專利名稱：衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容通常涉及衛(wèi)星定位系統(tǒng)(SPS)接收機，更具體地，涉及獲取衛(wèi)星信息，其用于近似SPS接收機的初始位置和對其進行定位，例如，支持全球定位系統(tǒng)(GPS)的移動無線通信用戶設(shè)備，以及方法。
背景技術(shù)：
全球定位系統(tǒng)(GPS)是由美國政府開發(fā)且對所有用戶免費的基于衛(wèi)星的位置和時間傳輸系統(tǒng)。其他的衛(wèi)星定位系統(tǒng)(SPS)也已被開發(fā)或正被開發(fā)，包括俄羅斯的Glonass衛(wèi)星系統(tǒng)和歐洲的Galileo系統(tǒng)。
SPS接收機的位置基于SPS接收機和數(shù)個衛(wèi)星之間的單向測距，該衛(wèi)星發(fā)射信號，其具有關(guān)于衛(wèi)星的各個時變空間位置的發(fā)射時間和軌道參數(shù)。SPS接收機通過使內(nèi)部復(fù)制信號同關(guān)于數(shù)個視野中的衛(wèi)星的每一個的載波頻率和可區(qū)分碼相關(guān)，獲取衛(wèi)星信號。在獲取了衛(wèi)星信號時，SPS接收機使用來自獲取的衛(wèi)星的時間和軌道參數(shù)信息，用于測量到衛(wèi)星的距離，優(yōu)選地是四個或更多的衛(wèi)星。這些測量距離被稱為偽距，這是因為它們包括由SPS接收機時鐘的時間誤差引起的項。
通過確定接收的衛(wèi)星信號的偽隨機(PRN)碼同以SPS接收機時鐘為參考的內(nèi)部復(fù)制PRN碼之間的相位偏移，測量SPS衛(wèi)星偽距。某些SPS接收機測量衛(wèi)星信號的載波相位并對其積分，以便于減少測量相位偏移上的噪聲。SPS接收機隨后通過監(jiān)視SPS信號直至對TOW區(qū)解碼，確定基于SPS的時間。基于SPS的時間被用于確定測量相位偏移的時間。然后一同使用測量的時間和自衛(wèi)星接收的星歷(ephemeris)數(shù)據(jù)，用于計算數(shù)個衛(wèi)星的瞬時空間位置，并且用于使位置方程線性化，其使計算的空間位置同測量的偽距相關(guān)。具有分別關(guān)于四個或更多個的衛(wèi)星的四個或更多的線性化位置方程之后，SPS接收機可以解它們的三維地理位置，并且修正它們內(nèi)部時鐘中的時間誤差。
通常已知的是，使用存儲在SPS接收機上的歷書(almanac)和星歷信息加快衛(wèi)星的獲取。歷書數(shù)據(jù)包含關(guān)于衛(wèi)星運動的開普勒(Kepler)方程的系數(shù)，并且用于計算在特定的時間哪些衛(wèi)星是可視的。歷書數(shù)據(jù)還可以用于計算衛(wèi)星的位置和速度矢量，由其可以計算衛(wèi)星的多普勒(Doppler)估值，用于協(xié)助信號獲取。歷書數(shù)據(jù)提供了低分辨率的衛(wèi)星位置準確性，在刷新時其典型地不優(yōu)于約1公里。然而，歷書數(shù)據(jù)包含相對小的字節(jié)數(shù)目，對于32個衛(wèi)星近似為1200字節(jié)，并且歷書數(shù)據(jù)在6個月～1年內(nèi)是有用的，這依賴于重新安置衛(wèi)星，還是添加新的衛(wèi)星，還是將衛(wèi)星從星座中移除。在GPS星座中，每個衛(wèi)星向所有GPS衛(wèi)星以12.5分鐘的周期廣播歷書數(shù)據(jù)，其每隔數(shù)天被更新。
星歷數(shù)據(jù)與歷書數(shù)據(jù)相似，但是提供了更加準確的衛(wèi)星位置信息，如果星歷數(shù)據(jù)的年齡未超過數(shù)個小時，則其準確性達到數(shù)米。得自星歷數(shù)據(jù)的衛(wèi)星位置信息的準確性隨著時間劣化。SPS接收機典型地使用星歷數(shù)據(jù)用于計算精確的衛(wèi)星位置，再與SPS接收機測量的偽距信息組合時，其可用于位置計算。關(guān)于一個衛(wèi)星的GPS星座星歷數(shù)據(jù)集是近似為72字節(jié)的數(shù)據(jù)，并且因此關(guān)于全部32個GPS衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)需要約2304字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲空間。在GPS星座中，每個衛(wèi)星每隔30秒廣播其自己的星歷數(shù)據(jù)。SPS接收機必需獲取衛(wèi)星，以便于獲得其星歷數(shù)據(jù)。
在典型的GPS接收機中，例如，在支持GPS的蜂窩通信和獨立導(dǎo)航設(shè)備中，用于直接從衛(wèi)星獲取新的歷書數(shù)據(jù)的時間需要多于12.5分鐘。在所需用于直接從衛(wèi)星獲得歷書數(shù)據(jù)的相對長的周期中操作GPS接收機，耗費了電池中的相當多的電量，其在包括支持GPS的蜂窩電話的許多應(yīng)用中是不理想的。所需用于以這樣方式獲得星歷數(shù)據(jù)的時間是相對小的，近似為30秒。
已知的是，在空中無線電消息中向支持GPS的無線電通信設(shè)備提供歷書信息，例如，題為“GPS Receiver Utilizing A CommunicationLink”的美國專利No.6,064,336中公開的。然而，在某些情況中，使用歷書信息或在空中消息中獲得歷書信息是不理想的。
而且，已知的是，在空中無線電消息中向支持GPS的無線電通信設(shè)備提供星歷信息，例如，由Motorola Eagle GPS接收機所執(zhí)行的。在現(xiàn)有技術(shù)的

圖1中，從蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)基站12向使用空中通信協(xié)議的無線用戶設(shè)備14發(fā)射GPS衛(wèi)星星歷和歷書信息10。無線用戶設(shè)備14包含具有天線的GPS接收機16、蜂窩收發(fā)信機20和兩個數(shù)據(jù)庫，其存儲在存儲器中，用于存儲星歷數(shù)據(jù)22和歷書數(shù)據(jù)24。GPS接收機16可以經(jīng)由天線18直接從GPS衛(wèi)星獲取歷書和星歷數(shù)據(jù)，并且將其存儲到歷書數(shù)據(jù)庫24和星歷數(shù)據(jù)庫22中。此外，蜂窩收發(fā)信機20可以經(jīng)由空中消息從蜂窩網(wǎng)絡(luò)獲取刷新的歷書和星歷數(shù)據(jù)10。
然而，在通信鏈路上發(fā)射衛(wèi)星歷書和星歷數(shù)據(jù)需要高成本的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。此外，需要相對長的數(shù)據(jù)串用于發(fā)射星歷和歷書數(shù)據(jù)，并且對請求和存儲得自空中消息的數(shù)據(jù)的管理是麻煩的。其他的GPS接收機應(yīng)用，包括車輛導(dǎo)航，不包括可用于接收空中援助消息的無線電。出于這些和其他的原因，在至少某些應(yīng)用中，自空中援助消息獲得歷書數(shù)據(jù)是不理想的。
題為“Position Detection System Integrated into Mobile Terminal”的美國專利No.6,437,735公開了，在移動GSP接收機處直接從GPS衛(wèi)星或者從無線通信網(wǎng)絡(luò)接收星歷數(shù)據(jù)，并且通過比例縮放和校正星歷參數(shù)使星歷數(shù)據(jù)變換為歷書信息，以形成對應(yīng)的歷書參數(shù)，其存儲在GSP接收機上，用于定位確定。確信以這樣的方式得到的歷書數(shù)據(jù)具有顯著的誤差，例如，在沿跟蹤方向中的積累誤差，其在非常長的時間周期中可能產(chǎn)生不可接受的結(jié)果。
對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在仔細地考慮下面的詳細描述以及下文描述的附圖之后，本公開內(nèi)容的多種方面、特征和優(yōu)點將變得更加顯而易見。
附圖簡述圖1是用于從網(wǎng)絡(luò)向用戶設(shè)備傳遞GPS衛(wèi)星歷書和星歷信息的圖2是示例性GPS接收機的示意性框圖。
圖3是處理流程圖。
圖4是示例性GPS接收機的另一示意性框圖。
圖5是具有信息幀的示例性信號。
圖6是用于自星歷信息得到衛(wèi)星軌道信息的處理的示意性說明。
圖7是用于通過星歷信息更新歷書信息的處理的示意性說明。
圖8是由歷書得到的衛(wèi)星位置和由星歷得到的衛(wèi)星位置之間的衛(wèi)星位置矢量差的圖線，作為歷書和星歷年齡的函數(shù)。
圖9是由歷書得到的衛(wèi)星速度和由星歷得到的衛(wèi)星速度之間的衛(wèi)星速度矢量差的圖線，作為歷書和星歷年齡的函數(shù)。
圖10是關(guān)于刷新年齡為40天的星歷和歷書的情況，由歷書得到的衛(wèi)星位置和由星歷得到的衛(wèi)星位置之間的衛(wèi)星位置矢量差的圖線，作為以天為單位的星歷年齡的函數(shù)。
圖11是關(guān)于刷新年齡為40天的星歷和歷書的情況，由歷書得到的衛(wèi)星速度和由星歷得到的衛(wèi)星速度之間的衛(wèi)星速度矢量差的圖線，作為以天為單位的星歷年齡的函數(shù)。
具體實施例方式
根據(jù)本公開內(nèi)容的一個方面，衛(wèi)星定位系統(tǒng)(SPS)接收機在SPS接收機連接到外部電源，例如電池充電器或車載適配器的任何時間自動地獲取或嘗試獲取歷書數(shù)據(jù)。在該操作模式下，SPS接收機連續(xù)地操作GPS接收機，以在連接到外部電源時，從例如，直接接收自衛(wèi)星或某些其他的源的信號中，解調(diào)歷書數(shù)據(jù)或其他的信息。
在圖2中，蜂窩手機220中的GPS接收機210經(jīng)由GPS天線232直接從GPS衛(wèi)星230獲取衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)。一旦接收到，將衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)，例如歷書和/或星歷數(shù)據(jù)存儲在存儲器中，例如，存儲在星歷數(shù)據(jù)庫234和歷書數(shù)據(jù)庫236中。GPS接收機210是連續(xù)打開的，并且只要從外部經(jīng)由外部充電器連接器240將電力施加到手機，其嘗試解調(diào)直接來自GPS衛(wèi)星230的星歷和歷書數(shù)據(jù)。外部電力可以來自電池充電器、點煙器適配器、免持車用適配器或者相似的向整個電話供電而非從電池內(nèi)部向SPS接收機供電的外部電源。
在圖3的處理示圖300中，在框310中，確定SPS接收機，例如嵌入在蜂窩用戶設(shè)備中的SPS接收機，是否連接到不同于其內(nèi)部電池的電源。在框320中，如果接收機連接到外部電源，則接收衛(wèi)星導(dǎo)航信息?？梢灾苯訌男l(wèi)星，或者可替換地，從某些其他的源接收衛(wèi)星信息，例如星歷和/或歷書數(shù)據(jù)，由于接收機未操作于電池電源，因此其同電池耗電無關(guān)。在框330中，將衛(wèi)星導(dǎo)航信息存儲在接收機上，例如，存儲在存儲器中。
在一個實施例中，衛(wèi)星定位系統(tǒng)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)的接收在接收機連接到不同于其電池的電源時開始。通常，如果接收機重新連接到其電池，則衛(wèi)星定位系統(tǒng)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)的接收是不連續(xù)的。然而，在某些實施例中，可能需要的是，在重新將SPS接收機連接到其電池時，繼續(xù)接收SPS的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，直至完成導(dǎo)航數(shù)據(jù)的接收。在某些實施例中，僅在接收機連接到外部電源時，直接從衛(wèi)星下載導(dǎo)航數(shù)據(jù)，例如歷書數(shù)據(jù)。
在圖3中，在框340中，例如，在同外部電源斷開連接時，確定電池電源是否被重新連接。如果在框350中，衛(wèi)星數(shù)據(jù)的下載未完成，則在框360中確定是否滿足這樣的條件，即其將需要或要求在電池電源下完成下載。在框360中評估的條件可以是，下載數(shù)據(jù)是必需的，或者下載幾乎完成，其可以通過例如，評估是否已接收了預(yù)定部分的或預(yù)定百分比的導(dǎo)航數(shù)據(jù)來確定。在圖3中，在框370中，如果不滿足該條件，則結(jié)束下載，而在框380中，如果滿足該條件，則完成下載。
根據(jù)本公開內(nèi)容的另一方面，SPS接收機與信息，例如衛(wèi)星歷書和/或星歷的信息到達的預(yù)期時間同步地操作。這樣，SPS接收機在未接收信息時不保持空閑和消耗電力。圖4說明了示例性的SPS接收機的示意性框圖，該SPS接收機具有實時時鐘，其控制GPS接收機與預(yù)期的信息到達時間的同步操作。
圖5是示例性的多幀信號，例如GPS導(dǎo)航消息，盡管該消息可以是任何其他的信號。GPS信號是按照可預(yù)測的調(diào)度方案發(fā)射的，并且因此在獲取GPS信號時，GPS接收機可以使其操作同步，用于僅接收信號中所關(guān)注的信息。在圖5中，例如，GPS接收機的接收功能在幀SF1～SF3到達的過程中是關(guān)閉的，并且GPS接收機的接收功能在幀SF4和SF5到達的過程中是打開的，以允許接收和解調(diào)所需的數(shù)據(jù)歷書。已知歷書數(shù)據(jù)僅占用子幀4和5，而不占用1～3的子幀。歷書數(shù)據(jù)在25個連續(xù)的子幀4和5的集合上換向，以便于廣播歷書數(shù)據(jù)。圖5所示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與自周(week)開始起的每30秒的歷元同步開始。因此，總是在自周開始起的30秒的某個整數(shù)倍(n*30sec)時，發(fā)射子幀1的第1個比特的時間。同樣地，已知子幀2的第1個比特開始于6秒后，或者開始于自周開始起的時間T＝n*30+6秒。自周開始起，子幀3開始于T＝N*30+12秒，子幀4開始于T＝N*30+18秒，而子幀5開始于T＝N*30+24秒。因此，如果預(yù)先使GPS接收機的實時時鐘同相對準確的時間同步，則其可被編程為在子幀4開始時開啟，并且在子幀5結(jié)束時關(guān)閉，僅解調(diào)關(guān)于這些子幀的比特，并且在使其功耗最小的同時獲取刷新的歷書數(shù)據(jù)。需要25個子幀4和5的集合，以獲得完整的歷書數(shù)據(jù)發(fā)布。在一個實施例中，GPS接收機在跟蹤衛(wèi)星的同時接收導(dǎo)航信息。
在一個實施例中，GPS接收機與GPS衛(wèi)星或者如轉(zhuǎn)發(fā)器的其他的源發(fā)射的GPS導(dǎo)航消息中的星歷和/或歷書信息的預(yù)期到達同步操作。在其他的實施例中，GPS接收機與時鐘修正信息、電離層修正信息、對流層修正信息、世界協(xié)調(diào)時間偏移修正信息或者其他的具有調(diào)度到達時間的信息的預(yù)期到達時間同步操作。
通常，GPS接收機在接收功能失能的時間周期中，例如在圖5的幀SF1～SF3到達的過程中，可以執(zhí)行其他的操作。更具體地，在GPS接收機不接收的周期中，GPS接收機可操作處理先前接收的信號。
在1999年10月11日更新的Navstar文獻ICD-GPS-200，RevisionC，其整體內(nèi)容在此處并入列為參考，在頁87和97中列出了星歷參數(shù)，并且在頁108中列出了歷書參數(shù)。
衛(wèi)星歷書數(shù)據(jù)在計算獲取援助信息中是有用的，諸如作為時間的函數(shù)的衛(wèi)星多普勒和碼相位估值以及衛(wèi)星可見性估值。針對特定的歷元時間(epoch time)修改或優(yōu)化歷書數(shù)據(jù)。歷元時間由參數(shù)TOA(歷書時間)和歷書周數(shù)WNA確認，其中參數(shù)TOA是被描述為周(week)中的秒數(shù)的歷元時間。GPS時鐘和周數(shù)開始于1980年1月5日的周數(shù)0和時間0，周數(shù)每周計數(shù)加1，在1024周后翻轉(zhuǎn)，同時GPS時鐘每隔1秒加1秒，在下一周開始時清零。每周積累604800秒。歷書周數(shù)WNA和TOA精確地確認了關(guān)于歷書的參考時間，同時具有歷書周數(shù)的256周的周期的模糊性。歷書周數(shù)是10比特的GPS周數(shù)中的8個比特，其產(chǎn)生了256周的重復(fù)時間?？紤]到周數(shù)差，由時差導(dǎo)出了用于確定衛(wèi)星位置相對于時間的歷書方程，該時差是當前時間同TOA之間的以秒為單位的時差。在方程(1)中示出了如何通過歷書實現(xiàn)該操作的注解，其中函數(shù)將歷書轉(zhuǎn)化為地固地心(ECEF)坐標系中的3維衛(wèi)星XYZ位置矢量，作為關(guān)于特定的衛(wèi)星“sv”的時間“t”、周數(shù)“wk”的函數(shù)，并且其中函數(shù)SVPOS_alm使用了前面描述的歷書衛(wèi)星位置方程。
SVPosXYZ_alm[sv]＝SVPOS_alm(t，wk，sv)(1)3維矢量SatPosXYZ_alm可被寫成SVPosXYZ_alm＝[SVPosX，SVPosY，SVPosZ]，其中SVPosX分量是X軸元素，SVPosY是Y軸元素，而SVPosZ是Z軸元素。歷書方程將時間和周數(shù)轉(zhuǎn)化為衛(wèi)星速度矢量，如下面方程(2)中所示。
SVVelXYZ_alm[sv]＝SVVEL_alm(t，wk，sv)(2)返回的速度矢量是ECEF Cartesian坐標系統(tǒng)中的3維矢量，其指出了在瞬時時間歷元“t”處的衛(wèi)星速度。
還針對特定歷元時間修正和優(yōu)化衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)，該歷元時間被稱為星歷時間或TOE。如果當前時間“t”和TOE之間的時差在正常條件下在+/-2小時內(nèi)，則星歷數(shù)據(jù)對于計算精確的衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)(準確到數(shù)米)是有用的。當時間t和TOE之間的差在范圍-7200秒＜＝t-TOE＜＝+7200秒內(nèi)時，星歷數(shù)據(jù)可靠地計算衛(wèi)星位置矢量和速度矢量數(shù)據(jù)，到達用于用戶位置和速度計算所需要的精度。當時間在-7200秒＜＝t-TOE＜＝+7200秒的范圍外時，衛(wèi)星位置準確性劣化，并且通常星歷數(shù)據(jù)對于自動位置求解是無用的。
同歷書數(shù)據(jù)相似，老齡的或不準確的星歷數(shù)據(jù)對于計算獲取援助信息是有用的，諸如作為時間的函數(shù)的多普勒和碼相位估值以及衛(wèi)星可見性估值。時差t-TOE越大，衛(wèi)星位置和速度坐標中的誤差就越大。描述星歷演化位置和速度數(shù)據(jù)的方程在下面的方程(3)和(4)中示出。
SVPosXYZ_eph[sv]＝SVPOS_eph(t，wk，sv)(3)SVVelXYZ_eph[sv]＝SVVEL_eph(t，wk，sv)(4)在ICD-GPS-200文獻的表20-IV中描述了所使用的衛(wèi)星位置和速度方程。
在一個實施例中，針對同一衛(wèi)星，在同一時間“t”，比較由星歷數(shù)據(jù)得到的衛(wèi)星位置和由歷書數(shù)據(jù)得到的衛(wèi)星位置。例如，由下面的方程(5)表示的3維差矢量，APXYZ[sv]＝|SVPOS_eph(t，wk，sv)-SVPOS_alm(t，wk，sv)|(5)表示由歷書得到的位置同由星歷得到的位置之間的線性范圍差，其中量值算子|.|是關(guān)于三個矢量差元素的每一個的平方和的平方根的簡化注解。
圖8說明了作為星歷和歷書數(shù)據(jù)的年齡的函數(shù)的方程(5)中描述的衛(wèi)星位置矢量的差的增加。圖8中的x軸表示以天為單位的歷書/星歷的年齡，而Y軸表示在特定歷元時間下關(guān)于GPS星座中的全部衛(wèi)星的衛(wèi)星位置矢量差，即方程(5)。在天數(shù)0時，收集關(guān)于整個GPS星座的刷新的歷書和星歷。在歷書和星歷刷新時(天數(shù)0、1、2)，衛(wèi)星位置差是相對小的，約為1～2km。隨著數(shù)據(jù)集年齡增加，同歷書相比，在約100天后，得自星歷的衛(wèi)星位置的差增加至不大于300km。由于包括針對升交角距(arguments of latitude)、軌道半徑和傾角的正弦和余弦修正的幅度，大部分差是由于來自星歷數(shù)據(jù)而非歷書數(shù)據(jù)的衛(wèi)星位置的誤差增加而引起的。同用戶-衛(wèi)星的距離，其在20,100km和28,500km之間，衛(wèi)星位置矢量中的300km的位置誤差同用戶-衛(wèi)星的距離的幾何特征是非常小的(距離矢量的1/67～1/95)。因此，作為時間的函數(shù)的描述特定衛(wèi)星的方位和高度的衛(wèi)星可見性方程在誤差上將不超過約1～2度。
圖9示出了從星歷和歷書數(shù)據(jù)的“刷新”狀態(tài)(天＝0、1、2)到相對老的100天的星歷和歷書數(shù)據(jù)之間的衛(wèi)星速度矢量差。大部分衛(wèi)星速度矢量差處于沿跟蹤方向(along-track direction)中，但是其也可以處于用戶-衛(wèi)星單位矢量的方向中，這意味著其直接轉(zhuǎn)化為預(yù)測的多普勒誤差。在約100天后，對于最差情況，即，如果全部的速度誤差處于用戶-衛(wèi)星單位矢量的方向中；小概率情況，則速度矢量差小于35米/秒，其轉(zhuǎn)化為約183Hz的預(yù)測多普勒誤差。圖9所示的大部分的差是由于變老的星歷數(shù)據(jù)而非變老的歷書數(shù)據(jù)而引起的。如果獲取算法考慮了由于變老的星歷數(shù)據(jù)引起的多普勒偏差的幾乎線性的增加，則關(guān)于100天年齡的星歷數(shù)據(jù)的預(yù)測多普勒足夠用于獲取衛(wèi)星。例如，獲取算法可以修改作為近似為星歷年齡的函數(shù)的多普勒偏差，例如，Du＝183Hz*天數(shù)/100，并且因此，隨著存儲的星歷數(shù)據(jù)的變老，基于存儲的星歷數(shù)據(jù)的年齡擴展多普勒搜索空間。
圖10和11說明了同80天前的歷書數(shù)據(jù)相比，當前的星歷數(shù)據(jù)(天＝0)的衛(wèi)星位置和速度差的關(guān)系。在t＝-80天時，捕獲刷新的歷書數(shù)據(jù)并將其存儲在存儲器中。在t＝0天時，收集刷新的星歷數(shù)據(jù)并且將其同老的歷書數(shù)據(jù)比較。在收集星歷數(shù)據(jù)之后，可以繪制時間上向后，即從T＝-80天(歷書刷新，星歷年齡-80天)到T＝0天(星歷刷新，歷書年齡80天)的位置/速度差的圖線。這允許直接比較，當時間T處于準確的星歷時間周期-7200秒＜＝t-TOE＜＝+7200秒中時，在歷書位置和速度同星歷位置和速度比較之后經(jīng)過80天的歷書數(shù)據(jù)的性能。在天0(x軸)時，星歷數(shù)據(jù)是最準確的，并且變老的歷書是大部分位置/速度差的源。圖10指出了，即使在經(jīng)過80天之后，歷書數(shù)據(jù)仍返回可信度為40km內(nèi)的位置數(shù)據(jù)，以及約5米/秒內(nèi)的速度準確性(圖11)，可信度數(shù)據(jù)由刷新的星歷數(shù)據(jù)確定。
在圖10和11中，圖線1000、1002、1004和1006表不關(guān)于一組四個衛(wèi)星的相對于時間的誤差，其中衛(wèi)星的位置和速度誤差基本上大于星座中的其他24個衛(wèi)星。GPS星座中的衛(wèi)星周期性地重新定相(re-phase)或者在軌道中移動，以重新調(diào)整軌道，用于更優(yōu)化的覆蓋。結(jié)果，在圖10和11中，對應(yīng)于圖線1000、1002、1004和1006的衛(wèi)星在獲取歷書和星歷數(shù)據(jù)之間的80天中的某個時間在軌道中重新定相。這樣，由“老”的歷書數(shù)據(jù)捕獲“老”的軌道，而由“新”的星歷數(shù)據(jù)捕獲“新”的軌道。因此，在歷書和星歷數(shù)據(jù)之間的重新定相的衛(wèi)星位置和速度比較結(jié)果中存在基本上大的位置和速度誤差?？梢詸z測到該誤差比隨著時間增加的正常誤差更大，并且事實上，相比于老的歷書衛(wèi)星位置/速度數(shù)據(jù)同較新的星歷衛(wèi)星位置/速度數(shù)據(jù)比較的情況，對于在軌道中已被重新定相的特定的衛(wèi)星，還可以檢測到比預(yù)期的誤差更大的誤差。很可能地，所存儲的歷書數(shù)據(jù)應(yīng)由刷新的歷書替換，或者簡單地使用新采集的星歷數(shù)據(jù)獲取衛(wèi)星。由于大的估值多普勒誤差，使用老的“定相前”的歷書或星歷數(shù)據(jù)獲取“重新定相后”的衛(wèi)星的嘗試，將可能導(dǎo)致檢測衛(wèi)星的失敗。
根據(jù)本公開內(nèi)容的另一方面，SPS接收機在正常使用過程中經(jīng)由蜂窩網(wǎng)絡(luò)在空中協(xié)議消息中下載星歷，或者直接從GPS衛(wèi)星下載星歷，以便于在SPS接收機處計算準確的位置解。在獲得新的星歷時，SPS接收機將先前存儲的歷書數(shù)據(jù)的準確性同刷新的星歷數(shù)據(jù)比較，并且依賴于誤差閾值，決定使用星歷數(shù)據(jù)替換衛(wèi)星歷書數(shù)據(jù)，還是直接從衛(wèi)星收集刷新的歷書。
在某些實施例中，SPS接收機，其可以嵌入在通信設(shè)備中，存儲關(guān)于每個衛(wèi)星的歷書和星歷數(shù)據(jù)，并且將存儲的歷書數(shù)據(jù)的準確性同存儲的更新的星歷數(shù)據(jù)比較，并且依賴于歷書和星歷數(shù)據(jù)的不準確性或者誤差和/或年齡，決定使用歷書數(shù)據(jù)還是星歷數(shù)據(jù)，用于每個衛(wèi)星的獲取援助計算。在另一實施例中，SPS接收機存儲關(guān)于星座中的每個衛(wèi)星的歷書和星歷數(shù)據(jù)，并且由最準確的或最新的源，即歷書或星歷數(shù)據(jù)，計算援助數(shù)據(jù)。使用援助數(shù)據(jù)檢測特定的衛(wèi)星的失敗將觸發(fā)通過無線網(wǎng)絡(luò)的對未獲取的衛(wèi)星的刷新的星歷的請求。在另一實施例中，SPS接收機存儲星歷數(shù)據(jù)，用于在-7200秒＜＝t-TOE＜＝+7200秒時間周期以外的時間生成衛(wèi)星獲取援助。當援助數(shù)據(jù)中的預(yù)期的誤差大于閾值時，無線手機請求關(guān)于特定衛(wèi)星的刷新星歷。在另一實施例中，SPS接收機存儲星歷數(shù)據(jù)，用于在-7200秒＜＝t-TOE＜＝+7200秒時間周期以外的時間生成衛(wèi)星獲取援助。當星歷的年齡超過特定的閾值時，在該閾值之后援助數(shù)據(jù)變得不準確，嵌入在通信設(shè)備中的GPS接收機請求關(guān)于特定衛(wèi)星的刷新數(shù)據(jù)。
根據(jù)本公開內(nèi)容的另一方面，在確定存儲在衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機上的關(guān)于至少一個衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)對于生成衛(wèi)星獲取援助數(shù)據(jù)而言不再有用的時候，衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機不再嘗試獲取衛(wèi)星，SPS接收機例如，從通信網(wǎng)絡(luò)或者直接從衛(wèi)星周期性地更新星歷數(shù)據(jù)，同時衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機不再嘗試獲取衛(wèi)星，直至衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機接收到關(guān)于至少一個衛(wèi)星的刷新的星歷數(shù)據(jù)。在一個實施例中，當衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機不再嘗試獲取衛(wèi)星時，更新星歷數(shù)據(jù)，直至衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機接收到關(guān)于全部衛(wèi)星的刷新的星歷數(shù)據(jù)。
根據(jù)本公開內(nèi)容的另一方面，當確定存儲在衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機上的星歷數(shù)據(jù)過時時，衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機確定，在不嘗試通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機獲取衛(wèi)星時，使用過時的星歷數(shù)據(jù)，特定的衛(wèi)星是可見的，并且通過空中消息請求關(guān)于同一衛(wèi)星的當前的星歷數(shù)據(jù)，同時不嘗試通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機獲取衛(wèi)星。根據(jù)本公開內(nèi)容的另一方面，衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機通過嘗試使用存儲的星歷數(shù)據(jù)獲取衛(wèi)星，確定星歷數(shù)據(jù)不夠準確，不能獲取衛(wèi)星。如果星歷數(shù)據(jù)不準確，則在空中消息中請求準確的星歷。
根據(jù)本公開內(nèi)容的另一方面，由獲得自至少一個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布的信息生成低分辨率的衛(wèi)星軌道信息。在某些實施例中，由獲得自至少一個星歷發(fā)布的信息而得到的低分辨率的衛(wèi)星軌道信息具有足夠用于計算衛(wèi)星位置和速度信息的分辨率水平。衛(wèi)星位置和速度信息可用于確定衛(wèi)星多普勒估值和不確定度范圍，其可用于SPS接收機進行的初始衛(wèi)星獲取。在其他的實施例中，得自至少一個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布的低分辨率的衛(wèi)星軌道信息基本上與歷書數(shù)據(jù)相同。因此，低分辨率的衛(wèi)星軌道信息對于不具有預(yù)先存儲的歷書數(shù)據(jù)的SPS接收機而言是有用的，并且在預(yù)先存儲的歷書數(shù)據(jù)丟失、損壞或過時的接收機中，其是有用的。該處理還可以消除對直接從衛(wèi)星或者從空中消息獲得歷書數(shù)據(jù)的需要。在某些SPS接收機中，對于接收機制造商而言，在接收機上存儲歷書數(shù)據(jù)或者及時地存儲歷書數(shù)據(jù)是不實際的。在這些和其他的情況中，理想的是，在SPS接收機上生成低分辨率的衛(wèi)星軌道信息。
通常，至少針對衛(wèi)星獲取的目的，通過使用同升交角距、軌道半徑和傾角的正弦和余弦修正的幅度無關(guān)的星歷數(shù)據(jù)，并且將軌道計算限制于下面的原始星歷參數(shù)，可以由星歷數(shù)據(jù)集對歷書參數(shù)進行良好的近似M0～參考時間的平近點角(Mean Anomaly)；e～偏心率；(A)1/2～半長徑的平方根；(OMEGA)0～升交點經(jīng)度(Longitude of Ascending Node)；i0～參考時間的傾角；ω～近地點角距OMEGADOT～赤經(jīng)率(Rate of Right Ascension)；和IDOT～傾角率。
通?？山邮艿氖牵诨旧?/-2小時間隔以外的時間周期中，例如100或更多天，使用星歷數(shù)據(jù)，用于衛(wèi)星獲取目的。
圖6說明了用于由來自同一衛(wèi)星的至少一個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布，生成相對低分辨率的衛(wèi)星軌道信息的處理。SPS接收機有時自同一衛(wèi)星獲得多個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布EPH1 601、EPH2 602、EPH3 603和EPH4 604等，例如，其同SPS接收機位置解相關(guān)。星歷數(shù)據(jù)可以直接獲取自SPS衛(wèi)星，或其可以請求自某些其他的源，例如，經(jīng)由空中消息請求自援助基站。連續(xù)的星歷數(shù)據(jù)發(fā)布之間的間隔可以是周或月，這依賴于自其得到的低分辨率衛(wèi)星軌道信息的所需分辨率，盡管可替換地，可以使用更長的或更短的時間間隔。星歷數(shù)據(jù)發(fā)布之間的間隔優(yōu)選地超過任何特定的星歷發(fā)布的有效時間周期，例如TOE+/-2小時。
例如，在需要用于確定接收機的位置或方位時，在SPS接收機操作的正常過程中獲得了多個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布。因此，由于星歷信息通常被獲取用于其他的目的，因此對于生成低分辨率的衛(wèi)星軌道信息的唯一目的，通常沒有必要為了獲得星歷數(shù)據(jù)而專門地分配SPS接收機資源。然而，在某些情況中，理想的是，獲得專門用于生成或更新低分辨率衛(wèi)星軌道信息的分辨率的星歷數(shù)據(jù)，例如，以確保得到的低分辨率衛(wèi)星軌道信息具有所需的分辨率。
在圖6中，在框610中計算基于星歷的衛(wèi)星位置和速度。衛(wèi)星位置矢量(SVPosXYZ_eph[sv])和衛(wèi)星速度矢量(SVVelXYZ_eph[sv])是基于對應(yīng)的星歷數(shù)據(jù)的特定時間歷元處的SPS位置確定的工件。優(yōu)選地，對于每個星歷數(shù)據(jù)集，在SPS接收機上的數(shù)據(jù)庫中存儲了至少一個衛(wèi)星位置和速度矢量坐標對，如框612所指出的。更具體地，所存儲的參數(shù)包括衛(wèi)星位置矢量SVPosXYZ_eph[i]、衛(wèi)星速度矢量SVVelXYZ_eph[i]、衛(wèi)星標識符(SVID[i])、同衛(wèi)星位置/速度數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的時間(TOW[i])、GPS周數(shù)(Wn[i])、和任選地，星歷時間(TOE[i])。索引[i]指出了關(guān)于特定參數(shù)的數(shù)據(jù)庫中的條目編號，例如；svid[i]是關(guān)于該條目的對應(yīng)的衛(wèi)星ID。如果在TOE時間而非TOW時間計算衛(wèi)星位置和速度，則可以替換TOW存儲TOE[i]。不太可能的是，正常位置計算功能將實際上在準確的TOE時間下計算時間，因此更為實際的是，存儲同衛(wèi)星位置/速度數(shù)據(jù)的計算時間相關(guān)聯(lián)的TOW時間。在其中未使用對基于星歷的衛(wèi)星位置和速度函數(shù)的額外調(diào)用的應(yīng)用中，可以避免存儲TOE。如果可以承受對基于星歷的衛(wèi)星位置和速度函數(shù)的額外調(diào)用，則可以避免存儲TOW[i]，這樣更加容易計算TOE時間下的位置和速度坐標，其允許數(shù)據(jù)庫，這是因為TOW時間將被存為TOE時間，由于TOE時間是整數(shù)表述，因此其需要較少的比特。如果SPS接收機每天使用，則邏輯具有以某個周期性的速率，例如每周存儲數(shù)據(jù)的附加功能。如果使用模式是更加稀疏的，比如每年一次，則所獲取的每個星歷數(shù)據(jù)集將用于更新存儲的歷書參數(shù)。
在圖6中，在框614中，衛(wèi)星軌道信息是通過直接曲線擬合函數(shù)獲得的，其由多個衛(wèi)星位置矢量和速度矢量形成了衛(wèi)星位置曲線和衛(wèi)星速度曲線，作為時間的函數(shù)?？梢砸詡鹘y(tǒng)的方式確定開普勒(Keplerian)軌道元素的計算。在Dover Publication在1971年出版的Bate、Mueller和White的“Fundamentals of Astrodynamics”，從頁61開始，討論了由衛(wèi)星位置和速度數(shù)據(jù)點計算開普勒軌道元素的示例。在框618中，存儲衛(wèi)星軌道信息，并且在后面使用，用于獲取援助的生成。
在某些實施例中，針對至少一個衛(wèi)星接收對應(yīng)于多個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布的部分，例如，消除正弦和余弦諧振項，以便于在星歷軌道方程中移除該長時間的誤差源。這可以通過將針對升交角距、軌道半徑和傾角的正弦和余弦修正的幅度設(shè)置為0而實現(xiàn)。
在某些實施例中，為了簡便，在框614中確定的衛(wèi)星軌道系數(shù)被轉(zhuǎn)換為歷書數(shù)據(jù)的分辨率和格式。沒有必要將確定的衛(wèi)星軌道系數(shù)比例縮放為由GPS衛(wèi)星發(fā)射的相同的比特數(shù)目和比例因子。比例縮放允許通過將衛(wèi)星軌道系數(shù)轉(zhuǎn)換為歷書數(shù)據(jù)的格式和分辨率，使直接獲得自GPS衛(wèi)星的歷書數(shù)據(jù)或衛(wèi)星軌道系數(shù)存儲在相同的保持寄存器(holding register)中。而且，多個星歷數(shù)據(jù)的發(fā)布的精度可以減少至同關(guān)于同一衛(wèi)星的歷書數(shù)據(jù)可相比的分辨率水平，如美國專利No.6,437,735中描述的。
根據(jù)本公開內(nèi)容的另一方面，依據(jù)基于星歷的衛(wèi)星位置和速度信息以及基于歷書的衛(wèi)星位置和速度信息的差，不定期地更新存儲在SPS接收機上的歷書數(shù)據(jù)。該策略消除了下載歷書數(shù)據(jù)的更新版本的必要。
在從工廠運輸之前，在制造過程中，歷書數(shù)據(jù)可以例如，經(jīng)由串口連接，初始存儲在SPS接收機上的存儲器中?？商鎿Q地，在將歷書數(shù)據(jù)初始遞送給用戶時，例如，在激活支持SPS的蜂窩電話時，可以將歷書數(shù)據(jù)安裝在SPS接收機中。例如，使用上文討論的同步化方案，或者通過傳統(tǒng)的裝置，其需要至少12.5分鐘的連續(xù)衛(wèi)星跟蹤，如果未連接到外部電源，則其基本上可以耗盡手機電池，還可以直接自SPS衛(wèi)星獲得歷書數(shù)據(jù)。然而，根據(jù)本公開內(nèi)容的該方面，有必要的僅是，獲取一次歷書數(shù)據(jù)，其與獲取方法無關(guān)。
該方案利用了這一事實，即SPS接收機不定期地獲取更新的星歷數(shù)據(jù)，用于接收機位置計算。星歷數(shù)據(jù)可以在約30秒的連續(xù)跟蹤中直接獲取自SPS衛(wèi)星，或者其可以經(jīng)由來自援助SPS基站或某些其他的源的空中消息集而被請求。
在圖7中，SPS接收機有時自同一衛(wèi)星獲得多個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布EPH1701、EPH2702、EPH3703和EPH4704等，例如，其同SPS接收機位置解相關(guān)，其通過如上文參考圖6討論的時間間隔隔開。如所討論的，位置計算的工件是特定的時間歷元處基于刷新的星歷數(shù)據(jù)的關(guān)于每個衛(wèi)星的衛(wèi)星位置矢量(SVPosXYZ_eph[sv])和衛(wèi)星速度矢量(SVVelXYZ_eph[sv])信息。在圖7中，在框712中存儲衛(wèi)星位置矢量SVPosXYZ_eph[i]、衛(wèi)星速度矢量SVVelXYZ_eph[i]、衛(wèi)星標識符(SVID)、同衛(wèi)星位置/速度數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的時間(TOW[i])、GPS周數(shù)(Wn[i])、和任選地，星歷時間(TOE[i])，如上文參考圖6所討論的。
星歷數(shù)據(jù)在包括星歷時間(TOE)附近的兩個小時，即TOE+/-2小時的時間部分中，創(chuàng)建了相對真實的衛(wèi)星位置和速度矢量。因此，由TOE+/-2小時之間或其范圍中的時間歷元處的刷新星歷數(shù)據(jù)得到的任何衛(wèi)星位置/速度數(shù)據(jù)，在與同一時間歷元的由歷書得到的衛(wèi)星位置和速度矢量數(shù)據(jù)比較時，可以用作“真實模型”。隨著存儲的歷書數(shù)據(jù)變老，由星歷和歷書得到的位置和速度矢量之間的誤差增加到不可接受的極限。該差，其還被稱為位置和速度殘差，可用于計算針對原始存儲的歷書參數(shù)的平差(adjustment)，以減少歷書產(chǎn)生的誤差。
該處理通常將由歷書得到的衛(wèi)星位置和速度信息同得自當前的星歷數(shù)據(jù)的衛(wèi)星位置和速度信息比較，并且基于比較結(jié)果得到用于當前的歷書參數(shù)的修正值。該修正值用于更新歷書數(shù)據(jù)(new_param＝old_param+correction)，關(guān)于其的新的參數(shù)被存儲，用于未來的獲取，例如，當前星歷數(shù)據(jù)所能應(yīng)用的窗口之外的獲取。
在發(fā)展關(guān)于數(shù)個衛(wèi)星的數(shù)個當前和過去的衛(wèi)星位置坐標的數(shù)據(jù)庫時，可以測量歷書數(shù)據(jù)誤差。在圖7中，使用基于歷書的衛(wèi)星位置和速度計算器722，使用在框720中存儲的歷書數(shù)據(jù)和在框712中存儲的SVID[i]、TOW[i]和Wn[i]參數(shù)計算基于歷書的位置SVPosXYZ_alm[i]和速度SVVelXYZ_alm[i]坐標。在由TOW[i](其獲得自框712)標出的時間處，針對每個衛(wèi)星(SVID[i])計算歷書位置和速度信息。在框724中存儲基于歷書的計算結(jié)果。
在圖7中，在框730中，計算衛(wèi)星位置和衛(wèi)星速度矢量的差。具體地，PXYZ[i]＝SVPOS_eph(t，wk，sv)-SVPOS_alm(t，wk，sv)表示基于當前的衛(wèi)星星歷和變老的歷書位置的位置的3維差矢量，而VXYZ[i]＝SVVel_eph(t，wk，sv)-SVVel_alm(t，wk，sv)表示基于當前的衛(wèi)星星歷和變老的歷書速度的速度的3維差。計算殘差，并且將其存儲在關(guān)于每個衛(wèi)星的數(shù)據(jù)庫中，其是在步712和724中存儲在數(shù)據(jù)庫中的。
位置和速度殘差信息可用作誤差信號，其可用于修正變老的歷書數(shù)據(jù)。在圖7中，在框724中，通過基于在對應(yīng)于真實模型數(shù)據(jù)庫中的樣本的時間間隔上的殘差大小的函數(shù)，調(diào)節(jié)原始歷書的參數(shù)。在每次調(diào)節(jié)歷書軌道參數(shù)之后，可以重復(fù)該處理，創(chuàng)建關(guān)于每個衛(wèi)星的新的殘差集合。
在一個實施例中，該處理使用最小二乘(LS)計算，或者其可以迭代執(zhí)行，以使迭代次數(shù)最小。如果使用LS計算逼近，則通過在所涉及的靈敏度下，計算衛(wèi)星位置誤差矢量相對于軌道參數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)，即一階建模，最優(yōu)地解決了問題。其還可以通過測試每個歷書數(shù)據(jù)的靈敏度或者通過基于殘差中的主要誤差的方向調(diào)節(jié)每個歷書參數(shù)來執(zhí)行。
例如，如果大部分誤差處于沿跟蹤方向中，則調(diào)節(jié)平均運動參數(shù)，以使后續(xù)迭代中的沿跟蹤方向的誤差最小。沿跟蹤方向的位置誤差的基本線性的誤差增加可極大地歸因于單一的軌道元素，即衛(wèi)星的平均運動的誤傳(misrepresentation)。該參數(shù)表示畫橢圓的環(huán)形軌道中的衛(wèi)星的預(yù)定軌跡(沿其發(fā)生了實際運動)的增加的線性角速度，并且涉及星歷中的兩個參數(shù)，半長徑a和平均運動的修正值n，其均呈現(xiàn)在下面的方程中M＝n(t-tp) (6)n＝√μ/a3+n(7)其中“t”表示時間，“tp”表示近地點通過的時間，“n”是平均運動，而“M”是畫出的環(huán)形軌道的角度，并且其中“μ”表示萬有引力常數(shù)。
假設(shè)通過與當前星歷比較測量了歷書的沿跟蹤方向的誤差分量，通過調(diào)節(jié)由歷書假定的平均運動參數(shù)，可以生成修正值，由此減少了其主要誤差分量。還可以依賴于殘差矢量的方向和大小調(diào)節(jié)其他的參數(shù)。
隨著處理前進至刷新存儲的歷書數(shù)據(jù)，存儲在存儲器中的較老的基于星歷的數(shù)據(jù)由較新的位置和速度信息替換，由此測量誤差的處理主要基于晚于歷書數(shù)據(jù)的日期的較新的星歷數(shù)據(jù)。因此，隨著存儲的歷書相對于真實星歷變老，該處理測量存儲的歷書的誤差增加。需要在存儲器中采集關(guān)于每個衛(wèi)星的某個最小數(shù)目的存儲數(shù)據(jù)點。
在某些情況中，可能不能更新歷書數(shù)據(jù)，例如，在通過迭代未充分減少殘差的情況中。在這些情況中，有必要獲取新的歷書數(shù)據(jù)或者由星歷數(shù)據(jù)生成低分辨率的衛(wèi)星信息，如上文所討論的。
可以導(dǎo)致殘差收斂的情況包括數(shù)據(jù)庫中存儲的衛(wèi)星位置和速度歷史數(shù)據(jù)的時幀(例如EPH2和EPH3的時間之間)內(nèi)的國防部(DoD)衛(wèi)星變軌(即，軌道重新定相)。由于EPH2和EPH3位置和速度信息采集之間的時幀可以是相對長的，周或月，因此不能確保了解衛(wèi)星是否已重新定軌。在一個實施例中，存儲指出衛(wèi)星軌線是否改變的星歷數(shù)據(jù)參數(shù)。可被存儲用于檢測衛(wèi)星軌道的顯著變化(諸如可能在航天器的重新定軌過程中發(fā)生的)的參數(shù)的示例包括下面的星歷參數(shù)中的任何一個或多個，用于檢測衛(wèi)星軌道的顯著變化M0～參考時間的平近點角；e～偏心率；(A)1/2～半長徑的平方根；(OMEGA)0～升交點經(jīng)度；i0～參考時間的傾角；
ω～近地點角距OMEGADOT～赤經(jīng)率；和IDOT～傾角率。
對于這些參數(shù)的每一個，將創(chuàng)建預(yù)期的防護頻帶，基本上是最小和最大值，其將包括假設(shè)不發(fā)生重新定軌事件時的預(yù)期的下一參數(shù)值。在自例如蜂窩網(wǎng)絡(luò)獲取了下一星歷數(shù)據(jù)集時，將基于星歷數(shù)據(jù)的先前歷史再次針對預(yù)期的防護頻帶范圍測試每個新的參數(shù)。如果任何上文的參數(shù)超出了其預(yù)期的最大或最小值，則從針對該特定衛(wèi)星觀測上一星歷集合開始，可能發(fā)生了重新定軌操作。在該背景下，有必要替換由來自重新定軌衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)得到的任何存儲的衛(wèi)星位置和速度數(shù)據(jù)。
為了定位必須周期性地使用特定的手機，以使手機獲得關(guān)于獲取的或可見的衛(wèi)星的全部星歷數(shù)據(jù)的當前復(fù)本，以便于內(nèi)部計算準確的位置解。因此，依賴于特定手機的使用模式，可以足夠頻繁地使用該手機，以更新存儲的歷書或低分辨率衛(wèi)星軌道參數(shù)，或者可以不那么頻繁地使用該手機，由此歷書或低分辨率衛(wèi)星軌道參數(shù)變舊。需要在低使用模式的手機中更新歷書或低分辨率衛(wèi)星軌道參數(shù)的某種方法。
GPS星座中的衛(wèi)星處于近似12小時周期軌道中，其每天產(chǎn)生約4分鐘的進動。這意味著，在23小時56分鐘(不是24小時)之后，同一衛(wèi)星出現(xiàn)在天空中的同一點處。星座中的每個衛(wèi)星在天的不同部分中升起和落下。每周使用一次的手機，假設(shè)在本地時間8AM時，將獲得關(guān)于該時間可見的衛(wèi)星的更新的星歷，但是未獲得關(guān)于星座中的其他衛(wèi)星的星歷。這是因為蜂窩AGPS援助中的空中協(xié)議消息僅將關(guān)于當前在用戶近似位置處可見的衛(wèi)星的更新星歷數(shù)據(jù)輸送到手機。由于在相鄰的周之間，可見衛(wèi)星的星座在8AM時差別不太，因此手機將一再地僅獲得關(guān)于相同衛(wèi)星的更新星歷，直至星座相對于用戶的本地時鐘緩慢地旋轉(zhuǎn)。因此，對于星座中的其他的衛(wèi)星，由于它們在8AM的本地時間對于手機而言是不可見的，并且在許多月中的該時間將是不可見的，因此可能需要花費許多月變?yōu)閷κ謾C而言是可見的。因此，對于此處公開的方法而言，可以頻繁地更新特定數(shù)目的衛(wèi)星，并且在長時間中不更新其他的衛(wèi)星，這是因為，未更新的衛(wèi)星處在相對于用戶的使用模式的不同的可見性調(diào)度方案中。
針對該變老的速率差的一種方法是，對手機編程以識別特定的衛(wèi)星存儲的歷書或低分辨率衛(wèi)星軌道參數(shù)何時變老或變舊時，其原因是手機未用于周期性的位置計算，或者用于位置計算的使用模式是這樣的，即從未更新特定的衛(wèi)星?？梢詫κ謾C編程，以通過使用變老的歷書或低分辨率衛(wèi)星軌道參數(shù)的衛(wèi)星可見性的正常計算，確定需要更新的衛(wèi)星何時可見。在一個實施例中，手機將不再嘗試獲取衛(wèi)星，而是使用來自實時時鐘或蜂窩空中消息的本地時鐘、手機的最后已知位置或者用于向手機輸送近似位置的蜂窩空中消息、以及變老的歷書或低分辨率衛(wèi)星軌道參數(shù)，僅識別具有變老的歷書或低分辨率衛(wèi)星軌道參數(shù)的衛(wèi)星目前是可見的。使用該數(shù)據(jù)，手機隨后可了解與需要更新的歷書或低分辨率衛(wèi)星軌道參數(shù)相關(guān)的衛(wèi)星何時需要更新，然后在該時間請求關(guān)于全部可見衛(wèi)星的星歷更新。手機將沒有必要計算位置，但是其仍然可以繼續(xù)空中協(xié)議交換，如同其正在嘗試定位。當蜂窩網(wǎng)絡(luò)接收到關(guān)于更新星歷數(shù)據(jù)的請求時，關(guān)于該時間可見的衛(wèi)星的全部星歷數(shù)據(jù)，包括需要針對其存儲的歷書或低分辨率衛(wèi)星軌道參數(shù)更新的衛(wèi)星，將被輸送到手機。手機可以進行定位，或者簡單地使用本公開內(nèi)容中描述的算法更新存儲的歷書或低分辨率衛(wèi)星軌道參數(shù)，在手機或用戶需要獲取衛(wèi)星并產(chǎn)生定位時，用于衛(wèi)星獲取援助。該更新程序?qū)⒃诓晦D(zhuǎn)到手機內(nèi)部的GPS接收機的情況下完成，可以在小的蜂窩空中流量出現(xiàn)時的日時刻(time of day)處(例如，2am)調(diào)度更新處理，由此對于星座中的每個衛(wèi)星，更新的歷書或低分辨率衛(wèi)星軌道參數(shù)總是可獲得的。
盡管以這樣的方式描述了本公開內(nèi)容和目前被認為是本發(fā)明的最佳模式的模式，即本發(fā)明人建立其所有權(quán)并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠獲得和使用本發(fā)明，但是應(yīng)當理解和認識到，存在此處公開的示例性實施例的許多等效方案，并且在不偏離由所附權(quán)利要求而非示例性實施例限定的本發(fā)明的范圍和精神的前提下，可以對其進行無數(shù)的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種在衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機中的方法，包括接收關(guān)于至少一個衛(wèi)星的多個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布；由所接收的關(guān)于至少一個衛(wèi)星的對應(yīng)的多個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布獲得的衛(wèi)星信息，得到關(guān)于至少一個衛(wèi)星的相對低分辨率的衛(wèi)星軌道信息。
2.權(quán)利要求1的方法，得到關(guān)于至少一個衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道信息包括，由對應(yīng)的多個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布獲得平均衛(wèi)星軌道系數(shù)，以及減少所獲得的衛(wèi)星軌道系數(shù)的分辨率。
3.權(quán)利要求1的方法，得到關(guān)于至少一個衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道信息包括，將獲得自對應(yīng)的多個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布的衛(wèi)星信息的精度減少至可同關(guān)于同一衛(wèi)星的歷書數(shù)據(jù)比較的分辨率水平。
4.權(quán)利要求1的方法，得到關(guān)于至少一個衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道信息包括，消除所接收的關(guān)于至少一個衛(wèi)星的對應(yīng)的多個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布的一部分。
5.權(quán)利要求4的方法，消除所接收的關(guān)于至少一個衛(wèi)星的對應(yīng)的多個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布的一部分包括，消除正弦和余弦諧振項中至少一個。
6.權(quán)利要求1的方法，得到衛(wèi)星軌道信息包括，基于關(guān)于對應(yīng)的衛(wèi)星的多個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布，形成關(guān)于至少一個衛(wèi)星的多個估計衛(wèi)星位置，以及基于估計衛(wèi)星位置，計算關(guān)于至少一個衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道系數(shù)。
7.權(quán)利要求6的方法，將衛(wèi)星軌道系數(shù)轉(zhuǎn)換為歷書數(shù)據(jù)分辨率和格式。
8.權(quán)利要求1的方法，由多個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布的每一個獲得衛(wèi)星定位和速度信息；將衛(wèi)星定位和速度信息存儲在衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機上；由獲得自對應(yīng)的多個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布的衛(wèi)星位置和速度信息，得到關(guān)于至少一個衛(wèi)星的相對低分辨率的衛(wèi)星軌道信息。
9.權(quán)利要求1的方法，由得到的對應(yīng)的衛(wèi)星軌道信息，確定關(guān)于至少一個衛(wèi)星的位置和速度信息。
10.權(quán)利要求9的方法，由對應(yīng)的衛(wèi)星位置和速度信息確定關(guān)于至少一個衛(wèi)星的多普勒估值和不確定度范圍。
11.權(quán)利要求1的方法，通過更新的星歷數(shù)據(jù)更新關(guān)于至少一個衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道信息。
12.權(quán)利要求11的方法，如果更新的星歷數(shù)據(jù)未存儲在衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機上，則獲得更新的星歷數(shù)據(jù)。
13.一種在具有存儲的歷書數(shù)據(jù)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機中的方法，該方法包括使用星歷數(shù)據(jù)確定關(guān)于衛(wèi)星的信息；使用存儲的歷書數(shù)據(jù)確定關(guān)于同一衛(wèi)星的信息；確定由星歷數(shù)據(jù)確定的衛(wèi)星信息和由存儲的歷書數(shù)據(jù)確定的衛(wèi)星信息之間的誤差；基于該誤差更新存儲的歷書數(shù)據(jù)。
14.權(quán)利要求13的方法，確定關(guān)于同一衛(wèi)星的衛(wèi)星信息包括，使用星歷數(shù)據(jù)并且使用存儲的歷書數(shù)據(jù)，確定關(guān)于同一衛(wèi)星的衛(wèi)星位置和速度信息；確定誤差包括，確定由星歷數(shù)據(jù)和由存儲的歷書數(shù)據(jù)確定的衛(wèi)星位置和速度信息之間的誤差。
15.權(quán)利要求14的方法，在公共歷元中，使用星歷數(shù)據(jù)并且使用存儲的歷書數(shù)據(jù)，確定關(guān)于同一衛(wèi)星的衛(wèi)星位置和速度信息。
16.權(quán)利要求14的方法，在關(guān)于星歷數(shù)據(jù)的星歷時間(TOE)的指定的時間間隔中，使用星歷數(shù)據(jù)并且使用存儲的歷書數(shù)據(jù)，確定關(guān)于同一衛(wèi)星的衛(wèi)星位置和速度信息。
17.權(quán)利要求14的方法，確定關(guān)于同一衛(wèi)星的衛(wèi)星信息包括，使用星歷數(shù)據(jù)并且使用存儲的歷書數(shù)據(jù)，確定關(guān)于同一衛(wèi)星的衛(wèi)星位置和速度信息；確定誤差包括，確定由星歷數(shù)據(jù)和由存儲的歷書數(shù)據(jù)確定的衛(wèi)星位置和速度信息之間的修訂誤差；基于該修訂誤差更新已更新的歷書數(shù)據(jù)。
18.一種在具有存儲的歷書數(shù)據(jù)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機中的方法，該方法包括基于關(guān)于衛(wèi)星的多個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布，在對應(yīng)的時間周期中，確定關(guān)于衛(wèi)星的位置和速度信息；在與基于多個星歷數(shù)據(jù)發(fā)布確定位置和速度信息的相同的時間周期，基于存儲的關(guān)于衛(wèi)星的歷書數(shù)據(jù)，確定關(guān)于衛(wèi)星的位置和速度信息；對于每個時間周期，確定基于星歷數(shù)據(jù)的關(guān)于衛(wèi)星的位置和速度信息同基于存儲的歷書數(shù)據(jù)的關(guān)于衛(wèi)星的位置和速度信息之間的誤差；基于該誤差更新存儲的歷書數(shù)據(jù)。
19.一種在具有存儲的歷書數(shù)據(jù)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機中的方法，該方法包括確定接收機是否連接到除了其電池以外的電源；當接收機連接到除了其電池以外的電源時，開始連續(xù)接收衛(wèi)星定位系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)；將接收的導(dǎo)航數(shù)據(jù)存儲在接收機的存儲器中。
20.權(quán)利要求19的方法，如果接收機同除了其電池以外的電源斷開連接，則停止接收衛(wèi)星定位系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
21.權(quán)利要求19的方法，如果接收機在導(dǎo)航數(shù)據(jù)的接收過程中同除了其電池以外的電源斷開連接，則繼續(xù)接收衛(wèi)星定位系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)，直至完成導(dǎo)航數(shù)據(jù)的接收。
22.權(quán)利要求21的方法，如果接收機同除了其電池以外的電源斷開連接，則僅在已接收了預(yù)定部分的導(dǎo)航數(shù)據(jù)時，繼續(xù)接收衛(wèi)星定位系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
23.權(quán)利要求19的方法，接收衛(wèi)星定位系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)包括直接自衛(wèi)星接收歷書信息。
24.權(quán)利要求19的方法，接收衛(wèi)星定位系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)包括直接自衛(wèi)星接收星歷信息。
25.一種在衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機中的方法，該方法包括使接收機與來自衛(wèi)星定位系統(tǒng)的至少一個衛(wèi)星的信息的預(yù)期到達時間同步地操作；當接收機在信息的預(yù)期到達時間操作時，接收來自該至少一個衛(wèi)星的信息。
26.權(quán)利要求25的方法，使接收機與來自衛(wèi)星定位系統(tǒng)的至少一個衛(wèi)星的特定子幀信息的預(yù)期到達同步地操作，當接收機操作時接收該特定子幀信息。
28.權(quán)利要求25的方法，在未預(yù)期信息到達的時間周期中，同步地使接收機的接收機操作禁用。
29.權(quán)利要求27的方法，在未預(yù)期信息到達的時間周期中，操作接收機，用于執(zhí)行除了接收信息以外的功能。
30.權(quán)利要求25的方法，使接收機與來自衛(wèi)星定位系統(tǒng)的至少一個衛(wèi)星的星歷和歷書信息中的至少一個的預(yù)期到達同步地操作。
31.權(quán)利要求25的方法，使接收機與時鐘修正信息、電離層修正信息、對流層修正信息、世界協(xié)調(diào)時間偏移修正信息中的至少一個的預(yù)期到達同步地操作。
32.權(quán)利要求25的方法，當獲取衛(wèi)星定位系統(tǒng)的衛(wèi)星時，自衛(wèi)星定位系統(tǒng)的至少一個衛(wèi)星接收導(dǎo)航信息。
33.權(quán)利要求25的方法，當跟蹤衛(wèi)星定位系統(tǒng)的衛(wèi)星時，自衛(wèi)星定位系統(tǒng)的至少一個衛(wèi)星接收導(dǎo)航信息。
34.一種在不再嘗試獲取衛(wèi)星的衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機中的方法，該方法包括確定存儲在衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機上的關(guān)于至少一個衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)對于生成衛(wèi)星獲取援助數(shù)據(jù)而言不再是有用的；當衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機不再嘗試獲取衛(wèi)星時，自通信網(wǎng)絡(luò)周期性地請求關(guān)于衛(wèi)星的更新的星歷數(shù)據(jù)，直至衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機接收到關(guān)于至少一個衛(wèi)星的更新的星歷數(shù)據(jù)。
35.權(quán)利要求34的方法，當衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機不再嘗試獲取衛(wèi)星時，自通信網(wǎng)絡(luò)周期性地請求關(guān)于衛(wèi)星的更新的星歷數(shù)據(jù)，直至衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機接收到關(guān)于全部衛(wèi)星的更新的星歷數(shù)據(jù)。
36.一種在衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機中的方法，該方法包括確定存儲在衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機上的星歷數(shù)據(jù)過時；當不再通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機嘗試獲取衛(wèi)星時，通過空中消息請求關(guān)于同一衛(wèi)星的當前星歷數(shù)據(jù)。
37.一種在衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機中的方法，該方法包括通過存儲的星歷數(shù)據(jù)嘗試獲取至少一個衛(wèi)星；確定該星歷數(shù)據(jù)太不夠準確，以至于不能獲取至少一個衛(wèi)星；在空中消息中請求關(guān)于同一衛(wèi)星的準確的星歷數(shù)據(jù)。
38.一種在具有存儲的歷書數(shù)據(jù)的支持SPS接收的通信設(shè)備中的方法，該方法包括存儲接收自蜂窩網(wǎng)絡(luò)的星歷數(shù)據(jù)；選擇使用存儲的歷書數(shù)據(jù)還是存儲的星歷數(shù)據(jù)，用于確定衛(wèi)星獲取信息；使用選擇的歷書數(shù)據(jù)或星歷數(shù)據(jù)，確定衛(wèi)星獲取信息。
39.權(quán)利要求38的方法，基于歷書和星歷數(shù)據(jù)的相關(guān)年齡選擇歷書數(shù)據(jù)或星歷數(shù)據(jù)。
40.權(quán)利要求38的方法，基于所估計的歷書和星歷數(shù)據(jù)的準確性選擇歷書數(shù)據(jù)或星歷數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種具有存儲的歷書數(shù)據(jù)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機中的方法，包括使用星歷數(shù)據(jù)確定關(guān)于衛(wèi)星的信息(710)；使用存儲的歷書數(shù)據(jù)確定關(guān)于同一衛(wèi)星的信息(722)；確定由星歷數(shù)據(jù)確定的衛(wèi)星信息和由存儲的歷書數(shù)據(jù)確定的衛(wèi)星信息之間的誤差(730)；以及基于該誤差更新存儲的歷書數(shù)據(jù)(734)。
文檔編號G01C21/36GK1842721SQ200480017808
公開日2006年10月4日 申請日期2004年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者托馬斯·M·金, 喬治·J·蓋爾, 馬克·亨, 羅伯特·哈伯 申請人:摩托羅拉公司(在特拉華州注冊的公司)