Verwendung für das Militär der USA entwickelt; ein Teil des GPS-Signals (C/A-Code) ist jedoch für die zivile Nutzung zugänglich gemacht worden. Deshalb ist es unter Ausnutzung des GPS-Signals möglich, Navigationssysteme für Motorfahrzeuge, Schiffe, Luftfahrzeuge und dergleichen aufzubauen. Ein GPS-Empfänger, der für eine fahrzeugfeste Navigationsanlage verwendet wird, startet einen Suchvorgang zur Wiedererfassung des GPS-Satelliten, wenn der Empfang des GPS-Satelliten durch ein Gebäude oder dergleichen abgeschirmt wird, und der Empfang der GPS-Signale für mehr als eine festgelegte Zeitperiode (beispielsweise 1 Minute) unterbrochen wurde, gemäß den im Flußdiagramm von Fig. 1 gezeigten Betriebsschritten.
Die GPS-Satelliten senden GPS-Signale auf der Frequenz von 1.575,42 MHz; da sie nicht geostationär sind, kann sich die Empfangsfrequenz aufgrund des Doppler-Effekts jedoch verschieben. Die Doppler-Frequenzverschiebung, die durch die umlaufenden GPS-Satelliten verursacht wird, beträgt am Boden ungefähr ± 5 KHz.
Der Doppler-Effekt kann auch durch eine Bewegung des GPS- Empfängers selbst oder im Falle eines fahrzeugfesten GPS- Empfängers durch die Bewegung des Fahrzeugs verursacht werden. Die Doppler-Frequenzverschiebung nimmt das Maximum von ± 600 Hz ein, wenn sich das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 60 m/s bewegt. Ferner kann eine Frequenzverschiebung von ungefähr ± 3 kHz an einem Oszillator des GPS-Empfängers auftreten. Durch Hinzuaddieren dieser Frequenzverschiebungen beläuft sich die maximale Frequenzverschiebung auf 5.000 ± 600 ± 3.000 = ± 8.600 Hz. Das bedeutet, daß die Satellitensignal-Empfangsfrequenz sich maximal ± 8.600 Hz aus der Mittenfrequenz von 1.575,42 MHz verschieben kann.
Deshalb sind Anstrengungen unternommen worden, den verlorenen GPS-Satelliten durch Abdecken des maximalen Verschiebungsbereichs von ± 8.600 Hz wiederzuerfassen. Es ist erforderlich, daß der GPS-Empfänger nach dem Satellitensignal durch weites Durchstimmen der Suchfrequenz innerhalb des maximalen Frequenzverschiebungsbereichs von ± 8.600 Hz mit der Frequenz von 1.575,42 MHz in der Mitte sucht.
Üblicherweise verwendet der GPS-Empfänger einen Kreis mit phasenverriegelter Schleife (Phase-Locked Loop bzw. PLL) in seiner Empfangsschaltung, um die Empfangsfrequenz des GPS-Empfängers genau mit der Sendefrequenz des GPS-Satelliten zu synchronisieren. Dabei tritt kein Problem auf, wenn ein Einfangbereich des PLL-Schaltkreises weit genug eingestellt wird, um den maximalen Frequenzverschiebungsbereich von ± 8.600 Hz abzudecken. In der Praxis muß aufgrund struktureller Begrenzungen der Schaltungsauslegung der Einfangbereich des PLL-Kreises auf einen schmalen Bereich von ± 150 Hz = 300 Hz begrenzt werden.
Um die Satellitensignale durch Abdecken des maximalen Frequenzverschiebungsbereichs von ± 8.600 Hz in der Empfangsfrequenz zu erfassen bzw. einzufangen, muß der GPS-Empfänger die Suchfrequenz des PLL-Kreises in eine Vielzahl von Schritten unterteilen und die Suche durch Umschalten der Schritte durchführen, wie in Fig. 2 gezeigt. Es wird beispielsweise angenommen, daß ein PLL-Einfangbereich ± 150 Hz = 300 Hz beträgt, und daß die Anzahl der bei der Suche durchzuführenden Schritte 8.600/300 = 28,66 = 28 ist. Das heißt, die Suchfrequenz sollte mit immerhin 28 Schritten für eine Seite der Sendefrequenz des GPS-Satelliten umgeschaltet werden, wobei eine Gesamtheit von 56 Schritten erforderlich ist, um den gesamten Suchbereich für die oberen und unteren Seiten abzudecken.
Da das Satellitensignal gemäß dem Spread-Spectrum-System gesendet wird, wie vorstehend erwähnt, muß das empfangene Signal zunächst entfaltet (despread) werden, um zu identifizieren, ob das empfangene Signal das von dem Ziel-GPS-Satelliten gesendete Signal ist oder nicht. Diese Identifikation erfordert etwa 1 Sekunde, und demnach erfordern 56 Schritte des Suchvorgangs zumindest 56 Sekunden, und die wesentliche Positionsbestimmung kann innerhalb dieser Zeitperiode nicht durchgeführt werden.
Ferner muß der GPS-Empfänger zumindest drei, vorzugsweise vier GPS-Satelliten zur Positionierung erfassen und ihnen folgen. Die am meisten bevorzugte Konfiguration des GPS-Empfängers besteht darin, für jeden GPS-Satelliten einen Empfangskanal zur Verfügung zu stellen. Bei einem handelsüblichen Instrument, wie beispielsweise einer fahrzeugfesten Navigationsanlage, die vorstehend erläutert ist, ist es jedoch üblich, zur Erfüllung der Erfordernisse an die Positionierungsgenauigkeit, geringe Herstellungskosten, Miniaturisierung und dergleichen einen einzigen Empfangskanal zur Verfügung zu stellen, wodurch der einzige Empfangskanal durch Zeitteilung multiplext bzw. bezüglich der Übertragungskanäle vielfach ausgenutzt wird, um den GPS- Empfänger in die Lage zu versetzen, Satellitensignal von drei oder vier Satelliten nacheinander zu empfangen. Im Fall der Wiedererfassung von beispielsweise N-Satelliten für den Folgevorgang unter Verwendung eines GPS-Empfängers vom sequentiellen Empfangs-Typ, sind zumindest 56 x N Sekunden erforderlich, um eine Runde des Wiedererfassungsvorgangs durchzuführen, wie in Fig. 2 gezeigt.
Wenn das Signal von dem GPS-Satelliten beispielsweise durch ein Gebäude oder dergleichen unterbrochen wird, oder dadurch, daß das Fahrzeug an einem Stopsignal angehalten wurde, wobei die PLL-Suchfrequenz direkt auf der Empfangsfrequenz des GPS-Satelliten verriegelt war, kann es weitere 56 x N Sekunden dauern, bis die PLL-Suchfrequenz auf der Empfangsfrequenz des GPS-Satelliten das nächste Mal verriegelt wird. Der GPS-Empfänger nach dem Stand der Technik ist also insofern von Nachteil, als eine beträchtliche Zeit zur Wiedererfassung eines GPS-Satelliten erforderlich ist, was zu einer übermäßigen Verzögerung führt, bevor die Positionierung wiedergestartet wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, das beim System nach dem Stand der Technik angetroffene Problem zu überwinden, und ein Satelliten-Signalfolgesystem zur Verwendung in einem GPS-Empfänger zu schaffen, das diesen in die Lage versetzt, einen GPS-Satelliten innerhalb kürzestmöglicher Zeit wiederzuerfassen.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein Satelliten-Signalfolgesystem zur Verwendung in einem GPS- Empfänger zu schaffen, das diesen in die Lage versetzt, eine Breitbandsuche wiederholt durchzuführen, indem die Empfangsfrequenzen des GPS-Satelliten zumindest ab der zweiten Suche vorhergesagt werden, woraufhin der Empfänger in die Lage versetzt wird, den GPS-Satelliten in kürzestmöglicher Zeit wiederzuerfassen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einer ersten Ausführungsform, sowie im beiliegenden Anspruch 1 ausgeführt, umfaßt das Satelliten-Signalfolgeverfahren für einen GPS-Empfänger den Schritt: Durchführen, in einem GPS- Empfänger, der dazu ausgelegt ist, das Wiedererfassen eines GPS-Satelliten zu starten, wenn der Empfang des Satellitensignals für eine vorbestimmte Zeitperiode unterbrochen wurde, einer Suche nach Satellitensignalen zum Erweitern des PLL-Suchfrequenzbands, wenn die Suche wiederholt wird, um den GPS-Satelliten mit der Empfangsfrequenz des verlorengegangenen Satellitensignals in der Mitte für die PLL-Suchfrequenz wiederzuerfassen.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform, und wie im beiliegenden Anspruch 4 ausgeführt, umfaßt das Satelliten-Signalfolgeverfahren für einen GPS-Empfänger, der dazu ausgelegt ist, das Wiedererfassen eines GPS-Satelliten zu starten, wenn der Empfang des Satellitensignals für eine vorbestimmte Zeitperiode unterbrochen wurde, den Schritt: Durchführen einer Schmalbandsuche nach Satellitensignalen durch Verschieben der Mittenfrequenz für das PLL-Suchfrequenzband entlang einer Doppler-Verschiebungskurve der Satellitensignal-Empfangsfrequenz, um den GPS- Satelliten mit der Empfangsfrequenz des verlorengegangenen Satellitensignals zum Startpunkt für die Verschiebung wiederzuerfassen.
Gemäß einer dritten Ausführungsform, sowie im Anspruch 6 festgelegt, umfaßt das Satelliten-Signalfolgeverfahren für einen GPS-Empfänger, der dazu ausgelegt ist, eine Breitbandsuche nach Satellitensignalen durch Variieren einer PLL- Suchfrequenz über die gesamte Breite des maximalen Verschiebungsbereichs der Satellitensignal-Empfangsfrequenz zu starten, wenn der Empfang des Satellitensignals für eine vorbestimmte Zeitperiode unterbrochen ist, die Schritte: zuerst Durchführen einer Schmalbandsuche nach Satellitensignalen für eine voreingestellte Zeitperiode, die durch Dividieren eines Einfangsbereichs des PLL-Kreises durch die Doppler-Verschiebungsrate der Empfangsfrequenz erhalten wird, welche durch den GPS-Satelliten verursacht ist, indem die Suchfrequenz innerhalb des Bereichs der Frequenzverschiebung auf der Grundlage der Doppler-Verschiebungsrate und der Doppler-Frequenzverschiebung variiert wird, die durch eine Bewegungsgeschwindigkeit des GPS- Empfängers mit der verlorengegangenen Empfangsfrequenz in der Mitte verursacht ist, und zweitens einer Breitbandsuche nach Satellitensignalen, nachdem die vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, ohne daß ein Satellitensignal wiedererfaßt wird, durch Auffinden einer geschätzten Satellitensignal-Empfangsfrequenz durch erneutes Berechnen der Dopplerfrequenz des GPS-Satelliten zu der Zeit, wenn die voreingestellte Zeitperiode abgelaufen ist, auf der Grundlage einer Orbital-Information (Almanac- Daten), die in dem GPS-Empfänger gespeichert ist, und durch Umschalten der Suchbetriebsart, wenn die geschätzte Satellitensignal-Empfangsfrequenz sich in der Mitte befindet.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform sowie im beiliegenden Anspruch 9 ausgeführt, umfaßt ein Satelliten-Signalfolgeverfahren für einen GPS-Empfänger, der dazu ausgelegt ist, eine Breitbandsuche wiederholt durch Variieren einer PLL-Suchfrequenz durchzuführen, um einen Bereich der maximalen Frequenzverschiebung der Satellitensignal-Empfangsfrequenz abzudecken, wenn der Empfang des Satellitensignals für eine vorbestimmte Zeitperiode unterbrochen ist, den Schritt: Durchführen einer Breitbandsuche für die zweite Zeit, und daraufhin Schätzen einer Satellitensignal-Empfangsfrequenz zum Starten mit der Breitbandsuche basierend auf der Wiederberechnung der Dopplerfrequenz des GPS-Satelliten zu Beginn jeder Suche, und derjenigen einer Offset-Frequenz eines eingebauten Taktgebers des GPS-Empfängers mit der geschätzten Satellitensignal- Empfangsfrequenz in der Mitte über eine voreingestellte Zeitperiode.
Beispielsweise bei einem fahrzeugfesten GPS-Empfänger beträgt der maximale Verschiebungsbereich der Satellitensignal- Empfangsfrequenz etwa ± 8.600 Hz und die Rate der Dopplerverschiebung der Empfangsfrequenz zu der Zeit ungefähr 40 Hz/Min im Maximum.
Deshalb kann die Satellitensignal-Empfangsfrequenz, die unterbrochen wurde, nachdem das Fahrzeug in einen Tunnel oder dergleichen eingefahren ist, zum Ablauf der Zeit variieren, um von der Empfangsfrequenz beim Ablauf der Zeit gemäß der vorstehend genannten Doppler-Verschiebungsrate allmählich abzuweichen.
Aus diesem Grund besteht im Falle der Wiedererfassung des GPS- Satelliten eine größere Wahrscheinlichkeit, daß ein GPS-Empfänger Satellitensignale wiedererfaßt durch Durchführen einer Suche, wie beispielsweise der allmählichen Vergrößerung eines Suchfrequenzbands unter Wiederholung der Suche oder durch Durchführen einer Schmalbandsuche, wie beispielsweise Beibehalten des Suchbereichs innerhalb eines schmalen Bandes während die Mittenfrequenz der Suchfrequenz entlang der Doppler-Verschiebungskurve der Empfangsfrequenz verschoben wird, als durch Durchführen einer Suche, wie beispielsweise beim GPS-Empfänger gemäß dem Stand der Technik, der in Fig. 2 gezeigt ist, wie beispielsweise weites Durchstimmen der Suchfrequenz ab dem Beginn bis zum Ausmaß des maximalen Verschiebungsbereichs ± 8.600 Hz der Satellitensignal-Empfangsfrequenz. Demnach wird bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung deshalb, weil der Suchbereich des PLL-Kreises zum Suchen des Satellitensignals zu einem breiten Band hin allmählich erhöht wird, die Wahrscheinlichkeit, den GPS-Satelliten zu finden, erhöht, und die Zeit, die zum Wiedererfassen des GPS-Satelliten erforderlich ist, wird deutlich vermindert.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird die Mittenfrequenz der PLL-Suchfrequenz entlang der Doppler-Verschiebungskurve der Satellitensignal-Empfangsfrequenz variiert, so daß die Wahrscheinlichkeit, den GPS-Satelliten zu finden, ebenfalls erhöht ist, wobei die Zeit, die zur Wiedererfassung des GPS-Satelliten erforderlich ist, vermindert ist.
Da die Doppler-Frequenzverschiebung, die durch die Bewegung des GPS-Satelliten verursacht wird, maximal ± 5 KHz beträgt, und die Doppler-Verschiebungsrate maximal um 40 Hz/Min beträgt, wenn der Einfangbereich des PLL-Kreises beispielsweise als 300 Hz = ± 150 Hz angenommen wird, werden 150/40 = 3 Minuten und 45 Sekunden in etwa benötigt, damit die Satellitensignal- Empfangsfrequenz von dem Einfangbereich durch die Dopplerverschiebung abweicht.
Mit anderen Worten, bleibt die durch den GPS-Satelliten verursachte Doppler-Frequenzverschiebung, bis die Zeit von 3 Minuten und 45 Sekunden abläuft, im Anfangsbereich ± 150 Hz des PLL- Kreises erhalten, wobei die verlorengegangene Empfangsfrequenz im Zentrum liegt. Für die Ursache der Verschiebung der Satellitensignal-Empfangsfrequenz sind die Doppler-Frequenzverschiebung, die durch die Bewegung des GPS-Empfängers selbst und die Frequenzverschiebung eines im GPS-Empfängers installierten Oszillators neben der durch die Bewegung des GPS-Satelliten verursachten zu nennen. Derartige Frequenzverschiebungen treten jedoch innerhalb einer langen Zeitperiode sehr langsam auf, weshalb sie in einer kurzen Zeitperiode von mehreren Minuten vernachlässigbar sind.
Deshalb ist es durchaus möglich, daß der maximale Verschiebungsbereich der Satellitensignal-Empfangsfrequenz innerhalb der Periode von 3 Minuten und 45 Sekunden innerhalb einem Bereich von ± 750 bleibt, wobei es sich um die Summe des Einfangbereichs ± 150 Hz des PLL-Kreises und die Doppler-verschiebung ± 600 Hz handelt, welche durch die Bewegung des GPS-Empfängers verursacht ist.
Die vorliegende Erfindung basiert auf diesem Konzept und ist dazu ausgelegt, dann, wenn ein Satellitensignal unlesbar wird, als erstes eine Schmalbandsuche nach dem Satellitensignal für eine voreingestellte Zeitperiode durchzuführen, die durch Teilen des Einfangsbereichs des PLL-Kreises durch die Doppler- Verschiebungsrate der Satellitensignal-Empfangsfrequenz durch Variieren der Suchfrequenz innerhalb des maximalen Frequenzverschiebungsbereichs berechnet wird, der durch den Einfangbereich des PLL-Kreises und eine Bewegungsgeschwindigkeit des GPS-Empfängers mit der verlorengegangenen Empfangsfrequenz in der Mitte geschätzt wird.
Wenn innerhalb der voreingestellten Zeitperiode kein Satellitensignal wiedererfaßt wird, wird eine geschätzte Satellitensignal-Empfangsfrequenz durch erneutes Berechnen der Dopplerfrequenz des GPS-Satelliten zu der Zeit gefunden, wenn die voreingestellte Zeitperiode abgelaufen ist, auf der Grundlage der im GPS-Empfänger gespeicherten Almanac-Daten, und durch Durchführen einer Breitbandsuche nach Satellitensignalen durch Variieren der PLL-Suchfrequenz über die gesamte Breite des maximalen Verschiebungsbereichs der Satellitensignal-Empfangsfrequenz mit der geschätzten Empfangsfrequenz in der Mitte. Infolge des vorstehend Ausgeführten wird die zur Wiedererfassung des Satellitensignals erforderliche Zeit entweder bei der Schmalbandsuche oder der Breitbandsuche verkürzt.
Im Hinblick auf die erstmalige Breitbandsuche zur Erfassung eines GPS-Satelliten durch den GPS-Empfänger wird dann, wenn es sich um eine erstmalige Suche zur Erfassung eines GPS-Satelliten unter der Bedingung handelt, daß kein GPS-Satellit erfaßt wurde, der sogenannten "anfänglichen Erfassung" die Suche mit einer Satellitensignal-Empfangsfrequenz gestartet, die aus den Almanac-Daten berechnet wird, die in dem GPS-Empfänger gespeichert sind, um sie als die Mittenfrequenz zuzuordnen, während dann, wenn es sich um eine erneute Suche zur Wiedererfassung des verlorenen GPS-Satelliten unter der Bedingung handelt, daß der Kontakt mit dem GPS-Satelliten verlorengegangen ist, die sogenannte "Wiedererfassung", die Suche mit der Satellitensignal-Empfangsfrequenz gestartet, die sich in Verwendung befand, als der Kontakt verlorenging, indem diese als die Mittenfrequenz zugewiesen wird.
Wie vorstehend erläutert, kann sich die Frequenz des empfangenen Satellitensignals bis zum maximalen Ausmaß von ± 5 KHz aufgrund der Doppler-Verschiebung verschieben, die durch die Bewegung des GPS-Satelliten verursacht ist, und zusätzlich dazu kann der im GPS-Empfänger eingebaute Taktgeber innerhalb eines maximalen Bereichs von ± 3 KHz oder 10 Schritten (3000/300 = 10) driften, wenn er durch Suchschritte des PLL-Kreises ausgedrückt wird.
Deshalb ist es in beiden Fällen, der anfänglichen Erfassung wie der Wiedererfassung, dann, wenn der gewünschte GPS-Satellit bei der ersten Breitbandsuche nicht erfaßt werden konnte, hochwahrscheinlich, daß die Satellitensignal-Empfangsfrequenz bei der folgenden zweiten Breitbandsuche und danach von der Mittenfrequenz stark abweicht, die bei der ersten Breitbandsuche verwendet wurde. Deshalb ist es bevorzugt, die Breitbandsuche mit der Frequenz durchzuführen, die als am nächsten an der Satellitensignal-Empfangsfrequenz erachtet wird, zum Zeitpunkt des Startens jeder Suche, indem sie als die Mittenfrequenz zugewiesen wird, mit der gestartet wird, anstatt die Suche nicht diskriminierend durchzuführen. Die vorliegende Erfindung beruht demnach auf dem vorstehend erläuterten Konzept, und wenn dabei ein GPS- Satellit durch eine erste Breitbandsuche nicht erfaßt werden konnte, werden die Doppler-Frequenz des GPS-Satelliten und die Offset-Frequenz des eingebauten Taktgebers des GPS-Empfängers wiederberechnet, bevor die Breitbandsuche das zweite Mal durchgeführt wird, woraufhin eine Satellitensignal-Empfangsfrequenz zur Zeit des Startens der nachfolgenden Breitbandsuche auf der Grundlage der Doppler-Frequenz und der Offset-Frequenz geschätzt wird, woraufhin das Satellitensignal durch Durchstimmen der PLL-Suchfrequenz gesucht wird, um ein Breitband mit der geschätzten Satellitensignal-Empfangsfrequenz in der Mitte abzudecken.
Bei dieser Konfiguration kann die Breitbandsuche mit der Frequenz durchgeführt werden, die als am nächsten zu der Satellitensignal-Empfangsfrequenz zu der Zeit in der Mitte vorhergesagt wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit zur Erfassung des GPS-Satelliten beträchtlich erhöht wird.
Die Doppler-Frequenz des GPS-Satelliten zur Vorhersage der vorstehend genannten Empfangsfrequenz kann durch Berechnen der Almanac-Daten oder Ephemeris-Daten erhalten werden, die zu diesem Zeitpunkt empfangen werden.
Ferner kann die Offset-Frequenz des eingebauten Taktgebers des GPS-Empfängers im Erkennungsprozeß der aktuellen Position des GPS-Empfängers erhalten werden.
Der GPS-Empfänger kann zum Positionieren zu dem Zeitpunkt gestartet werden, wenn zumindest drei benötigte Satelliten kontaktiert werden, und wenn eine Positionspräzisionsverdünnung (PDOP; Position Dilution of Precision) geringer als ein festgelegter Wert ist. Normalerweise wird das Satellitensignal von einem zusätzlichen GPS-Satelliten im GPS-Empfänger gleichzeitig in sequentieller Weise zusammen mit demjenigen der zur Positionierung benötigten GPS-Satelliten empfangen, um einen der GPS-Satelliten im Notfall als Reserve zu haben, und wenn eines der Satellitensignale von den GPS-Satelliten, die zur Positionierung verwendet werden, unlesbar wird, kann der GPS-Empfänger den Empfang zum Satellitensignal von dem Ersatz- GPS-Satelliten umschalten, um das Positionieren fortzusetzen. Selbst wenn ein Satellitensignal unlesbar wird, kann der GPS- Empfänger deshalb die Offset-Frequenz des eingebauten Taktgebers durch Berechnung finden, solange die Zahl der erfaßten Satelliten nicht kleiner als drei wird, was für die Positionierung erforderlich ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Flußdiagramm, das die Betriebsschritte zeigt, die in einem herkömmlichen Verfahren durchgeführt werden,
Fig. 2 ist ein Diagramm, das ein herkömmliches Verfahren zum Umschalten einer Suchfrequenz zeigt,
Fig. 3 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum Umschalten einer Suchfrequenz zeigt, das die vorliegende Erfindung verkörpert,
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das die Betriebsschritte zeigt, wie sie in der Ausführungsform von Fig. 3 durchgeführt werden,
Fig. 5 ist ein Diagramm, das ein weiteres Verfahren zum Umschalten einer Suchfrequenz zeigt, das die vorliegende Erfindung verkörpert,
Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, das die Betriebsschritte zeigt, wie sie in der Ausführungsform von Fig. 5 durchgeführt werden,
Fig. 7 ist ein Diagramm, das eine Doppler-Verschiebungskurve einer Satelliten-Signalempfangsfrequenz zeigt,
Fig. 8 ist ein Diagramm, das noch ein weiteres Verfahren zum Umschalten einer Suchfrequenz zeigt, das die vorliegende Erfindung verkörpert,
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das die Betriebsschritte zeigt, wie sie in der Ausführungsform von Fig. 8 durchgeführt werden,
Fig. 10 ist ein Diagramm, das noch ein weiteres Verfahren zum Umschalten einer Suchfrequenz zeigt, das die vorliegende Erfindung verkörpert, und
Fig. 11 ist ein Flußdiagramm, das die Betriebsschritte zeigt, wie sie in der Ausführungsform von Fig. 10 durchgeführt werden.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung werden nunmehr in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum Umschalten einer Suchfrequenz zeigt, das die vorliegende Erfindung verkörpert, und Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das die Betriebsschritte zeigt, welche durch die Ausführungsform von Fig. 3 durchgeführt werden sollen. Es wird angenommen, daß ein GPS-Empfänger sich im Zustand zum Empfangen eines Satellitensignals auf einer Empfangsfrequenz fr befindet.
Wenn ein den GPS-Empfänger tragendes Fahrzeug hinter einem Fahrzeug verschwindet, während er ein Satellitensignal von einem gewünschten GPS-Satelliten auf der Empfangsfrequenz fr empfängt, und das Satellitensignal für eine vorbestimmte Zeitperiode unlesbar wird (Schritt [1] von Fig. 4), beispielsweise für 1 Minute (Schritt [2]), startet der GPS-Empfänger den Betrieb zum Wiederauffangen bzw. Wiedererfassen des GPS- Satelliten zum Zeitpunkt T1, wenn 1 Minute abgelaufen ist, nachdem der Kontakt verloren wurde.
Dasheißt, wenn angenommen wird, daß ein PLL-Einfangbereich des GPS-Empfängers ± 150 Hz = 300 Hz und der Maximalverschiebungsbereich der Satellitensignal-Empfangsfrequenz ± 8.600 Hz beträgt, ist es für den GPS-Empfänger notwendig, 1 28 Schritte oder 56 Schritte als Summe der oberen und unteren Seiten durchzuführen, um die Suchfrequenzen umzuschalten, um die gesamte Bandbreite des maximalen Frequenzverschiebungsbereichs von ± 8.600 Hz der Satellitensignal-Empfangsfrequenz abzusuchen.
Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jedoch zunächst eine Anzahl von Suchschritten "n" für einen voreingestellten Anfangswert auf beispielsweise n = ± 2 Schritte (Schritt [3]) eingestellt, und daraufhin wird, wie in Fig. 3 gezeigt, die Suche nach dem Satellitensignal für eine vorbestimmte Anzahl von Malen k, beispielsweise k = 2 Mal (Schritt [4]) wiederholt, während die PLL-Suchfrequenzen umgeschaltet werden, um den Bereich von n = ± 2 Schritten mit der Empfangsfrequenz fr zur Zeit der Unterbrechung im Zentrum abzudecken.
Wenn es dem GPS-Empfänger mißlingt, das Satellitensignal während dieser ersten Suche zu empfangen, wird festgelegt, daß innerhalb des Bereichs von ± 2 Schritten keine Satellitensignal-Empfangsfrequenz vorhanden ist, und die Anzahl der Suchschritte "n" wird um eine vorbestimmte Anzahl von Vergrößerungsschritten S, beispielsweise S 0 ± 2 Schritte erhöht, und dadurch auf n = 4 Schritte (Schritt [5]) geändert.
Nach der Entscheidung, ob die Anzahl an Suchschritten "n" eine voreingestellte Grenzanzahl (Schritt [6]) übertrifft, wird der Suchvorgang zum zweiten Suchvorgang überführt (Schritte [3]), und dadurch wird die Suche k = 2 Mal wiederholt (Schritt [4]), während die PLL-Suchfrequenzen umgeschaltet werden, um den Bereich von n = ± 4 Schritten abzudecken.
Wie vorstehend erläutert, wird die Anzahl an Suchschritten um eine vorbestimmte Anzahl an Vergrößerungsschritten S erhöht, sobald es dem GPS-Empfänger mißlingt, einen GPS-Satelliten wiederzuerfassen, bis die Anzahl an Schritten eine voreingestellte Grenzanzahl an Schritten durch Wiederholen der Suche nach dem Satellitensignal erreicht (Schritt [6]).
Da die Satellitensignal-Empfangsfrequenz ihren Wert mit einer speziellen Doppler-Verschiebungsrate allmählich ändert, wie vorstehend erläutert, ist die Wahrscheinlichkeit dafür, daß der GPS-Satellit an irgendeinem Punkt der Zeitmessung bzw. Zeitzählung während der vorstehend erläuterten Suchvorgänge wiedererfaßt wird, sehr hoch.
Deshalb ist es in der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform nicht notwendig, die gesamte Bandbreite des maximalen Frequenz- Verschiebungsbereichs von ± 8.600 Hz mit Suchschritten durch Umschalten der Suchfrequenzen von Beginn an abzusuchen, und es ist möglich, den GPS-Satelliten innerhalb einer kurzen Zeitperiode wiederzuerfassen.
Wenn der GPS-Satellit selbst dann nicht wiedererfaßt wurde, wenn die Suchschritte auf die voreingestellte Grenzanzahl an Schritten (Schritt [6]) erhöht wurde, kann die Suchbetriebsart auf die herkömmliche Breitband-Suchbetriebsart zurückgeführt werden, nachdem der Zeitpunkt T2 von Fig. 3 durchlaufen wurde (Schritt [7]), wobei der Suchbetrieb durch Umschalten der Suchfrequenzen mit ± 28 Schritten, insgesamt 56 Schritten auf sowohl den oberen wie unteren Seiten umgeschaltet wurde, um die gesamte Bandbreite des maximalen Frequenz-Verschiebungsbereichs ± 8.600 Hz der Satellitensignal-Empfangsfrequenz abzudecken.
Nunmehr wird auf die Fig. 5 und 6 Bezug genommen, wobei Fig. 5 ein Diagramm ist, das ein weiteres Verfahren zum Umschalten einer Suchfrequenz zeigt, das die vorliegende Erfindung verkörpert, und Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, das die Betriebsschritte zeigt, wie sie in der Ausführungsform von Fig. 5 durchgeführt werden.
Wie vorstehend erläutert, variiert die Satellitensignal- Empfangsfrequenz fr beim Zeitablauf, wie beispielsweise in Fig. 7 gezeigt, gemäß einer speziellen Rate der Doppler-Verschiebung. In der Ausführungsform von Fig. 5 wird eine Schmalbandsuche nach dem Satellitensignal durch Variieren der Mittenfrequenz der PLL-Suchfrequenz entlang der Doppler-Verschiebungskurve L von Fig. 7 durchgeführt.
Es wird nunmehr angenommen, daß das Fahrzeug, während es ein Satellitensignal von einem speziellen GPS-Satelliten mit einer Empfangsfrequenz fr empfängt, beispielsweise in einen Schatten eines Gebäudes eintritt, wodurch der Empfang des Satellitensignals unterbrochen wird (Schritt [11] von Fig. 6), und der Zustand dieser Unterbrechung eine vorbestimmte Zeitperiode andauert, beispielsweise 1 Minute (Schritt [12]), und der GPS- Einpfänger den Suchvorgang zum Wiedererfassen des GPS-Satelliten gemäß der vorliegenden Erfindung zum Zeitpunkt T1 startet, bei welchem die 1 Minute abgelaufen ist.
Bei dem Suchvorgang wird die Doppler-Verschiebungsfrequenz zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Suche gestartet wurde, zunächst berechnet (Schritt [13]).
Bei dem ersten Suchvorgang wird die Satellitensignal- Empfangsfrequenz fr zu dem Zeitpunkt, zu dem der Satellitensignal-Empfang unlesbar wurde, als die Doppler-Verschiebungsfrequenz zugewiesen, und wie in Fig. 5 gezeigt, wird der Suchvorgang nach dem Satellitensignal für die vorbestimmte Anzahl von k-Malen, beispielsweise k = 2 Mal wiederholt, indem die PLL-Suchfrequenzen über den Bereich der voreingestellten Schritte, beispielsweise ± 3 Schritte, durchgestimmt werden, wobei die zugewiesene Doppler-Verschiebungsfrequenz fr in der Mitte liegt (Schritte [14] und [15]).
Wenn der GPS-Satellit während des ersten Suchvorgangs nicht wiedererfaßt wurde, kehrt das Programm zum Schritt [13] zurück, wodurch die Doppler-Verschiebungsfrequenz fr2 für den zweiten Suchvorgang entlang der Doppler-Verschiebungskurve L berechnet wird. Dadurch wird der zweite Suchvorgang nach dem Satellitensignal zweimal wiederholt, indem die PLL-Suchfrequenzen über den Bereich von ± 3 Schritten durchgestimmt werden, wobei die berechnete Doppler-Verschiebungsfrequenz fr2 in der Mitte liegt (Schritte [14] und [15]).
Immer dann, wenn die Wiedererfassung des GPS-Satelliten mißlingt, werden neue Doppler-Verschiebungsfrequenzen fr3, fr4, fr5, fr6, fr7 . .., die entlang der Doppler-Verschiebungskurve L von Fig. 7 variieren, nacheinander berechnet, und die Suche nach dem Satellitensignal wird wiederholt durchgeführt, indem die PLL-Suchfrequenzen über den Bereich von ± 3 Schritten durchgestimmt werden, wobei jede der vorstehend berechneten Doppler-Verschiebungsfrequenzen jeweils in der Mitte liegt.
Da die Satellitensignal-Empfangsfrequenz ihren Wert mit der speziellen Doppler-Verschiebungsrate allmählich ändert, wie vorstehend erläutert, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, den GPS-Satelliten an irgendeinem Punkt der Zeitzählung während der vorstehend erläuterten Suchvorgänge wiederzuerfassen. Deshalb ist es bei der Ausführungsform von Fig. 5 nicht notwendig, die Suchfrequenzen durch die Umschaltschritte über das gesamte Band des maximalen Verschiebungsbereichs von ± 8.600 Hz durchzustimmen, und deshalb ist es möglich, den GPS-Satelliten in kurzer Zeit wiederzuerfassen, während die Suche innerhalb eines schmalen Bands beibehalten wird.
Aus der vorstehend erläuterten Ausführungsform dieser Erfindung wird deutlich, daß der GPS-Empfänger, nachdem ein Fahrzeug durch einen Ort fährt, wo der Empfang des Satellitensignais unterbrochen wurde, wie beispielsweise in einem Tunnel, in der Lage ist, den GPS-Satelliten in kurzer Zeit wiederzuerfassen, um die Funktion zur Durchführung der Positionierung wiederaufzunehmen, bei der es sich um die primäre Funktion des GPS-Empfängers handelt. Unter Bezug auf die Fig. 8 und 9 zeigt Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der Erfindung und Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das die Betriebsschritte dafür zeigt. Es wird angenommen, daß der GPS-Empfänger nunmehr ein Satellitensignal auf einer Satellitensignal-Empfangsfrequenz fr in Fig. 8 empf ingt.
Erneut wird angenommen, daß das Fahrzeug, während es ein Satellitensignal von einem speziellen GPS-Satelliten auf der Empfangsfrequenz fr empfängt, beispielsweise in einen Schatten eines Gebäudes eintritt, wodurch der Empfang des Satellitensignals unterbrochen wird (Schritt [1] von Fig. 9), und der Unterbrechungszustand dauert eine vorbestimmte Zeitperiode, beispielsweise 1 Minute (Schritt [2]), wobei der GPS-Empfänger den Vorgang zum Wiedererfassen des GPS-Satelliten gemäß einer Schmalbandsuche, bei der es sich um ein Merkmal dieser Erfindung handelt, zu einem Zeitpunkt T1 startet, bei dem die 1 Minute seit der Unterbrechung abgelaufen ist.
Wenn der PLL-Einfangbereich des GPS-Empfängers ± 150 Hz = 300 Hz und die Rate der Dopplerverschiebung der Satelliten- Empfangsfrequenz 40 Hz/Min beträgt, wird die Mitte der PLL- Suchfrequenz in zwei Schritten von ± 300 Hz und ± 600 Hz umgeschaltet, indem die Empfangsfrequenz fr, bei welcher die Unterbrechung des Empfangs aufgetreten ist, für eine Periode von 2 Minuten und 45 Sekunden von der Zeit T1 bis zur Zeit T2 eingemittet wird, wodurch die Suche nach dem Satellitensignal innerhalb des Bereichs von ± 700 Hz um die eingemittete Empfangsfrequenz fr herum durchgeführt wird. Da der Suchbereich schmal ist, ist es möglich, den GPS-Satelliten innerhalb einer kürzestmöglichen Zeit wiederzuerfassen.
Wenn der GPS-Satellit erfolgreich wiedererfaßt wurde, bevor 3 Minuten und 45 Sekunden abgelaufen sind, ist es nicht notwendig; daraufhin eine Breitbandsuche durchzuführen, wodurch der Vorgang zum Wiedererfassen des GPS-Satelliten beendet ist (JA im Schritt [4]).
Wenn der GPS-Satellit andererseits innerhalb der Periode von 3 Minuten und 45 Sekunden nicht wiedererfaßt werden konnte, schreitet das Programm zum Schritt [5] fort (NEIN im Schritt [4]), d.h., die Doppler-Frequenz des GPS-Satelliten zu der Zeit, wenn die vorstehend genannte Periode abgelaufen ist, wird unter Verwendung der Orbital-Information des GPS-Satelliten wiederberechnet, die im GPS-Empfänger gespeichert ist. Auf der Grundlage dieser Wiederberechnung wird eine geschätzte Satellitensignal-Empfangsfrequenz frr erhalten, nachdem die 3 Minuten und 45 Sekunden abgelaufen sind (Schritt [5]). Der GPS- Empfänger wird daraufhin von dem Schmalband-Suchbetrieb in den Breitband-Suchbetrieb umgeschaltet, nachdem 3 Minuten und 45 Sekunden abgelaufen sind, und daraufhin wird die Breitbandsuche nach dem Satellitensignal durch Umschalten der PLL-Suchfrequenz sequentiell über die gesamte Breite des maximalen Verschiebungsbereichs von ± 8.600 Hz unter Einmittung der geschätzten Satellitensignal-Empfangsfrequenz frr durchgeführt (Schritt [6]). Nachdem die 3 Minuten und 45 Sekunden abgelaufen sind, wird die Breitbandsuche durch den GPS-Empfänger mit der vorhergesagten Mittenfrequenz als am nächsten zur Satellitensignal-Empfangsfrequenz zu diesem Zeitpunkt liegend durchgeführt. Deshalb ist es möglich, den GPS-Satelliten in kurzer Zeit wiederzuerfassen.
Gemäß der vorstehend erläuterten weiteren Ausführungsform dieser Erfindung, ist der GPS-Empfänger in der Lage, dann, wenn das zum Empfang anliegende Satellitensignal für mehr als eine vorbestimmte Zeitperiode unlesbar wird, zunächst eine Schmalbandsuche für eine bestimmte Zeitperiode und als zweites eine Breitbandsuche durchzuführen. Dadurch kann der GPS-Satellit entweder durch eine Schmalbandsuche oder durch eine Breitbandsuche in kurzer Zeit wiedererfaßt werden, und der GPS-Empfänger kann seine primäre Funktion zum Positionieren in einer derartig kurzen Zeitperiode wiederaufnehmen.
In Fig. 10 ist noch eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung in Blockform gezeigt. Fig. 11 ist ein Flußdiagramm, das die Betriebsschritte zeigt, die durch die Ausführungsform von Fig. 10 durchgeführt werden sollen. Es wird nunmehr angenommen, daß der GPS-Empfänger das Satellitensignal auf der Empfangsfrequenz fr1 in Fig. 10 empfängt.
Wenn das Fahrzeug beispielsweise hinter einem Gebäude oder dergleichen verschwindet, während ein bestimmtes Satellitensignal auf der vorstehend genannten Empfangsfrequenz fr1 empfangen wird, wobei der Empfang des Satellitensignals unterbrochen wird (Schritt [1] in Fig. 11), und wenn der Zustand dieser Unterbrechung eine vorbestimmte Zeitperiode dauert, beispielsweise 1 Minute (Schritt [2]), startet der GPS-Empfänger das erste Mal eine Breitbandsuche (Schritt [3]) und führt einen Vorgang zur Wiedererfassung des GPS-Satelliten für eine vorbestimmte Zeitperiode, beispielsweise 180 Sekunden (Schritt [3]) durch. Während dieser ersten Breitbandsuche wird der Suchvorgang so durchgeführt, daß die Satellitensignal-Empfangsfrequenz fr1, bei welcher die Unterbrechung aufgetreten ist, in der Mitte liegt.
Wenn der gewünschte GPS-Satellit durch die erste Breitbandsuche selbst dann nicht wiedererfaßt wurde, wenn die vorbestimmte Zeitperiode (180 Sekunden) abgelaufen ist (Schritt [4]), wird als nächstes eine zweite Breitbandsuche gestartet.
Vor dem Start der zweiten Breitbandsuche wird die Doppler-Frequenz fd des GPS-Satelliten gemäß der Orbital-Information, wie beispielsweise Almanac-Daten oder Ephemeris-Daten gestartet, die in dem GPS-Empfänger empfangen und gespeichert sind, und außerdem wird eine Offset-Frequenz fo des eingebauten Taktgebers des GPS-Empfängers durch Positionsbestimmung berechnet. Daraufhin wird eine geschätzte Satellitensignal-Empfangsfrequenz durch fr2 = fd + fo zur Startzeit der zweiten Breitbandsuche gefunden (Schritt [5]).
Nach dem Finden der geschätzten Satellitensignal-Empfangsfrequenz fr2 wird die zweite Breitbandsuche mit der geschätzten Satellitensignal-Empfangsfrequenz fr2 in der Mitte gestartet (Schritt [6]), und der Vorgang zur Wiedererfassung des GPS- Satelliten wird für die vorbestimmte Zeitperiode (180 Sekunden) durchgeführt (Schritt [7] und [8]). Wenn der Satellit innerhalb der vorbestimmten Zeitperiode wiedererfaßt ist, enden die Betriebsschritte
Wenn kein GPS-Satellit selbst dann, wenn die vorbestimmte Zeitperiode abgelaufen ist, wiedererfaßt wird, wird das Programm zum Schritt [5] zurückgeführt, wodurch eine weitere geschätzte Satellitensignal-Empfangsfrequenz fr3 für die dritte Breitbandsuche wiederberechnet wird, woraufhin eine Breitbandsuche nach dem GPS-Satelliten mit der wiederberechneten Empfangsfrequenz fr3 in der Mitte in derselben Weise durchgeführt wird, wie bei der ersten Breitbandsuche (Schritte [5] bis [8]).
Daraufhin werden in ähnlicher Weise, wie vorstehend ausgeführt, durch Finden der geschätzten Satellitensignal-Empfangsfrequenz fri (i = 2, 3, 4 ...) immer dann, wenn es mißlungen ist, den GPS-Satelliten bei der vorausgehenden Breitbandsuche wiederzuerfassen, nacheinander Breitbandsuchen wiederholt durchgeführt, bis der GPS-Satellit wiedererfaßt ist. Da Suchen nach dem Satellitensignal mit den vorhergesagten Frequenzen, bei denen es sich um die nächsten zur Empfangsfrequenz in der Mitte handelt, durchgeführt werden, wird die Wahrscheinlichkeit zur Wiedererfassung des GPS-Satelliten erhöht, was zu einer schnellen Wiedererfassung des GPS-Satelliten führt.
Bei der Ausführungsform von Fig. 10 wird eine Dauer von 180 Sekunden als die vorbestimmte Zeitdauer angewendet, für welche die.Wiederholung der Breitbandsuchen erlaubt ist; dies ist jedoch nur deshalb der Fall, weil drei GPS-Satelliten für den GPS-Empfänger zur Durchführung der Positionierung gewählt sind, wodurch 180 Sekunden durch 3 x 56 = 168 Sekunden gegeben sind, was zum Empfang von Satellitensignalen von drei GPS-Satelliten nacheinander erforderlich ist, und was zum Ergebnis von nahezu gleich 180 Sekunden führt. Die vorbestimmte Zeitperiode zum Zulassen wiederholter Breitbandsuchen ist demnach nicht auf 180 Sekunden beschränkt, sondern auf die am besten geeignete Zeitlänge entsprechend einer Anzahl von GPS-Satelliten, eine Anzahl von Empfangskanälen, ein Verfahren zum Kombinieren der sequentiellen Empfangsvorgänge usw.
Bei der Ausführungsform von Fig. 10 ist das Wiedererfassen des GPS-Satelliten erläutert worden; im Falle eines anfänglichen Erfassens eines GPS-Satelliten besteht jedoch der einzige Unterschied darin, daß die erste Breitbandsuche durchgeführt wird, indem eine Satellitensignal-Empfangsfrequenz verwendet wird, die durch Berechnen der Almanac-Daten des GPS-Satelliten erhalten wird, und der Rest der Betriebsschritte ist derselbe wie diejenigen, die zum Wiedererfassen des GPS-Satelliten vorstehend erläutert sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein GPS-Empfänger, nachdem das Fahrzeug einen Ort durchläuft, wo der Empfang des Satellitensignals unterbrochen wird, wie beispielsweise in einem Tunnel, dazu in die Lage versetzt, den GPS-Satelliten in kurzer Zeit durch allmähliches Erweitern der Bandbreite der PLL-Suchfrequenz nach jedem Wiederholen der Suche nach dem Satellitensignal oder durch wiederholtes Durchführen einer Schmalbandsuche bei Variieren seiner Mittenfrequenz entlang der Doppler-Verschiebungskurve zum Wiederermitteln der Funktion zur Durchführung der Positionserkennung wiederzuerfassen, bei der es sich um die primäre Funktion des GPS-Empfängers handelt.
Ferner ist der GPS-Empfänger gemäß der vorliegenden Erfindung dann, wenn das Satellitensignal, das unter Empfang stand, für mehr als eine vorbestimmte Zeitperiode unleserlich wird, dazu in der Lage, als erstes eine Schmalbandsuche für eine bestimmte Zeitperiode durchzuführen, die durch Dividieren des Einfangbereichs des PLL-Kreises durch die Doppler-Verschiebungsrate gegeben ist, und zweitens, wenn das Satellitensignal durch die Schmalbandsuche nicht empfangen wurde, eine Breitbandsuche unter Verwendung einer geschätzten Satellitensignal- Empfangsfrequenz durchzuführen, die durch Wiederberechnen der Doppler-Frequenz des GPS-Satelliten genau zu dem Zeitpunkt gemäß den Almanac-Daten des GPS-Satelliten gegeben ist, und die als die Mittenfrequenz zugewiesen wird. Das Satellitensignal kann deshalb entweder durch die Schmalbandsuche oder durch die Breitbandsuche in kurzer Zeit wiederermittelt werden, und der GPS-Empfänger kann seine primäre Funktion zur Positionierung in dieser kurzen Zeitperiode wiederaufnehmen.
Gemäß dem GPS-Satelliten-Signalfolgesystem der vorliegenden Erfindung wird die Suche nach den GPS-Satelliten ferner mit der geschätzten Satellitensignal-Empfangsfrequenz in der Mitte derart wiederholt durchgeführt, daß im Falle einer Wiedererfassung der GPS-Satelliten die geschätzte Satellitensignal-Empfangsfrequenz aus der zweiten Suche verwendet wird, und daß im Falle eines anfänglichen Erfassens der GPS-Satelliten die geschätzte Satellitensignal-Empfangsfrequenz von Anfang an verwendet wird.
Deshalb kann das Erfassen des GPS-Satelliten schnell durchgeführt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung im einzelnen in Bezug auf die aktuell bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließt sich dem Fachmann, daß verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Die Erfindung ist deshalb lediglich durch die beiliegenden Ansprüche beschränkt.

Claims

1. GPS-Satelliten-Signalfolgeverfahren für einen GPS-Empfänger zur Verwendung mit einem GPS-Empfänger, der dazu ausgelegt ist, eine Suche zur Wiedererfassung eines GPS-Signals zu starten, wenn der Empfang des Satellitensignals für eine vorbestimmte Zeitperiode verloren wird, gekennzeichnet durch die Schritte:

Starten einer Suche nach einem Satellitensignal mit der Empfangsfrequenz des verlorenen Satellitensignals in der Mitte einer PLL-Suchfrequenz, und

allmähliches sowie aufeinanderfolgendes Erweitern einer Bandbreite der PLL-Suchfrequenz nach jeder Suche und Wiederholen der Suche nach dem Satellitensignal, bis das Satellitensignal wiedererfaßt wird.

2. GPS-Satelliten-Signalfolgeverfahren nach Anspruch 1, wobei das Vergrößerung durch Vergrößern einer vorbestimmten Anzahl von Suchschritten durchgeführt wird.

3. GPS-Satelliten-Signalfolgeverfahren nach Anspruch 2, wobei die Vergrößerung durchgeführt wird, bis die Gesamtanzahl von Suchschritten eine vorbestimmte begrenzte Anzahl von Suchschritten erreicht.

4. GPS-Satelliten-Signalfolgeverfahren für einen GPS-Empfänger zur Verwendung mit einem GPS-Empfänger, der dazu ausgelegt ist, eine Suche zur Wiedererfassung eines GPS-Signals zu starten, wenn der Empfang des Satellitensignals für eine vorbestimmte Zeitperiode verloren wird, gekennzeichnet durch die Schritte:

Starten einer Schmalbandsuche nach einem Satellitensignal mit der Empfangsfrequenz des verlorenen Satellitensignals in der Mitte einer PLL-Suchfrequenz, und aufeinanderfolgendes Variieren der Mittenfrequenz der PLL-Suchfrequenz entlang einer Doppler-Verschiebungskurve der Satellitensignal- Empfangsfrequenz und Wiederholen der Schmalbandsuche bei der derart variierten Mittenfrequenz, bis das Satellitensignal wiedererfaßt wird.

5. GPS-Satelliten-Signalfolgeverfahren nach Anspruch 4, wobei die Schmalbandsuche durch Durchstimmen der PLL-Suchfrequenz innerhalb einer vorbestimmten Anzahl von Suchschritten durchgeführt wird.

6. GPS-Satelliten-Signalfolgeverfahren für einen GPS-Empfänger zur Verwendung mit einem GPS-Empfänger, der dazu ausgelegt ist, eine Breitbandsuche zum Wiedererfassen eines Satellitensignals durch Variieren einer PLL-Suchfrequenz weit über die gesamte Breite des maximalen variablen Bereichs einer Satellitensignal-Empfangsfrequenz zu starten, wenn der Empfang eines Satellitensignals für eine vorbestimmte Zeitperiode verlorengeht, gekennzeichnet durch die Schritte:

anfängliches Durchführen einer Schmalbandsuche nach einem Satellitensignal mit der Empfangsfrequenz des vorlorenen Satellitensignals in der Mitte der Schmalbandsuche für eine Zeitperiode, die durch Dividieren eines PLL-Einfangbereichs durch eine Doppler-Verschiebungsrate der Satellitensignal- Empfangsfrequenz gegeben ist, die durch die Bewegung des GPS-Satelliten innerhalb eines derartigen Frequenzverschiebungsbereichs veranlaßt wird, wie er durch die Doppler- Verschiebungsrate festgelegt ist, und eine Dopplerverschiebung, die durch eine Fahrtgeschwindigkeit des GPS-Empfängers verursacht ist, und daraufhin Starten einer Breitbandsuche nach dem Satellitensignal mit einer geschätzten Satellitensignal-Empfangsfrequenz in der Mitte, nachdem das Wiedererfassen des Satellitensignals innerhalb der Zeitperiode mißlungen ist, wobei die geschätzte Satellitensignal- Empfangsfrequenz durch Wiederberechnen der Doppler-Frequenz des GPS-Satelliten zu der Zeit ermittelt wird, wenn die Zeitperiode von der Orbital-Information über den GPS- Satelliten, die im GPS-Empfänger gespeichert ist, abgelaufen ist.

7. GPS-Satelliten-Signalfolgeverfahren nach Anspruch 6, wobei die Schmalbandsuche durch Umschalten der Mittenfrequenz der PLL-Such frequenz durchgeführt wird.

8. GPS-Satelliten-Signalfolgeverfahren nach Anspruch 6, wobei die Breitbandsuche durch Umschalten der PLL-Suchfrequenz über die gesamte Bandbreite des maximalen Frequenzverschiebebereichs der Satellitensignal-Empfangsfrequenz durchgeführt wird.

9. GPS-Satelliten-Signalfolgeverfahren für einen GPS-Empfänger zur Verwendung mit einem GPS-Empfänger, der dazu ausgelegt ist, wiederholt eine Breitbandsuche zur Wiedererfassung eines GPS-Satelliten durch Variieren einer PLL-Suchfrequenz weit über die gesamte Breite eines maximalen Frequenzverschiebungsbereichs einer Satellitensignal-Empfangsfrequenz zu starten, wenn der Empfang eines Satellitensignais für eine vorbestimmte Zeitperiode verlorengeht, umfassend die Schritte:

Schätzen einer Satellitensignal-Empfangsfrequenz zu der Zeit, zu der eine Breitbandsuche zumindest zum zweiten Mal begonnen wird, und daraufhin Wiederberechnen einer Dopplerfrequenz des GPS-Satelliten und eine Offset-Frequenz eines eingebauten Taktgebers des GPS-Empfängers zu der Zeit, wenn die Breitbandsuche gestartet wird, und

Durchführen der Breitbandsuche mit der geschätzten Satellitensignal-Empfangsfrequenz in der Mitte der Breitbandsuche für eine vorbestimmte Zeitperiode.

10. GPS-Satelliten-Signalfolgeverfahren nach Anspruch 9, wobei die Dopplerfrequenz aus der Orbital-Information abgeleitet wird, die in dem GPS-Empfänger gespeichert ist, und wobei die Offset-Frequenz des eingebauten Taktgebers des GPS- Empfängers aus der Positionsermittlung abgeleitet wird.