(57)【要約】全地球的測位受信機ユニットは温度補償発振器とユニットコントローラを利用する。受信機ユニットがスリープ状態にある間、温度補償発振器はクロック信号を生成し、ユニットコントローラはそのクロック信号に基づいてＧＰＳ時刻を捕捉するように構成されている。ユニットコントローラはさらに衛星信号とユニットコントローラによって捕捉されるＧＰＳ時刻に基づいて位置の特定を実行するように構成されている。【選択図】図３
2005504971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全地球的測位システム（ＧＰＳ）に使用する全地球的測位用受信機ユニットであって、
温度補償機能付き発振器と、ユニットコントローラを備えており、
温度補償機能付き発振器は、クロック信号を生成するように構成されており、
ユニットコントローラは、受信機ユニットがスリープ状態にある間はクロック信号に基づいてＧＰＳ時刻を捕捉し、さらに衛星信号とユニットコントローラによって捕捉されたＧＰＳ時刻に基づいて位置の特定を実行するように構成されていることを特徴とする全地球的測位用受信機ユニット。
【請求項２】
アクティブ状態の間ユニットコントローラに電力を供給する第１電源と、
スリープ状態の間ユニットコントローラの一部分に電力を供給する第２電源を備え、
そのユニットコントローラの一部分は、ＧＰＳ時刻を捕捉するように構成されていることを特徴とする請求項１の全地球的測位用受信機ユニット。
【請求項３】
ユニットコントローラは、受信機ユニットのスリープ状態への移行と受信機ユニットのアクティブ状態への移行の間に経過した時間の長さを示す数値を決定し、さらにその数値としきい値との比較を実行するように構成されていることを特徴とする請求項１の全地球的測位用受信機ユニット。
【請求項４】
ユニットコントローラは、その比較に基づいて、受信機ユニットのアクティブ状態への移行を開始するように構成されていることを特徴とする請求項３の全地球的測位用受信機ユニット。
【請求項５】
クロック信号を受信し、低減された周波数でクロック信号を出力するカウンタを備え、
そのカウンタは、低減された周波数で、クロック信号をユニットコントローラに送るように構成されていることを特徴とする請求項１の全地球的測位用受信機ユニット。
【請求項６】
全地球的測位システム（ＧＰＳ）に使用する全地球的測位用受信機ユニットであって、
クロック信号を生成する温度補償された手段と、
受信機ユニットがスリープ状態にある間クロック信号に基づいてＧＰＳ時刻を捕捉する手段と、
その受信機ユニットをスリープ状態からアクティブ状態へ移行させる手段と、
衛星信号を取得する手段と、
衛星信号と捕捉手段に基づいて位置の特定を実行する手段と
を備えることを特徴とする全地球的測位用受信機ユニット。
【請求項７】
全地球的測位システム（ＧＰＳ）に使用する全地球的測位用受信機ユニットであって、
クロック信号を生成するように構成された温度補償機能付き発振器と、
受信機ユニットがスリープ状態にある間クロック信号に基づいてＧＰＳ時刻を捕捉するように構成されたユニットコントローラを備え、
そのユニットコントローラは、受信機ユニットがスリープ状態である期間を示す時間の数値を決定するように構成され、
そのユニットコントローラは、その時間の数値がしきい値より小さい場合は、衛星信号とユニットコントローラによって捕捉されているＧＰＳ時刻に基づいて位置の特定を実行するように構成され、
そのユニットコントローラは、その時間の数値がしきい値より大きい場合は、衛星信号と衛星信号のサブフレームから決定される時刻データに基づいて位置の特定を実行するように構成されていることを特徴とする全地球的測位用受信機ユニット。
【請求項８】
クロック信号を受信し、低減された周波数でクロック信号を出力するカウンタを備え、
そのカウンタは、低減された周波数で、クロック信号をユニットコントローラに送るように構成されていることを特徴とする請求項７の全地球的測位用受信機ユニット。
【請求項９】
全地球的測位方法であり、
全地球的測位用受信機ユニット内の温度補償機能付き発振器を用いてクロック信号を生成する工程と、
受信機ユニットがスリープ状態にある間、クロック信号に基づいて全地球的測位システム（ＧＰＳ）時刻を捕捉する工程と、
衛星信号を取得する工程と、
衛星信号と前記捕捉工程で捕捉されたＧＰＳ時刻に基づいて位置の特定を実行する工程と
を備えることを特徴とする全地球的測位方法。
【請求項１０】
クロック信号の周波数を調整する工程をさらに備えることを特徴とする請求項９の全地球的測位方法。
【請求項１１】
受信機ユニットのスリープ状態への移行から受信機ユニットのアクティブ状態への移行までに経過した時間の長さを示す数値を決定する工程と、
その数値としきい値との比較を実行する工程と
をさらに備えることを特徴とする請求項９の全地球的測位方法。
【請求項１２】
衛星信号を取得する工程は、その比較結果に応じて実行されることを特徴とする請求項１１の全地球的測位方法。
【請求項１３】
その比較結果に基づいて、受信機ユニットのアクティブ状態への移行を開始する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１１の全地球的測位方法。
【請求項１４】
全地球的測位システム（ＧＰＳ）の全地球的測位用受信機ユニットで使用する全地球的測位方法であって、
温度補償機能付き発振器を用いてクロック信号を生成する工程と、
受信機ユニットがスリープ状態である間にクロック信号に基づいて、ＧＰＳ時刻を示す時刻データを維持する工程と、
受信機ユニットがスリープ状態である期間を示す数値を決定する工程と、
その数値としきい値との比較を実施する工程と、
衛星信号を取得する工程と、
取得された信号に基づいて位置の特定を実行する工程と、
その比較結果に基づいて位置の特定を実行するために、クロック信号に基づいて維持されているＧＰＳ時刻を示す時刻データを利用するかどうかを決定する工程と
を備えることを特徴とする全地球的測位方法。
【請求項１５】
クロック信号の周波数を調整する工程をさらに備え、その時刻データは調整された周波数に基づくことを特徴とする請求項１４の全地球的測位方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本明細書は、アメリカ合衆国の仮特許出願Ｎｏ．６０／３２６，８９８の優先権とその出願日についての利益を主張する。その出願は、“温度補償機能付き実時間クロックを用いてＧＰＳシステムにおける最初の位置特定までの時間を短縮すること（Reducing Time to First Fix in GPS Systems Using Temperature Compensated Real Time Clock）”という名称で、２００１年１０月２日に出願された。その出願は、本明細書において引用することによって本出願の明細書に組み込まれる。
【０００２】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、一般的に全地球的測位システム（GPS；Global Positioning System）に関し、特に温度補償機能付き発振器を用いてスリープ状態の間にＧＰＳ時刻を捕捉し、衛星信号と捕捉されたＧＰＳ時刻に基づいて位置の特定を実行する全地球的測位装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（関連技術）
全地球的測位システム（GPS；Global Positioning System）は、現在では２４個の地球軌道を周回する衛星の集まりである。各ＧＰＳ衛星は、地表からほぼ１１，０００マイル上空の正確な軌道上を移動する。ＧＰＳ受信機は、正確な位置を決定するために少なくとも３個の衛星を補足する。各衛星は、独自の擬似雑音（PN；Pseudo Noise）符号を用いて変調された信号を送る。各ＰＮ符号は、１．０２３メガヘルツ（MHz；Mega Hertz）のチップレートに一致するミリ秒（ms；milli-second）毎に繰り返される１０２３のチップの系列である。各衛星は、同一の周波数で信号を送信する。民間利用には、周波数がＬ１として知られ、その周波数は１５７５．４２ＭＨｚである。ＧＰＳ受信機は、受信機から見える衛星群からの送信信号が混合した信号を受信する。受信機は、受信した信号と特定の衛星のＰＮ符号をシフトしたものとの相関をとることで、その特定の衛星の送信信号を検出する。相関の水準が十分に高く、特定のシフトとＰＮ符号で得られる相関の水準にピークがある場合、受信機はその特定のＰＮ符号に対応する衛星からの送信信号を検出する。そして受信機は、そのシフトされたＰＮ符号を用いてその衛星から順次送られてくる送信信号との同期を獲得する。
【０００４】
ＧＰＳは、独特な時刻保持システムを採用している。ＧＰＳ時刻は１９８０年１月６日からの秒と週の表現で保持されている。週ごとに６０４，８００秒がある。従ってＧＰＳ時刻は、週内の時刻（TOW; Time Of Week）と週番号という表現で記述される。ＴＯＷの範囲は、０から６０４８００であり、これは１週間内の秒数に対応している。週番号は１９８０年１月６日のゼロ週から開始し、現在では１０００週を超えている。特に発振器が１秒の１／３２，７６８の分解能を提供するような場合（３２キロヘルツ（kHz; Kilo Hertz）の発振周波数）、あるいはＧＰＳ時刻が特定のクロックエポックに関連する範囲の計測から算出される場合、ＴＯＷは小数点以下を備えることができ、数十ナノ秒のオーダーの正確さを備えることができる。ＧＰＳ時刻は、ＧＰＳシステムにとって必要不可欠のものである。
【０００５】
ＧＰＳ受信機ユニットが最初に位置を決定するまでの間は、ＧＰＳ受信機ユニットは、ＧＰＳ時刻、ＧＰＳ位置あるいはＧＰＳ衛星軌道のエフェメリス（ephemeris）データが未知な状態で衛星信号の取得処理を開始するため、可能性のある広範な範囲の周波数にわたって全ての衛星を捜す“コールドスタート”処理を開始する。幾つかの状況では、ＧＰＳ衛星のアルマナック（almanac）データも未知である。やがて多数秒が経過した後に、少なくとも４個の衛星信号が得られる。それら衛星のＰＮ符号を付された信号は各衛星を識別し、各衛星はエフェメリスデータとして知られるその衛星の精密な軌道情報（ＧＰＳ時刻の関数としての軌道上の位置）を送信する。
【０００６】
衛星信号の取得に先立って幾つかの情報が既知であれば、測位（navigation）のためにＧＰＳ衛星からの十分な情報を取得する時間は短縮され得る。例えば、アルマナックデータと、おおよそのＧＰＳ時刻と、おおよその受信機位置によって、おおよその衛星位置とドップラーシフトの算出が可能となる場合、“ウォームスタート”処理を使用することができる。エフェメリスデータと、おおよそのＧＰＳ時刻と、おおよその受信機位置が既知であり、おおよその衛星位置とドップラーシフトの算出が可能な場合、“ホットスタート”処理を使用することができる。それによってエフェメリスデータを収集する時間を回避することができる。しかしながら、航行解（位置）を算出するために十分な正確さで時刻を確立するためには、通常は少なくとも１の衛星からの完全な６秒間のデータサブフレームが要求される。
【０００７】
ＧＰＳ受信機ユニットは、各衛星からの送信信号の符号位相を決定することで、各衛星からの距離を決定する。符号位相（CP; Code Phase）はチップか、チップの分数で表現される遅延であり、その遅延は、衛星の送信信号が衛星から受信機までの約１１，０００マイルの距離を伝わるにつれて経験するものである。各衛星において、各ＰＮチップの送信時刻は数ナノ秒の範囲で制御される。従って精密なＧＰＳ時刻が分かれば、ＧＰＳ受信機ユニットは任意の時刻において衛星の波形のどのチップが送られて来ているのかを正確に知ることができる。受信機ユニットへの任意のチップの到達がローカルタイミングエポック、例えばＴ２０に関連して計測される場合、そのチップの衛星からＧＰＳ受信機ユニットまでの伝播時間は、既知のＴ２０エポックにおけるＧＰＳ時刻と同程度に正確に計測することができる。４個の衛星のそれぞれからの伝播時間が同じＴ２０エポックに関連して計測されると、ＧＰＳ受信機ユニットは３次元空間内での受信機の位置を演算することが可能となる。その演算には、参照したＴ２０のＧＰＳ時刻の誤差が含まれている。
【０００８】
ＧＰＳ受信機ユニットは、衛星からの送信信号の速度をその時間遅れに掛け合わせることによって、衛星までの距離を精密に決定する。ＧＰＳ受信機ユニットにとって各衛星の精密な軌道も既知である。衛星位置の更新情報は各衛星から受信機に送信される。これは低周波数（５０Ｈｚ）データ信号を、衛星からのＰＮ符合送信信号に変調することで成し遂げられる。データ信号は、時間に依存する衛星の位置情報と、その衛星に搭載されたクロックの時間誤差を、エフェメリスデータサブフレームに符号化する。各衛星の精密な送信時刻は、次のサブフレームの開始時において参照するチップに関連する６秒間の各データサブフレームで与えられる。
【０００９】
受信機ユニットは、衛星からの推定距離を使用して、受信機ユニットが位置しているはずの衛星を中心とする球面を決定する。その球面の半径は、受信機ユニットが符号位相から決定した衛星までの距離に等しい。受信機ユニットは、この処理を少なくとも３個の衛星について実行する。受信機は、決定された少なくとも３個の球面の交点からその正確な位置を得る。受信機ユニットにとってその位置の高度が既知であれば、３個の衛星からの計測で十分である。高度が未知の場合、緯度と、経度と、ローカルクロック計測エポックの誤差（Ｔ２０エポックでのＧＰＳ時刻）とともに高度を決定できるようにするために、４個の衛星からの計測が要求される。
【００１０】
各衛星からの信号の検出は、ＧＰＳ信号検出器によって成し遂げることができる。ＧＰＳ信号検出器は、例えば、ただしこれに限定はされないが、“Signal Detector Employing Coherent Integration”と題され、出願番号Ｎｏ．０９／２８１，５６６を持ち、１９９９年３月３０日に出願された、アメリカ合衆国特許出願に開示されている。その特許出願は、本出願において引用することによって本出願の明細書に組み込まれる。そこに開示された信号検出器は、例えばマッチドフィルタといった相関メカニズムと、適切な衛星信号を検出するコヒーレント統合スキームを使用してもよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一度衛星が検出されると、その衛星から受信したＰＮ符号信号に変調されている低周波数である５０Ｈｚのデータは復号化され、ＧＰＳ受信機ユニットの精密な位置が決定される。過去には、この位置決定処理を完了するまでにしばしば数秒を要していた。あいにく、この従来のスキームは絶え間なく稼動し、従って貴重なプロセッサ資源を、特にＧＰＳ受信機ユニットが携帯用である場合には限られた電源を浪費していた。ユーザーがＧＰＳ受信機ユニットに位置情報の問い合わせをしない期間、携帯用ＧＰＳ受信機ユニットは、選択された構成要素の電源を切るか、あるいは電力を低減するように設計してもよい。ユーザー（あるいは自動化された処理）がＧＰＳ受信機ユニットに問い合わせると、ＧＰＳ受信機ユニットは消費電力が低減されている構成要素を再起動し、現在の位置を決定するために衛星データを再取得する。ユーザーがほとんど移動していなければ、および／または電源を切っていた期間が十分に短いものであったなら、以前の衛星信号を再取得し、ほとんど即座に（ホット、ウォームあるいはコールドスタートの手順に係る数秒から数分よりも即座に）符号位相データの相関を得ることが可能であろう。符号位相データの相関をほとんど即座に得ることによって数秒が節約され、従って携帯用ＧＰＳ受信機ユニットで利用可能である、限られた電源のかなりの量が節約される。
【００１２】
しかしながら、そのようにほとんど即座に符号位相データの相関をとり、衛星信号を再取得するためには、受信機がオフの期間においても、精密に時刻を経時し続けることを必要とする。とりわけ、通常はＧＰＳ発振器とタイミングシステムが、ＧＰＳ受信機ユニット内の様々なクロック信号の正確さが０．５ミリ秒（ms; milli-seconds）よりも良好に維持され、受信機が再取得時に受信するであろうＧＰＳ信号構造の全体に渡って、ＰＮ符号周期の捕捉を失うことが回避されなければならない。この０．５ｍｓの基準は、１ｍｓの符号周期の半分に相当する。加えてＧＰＳ受信機ユニットの移動は、ＰＮ符号信号のタイミングと同等であろう誤差をもたらす。ＧＰＳ受信機ユニットの移動によりもたらされる誤差が加えられたクロック信号パルスの正確さを、送られてくるＰＮ符号信号のおおよそ±０．５ｍｓの範囲に維持することができれば、ＧＰＳ受信機ユニットのマッチングフィルターは即座に４個の取得された衛星のＰＮ符号信号を追尾し、信号構造のどのＰＮ符号周期が取得されているのかを知ることができるため、ホット、ウォームおよびコールドスタート手順を使用して位置を決定する、時間を浪費しかつ電力を浪費する処理は回避されるだろう。さもなければ、受信機がオフであった間も保存されている以前の情報（すなわち、アルマナック、エフェメリス、ＧＰＳ時刻、受信機位置）によって、ホット、ウォームあるいはコールドスタート手順が使用されなければならない。
【００１３】
一般に、従来の実時間クロック（RTC; Real Time Clock）回路は、残りのＧＰＳ電気回路構成要素がオフとなっている間も、おおよそのＧＰＳ時刻を維持するために使用されてもよい。典型的なＲＴＣ電気回路は、延長された期間のうち僅かな数秒間だけは正確さを維持し得る。そのような正確さであれば、ホットおよびウォームスタートには十分である。しかしながら、従来の実時間クロックの正確さは、典型的な低コストで低消費電力型のＲＴＣ電気回路に見られる不十分な安定性と不十分な温度特性のため、急速に劣化していく。それゆえ、非常に短い時間の後ですら、コールドスタートがしばしば要求される。
【００１４】
航法データが更新される間にＧＰＳ発振器の電力を低減させる場合、ＧＰＳ受信機ユニット内の様々なクロック信号の正確さを、±０．５ｍｓ（１ｍｓ符号周期の半分）の範囲に維持することは、従来のＧＰＳ発振器とタイミングシステムを用いていては不可能である。しかしながら、ＧＰＳ発振器と関連するタイミングシステムはかなりの電力を消費するため、携帯用ＧＰＳ受信機ユニットにおいて、これらの構成要素の電力を低減し、電力資源を浪費しないことが強く望まれている。
【００１５】
従って、ＧＰＳ受信機ユニットの電力を低減し、電力を低減している期間においてＧＰＳ時刻を精密に維持し、その電力を低減する処理の後で符号位相データを新しく即座に収集することのできる、電力節約スキームを備えることが望まれている。特に、電力を低減している期間を通じておおよそ±０．５ｍｓの正確さを維持できるように、正確なクロック情報を保持しつつ、ＧＰＳ発振器と関連するクロック回路の電力を低減することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（発明の要旨）
本発明は、一般的に全地球的測位受信機ユニットと、温度補償機能付き発振器を利用してスリープ状態の間にＧＰＳ時刻を捕捉し、衛星信号と捕捉されたＧＰＳ時刻に基づいて位置の特定を実行する方法に属する。
【００１７】
本発明の代表的な実施例における全地球的測位受信機ユニットは、温度補償機能付き発振器と、ユニットコントローラを用いる。温度補償機能付き発振器は、クロック信号を生成する。ユニットコントローラは、受信機ユニットがスリープ状態の間、クロック信号に基づいてＧＰＳ時刻を捕捉する。ユニットコントローラは、さらに衛星信号とユニットコントローラによって捕捉されたＧＰＳ時刻に基づいて、位置の特定を実行するように構成されている。
【００１８】
本発明の代表的な実施例による全地球的測位受信機ユニットを使用する方法は、以下の工程、即ち、温度補償機能付き発振器によってクロック信号を生成する工程と、受信機ユニットがスリープ状態の間にクロック信号に基づいてＧＰＳ時刻を捕捉する工程と、衛星信号を取得する工程と、衛星信号と前記捕捉工程で捕捉されたＧＰＳ時刻に基づいて位置の特定を実行する工程を実施するものとによって概念化できる。
【００１９】
本発明の様々な特徴および利点は、この技術分野の通常の技量を有する者にとって、添付の図面とともに以下の詳細な記述を吟味することによって明らかとなるであろう。それらすべての特徴および利点は、本発明の範囲内に含まれ、特許請求の範囲によって保護されることを意図する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（詳細な説明）
図１は、多数のＧＰＳ衛星２２とＧＰＳ受信装置ないしユニット２３をもつ、全地球的測位システム２０を図示している。各衛星２２は、地球軌道上を移動し、受信機ユニット２４のアンテナ２７で受信可能な信号を継続的に送信している。受信機ユニット２３は、少なくとも３個の軌道周回衛星２２から受信したデータを解析し、三角測量法を用い、受信した信号に含まれる情報に基づいて、ユニットの位置や場所を解明できるように構成されている。
【００２１】
図２は、従来のＧＰＳ受信機ユニット２４を図示している。受信機ユニット２４は、受信機４２と、ユニットコントローラ４５を備えている。受信機４２とユニットコントローラ４５は、いずれも、例えばバッテリのような主電源４７から電力の供給を受ける。受信機４２は、温度補償機能付き発振器４８からクロックの供給を受ける。発振器４８は、広範な温度範囲で発振器４８の周波数が大体一定となるように、温度変化を補償する。例えば温度補償機能付き発振器４８は、Rakon IT5305E TCXOでよい。Rakon IT5305E TCXOは、温度に対して１ピーピーエム（ＰＰＭ；Part-Per-Million）のドリフトで、精密に２４．５５３５メガヘルツ（MHz；Mega Hertz）で動作する。
【００２２】
発振器４８の出力によって得られるＧＰＳクロック信号５１は、ユニットコントローラ４５に供給され、ユニットコントローラ４５と受信機４２の同期を与える。ユニットコントローラ４５と受信機４２は、集積回路（IC；Integrated Circuit）チップによって実現されてもよい。この点について、ユニットコントローラ４５の構成要素群は単一のＩＣチップ（図示されない）内に実現されていてもよいし、受信機４２の構成要素群はそれと異なるＩＣチップ（図示されない）内に実現されていてもよい。
【００２３】
受信機４２は、ＧＰＳ衛星信号を受信し、受信した信号を復調するように構成されている。受信機４２は、復調された信号にアナログ−デジタル（A/D; Analog-to-digital）変換を実施し、そのような信号によって決定されたデジタルデータを、２ビット信号４９を用いて、ユニットコントローラ４５に提供する。しかし他の例では異なるビット数であってもよい。ユニットコントローラ４５は、受信機４２によって受信されたデジタル信号を処理し、受信機ユニット２４の位置を決定する。
【００２４】
この点に関して、衛星信号は、衛星２２（図１）の軌道上の位置を示すエフェメリスデータと呼ばれる情報を備える。エフェメリスデータは、ＧＰＳ時刻の関数であり、各衛星２２から送信されるエフェメリスデータは、通常一時間毎に更新される。エフェメリスデータの各フレームは、ＧＰＳ時刻を示す時刻データと相関を持っている。そのＧＰＳ時刻とは、その相関を持つフレームが送信衛星２２から送信された時刻である。ユニットコントローラ４５の位置マネージャ５２は、送られてくる復調された衛星信号を把握し、その衛星信号から、ユニット２２の視界内に存在する衛星２２の位置を決定するために十分な量の時刻データとエフェメリスデータを収集する。
【００２５】
さらに、送られてくる衛星信号は、衛星２２と受信機ユニット２４の間での送信の遅延を決定するために、位置マネージャ５２によって使用され得るＰＮ符号も備える。これらの遅延に基づいて、位置マネージャ５２は、受信機ユニット２４と衛星２２の間の距離を良く知られた技術を用いて決定することができる。少なくとも３個の衛星２２の位置と距離を決定した後、位置マネージャ５２は、三角測量法を用いて受信機ユニットのＧＰＳ位置を決定する。この位置は、ＧＰＳ受信機ユニットのディスプレイ５５を用いて表示してもよい。位置マネージャ５２は、ハードウェア、ソフトウェア、あるいはそれらのどのような組み合わせで実現されてもよい。
【００２６】
一度エフェメリスデータが位置マネージャ５２によって収集されると、位置マネージャ５２はエフェメリスデータを記憶し得るため、送られてくる衛星信号から位置マネージャ５２がエフェメリスデータを収集する必要はなくなる。さらにユニット２４によって受信されているエフェメリスデータというよりも、むしろユニット２４に記憶されているエフェメリスデータは、位置の特定（すなわち、ＧＰＳ受信機ユニット２４の現在の場所や位置を決定すること）を実行するために使用され得る。この点について、記憶されているエフェメリスデータは、送られてくる衛星信号から抽出されるタイミング情報に基づいて、衛星２２の位置を決定するために使用され得る。幾つかの実施例では、送られてくるＧＰＳ衛星信号から全てのエフェメリスデータを取得するのに約１８〜３６秒かかり、その送られてくるＧＰＳ衛星信号から時間データを取得するのに１０秒はかからない。従って、エフェメリスデータを記憶し、再使用することによって、位置の特定を実行するために要する時間の長さを著しく短縮することが可能である。
【００２７】
そのうえ、ＧＰＳ受信機ユニット２４がＧＰＳ時刻を精密に捕捉することが可能であれば、位置の特定を実行するために要する時間の長さをさらに短縮することができる。この点について、精密に捕捉されたＧＰＳ時刻は、位置マネージャ５２によって処理されている衛星信号から時間データを取得する必要を取り除き、それによって送られてくる衛星信号からタイミング情報を取得することに係るオーバーヘッドを回避する。実際に、十分な時間データとエフェメリスデータが位置マネージャ５２にとって既知である場合は、一度位置マネージャ５２が衛星信号を取得してしまえば、位置マネージャ５２は位置の特定を実行することができる。従って、位置マネージャ５２は、位置の特定をする前に、送られてくる衛星信号から時間データとエフェメリスデータが抽出されるまで待機する必要がなく、それゆえに位置の特定を実施するために要する時間の長さは短縮される。さらに、ユニット２４で処理されている衛星信号から時刻データが抽出されるまでユニット２４が待機することなく位置の特定を実行できるように、ユニットコントローラ４５は実時間クロック（RTC；Real Time Clock）７５の時間の出力に基づいてＧＰＳ時刻を精密に捕捉するように構成されていてもよい。
【００２８】
しかしながら、送られてくる衛星信号から抽出される時刻データの代わりに、ユニット２４によって捕捉されたＧＰＳ時刻が位置の特定に使用される場合、そのＧＰＳ時刻は送られてくるＰＮ符号の約０．２５ｍｓの正確さで捕捉されることが望ましい。０．２５ｍｓのしきい値は、ユニット２４の移動に起因する不正確さが０．２５ｍｓに満たないことを仮定しており、それゆえ全ての不正確さは結果として約０．５ｍｓを超えない。幾つかの事例では、位置マネージャ５２で捕捉されるようなＧＰＳ時刻の正確さは、０．２５ｍｓを超えて劣化しており、そのような事例では、位置マネージャ５２は、送られてくる衛星信号から抽出される時刻データに基づいて位置の特定を実行するように構成されている。従ってそのような事例では、位置マネージャ５２は位置の特定を実行する前に、送られてくる衛星信号から時刻データが抽出されるまで待機する。
【００２９】
図２に示すように、実時間クロック７５によるクロック信号出力は、クロック信号の周波数をユニットコントローラ４５によって捕捉される時間の単位に分割する、多数のカウンタ７７を通過する。例えば、一つのカウンタ７７がＧＰＳ秒を出力するように入力クロック信号の周波数を分割し、他の一つのカウンタ７７がＧＰＳ週を出力するように入力クロック信号の周波数を分割する。
【００３０】
ユニット２４がスリープ状態に移行しても、ユニット２４がＧＰＳ時刻を捕捉し続けることが一般に望まれる。実際に、スリープ状態の間にＧＰＳ時刻を精密に捕捉することによって、後でユニット２４に電源が入った時に、位置マネージャ５２が送られてくる衛星信号から時間データを抽出するまで待機することなく、位置の特定を実行することが可能である。それゆえ、ユニットコントローラ４５によって捕捉されるＧＰＳ時刻が許容されるマージンで位置の特定を実行するのに十分なものであれば（すなわち、おおよそ０．２５ｍｓより良好な正確さを備えていれば）、電源が入ってから最初に位置を特定するまでの時間を著しく短縮することができる。
【００３１】
さらに、ＧＰＳ時刻を捕捉するユニット２４の構成要素は、予備電源８３に電気的に結合されている。予備電源８３は、ユニット２４がスリープ状態にある、すなわち“休眠している”ときに、それらの構成要素に電力を供給する。ユニット２４がスリープ状態から移行すると、別の言葉で言えばアクティブ状態に移行すると、主電源４７は受信機ユニット２４の構成要素に電力を供給する。しかしながら、ユニット２４がスリープ状態に移行すると、主電源４７はスイッチを切られ、予備電源８３は選択された構成要素に電力を供給する。特に、予備電源８３は、少なくともＧＰＳ時刻を捕捉するために使用される構成要素に電力を供給する。この点について、予備電源８３は、少なくとも実時間クロック７５、カウンタ７７、および電力制御ロジック８８に予備電力を供給する。電力制御ロジック８８については、後に詳述されるであろう。予備電源８３によって電力を供給されるユニットコントローラ４５の構成要素は、これ以降集合的に“予備電力（BP;Backup Power）構成要素９２”と呼ぶ。
【００３２】
予備電源８３は、低電圧バッテリ、例えばPanasonic CR2477 3Vバッテリを備えていてもよい。そして予備電源８３の寿命を延長するために、実時間クロック７５は低電力水晶発振器、例えばFox Electronics NC15シリーズの３２７６８Ｈｚクリスタルであってもよい。その低電力水晶発振器は、温度補償機能付き発振器４８の周波数より低い周波数で発振する。実際に一つの実施例では、温度補償機能付き発振器４８が約５ミリワット（mW;milli watts）の電力を使って２４．５５３５ＭＨｚで発振するけれども、実時間クロック７５は約１マイクロワット（μW;micro watt）の電力を使って３２７６８Ｈｚで発振する。低電力ＲＴＣスタンドアロンデバイスの例としては、Dallas Semiconductor DS17285があり、そのデバイスは約１．５μＷで動作する。集積されたＲＴＣ発振器は同様な電力消費を備えることができる。
【００３３】
しかしながら、低電力実時間クロック７５は、クロック７５の温度が変化するにつれてドリフトしてしまう。特に、受信機ユニット２４の実時間クロック７５を含む電子的な構成部品の温度は、受信機ユニット２４がスリープ状態に移行した後の最初のわずか数分で劇的に低下する傾向があり、実時間クロック７５の著しいドリフトを引き起こす。実時間クロック７５がドリフトするにつれて、位置マネージャ５２によって捕捉されているＧＰＳ時刻の正確さは劣化する。それにまた、図２に示される形態による一つの実施例では、ユニット２４がスリープ状態に移行した時間から約３分後に、位置マネージャ７５によって捕捉されるＧＰＳ時刻の正確さが０．２５ｍｓの正確さ以下に劣化することがわかった。そのような実施例では、スリープ状態の期間がおおよそ３分に満たない場合、位置マネージャ５２は（アクティブ状態への移行後に）ユニットコントローラ４５によって維持されているＧＰＳ時刻に基づいて最初の位置の特定を実行する。しかしながら、スリープ状態の期間がおおよそ３分を超える場合、位置マネージャ５２は、最初の位置の特定を実行する前に、送られてくる衛星信号から時刻データを取得し、位置マネージャ５２によって維持されているＧＰＳ時刻の代わりにこの時刻データを使用して、最初の位置の特定を実行する。結果として、位置マネージャ５２は最初の位置の特定を実行する前に、送られてくる衛星信号から時刻データが抽出されるまで待機する。それゆえ、電源を入れてから最初の位置の特定までの時間が延長される。
【００３４】
受信機ユニット２４が自動的におよび周期的に位置の特定を実行し、各位置特定を示すデータを記憶する捕捉モードで、受信機ユニット２４が動作することは可能である。このデータは、受信機ユニット２４を運ぶ人間や乗り物の航路を決定するかあるいは表示する目的で使用され得る。電力を浪費しないため、一般にユニット２４は連続する位置の特定の間ではスリープ状態に移行することが望まれる。ユニット２４のスリープ状態への移行あるいはスリープ状態からの移行は、電力制御ロジック８８によって制御され得る。
【００３５】
この点について、位置の特定が実行された後、電力制御ロジック８８はスリープ状態を開始する、あるいは別の言葉で言うと、次の位置の特定まで電力を浪費しないようにユニット２４を休眠させる。送られてくる衛星信号から時刻データを抽出しないでもユニット２４が次の位置の特定を実施することができるように、電力制御ロジック８８は、実時間クロック７５のドリフトがユニットコントローラ４５によって捕捉されているＧＰＳ時刻の正確さを特定のしきい値（すなわち、±０．２５ｍｓ）より劣化させる前に、ユニット２４を起動させる（すなわち、アクティブ状態に移行させる）。そのようなしきい値が約３分後に現れる上記の実施例では、電力制御ロジック８８は現在のスリープ状態の開始から約３分間が満了する前にユニット２４を起動する、あるいは別の言葉で言うと、ユニット２４をアクティブ状態へ移行させる。
【００３６】
起動するとすぐに、位置マネージャ５２は位置の特定を実行し、この特定位置を示すデータを記憶する。ユニットコントローラ４５によって捕捉されるＧＰＳ時刻の正確さが、許容されるマージンの範囲に収まる場合には、そのような位置の特定は送られてくる衛星信号からの時刻データを取得することなく実行され得る。位置の特定の実行後、電力制御ロジック８８は再びユニット２４を休眠させ、前述した処理が繰り返される。ユニット２４のデューティーサイクルは３分間よりも長くすることが可能である。しかしながらそのような実施例では、上述したようにユニットコントローラ４５によって維持されているＧＰＳ時刻の正確さは許容される水準より低く低減するだろう。従って、３分間より長いデューティーサイクルに対しては、位置マネージャ５２は送られてくる衛星信号から時刻データを抽出し、より長いアクティブ状態の期間を結果として生じさせる。
【００３７】
スリープ状態においてユニット２４がＧＰＳ時刻を正確に維持できる時間が長くなれば、主電源４７の寿命の増加を助けることができる。特にそのような実施例では、位置マネージャ５２が衛星信号から時間データを抽出する必要をなくしながら、スリープ状態の期間を延長することができる。結果として、位置の特定はその頻度が低減し、短いアクティブ状態の期間で実行され、それゆえ主電源４７から消費される電力は低減され得る。
【００３８】
図３は本発明の典型的な実施例によるＧＰＳ受信機ユニット１２４を示す。ユニット１２４は、上述した受信機ユニット２４と同様に、送られてくる衛星信号を取得し、少なくとも３個の衛星２２から供給されるデータを抽出して位置の特定を実行する。
【００３９】
図２と図３を対比して示すように、図３のＧＰＳ受信機ユニット１２４は、図２の従来からのＧＰＳ受信機ユニット２４と設計の面で同一である。実際に、図３のＧＰＳ受信機ユニット１２４は、従来のＧＰＳ受信機ユニット２４の受信機４２と位置マネージャ５２と同一に構成されている、受信機４２と位置マネージャ５２を備える。さらに、図３のユニットコントローラ１４５は、図２のユニットコントローラ４５と同一でよい。しかしながら、図３のユニットコントローラ１４５は、位置の特定のために、位置マネージャ５２がユニット１２４によって維持されている時刻データの代わりに送られてくる衛星信号から取得される時刻データを使用することが必要となるスリープ状態の期間をより長くすることが好ましい。
【００４０】
この点について、ＧＰＳ時刻を捕捉するために利用されたクロック信号がより長いスリープ期間に亘って厳密に正確に維持される事実のために、図３の受信機ユニット１２４によって維持される時刻データが、図２の受信機ユニット２４によって維持される時刻データよりも長い期間に亘って厳密に正確に維持されることが好ましい。この点に関して、低電力実時間クロック７５をＧＰＳ時刻の基とするクロック信号の生成に利用するよりも、ユニット１２４が温度補償機能付き発振器４８のクロック信号を使用してＧＰＳ時刻を維持することが好ましい。より具体的には、発振器４８からのクロック信号はクロック信号の周波数を分割するカウンタ１３１を通過することが好ましい。好適な実施例では、カウンタ１３１からのクロック信号の出力が、図２に示される受信機ユニット２４の実時間クロック７５によって生成されるクロック信号の周波数（すなわち３２７６８Ｈｚ）と等しいあるいは近いものとなるように、カウンタ１３１はクロック信号の周波数を分割する。結果として、ユニットコントローラ１４５の構成要素の形態は、図２のコントローラ４５の構成要素の形態からほとんど変更する必要はない。実際に、従来のコントローラ４５を実現するために使用されたものと同じＩＣチップを用いてユニットコントローラ１４５を実現することができる。
【００４１】
発振器４８が温度補償されているため、スリープ状態の開始から図３のカウンタ７７に供給されるクロック信号に係るドリフトは、図２のカウンタ７７に供給されるクロック信号に係るドリフトよりも格段に小さくなる。それゆえ、スリープ状態の開始の後、図３に示す実施例の位置マネージャ５２によって維持されるＧＰＳ時刻データの正確さは、図２のコントローラ４５によって維持されるＧＰＳ時刻データの正確さにくらべ、より長い期間に亘って許容されるマージンの範囲内で維持される。そのうえまた、図３に示す実施例による典型的な実施形態では、ユニットコントローラ１４５によって維持される時刻データの正確さは、少なくとも９分間は約０．２５ｍｓの正確さの範囲内で維持されることが示されている。これは上記した図２に示すＧＰＳ受信機ユニット２４の同じような正確さが維持される期間よりもほぼ３倍長い。ユニット１２４の全体の構成によっては、異なる期間が可能である。しかしながら、例示を目的として、ユニットコントローラ１４５によって維持される時刻データの正確さがスリープ状態の間の９分間に約０．２５ｍｓの範囲内に存続すると仮定する。さらにユニットコントローラ１４５の制御ロジック１８８が、それゆえ、以下に詳述されるように、ユニット１２４によって維持されている時刻データを使用して位置の特定を実行するか、および／またはアクティブ状態への移行を開始するかを決定するしきい値として、９分間を使用するものと仮定する。
【００４２】
さらに、ユーザーがユニットの時刻データの正確さが許容されるマージンの範囲内である期間内にスリープ状態からアクティブ状態への移行を望む場合（すなわち、スリープ状態の期間を上述した実施例の９分間よりも短くする場合）、位置マネージャ５２は送られてくる衛星信号から時刻データが抽出されるまで待機することなく位置の特定を実行するように構成されていることが好ましい。しかしながら、ユーザーがユニットの時刻データの正確さが許容されるマージンの範囲外である期間内にスリープ状態からアクティブ状態への移行を望む場合（すなわち、スリープ状態の期間を上述した実施例の９分間よりも長くする場合）、位置マネージャ５２は送られてくる衛星信号から抽出されるＧＰＳタイミング情報を用いて位置の特定を実行するように構成されていることが好ましい。
【００４３】
図４はユーザーがユニット１２４をスリープ状態から起動したときのＧＰＳ受信機ユニット１２４の典型的な動作を表現するフローチャートを示す。ユニット１２４は、起動していても、休眠していても、温度補償機能付き発振器４８とカウンタ７７と１３１によって生成されるクロック信号を用いてＧＰＳ時刻の捕捉を継続している。起動したとき、あるいは別の言葉で言うと、アクティブ状態のとき、主電源４７は図３に示す他の構成要素の予備電源８３を除く全てに電力を供給することが好ましい。休眠したとき、主電源４７はスイッチを切り、予備電源８３がクロック４８、カウンタ１３１、およびＢＰ構成要素９２に電力を供給することが好ましい。
【００４４】
ＧＰＳ受信機ユニット１２４がスリープ状態へ移行すると、位置マネージャ５２はカウンタ７７によって示されるＧＰＳ時刻を記憶することが好ましい。ＧＰＳユニット１２４が起動されると、位置マネージャ５２は以前に記憶したＧＰＳ時刻からカウンタ７７によって示される現在のＧＰＳ時刻を減じ、スリープ状態の期間を決定することが好ましい。この経過時間は図４のブロック２１５でしきい値と比較される。しきい値の値は、ＧＰＳ時刻がユニット１２４によってスリープ状態の間０．２５ｍｓの範囲内で精密に維持される期間、この例では９分間、と等しいかより短い時間の長さに一致することが好ましい。他の例では、他のマージンが利用されてもよい。
【００４５】
経過時間がしきい値を超える場合、位置マネージャ５２は図４のブロック２２１および２２４に示すように、位置の特定を実行する前に、送られてくる衛星信号を取得し、送られてくる衛星信号から時刻データを抽出することが好ましい。しかしながら、経過時間がしきい値に満たない場合、位置マネージャ５２はブロック２２４においてカウンタ７７によって示されるＧＰＳ時刻に基づいて位置の特定を実行する。送られてくる衛星信号から時刻データが抽出されるまで待機することはない。ブロック２２４において位置の特定が実行された後、起動処理が完了し、ＧＰＳ受信機ユニット１２４はどのような方法でも動作し得る。例えば、ユーザーは望み通りに位置の特定を追加で要求してもよい。あるいはユーザーはユニット１２４をスリープ状態にする電力低減を手動で行ってもよい。
【００４６】
ユニット１２４が捕捉モードで動作しているとき、電力制御ロジック１８８はユニット１２４の状態を制御して、図２の電力制御ロジック８８と同様に、周期的に位置の特定を呼び出す。電力制御ロジック１８８はハードウェア、ソフトウェア、あるいはそれらの組み合わせによって実現することができる。加えて、より長いスリープ状態期間においてＧＰＳ時刻の精密な正確さが維持されるため、電力制御ロジック１８８はユニット１２４のデューティーサイクルを、図２のユニット２４のデューティーサイクルに比べて長期化することができる。別の言葉で言えば、電力制御ロジック１８８は、スリープ状態に移行した後、ユニット２４を起動して位置の特定を呼び出すまで、より長い時間を待機できる。例えば、上述した実施例では、電力制御ロジック１８８は、次の位置の特定のために送られてくる衛星信号から位置マネージャ５２に時刻データを取得させることなく、ほぼ９分間のスリープ状態の後にユニット１２４を起動し位置の特定を呼び出すことができる。結果として、より少ない位置の特定を実行すればよい。
【００４７】
図５は捕捉モードで動作しているときの受信機ユニット１２４の典型的な動作を表現するフローチャートを示す。一度ユニット１２４がスリープ状態へ移行すると、電力制御ロジック１８８は、スリープ状態の間に、カウンタ７７の出力に基づいて、捕捉を開始する。一度経過時間あるいはスリープ状態の期間がしきい値（すなわち、この例では９分間）に到達すると、電力制御ロジック１８８はユニット１２４をスリープ状態から起動し、それによってブロック２４２から２４４に示すように位置の特定を呼び出す。この位置の特定を実行するときは、位置マネージャ５２は送られてくる衛星信号から時刻データを抽出するまで待機する必要がなく、その代わりにカウンタ７７によって示されるＧＰＳ時刻を利用して位置の特定を実行してもよい。それによって、位置の特定を実行するために要する時間の長さは短縮される。位置の特定の実行によって、電力制御ロジック１８８はブロック２４７に示すように自動的に受信機ユニット１２４のスリープ状態への移行を呼び出す。
【００４８】
図４および図５に示す上述の典型的な処理では、位置の特定を実行するために有効なエフェメリスデータは受信機ユニット１２４内に記憶される。ＧＰＳ受信機ユニット１２４が位置の特定のために十分なエフェメリスデータを記憶しない場合、位置マネージャ１２４は位置の特定を実施する前に、送られてくる衛星信号からそのエフェメリスデータが抽出されるまで待機することが好ましい。上述したように、送られてくる衛星信号から時刻データを抽出するために要する期間は、通常エフェメリスデータを抽出するために要する期間より短い。それゆえ、位置マネージャ５２が位置の特定を実行する前にエフェメリスデータを抽出する必要がある場合、位置マネージャ５２はユニット１２４によって維持される時刻データより、むしろ送られてくる衛星信号から抽出される時刻データを利用して、ユニット１２４の性能に悪い影響を与えることなく、位置の特定を実施する。加えて、位置マネージャ５２は抽出された時刻データを利用してユニットコントローラ４５によって維持されるＧＰＳ時刻を再調整してもよい。
【００４９】
また、温度補償機能付き発振器４８は、従来のユニット２４の実時間クロック７５よりも多くの電力を消費するものであってもよい。温度補償付き発振器４８の利用はスリープ状態の間のユニット２４の電力負荷を増大させ得る。しかしながら、ＧＰＳ時刻を精密に維持しながら、ユニット１２４がスリープ状態を存続する時間の長さを延長させる事による電力の節約は、そのような損失にまさるであろう。
【００５０】
なお本発明は、アクティブ状態の間は主電源４７を使用してＧＰＳ受信機２４の構成要素に電力を供給し、スリープ状態の間は予備電源８３を使用して選択された構成要素に電力を供給するものとして説明した。しかしながら、受信機ユニット２４の構成要素に電力を供給する、他の方法論も使うことができる。例えば、単一の電源（すなわち、主電源４７）がアクティブ状態とスリープ状態のどちらに対しても電力を供給するように構成されていてもよい。この点について、単一の電源がアクティブ状態の間はユニット２４の様々な構成要素に電力を供給し、その単一の電源がスリープ状態の間は構成要素の選択された一部（すなわち、上述したように、ＧＰＳ時刻を捕捉することができる構成要素）のみに電力を与えてもよい。他の実施例においては、ユニット２４の状態に依存して、様々な構成要素に対して選択的に電力を供給する、様々な他の技術を使うことができる。
【００５１】
加えて本発明の上述の実施例、特にどのような“好ましい”例についても、単に実現可能な例であるに過ぎず、単に本発明の原理の明確な理解のために公表しているに過ぎない。本発明の上述の実施例には、本発明の精神および原理から実質的に離れることなく、多くの変形、変更をすることができる。それらすべての変更、変形は、この開示と本発明の範囲内に含まれ、特許請求の範囲によって保護されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
（図面の簡単な説明）
以下の図面を参照することによって本発明は理解されうる。図面の構成要素は互いに縮尺が必ずしも一致しておらず、代わりに本発明の原理を明示するために強調が用いられている。さらに、参照番号は異なる図面を通して対応する部分を示す。
【図１】図１は全地球的測位システム（GPS; Global Positioning System）を説明するブロック図である。
【図２】図２はＧＰＳ受信機ユニットの代表的な実施例を説明するブロック図である。
【図３】図３は温度補償機能付き発振器を利用してＧＰＳ時刻を捕捉するＧＰＳ受信機ユニットを説明するブロック図である。
【図４】図４は図３に図示されるようなＧＰＳ受信機ユニットによって実行される代表的な起動処理である。
【図５】図５は図３に図示されるようなＧＰＳ受信機ユニットによって、捕捉モードで動作中に実行される代表的な処理である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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