通過混合sps軌道數據進行定位的方法和裝置的製作方法

2023-12-05 12:28:16 1

專利名稱：通過混合sps軌道數據進行定位的方法和裝置的製作方法
通過混合SPS軌道數據進行定位的方法和裝置背景領域本發明一般涉及衛星定位系統(SPS)，尤其涉及使用SPS軌道信息來輔助移動站 確定其位置和時間。背景信息衛星定位系統(SPQ接收機通常通過計算來自多個衛星的諸信號的到達時間來 確定其位置。這些衛星傳送衛星定位數據和衛星時鐘時基數據兩者作為其消息的一部分。 衛星位置、速度和時鐘時基通常由曆書和星曆數據來表示。星曆數據指的是傳送自衛星的 消息的子幀1、2和3的內容。星曆提供對軌道(衛星位置、時鐘和時鐘偏離)極其準確的 估計(約1米誤差)。然而，搜索和捕獲衛星信號、讀取衛星所發射的星曆數據、以及從該數 據計算接收機的位置的典型過程是耗時的，且需要適度強度的信號電平。例如，全球定位系統(GPQ設備基於對廣播自軌道衛星的GPS信號在GPS接收機 處的到達時間的測量來確定位置。如所述的，如此的系統的一個缺點是需要相對較長的時 間執行獨立信號捕獲。衛星信號直至它們已經首先通過在兩維搜索「空間」中的搜索被定 位時才能被跟蹤，其中該「空間」的維度是碼-相延遲和觀察到的都卜勒頻移。SPS接收機 搜索、捕獲、以及解調衛星信號的過程有時被稱為「獨立」操作模式，這與「輔助，，操作模式 相對照。為了減小與獨立操作模式相關聯的延遲，可提供信息以幫助SPS或GPS接收機捕 獲特定信號。如此的輔助信息通過對碼和頻率不定性提供邊界來準許接收機將為定位信號 所必須搜索的搜索空間變窄。採用以GPS輔助數據進行擴增的GPS接收機的系統常被稱為 「輔助全球定位系統」(AGPS)。AGPS系統的一個示例包括具有GPS接收機或與之通信的無線移動站(MQ (諸如蜂 窩電話)，該移動站與無線通信網絡的也被稱為基收發機子站(BTQ或B節點的一個或多 個基站(BS)通信，這一個或多個基站又與取決於通信空中接口協議有時被稱為定位實體 (PDE)或服務移動定位中心(SMLC)的一個或多個定位輔助伺服器通信。AGPS系統的另一 示例包括具有GPS接收機或與之通信的MS或膝上型設備，該MS或膝上型設備能夠與諸如 網際網路但並不局限於此的通信網絡通信，該設備通過該通信網絡與定位輔助伺服器通信。定位輔助伺服器從一個或多個GPS參考接收機(全球參考廣域網)推導出GPS輔 助信息。定位輔助伺服器還可訪問用於確定近似移動站位置的裝置。定位輔助伺服器維護 GPS資料庫，後者可包括參考時間、衛星軌道曆書和星曆信息、電離層信息、以及衛星工作狀 況(「健康」)信息。定位輔助伺服器還計算針對近似移動站位置所定製的輔助信息。AGPS系統中MS的位置可在MS處通過來自定位輔助伺服器的輔助來確定(有時被 稱為基於MS的定位模式)。在基於MS的定位模式期間，當GPS引擎需要諸如關於衛星或 基站的位置、基站和/或衛星的時基信息、或種子位置(諸如，但並不限於通過高級前向鏈 路三邊測量(AFLT)所確定的)的星曆數據、曆書數據等經更新的幫助數據時，接著的定位 將導致移動站聯繫通信網絡以索要數據，由此對網絡造成負擔且使用MS的功率資源。AGPS系統中MS的位置可替換地在定位輔助伺服器處使用該MS所捕獲的信息來確定並被傳送回 MS (有時被稱為MS輔助定位模式)。SPS衛星軌道可被建模為具有用以考慮各種微擾的校 正項的修正橢圓軌道。相對短期星曆數據提供對衛星軌道的非常準確的表示。例如，GPS子 幀2的字10中的比特17是指示GPS控制段用來確定星曆參數的曲線擬合區間的「擬合區 間」標誌，其中「0」指示4小時擬合而「1」指示「大於4小時」擬合。此外，塊II/IIA GPS衛 星的擴展導航模式確保正確星曆參數達14天的傳輸以支持短期擴展操作。在正常操作期 間，控制段每日向每顆衛星提供對導航(軌道)數據的上載以支持16米球概率誤差(SEP) 的定位準確度。 AGPS系統中MS的位置也可在MS處使用直接接收自衛星的星曆數據來確定。星曆 數據在其有效期間(例如，4小時曆元)比曆書數據和預測軌道數據更準確。預測軌道數據 是基於除實時衛星定位系統之外的系統(例如，GPS控制段)預測的軌道解對衛星位置、速 度和時基的估計。然而，廣播星曆數據由於不在視線內、遮蔽、差劣信號狀況或其他阻礙MS 解調衛星廣播的接收問題而不會總是對移動站可用，且在可用時仍將需要時間來解調。需要一種使得SPS接收機即使在當前實時軌道和時鐘偏離信息不可(或者從廣播 數據或者從定位輔助伺服器數據)得到時也能利用可用軌道數據來產生準確位置和時基 的系統和方法。描述概要描述了一種供移動站用於使用衛星軌道數據的混合組合來確定其位置(或速度) 的方法和系統。在一方面，移動站在確定鎖定時將來自一個衛星的預測軌道數據與來自另 一衛星的實時軌道數據相組合。移動站可隨著實時軌道數據可用性的改變動態地改變組 合。可對同一衛星系統或不同衛星系統中的衛星作出組合。移動站可在一個時段使用衛星 的實時軌道數據，並在另一時段使用同一衛星的預測軌道數據。在另一方面，移動站可使用 實時軌道數據來校正預測軌道數據中的時鐘偏離。可對提供實時軌道數據的同一衛星或不 同衛星作出對時鐘偏離的校正。該不同衛星可處於同一衛星系統或另一衛星系統中。在另 一方面，在加權最小二乘方或其他計算中可計及預測軌道數據所呈現的附加不定性和軌道 數據的齡期。本文所描述的方法和系統提供了靈活性並改善移動鎖定中的準確度。來自不同源 的衛星軌道數據可由移動站動態地組合。實時軌道數據可被用來改善預測軌道數據中時鐘 偏離的準確度並用對實際軌道數據的擬合來更新預測數據。本發明的其他特徵將從附圖和以下具體描述而顯而易見。附圖簡述本發明以示例而非限制的方式在附圖的各圖示中進行了圖解，其中相似的附圖標 記在附圖中指示相似元素。應注意，本公開中對「一」或「一個」實施例的引用不一定引用 同一實施例，並且如此的引用表示至少一個。

圖1是示出包括用以輔助移動站定位衛星的伺服器的通信系統的示例的示圖。圖2A是示出圖1中從多個衛星接收軌道數據的移動站(MS)的示圖。圖2B是圖解MS用於組合不同衛星的實時軌道數據和預測軌道數據的過程的示例 的流程圖。圖3A是示出時間序列中的預測軌道數據的示圖，其中實時軌道數據在一些時段中可用。圖:3B是圖解MS用於在第一時段中使用衛星的實時軌道數據而在第二時段中使用 同一衛星的預測軌道數據的過程的流程圖。圖4是示出作為時間的函數的預測軌道數據中的徑向軌道誤差和時鐘偏離誤差 的示例的流程圖。圖5是示出MS用於使用實時軌道數據校正預測軌道數據的過程的流程圖。圖6是示出圖1的移動站中組件的示例的框圖。詳細描述描述了一種用於輔助移動站確定其位置(或速度)和時間(稱為「鎖定(fix) 」) 的方法和系統。該方法和系統還改善衛星時鐘偏離的精確度。在文本中所描述的衛星時鐘 偏離是指衛星時鐘的時間估計與諸如全球定位系統(GPQ主控時鐘等主控時鐘的差異。根 據多個衛星的位置和時鐘偏離，移動站可確定其自己的位置和時間。在本發明的一個方面， 各個衛星的位置和時鐘偏離可從各種源以不同程度的精確度被提供給移動站。通常，實時 軌道數據(例如，星曆)具有最高準確度，但是不可能總是可用。在本文中引入「混合」技 術以使得移動站能夠在計算位置/速度/時間鎖定時將實時軌道數據與諸如預測軌道數據 等其它衛星軌道信息相組合。衛星軌道數據的組合可涉及多個衛星和/或多個衛星系統。 本文所描述的混合技術還使得移動站能夠利用衛星的實時軌道數據來改善預測軌道數據 中衛星時鐘偏離的精確度。經改善的預測數據可針對同一衛星、或者同一或另一衛星系統 中的不同衛星作出。如本文所用的，移動站(MS)指代諸如蜂窩或其他無線通信設備、個人通信系統 (PCS)設備、個人導航設備、膝上型或其他能夠接收並處理SPS信號的合適行動裝置的設 備。術語「移動站」還旨在包括諸如通過短程無線、紅外、無線連接、或其他連接與個人導航 設備(PND)通信的設備——不管衛星信號接收、輔助數據接收、和/或位置相關處理是發生 在該設備上還是PND上。而且，「移動站」旨在包括含無線通信設備、計算機、膝上型設備等 在內的能夠諸如經由網際網路、WiFi、或其他網絡與伺服器通信的所有設備，而不管衛星信號 接收、輔助數據接收、和/或位置相關處理發生在該設備上、在伺服器上、還是在與網絡相 關聯的另一設備上。上述的任何可操作組合也被考慮為「移動站」。本文的術語「粗略軌道數據」指代對傳送自衛星的衛星位置和時鐘數據的粗略和 較不準確的估計，例如曆書。術語「實時軌道數據」指代傳送自衛星的對衛星位置、速度和 時基的精確表示，例如，包括子幀1、2和3的星曆。移動站可在預定時間區間捕獲在一時段 內有效的實時軌道數據塊。因此，「有效實時軌道數據」指代新近被捕獲且處在其有效期內 的實時軌道數據。「無效實時軌道數據」指代過於陳舊且不再有效的實時軌道數據。除非明 確指示相反方面，否則術語「實時軌道數據」在以下描述中指代「有效實時軌道數據」。術語 「預測軌道數據」指代與實時精確軌道數據相比具有相對擴展的有效期的對衛星位置、速度 和時基的精確估計。預測軌道數據在定位輔助伺服器處可用，且可被傳送到或存儲在可由 移動站訪問的位置。為了提高數據傳輸的效率，定位輔助伺服器可將校正數據傳輸給移動站，並且移 動站可通過組合校正數據和粗略軌道數據來重構預測軌道數據或其近似。在以下描述中， 應當理解，移動站所用的「預測軌道數據」包括預測軌道數據，或者由移動站從粗略軌道數據重構的預測軌道數據的近似。圖1是根據本發明的一方面的通信系統100的框圖。系統100包括可通信地耦合 至一個或多個MS 120的定位輔助伺服器130。定位輔助伺服器130接收粗略軌道數據、以 及預測軌道數據和/或包含預測軌道數據的預測軌道參數文件。在一種情景中，定位輔助 伺服器130經由網絡162從預測軌道數據供應者110接收預測軌道數據。網絡162可包括 但不限於支持網際協議(IP)連接的網絡(例如，網際網路)。定位輔助伺服器130可任選地 包括用於安全地從預測軌道數據供應者110傳輸預測軌道數據的接口，例如，安全文件傳 輸程序(SFTP)。在一個方面，預測軌道數據供應者110定期(例如，每若干小時)生成預測軌道數 據以產生在擴展持續時間中(例如，6小時或以上)有效的軌道數據。定位輔助伺服器130 定期核查來自預測軌道數據提供者的新數據。預測軌道數據還可包括預測衛星坐標的3D 不定性值、預測衛星時鐘校正的不定性、以及對預測中斷的指示。基於不定性和中斷信息， 定位輔助伺服器130可計算出用戶距離誤差(URE)並將其提供給MS 120。定位輔助伺服器130經由網絡164從實時軌道數據供應者150接收粗略軌道數 據。實時軌道數據供應者150可以是接收包括但並不限於基於分組的SPS參考數據、導航消 息、健康尋呼信息、曆書、以及星曆的實時衛星信息的全球參考網絡(GRN)網關或廣域參考 網絡(WARN)網關。在一種情景中，網絡164是支持IP連接的網絡，而定位輔助伺服器130 可在IP多播消息中接收來自實時軌道數據供應者150的實時衛星信息。定位輔助伺服器130從預測軌道數據和實時軌道數據生成校正數據140。校正數 據140可經由網絡168被直接傳送到MS 120或者傳送到MS可訪問的存儲位置。例如，校 正數據140可以存儲在本地或遠程耦合至定位輔助伺服器130的存儲設備中。MS 120可使 用例如FTP、HTTP、或其他適當網絡協議的文件傳輸協議經由網絡166從數據主機160接收 校正數據140。MS 120可經由網絡168以點對點方式直接從定位輔助伺服器130接收這些 校正數據(帶有或不帶有粗略數據信息)。出於簡化本文討論的目的，術語「校正數據」 140指代可點對點地傳送、以文件傳 輸、廣播、或藉助任何數據通信手段從一處發送到另一處的衛星軌道校正。定位輔助伺服器 130生成的消息具有允許MS 120在擴展時段上以較少數目的比特確定衛星位置、速度和時 鍾時基的高效消息接發格式。消息為MS 120提供用於校正粗略軌道數據的信息以使得經 校正的衛星位置的準確度在數米之內。定位輔助伺服器130還可向MS 120提供粗略軌道參數、估計準確度(用戶距離誤 差(URE))、電離層校正模型、通用坐標時間(UTC)模型、以及衛星健康/可用性信息。這是 為了確保衛星數據的完整性，並允許在無需接收和解碼由衛星通過空中傳送的數據的情況 下進行移動操作。這還確保MS 120使用與定位輔助伺服器130所使用的相同的粗略軌道 數據。應注意到，以上所描述的系統僅是出於說明目的而示出的，也可存在其他配置。例 如，網絡162、164、166和168可替換地為點對點連接、區域網、廣域網、廣播網、任何合適的 有線或無線網絡、計算機網絡或者其支持數據通信或文件傳輸的組合。本領域的技術人員將認識到，提供對衛星位置的粗略估計的粗略軌道數據包括廣 範圍的形式。在以下描述中，GPS廣播曆書的新近副本被建議用作對衛星位置和時鐘時基的粗略估計以便於理解本發明性概念。然而，所有以下內容都是替換性粗略軌道數據的例示 GPS廣播星曆的早期副本；廣播(ialileo (伽利略)或GL0NASS曆書或星曆的新近副本；與 GPS jalileo、或GL0NASS曆書或星曆遵循相同形式的衛星位置的非廣播粗略模型；以GPS、 (ialileo、和GL0NASS曆書及星曆格式使用的K印Ierian參數的任何子集或增強；衛星軌道 的任何非K印Ierian表示；以及其他已經隨時間而降級的預測軌道數據。還將理解，在所公 開方法的範圍內也可應用關於其他衛星導航系統的相應信息。本發明包括描述粗略軌道的 任何和所有方法。本領域的技術人員將領會不論粗略估計採用什麼形式，本方法都適用。在一些情景中，粗略軌道數據可由定位輔助伺服器130提供給MS 120。除了將對 衛星位置的粗略估計傳送給MS 120外，定位輔助伺服器130還具有在給移動站的輔助消息 中包括參考時間的能力。在本發明的該方面，定位輔助伺服器130從網絡時間伺服器、或從 接收自個體參考接收機(例如，廣域參考網絡或全球參考網絡)的GPS數據獲得參考時間。 該參考時間信息可被附加至傳送給MS 120的包含對衛星位置的粗略估計的消息。定位輔 助伺服器130還可實現能夠改善網絡時間伺服器所提供的參考時間的時基準確度的算法 並將該更準確的時間傳送給MS 120。應注意到，MS 120可獨立於定位輔助伺服器130直接從可與GPS時間同步或不同 步的分組交換數據網絡(例如，網絡時間伺服器或CDMA通信網絡)獲得參考時間。以這種 方式，MS 120獲得對例如GPS時間、通用坐標時間(UTC)時間、(WffO)時間等全球時間參考 的估計。圖2A示出其中MS 120可操作以確定其空間和時基信息的環境的示例。MS 120 使用軌道數據的組合來確定其在三個空間維度和時間維度上的位置(或速度)。每當實時 軌道數據可用時，MS 120就使用解碼自衛星的實時軌道數據。實時數據可能已從廣播衛星 消息解碼，但是也可能在網絡連接可用或新近可用時經由定位輔助伺服器來自衛星參考網 絡。實時軌道數據一般比可能在一時間段上逐漸降級的早期預測軌道數據更為準確。而且， 實時軌道數據可包含在預測時未知的關於衛星的新信息(例如，衛星健康和完整性信息)。以下描述出於簡便起見，術語「實時軌道數據的不可用/不可用性」在此指代其中 實時軌道數據不能被MS 120接收到的境況、其中早期由MS 120接收到的實時軌道數據變 得無效(例如，自TOE起超過+/-2小時)的另一境況、或兩者的組合，除非另外特別指出。 術語「可用/可用性」指代其中由MS 120接收到且存儲的實時軌道數據處在其有效期內的 境況。儘管通常在計算鎖定時更期望使用實時軌道數據，但是MS 120有時不能訪問衛 星的有效實時軌道數據。這種狀況可能在衛星的新鮮實時軌道數據不可用時、以及在早期 由MS 120接收到的(該衛星的)實時軌道數據已變得無效時發生。由於不在視線內、遮 蔽、或其他阻礙MS 120接收來自衛星的衛星廣播的接收問題以及在到定位輔助伺服器130 的連接不可用或不合意(例如，鑑於數據傳輸成本)時，衛星的新鮮實時軌道數據可能不可 用。早期由MS 120接收到的實時軌道數據可能在MS 120於早期時段獲得的數據變得過於 陳舊而無價值(例如，自適用性時間起超過+/-2小時)時變得無效。當MS 120不能訪問 來自足夠數目個衛星的有效實時軌道數據以計算其自身的位置時，MS 120可使用軌道數據 組合——諸如實時軌道數據與預測軌道數據相組合——來確定其空間和時基信息。參看圖2A的示例，MS 120具有例如衛星21、22、23、M和25等多個衛星的預測軌
9道數據，並且另外接收例如21和22等一些衛星的實時軌道數據(由實線指示的)。衛星 23,24和25的實時軌道數據在MS 120確定鎖定時不可用(由虛線指示)。MS 120在確定 其三維空間位置和時間時可將衛星21和22的實時軌道數據與其它衛星(即，23J4和25) 中的任兩個的預測軌道數據相組合。即，如果提供實時軌道數據的衛星的數目不足以使MS 120確定鎖定(例如，如圖2A中所示，兩個可見衛星對應鎖定中四個未知量)，則MS 120 可將由這些衛星所提供的實時軌道數據與來自其它衛星的預測軌道數據相組合，以確定鎖 定。在圖2A的示例中，MS 120利用來自四個衛星的軌道數據來確定其在三個空間維 度和時間上的位置(或速度)。然而，如果MS 120知曉其空間參數或時間中的任一者，則可 減少MS 120確定鎖定所需的衛星的數目。作為例示，如果MS 120知曉其海拔，則鎖定中未 知量的數目可被減少至三個。類似地，如果可能，可從通信網絡獲得時間或者可由高準確度 振蕩器來維持時間。結果，可減少MS 120確定鎖定所需的衛星的數目。圖2B是圖解用於執行以上所描述的操作的過程200的示例的流程圖。在框210， MS 120確定具有可為MS所用的實時軌道數據的衛星的第一數目。為了確定第一數目，MS 120需要監視其早期接收到的實時軌道數據的有效性。MS 120可使用定時器來相對於實時 軌道數據的適用性時間保持對當前時間的跟蹤。MS 120還可在接收到衛星的新鮮實時軌道 數據集時重置定時器，並在預定時段之後終止定時器。在框220，MS 120確定其知曉或可從 其它裝置獲得的軌道參數(包括三個空間維度和時間)的第二數目。在框230，MS 120確 定將使用其預測軌道數據的衛星的第三數目。第三數目可例如通過從4減去第一數目和第 二數目的總和來確定。在框M0，MS 120將第一數目個衛星的實時軌道數據、第二數目個已 知軌道參數、以及第三數目個衛星的預測軌道數據相組合以計算鎖定。再次參看圖2A，在一種情景中，MS 120可使用衛星21和22的實時軌道數據與衛 星23、對和25的預測軌道數據來確定鎖定中的四個未知量。來自五個衛星的五個軌道數 據集構成超定系統。MS 120在求解其定位/速度/時間時可恰當地加權來自五個衛星的的 衛星測量並考慮預測軌道數據的降級的準確度。加權組合中的權重可根據每個軌道數據集 的準確度來確定。例如，實時軌道數據和預測軌道數據可根據它們的準確度估計進行加權。 準確度估計可包括用戶距離誤差(URE)、用戶距離準確度(URA)、距星曆時間(TOE)的時間、 預測數據自上次更新起的齡期、以上的一些或全部的組合、或者其它度量。以下進一步說明準確度估計度量。定位輔助伺服器130通常計算或提供URE作為 對衛星的預測軌道數據的不定性估計。由於MS 120從粗略軌道數據(帶有校正)重構預 測軌道數據，因此URE可被用作對預測軌道數據的準確度估計。由於粗略軌道數據由定位 輔助伺服器130和MS 120共同使用，因此與粗略軌道相關聯的誤差不對整體誤差預算起作 用。URA是對衛星的實時軌道數據的不定性估計，其是例如由GPS控制段提供的。URA通常 是幾米，而URE在預測的幾天之後可能是數十米。這兩種誤差估計可被用作預測軌道數據 和實時軌道數據的加權組合中的權重。此外，距TOE時間指示實時軌道數據的齡期，且還可 用作準確度估計以及預測軌道數據和實時軌道數據的加權組合中的權重。類似地，預測數 據自上次更新起的齡期指示預測軌道數據的準確度，且還可用作準確度估計以及預測軌道 數據和實時軌道數據的加權組合中的權重。具有較小誤差的衛星測量(例如，實時軌道數 據)可比具有較大誤差的測量(例如，預測軌道數據或粗略軌道數據)有更高權重。較新鮮的衛星測量可比較陳舊的衛星測量有更高權重。圖3A是圖解衛星的可用軌道數據的時間線的示圖。參看圖3A的示例，MS 120在 時段T0-T6具有衛星的預測軌道數據。同一衛星的實時軌道數據在時段Tl和T5——其兩 者皆以TOE為中心——可為MS 120所用。實時軌道數據偏離實際軌道數據，並且隨著時間 巡行過Tl和T5的邊界而變成無效。在此示例中，MS 120在TO與Tl的邊界上從預測軌道 數據切換至實時軌道數據，並且在Tl與T2的邊界上切換回預測軌道數據。類似地，MS 120 在T4與T5的邊界上從預測軌道數據切換至實時軌道數據，並且在T5與T6的邊界上切換 回預測軌道數據。在本發明的一個方面，MS 120使用例示的插值曲線35來內插TO與Tl、 Tl與T2、T4與Τ5以及Τ5與Τ6的邊界上的預測軌道數據和實時軌道數據。插值曲線35可 使用任何已知內插技術來計算，這些內插技術平滑兩個數據集(例如，單個衛星的實時軌 道數據和預測軌道數據)之間的變遷以避免MS 120在確定鎖定時所用的軌道數據的突變。圖;3Β是圖解其中MS 120可如圖3Α中描述地組合使用實時軌道數據和預測軌道 數據的過程300的流程圖。在此情景中，MS 120在第一時段中使用衛星的實時軌道數據，並 在第二時段中使用同一衛星的預測軌道數據。如以上所提及的，衛星21-25中的每一個可 具有在實時軌道數據的有效期期間可為MS120所用的實時軌道數據。當實時軌道數據變得 不可用時，MS 120可切換至預測軌道數據。當實時軌道數據變得再次可用時，MS 120可切 換回實時軌道數據。因此，MS 120可在一個時段內使用衛星的實時軌道數據，並在另一時 段內使用同一衛星的預測軌道數據，這取決於實時軌道數據的可用性或有效性。參看圖3Β 的示例，在框310，MS 120被開啟或從空閒模式被重新激活。在框320，在MS 120獲得對有 效實時軌道數據的訪問之前，MS 120可使用預測軌道數據來快速地計算第一次鎖定，並且 一旦實時軌道數據被解調和解碼就可達成提高的準確度。MS 120在決定使用預測軌道數據 之前還可衡量所存儲的來自先前鎖定和/或下載的實時軌道數據是否可用以及足夠新鮮 以供使用。在其中僅執行一次鎖定的情景中，準確度與速度之間的決定可基於合需服務質 量。行進至框330，當MS 120用來計算鎖定的任一個衛星的實時軌道數據變得可用 時，MS 120可從該衛星的預測軌道數據切換至可用實時軌道數據。在框340，當MS 120用來 計算鎖定的任一個衛星的實時軌道數據變得不可用時，MS 120可從該衛星的實時軌道數據 切換至其預測軌道數據。注意，在一情景中，框320的操作可與框330和340的操作並行地 執行。框330和340的操作可在實時軌道數據變得可用或不可用時被重複。因此，MS 120 可將一些衛星的實時軌道數據與一些其它衛星的預測軌道數據相組合以確定鎖定。實時軌 道數據和預測軌道數據的組合是動態的。任何時候當衛星的實時軌道數據變得可用時，MS 120可動態地確定實時軌道數據和預測軌道數據的新組合來確定鎖定。新組合包括在任何 給定時間具有實時軌道數據的最大數目的衛星，但是在執行第一次鎖定之前不一定要等待 實時軌道數據。參看圖3A，MS 120可通過使用在時間上交迭的實時軌道數據和預測軌道數據的 加權組合來內插同一衛星的實時軌道數據和預測軌道數據。加權組合可被應用於位置、速 度、時間或其任何組合。MS 120在求解其位置/速度/時間時可恰當地加權軌道數據。例 如，實時軌道數據和預測軌道數據可根據它們的準確度估計進行加權。準確度估計可包括 用戶距離誤差(URE)、用戶距離準確度(URA)、距星曆時間(TOE)的時間、預測數據自上次更新起的齡期、以上的一些或全部的組合、或其它度量。以上準確度估計度量已在圖2A的描述中作出了說明。在圖3A的單個衛星情景中， 相同的準確度估計度量還應用於對實時軌道數據和預測軌道數據的內插，其中內插被計算 為實時軌道數據和預測軌道數據的加權組合。具有較小誤差的衛星測量(例如，實時軌道 數據)可比具有較大誤差的測量(例如，預測軌道數據或粗略軌道數據)有更高權重。較 新鮮的衛星測量可比較陳舊的衛星測量有更高權重。在一個情景中，預測軌道數據(0·)和實時軌道數據(C^w)的加權組合(軌道s 可被計算為軌道組合=(W1O實時+W2O預測)/ (W1+W2)，其中Wl和W2是(URE，URA)、距TOE的時間、 預測數據自上次更新起的齡期、以上的一些或全部的組合、或其它度量的函數。在本發明的另一方面，可使用實時軌道數據來改善預測軌道數據的準確度。「經改 善」預測軌道數據可在過程200和300中使用。即，其可在同一衛星的實時軌道數據不可 用時被使用，和/或被用來與其它衛星的實時軌道數據相組合以確定鎖定。可對整個預測 軌道數據——包括在三個空間維度上的衛星位置和衛星時鐘偏離——作出準確度改善。或 者，僅可對衛星時鐘偏離作出準確度改善，因為時鐘偏離通常並非如衛星軌跡那樣是可預 測的，且更易隨時間受降級影響。可對提供實時軌道數據的同一衛星或不同衛星作出準確 度改善。圖4是示出衛星的預測軌道數據中的兩個誤差分量的曲線圖。第一誤差分量是徑 向方向上的衛星軌道誤差(徑向軌道誤差)，而第二誤差分量是衛星時鐘偏離的誤差(時鐘 偏離誤差)。徑向軌道誤差是預測與實際徑向軌道位置之間的差異，而時鐘偏離誤差是預測 與實際時鐘偏離之間的差異。曲線圖的X軸指示時間，而Y軸指示以米計的誤差量值。該 曲線圖示出時鐘偏離誤差隨時間流逝顯著增加而徑向軌道誤差在零周圍波動。因此，該曲 線圖表明預測軌道數據中時鐘偏離的準確度隨時間流逝迅速降級。預測軌道數據中的時鐘偏離(預測時鐘偏離)可通過兩種辦法來校正。一種辦法 是使用衛星的早期時段的實時軌道數據來校正同一衛星在當前時段或將來時段中的預測 時鐘偏離。另一種辦法是使用其它衛星的實時軌道數據來提供在相同時段中對該衛星的校 正。在第一種辦法中，實時軌道數據越「新鮮」(例如，較為不偏離Τ0Ε)，校正就越準確。為 了進行校正，可將預測時鐘偏離與實時廣播衛星時鐘參數(例如，來自GPS導航的子幀1) 作對比以確定對預測時鐘偏離的校正量。校正可包括差分偏移量和斜率。在校正之後，MS 120在實時軌道數據變得不可用時可使用預測軌道數據(包括預測時鐘偏離)來確定鎖定。為了進一步說明第二種辦法，澄清第二種辦法是用在「超定」系統中是有益的。艮口， 具有實時軌道數據的衛星(在本文中稱為「衛星群」)的數目等於或大於移動鎖定中未知量 的數目。MS 120可使用衛星群中與鎖定中未知量的數目相等的數目個衛星來唯一地確定該 鎖定。對應衛星群的可用實時軌道數據和相對應的測得偽距可被用來校正衛星群之外的一 個或多個衛星的預測時鐘偏離。作為例示，對於二維位置估計(假定有足夠準確的海拔知識在MS 120處可用)，MS 120將需要三個可見衛星來確定其未知參數——包括在二個維度上的移動位置和時間。對 應三個可見衛星的可用實時軌道和相對應的測得偽距可被用來校正附加可見衛星(例如， 僅具有預測時鐘偏離的第四可見衛星)的預測時鐘偏離。對於三維位置估計，MS 120將需要四個可見衛星來確定其未知參數，包括在三個維度上的移動位置和時間。對應四個可見 衛星的可用實時軌道數據和相對應的測得偽距可被用來校正第五可見衛星的預測時鐘偏 離。如果來自第六衛星和第七衛星的預測時鐘偏離也可為MS 120所用，則由四個可見衛星 提供的實時軌道數據和相對應的測得偽距可被用來校正附加(例如，第六和第七等)衛星 的預測時鐘偏離。對預測時鐘偏離的校正可通過加權最小二乘法模型(WLS)、Kalman(卡爾 曼)濾波器、或某種其他線性、線性化或非線性估計方法來計算。這些校正在GPS操作期間 可在後臺運行，即使在整個GPS星座可見時亦可如此進行，從而當衛星可見性丟失，以及當 星曆已降級至使其就使用預測或混合預測數據而言更準確的程度上時，就刷新預測數據以 達成最佳準確度和性能。本文所述的混合技術可被應用於衛星定位系統(SPQ或全球導航衛星系統 (GNSS)的組合，諸如但並不限於，美國全球定位系統(GPS)、俄羅斯Glonass系統、歐洲 Galileo系統、日本QZSS系統、使用來自衛星系統的組合的衛星的任何系統、或將來開發的 任何衛星系統。即，MS 120可使用來自一個衛星系統(例如，GPQ的預測軌道數據和來自一 個或多個其它衛星系統(例如，Galileo和Glonass系統)的實時軌道數據來確定鎖定。如 果對應一個衛星系統的衛星的偽距可用，以及如果存在比系統中的未知量更多的觀測量， 則MS 120還可使用這些衛星的實時時鐘偏離來校正另一衛星系統的衛星(或諸衛星)的 預測時鐘偏離。例如，Galileo系統中衛星的實時時鐘偏離可被用來校正Glonass系統中衛 星的預測時鐘偏離。為了更恰當地應用此算法，兩個衛星定位系統(例如，GPS與(ialileo) 的主控時鐘之間的總時鐘偏離必須為MS 120所知。圖5圖解用於在移動站處確定位置/速度/時間鎖定的過程500的一個示例的流 程圖。過程500可由硬體(例如，電路、專用邏輯、可編程邏輯、微代碼等)、軟體(諸如在處 理設備上運行的指令)、或其組合來執行。過程500可由圖1的MS 120來執行。參看圖5，在框510，過程500始於MS 120確定具有在MS 120處可用的實時軌道 數據的衛星的數目。如以上所提及的，鎖定所需的衛星的數目取決於MS 120處未知量的數 目。例如，如果MS 120的三個空間維度和時間都是未知的，則MS 120將需要來自四個衛星 的軌道數據。在此情景中，MS 120理想地將從四個衛星接收實時軌道數據。然而，如果少 於四個衛星向MS 120提供實時軌道數據，則MS 120將求助於其預測軌道數據可用的一個 或多個其它衛星。如以上所提及的，具有實時軌道數據的衛星的數目會因遮蔽、接收問題和 其它緣由而逐時間周期相異。行進至框520，基於MS 120的未知量的數目，過程500確定是否需要更多衛星的軌 道數據。如果需要一個或多個附加衛星的軌道數據，則在框530，MS 120使用一個或多個附 加衛星的預測軌道數據來確定鎖定。如果MS 120在先前AGPS會話中接收到來自足夠衛星 或來自定位輔助伺服器130的實時軌道數據(即，衛星的數目等於未知量的數目)，則不需 要預測軌道數據。行進至框M0，MS 120組合來自衛星的軌道數據以計算位置/速度/時 間鎖定。在本發明的一方面，在框550，MS 120還使用第一衛星的可用實時軌道數據來校正 第一衛星的當前或將來預測時鐘偏離中的衛星時鐘偏離，和/或使用第一衛星的可用實時 軌道數據來校正其實時軌道數據不可用的第二衛星的當前或將來預測軌道數據中的衛星 時鐘偏離。第二衛星可與第一衛星處於同一或不同衛星系統中，如以上所描述的。圖6提供MS 120的組件的框圖的示例。MS 120包括存儲器67和處理器69。MS120還包括用於從定位輔助伺服器130接收係數序列的接收機接口 66。接收機接口 66還 從衛星廣播、從定位輔助伺服器130、或從其他數據源接收粗略軌道數據和/或實時軌道數 據，例如，曆書、星曆、和/或其他衛星位置和時基信息。接收機接口 66可經由有線或無線 網絡、廣播介質、或任何合適的數據傳輸手段接收係數。MS 120包括用以將發送自定位輔助 伺服器130的數據序列解碼的解碼單元61。在一種情景中，MS 120還可包括重構單元62、 組合單元68和校正單元63。重構單元62使用傳送自定位輔助伺服器130的數據序列—— 諸如粗略軌道數據和校正數據——來重構預測軌道數據。組合單元68通過保持相對於實 時軌道數據的適用性時間監視當前時間的定時器來確定MS120處接收到並存儲的衛星的 實時軌道數據是否仍然有效。取決於實時軌道數據的可用性和有效性，組合單元68將一些 衛星的實時軌道數據與一些其它衛星的預測軌道數據相組合以確定鎖定。校正單元63如 以上所描述地使用可用實時數據來校正預測數據中的衛星時鐘偏離。如以上所提及的，可 對其實時軌道數據可用的同一衛星、或者同一或不同衛星系統的另一衛星作出對時鐘偏離 的校正。本文所述的方法取決於應用可藉由各種手段來實現。例如，以上定位輔助服務 器130和MS 120的組件可以在硬體、固件、軟體、或其組合中實現。對於硬體實現，各個處 理單元可在一個或多個專用集成電路(ASIC)、數位訊號處理器(DSP)、數位訊號處理器件 (DSPD)、可編程邏輯器件(PLD)、現場可編程門陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微 處理器、電子器件、設計成執行本文中描述的功能的其他電子單元、或其組合內實現。對於固件和/或軟體實現，這些方法可用執行本文中描述的功能的模塊(例如，程 序、函數等等)來實現。任何有形地體現指令的機器可讀介質可被用來實現本文所述的方 法。例如，回顧圖6，軟體代碼可被存儲在存儲器(例如，MS 120的存儲器67)中，並可由處 理器(例如，MS 120的處理器69)執行。存儲器可被實現在處理器內，或可外置於處理器。 如本文所用的，術語「存儲器」指代任何類型的長期、短期、易失性、非易失性、或其他存儲 器，而並不限於任何特定類型的存儲器或存儲器數目、或存儲器存儲在其上的介質的類型。本文所述的方法和裝置可與各種衛星定位系統(SPQ或全球導航衛星系統 (GNSS)聯用，諸如但並不限於，美國全球定位系統(GPS)、俄羅斯Glonass系統、歐洲 Galileo系統、使用來自衛星系統的組合的衛星的任何系統、或將來開發的任何衛星系統。 此外，所公開的方法和裝置可與利用偽衛星或衛星與偽衛星的組合的定位系統聯用。偽衛 星是廣播調製在L波段(或其他頻率)載波信號上的PN碼或其他測距碼(類似於GPS或 CDMA蜂窩信號)的基於地面的發射機，其可與GPS時間同步。每個如此的發射機可被指派 唯一的PN碼以便準許遠程接收機進行標識。偽衛星在其中來自軌道衛星的GPS信號可能 不可用的情形下——諸如在隧道、礦井、建築物、都市峽谷或其他封閉區域中是有用的。偽 衛星的另一種實現作為無線電信標而為人所知。如本文所使用的術語「衛星」旨在包括偽 衛星、偽衛星的等效物、及可能的其他。如本文所使用的術語「SPS信號」旨在包括來自偽衛 星或偽衛星的等效物的類SPS信號。本文描述的定位技術可用於各種無線通信網絡，諸如無線廣域網(WffAN)、無線局 域網(WLAN)、無線個人區域網(WPAN)等。術語「網絡」和「系統」常常可互換地使用。WffAN 可以是碼分多址(CDMA)網絡、時分多址(TDMA)網絡、頻分多址(FDMA)網絡、正交頻分多 址(OFDMA)網絡、單載波頻分多址(SC-FDMA)網絡等。CDMA網絡可實現諸如CDMA2000、寬帶-CDMA (W-CDMA)和其他當前或下一代網絡等一種或多種無線電接入技術(RAT)。 CDMA2000涵蓋IS-95、IS-2000和IS-856標準。TDMA網絡可實現全球移動通信系統(GSM)、 數字高級移動話機系統(D-AMPS)、或其他某種RAT。GSM和W-CDMA在來自名為「第三代夥 伴項目」(3GPP)的聯盟的文獻中描述。CDMA2000在來自名為「第三代夥伴項目2」(3GPP2) 的聯盟的文獻中描述。3GPP和3GPP2文獻是公眾可獲取的。WLAN可以是IEEE 802. Ilx網 絡，而WPAN可以是藍牙網絡、IEEE 802. 15x、或其它類型的網絡。這些技術可用於WWAN、 WLANJP /或WPAN的任意組合。 儘管本發明已經參照具體的示例性特徵進行了描述，但顯然的是可對這些特徵作 出各種修改和改動而不會背離如在權利要求中所闡述的本發明的寬泛的精神實質和範圍。 因此，說明書和附圖被認為是說明性而非限制性意義。
權利要求
1.一種移動站的方法，包括接收第一衛星的實時軌道數據；以及在確定所述移動站的空間和時間信息時組合所述第一衛星的所述實時軌道數據和第 二衛星的預測軌道數據，其中所述第一衛星和所述第二衛星屬於兩個不同衛星系統。
2.一種移動站的方法，包括接收第一衛星的實時軌道數據；以及在確定所述移動站的空間和時間信息時通過使用基於以下各項中的至少之一對所 述實時軌道數據和第二衛星的預測軌道數據的加權組合來組合所述第一衛星的所述實 時軌道數據和所述第二衛星的所述預測軌道數據用戶距離準確度(URA)、用戶距離誤差 (URE)、距星曆時間(TOE)的時間、和所述預測軌道數據自上次更新起的齡期，其中所述實 時軌道數據和所述預測軌道數據在時間上交迭。
3.一種移動站的方法，包括接收來自多個衛星的實時軌道數據以確定所述移動站的空間和時間信息；以及使用所述多個衛星的所述實時軌道數據來校正一個或多個附加衛星的預測軌道數據 中的時鐘偏離誤差，其中所述多個衛星中衛星的數目等於或大於所述移動站的所述空間和 時間信息中未知量的數目，並且其中所述多個衛星屬於不同衛星系統。
4.一種移動站的方法，包括接收來自多個衛星的實時軌道數據以確定所述移動站的空間和時間信息；以及使用所述多個衛星的所述實時軌道數據來校正一個或多個附加衛星的預測軌道數據 中的時鐘偏離誤差，其中所述多個衛星中衛星的數目等於或大於所述移動站的所述空間和 時間信息中未知量的數目，並且其中所述一個或多個附加衛星屬於第一衛星系統而所述多 個衛星屬於一個或多個其它衛星系統。
5.一種移動站的系統，包括用於接收第一衛星的實時軌道數據的接收機接口 ；以及組合單元，用於在確定所述移動站的空間和時間信息時組合所述第一衛星的所述實時 軌道數據和第二衛星的預測軌道數據；其中在確定所述移動站的所述空間和時間信息時， 當所述第一衛星的所述實時軌道數據變得不可用時，所述組合單元將使用所述第一衛星的 預測軌道數據替代所述第一衛星的所述實時軌道數據，並且其中所述組合單元將內插所述 第一衛星的所述實時數據和所述第一衛星的所述預測軌道數據以平滑所述實時數據與所 述預測軌道數據之間的變遷。
6.一種移動站的系統，包括用於接收第一衛星的實時軌道數據的接收機接口 ；以及組合單元，用於在確定所述移動站的空間和時間信息時組合所述第一衛星的所述實時 軌道數據和第二衛星的預測軌道數據，其中所述組合單元將使用基於以下各項中的至少之 一的加權組合用戶距離準確度(URA)、用戶距離誤差(URE)、距星曆時間(TOE)的時間、和 所述預測軌道數據自上次更新起的齡期，其中所述實時軌道數據和所述預測軌道數據在時 間上交迭。
7.一種移動站的系統，包括用於接收第一衛星的實時軌道數據的接收機接口 ；以及組合單元，用於在確定所述移動站的空間和時間信息時組合所述第一衛星的所述實時 軌道數據和第二衛星的預測軌道數據；校正單元，用於使用所述第一衛星的所述實時軌道數據來校正所述第一衛星的預測軌 道數據中的時鐘偏離誤差。
8.一種移動站的系統，包括用於接收第一衛星的實時軌道數據的接收機接口 ；以及組合單元，用於在確定所述移動站的空間和時間信息時組合所述第一衛星的所述實時 軌道數據和第二衛星的預測軌道數據，其中所述第一衛星和所述第二衛星屬於兩個不同衛 星系統。
9.一種移動站的系統，包括用於接收第一衛星的實時軌道數據的接收機接口；組合單元，用於在確定所述移動站的空間和時間信息時組合所述第一衛星的所述實時 軌道數據和第二衛星的預測軌道數據；以及重構單元，用於基於所述第二衛星的粗略軌道數據和對所述粗略軌道數據的校正來計 算所述預測軌道數據的近似，其中所述近似被所述移動站用作所述第二衛星的所述預測軌 道數據。
10.一種移動站的系統，包括接收機接口，用於接收來自多個衛星的實時軌道數據以確定所述移動站的空間和時間 信息；以及校正單元，用於使用所述多個衛星的所述實時軌道數據來校正一個或多個附加衛星的 預測軌道數據中的時鐘偏離誤差，其中所述多個衛星中衛星的數目等於或大於所述移動站的所述空間和時間信息中未 知量的數目。
11.如權利要求10所述的系統，其特徵在於，所述多個衛星屬於不同衛星系統。
12.如權利要求10所述的系統，其特徵在於，所述一個或多個附加衛星屬於第一衛星 系統，而所述多個衛星屬於一個或多個其它衛星系統。
13.如權利要求10所述的系統，其特徵在於，所述校正單元將使用所述多個衛星中第 一衛星的實時軌道數據來校正所述第一衛星的預測軌道數據中的時鐘偏離誤差。
14.一種移動站，包括用於接收第一衛星的實時軌道數據的裝置；以及用於在確定所述移動站的空間和時間信息時組合所述第一衛星的所述實時軌道數據 和第二衛星的預測軌道數據的裝置，其中所述第一衛星和所述第二衛星屬於兩個不同衛星 系統。
15.一種移動站，包括用於接收第一衛星的實時軌道數據的裝置；以及用於在確定所述移動站的空間和時間信息時通過使用基於以下各項中的至少之一 對所述實時軌道數據和同一衛星的預測軌道數據的加權組合來組合所述第一衛星的所述 實時軌道數據和第二衛星的預測軌道數據的裝置用戶距離準確度(URA)、用戶距離誤差 (URE)、距星曆時間(TOE)的時間、和所述預測軌道數據自上次更新起的齡期，其中所述實時軌道數據和所述預測軌道數據在時間上交迭。
16.一種用於使計算機能夠確定空間和時間信息的電腦程式產品 用於使所述計算機能夠執行預定操作的軟體指令；以及承載所述軟體指令的計算機可讀存儲介質； 所述預定操作包括接收指示第一衛星系統中第一衛星的實時軌道數據的信息；以及 接收指示所述第一衛星的所述實時軌道數據和第二衛星系統中第二衛星的預測軌道 數據的組合的信息，其中所述第二衛星系統與所述第一衛星系統不同。
17.如權利要求16所述的電腦程式產品，其特徵在於，所述預定操作還適於生成移 動站的空間和時間信息。
全文摘要
一種供移動站用於使用衛星軌道數據的混合組合來確定其位置(或速度)的方法和系統。在一方面，移動站在確定鎖定時將來自一個衛星的預測軌道數據與來自另一衛星的實時軌道數據相組合。可對同一或不同衛星系統中的衛星作出組合。移動站可在一個時段使用衛星的實時軌道數據，並在另一時段使用相同衛星的預測軌道數據。在另一方面，移動站可使用實時軌道數據來校正預測軌道數據中的時鐘偏離。可對提供實時軌道數據的同一衛星、或者對同一或不同衛星系統中的不同衛星作出對時鐘偏離的校正。
文檔編號G01S1/00GK102089672SQ200980110663
公開日2011年6月8日 申請日期2009年4月15日 優先權日2008年4月15日
發明者A·J·古姆, L·希恩布拉特, Z·F·比亞克斯 申請人:高通股份有限公司