通过混合sps轨道数据进行定位的方法和装置的制造方法
【专利说明】通过混合SPS轨道数据进行定位的方法和装置
[0001]本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2009/040722，国际申请日为2009年4月15日，进入中国国家阶段的申请号为200980110663.6，名称为“通过混合SPS轨道数据进行定位的方法和装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明一般涉及卫星定位系统(SPS)，尤其涉及使用SPS轨道信息来辅助移动站确定其位置和时间。
【背景技术】
[0003]卫星定位系统(SPS)接收机通常通过计算来自多个卫星的诸信号的到达时间来确定其位置。这些卫星传送卫星定位数据和卫星时钟时基数据两者作为其消息的一部分。卫星位置、速度和时钟时基通常由历书和星历数据来表示。星历数据指的是传送自卫星的消息的子帧1、2和3的内容。星历提供对轨道(卫星位置、时钟和时钟偏离)极其准确的估计(约I米误差)。然而，搜索和捕获卫星信号、读取卫星所发射的星历数据、以及从该数据计算接收机的位置的典型过程是耗时的，且需要适度强度的信号电平。
[0004]例如，全球定位系统(GPS)设备基于对广播自轨道卫星的GPS信号在GPS接收机处的到达时间的测量来确定位置。如所述的，如此的系统的一个缺点是需要相对较长的时间执行独立信号捕获。卫星信号直至它们已经首先通过在两维搜索“空间”中的搜索被定位时才能被跟踪，其中该“空间”的维度是码-相延迟和观察到的多普勒频移。SPS接收机搜索、捕获、以及解调卫星信号的过程有时被称为“独立”操作模式，这与“辅助”操作模式相对照。
[0005]为了减小与独立操作模式相关联的延迟，可提供信息以帮助SPS或GPS接收机捕获特定信号。如此的辅助信息通过对码和频率不定性提供边界来准许接收机将为定位信号所必须搜索的搜索空间变窄。采用以GPS辅助数据进行扩增的GPS接收机的系统常被称为“辅助全球定位系统”(AGPS)。
[0006]AGPS系统的一个示例包括具有GPS接收机或与之通信的无线移动站(MS)(诸如蜂窝电话)，该移动站与无线通信网络的也被称为基收发机子站(BTS)或B节点的一个或多个基站(BS)通信，这一个或多个基站又与取决于通信空中接口协议有时被称为定位实体(PDE)或服务移动定位中心(SMLC)的一个或多个定位辅助服务器通信。AGPS系统的另一示例包括具有GPS接收机或与之通信的MS或膝上型设备，该MS或膝上型设备能够与诸如因特网但并不局限于此的通信网络通信，该设备通过该通信网络与定位辅助服务器通信。
[0007]定位辅助服务器从一个或多个GPS参考接收机(全球参考广域网)推导出GPS辅助信息。定位辅助服务器还可访问用于确定近似移动站位置的装置。定位辅助服务器维护GPS数据库，后者可包括参考时间、卫星轨道历书和星历信息、电离层信息、以及卫星工作状况(“健康”)信息。定位辅助服务器还计算针对近似移动站位置所定制的辅助信息。
[0008]AGPS系统中MS的位置可在MS处通过来自定位辅助服务器的辅助来确定(有时被称为基于MS的定位模式)。在基于MS的定位模式期间，当GPS引擎需要诸如关于卫星或基站的位置、基站和/或卫星的时基信息、或种子位置(诸如，但并不限于通过高级前向链路三边测量(AFLT)所确定的)的星历数据、历书数据等经更新的帮助数据时，接着的定位将导致移动站联系通信网络以索要数据，由此对网络造成负担且使用MS的功率资源。AGPS系统中MS的位置可替换地在定位辅助服务器处使用该MS所捕获的信息来确定并被传送回MS (有时被称为MS辅助定位模式)。SPS卫星轨道可被建模为具有用以考虑各种微扰的校正项的修正椭圆轨道。相对短期星历数据提供对卫星轨道的非常准确的表示。例如，GPS子帧2的字10中的比特17是指示GPS控制段用来确定星历参数的曲线拟合区间的“拟合区间”标志，其中“O”指示4小时拟合而“I”指示“大于4小时”拟合。此外，块II/IIA GPS卫星的扩展导航模式确保正确星历参数达14天的传输以支持短期扩展操作。在正常操作期间，控制段每日向每颗卫星提供对导航(轨道)数据的上载以支持16米球概率误差(SEP)的定位准确度。
[0009]AGPS系统中MS的位置也可在MS处使用直接接收自卫星的星历数据来确定。星历数据在其有效期间(例如，4小时历元)比历书数据和预测轨道数据更准确。预测轨道数据是基于除实时卫星定位系统之外的系统(例如，GPS控制段)预测的轨道解对卫星位置、速度和时基的估计。然而，广播星历数据由于不在视线内、遮蔽、差劣信号状况或其他阻碍MS解调卫星广播的接收问题而不会总是对移动站可用，且在可用时仍将需要时间来解调。
[0010]需要一种使得SPS接收机即使在当前实时轨道和时钟偏离信息不可(或者从广播数据或者从定位辅助服务器数据)得到时也能利用可用轨道数据来产生准确位置和时基的系统和方法。
【发明内容】
[0011]描述了一种供移动站用于使用卫星轨道数据的混合组合来确定其位置(或速度)的方法和系统。在一方面，移动站在确定锁定时将来自一个卫星的预测轨道数据与来自另一卫星的实时轨道数据相组合。移动站可随着实时轨道数据可用性的改变动态地改变组合。可对同一卫星系统或不同卫星系统中的卫星作出组合。移动站可在一个时段使用卫星的实时轨道数据，并在另一时段使用同一卫星的预测轨道数据。在另一方面，移动站可使用实时轨道数据来校正预测轨道数据中的时钟偏离。可对提供实时轨道数据的同一卫星或不同卫星作出对时钟偏离的校正。该不同卫星可处于同一卫星系统或另一卫星系统中。在另一方面，在加权最小二乘方或其他计算中可计及预测轨道数据所呈现的附加不定性和轨道数据的龄期。
[0012]本文所描述的方法和系统提供了灵活性并改善移动锁定中的准确度。来自不同源的卫星轨道数据可由移动站动态地组合。实时轨道数据可被用来改善预测轨道数据中时钟偏离的准确度并用对实际轨道数据的拟合来更新预测数据。
[0013]本发明的其他特征将从附图和以下具体描述而显而易见。
【附图说明】
[0014]本发明以示例而非限制的方式在附图的各图示中进行了图解，其中相似的附图标记在附图中指示相似元素。应注意，本公开中对“一”或“一个”实施例的引用不一定引用同一实施例，并且如此的引用表示至少一个。
[0015]图1是示出包括用以辅助移动站定位卫星的服务器的通信系统的示例的示图。
[0016]图2A是示出图1中从多个卫星接收轨道数据的移动站(MS)的示图。
[0017]图2B是图解MS用于组合不同卫星的实时轨道数据和预测轨道数据的过程的示例的流程图。
[0018]图3A是示出时间序列中的预测轨道数据的示图，其中实时轨道数据在一些时段中可用。
[0019]图3B是图解MS用于在第一时段中使用卫星的实时轨道数据而在第二时段中使用同一卫星的预测轨道数据的过程的流程图。
[0020]图4是示出作为时间的函数的预测轨道数据中的径向轨道误差和时钟偏离误差的示例的流程图。
[0021]图5是示出MS用于使用实时轨道数据校正预测轨道数据的过程的流程图。
[0022]图6是示出图1的移动站中组件的示例的框图。
【具体实施方式】
[0023]描述了一种用于辅助移动站确定其位置(或速度)和时间(称为“锁定(fix) ”)的方法和系统。该方法和系统还改善卫星时钟偏离的精确度。在文本中所描述的卫星时钟偏离是指卫星时钟的时间估计与诸如全球定位系统(GPS)主控时钟等主控时钟的差异。根据多个卫星的位置和时钟偏离，移动站可确定其自己的位置和时间。在本发明的一个方面，各个卫星的位置和时钟偏离可从各种源以不同程度的精确度被提供给移动站。通常，实时轨道数据(例如，星历)具有最高准确度，但是不可能总是可用。在本文中引入“混合”技术以使得移动站能够在计算位置/速度/时间锁定时将实时轨道数据与诸如预测轨道数据等其它卫星轨道信息相组合。卫星轨道数据的组合可涉及多个卫星和/或多个卫星系统。本文所描述的混合技术还使得移动站能够利用卫星的实时轨道数据来改善预测轨道数据中卫星时钟偏离的精确度。经改善的预测数据可针对同一卫星、或者同一或另一卫星系统中的不同卫星作出。
[0024]如本文所用的，移动站(MS)指代诸如蜂窝或其他无线通信设备、个人通信系统(PCS)设备、个人导航设备、膝上型或其他能够接收并处理SPS信号的合适移动设备的设备。术语“移动站”还旨在包括诸如通过短程无线、红外、无线连接、或其他连接与个人导航设备(PND)通信的设备一一不管卫星信号接收、辅助数据接收、和/或位置相关处理是发生在该设备上还是PND上。而且，“移动站”旨在包括含无线通信设备、计算机、膝上型设备等在内的能够诸如经由因特网、WiF1、或其他网络与服务器通信的所有设备，而不管卫星信号接收、辅助数据接收、和/或位置相关处理发生在该设备上、在服务器上、还是在与网络相关联的另一设备上。上述的任何可操作组合也被考虑为“移动站”。
[0025]本文的术语“粗略轨道数据”指代对传送自卫星的卫星位置和时钟数据的粗略和较不准确的估计，例如历书。术语“实时轨道数据”指代传送自卫星的对卫星位置、速度和时基的精确表示，例如，包括子帧1、2和3的星历。移动站可在预定时间区间捕获在一时段内有效的实时轨道数据块。因此，“有效实时轨道数据”指代新近被捕获且处在其有效期内的实时轨道数据。“无效实时轨道数据”指代过于陈旧且不再有效的实时轨道数据。除非明确指示相反方面，否则术语“实时轨道数据”在以下描述中指代“有效实时轨道数据”。术语“预测轨道数据”指代与实时精确轨道数据相比具有相对扩展的有效期的对卫星位置、速度和时基的精确估计。预测轨道数据在定位辅助服务器处可用，且可被传送到或存储