用於可攜式電子裝置的定位系統的製作方法

2023-05-31 16:57:06

專利名稱：用於可攜式電子裝置的定位系統的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及可攜式電子裝置的定位，更具體地說，涉及用於 向可攜式電子裝置提供定位信息的系統和方法。
背景技術：
近年來，諸如行動電話、個人數字助理、移動終端等的可攜式無線 電通信裝置已經在普及性方面增長了，而且繼續在普及性方面增長。至 少從表面上講，可以說，現在人人看上去都有一部行動電話。隨著便攜 式無線電通信裝置的普及性持續增長，行動電話和網絡被增強以提供話 音服務以外的其它服務。
可攜式電子裝置引起用戶的興趣，原因在於它們的能力可用作強有 力的通信和數據服務工具。隨著可攜式無線電通信裝置的許多用戶的生 活方式日益忙碌，用戶重視時間的有效使用。公知的是，非常希望能夠 確定可攜式電子裝置的位置，在緊急情況下尤其如此。還公知的是，這 種確定非常難於可靠且划算地執行。已經提出和/或實現了幾種解決方案，
包括各種路基無線電三角測量技術(TDOA、 EOTD等)以及使用聯邦政 府的全球定位系統(GPS)。
圖1例示了一種基本GPS。 GPS是一種基於空間的三角測量系統， 其使用多個衛星10和多臺計算機12，來測量地球上任何地方的位置。 GPS首先由美國國防部開發為一種導航系統。與其它路基系統相比，這 種導航系統的優點在於，GPS沒有覆蓋範圍的限制，提供連續24小時覆 蓋，而不管天氣條件如何，並且高度準確。雖然提供最大準確度的GPS 技術被政府保留為用於軍事用途，但較次準確的服務已經可用於民用。 在操作方面，24個衛星10的星群持續環繞地球軌道運行，每一個都發射 GPS無線電信號14。 GPS接收器16 (例如，具有GPS處理器的手持式 無線電接收器)接收來自地平線以上的衛星的無線電信號並且測量該無
線電信號從這些GPS衛星10行進至該GPS接收器16的天線所花費的時 間。通過將該行進時間乘以光速，該GPS接收器16可以計算出距這些看 得見的各衛星10的路程。該GPS無線電信號14中提供的星曆信息典型 地描述該衛星10的軌道和速度，由此，使得該GPS處理器能夠通過三角 測量處理來計算該GPS接收器16的位置。
如所公知的，GPS信號14是包含航向/截獲碼(C/A碼)信號、導 航系統數據信號以及精密碼(P碼)信號的複合信號。C/A碼是1.023 MHz 碼片速率(chiprate)的、GPS信號14中的二進位、雙相調製的1023偽 隨機序列。C/A碼唯一地標識各衛星，並且GPS接收器16被設置成搜索 己知C/A碼。導航系統數據信號報告衛星10的地點、時鐘修正以及健康 度。在該星群中包括與每一個衛星信號相關聯的星曆數據和包括針對所 有衛星10的粗略信息的曆書數據。與C/A碼類似，P碼也是GPS信號 14中的二進位、雙相調製的偽隨機序列，但具有大約每267天重複的 10.23 MHz的碼片速率。對於一個GPS衛星10來說，這個碼的每一個周 段(week segment)都是唯一的，並且每一周重置。
初始化GPS接收器16的處理可能花費幾分鐘。GPS定位處理的持 續時間直接取決於GPS接收器16在接收到GPS信號14之前具有多少信 息。GPS接收器16通常被編有年曆數據，其粗略地描述了多個衛星10 的直到未來一年的預期位置。
GPS接收器16典型地需要從三個或更多個GPS衛星10的導航數據 信號中獲取一組導航參數。為了獲取這個信息，GPS接收器16尋找與己 知衛星10相關聯的C/A碼。典型的GPS接收器16將預期從衛星10接 收的序列副本與實際上從衛星10接收到的GPS信號14相乘，並且移位 該序列的起始時間直到其與GPS信號14在時間上對準為止。 一旦對準， GPS接收器就可以從GPS信號14中解調出導航系統數據消息。GPS接 收器16因而可以訪問從GPS信號14的導航數據中解調出的時間信息和 星曆數據。接著，將該數據用於確定衛星的GPS時間和地點。根據該信 息，GPS接收器可以確定其相對於這些衛星的地點，並由此，確定其全
球位置。
然而，如果GPS接收器在搜索GPS信號之前沒有獲知其大致地點， 則GPS接收器將不能快速找到或獲取來自可見衛星的信號，並由此，GPS 接收器將不能快速計算出其位置。而且，應注意到，與連續監測已經獲 取的信號需要的信號強度相比，捕獲C/A碼並且解調導航數據需要更高 的信號強度。
另外，在使用典型GPS接收器時的設計連結容限可能僅為大約6 dB。 這意味著如果樹葉、建築物等侵入到GPS接收器與GPS衛星之間，則 GPS信號可能丟失和/或不可用。因此，GPS接收器天線必須高效，或許 比希望的更高效，因為接收器的設計者可能不能夠承受將天線微型化或 隱藏於可攜式電子裝置內部而發生的效率方面的損失。此外，即使利用 用於增強可攜式電子裝置中的GPS接收器的靈敏度的已知技術，該GPS 接收器仍然可能不能夠在許多戶內環境下接收衛星信號。
GPS接收器接收力由於政府法規(例如，FCC Phase IIE-911服務的 響應時間要求要求快速確定移動手機的位置)而變得日益重要。如果該 移動手機位於戶內環境中並且不能夠接收到衛星信號，則該移動手機的 GPS接收器將不能夠確定其位置。
一種用於解決這種問題的已知方法是通過使用衛星與GPS接收器之 間的中繼器。這種方法包括將GPS天線放置在一地點中，如建築物的房 頂，在該房頂，GPS衛星信號強得足夠被獲取和跟蹤。GPS天線接收GPS 衛星信號，其接著被放大並經由RF電纜路由至建築物內部的用於發送的 至少一個內部天線。這種方法有效但具有某些缺點。最明顯的缺點在於， 物理地安裝外部天線並且將RF電纜路由至內部天線可能成為問題。另一 缺點在於，遍及建築物內部發送的GPS信號之間的相對時差和通過GPS 天線接收到的GPS信號之間的那些時差相同。因而，利用再輻射的GPS 信號的戶內GPS接收器將其位置計算為外部天線的位置。此外，建築物 內部的GPS接收器計算出的時間還會因發送延遲而不準確。

發明內容
本發明的一個方面涉及一種用於向GPS接收器提供信息的方法。該 方法包括以下步驟..選擇視在地點(apparentlocation);接收與多個衛星 的位置相對應的定位信息；並且發送所述定位信息作為可以被GPS接收 器接收和使用的射頻信號，以將該GPS接收器的該位置計算為位於該視 在地點處。
根據另一方面，該視在地點不同於該GPS接收器的地點。 根據另一方面，該定位信息包括曆書信息、星曆信息以及C/A碼信
肩、o
根據另一方面，該定位信息還包括時刻信息。
根據另一方面，針對該多個衛星中的至少一個衛星的該定位信息與 針對該多個衛星中的其它衛星的該定位信息相對地時移。
根據另一方面，針對多個衛星中的每一個衛星的該定位信息在作為 射頻信號發送之前被混頻。
根據另一方面，至少該定位信息中的部分信息從軌道運行GPS衛星 接收。
根據另一方面，所述方法還包括對準該定位信息和GPS時間，以使 GPS接收器可以利用無線(off-the-air) GPS信號和包含定位信息的該射 頻信號一起來確定該GPS接收器的該位置。
根據另一方面，該GPS接收器是行動電話。
根據另一方面，該射頻信號可被GPS接收器識別為來源於軌道運行 GPS衛星以外的源。
根據另一方面，該射頻信號間歇地發送。
根據另一方面，該射頻信號的該導航數據信息數據速率大於無線 GPS信號的該導航數據信息數據速率。
根據另一方面，該方法的多個步驟根據加載或存儲在可以以通信方 式耦合至無線電頻率發送器的電子硬體上的應用程式來執行。
根據另一方面，該方法還包括在GPS接收器處接收該射頻信號並且 利用該射頻信號中包含的信息來確定該GPS接收器的該位置。
根據另一方面，該視在地點和該GPS接收器處於建築物內部。根據另一方面，該定位信息中的至少一些信息從無線GPS信號以外 的至少一個源接收。
根據另一方面，該定位信息沒有與GPS時間對準。
根據另一方面，無線GPS信號以外的該至少一個源包括可經由因特 網訪問的遠程伺服器。
根據另一方面，該定位信息中的至少一些信息對應於模擬的衛星的 位置。
根據另一方面，該定位信息包括多個C/A碼和虛構的星曆和曆書信
阜
妙o
根據另一方面，該模擬的衛星是具有偏離該視在地點達大約六個小 時的軌道的衛星。真實衛星處於地球的另一側並且通過將導航數據消息
中的時間移位達大約六個小時而使得可見於該GPS接收器。
根據另一方面，與該模擬的衛星的該位置相對應的該定位信息與 GPS時間對準，以使GPS接收器可以使用無線GPS信號和包含與該模擬 的衛星的該位置相對應的定位信息的該射頻信號一起來確定該GPS接收 器的該位置。
根據另一方面，該定位信息都對應於具有偏離該GPS時間達大約六 個小時的多個軌道的多個模擬的衛星的那些位置。
根據另一方面，與這些模擬的衛星的位置相對應的該定位信息沒有 與GPS時間對準。
本發明的另一方面涉及一種增加GPS接收器的用於確定該GPS接收 器的位置的能力的方法。該方法包括以下步驟選擇空間的地點，在該 空間內，增加GPS接收器的用於確定該GPS接收器的位置的能力，向選 定地點廣播包含多個軌道運行GPS衛星的導航信息的信號，利用包含該 導航信息的該信號確定該多個軌道運行GPS衛星的位置以及利用來自該 多個軌道運行GPS衛星的非廣播中GPS信號來確定該GPS接收器的與 該多個軌道運行GPS衛星相對的位置。
根據另一方面，該導航信息包括曆書和星曆信息。
根據另一方面，包含導航信息的該信號是射頻信號。
本發明的另一方面涉及一種用於向GPS接收器發送信息的系統。該 系統包括用於存儲視在地點和應用程式的存儲器，和執行該應用程式 的控制器。該應用程式在執行時使該系統接收與多個衛星的位置相對 應的定位信息，並且發送該定位信息作為可以由GPS接收器接收和使用， 以將該GPS接收器的該位置計算為位於該視在地點處的射頻信號。
根據另一方面，該視在地點不同於該GPS接收器的該地點。
根據另一方面，針對該多個衛星中的至少一個衛星的該定位信息與 針對該多個衛星中的其它衛星的該定位信息相對地時移。
根據另一方面，針對多個衛星中的每一個衛星的該定位信息在作為 射頻信號發送之前被混頻。
根據另一方面，該應用程式在執行時還使該系統將該定位信息對準
GPS時間，從而GPS接收器可以利用無線GPS信號和包含定位信息的該 射頻信號一起來確定該GPS接收器的該位置。
根據另一方面，該無線電頻率可由GPS接收器識別為來源於軌道運 行GPS衛星以外的源。
根據另一方面，至少該定位信息中的一些信息從無線GPS信號以外 的至少一個源接收。
根據另一方面，該定位信息沒有與GPS時間對準。
根據另一方面，該定位信息中的至少一些信息對應於模擬的衛星的 該位置。
根據另一方面，該定位信息包括多個C/A碼和虛構的星曆和時間信息。
根據另一方面，該模擬的衛星是具有偏離該視在地點達大約六個小 時的軌道的衛星。
根據另一方面，與該模擬的衛星的該位置相對應的該定位信息與 GPS時間對準，從而GPS接收器可以使用無線GPS信號和包含與該模擬 的衛星的該位置相對應的定位信息的該射頻信號一起來確定該GPS接收 器的該位置。
根據另一方面，所有該定位信息都對應於具有偏離該視在地點達大
約六個小時的多個軌道的多個模擬的衛星的那些位置。
根據另一方面，與這些模擬的衛星的該位置相對應的該定位信息沒
有與GPS時間對準。
參照下面的描述和附圖，將清楚本發明的這些和進一步的特徵。在 本說明書和附圖中，已經將本發明的特定實施方式詳細地公開為表示其 中可以採用本發明的原理的一些方式，但應當明白，本發明在範圍方面 不受對應限制。而相反，本發明包括落入所附權利要求的精神和術語內 的全部改變例、變型例以及等同物。
參照一種實施方式描述和/或例示的特徵可以以相同方式或按類似 方式用於一種或更多種其它實施方式和/或與其它實施方式的特徵組合或 者代替其它實施方式的特徵。
應當強調的是，術語"包括/包括有"在本說明書中使用時被用以指 定所描述的特徵、整件、步驟或組件的存在，而非排除一個或更多個其 它特徵、整件、步驟、組件或其組合的存在或增加。


參照下面的圖，可以更好地明白本發明的許多方面。附圖中的組件 不一定是比例化的，而代替地將重點放在清楚地例示本發明的原理上。 同樣，在一個圖中描繪的部件和特徵可以與另外的圖中描繪的部件和特 徵組合。而且，在這些圖中，貫穿幾個圖相同標號指定對應部分。
圖1是GPS通信系統的例示圖2是根據本發明的用於向GPS接收器提供信息的系統的例示圖； 圖3是圖1的系統的特定方面的更詳細的例示圖4是用於向GPS接收器提供信息的示範系統的例示圖，其中，衛
星定位信息從除了無線GPS信號以外的其它源導出；
圖5是用於向GPS接收器提供信息的示範系統的例示圖，其中，衛 星定位信息從無線GPS信號導出；
圖6是例示根據本發明的用於向GPS接收器提供信息的方法的流程 圖；以及圖7是例示根據本發明的用於增加GPS接收器的用於確定其位置的
能力的方法的流程圖。
具體實施例方式
在下面的詳細描述中，相同組件被指定相同標號，而不管它們是否 在本發明的不同實施方式中示出。為了清楚而簡明地例示本發明，附圖 不一定是按比例繪製的，特定特徵可以是以某種程度的示意性的形式示 出的。
術語"電子設備"在本文使用時包括諸如GPS裝置的可攜式定位裝 置、和可攜式無線電通信裝置。術語可攜式無線電通信裝置(其在下文 中被稱為行動電話、移動裝置、移動無線電終端或移動終端)包括所有 裝置，包括但不限於行動電話、尋呼機、通信裝置(即，電子記事薄、 智慧型手機、個人數字助理(PDA))等。可攜式無線電通信裝置還可以是 GPS裝置。而且，雖然本發明參照可攜式無線電通信裝置進行討論，但 應當清楚，本發明不限於可攜式無線電通信裝置，而可以應用至能夠用 於話音和/或數據通信的任何類型的電子設備。術語"GPS接收器"在本 文使用時包括能夠接收GPS信號並且根據接收到的GPS信號信息來確定 其位置的任何電子設備。
術語"衛星"在本文使用時包括在軌道中的任何地方環繞地球的衛 星以及虛構的衛星。術語"模擬的衛星"在本文使用時包括實際上不在 軌道中的虛構的衛星和例如因為具有偏離大約六個小時的軌道並且定位 在地球的另一側而不可見於GPS接收器的軌道中的實際衛星。
現在開始參照圖2，圖2概括地提供了根據本發明的能夠向GPS接 收器提供信息的GPS通信系統。因為GPS接收器114通常不能夠在諸如 建築物118的建築物內部接收GPS信號，所以該系統被設置成發送可以 在建築物內部被GPS接收器114接收的射頻信號112。經由該射頻信號 112傳送的信息優選地使得該GPS接收器114計算其位置，作為預定視 在地點(apparent location) 116。優選的是，與GPS接收器114的物理地 點無關地，GPS接收器114將計算其定位在該視在地點116處的GPS位
置。該系統可以將該視在地點116的坐標存儲在存儲器110中。存儲器 110還可以在其內存儲有應用程式，該應用程式在執行時使該系統接收來 自外部源的定位信息102並將該定位信息102作為射頻信號112發送。
為了生成射頻信號112，該系統被設置成接收優選地包括C/A碼信 息、曆書信息以及星曆信息在內的定位信息102。另夕卜，該定位信息102 還優選地包括可以併入到星曆信息中的時刻信息。該定位信息102優選 地從外部源接收。例如，該定位信息102部分地或全部地可以從軌道運 行GPS衛星或者從軌道運行GPS衛星以外的至少一個源(如可經由因特 網訪問的遠程伺服器)接收。因此，該定位信息102可以對應於靠近接 收該定位信息102的地點的地平線以上的軌道運行的GPS衛星。另外， 該定位信息102可以對應於模擬的衛星，該模擬的衛星可以表示具有與 所有在軌GPS衛星不同的C/A碼的虛構衛星或遠離接收該定位信息102 的地點大約6個小時的軌道運行GPS衛星。在從虛構的衛星接收定位信 息102的情況下，GPS接收器114優選地被設置成尋找實際軌道運行GPS 衛星和虛構的衛星兩者。另外，該定位信息102可能或可能沒有對準GPS 時間，這意味著定位信息102在時間上可能不對準來自靠近接收該定位 信息102的地點的地平線以上的軌道運行衛星的GPS信號。而且，混合 系統可以使用來自地平線以上的軌道運行衛星和來自諸如網際網路的非衛 星資源兩者的定位信息102。
接著，定位信息102被混頻器104混頻並作為射頻信號112由發送 器106發送。控制器108優選地控制混頻和發送處理並且可以訪問存儲 器IIO並初始化任何可應用的應用程式。如本領域技術人員應當明白的， 控制器108可以被實現為下面電路中的一個或組合可編程電路、集成 電路、存儲器和I/0電路、專用集成電路、微控制器、複雜可編程邏輯器 件、現場可編程門陣列、其它可編程電路等。
混頻器104優選地接收與多個衛星的位置相對應的定位信息102。 該定位信息102可以採用分立信號的形式。獲知了該視在地點116，則該 系統能夠創建單一射頻信號112，該射頻信號112在GPS接收器114看 來就如同其如果位於該視在地點116處將接收的無線(off-the-air) GPS
信號一樣。例如，如本領域技術人員應當明白的，如果該定位信息102 是從地平線以上的軌道運行GPS衛星接收到的，則該GPS信號將在它們 被接收到的地點解調，例如，在建築物的頂部被解調，並接著，伴隨輕 微的移位(例如，時移)重新創建，從而該GPS信號的時差與將在視在 地點116處接收到的GPS信號的時差匹配。接著，GPS接收器114基於 作為射頻信號112而發送的GPS信號信息的時差，計算GPS接收器位置 114的位置，作為該視在地點116的位置。
接下來轉向圖3，圖3提供了混頻器104和發送器106的更詳細的 示意圖。如該圖所示，通過已經在存儲器110中存儲了預定的視在地點 的該系統接收到與多個衛星相對應的定位信息102。接著，將定位信息 102通過混頻器104混頻以使生成單一信號，例如，算術地添加以獲得單 一信號。在混頻處理期間，定位信息102可以在時間上移位，從而GPS 接收器114看起來例如比它實際上更加遠離第一衛星，而比實際上更接 近第二衛星。衛星呈現出的與GPS接收器114相對的變化致使該GPS接 收器114計算出與其物理地點不同的位置。本領域技術人員將認識到， 可以使用任何定位信息102，只要可以從GPS接收器114的視角看的衛 星的對應位置產生經計算的位置並且該位置大致在該視在位置。
在通過混頻器104混頻定位信息102之後，將所得信號優選地放大 並接著通過發送器106發送為射頻信號112。可以設想射頻信號112按與 從衛星發送GPS信號的頻率相同的頻率來發送。還可以設想射頻信號112 以比從衛星發送GPS信號的數據速率更高的數據速率來發送。例如，射 頻信號112可以代替50比特/秒地以500比特/秒來發送。這將減少GPS 接收器114接收導航消息所需的時間量。GPS接收器優選地被設置成接 收500比特/秒的信號。
另外，可以設想射頻信號112可以間歇地發送。更加可能的是，與 發送器106在發送射頻信號112時相比，在發送器106沒有發送射頻信 號112時，GPS接收器將更可能能夠接收無線GPS信號。這樣，射頻信 號112對GPS接收器檢測無線GPS信號的能力產生較少的障礙。針對 GPS接收器114還能夠接收無線GPS信號的情況，接收器接著能夠利用
間歇射頻信號112和無線GPS信號來計算其位置。在這種情況下，GPS 接收器很可能將其位置計算為GPS接收器114的視在地點116與其物理 地點之間的某處。另外，間歇發送降低了射頻信號112幹擾建築物外部 的GPS接收器的概率。可能希望使用這樣的GPS接收器，即，該GPS 接收器被設置成接收間歇信號並且將該間歇信號識別為不是來源於軌道 運行衛星。
在一種特定實施方式中，控制器108被編程為使用定位信息102來 生成用於至少三個並且優選地為四個衛星的模擬GPS信號比特流。即使 在GPS接收器114與這些衛星之間沒有諸如建築物的障礙物，這些衛星 也可能或者不能在預定視在地點116可見。換句話說，這些衛星可能是 地平線以上的軌道運行衛星或模擬衛星。首先，針對每一個衛星生成低 比特率數據流。接著，將每一個數據流以與和合適衛星相關聯的擴頻碼 來碼片化。接著，控制器108利用存儲在存儲器110中的視在地點116、 來自定位信息102的星曆數據以及估計的本地時間計算信號之間的相對 時延。在優選實施方式中，控制器108還計算針對三個或更多個衛星{言 號中的至少一個的單向延遲。利用這種單向延遲和相對時延，控制器在 恰當時間並且利用恰當的差分時延向混頻器104提供三個或更多個模擬 GPS信號比特流，以使接收這些比特流的GPS接收器114將其位置計算 為大約在視在地點116處。混頻器104將這些比特流轉換成複合射頻信 號(其可能處於或可能不處於GPS數據速率下)，該射頻信號模擬來自將 在視在地點116處可見的三個或更多個衛星的射頻信號。接著，發送器 106發送該複合射頻信號。
因為GPS接收器114還可能接收來自軌道運行衛星的無線GPS信 號，所以可能希望創建經修改的射頻信號112，該經修改的射頻信號112 可被GPS接收器114識別為來源於軌道運行GPS衛星以外的源。例如， 可以改變與射頻信號112上的C/A碼相關聯的導航數據消息的 一個比特， 以將該射頻信號112標記為不同於無線GPS信號。GPS接收器114優選 地被特別設置成識別並區別無線GPS信號和來源於發送器106的信號。 這種系統的一個優點在於，GPS接收器114很少可能混淆無線GPS信號
和通過發送器106發送來的射頻信號112。另一優點在於，因為GPS接 收器114將射頻信號112和無線GPS信號識別為不同的信號，不會一起 使用這些信號來計算其位置，所以不需要將射頻信號112與GPS時間對 準。
接下來轉向圖4，圖4提供了一種被設置成接收來自軌道運行GPS 衛星10以外的其它源的定位信息的GPS通信系統。如該圖所示，經由諸 如網際網路的網絡420接收定位信息402。例如，可以將該定位信息402存 儲在可經由網絡420訪問的伺服器上。由此，該定位信息402來源於軌 道運行GPS衛星以外的其它源。如同圖2中描繪的系統，該定位信息402 通過控制器(未示出)和存儲器(未示出)來接收並且被用於存儲視在 地點416。還如同圖2的系統，混頻器404被用於混頻定位信息402，並 且發送器406被用於發送GPS接收器414接收的射頻信號412。
因為圖4的系統接收來自軌道運行GPS衛星10以外的源的定位信 息402，所以為創建射頻信號412而使用的該定位信息402可以對應於與 最靠近包含視在地點416的建築物418軌道運行的GPS衛星相對的模擬 的衛星。例如，定位信息402可以對應於具有偏離上述最靠近建築物418 的地平線以上的衛星達大約六個小時(在地球的另一側)的軌道的衛星。
如同圖2的系統，控制器優選地生成用於與定位信息402相對應的 至少三個並且優選為四個衛星的模擬GPS信號比特流。接著，將每一個 比特流都由與和合適衛星相關聯的擴頻碼所碼片化。接著，控制器利用 存儲在存儲器中的視在地點416和來自定位信息402的星曆數據計算信 號之間的相對時延。在優選實施方式中，控制器還計算針對三個或更多 個衛星信號中的至少一個的單向延遲。利用這種單向延遲和相對時延， 控制器在恰當時間並且利用恰當的差分時延向混頻器404提供三個或更 多個模擬GPS信號比特流，從而接收這些比特流的GPS接收器414將其 位置計算為大約在視在地點416處。混頻器404將這些比特流轉換成復 合射頻信號(其可能處於或可能不處於GPS數據速率下)，該射頻信號模 擬來自在視在地點416處可以看到的三個或更多個衛星的射頻信號。接 著，發送器406發送該複合射頻信號。
利用表示具有偏離達大約六個小時的軌道的衛星的模擬衛星的一個
優點在於，模擬衛星的C/A碼不與地平線以上的衛星所使用的C/A碼衝 突，由此，最小化了模擬衛星和地平線以上的衛星之間的潛在衝突。如 果GPS接收器414碰巧接收到諸如GPS信號14x的無線GPS信號，則 更可能的是，該GPS接收器414因為該無線GPS信號14x非常不同於它 經由射頻信號412接收到的信息，所以將該無線GPS信號作為外部值 (outlier)而忽略。結果，可能不需要將模擬衛星和GPS時間對準。一 旦GPS接收器414離開建築物418，它將完全失去射頻信號412，而獲取 無線GPS信號14x並計算其位置。另外，為了進一步避免與GPS接收器 414的部件有關的可能衝突，GPS接收器414還可以被設置成識別射頻信 號412包含用於模擬衛星的定位信息而不包含用於地平線以上的軌道運 行GPS衛星的定位信息。
另外，與具有偏離達大約六個小時的軌道的衛星相對應的定位信息 402還可以被時移以匹配GPS時間。換句話說，定位信息402包括恰當 地匹配地平線以上的軌道運行GPS衛星的導航比特和星曆數據。該星曆 數據可以被移位，以使它匹配當前時間，或者該導航比特中的時間可以 被移位，以使對應於六個小時以前的時間。在任一情況下，星曆數據相 對於時間移位。只要該系統對準GPS時間，接收器414就可以接收來自 一個或更多個GPS衛星10的GPS信號14x，並且一起使用該信號和射 頻信號412中包含的信息，以確定GPS接收器414的地點。在這種情7兄 下，GPS接收器414很可能將其位置確定成為視在地點416與其物理地 點之間的某處。此外，可以希望GPS接收器414能夠在無線GPS信號 14x與射頻信號412之間進行區別。
接下來轉向圖5，圖5提供了一種被設置成接收來自軌道運行GPS 衛星以外的其它源的定位信息的另一GPS通信系統。如該圖所示，將定 位信息502存儲在存儲器510中。由此，該定位信息502來源於軌道運 行GPS衛星以外的源。該定位信息502可以完全虛構。例如，C/A碼可 以與虛構的星曆和曆書信息相關聯，以創建可由GPS接收器514接收的 衛星信號。C/A碼對應於軌道運行衛星或者它們可以對應於虛構的衛星。
如果C/A碼對應於虛構的衛星，則優選的是，GPS接收器514被設置成 接收包含虛構的衛星C/A碼的信號。
控制器508優選地組合C/A碼和導航信息，以創建存儲在存儲器510 中的定位信息502。存儲器510還優選地存儲視在地點516。接著，混步員 器504接收控制器508創建的定位信息502，並且混頻定位信息502。接 著，發送器506發送GPS接收器514接收的射頻信號512。
因為圖5的系統接收來自軌道運行GPS衛星10以外的源的定位f言 息502，所以為創建射頻信號512而使用的定位信息502優選地對應於這 樣的模擬衛星，該模擬衛星可以具有對應於現有軌道運行衛星的C/A碼 或者可以具有僅對應於虛構的衛星的C/A碼。優選的是，因為偏離視在 地點516達大約六個小時的衛星處於地球的另一側並且不幹擾來源於i也 平線以上衛星的潛在可見衛星信號，所以C/A碼對應於這些偏離視在地^ 點516達大約六個小時的衛星。如同圖2的系統，控制器508優選地生 成針對與定位信息502相對應的至少三個並且優選為四個衛星的模擬 GPS信號比特流。接著，將每一個數據流以與恰當的衛星相關聯的擴頻 碼碼片化。接著，控制器508利用存儲在存儲器中的視在地點516和來 自定位信息502的星曆數據計算信號之間的相對時延。在優選實施方式 中，控制器508還計算針對三個或更多個衛星信號中的至少一個的單向 延遲。利用這種單向延遲和相對時延，控制器在恰當時間並且利用恰當 的差分時延向混頻器504提供三個或更多個模擬GPS信號比特流，以使 接收這些比特流的GPS接收器514將該GPS接收器的位置計算為大約在 視在地點516處。混頻器504將這些比特流轉換成複合射頻信號(其可 能處於或可能不處於GPS數據速率下)，該射頻信號模擬來自在視在地點 516處可見的三個或更多個衛星的射頻信號。接著，發送器506發送該復 合射頻信號。
利用具有虛構的星曆和曆書信息的模擬衛星的一個優點在於，這些 衛星的導航信息不需要更新。由此，該系統可以完全地自主，其不需要 連接至網絡或者接收來自軌道運行衛星的信息。模擬衛星可能或可能不 對準GPS時間。如果模擬衛星沒有對準GPS時間，則GPS接收器514
將在它離幵建築物時完全丟失射頻信號512，並接著獲取無線GPS信號 14x，以計算其位置。另外，為了進一步避免與GPS接收器514的部件有 關的可能衝突，GPS接收器514還可以被設置成識別射頻信號512包含 用於模擬衛星的定位信息而不包含用於地平線以上的軌道運行GPS衛星 的定位信息。
然而，如果模擬衛星對準GPS時間，則接收器514可能能夠接收來 自一個或更多個GPS衛星10的GPS信號14x，並且使用該信息和射頻 信號512中包含的信息，來確定GPS接收器514的地點。在這種情況下， GPS接收器514將很可能將其位置確定成為視在地點516與其物理地點 之間的某處。此外，可以希望GPS接收器514能夠在無線GPS信號14x 與射頻信號512之間進行區別。
接下來轉向圖6，圖6提供了一種被設置成接收來自軌道運行GPS 衛星10的定位信息的GPS通信系統。如該圖所示，該定位信息602經由 從軌道運行GPS衛星10發送來的無線GPS信號14來接收。如同圖4中 描繪的系統，該定位信息由控制器(未示出)來接收，並且存儲器(未 示出)被用於存儲視在地點616。還如同圖2和圖4的系統，混頻器614 被用於混頻定位信息602，而發送器606被用於發送GPS接收器614接 收的射頻信號612。然而，與圖4的系統不同，圖6的系統還包括GPS 夭線600和GPS接收器601。天線600接收無線GPS信號14，而GPS 接收器601解調接收到的GPS信號14，以生成定位信息602。
如同圖2和圖4的系統，控制器優選地生成針對與定位信息602相 對應的至少三個並且優選為四個衛星的模擬GPS信號比特流。接著，將 每一個數據流都用和合適衛星相關聯的擴頻碼碼片化。接著，控制器利 用存儲在存儲器中的視在地點616和來自定位信息602的星曆數據計算 信號之間的相對時延。在優選實施方式中，控制器還計算針對三個或更 多個衛星信號中的至少一個的單向延遲。利用這種單向延遲和相對時延， 控制器在恰當時間並且利用恰當的差分時延向混頻器604提供三個或更 多個模擬GPS信號比特流，以使接收這些比特流的GPS接收器614將其 位置計算為視在地點616處。混頻器604將這些比特流轉換成複合射頻
信號(其可能處於或可能未處於GPS數據速率下)，該射頻信號模擬在沒
有來自建築物618的幹擾的情況下來自可被GPS接收器614接收的三個 或更多個衛星的射頻信號。接著，發送器606將該複合射頻信號612發 送至GPS接收器614。
另外，優選的是，可以將定位信息602和GPS時間對準，以使定位 信息602包括恰當地匹配地平線以上的軌道運行GPS衛星10的導航比特 和星曆數據。如果定位信息602對準GPS時間，則接收器614可以接收 來自一個或更多個GPS衛星10的無線GPS信號14x，並且使用該信息 和射頻信號612中包含的信息，來確定GPS接收器614的地點。在這種 情況下，GPS接收器614將很可能將其位置確定成為視在地點616與其 物理地點之間的某處。此外，可以希望GPS接收器614能夠在無線GPS 信號14x與射頻信號612之間進行區別。
除了提供射頻信號來替換無線GPS信號以外，優選的是，還提供包 含定位信息的射頻信號，以使GPS接收器除了使用無線GPS信號以外還 可以使用接收到的定位信息，以便確定其位置。已知的是，GPS接收器 可以接收比它們可以解調的GPS信號更弱的GPS信號。例如，雖然典型 的GPS接收器可能僅能夠解調-140 dBm及更強的GPS信號，但典型的 GPS接收器可能能夠接收-160 dBm及更強的GPS信號。能夠接收來自另 一源的導航信息的GPS接收器將能夠利用更弱的無線GPS信號來計算其 位置，該更弱的無線GPS信號例如可以是經過附近的窗口的無線GPS信 號而接入至GPS接收器114。因而，在本發明的一個實施方式中，將定 位信息經由射頻信號發送至GPS接收器。GPS接收器被設置成接收包含 定位信息的射頻信號。GPS接收器還被設置成使用該定位信息來確定多 個衛星(優選為至少三個)的位置。GPS接收器還被設置成使用無線GPS 信號來確定其與衛星的位置相對的位置。按這種方式，GPS接收器能夠 根據弱得多的無線GPS信號來確定其位置。
本領域技術人員應當明白，利用射頻信號發送的定位信息可以採用 這樣的形式提供給GPS接收器，即，利用諸如SMS、 GPRS等的常規移 動或蜂窩服務、WLAN接口 (例如，基於802.11a、 b和/或g標準的無線
網絡)衛星接口、 Bluetooth接口或可以用於GPS接收器的任何通信介質 來提供給GPS接收器，它們可以被設置成接收任何類型的射頻信號。
接下來轉向圖7，圖7提供了例示根據本發明的用於向GPS接收器 提供信息的方法的流程圖。在處理框702處開始流程，其中，選擇一個 視在地點。該視在地點例如可以位於建築物內部。接著，流程繼續至處 理框704。在處理框704處，接收與多個衛星相對應的定位信息。該定位 信息可以來自模擬定位信息的源。接著，流程前進至處理框706，其中， 將定位信息作為可以通過GPS接收器接收和使用的射頻信號來發送，以 將GPS接收器的位置計算為位於該視在地點處，而不管該GPS接收器的 物理地點。
圖8是例示根據本發明的用於增加GPS接收器的用於確定其位置的 能力的方法的流程圖。在處理框802處開始流程，其中，在增加GPS接 收器的用於確定其位置的能力的空間內選擇一地點。接著，流程繼續至 處理框804，在處理框804處，向選定地點廣播包含用於多個軌道運行 GPS衛星的導航信息的信號。接著，進行至處理框806，其中，利用包含 導航信息的該信號確定該多個軌道運行GPS衛星的位置。接著，流程繼 續至處理框808，在處理框808處，利用來自該多個軌道運行GPS衛星 的無線GPS信號來確定GPS接收器的與該多個軌道運行GPS衛星相對 的位置。
儘管參照特定優選實施方式對本發明進行了示出和描述，但顯見的 是，本領域其它技術人員通過閱讀並理解本發明將想到多個等同物和變 型例。本發明包括全部這種等同物和變型例，並且僅通過下面的權利要 求的範圍來限定。
權利要求
1、一種用於向GPS接收器(114、414、514、601、614)提供信息的方法，該用於向GPS接收器提供信息的方法包括以下步驟選擇視在地點(116、416、516、616)；接收與多個衛星(10)的那些位置相對應的定位信息(102、402、502、602)；發送該定位信息(102、402、502、602)作為可以被GPS接收器(114、414、514、601、614)接收和使用的射頻信號(112、412、512、612)，以將該GPS接收器(114、414、514、601、614)的位置計算為大約位於該視在地點(116、416、516、616)處。
2、 根據權利要求1所述的方法，其中，該視在地點(116、 416、 516、 616)不同於該GPS接收器(114、 414、 514、 601、 614)的地點。
3、 根據權利要求1所述的方法，其中，該定位信息(102、 402、 502、 602)包括曆書信息、星曆信息以及C/A碼信息。
4、 根據權利要求3所述的方法，其中，該定位信息(102、 402、 502、 602)還包括時刻信息。
5、 根據權利要求1所述的方法，其中，針對該多個衛星(10)中的 至少一個衛星的定位信息(102、 402、 502、 602)與針對該多個衛星(10) 中的其它衛星的定位信息(102、 402、 502、 602)相對地時移。
6、 根據權利要求1所述的方法，其中，針對多個衛星(10)中的每 一個衛星的該定位信息(102、 402、 502、 602)在作為射頻信號(112、 412、 512、 612)發送之前被混頻。
7、 根據權利要求1所述的方法，其中，該定位信息(102、 402、 502、 602)中的至少部分信息是從軌道運行GPS衛星(10)接收的。
8、 根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括將該定位信息(102、 402、 502、 602)對準GPS時間，從而GPS接收器(114、 414、 514、 601、 614)可以利用無線GPS信號(14x)和包含定位信息(102、 402、 502、 602)的射頻信號(112、 412、 512、 612) 一起來確定該GPS接收器(114、 414、 514、 601、 614)的該位置。
9、 根據權利要求1所述的方法，其中，該GPS接收器(114、 414、 514、 601、 614)是行動電話。
10、 根據權利要求1所述的方法，其中，該射頻信號(112、 412、 512、 612)可被GPS接收器(114、 414、 514、 601、 614)標識為來源於 軌道運行GPS衛星(10)以外的源。
11、 根據權利要求10所述的方法，所述方法還包括在GPS接收器 (114、 414、 514、 601、 614)處接收該射頻信號(112、 412、 512、 612)並且利用該射頻信號(112、 412、 512、 612)中包含的信息來確定該GPS 接收器(114、 414、 514、 601、 614)的位置。
12、 根據權利要求1所述的方法，其中，該射頻信號(112、 412、 512、 612)間歇地發送。
13、 根據權利要求12所述的方法，其中，該方法的步驟根據加載或 存儲在能夠以通信方式耦合至無線電頻率發送器(106、 406、 506、 606) 的電子硬體上的應用程式來執行。
14、 根據權利要求1所述的方法，其中，該射頻信號(112、 412、 512、 612)的數據速率大於無線GPS信號(14x)的數據速率。
15、 根據權利要求1所述的方法，其中，該方法的步驟根據加載或 存儲在能夠以通信方式耦合至無線電頻率發送器(106、 406、 506、 606) 的電子硬體上的應用程式來執行。
16、 根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括在GPS接收器 (114、 414、 514、 601、 614)處接收該射頻信號(112、 412、 512、 612)並且利用該射頻信號(112、 412、 512、 612)中包含的信息來確定該GPS 接收器(114、 414、 514、 601、 614)的位置。
17、 根據權利要求16所述的方法，其中，該GPS接收器(114、 414、 514、 601、 614)的位置僅利用該射頻信號(112、 412、 512、 612)中包 含的信息來確定。
18、 根據權利要求16所述的方法，其中，所述確定該GPS接收器 (114、 414、 514、 601、 614)的位置的步驟包括利用該射頻信號(112、 412、 512、 612)中包含的信息來確定該多個軌道運行GPS衛星(10)的 位置並且利用來自該多個軌道運行GPS衛星(10)的無線GPS信號(14x) 來確定該GPS接收器(114、 414、 514、 601、 614)相對於該多個軌道運 行GPS衛星(10)的位置。
19、 根據權利要求18所述的方法，其中，該定位信息(102、 402、 502、 602)從無線GPS信號(14x)以外的至少一個源接收。
20、 根據權利要求16所述的方法，其中，其中，該射頻信號(112、 412、 512、 612)是移動服務信號、基於無線網絡、衛星信號、Bluetooth 信號或可用於該GPS接收器(114、 414、 514、 601、 614)的任何通信介 質中的至少一個。
21、 根據權利要求1所述的方法，其中，該視在地點和該GPS接收 器(114、 414、 514、 601、 614)處於建築物(118、 418、 518、 618)內部。
22、 根據權利要求1所述的方法，其中，該定位信息(102、 402、 502、 602)中的至少一些信息從無線GPS信號(14x)以外的至少一個源 接收。
23、 根據權利要求21所述的方法，其中，該定位信息(102、 402、 502、 602)沒有與GPS時間對準。
24、 根據權利要求21所述的方法，其中，無線GPS信號(14x)以 外的該至少一個源包括可經由網際網路訪問的遠程伺服器。
25、 根據權利要求21所述的方法，其中，該定位信息(102、 402、 502、 602)中的至少一些信息對應於模擬的衛星(10)的位置。
26、 根據權利要求21所述的方法，其中，該定位信息(102、 402、 502、 602)包括多個C/A碼和虛構的星曆和時間信息。
27、 根據權利要求26所述的方法，其中，該模擬的衛星(10)是具 有偏離該視在地點(116、 416、 516、 616)達大約六個小時的軌道的衛 星(10)。
28、 根據權利要求27所述的方法，其中，與該模擬的衛星(10)的 該位置相對應的該定位信息(102、 402、 502、 602)與GPS時間對準，從而GPS接收器(114、 414、 514、 601、 614)可以使用無線GPS信號(14x)和包含與該模擬的衛星(10)的位置相對應的定位信息(102、 402、 502、 602)的該射頻信號(112、 412、 512、 612)確定該GPS接收 器(114、 414、 514、 601、 614)的該位置。
29、 根據權利要求27所述的方法，其中，所有該定位信息(102、 402、 502、 602)都對應於具有偏離該視在地點(116、 416、 516、 616) 達大約六個小時的軌道的模擬的衛星(10)的位置。
30、 根據權利要求29所述的方法，其中，與這些模擬的衛星(10) 的位置相對應的該定位信息(102、 402、 502、 602)沒有與GPS時間對 準。
31、 一種用於向GPS接收器(114、 414、 514、 601、 614)發送信 息的系統，該系統包括存儲器(110、 510)，該存儲器用於存儲視在地點(116、 416、 516、 616)和應用程式；和控制器(108、 508)，該控制器執行該應用程式，該應用程式在執行 時使該系統接收與多個衛星(10)的位置相對應的定位信息(102、 402、 502、 602);發送該定位信息(102、 402、 502、 602)作為可以被GPS接收器(114、 414、 514、 601、 614)接收和使用的射頻信號(112、 412、 512、 612)， 以將該GPS接收器(114、 414、 514、 601、 614)的該位置計算為位於該 視在地點(116、 416、 516、 616)處。
32、 根據權利要求31所述的系統，其中，該視在地點(116、 416、 516、 616)不同於該GPS接收器(114、 414、 514、 601、 614)的地點。
33、 根據權利要求31所述的系統，其中，針對該多個衛星(10)中 的至少一個衛星的定位信息(102、 402、 502、 602)與針對該多個衛星(10)中的其它衛星的定位信息(102、 402、 502、 602)相對地時移。
34、 根據權利要求31所述的系統，其中，針對多個衛星(10)中的 每一個衛星的該定位信息(102、 402、 502、 602)在作為射頻信號(112、412、 512、 612)發送之前被混頻。
35、 根據權利要求31所述的系統，其中，該應用程式在執行時還使 該系統將該定位信息(102、 402、 502、 602)對準GPS時間，從而GPS 接收器(114、 414、 514、 601、 614)可以利用無線GPS信號(14x)和 包含定位信息(102、 402、 502、 602)的該射頻信號(112、 412、 512、 612) —起來確定該GPS接收器(114、 414、 514、 601、 614)的位置。
36、 根據權利要求31所述的系統，其中，該無線電頻率(112、 412、 512、 612)可被GPS接收器(114、 414、 514、 601、 614)標識為來源自 軌道運行GPS衛星(10)以外的源。
37、 根據權利要求31所述的系統，其中，該定位信息(102、 402、 502、 602)中的至少一些信息從無線GPS信號(14x)以外的至少一個源 接收。
38、 根據權利要求37所述的系統，其中，該定位信息(102、 402、 502、 602)沒有與GPS時間對準。
39、 根據權利要求37所述的系統，其中，該定位信息(102、 402、 502、 602)中的至少一些信息對應於模擬的衛星(10)的該位置。
40、 根據權利要求39所述的系統，其中，該定位信息(102、 402、 502、 602)包括多個C/A碼和虛構的星曆和曆書信息。
41、 根據權利要求39所述的系統，其中，該模擬的衛星(10)是具 有偏離所述視在地點(116、 416、 516、 616)達大約六個小時的軌道的 衛星(10)。
42、 根據權利要求41所述的系統，其中，與該模擬的衛星(10)的 位置相對應的所述定位信息(102、 402、 502、 602)與GPS時間對準， 從而GPS接收器(114、 414、 514、 601、 614)可以使用無線GPS信號(14x)和包含與該模擬的衛星(10)的位置相對應的定位信息(102、 402、 502、 602)的射頻信號(112、 412、 512、 612) 一起來確定該GPS 接收器(114、 414、 514、 601、 614)的位置。
43、 根據權利要求41所述的系統，其中，所有該定位信息(102、 402、 502、 602)都對應於具有偏離所述視在地點(116、 416、 516、 616) 達大約六個小時的軌道的模擬的衛星(10)的位置。
44、根據權利要求39所述的系統，其中，與這些模擬的衛星(10) 的位置相對應的該定位信息(102、 402、 502、 602)沒有與GPS時間對準。
全文摘要
提供了一種用於向GPS接收器(114、414、514、601、614)提供信息的方法，該方法包括以下步驟選擇視在地點(116、416、516)；接收與多個衛星(10)的位置相對應的定位信息(102、402、502、602)。將該定位信息(102、402、502、602)作為可以可由GPS接收器(114、414、514、601、614)接收的射頻信號(112、412、512、612)而組合和發送。當該GPS接收器(114、414、514、601、614)解調該射頻信號(112、412、512、612)並且計算出的位置大約處於該視在地點(116、416、516、616)時，不管該GPS接收器(114、414、514、601、614)物理地位於哪裡。
文檔編號G01S19/02GK101389975SQ200680053563
公開日2009年3月18日 申請日期2006年9月28日 優先權日2006年2月28日
發明者丹尼爾·P·霍米勒, 威廉·O·坎普 申請人:索尼愛立信移動通訊有限公司