專利名稱：衛(wèi)星位置表消息傳送的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)航衛(wèi)星接收機，更具體來說，涉及用于以非完整的天文星歷(ephemeris almanac)來操作導(dǎo)航衛(wèi)星接收機的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
全球定位系統(tǒng)(GPS)是一種基于衛(wèi)星的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，其由美國國防部以超過130億美元的成本建立及操作。衛(wèi)星定位系統(tǒng)(SPS)包括GPS和俄羅斯的GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)。其它的定位系統(tǒng)則由日本及歐盟提出。
在GPS系統(tǒng)中，在20200千米的高度上環(huán)繞地球的24顆衛(wèi)星在軌道上被間隔開，使得在任何時間，用戶可以看見最少6顆衛(wèi)星。每個此類衛(wèi)星發(fā)送精確的時間和位置信號。GPS接收機測量信號到達該接收機的延時，然后從中計算接收機-衛(wèi)星的表觀距離。從至少4顆衛(wèi)星進行這種測量，允許GPS接收機計算其三維位置、速度和系統(tǒng)時間。
針對接收機位置的解決方案依賴于知道每一個相關(guān)衛(wèi)星在三維空間中的位置。各個對應(yīng)位置被作為屬于一組等式的參數(shù)而報告。在傳統(tǒng)的GPS系統(tǒng)中，GPS星歷(ephemeris)包括下面表格(表I)中的全部各項。
表IGPS星歷消息 在星歷消息的有效性周期期間，有可能在衛(wèi)星飛行中的任一時刻使用下載到導(dǎo)航接收機的完整的GPS星歷消息信息來計算衛(wèi)星的接近精確的位置和速度。本發(fā)明的發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，所計算的衛(wèi)星位置對于大多數(shù)上述參數(shù)中的小的變化都非常敏感，因此在每次星歷下裁期間都必須完整地傳送所述參數(shù)。但是，通過所述參數(shù)本發(fā)明的發(fā)明人也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于傾角的兩個諧波校正(harmonic correction)Cic和Cis并不那么重要。所需要的是一種能夠在計算衛(wèi)星位置的過程中忽略上述兩個參數(shù)的至少其中之一的GPS接收機和系統(tǒng)，并且在計算過程中，在解的精確度方面幾乎沒有降低。
本發(fā)明的發(fā)明人之一Paul McBurney最近和其他一些人一起提交了幾個涉及本發(fā)明的實施例并總體涉及輔助GPS接收機客戶端的美國專利申請。在表II中概述了所述專利申請。所有這些專利申請已被轉(zhuǎn)讓給相同的受讓人，并被引用于此以作參考。
表II

GPS衛(wèi)星發(fā)送每12.5分鐘重復(fù)一次的50-bps的導(dǎo)航(NAV)數(shù)據(jù)消息。該數(shù)據(jù)消息包括系統(tǒng)時間、衛(wèi)星星歷以及天文歷(almanac)信息，所述天文歷信息對于GPS接收機獲取對足夠多衛(wèi)星的信號鎖定以及產(chǎn)生其導(dǎo)航解是很重要的。其中有各占30秒鐘的25幀，每一幀具有5個子幀，每個子幀具有10個字。在每個子幀開始處的Z計數(shù)給出其從衛(wèi)星的傳輸時間。星歷是頭3個子幀，子幀4-5是在50頁上擴展的天文歷數(shù)據(jù)。NAV數(shù)據(jù)的一個整數(shù)據(jù)幀有1500比特長，因此需要花費30秒鐘來發(fā)送。

發(fā)明內(nèi)容
簡而言之，本發(fā)明的導(dǎo)航衛(wèi)星接收機實施例接受包括刪減的GPS星歷參數(shù)的衛(wèi)星位置表消息。具體來說，對傾角的兩個諧波校正Cic和Cis的至少其中之一不被傳送，并且不被用在導(dǎo)航接收機位置的求解中。在本發(fā)明的第一方法實施例中，對傾角的兩個諧波校正Cic和Cis都被從計算中省略。在本發(fā)明的第二方法實施例中，只從計算中省略對傾角的兩個諧波校正Cic和Cis的其中之一，這取決于Min(Cissin(2φk)，Ciccos(2φk))。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是提供了一種系統(tǒng)和方法，用于使導(dǎo)航接收機利用對于任何特定GPS衛(wèi)星的非完整的星歷來精確地進行操作。
對于所屬領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說，在閱讀了下述各個附圖中所示的優(yōu)選SPS接收機的詳細描述之后，本發(fā)明的這些和其它目的及優(yōu)點將無疑變得顯而易見。


圖1是本發(fā)明的聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)航系統(tǒng)實施例的功能框圖；圖2是表示當(dāng)使用本發(fā)明的第一方法實施例時所計算的誤差的曲線圖，在該實施例中從位置解計算中省略兩個參數(shù)Cic和Cis；圖3是表示當(dāng)使用本發(fā)明的第二方法實施例時所計算的誤差的曲線圖，在該實施例中從位置解計算中省略兩個參數(shù)Cic和Cis的其中之一；以及圖4是本發(fā)明的一個方法實施例的流程圖。
具體實施例方式
圖1說明本發(fā)明的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機系統(tǒng)實施例，并且在這里由總的附圖標(biāo)記100表示。系統(tǒng)100使用由可得到的GPS人造衛(wèi)星(SV’s)101GPS衛(wèi)星發(fā)送每12.5分鐘重復(fù)一次的50-bps的導(dǎo)航(NAV)數(shù)據(jù)消息。該數(shù)據(jù)消息包括系統(tǒng)時間、衛(wèi)星星歷以及天文歷(almanac)信息，所述天文歷信息對于GPS接收機獲取對足夠多衛(wèi)星的信號鎖定以及產(chǎn)生其導(dǎo)航解是很重要的。其中有各占30秒鐘的25幀，每一幀具有5個子幀，每個子幀具有10個字。在每個子幀開始處的Z計數(shù)給出其從衛(wèi)星的傳輸時間。星歷是頭3個子幀，子幀4-5是在50頁上擴展的天文歷數(shù)據(jù)。NAV數(shù)據(jù)的一個整數(shù)據(jù)幀有1500比特長，因此需要花費30秒鐘來發(fā)送。
發(fā)明內(nèi)容簡而言之，本發(fā)明的導(dǎo)航衛(wèi)星接收機實施例接受包括刪減的GPS星歷參數(shù)的衛(wèi)星位置表消息。具體來說，對傾角的兩個諧波校正Cic和Cis的至少其中之一不被傳送，并且不被用在導(dǎo)航接收機位置的求解中。在本發(fā)明的第一方法實施例中，對傾角的兩個諧波校正Cic和Cis都被從計算中省略。在本發(fā)明的第二方法實施例中，只從計算中省略對傾角的兩個諧波校正Cic和Cis的其中之一，這取決于Min(Cissin(2φk)，Ciccos(2φk))。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是提供了一種系統(tǒng)和方法，用于使導(dǎo)航接收機利用對于任何特定GPS衛(wèi)星的非完整的星歷來精確地進行操作。
對于所屬領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說，在閱讀了下述各個附圖中所示的優(yōu)選SPS接收機的詳細描述之后，本發(fā)明的這些和其它目的及優(yōu)點將無疑變得顯而易見。

圖1是本發(fā)明的聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)航系統(tǒng)實施例的功能框圖；圖2是表示當(dāng)使用本發(fā)明的第一方法實施例時所計算的誤差的曲線圖，在該實施例中從位置解計算中省略兩個參數(shù)Cic和Cis；圖3是表示當(dāng)使用本發(fā)明的第二方法實施例時所計算的誤差的曲線圖，在該實施例中從位置解計算中省略兩個參數(shù)Cic和Cis的其中之一；以及圖4是本發(fā)明的一個方法實施例的流程圖。
具體實施方式
圖1說明本發(fā)明的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機系統(tǒng)實施例，并且在這里由總的附圖標(biāo)記100表示。系統(tǒng)100使用由可得到的GPS人造衛(wèi)星(SV’s)101幫助的原因是因為微波信號104和105可能太弱，使得其無線電接收機無法搜集偽距信息之外的任何信息。例如如果接收機天線在室內(nèi)或者以其它方式與天空隔開，則可能發(fā)生NAV消息可能難到無法收集的地步。
可以出于幾種商業(yè)目的提供衛(wèi)星位置表消息114，例如為避免專利侵權(quán)、收集訂購收入、支持私人船隊、作為公共服務(wù)等等。
在與接收機的通訊和位置解的計算中，本發(fā)明的第一方法實施例包括省略Cic和Cis參數(shù)。圖2表示對于15顆衛(wèi)星在一年的數(shù)據(jù)上計算的位置誤差的曲線圖，其中每小時對數(shù)據(jù)進行采樣，Cis＝0且Cic＝0。所計算的平均誤差對于每顆衛(wèi)星僅為幾米。
本發(fā)明的第二方法實施例僅省略所述兩個參數(shù)的其中之一，例如對位置具有最小影響的那一個。傾斜校正是Δ＝Cissin(2φk)+Ciccos(2φk)，其中φk是緯度輻角，根據(jù)Min(Cissin(2φk)，Ciccos(2φk))省略Cis或Cic的其中之一。圖3表示使用此方法對于10顆衛(wèi)星所計算的位置誤差。當(dāng)在計算過程中只省略其中一個參數(shù)時，平均誤差約被減小四倍，例如位置解誤差小于1米。
圖4表示本發(fā)明的推廣的方法實施例，其在這里由總的附圖標(biāo)記400表示。方法400包括接收精簡的星歷消息的步驟402，其中對傾角的兩個諧波校正Cic和Cis或者其中之一未被發(fā)送，或被置為0?？梢酝ㄟ^已支付訂購費用來預(yù)處理這一步驟，并且可以經(jīng)由因特網(wǎng)訪問。步驟404從此類精簡的星歷中計算位置解。這一步驟是必須的，因為進行計算的本地接收機不能直接獲得其自身的星歷拷貝，例如因為天線在室內(nèi)并且信號強度太弱。步驟406輸出位置解，并且是精確的，例如在任何時間下把精度保持在一米的范圍內(nèi)。在方法400的一個替換實施例中，步驟402使得Cis及Cic全部缺失或?qū)⑵湓O(shè)置為0。利用406最終得到的誤差仍然在用戶所做的應(yīng)用的可接受限制內(nèi)。
盡管已經(jīng)就當(dāng)前優(yōu)選的SPS接收機描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本公開內(nèi)容不應(yīng)被解釋為限制性的。在閱讀了上面的公開內(nèi)容之后，各種變化或修改對于所屬領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說都是顯而易見的。因此，所附權(quán)利要求書希望被解釋成包括落入本發(fā)明“實質(zhì)”精神和范圍內(nèi)的所有變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種操作導(dǎo)航接收機的方法，包括從沿軌道運轉(zhuǎn)的導(dǎo)航衛(wèi)星之外的信息源接收衛(wèi)星位置表消息，該衛(wèi)星位置表消息是用于特定衛(wèi)星的星歷的等效物，但缺乏對傾角的兩個諧波校正Cic和Cis的至少其中之一；使用來自所述衛(wèi)星位置表消息的所述精簡的星歷信息計算位置解；以及通過在計算步驟中省略所述對傾角的兩個諧波校正Cic和Cis中的任一個，以降低了的小于1米的精確度輸出所述位置解。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述接收步驟使得所述對傾角的兩個諧波校正Cic和Cis全部缺失或者被設(shè)置為0。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述接收步驟使得已經(jīng)付費以便接收所述衛(wèi)星位置表消息。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述接收步驟使得通過因特網(wǎng)連接、從參考站和網(wǎng)絡(luò)主機提供所述衛(wèi)星位置表消息。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述計算步驟使得所述對傾角的兩個諧波校正Cic和Cis中在計算時省略的那一個可以在數(shù)學(xué)上表示為Min(Cissin(2φk)，Ciccos(2φk))。
6.一種導(dǎo)航接收機客戶端，包括用于從沿軌道運轉(zhuǎn)的導(dǎo)航衛(wèi)星之外的信息源接收衛(wèi)星位置表消息的輸入端，該衛(wèi)星位置表消息是用于特定衛(wèi)星的星歷的等效物，但缺乏對傾角的兩個諧波校正Cic和Cis的至少其中之一；用于從沿軌道運轉(zhuǎn)的人造衛(wèi)星接收微波傳輸及測量偽距的無線電裝置，其中與沿軌道運轉(zhuǎn)的人造衛(wèi)星的星歷相關(guān)聯(lián)的對應(yīng)數(shù)據(jù)是不可獲得的；以及位置解輸出端，其中從所述偽距和所述衛(wèi)星位置表消息確定位置解，并且對傾角的兩個諧波校正Cic和Cis的至少其中之一被設(shè)置為0。
7.如權(quán)利要求6所述的導(dǎo)航接收機客戶端，其中所述輸入端接收以一定費用通過因特網(wǎng)獲得的信息。
8.如權(quán)利要求6所述的導(dǎo)航接收機客戶端，其中所述輸入端使得通過因特網(wǎng)連接從參考站和網(wǎng)絡(luò)主機提供所述衛(wèi)星位置表消息。
9.如權(quán)利要求6所述的導(dǎo)航接收機客戶端，其中所述無線電裝置可在室內(nèi)操作，其中不能直接從所述軌道導(dǎo)航衛(wèi)星獲得NAV消息。
全文摘要
一個導(dǎo)航衛(wèi)星接收機接受包括刪減的GPS星歷參數(shù)的衛(wèi)星位置表消息。具體來說，對傾角的兩個諧波校正Cic和Cis的至少其中之一不被傳送，并且不被用在導(dǎo)航接收機位置的求解中。在本發(fā)明的第一方法實施例中，對傾角的兩個諧波校正Cic和Cis都被從計算中省略。在本發(fā)明的第二方法實施例中，只從計算中省略對傾角的兩個諧波校正Cic和Cis的其中之一，這取決于Min(C
文檔編號G01C21/26GK1702475SQ200510074340
公開日2005年11月30日 申請日期2005年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月25日
發(fā)明者P·W·麥克博尼, F·沃謝 申請人:精工愛普生株式會社, 伊萊德公司