RECEPTOR PARA SEÑALES DE POSICIONAMIENTO POR RADIO.

Un receptor para señales de posicionamiento por radio que comprende una parte de alta frecuencia (1) y unas piezas de procesamiento digital de señales (11,

21, 22, 23) para el cálculo de datos relacionados con la posición basándose en las señales de radio recibidas desde una pluralidad de vehículos espaciales, caracterizado porque dichas partes de procesamiento digital comprenden un medio de computación, por ejemplo un procesador (21), incluido en una unidad gráfica o de sonido en una tarjeta (20)

La presente invención se refiere a una receptor para señales de posicionamiento por radio, en particular a un receptor para la adquisición y seguimiento de señales de localización por satélite tales como señales de GNSS (Sistema de Navegación Global por Satélite), GPS, GLONASS o Galileo. La presente invención también se refiere al software usado en dicho receptor.

Descripción de la técnica relacionada 5

La Fig. 1 ilustra un ejemplo de un receptor GPS con software conocido. El receptor ilustrado comprende un primer chip 1 para realizar la conversión descendente y digitalización de RF, y un segundo módulo 2, normalmente construido alrededor de un procesador de propósito general o procesador 9 de señales digitales, que ejecuta un programa para llevar a cabo el procedimiento de correlación y seguimiento así como la navegación. Ambos chips están conectados mutuamente por un bus de datos propietario 3. También se han sugerido algunas soluciones que 10 incluyen ambos módulos en un único chip.

En un sistema GNSS las fuentes son Vehículos Espaciales (SV) GNSS orbitales. En el caso de los GPS, siendo fácilmente extensible a otros sistemas de localización por radio, cada vehículo espacial transmite dos señales portadoras de microondas. La señal L1 a 1575.42 MHz porta el mensaje de navegación. La señal L2 a 1227.60 MHz se usa entre otras cosas para medir el retardo inonosférico. Las señales L1 y/o L2 están moduladas por tres códigos 15 binarios:

 El Código C/A (Adquisición Grosera) modula la fase de la señal portadora L1. El código

C/A es un Ruido Seudo Aleatorio (PRN) a 1 MHz que se repite cada 1023 bits (1 milisegundo). Cada SV usa un código C/A diferente. Este código de tipo ruido dispersa el espectro de la señal modulada por un ancho de banda de 1 MHz para mejorar la inmunidad ante el ruido. 20

 El mensaje de navegación también modula la señal L1 del código C/A. Es una señal a

50 Hz que consiste en bits de datos que describen las órbitas de los satélites GPS, correcciones horarias y otros parámetros del sistema.

 El Código P (preciso) modula ambas señales L1 y L2, y únicamente puede ser usado por usuarios autorizados con claves criptográficas. 25

La tarea de un receptor GPS es recuperar las señales recibidas desde los diversos vehículos espaciales que pueden ser observados en un momento dado. Para esto, el circuito de la Fig. 1 comprende una antena 4 cuya señal de salida es amplificada en el primer chip 1 por un amplificador 5 de bajo ruido y subconvertida a una señal de frecuencia intermedia (señal IF) en la unidad de conversión 6, antes de ser enviada a la etapa 7 de supresión de portadora. La señal IF a menudo comprende un componente en fase (i) y un componente en cuadratura (q), que son 30 convertidos por un conversor analógico/digital 8 a señales digitales (I, Q) enviadas a través de un bus de datos 3 al segundo módulo (“correlacionador”) para un procesamiento adicional.

La función del correlacionador 2 es principalmente la de esparcir las señales I, Q enviadas al chip de RF y originadas en los diversos SV. Para esto, el correlacionador alinea temporalmente las señales entrantes con unas copias, generadas localmente, de las señales de PRN de cada SV existente o probable. Para reducir el cálculo 35 aéreo y el tiempo de adquisición, la alineación a menudo se lleva a cabo en el dominio de la frecuencia, correlacionando una transformación FFT (transformación rápida de Fouriet) de las señales I, Q entrantes con unas transformaciones FFT de las señales de PRN que caracterizan cada SV. Existen varios algoritmos usados por diferentes fabricantes para llevar a cabo esta correlación en el tiempo o en el dominio de la frecuencia. Sin embargo, se da el hecho de que los procesos de correlación y desdispersión tienden a requerir mucha potencia de 40 procesamiento. Por ejemplo, una correlación en el dominio de frecuencia requiere mucha potencia de procesamiento para el cálculo de las FFT, la multiplicación por los conjugados complejos de los Códigos C/A, y la FFT Inversa para los resultados necesarios para una conversión tiempo-frecuencia rápida.

Además de los requisitos de procesamiento, este proceso también requiere una gran capacidad de almacenaje

para los datos y los resultados.

El correlacionador 2 emite datos procesados digitalmente que son enviados a través del bus de datos 3 hasta un procesador 11 de adquisición y navegación para calcular y para representar visualmente los datos relacionados con la posición, incluyendo por ejemplo la posición del receptor. La naturaleza de los datos de salida del correlacionador depende del receptor; algunos módulos envían en ese momento las coordenadas de posición mientras que otros 5 sólo envían valores intermedios tales como las Seudo Distancias de los SV orbitales. El documento US6018784 describe, por ejemplo, un GPS digital convencional.

En la técnica anterior, el correlacionador 2 a menudo está construido alrededor de un procesador 9 de propósito general o un procesador de señales digitales que tiene acceso a su propia memoria 10 de datos e instrucciones. Algunos ejemplos de correlacionadores incluyen los procesadores de banda base NJ1030 y NJ2020, fabricados por 10 el solicitante.

También se conoce el uso de FPGAs (Conjunto Programable de Puertas) o ASICs (Circuito Integrado para Aplicaciones Específicas) a modo de correlacionadores para calcular las FFTs y para las demás computaciones diversas llevadas a cabo por el módulo 2.

Sin embargo, los procesadores, FPGAs y ASICs son costosos, y consumen potencia y espacio, por lo tanto, los 15 recursos 2 de hardware requeridos para los procedimientos de correlación y seguimiento tienen un impacto significativo en el precio, volumen y consumo de energía generales del receptor. Adicionalmente estos recursos a menudo se dedican al algoritmo del GPS y no pueden ser usados para otros propósitos cuando ya no son requeridos por la función de GPS.

También se ha sugerido el uso de una CPU 11 de propósito general en el sistema para el cálculo de la FFT 20 requerida para la correlación. Aunque las CPUs de propósito general son rápidas, a menudo el rendimiento total del sistema no es suficientemente rápido. Adicionalmente, esta solución hace un uso poco eficaz del ancho de banda de la memoria disponible y ejerce una elevada carga en la CPU, bloqueándola por lo tanto para otras tareas.

El artículo “The cosmic ray radio detector data acquisition system” (Sistema de adquisición de datos para radio detector de rayos cósmicos) de Damazio y otros, Nº XP01081924ISBN0-7803-8700-7, del 16 de Octubre de 2004, 25 describe un receptor GPS combinado con una tarjeta de sonido que, sin embargo, no es usado para procesar señales de GPS.

Por lo tanto, uno de los objetivos de la presente invención es proporcionar la potencia de procesamiento digital requerida por un receptor de señales de posicionamiento por radio de manera menos costosa, con un menor consumo de energía y de espacio que en la técnica anterior, y de una manera que comparta los recursos de manera 30 eficaz para que también puedan ser usados para otras funciones del sistema cuando las funciones de navegación no los requieran.

Breve resumen de la invención

De acuerdo con la invención, estos objetivos son logrados por medio del objeto de las reivindicaciones independientes. Algunas características opcionales son el objeto de las reivindicaciones dependientes. 35

En particular, estos objetivos se logran por medio de un receptor de señales de posicionamiento por radio que comprende partes de procesamiento de señales digitales como parte de una tarjeta gráfica o de sonido para calcular datos relacionados con la posición basados en las señales de radio recibidas desde una pluralidad de vehículos espaciales.

En el contexto de esta solicitud, los “datos relacionados con la posición” no están limitados a la posición en sí 40 misma, sino que también abarcan cualquier dato derivado de la posición, incluyendo la velocidad, aceleración, altitud, etc, así como cualquier dato o valor intermedio usado para el cálculo de la posición a partir de las señales de posicionamiento por radio recibidas por el receptor. Los datos relacionados con la posición incluyen por ejemplo las transformaciones FFT de señales derivadas de las señales recibidas,...

1. Un receptor para señales de posicionamiento por radio que comprende una parte de alta frecuencia (1) y unas piezas de procesamiento digital de señales (11, 21, 22, 23) para el cálculo de datos relacionados con la posición basándose en las señales de radio recibidas desde una pluralidad de vehículos espaciales,

caracterizado porque dichas partes de procesamiento digital comprenden un medio de computación, por 5 ejemplo un procesador (21), incluido en una unidad gráfica o de sonido en una tarjeta (20).

2. El receptor de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una parte de alta frecuencia (1) para la adquisición y procesamiento de señales de radio analógicas desde una pluralidad de vehículos espaciales, enviando dicha parte de alta frecuencia unas señales intermedias digitales (I, Q), o una señal de IF intermedia. 10

3. El receptor de una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el cual dicho cálculo de los datos relacionados con la posición efectuado por dicha tarjeta gráfica o de sonido (20) comprende la desdispersión de dichas señales intermedias digitales para enviar una pluralidad de señales digitales (211) que se corresponden con una pluralidad de emisores de dichas señales de posicionamiento por radio.

4. El receptor de una de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual dicho cálculo de los datos relacionados con la 15 posición efectuado por dicha tarjeta gráfica o de sonido (20) comprende el cálculo de FFTs.

5. El receptor de una de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual dicho cálculo de los datos relacionados con la posición llevado a cabo por dicha tarjeta gráfica o de sonido (20) comprende la determinación de desplazamientos de tiempo relativos de códigos de seudo ruido comprendidos en las señales enviadas por dicha parte de alta frecuencia. 20

6. El receptor de una de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende adicionalmente un medio de restitución de datos (11, 12, 20) para la restitución visual y/o de audio de los datos relacionados con la posición basada en la transferencia de datos por parte de dichas piezas de procesamiento digital de señales (20, 11).

7. El receptor de la reivindicación 6, comprendiendo dicho medio de restitución de datos una tarjeta gráfica o de sonido (20) para la restitución visual o de audio de datos gráficos o de audio, 25

en el cual dicho procesador (21) usado por dichas partes de procesamiento digital forma parte de dicha tarjeta gráfica o de sonido (20).

8. El receptor de una de las reivindicaciones 1 a 7, comprendiendo dicha tarjeta gráfica o de sonido (20) una memoria de datos (22), una memoria de instrucciones (23) y un procesador gráfico o de sonido (21), comprendiendo dicha memoria de instrucciones unas primeras instrucciones para el procesamiento de 30 datos gráficos o de audio para su restitución por parte de dicho medio de restitución, y unas segundas instrucciones para el procesamiento de dichos datos relacionados con la posición por dicho procesador gráfico o de sonido (21).

9. El receptor de una de las reivindicaciones 2 a 8, comprendiendo dichas señales intermedias digitales enviadas por la parte de alta frecuencia al menos dos señales ortogonales (I, Q). 35

10. El receptor de una de las reivindicaciones 2 a 9, estando montada dicha parte de alta frecuencia (1) en una tarjeta y comprendiendo:

un conector de antena para la conexión de una antena (4),

. unos amplificadores (4) para amplificar las señales de entrada procedentes de dicha antena,

un medio de filtrado de señales analógico (6), 40

un medio de conversión de banda base para desmodular las señales de entrada (7),

un medio de conversión analógico/digital para convertir las señales desmoduladas analógicas a dichas señales intermedias digitales (8).

11. El receptor de una de las reivindicaciones 2 a 10, estando conectada dicha parte de alta frecuencia (1) a dicha tarjeta gráfica o de sonido (20) por medio de un bus (30) de ordenador de propósito general, por 5 ejemplo un bus de PCI o un bus de Express-PCI.

12. El receptor de una de las reivindicaciones 2 a 10, estando conectada dicha parte de alta frecuencia (1) a dicha tarjeta gráfica o de sonido (20) por medio de un bus (30) dedicado.

13. El receptor de una de las reivindicaciones 6 a 11, comprendiendo dicho medio de restitución de datos uno o más procesadores (11) para ejecutar un programa de navegación. 10

14. El receptor de una de las reivindicaciones 2 a 12, estando hecho a partir de un ordenador personal, ordenador portátil u ordenador de bolsillo que incluye dicha tarjeta gráfica y una tarjeta que incluye dicha parte de alta frecuencia.

15. Un procedimiento para calcular datos relacionados con la posición basado en señales de radio recibidas desde una pluralidad de vehículos espaciales, 15

caracterizado por las etapas de cálculo de la desdispersión de las señales intermedias digitales (I, Q) o de IF enviadas por una parte de alta frecuencia o de cálculo de transformaciones de Fourier, por ejemplo FFTs y/o FFTs inversas, siendo llevadas a cabo dichas etapas por una unidad gráfica o de audio en una tarjeta (20).

16. El procedimiento de la reivindicación 15, en el cual la decisión de que dichas etapas sean llevadas a cabo 20 por dicha tarjeta gráfica o de sonido se toma automáticamente en función de los criterios de consumo de energía.

17. El procedimiento de la reivindicación 15, en el cual la decisión de que dichas etapas sean llevadas a cabo por dicha tarjeta gráfica o de sonido se toma automáticamente en función de la carga actual en los componentes de un receptor. 25

18. El procedimiento de la reivindicación 15, en el cual la decisión de que dichas etapas sean llevadas a cabo por dicha tarjeta gráfica o de sonido se toma automáticamente en función de una velocidad y/o sensibilidad de adquisición requeridas.

19. Una tarjeta gráfica que comprende un procesador gráfico y una memoria con instrucciones para el cálculo de funciones gráficas, 30

caracterizada porque dicha memoria comprende adicionalmente unas instrucciones para el cálculo de datos relacionados con la posición basado en las señales de radio recibidas desde una pluralidad de vehículos espaciales de acuerdo con el procedimiento de una de las reivindicaciones 15-18.

20. Un procedimiento para proporcionar un receptor de señales de posicionamiento por radio que comprende las etapas de proporcionar unas partes de procesamiento digital de señales (11, 21, 22, 23) para el cálculo 35 de datos relacionados con la posición basado en las señales de radio recibidas desde una pluralidad de vehículos espaciales, caracterizado porque dichas partes de procesamiento digital comprenden un procesador como parte de una unidad gráfica o de sonido en una tarjeta.