用於加速首次定位時間的方法及相關裝置的製作方法

2023-05-09 05:49:06 1

專利名稱：：用於加速首次定位時間的方法及相關裝置的製作方法用於加速首次定位時間的方法及相關裝置相關申請的交叉引用本申請根據35U.S.C.§119要求如下優先權編號為61/331,865，申請日為2010/05/06的美國申請，以及編號為13/101，150，申請日為2011/05/05的美國臨時申請，在此合併參考這些申請案的申請標的。
背景技術：
：本發明有關於全球導航衛星系統(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)的軌道予頁測(trajectoryprediction)。欲準確地利用衛星定位技術計算出遠程接收器的位置，需要精確得知全球導航衛星系統的3個或4個衛星的星鍾(clock)及軌道信息，而遠程接收器一般可由每一衛星每30秒重複廣播的星曆信息(印hemerisinfomation)來取得所需的信息內容。然而，由於會有許多因素影響著衛星軌道(orbit)，全球導航衛星系統廣播的星曆信息的有效期通常僅在接下來的2至4小時中維持有效。因此，若遠程接收器已持續一段時間無法接收更新的星曆信息(可能是因為被關閉(turnedoff)或是停用(disabled))，當遠程接收器重新啟動(reactivate)時，任何之前已儲存的星曆信息將會失效(invalid)，以及在遠程接收器能夠開始計算其目前位置(currentposition)之前，需要先從衛星取得更新的信息。啟動遠程接收器到計算出目前位置之間的延遲(delay)稱為首次定位時間(TimeToFirstFix,TTFF)。由於任何的延遲都會影響使用者的使用，全球導航衛星系統(例如，全球定位系統(GlobalPositioningSystem,GPS))最重要的任務之一即是針對遠程接收器來延長或預測軌道的星曆以加速首次定位時間。解決上述問題的一種一般性方法為採用伺服器(server)持續收集過去許多天的星曆信息並計算延長的(extended)衛星軌道及星鍾信息。由於計算軌道具相當的複雜度且需要有一定的精確度(往往會應用擾動(perturbed)力學模型(force-model)來處理所接收的星曆信息)，所以需要在具有強大運算能力的中央伺服器(centralserver)中使用特殊軟體，以持續估測接下來許多天的延長的軌道(extendedtrajectory)，並能保持估測結果在可接受的誤差範圍(acceptableerrorlimit)內。每當遠程接收器重新啟動時，遠程接收器可通過網際網路(Internet)或無線通信系統(wirelesscommunicationsystem)來從中央伺服器接收延長的軌道信息，取代廣播的衛星信息(而不是等待衛星的重複廣播)，而大幅地縮短首次定位時間。解決上述問題的另一種一般性方法為採用伺服器連續地(continuously)收集並提供目前正在使用中的全球導航衛星系統的軌道及星鍾數據(其在接下來的一段延長時間中會是有效的)，並將其提供給移動接收器(mobilereceiver)，然而，此解決方法需要遠程接收器與伺服器有連續的或至少經常性(frequent)的連接，並且遠程接收器需要具有足夠的數據儲存容量。
發明內容本發明揭露一種用於全球導航衛星系統的定位方法。將衛星的軌道和/或星鍾數據的模型儲存至移動裝置，所述模型包括多個軌道參數。為取得首次定位時間，所述移動裝置從所儲存的所述多個軌道參數中提取出衛星軌道信息以及基於所提取的所述衛星軌道信息來決定所述衛星的位置。一旦取得衛星位置，則可決定所述移動裝置的位置。本發明還揭露一種用於全球導航衛星系統的移動裝置。所述移動裝置包括全球導航衛星系統模塊，用以根據所述全球導航衛星系統來決定所述移動裝置的位置；以及中央處理單元，耦接於所述全球導航衛星系統模塊以及存儲單元。所述存儲單元包括衛星的軌道和/或星鍾數據的模型，其包括多個軌道參數，以及計算機代碼，當所述計算機代碼被所述中央處理單元所執行時，用以從所述存儲單元所儲存的所述多個軌道參數中提取出衛星軌道信息、基於所提取的所述衛星軌道信息來決定出所述衛星的位置，以及根據所決定出的所述衛星的位置及星鍾數據來決定所述移動裝置的首次定位。對於已經閱讀後續由各附圖及內容所顯示的較佳實施方式的本領域的技術人員來說，本發明的各目的是明顯的。圖1為根據本發明一實施方式，預測軌道數據及使用自我延長軌道數據以獲得衛星信號的總流程圖。圖2為根據本發明一實施方式，預測軌道數據的流程圖。圖3為根據本發明定位方法的實施方式的補償估測的誤差的曲線示意圖。圖4為適用於本發明實施方式的全球導航衛星系統的移動裝置的示意圖。具體實施例方式如圖1所示，圖1為根據本發明一實施方式，預測軌道數據及使用自我延長(self-extended)軌道數據以獲得衛星信號的總流程圖10。如圖1所示，在虛線20內的多個步驟(具體地說，即是步驟22、步驟24、步驟26及步驟28)說明了一種用以加速首次定位時間的延長軌道數據的方法。如步驟60所示，星曆數據可匯入(import)至系統並於步驟55中檢查(check)其有效性(validity)。若星曆數據是有效的，則流程會跳至步驟60，若星曆數據已不再是有效的，流程則會跳至步驟22。在步驟22至步驟26中，從衛星信號所接收的星曆數據可被短暫地延長一段時間並儲存於存儲單元中。在步驟28中，上述所儲存的數據會被提取(extract)，並於步驟30中進行檢查，以根據可接受的容差(errortolerance)來確保所有的星曆數據均為可用(available)且有效的。如果上述所提取的數據並未非是完整且有效的，則在步驟40中可設置旗標(flag)以標示出衛星軌道為不可用的(unavailable)。如果上述所提取的數據為完整且有效的，則流程會跳至步驟60、步驟65、步驟70、步驟75、步驟80及步驟85，最後便可將移動裝置的位置定位出來。如圖2所示，圖2為根據本發明一實施方式，預測軌道數據的流程圖200。在本實施方式中，存儲軌道和/或星鐘模型(storageorbit/clockmodel)預先儲存於全球導航衛星系統接收器中，其中所述模型包括用以計算/預測軌道數據的多個係數。此外，所述模型可為時間的函數。當需要定位時，相對應的時間信息會被代入至所述模型中，接著會產生估測的衛星軌道數據。因此，星曆對於定位來說已不再是必要的初始條件(initialcondition)。所述全球導航衛星系統接收器可使用所述存儲軌道和/或星鐘模型來預測未來的軌道數據，而無需從衛星或外部(external)伺服器接收星曆。舉例來說，可通過對一個或多個全球導航衛星系統衛星來分析一段預定(predetermined)時間(甚至是好幾個月)的星曆數據，在全球導航衛星系統接收器之外建構出所述存儲軌道和/或星鐘模型。接著，將能夠描述衛星軌道的動向(trend)的多個參數(parameter)加載(install)至全球導航衛星系統接收器以作為存儲軌道和/或星鐘模型。步驟215中的計算模型可為任何型式(例如力學模式或數值模型(numericalmodel)等)，必要時可用來取得於未來某一時間點的軌道和/或星鍾數據。上述數據模型可通過使用強大的伺服器與複雜的軟體並參照很大的數據量來建構，因此在接下來的幾個星期、幾個月，甚至是接下來更長的時間之中，上述數據模型在可接受的容差中仍會是可以使用的。對於上述數據模型的一種實施方式來說(但本發明並不局限於此)，衛星的軌道和/或星鍾數據可簡化成具有可變階數(varyingorder)的多項式(polynomial)，而其中每一階都有係數。在實際應用中，可用一個和/或多個多項式(或其他數據模型)來將完整的衛星軌道和/或星鍾數據的每一部份模型化(例如，可運用開卜勒Ofeplerian)參數，或X、Y及Z參數等兩者中的任一種來進行模型化，但本發明並不局限於此)。大部份的係數會被暫時固定(雖然在一些實施方式中是可變的)以針對衛星來提供準確的軌道及星鍾數據。一旦產生可接受的數據模型，如步驟220所示，多個軌道參數便可直接由數據模型來計算。而所述多個軌道參數形成包括多個適當係數的多項式(或是其他應用的計算方法)數據模型的基礎(basis)。在本實施方式中，取代或改變多項式的一個或多個預定階數的多個係數(當被解出時)，會產生針對當時相對應的被取代或被修改係數所代表的衛星來說相當準確的軌道和/或星鍾數據。一旦具有全球導航衛星系統能力的移動裝置(且移動裝置中儲存有多個軌道參數)需要首次定位時，多個適當的係數(比方說，可能是當前時間)會被應用至多個軌道參數，如步驟228所示。而這些適當係數的應用使得由所述多個軌道參數所預測的衛星軌道數據可被提取出，而不需要連接主機系統或衛星信號來取得衛星軌道數據。在步驟230中，所提取的衛星軌道數據接著會被檢查以確保其形成所有星曆數據的等效數據以及所提取的數據仍然是有效的。另外，數據的有效性由可接受的容差、步驟215所使用的數據模型的型式，以及其他設計考慮而定。如果所提取的數據被視為完整且有效的，則在步驟260中，衛星的位置與速度便可使用所提取的數據來決定，而無需等待從主機系統或衛星信號接收星曆數據，因而大幅改善首次定位時間。此外，因為所述多個軌道參數可在較少運算時間限制下使用大量的既有數據與運算能力更加優異的軟體來計算，所以相較於傳統方法，由所儲存的所述多個軌道參數中所提取出的衛星軌道數據的精確度與有效性便可大為提升。圖3說明了所提取的衛星軌道數據的簡單實施方式。在圖3中，使用了用於6階多項式的多個軌道參數。如圖3所示，即便在本實施方式中從所述多個軌道參數所提取的數據確實產生100公尺等級的誤差，不過此等級的誤差仍在可接受的容差內。通過對星曆數據以及較高階的多個軌道參數進行較長時間的收集(當進行步驟215時是很容易達到的)，所提取的數據5的精確度及有效性的持續時間可更進一步地提升。請注意，所述軌道和/或星鐘模型可包括參考星曆或衛星星曆(almanac)，以及用來描述有關於特定參考星曆或衛星星曆的誤差修正項(errorcorrectionterm)的多個係數，換言之，衛星的參考星曆及誤差模型可預先儲存至移動裝置。當需要定位時，相對應的時間信息會被代入至誤差模型以計算估測誤差(estimatederror)，接著，估測衛星軌道數據會通過結合估測誤差與參考星曆或衛星星曆來產生。因此，星曆對於定位來說，不再是必要的初始條件，此外，全球導航衛星系統接收器可利用所儲存的模型即可預測未來的軌道數據，而無需從衛星或外部伺服器接收星曆。圖4為適用於本發明實施方式的全球導航衛星系統的移動裝置600的示意圖。移動裝置600包括全球導航衛星系統模塊(GNSSmodule)610，其用以決定衛星和/或移動裝置的位置；中央處理單元620，耦接於全球導航衛星系統模塊610，用來控制移動裝置600以及執行儲存於存儲單元630的計算機代碼640。所儲存的計算機代碼640可包括所產生的包括多個軌道參數的模型，以及針對本發明所揭示的每一實施方式的相對應的計算機代碼。綜合上述，本發明揭示了一種改善首次定位時間的方法。由於建構了數據模型，故允許無需接收用於定位的廣播星曆即可產生軌道數據，其中數據模型包括儲存於移動裝置的多個可變(changeable)參數。當移動裝置中的全球導航衛星系統需要進行定位時，所儲存的多個軌道參數用以迅速地產生精確的衛星軌道數據模型而無需接收廣播星曆或進行網絡連接(networkconnection)，進而在提供延長的有效性時間的同時加速了首次定位時間。以上所述僅為本發明的較佳實施方式，凡依本發明權利要求所做的均等變化和修飾，均應屬本發明的涵蓋範圍。權利要求1.一種用於全球導航衛星系統的定位方法，包括將衛星的軌道和/或星鍾數據的模型儲存至移動裝置，所述模型包括多個軌道參數；利用所述移動裝置從所儲存的所述多個軌道參數中提取出衛星軌道信息；利用所述移動裝置基於所提取的所述衛星軌道信息決定出所述衛星的位置；以及根據所決定出的所述衛星的位置及星鍾數據來決定所述移動裝置的位置。2.如權利要求1所述的定位方法，其特徵在於，使用力學模型來產生所述模型。3.如權利要求1所述的定位方法，其特徵在於，所述多個軌道參數具有多個係數。4.如權利要求1所述的定位方法，其特徵在於，所述多個軌道參數形成多項式。5.如權利要求1所述的定位方法，其特徵在於，所述模型包括關於參考星曆或衛星星曆的多個誤差修正項。6.一種用於全球導航衛星系統的移動裝置，包括全球導航衛星系統模塊，用以根據所述全球導航衛星系統來決定所述移動裝置的位置；以及中央處理單元，耦接於所述全球導航衛星系統模塊以及存儲單元，所述存儲單元包括衛星的軌道和/或星鍾數據的模型，包括多個軌道參數；以及計算機代碼，當其被所述中央處理單元所執行時，用以從所述存儲單元所儲存的所述多個軌道參數中提取出衛星軌道信息、基於所提取的所述衛星軌道信息來決定出所述衛星的位置，以及根據所決定出的所述衛星的位置來決定所述移動裝置的位置。7.如權利要求6所述的移動裝置，其特徵在於，力學模型被用來產生所述模型。8.如權利要求6所述的移動裝置，其特徵在於，所述多個軌道參數具有多個係數；以及所述存儲單元包括另一計算機代碼，當其被所述中央處理單元所執行時，用以更新所述多個係數之中的至少一個係數來反應所述衛星軌道數據的變化。9.如權利要求6所述的移動裝置，其特徵在於，所述模型包括關於參考星曆或衛星星曆的多個誤差修正項。10.一種非暫存性計算機可讀媒體，包括當被處理器所執行時，用以從存儲單元所儲存的多個軌道參數中提取出衛星軌道信息的計算機代碼，其中所述存儲單元儲存有衛星的軌道和/或星鍾數據的模型，所述模型包括所述多個軌道參數；當被所述處理器所執行時，基於所提取的所述衛星軌道信息來決定出所述衛星的位置的計算機代碼；以及當被所述處理器所執行時，根據所決定出的所述衛星的位置來決定移動裝置的位置的計算機代碼。全文摘要數據模型由經過一段延長的時間收集而得的衛星星曆數據所建構，因而允許在伺服器中產生相當精確的多個軌道參數(較佳地使用力學或數值方法)。所述多個軌道參數儲存於移動裝置中。當所述移動裝置中的全球導航衛星系統需要首次定位時，所儲存的所述多個軌道參數用以迅速地產生精確的衛星軌道數據模型而無需使用廣播星曆或網絡連接。所儲存的所述多個軌道參數可視需要而通過改變所儲存的所述多個軌道參數的係數來進行部份或全面修改。文檔編號G01S1/00GK102439475SQ201180001347公開日2012年5月2日申請日期2011年5月6日優先權日2010年5月6日發明者丘偉源,翁錦堂申請人:聯發科技股份有限公司