專利名稱：自主式軌道傳播系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及預(yù)測(cè)和使用導(dǎo)航衛(wèi)星的軌道位置數(shù)據(jù)的方法和裝置，所述數(shù)據(jù)可由諸 如全球定位系統(tǒng)(GPS)衛(wèi)星、其它的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)和其它衛(wèi)星系統(tǒng)或其組合來 提供。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星定位和衛(wèi)星位置預(yù)測(cè)廣泛地用于許多應(yīng)用，例如汽車導(dǎo)航系統(tǒng)和便攜式GPS 裝置。舉例來說，為了計(jì)算一個(gè)位置，GPS裝置上的GPS接收器裝置需要在時(shí)間測(cè)距信號(hào) (即在信號(hào)從衛(wèi)星天線發(fā)出時(shí)，所述信號(hào)的時(shí)間標(biāo)志)中的GPS衛(wèi)星的位置。該衛(wèi)星軌道信 息是由衛(wèi)星在射頻(RF)數(shù)據(jù)鏈路上以衛(wèi)星定位模型的形式提供。該模型使用一組軌道根 數(shù)，稱為'星歷表'，其只于有限時(shí)間內(nèi)有效，通常為4小時(shí)，但也可使用長(zhǎng)達(dá)6小時(shí)。GPS 衛(wèi)星在RF數(shù)據(jù)鏈路上廣播星歷表數(shù)據(jù)，而GPS接收器則不斷監(jiān)測(cè)和解調(diào)該數(shù)據(jù)流，以獲取 最新的星歷表。由衛(wèi)星傳送的星歷表稱為“廣播星歷表”。星歷表數(shù)據(jù)為數(shù)學(xué)軌道弧(orbit arc)模型，其使GPS裝置可計(jì)算一組方程，并可 獲得在4至6小時(shí)模型適用期(model fit period)之內(nèi)的任何時(shí)間的衛(wèi)星位置。雖然該模 型允許計(jì)算超出4至6小時(shí)有效期的衛(wèi)星位置，但其精度一般會(huì)退化到在1天內(nèi)約1公里的 水平。如需更詳細(xì)的GPS和星歷表模型的說明，可參看由Parkinson and Spilker主編的 "Global Positioning System :TheoryandApplications (《全球定位系統(tǒng)理論和應(yīng)用》)”， 卷1，第2章(信號(hào)結(jié)構(gòu)，signalstructure)，第4章(星歷表模型，ephemeris model)，和 第 9 章(導(dǎo)航方案，navigationsolutions)。在GPS的情況下，在良好觀測(cè)條件下并且是對(duì)星歷表作第一次解調(diào)下，其通常要 用約18至30秒來解調(diào)從特定衛(wèi)星接收的廣播星歷表。在干擾和/或衰減的RF環(huán)境下，諸 如城市環(huán)境或室內(nèi)場(chǎng)所下，會(huì)使解調(diào)的質(zhì)量參差或困難。由于會(huì)導(dǎo)致45秒或更長(zhǎng)時(shí)間的 首次定位時(shí)間(Time-To-First-Fix) (TTFF)(有可能完全不能定位)，因而會(huì)影響用戶的感 受，而且可能會(huì)縮短GPS裝置的電池壽命。TTFF是GPS裝置取得衛(wèi)星信號(hào)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)并計(jì) 算位置方案所需的時(shí)間。對(duì)于進(jìn)行冷啟動(dòng)的GPS裝置，TTFF可以超過15分鐘。在某些情 況下，GPS信號(hào)太弱而不能忠實(shí)地解調(diào)導(dǎo)航數(shù)據(jù)，但所述信號(hào)的強(qiáng)度又足以通過使用當(dāng)代的 接收器來跟蹤。如果所述接收器設(shè)有備用的星歷表源，而不需要依賴廣播星歷表，GPS裝置 的性能就可改善，而TTFF可縮短至幾秒鐘，即使是在衰減條件下，并且可使電池壽命延長(zhǎng)。 GPS裝置還可使用無Z計(jì)數(shù)(no Zcount)技術(shù)來計(jì)算定位，從而增加導(dǎo)航設(shè)備的用途。除了廣播星歷表之外，還提供備用的星歷表源的技術(shù)通常稱為輔助GPS (AGPS)?，F(xiàn) 在存在著若干種的AGPS，包括實(shí)時(shí)輔助技術(shù)和合成輔助(也稱為預(yù)測(cè)或延伸星歷表式)技術(shù)。實(shí)時(shí)輔助技術(shù)的傳播實(shí)際的從固定GPS基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)預(yù)先收集的廣播星歷表，所述固定 GPS基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)將從每一基準(zhǔn)站所看到的每一衛(wèi)星接收的所有當(dāng)前廣播星歷表中繼到中央 數(shù)據(jù)中心。參考數(shù)據(jù)(或輔助)由AGPS服務(wù)器轉(zhuǎn)變成可通過通信網(wǎng)絡(luò)接線傳遞到GPS裝 置的格式。合成輔助技術(shù)使用AGPS服務(wù)器來預(yù)測(cè)或合成在未來幾天或幾周的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù) (或輔助)，并會(huì)將該非實(shí)時(shí)的合成輔助數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)接線或與主機(jī)諸如個(gè)人計(jì)算機(jī) 的直接接線而傳遞到GPS裝置，而不是實(shí)時(shí)收集和中繼真實(shí)的廣播星歷表數(shù)據(jù)。上文所論 述的AGPS技術(shù)的重大限制是，它們需要通過某種形式的接線或網(wǎng)絡(luò)或直接連接到服務(wù)器， 以便將輔助數(shù)據(jù)下載到GPS裝置。一些GPS裝置缺乏外部連接功能、網(wǎng)絡(luò)，又或者在某些情況下，有連接功能的設(shè)備 可能無法與服務(wù)器建立長(zhǎng)期的連接。在這些狀況下，GPS裝置不能使用上述的AGPS技術(shù)而 影響了其性能。此外，使用實(shí)時(shí)輔助技術(shù)的裝置在下載輔助數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)消耗網(wǎng)絡(luò)資源。如果 廣播星歷表的有效期可延長(zhǎng)至較長(zhǎng)時(shí)間，超出正常的4至6小時(shí)窗口，對(duì)于大多數(shù)GPS裝置 應(yīng)用而言，就可減少網(wǎng)絡(luò)開銷和改善TTFF的性能。GPS行業(yè)已經(jīng)展示一些計(jì)劃，試圖通過直 接預(yù)測(cè)廣播星歷表模型的各種開普勒項(xiàng)的將來值來延長(zhǎng)廣播星歷表的可用時(shí)期。然而，在 開普勒模式之內(nèi)的操作大大地限制了 GPS裝置的性能，以致不能可靠地預(yù)測(cè)這些值超過一 天或上下以外。提供AGPS輔助的另一種技術(shù)揭示于美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/740，206，題為 "Distributed Orbit Modeling and Propagation Method for a Predicted and Real-TimeAssisted GPS System(用于預(yù)測(cè)的和實(shí)時(shí)輔助的GPS系統(tǒng)的分布式軌道建模和 傳播方法)”。在該系統(tǒng)中，GPS裝置，即客戶端，會(huì)預(yù)測(cè)合成輔助數(shù)據(jù)本身，但會(huì)在定期接收 到來自遠(yuǎn)程服務(wù)器的允許數(shù)據(jù)(稱為“種子數(shù)據(jù)”)后才會(huì)這樣做。精確的軌道模型在本領(lǐng)域是公知的。預(yù)測(cè)，即將衛(wèi)星位置和速度傳遞到未來時(shí)間 點(diǎn)，會(huì)隨著對(duì)當(dāng)前和/或過去的真實(shí)軌道狀態(tài)向量樣本的分析以及對(duì)可影響軌道軌跡的特 定力模型的選擇而變化。典型的軌道模型考慮包括多種力模型的影響，包含太陽、月球和地 球的那些。所述軌道模型的軟件實(shí)現(xiàn)通常采用積分器的形式，其利用當(dāng)前的和/或先前的 真實(shí)軌道狀態(tài)向量樣本，就可將這些傳遞到未來的時(shí)間點(diǎn)。由于計(jì)算力模型和將力模型結(jié) 合到共同基準(zhǔn)框架中的CPU密集的本質(zhì)，所以代碼是做成為于服務(wù)器級(jí)計(jì)算機(jī)上運(yùn)作?，F(xiàn)有技術(shù)沒有為GPS裝置提供傳遞用于位置計(jì)算的具有要求精度的軌道信息的 功能。與提供星歷表數(shù)據(jù)到GPS裝置相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)受開普勒數(shù)學(xué)模型所限制，所述 數(shù)學(xué)模型用于從衛(wèi)星接收的廣播星歷表數(shù)據(jù)。為提供輔助，現(xiàn)有技術(shù)要求服務(wù)器生成輔助 數(shù)據(jù)，并且所述GPS裝置要具有若干形式的網(wǎng)絡(luò)接線以接受輔助?，F(xiàn)有技術(shù)無法使GPS裝 置將廣播星歷表用作為直接輸入來合成其本身的輔助數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種新的輔助數(shù)據(jù)生成方法，以解決實(shí)時(shí)和合成AGPS技術(shù)的限制， 從而使輔助數(shù)據(jù)可由GPS裝置-也稱為“客戶端”本身來生成。涉及到預(yù)測(cè)的所有方面都可 在GPS裝置本身之內(nèi)進(jìn)行，其使用軌道模型表達(dá)式，而不是用開普勒模型表達(dá)式。根據(jù)本發(fā) 明，客戶機(jī)可完全自主地運(yùn)作，其通過產(chǎn)生自己的種子數(shù)據(jù)來驅(qū)動(dòng)合成輔助數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)過程，而無需連接線路存在。本發(fā)明通過使用選擇的力模型系數(shù)和觀測(cè)，可提供GPS裝置類型的傳播器，其可 實(shí)現(xiàn)為獲得軌道傳播，該軌道傳播一旦轉(zhuǎn)回成為開普勒模型，就可獲得用于產(chǎn)生廣播星歷 表的合成輔助數(shù)據(jù)，相比只純粹在開普勒域中進(jìn)行預(yù)測(cè)，其可有效地具有更高的精度。本發(fā)明的主要特點(diǎn)在于保留AGPS的優(yōu)點(diǎn)，而且無需連接到AGPS服務(wù)器來下載輔 助數(shù)據(jù)。GPS裝置將通過可用的手段(根據(jù)廣播星歷表，或AGPS技術(shù))而具有在先前獲得 和儲(chǔ)存的在不同時(shí)間間隔的星歷表數(shù)據(jù)。在網(wǎng)絡(luò)接線或AGPS不可得的情況下，GPS裝置隨 著時(shí)間的推移而收集廣播星歷表數(shù)據(jù)。GPS裝置使用這些觀測(cè)數(shù)據(jù)，或通過AGPS服務(wù)器提 供的實(shí)時(shí)輔助數(shù)據(jù)，作為軌道傳播模型的輸入來預(yù)測(cè)和合成過了原始接收的廣播星歷表的 期滿時(shí)間的精確輔助數(shù)據(jù)。只要軌道能可靠地預(yù)測(cè)，該在當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生的合成輔助數(shù)據(jù)，無論是 以傳播軌道或?qū)嶋H星歷表的形式，就可在未來長(zhǎng)期提供。一般情況下，如果廣播星歷表數(shù)據(jù) 觀測(cè)數(shù)據(jù)用作為軌道傳播模型的輸入，該預(yù)測(cè)周期在1至3日之間；如果與來自AGPS服務(wù) 器的合成輔助數(shù)據(jù)一道使用，則可長(zhǎng)達(dá)數(shù)周。更長(zhǎng)的預(yù)測(cè)周期是可能的，這取決于可容許的 精度退化。雖然GPS裝置會(huì)在無輔助下初始啟動(dòng)，但自產(chǎn)生的輔助數(shù)據(jù)會(huì)使隨后能夠有快 速的TTFF。此外，只要GPS裝置可以在規(guī)則的時(shí)間間隔定期地獲得廣播星歷表或輔助數(shù)據(jù)， GPS接收器的靈敏度可更好地用于隨后的啟動(dòng)。本發(fā)明包括一種用于具有衛(wèi)星導(dǎo)航或定位功能的設(shè)備的自主式軌道傳播和自輔 助方法，其中a)在GPS裝置上運(yùn)行軟件。該軟件能夠計(jì)算預(yù)測(cè)的導(dǎo)航衛(wèi)星軌道位置數(shù)據(jù)，然后 使用預(yù)測(cè)的導(dǎo)航衛(wèi)星軌道位置數(shù)據(jù)來加速和改進(jìn)GPS裝置的位置確定性能。所有預(yù)測(cè)數(shù)據(jù) 處理功能可限于、并局部化于GPS裝置之內(nèi)。b)GPS裝置上包括軟件或硬件模塊，以實(shí)現(xiàn)種子產(chǎn)生器、傳播器、預(yù)測(cè)緩沖器和 AGPS接口代理器的功能，不論是分開地或共同地實(shí)現(xiàn)。c)種子產(chǎn)生器模塊確定GPS衛(wèi)星的位置和速度，并基于在可設(shè)定的時(shí)間間隔上實(shí) 際廣播星歷表的本地觀測(cè)數(shù)據(jù)來計(jì)算GPS衛(wèi)星力模型參數(shù)。d)種子產(chǎn)生器模塊基于GPS裝置中的可用計(jì)算處理器資源，使用不同的GPS衛(wèi)星 力模型參數(shù)，例如太陽壓強(qiáng)、恒定加速度和正弦徑向、交軌和沿軌項(xiàng)。 e)種子產(chǎn)生器模塊將GPS衛(wèi)星力模型參數(shù)和初始GPS衛(wèi)星位置和速度提供給在同 一 GPS裝置中運(yùn)行的傳播器模塊。f)傳播器模塊在GPS裝置中產(chǎn)生一組包括衛(wèi)星位置和速度的預(yù)測(cè)軌道狀態(tài)向量 (OSV)。傳播器是通過使用由種子產(chǎn)生器函數(shù)提供的GPS衛(wèi)星力模型參數(shù)，將由種子產(chǎn)生器 函數(shù)提供的初始衛(wèi)星位置和速度傳遞到與初始衛(wèi)星位置和速度的時(shí)間不同的時(shí)間而達(dá)成 這樣的。軌道的壓縮模型然后以(例如)一組多項(xiàng)式且每一多項(xiàng)式有各自的時(shí)間標(biāo)記的形 式而存儲(chǔ)在本地預(yù)測(cè)緩沖器140之中。g) GPS位置計(jì)算模塊也板載設(shè)置，例如在芯片上，或者可提供作為軟件函數(shù)。通過 將來自合適模型的數(shù)據(jù)映射到適于GPS計(jì)算模塊的格式，該位置計(jì)算模塊以得自預(yù)測(cè)緩沖 器140的輔助數(shù)據(jù)來工作。h)通過將合適的預(yù)測(cè)緩沖器140中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)模型格式，就可在 要求時(shí)導(dǎo)出輔助數(shù)據(jù)，而且所述輔助數(shù)據(jù)可由AGPS接口代理模塊在板載GPS位置計(jì)算模塊
6要求的時(shí)間和以要求的格式提供到板載GPS位置計(jì)算模塊。根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的附加特征在于，當(dāng)GPS裝置有外部連接功能可用時(shí)， 種子產(chǎn)生器模塊能夠確定GPS衛(wèi)星位置和速度，且可基于在可設(shè)定的時(shí)間間隔上的實(shí)際廣 播星歷表的本地觀測(cè)數(shù)據(jù)以及遠(yuǎn)程合成或?qū)崟r(shí)的GPS輔助數(shù)據(jù)源來計(jì)算GPS衛(wèi)星力模型參數(shù)。所述方法的額外特征在于，當(dāng)外部連接功能可用時(shí)，初始的衛(wèi)星位置和速度以及 GPS衛(wèi)星力模型參數(shù)可通過遠(yuǎn)程種子服務(wù)器來計(jì)算，并通過網(wǎng)絡(luò)或直接接線提供給傳播器。所述方法的另外的特征在于，種子產(chǎn)生器模塊可使用多種GPS衛(wèi)星力模型來計(jì)算 GPS衛(wèi)星力模型參數(shù)。傳播器模塊通過傳播由種子產(chǎn)生器模塊提供的初始衛(wèi)星位置和速度 來產(chǎn)生(位置和速度的)預(yù)測(cè)軌道狀態(tài)向量。所述方法的另一特征在于，遠(yuǎn)程種子服務(wù)器模塊使用多種GPS衛(wèi)星力模型來計(jì)算 GPS衛(wèi)星力模型參數(shù)；以及傳播器函數(shù)通過傳播由遠(yuǎn)程種子產(chǎn)生器用更精確的力模型提供 的初始衛(wèi)星位置和速度以及修正項(xiàng)來產(chǎn)生軌道預(yù)測(cè)。所述方法的另一特征在于，傳播器通過種子產(chǎn)生器而被提供多個(gè)衛(wèi)星位置和速度 以及修正項(xiàng)。所述方法的另一特征在于，傳播器通過遠(yuǎn)程種子服務(wù)器而被提供多個(gè)衛(wèi)星位置和 速度以及修正項(xiàng)。所述方法的附加特征在于，所述方法可以這樣實(shí)現(xiàn)，以致于軟件模塊可以在主機(jī) 處理器、板載GPS位置計(jì)算單元處理器、或兩者內(nèi)運(yùn)行。所述方法的額外特征在于，衛(wèi)星導(dǎo)航或定位裝置可以是移動(dòng)式或固定式裝置。所述方法的另一特征在于，軟件模塊可在不具有板載GPS位置計(jì)算單元的裝置上 運(yùn)行。本發(fā)明提供一種預(yù)測(cè)衛(wèi)星位置的方法，其包括以下步驟(a)提供一 GPS裝置，所 述GPS裝置具有射頻天線，所述射頻天線配置成接收與衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的多個(gè)位置和速度，所 述多個(gè)位置和速度在一有效時(shí)間期間內(nèi)有效；(b)所述GPS裝置根據(jù)所述多個(gè)位置和速度 來計(jì)算所述衛(wèi)星的修正加速度；(c)所述GPS裝置使用所述多個(gè)位置和速度以及所述修正 加速度來在預(yù)測(cè)的時(shí)間期間內(nèi)傳播所述衛(wèi)星的軌道，至少一部分所述預(yù)測(cè)的時(shí)間期間發(fā)生 在所述有效時(shí)間期間之后；(d)所述GPS裝置使用所述軌道來確定所述衛(wèi)星的位置。所述 多個(gè)位置和所述速度可容納于星歷表之內(nèi)，例如在廣播星歷表之內(nèi)。在所述GPS裝置上的軟件模塊可用使用所述星歷表產(chǎn)生力模型系數(shù)和軌道狀態(tài) 向量。在所述GPS裝置上的傳播軟件模塊計(jì)算所述軌道。在所述軌道被傳播后，所述軌道 可用作為多項(xiàng)式儲(chǔ)存于所述GPS裝置的存儲(chǔ)器內(nèi)。所述軌道可轉(zhuǎn)化成合成星歷表，以便供 所述GPS裝置用來確定在有效時(shí)間期間之后所述衛(wèi)星的位置。所述GPS裝置可具有網(wǎng)絡(luò)接 口，如果所述網(wǎng)絡(luò)接口與AGPS服務(wù)器相聯(lián)接，所述AGPS服務(wù)器可協(xié)助所述GPS裝置確定 所述衛(wèi)星的所述位置；或者所述AGPS服務(wù)器可將種子數(shù)據(jù)傳遞到所述傳播模塊，或向所述 GPS裝置提供合成星歷表。本發(fā)明提供一種GPS裝置，其包括a)射頻接收器，所述射頻接收器配置成接收與 衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的多個(gè)位置和速度的信息，所述多個(gè)位置和速度在一有效時(shí)間期間內(nèi)有效；b) 數(shù)字信號(hào)處理器，所述數(shù)字信號(hào)處理器配置成解調(diào)所述信息；c)種子產(chǎn)生器，所述種子產(chǎn)生器配置成根據(jù)所述多個(gè)位置和速度來計(jì)算所述衛(wèi)星的修正加速度；以及d)傳播器，所述 傳播器配置成使用所述多個(gè)位置和速度以及所述修正加速度來在預(yù)測(cè)的時(shí)間期間內(nèi)傳播 所述衛(wèi)星的軌道，至少一部分所述預(yù)測(cè)的時(shí)間期間在所述有效時(shí)間期間之后。所述多個(gè)位置和所述速度可容納于星歷表之內(nèi)，例如廣播星歷表。所述種子產(chǎn)生 器可進(jìn)一步配置成用所述星歷表產(chǎn)生力模型系數(shù)和軌道狀態(tài)向量。所述GPS裝置可進(jìn)一 步包括存儲(chǔ)器，以便在所述軌道被傳播后將所述軌道儲(chǔ)存。GPS裝置也可具有AGPS接口模 塊，所述AGPS接口模塊配置成將所述軌道轉(zhuǎn)化成合成星歷表，以便確定在有效時(shí)間期間之 后所述衛(wèi)星的位置。所述GPS裝置還可具有網(wǎng)絡(luò)接口，所述網(wǎng)絡(luò)接口配置成與AGPS服務(wù)器 相聯(lián)接，以便接受所述AGPS服務(wù)器的幫助。在該種情況下，所述傳播模塊可配置成從所述 AGPS服務(wù)器接收種子數(shù)據(jù)；或者所述GPS裝置可具有網(wǎng)絡(luò)接口，所述網(wǎng)絡(luò)接口配置成從所 述AGPS服務(wù)器接收合成星歷表。本發(fā)明提供一種預(yù)測(cè)衛(wèi)星位置的方法，其包括以下的步驟(a)提供具有GNSS功 能的裝置，所述裝置具有射頻天線，所述射頻天線配置成接收與衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的多個(gè)位置和 速度，所述多個(gè)位置和速度于有效時(shí)間期間內(nèi)有效；(b)所述裝置根據(jù)所述多個(gè)位置和速 度來計(jì)算所述衛(wèi)星的修正加速度；(c)所述裝置使用所述多個(gè)位置和速度以及所述修正加 速度來傳播所述衛(wèi)星在預(yù)測(cè)的時(shí)間期間內(nèi)的軌道，至少一部分所述預(yù)測(cè)的時(shí)間期間在所述 有效時(shí)間期間之后；和(d)所述裝置使用所述軌道來確定所述衛(wèi)星的位置。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的自輔助GPS架構(gòu)的框圖；圖2所示為表示出根據(jù)本發(fā)明的種子數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表；圖3所示為表示出根據(jù)本發(fā)明的合成輔助數(shù)據(jù)記錄結(jié)構(gòu)的表；圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的可訪問種子服務(wù)器的自輔助GPS架構(gòu)的框圖；圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的GPS裝置的框圖；圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的GPS裝置傳播軌道傳播模型的過程的流程圖；圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的可訪問種子服務(wù)器的GPS裝置傳播軌道傳播模型的過程 的流程圖；以及圖8所示為衛(wèi)星軌道預(yù)測(cè)中的非徑向分量誤差的影響。
具體實(shí)施例方式在本文中，下列術(shù)語具有以下含義"AGPS接口代理”表示一種軟件或硬件模塊，其用于將預(yù)測(cè)緩沖器轉(zhuǎn)換成格式可被 AGPS模塊接受的合成星歷表；“AGPS模塊”表示一種軟件或硬件模塊，例如芯片組，其用于管理對(duì)GPS裝置的輸 入，例如實(shí)際或合成星歷表，或時(shí)間頻率和估計(jì)的衛(wèi)星位置；"AGPS服務(wù)器”表示一種服務(wù)器，其產(chǎn)生可供與AGPS服務(wù)器通信的GPS裝置上的 種子產(chǎn)生器或傳播器使用的輔助數(shù)據(jù)；“GPS裝置”表示一種物體，其具有GPS接收器和相關(guān)的數(shù)字處理器以用于接收和 處理來自GPS衛(wèi)星的信號(hào)。GPS裝置可以是手持式，或者可以是較大結(jié)構(gòu)例如車輛的部件；
“軌道狀態(tài)向量”是指一種向量，其包含與衛(wèi)星于特定時(shí)間間隔的位置和速度相關(guān) 的信息；“傳播器”是指一種硬件或軟件模塊，其用種子數(shù)據(jù)作為輸入來計(jì)算軌道狀態(tài)向 量；“預(yù)測(cè)緩沖器”是指一種存儲(chǔ)器，其用于存儲(chǔ)一組將每一時(shí)間間隔的衛(wèi)星軌道弧參 數(shù)化的預(yù)測(cè)模型；“種子產(chǎn)生器”是指一種軟件或硬件模塊，其根據(jù)多種加時(shí)間標(biāo)記的衛(wèi)星位置和速 度，例如星歷表，來計(jì)算供傳播器使用的種子數(shù)據(jù)；“種子數(shù)據(jù)”是指對(duì)應(yīng)于力模型的一組系數(shù)和用于預(yù)測(cè)衛(wèi)星位置的一初始狀態(tài)向 量；“種子服務(wù)器”是指一種AGPS服務(wù)器，其產(chǎn)生可供與AGPS服務(wù)器通信的GPS裝置 上的傳播器使用的種子數(shù)據(jù)；以及“合成星歷表”是指一種根據(jù)預(yù)測(cè)的軌道狀態(tài)向量產(chǎn)生的星歷表，而不是直接從衛(wèi) 星接收的星歷表。雖然本文是用GPS裝置的詞語來論述本發(fā)明，但其它GNSS也可與本文所揭示的系 統(tǒng)和方法一起使用。本發(fā)明使用GPS或其它全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)廣播星歷表的觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生(利用種 子產(chǎn)生器110)GPS裝置200中的稱為傳播器120的軌道傳播建模器(orbit propagation modeler)的輸入。傳播器120然后就可預(yù)測(cè)或合成用于預(yù)測(cè)衛(wèi)星未來位置的輔助數(shù)據(jù)。預(yù) 測(cè)的精度受限于種子產(chǎn)生器110所用的觀測(cè)數(shù)量和間隔、在GPS裝置200內(nèi)實(shí)現(xiàn)的傳播器 120的保真性、不能精確地將作用于GPS衛(wèi)星的力模型化的程度、以及傳播器120內(nèi)使用的 初始位置和速度的精度。傳播器120使用地球、月球和太陽引力以及太陽壓強(qiáng)(pressure) 力模型。所述太陽壓強(qiáng)力模型是唯一取決于GPS星座的力，因?yàn)椴煌愋托l(wèi)星具有不同的 質(zhì)量，并且受撞擊其表面的光子的影響不同，所以不同的衛(wèi)星要求不同的模型。對(duì)本發(fā)明來 說，除了上述的太陽壓強(qiáng)模型，所述的方法同樣等同地適用于其它GPS星座。軌道確定和預(yù) 測(cè)技術(shù)是本領(lǐng)域公知的，例如可參見Escobal的“Methods of Orb it Determination (軌道 確定方法)”，以便了解詳情。本發(fā)明將軌道預(yù)測(cè)的責(zé)任交予種子產(chǎn)生器110和傳播器120，兩者皆容納于GPS 裝置200之內(nèi)，正如圖5所示。GPS裝置200還包括射頻接收器510 (和相關(guān)的數(shù)字信號(hào)處 理器)、AGPS模塊130、AGPS接口代理器150、處理器520和存儲(chǔ)器530 (其包括預(yù)測(cè)緩沖器 140)。GPS裝置還可具有網(wǎng)絡(luò)接口 540，以便與AGPS服務(wù)器180通信。種子產(chǎn)生器110可 使用單一的廣播星歷表讀數(shù)，或多達(dá)任何數(shù)量的相繼的廣播星歷表數(shù)據(jù)來產(chǎn)生種子數(shù)據(jù)， 其然后用作為傳播器120的輸入來產(chǎn)生軌道狀態(tài)向量。圖1示出了該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。在完全自主的模式下，即在GPS裝置沒有外部連接能力，例如網(wǎng)絡(luò)接口 540的情況 下，或者GPS裝置具有網(wǎng)絡(luò)接口 540，但其無法連接AGPS服務(wù)器180的情況下，所述方法的 基本步驟如下(如圖6所示)1.當(dāng)GPS裝置200通電及AGPS芯片組130從RF信號(hào)解調(diào)廣播星歷表數(shù)據(jù)時(shí)，使 種子產(chǎn)生器110于特定的、可配置的時(shí)間間隔(如每6小時(shí)，或每12小時(shí)一次，等等)下得 到所述的廣播星歷表的拷貝(步驟600)。
2.種子產(chǎn)生器110將這些廣播星歷表的觀測(cè)數(shù)據(jù)從其開普勒模型表達(dá)式轉(zhuǎn)換成 其當(dāng)前適用的軌道表達(dá)式(即位置，速度)，并開始基于與未來衛(wèi)星軌道位置和速度預(yù)測(cè)最 匹配的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)來計(jì)算一組力模型系數(shù)(步驟610)。種子產(chǎn)生器110將這匯編入種子 數(shù)據(jù)，包括軌道狀態(tài)向量和所得的力模型系數(shù)(步驟620)。3.將所述種子數(shù)據(jù)提供給傳播器120 (步驟625)。傳播器120然后為包含在種子 數(shù)據(jù)內(nèi)的每一人造衛(wèi)星計(jì)算軌道狀態(tài)向量(步驟630)。所述軌道狀態(tài)向量可在任何給定的 時(shí)間間隔上進(jìn)行計(jì)算，例如15分鐘的歷元。傳播器120以后臺(tái)任務(wù)的方式在GPS裝置200 內(nèi)進(jìn)行所述計(jì)算，并將緩沖存儲(chǔ)器140內(nèi)的所得預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存為多項(xiàng)式，例如表示四小時(shí) 時(shí)限的10階多項(xiàng)式，根據(jù)該多項(xiàng)式就可容易地計(jì)算出軌道狀態(tài)向量(步驟640)。預(yù)測(cè)緩沖 器140可做成特定的大小，以便能存儲(chǔ)任何要求時(shí)間長(zhǎng)度的多項(xiàng)式，但其大小通常做成為 適用于要求的預(yù)測(cè)精度或有效期限，即提前多達(dá)3天或4天。預(yù)測(cè)緩沖器140通常實(shí)現(xiàn)為 非易失性存儲(chǔ)器，以致于其包含的數(shù)據(jù)在GPS裝置200下次通電時(shí)能立即使用。4.在可配置的時(shí)間間隔_通常為每15分鐘，或當(dāng)AGPS模塊130要求輔助數(shù)據(jù)時(shí)， 例如，在超出容錯(cuò)時(shí)，AGPS接口代理器150檢索適用的多項(xiàng)式，將其轉(zhuǎn)換成當(dāng)前時(shí)間的軌道 狀態(tài)向量，然后再將其轉(zhuǎn)回到其等效的廣播星歷表開普勒數(shù)據(jù)格式，并將最后所得的合成 輔助數(shù)據(jù)通過接口注回入AGPS模塊130 (步驟650)。該合成輔助數(shù)據(jù)實(shí)際上包含了實(shí)際廣 播星歷表系數(shù)的子集，并且其ToE (星歷表時(shí)間)是可配置的，通常會(huì)設(shè)置為于15分鐘內(nèi)到 期。5. AGPS模塊130然后會(huì)首先使用合成輔助，假如對(duì)任何特定衛(wèi)星沒有有效的真實(shí) 廣播星歷表的話(步驟660)，但是當(dāng)真實(shí)廣播星歷表最終從RF信號(hào)接收和解調(diào)后，就會(huì)以 真實(shí)廣播星歷表取代合成輔助(步驟670)。一般而言，隨著更多的廣播星歷表讀數(shù)被讀取，合成輔助數(shù)據(jù)會(huì)變得更加準(zhǔn)確。該 過程的開始是通過使用來自GPS衛(wèi)星的廣播星歷表的第一次已知的位置和速度作為種子 產(chǎn)生器110和傳播器120的輸入，該過程使用物理力模型，以便容許根據(jù)觀測(cè)的廣播星歷表 (或根據(jù)不同的星歷表源，例如從輔助數(shù)據(jù)，假如GPS裝置具有網(wǎng)絡(luò)接口 540的話)對(duì)第二 位置進(jìn)行數(shù)值積分。第一位置具有的初始速度可以定標(biāo)成轉(zhuǎn)到合理地接近第二位置。所述 速度的正負(fù)號(hào)和標(biāo)度取決于徑向誤差的正負(fù)號(hào)和幅度。對(duì)于較長(zhǎng)的弧而言，初始速度向量 可能不得不沿著垂直于初始速度向量和軌道平面的軸線來轉(zhuǎn)動(dòng)，但在任何情況下，初始速 度只有2種自由度幅度和旋轉(zhuǎn)角度。隨著時(shí)間的推移，可取得多個(gè)廣播星歷表讀數(shù)，而所 述讀數(shù)可由種子產(chǎn)生器110和傳播器120用于改進(jìn)種子數(shù)據(jù)隨著時(shí)間推移的準(zhǔn)確性。多個(gè) 廣播讀數(shù)，從1到η (η為任何整數(shù))可以按照任何時(shí)間分隔，但最好是有超過12或24小時(shí) 的多個(gè)讀數(shù)來調(diào)節(jié)種子產(chǎn)生器110和傳播器120所用的速度向量，以便產(chǎn)生用于未來數(shù)天 的種子數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的軌道計(jì)算使用可用的最完整的力模型，其可對(duì)跟蹤數(shù)據(jù)提供最佳的軌道擬 合。通常，當(dāng)使用越強(qiáng)、越準(zhǔn)確的力模型時(shí)，作為結(jié)果的軌道計(jì)算就越準(zhǔn)確。該種強(qiáng)和準(zhǔn)確 的力模型集可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)在跟蹤數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)間之后的未來時(shí)間的衛(wèi)星位置和速度。對(duì)于根據(jù) 本發(fā)明的系統(tǒng)和方法而言，力模型的復(fù)雜性可在任何水平，而GPS裝置200上的傳播器120 可以使用完整和強(qiáng)的力模型的子集來降低處理器520負(fù)荷。為了進(jìn)一步提高軌道預(yù)測(cè)的精度，可通過迭代法來調(diào)節(jié)未模型化的徑向和沿軌加速度的廣義加速度，以便可使用類似于在例如Montenbruck and Gill的“Methods ofOrbit Determination (軌道確定方法)”文獻(xiàn)中所用的方法來任意地轉(zhuǎn)到接近于目標(biāo)的第二點(diǎn)。 交軌加速度誤差可很好地模型化及具有最小的影響，因而不需要用假想的向量來表示。雖 然GPS中間地球軌道衛(wèi)星的廣播星歷表的測(cè)距誤差通常小于3米，但可能具有較大的約12 米的沿軌預(yù)測(cè)誤差。這些沿軌誤差(如圖8所示)與徑向誤差(其大體為地面GPS裝置的 測(cè)距誤差的一部分)一起通過假想加速度來模型化。圖8示出了兩個(gè)極端的情況，一種是當(dāng)衛(wèi)星(于四個(gè)地球半徑外)直接在頭頂上 時(shí)，在這種情況下，非徑向誤差不會(huì)影響視線測(cè)距誤差；而另一種是當(dāng)衛(wèi)星在用戶的地平面 的情況下，只有四分之一的非徑向誤差會(huì)投射入視線誤差中。種子產(chǎn)生器110匯編種子數(shù)據(jù)1，其結(jié)合待由傳播器120使用的軌道狀態(tài)向量與力 模型系數(shù)。種子數(shù)據(jù)的典型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)可如圖2所示那樣?！┓N子產(chǎn)生器110收到通常是用于隨后4個(gè)小時(shí)的至少一個(gè)有效的廣播星歷 表，種子產(chǎn)生器110執(zhí)行一種過程，以便使來自傳播器120的軌道預(yù)測(cè)精度最優(yōu)化。在所述 過程的每一步驟中，種子產(chǎn)生器110估算力模型系數(shù)，以便相對(duì)于觀測(cè)的廣播星歷表來計(jì) 算最壞的徑向和沿軌誤差。所輸出的種子數(shù)據(jù)具有包括以下系數(shù)的結(jié)構(gòu)(如圖2所示) 太陽壓強(qiáng)〇Cr
和Cr[l] (y-偏差值，及x_z分量) 恒定加速度項(xiàng)〇沿軌加速度aAccelConst，〇交軌加速度cAccelConst〇徑向加速度rAccelConst·以及一組正弦項(xiàng)〇沿軌aAccelS[2]；aAccelC[2]，其具有周期 1，2 軌道〇交軌cAccelS[2]；cAccelC[2]，其具有周期 2，4 軌道〇徑向:rAccelS[2]；rAccelC[2]，其具有周期 1，2 軌道取決于GPS裝置200中可用的計(jì)算資源，種子產(chǎn)生器110可以計(jì)算以上部分或所 有的系數(shù)。然而，最低限度會(huì)計(jì)算下列系數(shù) 恒定加速度項(xiàng)〇沿軌力口速度:aAccelConst,·以及正弦項(xiàng)〇徑向rAccelS
；rAccelC
〇沿軌aAccelS
；aAccelC
此外，來自廣播星歷表觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間和時(shí)鐘參數(shù)都會(huì)包含于種子數(shù)據(jù)內(nèi)。對(duì)于最簡(jiǎn)型的種子數(shù)據(jù)和相關(guān)系數(shù)，該過程的主要步驟如下，其中以地心慣性術(shù) 語來表示1)以第一個(gè)六小時(shí)內(nèi)的徑向誤差為依據(jù)，迭代地將初始速度α (自廣播星歷表) 調(diào)節(jié)成低于要求的閾值，通常設(shè)定在5米。一旦實(shí)現(xiàn)，將該速度稱為a。pt以及轉(zhuǎn)移到下一 步驟。2)優(yōu)化正弦徑向加速度(周期=1軌道)
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a)表示 Acos (cot)+Bsin (cot) = Ccos (ω t+δ )，即 ω 的幅度和相位。假設(shè) C = le_8ms_2。用C= le_8ms_2為不同的相位S1... δ m計(jì)算主要的徑向誤差，并且保留可使徑向 誤差最小化的相位S。pt。b)使用δ。pt，在C上進(jìn)行優(yōu)化，以獲取使徑向誤差最小化的C。C。pt。c)如果先前計(jì)算出最壞情況的沿軌誤差> 閾值，則施加沿軌加速度A，直至達(dá)到 最大的迭代次數(shù)，或者直到最壞情況的沿軌誤差<要求的閾值，在此時(shí)確定A。pt。3)力模型系數(shù)α _、δ。pt、C。pt和A。pt然后被沿軌結(jié)合到狀態(tài)向量中作為部分的種 子數(shù)據(jù)。當(dāng)傳播器120使用種子數(shù)據(jù)時(shí)，其可以將α。pt施加到軌道的徑向和沿軌部分中的 V。、CoptCos (ω t+ δ。pt)和A。pt來傳播每一衛(wèi)星的軌道。來自預(yù)測(cè)緩沖器140中存儲(chǔ)的多項(xiàng)式的預(yù)測(cè)軌道狀態(tài)向量通過AGPS接口代理器 150轉(zhuǎn)回到開普勒模型。由此產(chǎn)生的合成輔助數(shù)據(jù)然后格式化成為看來與廣播星歷表導(dǎo)航 模型數(shù)據(jù)記錄在饋入AGPS模塊之前相同的格式，只是在一些字段是預(yù)測(cè)的同時(shí)，其它的非 預(yù)測(cè)字段皆設(shè)定為常數(shù)或零。視乎AGPS芯片組130要求的或能夠處理的格式，典型的實(shí)施 例可導(dǎo)致如圖3所示的會(huì)饋入AGPS芯片組130的合成輔助數(shù)據(jù)記錄結(jié)構(gòu)。例如，參照?qǐng)D3^f1取自最新的星歷表，而af^為在新TreOC值的時(shí)鐘校正值，以及 T oc參數(shù)被設(shè)成相等于T oc。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的優(yōu)勢(shì)在于減輕GPS裝置上的計(jì)算負(fù)荷。例如，月球和 太陽加速度到地心地球固定參考坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換的完成無需典型的轉(zhuǎn)換序列WRNP (其中W是 極移，R是格林威治表觀恒星角，N是盤旋角以及P是歲差)。通常，W可從國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服 務(wù)(International Earth Rotation Service)下載(或估算)，而 R 可通過在'UTl'和 UTC之間的緩慢變化偏差值(同樣可下載或估算)來進(jìn)行修正。然而，本發(fā)明并不需要使用 這些修正，只是單單使用R而不會(huì)估算UTl-UTC偏移值(目前為 14秒)；相反地，任何相 關(guān)的誤差由上述的正弦加速度所吸收。其它可用的計(jì)算方法包括1.使用多項(xiàng)式模型(有效期4天)來模擬太陽/月亮星歷表。所述模型可以移植 到定點(diǎn)數(shù)學(xué)，以便進(jìn)行月亮/太陽國(guó)際天球參考系(ICRS)位置計(jì)算；2.相對(duì)于每循環(huán)一次或兩次的徑向和沿軌正弦擾動(dòng)，確定部份的徑向和沿軌加速 度誤差的分析方程；3.相對(duì)于一組給定的位置，確定在初始速度上的微小變化對(duì)徑向和沿軌加速度誤 差的影響；以及4.使用Glonass導(dǎo)航消息傳播已超過Glonass系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)的1小時(shí)有效期的軌 道。所述的Glonass導(dǎo)航信息將初始速度數(shù)字轉(zhuǎn)換成24比特，并使用精度較低的力模型 (比本發(fā)明所用的低)來優(yōu)化計(jì)算，從而產(chǎn)生約一小時(shí)有效的星歷表。要使用本發(fā)明中的力 模型和GPS星歷表格式，只需通過赫爾默特變換(也稱為7參數(shù)變換)將Glonass廣播位 置和速度從PZ90參考橢圓體映射到WGS84橢圓體。在處理器520上可串行地產(chǎn)生種子數(shù)據(jù)，不過，利用小的超高速緩存(例如7KB) 可并行地產(chǎn)生種子數(shù)據(jù)。如果要串行地產(chǎn)生種子數(shù)據(jù)，可使用較大的超高速緩存(例如 48KB)。可使用雙超高速緩存技術(shù)，其中在第一種子數(shù)據(jù)被傳播時(shí)，儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器530的緩沖器中的每一種子數(shù)據(jù)由新的種子數(shù)據(jù)改寫；不過，兩個(gè)種子都會(huì)被寫入同一預(yù)測(cè)緩沖 器140的不同存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)。新星歷表的輸入會(huì)更新緩沖器中的兩個(gè)種子數(shù)據(jù)集的時(shí)鐘。除了使用廣播星歷表作為傳播器120的輸入，該系統(tǒng)還允許合成輔助數(shù)據(jù)在AGPS 服務(wù)器180中產(chǎn)生并通過網(wǎng)絡(luò)連線下載以用作傳播器120的輸入。該實(shí)施例在GPS裝置 200不能獲得廣播星歷表的環(huán)境中很有用。如果實(shí)時(shí)或合成輔助數(shù)據(jù)可得的話，使用實(shí)時(shí)或 合成輔助數(shù)據(jù)的另一優(yōu)勢(shì)為，可將完整的衛(wèi)星星座的星歷表立刻提供給傳播器120，改進(jìn)傳 播器120的性能。從AGPS服務(wù)器180下載的數(shù)據(jù)可以是多種格式的，使GPS裝置200可產(chǎn) 生其本身的，長(zhǎng)期準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。該實(shí)施例的大體結(jié)構(gòu)在圖4中示出。在AGPS的實(shí)施例中，種子產(chǎn)生器110的輸入選項(xiàng)可擴(kuò)充到包括來自外部AGPS服 務(wù)器180的實(shí)時(shí)或合成輔助數(shù)據(jù)。在完全自主的GPS裝置的情況下，與實(shí)際觀察相比，所 述的輔助數(shù)據(jù)可提供更完整的衛(wèi)星星座視圖，從而使種子產(chǎn)生器110可產(chǎn)生適用于更多衛(wèi) 星的種子數(shù)據(jù)。如果AGPS服務(wù)器180如美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/740，206 (其整體在此結(jié)合件 為參考)所述為種子服務(wù)器，則由AGPS服務(wù)器180提供的種子數(shù)據(jù)也可用作傳播器120的 輸入。由于來自種子服務(wù)器的種子數(shù)據(jù)在更強(qiáng)勁的處理器上產(chǎn)生以及會(huì)在較長(zhǎng)時(shí)間(如7 天)內(nèi)有效，所述種子數(shù)據(jù)可使傳播器120比GPS裝置200上的種子產(chǎn)生器110計(jì)算出更 準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。但是，如果AGPS服務(wù)器180沒有新的輔助數(shù)據(jù)，GPS裝置200可返回到種子 產(chǎn)生器110以及繼續(xù)以自主模式運(yùn)作。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，任何基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)或合 成輔助數(shù)據(jù)的耐久性和可用性皆可使用，假如可以得到所述數(shù)據(jù)的話。GPS裝置對(duì)星歷表的測(cè)距精度(URA)可以由GPS裝置200計(jì)算，其中會(huì)考慮到時(shí)鐘 老化和軌道精度。計(jì)算URA所用的方法會(huì)取決于所述種子數(shù)據(jù)是由GPS裝置200自生的還 是從AGPS服務(wù)器180接收的。在自生種子數(shù)據(jù)的情況下，正如圖8所示，URA為最大徑向 誤差或者四分之一的非徑向誤差的線性外推。圖7所示為GPS裝置200使用來自種子服務(wù)器的AGPS輔助的過程，其包括以下的 步驟1.當(dāng)GPS裝置200通電及AGPS芯片組130從RF信號(hào)解調(diào)廣播星歷表數(shù)據(jù)時(shí)，使 種子產(chǎn)生器110于特定的、可配置的時(shí)間間隔(如每6小時(shí)，或每12小時(shí)一次，等等)下得 到所述的廣播星歷表的拷貝_如果所述廣播星歷表可以得到話(步驟700)。2.種子產(chǎn)生器110將這些廣播星歷表的觀測(cè)數(shù)據(jù)從其開普勒模型表達(dá)式轉(zhuǎn)換成 其當(dāng)前適用的軌道表達(dá)式(即位置，速度)，并開始基于與未來衛(wèi)星軌道位置和速度最匹配 的真實(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)來計(jì)算一組力模型系數(shù)(步驟710)。種子產(chǎn)生器110將這匯編入種子數(shù) 據(jù)，包括軌道狀態(tài)向量和所得的力模型系數(shù)(步驟720)。3.將所述種子數(shù)據(jù)提供給傳播器120 (步驟725)。將來自AGPS服務(wù)器(如果其 為種子服務(wù)器的話)的種子數(shù)據(jù)也提供給傳播器120，如果所述種子數(shù)據(jù)可得的話(步驟 728)。傳播器120然后為包含在種子數(shù)據(jù)內(nèi)的每一人造衛(wèi)星計(jì)算軌道狀態(tài)向量(步驟730)。 所述軌道狀態(tài)向量可在任何給定的時(shí)間間隔上進(jìn)行計(jì)算，例如15分鐘的時(shí)間間隔。傳播器 120以后臺(tái)任務(wù)的方式在GPS裝置200內(nèi)進(jìn)行所述計(jì)算，并將所得的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)以多項(xiàng)式儲(chǔ)存 在緩沖存儲(chǔ)器140內(nèi)，所述多項(xiàng)式可轉(zhuǎn)換成軌道狀態(tài)向量(步驟740)。預(yù)測(cè)緩沖器140可 做成特定的大小，以便能存儲(chǔ)任何要求時(shí)間長(zhǎng)度的多項(xiàng)式，但其大小通常做成為適用于要 求的預(yù)測(cè)精度或有效期限，即提前多達(dá)3天或4天。預(yù)測(cè)緩沖器140通常實(shí)現(xiàn)為非易失性存儲(chǔ)器，以致于其包含的數(shù)據(jù)在GPS裝置200下次通電時(shí)能立即使用。4.在可配置的時(shí)間間隔-通常為每15分鐘，或當(dāng)AGPS模塊130要求輔助數(shù)據(jù)時(shí)， 例如，在超出容錯(cuò)時(shí)，AGPS接口代理器150檢索適用的多項(xiàng)式，將其轉(zhuǎn)換成當(dāng)前時(shí)間的軌道 狀態(tài)向量，然后再將其轉(zhuǎn)回到其等效的廣播星歷表開普勒數(shù)據(jù)格式，并將最后所得的合成 輔助數(shù)據(jù)通過接口注回入AGPS模塊130 (步驟750)。該合成輔助數(shù)據(jù)實(shí)際上包含了真實(shí)廣 播星歷表系數(shù)的子集，并且其ToE (星歷表時(shí)間)是可配置的，通常會(huì)設(shè)置為于15分鐘內(nèi)到 期。5. AGPS模塊130然后會(huì)首先使用合成輔助，假如任何特定衛(wèi)星沒有有效的真實(shí)廣 播星歷表的話(步驟760)，但是當(dāng)真實(shí)廣播星歷表最終從RF信號(hào)接收和解調(diào)后，就會(huì)以真 實(shí)廣播星歷表取代合成輔助(步驟770)。本發(fā)明的主要基本原理和特征包括但不限于·衛(wèi)星導(dǎo)航或定位裝置，例如GPS裝置200，可以自主地預(yù)測(cè)和產(chǎn)生其自己的輔助 數(shù)據(jù)而不用從外部網(wǎng)絡(luò)接線要求外來援助?！?GPS裝置200具有種子產(chǎn)生器110和傳播器120，以便進(jìn)行衛(wèi)星軌道位置和速度 預(yù)測(cè)?！しN子產(chǎn)生器110和軌道傳播器120可視乎GPS裝置處理器的性能和應(yīng)用需求來 使用具有不同復(fù)雜度和精度的軌道預(yù)測(cè)模型?！しN子產(chǎn)生器110使用一系列的衛(wèi)星位置和一初始速度來為GPS裝置200中的軌 道傳播器120制備輸入?！と绻鸊PS裝置200具有外部網(wǎng)絡(luò)接口 540，則外部輔助數(shù)據(jù)，無論是實(shí)時(shí)或合成 的，可選擇性地作為種子產(chǎn)生器110和軌道傳播器120的輸入。·與現(xiàn)有的外部輔助技術(shù)相比，例如與輔助GPS相比，可減少或排除網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量 開銷。·根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法適用于任何衛(wèi)星導(dǎo)航或定位系統(tǒng)。 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法適用于任何類型的GPS裝置/接收器，固定或移動(dòng)式皆可。 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可在任何通信網(wǎng)絡(luò)上以互補(bǔ)的方式與GPS和AGPS技術(shù)
一起使用。雖然為了說明而詳述了本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例，但應(yīng)該明白，所揭示裝置的 變型和改型皆落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種預(yù)測(cè)衛(wèi)星位置的方法，其包括以下的步驟(a)提供一GPS裝置，所述GPS裝置具有射頻天線，所述射頻天線配置成接收與一衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的多個(gè)位置和一速度，所述多個(gè)位置和速度于有效時(shí)間期間內(nèi)有效；(b)所述GPS裝置根據(jù)所述多個(gè)位置和所述速度來計(jì)算所述衛(wèi)星的修正加速度；(c)所述GPS裝置使用所述多個(gè)位置、所述速度和所述修正加速度來傳播所述衛(wèi)星在預(yù)測(cè)的時(shí)間期間內(nèi)的軌道，至少一部分所述預(yù)測(cè)的時(shí)間期間在所述有效時(shí)間期間之后；(d)所述GPS裝置使用所述軌道來確定所述衛(wèi)星的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述多個(gè)位置和所述速度容納于一星歷表 之內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述星歷表為廣播星歷表。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于在所述GPS裝置上的一個(gè)軟件模塊用所述 星歷表來產(chǎn)生力模型系數(shù)和軌道狀態(tài)向量。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在所述GPS裝置上的一個(gè)傳播軟件模塊計(jì) 算所述軌道。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于在所述軌道被傳播后，所述軌道被作為多項(xiàng) 式儲(chǔ)存于所述GPS裝置的一存儲(chǔ)器內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述軌道轉(zhuǎn)化成合成星歷表，以便供所述 GPS裝置用來確定所述衛(wèi)星于有效時(shí)間期間之后的位置。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述GPS裝置具有網(wǎng)絡(luò)接口，如果所述網(wǎng)絡(luò) 接口與AGPS服務(wù)器相聯(lián)接，所述AGPS服務(wù)器協(xié)助所述GPS裝置確定所述衛(wèi)星的所述位置。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述AGPS服務(wù)器將種子數(shù)據(jù)傳遞到所述傳 播模塊。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述GPS裝置具有網(wǎng)絡(luò)接口，如果所述網(wǎng) 絡(luò)接口與AGPS服務(wù)器相聯(lián)接，所述AGPS服務(wù)器向所述GPS裝置提供合成星歷表。
11.一種GPS裝置，其包括a)射頻接收器，所述射頻接收器配置成接收與一衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的多個(gè)位置和一速度的信 息，所述多個(gè)位置和速度于一有效時(shí)間期間內(nèi)有效；b)數(shù)字信號(hào)處理器，所述數(shù)字信號(hào)處理器配置成解調(diào)所述信息；c)種子產(chǎn)生器，所述種子產(chǎn)生器配置成根據(jù)所述多個(gè)位置和所述速度來計(jì)算所述衛(wèi)星 的修正加速度；以及d)傳播器，所述傳播器配置成使用所述多個(gè)位置、所述速度和所述修正加速度來傳播 所述衛(wèi)星在預(yù)測(cè)的期間內(nèi)的軌道，至少一部分所述預(yù)測(cè)的時(shí)間期間在所述有效時(shí)間期間之后。
12.如權(quán)利要求11所述的GPS裝置，其特征在于所述多個(gè)位置和所述速度容納于一 星歷表之內(nèi)。
13.如權(quán)利要求12所述的GPS裝置，其特征在于所述星歷表為廣播星歷表。
14.如權(quán)利要求12所述的GPS裝置，其特征在于所述種子產(chǎn)生器進(jìn)一步配置成用所 述星歷表來產(chǎn)生力模型系數(shù)和軌道狀態(tài)向量。
15.如權(quán)利要求14所述的GPS裝置，其特征在于所述GPS裝置進(jìn)一步包括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器配置成在所述軌道被傳播后將所述軌道儲(chǔ)存。
16.如權(quán)利要求15所述的GPS裝置，其特征在于進(jìn)一步包括AGPS接口模塊，所述AGPS 接口模塊配置成將所述軌道轉(zhuǎn)化成合成星歷表，以便確定所述衛(wèi)星于有效時(shí)間期間之后的位置。
17.如權(quán)利要求11所述的GPS裝置，其特征在于所述GPS裝置進(jìn)一步包括網(wǎng)絡(luò)接口， 所述網(wǎng)絡(luò)接口配置成與AGPS服務(wù)器相聯(lián)接，以便接受所述AGPS服務(wù)器的幫助。
18.如權(quán)利要求17所述的GPS裝置，其特征在于所述傳播模塊配置成從所述AGPS服 務(wù)器接收種子數(shù)據(jù)。
19.如權(quán)利要求12所述的GPS裝置，其特征在于所述GPS裝置進(jìn)一步包括網(wǎng)絡(luò)接口， 所述網(wǎng)絡(luò)接口配置成接收合成星歷表。
20.一種預(yù)測(cè)衛(wèi)星位置的方法，其包括以下的步驟(a)提供具有GNSS功能的裝置，所述裝置具有射頻天線，所述射頻天線配置成接收與 衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的多個(gè)位置和一個(gè)速度，所述多個(gè)位置和速度于一有效時(shí)間期間內(nèi)有效；(b)所述裝置根據(jù)所述多個(gè)位置和所述速度來計(jì)算所述衛(wèi)星的修正加速度；(c)所述裝置使用所述多個(gè)位置、所述速度和所述修正加速度來傳播所述衛(wèi)星在預(yù)測(cè) 的時(shí)間期間內(nèi)的軌道，至少一部分所述預(yù)測(cè)的時(shí)間期間在所述有效時(shí)間期間之后；(d)所述裝置使用所述軌道來確定所述衛(wèi)星的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種預(yù)測(cè)衛(wèi)星位置的方法，其中GPS裝置基于先前接收的與衛(wèi)星位置相關(guān)的信息-例如星歷表，產(chǎn)生衛(wèi)星的修正加速項(xiàng)，所述修正加速項(xiàng)可用來預(yù)測(cè)衛(wèi)星在先前接收信息的有效時(shí)間期限之外的位置。所述計(jì)算完全可在GPS裝置上進(jìn)行，而且不需向服務(wù)器要求輔助。但是，如果GPS裝置可從服務(wù)器得到輔助，則輔助信息可用來提高預(yù)測(cè)的精度。
文檔編號(hào)G01S19/27GK101910862SQ200880124631
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者D·卡耶爾, E·德貝茨, G·羅伊-瑪查比 申請(qǐng)人:Rx網(wǎng)絡(luò)股份有限公司