專利名稱：使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GlobalNavigation Satellite System,GNSS) 的軌跡預(yù)測(trajectory prediction)，更特別地，有關(guān)于使用GNSS衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的 方法及裝置。
背景技術(shù)：
對于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(例如GPS)接收器來說，靈敏度為主要的性能標(biāo)準(zhǔn)。首次 定位時間(Time to First Fix, TTFF)對于接收器靈敏度而言為具有代表性的標(biāo)準(zhǔn)。為加 速TTFF，發(fā)展出一種稱為輔助全球定位系統(tǒng)(Assisted GlobalPositioning System, AGPS) 的技術(shù)用以提高TTFF特性。在AGPS系統(tǒng)中，向遠(yuǎn)程接收器(remote receiver)提供輔助信 息(assistant information)，以使該遠(yuǎn)程接收器能夠在縮短的時間周期內(nèi)確定衛(wèi)星的位 置。輔助信息當(dāng)中一個重要的部分為衛(wèi)星導(dǎo)航消息(satellite navigation message)，例 如星歷表(ephemeris)或衛(wèi)星軌跡預(yù)測數(shù)據(jù)(satellite trajectory prediction data)。 通過使用來自參考地面站(reference ground network stations)的大量測距觀測數(shù)據(jù) (ranging observations)，可以實施軌道 貝Ij定技術(shù)(orbit determination technology) 以及衛(wèi)星軌跡預(yù)測，其中，來自參考地面站的測距觀測數(shù)據(jù)亦可簡稱為地面觀測數(shù)據(jù) (groundobservations) 0在實作中，地面觀測數(shù)據(jù)的處理是復(fù)雜的，因此需要強(qiáng)大的計 算能力來執(zhí)行此處理。眾所周知，由于衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型并不完美，所以在衛(wèi)星軌跡延伸 (satellite trajectory extension)中，即，衛(wèi)星軌跡預(yù)測中，一定存在著一些預(yù)測誤差。 因此，不能無限地延伸衛(wèi)星軌跡的預(yù)測。當(dāng)前能夠預(yù)測未來7至14日的衛(wèi)星軌跡。由于上述原因，僅有具有高計算能力的裝置(例如服務(wù)器)，才足以支持衛(wèi)星軌跡 預(yù)測。該服務(wù)器計算已預(yù)測的衛(wèi)星軌跡，并將已計算的衛(wèi)星軌跡或等效數(shù)據(jù)組(equivalent data set)傳送至AGPS服務(wù)器。然后，AGPS服務(wù)器通過連接將衛(wèi)星軌跡預(yù)測或等效數(shù)據(jù)組 提供給用戶。依據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)方案，在移動設(shè)備中，例如個人數(shù)字助理(Personal Digital AssistantPDA)、智能手機(jī)、GPS裝置或類似裝置，亦很難執(zhí)行衛(wèi)星軌跡預(yù)測。因此，本發(fā)明 的目的之一在于提供一種可實施于且常駐(reside)于主處理器(host processor)上的使 用GNSS衛(wèi)星軌跡預(yù)測的方法與裝置，其中該主處理器可嵌入移動設(shè)備中。圖10為現(xiàn)有技術(shù)的獲得和使用捕獲輔助(acquisition assistance, AA)數(shù)據(jù)以 捕獲衛(wèi)星信號的流程表。如圖10所示，已估計時間(步驟S1002)、遠(yuǎn)程接收器的概略用戶 位置(步驟S1004)和已估計衛(wèi)星位置和速度(步驟S1006)均是基于衛(wèi)星軌跡預(yù)測(例如 服務(wù)器上的或來自廣播星歷表的長期軌道數(shù)據(jù))進(jìn)行計算，其中廣播星歷表的有效時期通 常為兩小時。隨后遠(yuǎn)程接收器根據(jù)步驟SlOlO中的位置和時間信息計算AA數(shù)據(jù)。例如，對 于遠(yuǎn)程接收器而言的衛(wèi)星，遠(yuǎn)程接收器預(yù)測其可能的多普勒頻移(Doppler shifts)。即，AA 數(shù)據(jù)至少包括對于遠(yuǎn)程接收器而言的衛(wèi)星的已預(yù)測多普勒頻移。在GPS中，每顆衛(wèi)星發(fā)射 自身的頻率為1575. 42MHz的衛(wèi)星信號。眾所周知，由于相關(guān)的衛(wèi)星運動，遠(yuǎn)程接收器觀測 到的衛(wèi)星信號的頻率將發(fā)生大約士4. 5KHz的頻偏。這就是所知的多普勒頻移。然后，在步驟S1020中基于該AA數(shù)據(jù)，根據(jù)已估計位置和時間的精確度為衛(wèi)星提供一個搜尋范圍的窗 口。該窗口為衛(wèi)星定義多普勒頻移的確定范圍以及電碼相位(即衛(wèi)星信號的確定電碼片) 的范圍。在步驟S1030中，在窗口的范圍內(nèi)，遠(yuǎn)程接收器使用AA數(shù)據(jù)捕獲衛(wèi)星信號，從而避 免在太寬范圍(即所有的多普勒頻移和所有的電碼相位)內(nèi)搜尋衛(wèi)星，這也稱作開放式搜 尋(open sky searching)。在步驟S1040中，從已捕獲衛(wèi)星信號中計算時域的虛擬距離和 頻域的多普勒頻移，其中虛擬距離是衛(wèi)星信號從衛(wèi)星傳送至遠(yuǎn)程接收器所需的時間。在步 驟S1050中，確定已捕獲衛(wèi)星的數(shù)目是否超過四顆。如本領(lǐng)域所知，為了確定位置，必須使 用至少四顆衛(wèi)星。如果超過四顆，則在步驟S1060中可確定用戶的位置(即遠(yuǎn)程接收器的 位置)。否則，保持搜尋遠(yuǎn)程接收器(步驟S1070)，且流程返回至步驟S1020。在有效星歷表不存在的狀況之下，遠(yuǎn)程接收器需要AGPS中服務(wù)器的輔助。該服 務(wù)器為遠(yuǎn)程接收器提供有關(guān)于位置和時間的必要數(shù)據(jù)，從而該遠(yuǎn)程接收器可計算該AA數(shù) 據(jù)以提高TTFF的性能。如果遠(yuǎn)程接收器以任何方式都無法與服務(wù)器建立連接，則遠(yuǎn)程接 收器就無法計算該AA數(shù)據(jù)，且必須執(zhí)行開放式搜尋(例如，使用所有的電碼相位和多普勒 頻移搜尋開放空間的所有衛(wèi)星)。眾所周知，開放式搜尋將耗費大量時間，從而負(fù)面地影響 TTFF。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種使用GNSS衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法及裝置。本發(fā)明提供一種使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法，該方法使用于 移動設(shè)備中，包括獲得衛(wèi)星的至少一條衛(wèi)星導(dǎo)航消息；根據(jù)該已獲得衛(wèi)星導(dǎo)航消息確定 計算條件；根據(jù)該計算條件估計衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型的多個參數(shù)，從而建立已估計衛(wèi)星軌跡 預(yù)測模型；通過使用該已估計衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型計算一組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)；根據(jù)該組衛(wèi) 星軌跡延伸數(shù)據(jù)計算捕獲輔助數(shù)據(jù)；以及通過使用該捕獲輔助數(shù)據(jù)捕獲該衛(wèi)星的信號。本發(fā)明另提供一種使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置，該裝置使用 于移動設(shè)備中，包括接口，用以獲得衛(wèi)星的至少一條衛(wèi)星導(dǎo)航消息；以及微處理器，用以 根據(jù)該衛(wèi)星導(dǎo)航消息確定計算條件，根據(jù)該計算條件估計衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型的多個參數(shù)， 從而建立已估計衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型，通過使用該已估計衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型計算一組衛(wèi)星軌 跡延伸數(shù)據(jù)，并根據(jù)該組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)計算捕獲輔助數(shù)據(jù)，以及通過使用該捕獲輔助 數(shù)據(jù)捕獲該衛(wèi)星的信號。本發(fā)明提供的使用GNSS衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法及裝置，當(dāng)遠(yuǎn)程接收器無法與 服務(wù)器建立連接時，無需執(zhí)行開放式搜尋就能計算AA數(shù)據(jù)，因此顯著降低對計算能力的要 求。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的移動設(shè)備100的概要示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的用于預(yù)測衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法流程圖；圖3為用于移動設(shè)備100的各種衛(wèi)星導(dǎo)航消息源的概要示意圖；圖4為圖1的主機(jī)裝置30所獲得的衛(wèi)星導(dǎo)航消息片段的示意圖；圖5為顯示通過圖3所示的主機(jī)裝置30收集的TOE (2)至TOE (2η)的全部衛(wèi)星消息片段的示意圖；圖6為顯示由衛(wèi)星導(dǎo)航消息所獲得的衛(wèi)星弧信息的示意圖；圖7為用于計算一組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的簡化作用力模型方案的流程圖；圖8為用于計算軌跡的已調(diào)整軌道模型方案的流程圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的使用衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)捕獲衛(wèi)星的方法流程圖；圖10為現(xiàn)有技術(shù)的獲得和使用捕獲輔助數(shù)據(jù)以捕獲衛(wèi)星信號的流程表。
具體實施例方式在說明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定組件。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)可理解，制造商可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權(quán)利要求并不以 名稱的差異作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異作為區(qū)分準(zhǔn)則。在通篇說明 書及權(quán)利要求中所提及的“包含”為開放式用語，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”。此外，“耦 接” 一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。藉由以下的較佳實施例的敘述并配合 全文的圖1至圖9說明本發(fā)明，但以下敘述中的裝置、組件與方法、步驟乃用以解釋本發(fā)明， 而不應(yīng)當(dāng)用來限制本發(fā)明。圖1為根據(jù)本發(fā)明的移動設(shè)備100的概要示意圖。移動設(shè)備100包括用以接收 GNSS衛(wèi)星信號的天線10以及如本領(lǐng)域所廣泛知曉的GNSS接收器20。移動設(shè)備100進(jìn)一步 包括主機(jī)裝置(host device) 30，其中，主機(jī)裝置30可以為PDA、移動電話、便攜式多媒體播 放器、GPS裝置或類似裝置的主機(jī)部分。主機(jī)裝置30包括I/O接口 32、微處理器35以及存 儲器37。請參照圖2，圖2為根據(jù)本發(fā)明的用于預(yù)測衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法流程圖。在步 驟S201中，GNSS接收器20經(jīng)由天線10收集廣播(broadcasting)的GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航消息， 例如，廣播的星歷表及/或歷書信息以及衛(wèi)星位置狀態(tài)向量及/或衛(wèi)星速度狀態(tài)向量。GNSS 接收器20將衛(wèi)星導(dǎo)航消息傳送至主機(jī)裝置30。GNSS接收器20可以僅傳遞衛(wèi)星導(dǎo)航消息 至主機(jī)裝置30，且嵌入于主機(jī)裝置30的微處理器35對該衛(wèi)星導(dǎo)航消息進(jìn)行譯碼。作為選 擇，GNSS接收器20可以直接對衛(wèi)星導(dǎo)航消息進(jìn)行譯碼，并將已譯碼衛(wèi)星導(dǎo)航消息傳遞至主 機(jī)裝置30。隨后，已捕獲的已譯碼衛(wèi)星導(dǎo)航消息儲存于存儲器37中。其它的與衛(wèi)星關(guān)聯(lián)的 信息全部預(yù)先儲存于主機(jī)裝置30的存儲器37中。其它的與衛(wèi)星關(guān)聯(lián)的信息可以是，例如， 衛(wèi)星幾何信息(satellite geometricinformation)、地球定向信息(earth orientation information)i^fW；^ (coordinates transformation information)
型信息(例如JGM3、EGM96. 等)、太陽系星歷表(例如JPL DE200或DE405)以及潮汐模 型(tidalmodel)。圖3為用于移動設(shè)備100的各種衛(wèi)星導(dǎo)航消息源的概要示意圖。如圖3所示，移動 設(shè)備100亦可以從外部捕獲衛(wèi)星導(dǎo)航消息。除了經(jīng)由天線10接收廣播的星歷表以及歷書之 外，主機(jī)裝置30還經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)或無線通信由外部源獲得用于預(yù)測衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的信息。 其中外部源可以為，例如，軌道數(shù)據(jù)庫服務(wù)器50或另一移動設(shè)備110。需注意的是，移動設(shè) 備100的主機(jī)裝置30亦能夠基于其所保存的歷史信息來預(yù)測衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)。在執(zhí)行 衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)預(yù)測之前，微處理器35亦可以檢查來自不同消息源(例如，經(jīng)由天線10 而接收的廣播的星歷表以及來自另一移動設(shè)備110的信息)的衛(wèi)星導(dǎo)航消息之間的一致性 (consistency)。
圖4為圖1的主機(jī)裝置30所獲得的衛(wèi)星導(dǎo)航消息片段(segment)的示意圖。在 圖4中，陰影標(biāo)記表示獲得相應(yīng)時間間隔的衛(wèi)星導(dǎo)航消息片段。圖4顯示了主機(jī)裝置30接 收的廣播星歷表。例如，如圖4中所示，對于衛(wèi)星PRNOl而言，已經(jīng)獲得Τ0Ε(2)(即時間t2 至、的星歷表)和TOE(2k)(即時間{^至、…的星歷表)的星歷表片段。也就是說，已 經(jīng)知曉兩個離散時間間隔的衛(wèi)星消息。對于另一衛(wèi)星PRN02而言，已經(jīng)獲得T0E(2k)以及 TOE (2η)的星歷表片段。對于另一衛(wèi)星PRN32而言，已經(jīng)獲得TOE(O)等星歷表片段。眾所 周知，星歷表的軌道精確度要優(yōu)于歷書的軌道精確度。因此，只有在鄰近歷書時間(time of almanac,Τ0Α)內(nèi)的歷書可以被使用。微處理器35隨后可以使用已知的衛(wèi)星導(dǎo)航消息來預(yù) 測衛(wèi)星軌跡的延伸部分。通常，多個離散的星歷表片段可以提供更加完整的衛(wèi)星導(dǎo)航消息 數(shù)據(jù)組。但是，即使僅獲得一個星歷表片段，也可以預(yù)測延伸軌跡。相反，如果已知全部的 星歷表片段及/或歷書片段，則可以預(yù)測出延伸時間更長且精度更好的衛(wèi)星延伸軌跡。圖 5為顯示通過圖3所示的主機(jī)裝置30收集的TOE (2)至TOE (2η)的全部衛(wèi)星消息片段的示 意圖。通過圖1所示的主機(jī)裝置30去收集TOE(2)至TOE(2η)的全部衛(wèi)星消息片段是困難 的。然而，經(jīng)由附加源(additionalsource)的幫助，例如，另一移動設(shè)備110或者軌道數(shù)據(jù) 庫服務(wù)器50，則圖3所示的主機(jī)裝置30可以比較容易地收集到全部衛(wèi)星消息片段。請參考圖2，在步驟S203中，微處理器35根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航消息逐個地計算衛(wèi)星弧 (satellite arcs)。衛(wèi)星弧表示對應(yīng)于一個星歷表或者歷書片段的時間間隔內(nèi)的衛(wèi)星軌跡 的片段。眾所周知，星歷表每兩個小時就進(jìn)行更新。如果在星歷表時間t2k至t2k+22間的任 意時間開啟GNSS接收器20，一旦GNSS接收器20 “命中”衛(wèi)星(即，捕獲衛(wèi)星)，則獲得在 TOE(2k)周期期間的星歷表。也就是說，如果接收到時間間隔T0E(2k)的星歷表，則可獲得 t2k至^+2期間的衛(wèi)星弧。圖6為顯示由衛(wèi)星導(dǎo)航消息所獲得的衛(wèi)星弧信息的示意圖，其中，衛(wèi)星導(dǎo)航消息 是例如圖4所示的衛(wèi)星PRNOl所獲得的廣播星歷表。每一實曲線表示獲得相應(yīng)時間間隔期 間的星歷表及/或歷書，這稱為衛(wèi)星弧。虛曲線表示近似的衛(wèi)星軌跡。如圖6所示，已知 TOE (2)(即t2至t4)以及TOE (2k)(即t2k至t2k+2)期間的衛(wèi)星弧信息，隨后，可以采用多種 方案處理一組軌跡延伸數(shù)據(jù)。例如，可以將Τ0Ε(2)與T0E(2k)的衛(wèi)星弧結(jié)合起來以仿真相 應(yīng)的虛曲線部分。在此，可以忽略Τ0Ε(2)與T0E(2k)之間的衛(wèi)星弧，或者，如果有必要的話， 可以通過內(nèi)插機(jī)制提取該衛(wèi)星弧。隨后，通過使用上述信息，可以預(yù)測T0E(2k)之后延伸的 衛(wèi)星弧。衛(wèi)星弧可表示為位置/速度/時間(position，velocity, and time, PVT)類型或 者開普勒元素Ofeplerian element)類型。在軌道測定中，將使用橢圓軌道作為例子進(jìn)行 描述，其中，定義橢圓軌道特性的軌道元素(orbital element)包括六個開普勒軌道元素。 該六個開普勒軌道元素分別為半長軸(semi-major axis)元素“a”，其定義軌道尺寸 ’離 心率(eccentricity)元素“e”，其定義軌道形狀；傾角(inclination)元素“i”，其定義為 軌道面相對于地球赤道面所夾幅角；近地點幅角(argument of perigee)元素“ ω ”，其定 義為軌道上相對于地球表面的軌道最低點；升交點赤經(jīng)(right ascension of ascending node)元素“Ω ”，其定義衛(wèi)星于地球赤道平面上升和下降軌道位置；以及真/平近點離角 (true/meananomaly)元素“V”，其定義衛(wèi)星于軌道面上相對于近地點(perigee)所夾的幅 角，目的在于描述于軌道面上的位置。因為位置/速度向量及開普勒軌道元素之間具有一一對應(yīng)的關(guān)系，所以可以通過位置及速度向量來計算開普勒軌道元素。本發(fā)明可使用參 考時間(印och time)上的衛(wèi)星位置及速度或者在相同參考時間上的六個開普勒軌道元素 來計算(propagate)衛(wèi)星軌道延伸數(shù)據(jù)。請再次參考圖2，在步驟S203中，微處理器35亦確定衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型的計算條 件(propagating condition) 0通過微處理器35調(diào)整衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型的計算條件，可找 到衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型的一優(yōu)化狀態(tài)。下文將描述兩種作為本發(fā)明實施例的衛(wèi)星軌跡預(yù)測模 型。需注意的是，這些實施例僅是為了說明本發(fā)明的舉例，而不應(yīng)作為對于本發(fā)明的限制。 第一種衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型稱作簡化作用力模型(compact force model)，第二種稱為調(diào)整 軌道模型(adjusted orbit model)。用于描述人造地球衛(wèi)星的通用軌道模型的運動方程式可用如下方程式(1)表示 二Y ^f = -GM— + a (i)其中，第一個術(shù)語代表中心重力(central gravity)，術(shù)語石為整體擾動加速度 (totalperturbing acceleration)。GM為重力常數(shù)與地球質(zhì)量的乘積，f為衛(wèi)星的地球 中心半徑(geocentric radius)的位置向量。一般來說，二階差分方程系統(tǒng)不能解析地 (analytically)求得，因為求出解析解的過程非常復(fù)雜。因此，可利用簡化擾動力模型或調(diào) 整軌道模型并透過計算算法(propagation algorithm)來求得近似解。用于簡化作用力模 型以及調(diào)整軌道模型的方程式均可由方程式(1)導(dǎo)出。實際上，必須針對每一衛(wèi)星與每一個子區(qū)間的衛(wèi)星弧分別估計簡化作用力模型或 調(diào)整軌道模型。因此，通過下述方案執(zhí)行步驟S205以及步驟S207。在步驟S205中，微處理 器35根據(jù)計算條件以及與衛(wèi)星關(guān)聯(lián)的信息去估計衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型的多個參數(shù)。簡化作 用力模型通過多個擾動力(component)成分參數(shù)化，而得到多個參數(shù)，且該多個參數(shù)與該 多個擾動力成分相關(guān)聯(lián)。換言之，在簡化作用力模型中，可通過各項擾動力成分計算而得到 該多個參數(shù)。然而，在調(diào)整軌道模型中，調(diào)整軌道模型也通過多個軌道參數(shù)而參數(shù)化，其中 軌道參數(shù)代表一系列未知參數(shù)，這些未知參數(shù)定義軌道運動方程式。上述兩種方法均將在 下文做詳細(xì)描述。其中文中所提及的儲存在存儲器37中的與衛(wèi)星關(guān)聯(lián)的信息(例如衛(wèi)星 幾何信息、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息、衛(wèi)星質(zhì)量及體積等)可用于對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在步驟S207中，微處理器35通過使用計算條件以及簡化作用力模型或調(diào)整軌道 模型的參數(shù)來使用計算單元(propagator)(圖1未示)來計算一組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)，其 中計算單元由微處理器35中建立的一組程序?qū)嵤?。在實作中，一組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)分為 多個軌跡片段，并且通過逐個地整合該多個軌跡片段而計算。換言之，該組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù) 據(jù)包括多個時間周期數(shù)據(jù)。每一時間周期的時間長度至少為一小時。在步驟S209中，微處理器35檢查已計算的衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的有效性。如果已 計算的衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)是有效的，則在步驟S211中，微處理器35發(fā)送該已計算的衛(wèi)星 軌跡延伸數(shù)據(jù)至GNSS接收器20，用于下一次捕獲或追蹤衛(wèi)星。首先，將衛(wèi)星軌跡延伸數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換為等效數(shù)據(jù)并儲存，然后在后續(xù)啟動時將衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)或等效數(shù)據(jù)發(fā)送至GNSS 接收器20。檢查有效性的另一優(yōu)點在于當(dāng)傳遞至衛(wèi)星時，可以排除由于軌跡延伸數(shù)據(jù)過時 (aged)而引起的錯誤。這樣的錯誤可導(dǎo)致軌跡延伸數(shù)據(jù)與真實軌道的偏離與差異。透過有 效性檢查也可防止軌跡延伸數(shù)據(jù)的誤差過大以及限制誤差的增長。
圖7為用于計算一組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的簡化作用力模型方案的流程圖。在本發(fā) 明的一個實施例中，對方程式(1)中的擾動術(shù)語5作了更加詳細(xì)地介紹，并且使用簡化作用 力模型以匯總(summarize)作用于GNSS衛(wèi)星上的各種加速度。簡化作用力模型對影響衛(wèi)星 軌跡的作用力進(jìn)行近似，并據(jù)此用以計算衛(wèi)星軌跡。上述作用力包括地球重力成分Ftoavity、 多體作用力(n-body force)成分FN_b。dy、太陽輻射壓力成分FSrad、地球輻射壓力成分FErad、 海洋潮汐引力成分F。_—tide、固體潮汐引力成分Fs。ld—tide以及相關(guān)重力成分FMlat。在簡化作 用力模型中，方程式(1)變化為如下方程式(2)F = -GM + aN_bod + aSrad + aErad + a0cean tide + 5滅 tlde + arelat + …(2) 這些作用力成分在方程式(2)中通過加速度成分表示。為了更加精確地獲得近似 解，整個計算區(qū)間[、，、]可以依用戶指定的長度而分成數(shù)個子區(qū)間。首先在步驟S702中， 由已獲得的衛(wèi)星導(dǎo)航消息計算出至少一衛(wèi)星弧。然后，在步驟S705中，根據(jù)已知衛(wèi)星弧確 定計算條件。即，選擇一個衛(wèi)星位置。在第一子區(qū)間中，先由步驟S203或步驟S702中確定 的衛(wèi)星位置中導(dǎo)出計算條件。之后，在任意一個后續(xù)區(qū)間中，計算條件則由先前子區(qū)間的近 似解導(dǎo)出。在本發(fā)明的另一實施例中，微處理器35可以僅由已收集的衛(wèi)星導(dǎo)航消息計算出 一個衛(wèi)星位置作為計算條件，而不是計算對應(yīng)于衛(wèi)星導(dǎo)航消息的所有衛(wèi)星弧。在步驟S710中，使用對應(yīng)于已選擇的衛(wèi)星位置的作用力成分來估計簡化作用力 模型F(X*，、)的多個參數(shù)，其中在任意參考時間(reference epoch) tk, X*可以通過六個 開普勒軌道元素代替。此外，簡化作用力模型的參數(shù)，例如各項作用力成分，亦需要考慮與 衛(wèi)星關(guān)聯(lián)的信息來進(jìn)行估計，其中與衛(wèi)星關(guān)聯(lián)的信息包括衛(wèi)星幾何信息以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息 等，其中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息包含地球定向因子(earth orientation factor)以及天球與地球系 統(tǒng)(celestial and terrestrial system)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。然后，在步驟S730中產(chǎn)
生運動方程式^^=F(X*，t)。并在步驟S740中，通過簡化作用力模型的計算單元對該運動
方程式進(jìn)行計算以在步驟S750中產(chǎn)生衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)片段X*(ti+1)。衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù) 片段X*(ti+1)表示從時間、至?xí)r間ti+1的軌跡。隨后，在步驟S760中微處理器35檢查參 考時間ti+1是否為預(yù)設(shè)時間周期的最后參考時間tf。如果不是，則在步驟S765中，微處理 器35設(shè)置i = i+1。即，微處理器35將計算衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的下一片段。在計算預(yù)設(shè)周 期期間、至tf的所有衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)片段之后，獲得全部延伸的衛(wèi)星軌跡X*(t)(步驟 S770)。在步驟S750中，X*(t)是衛(wèi)星繞地球軌跡或軌道的近似數(shù)值解。因此，X*(t)實際 上為參考軌跡。出于快速計算考慮，參考軌跡用于短期軌跡延伸(short-term trajectory extension)。否則，通過調(diào)整模型算法，參考軌跡可用于更長并且更精確的延伸。一旦所需的信息充分，微處理器35就可開始計算延伸的軌跡。例如，如果GNSS接 收器20僅在短時間內(nèi)接收到廣播的衛(wèi)星導(dǎo)航消息，即使GNSS接收器20之后與衛(wèi)星信號失 去聯(lián)系，微處理器35也可為延伸的軌跡區(qū)段計算出衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)。如果另外有衛(wèi)星消 息輸入，則微處理器35將會重新計算延伸的軌跡。如前所述，微處理器35可以基于儲存其 中的舊數(shù)據(jù)計算衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)。如前所述，除了簡化作用力模型外，調(diào)整軌道模型亦可用于預(yù)測衛(wèi)星軌跡。圖8 為用于計算軌跡的已調(diào)整軌道模型方案的流程圖。通常來講，軌道是運動軌道方程的唯一 (特別)解。已調(diào)整軌道模型使用一系列未知的軌道參數(shù)來定義衛(wèi)星軌跡，從而描述衛(wèi)星的運動。軌道參數(shù)限定為n個參數(shù)，包括軌道的六個開普勒軌道元素以及額外的動力參數(shù) (dynamic parameter)。在已調(diào)整軌道模型中，額外的動力參數(shù)qm描述作用于GNSS衛(wèi)星上 的額外擾動加速度。對于已調(diào)整軌道模型，方程式(1)變?yōu)槿缦路匠淌?3)
權(quán)利要求
1.一種使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法，應(yīng)用于移動設(shè)備中，該使用 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法包括獲得衛(wèi)星的至少一條衛(wèi)星導(dǎo)航消息； 根據(jù)已獲得的該衛(wèi)星導(dǎo)航消息確定計算條件；根據(jù)該計算條件估計衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型的多個參數(shù)，以建立已估計衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型；通過使用該已估計衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型計算一組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)； 根據(jù)該組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)計算捕獲輔助數(shù)據(jù)；以及 通過使用該捕獲輔助數(shù)據(jù)捕獲該衛(wèi)星的信號。
2.如權(quán)利要求1所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法，其特征在 于，進(jìn)一步包括調(diào)整該衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型的該計算條件以找到該衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型的優(yōu)化 狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法，其特征在 于，該多個參數(shù)是考慮衛(wèi)星幾何信息或坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息中的至少一個而進(jìn)行調(diào)整。
4.如權(quán)利要求1所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法，其特征在 于，該衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型為簡化作用力模型，該簡化作用力模型是通過多個擾動力成分參 數(shù)化，以及該多個參數(shù)與該多個擾動力成分相關(guān)聯(lián)。
5.如權(quán)利要求4所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法，其特征在 于，該組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)分為多個軌跡片段，并且該組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)是通過逐個地 整合該多個軌跡片段而計算獲得。
6.如權(quán)利要求1所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法，其特征在 于，該衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型為調(diào)整軌道模型，該調(diào)整軌道模型通過多個軌道參數(shù)而參數(shù)化。
7.如權(quán)利要求6所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法，其特征在 于，該多個軌道參數(shù)包括多個開普勒軌道元素。
8.如權(quán)利要求7所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法，其特征在 于，該多個軌道參數(shù)進(jìn)一步包括多個動力參數(shù)，該多個動力參數(shù)用以描述作用于該衛(wèi)星的 多個額外擾動加速度。
9.如權(quán)利要求1所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法，其特征在 于，該衛(wèi)星導(dǎo)航消息包括從包括廣播星歷表、歷書、衛(wèi)星位置狀態(tài)向量以及衛(wèi)星速度狀態(tài)向 量的群組中選擇的信息。
10.如權(quán)利要求1所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法，其特征在 于，該衛(wèi)星導(dǎo)航消息是由外部源而非該移動設(shè)備獲得。
11.如權(quán)利要求1所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法，進(jìn)一步包括對于該衛(wèi)星確定是否存在有效的星歷表，其中，若存在該有效的星歷表，則根據(jù)該有效的星歷表計算該捕獲輔助數(shù)據(jù)；若不存在 該有效的星歷表，則根據(jù)該衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)計算該捕獲輔助數(shù)據(jù)。
12.一種使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置，使用于移動設(shè)備中，該使用 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置包括接口，用以獲得衛(wèi)星的至少一條衛(wèi)星導(dǎo)航消息；以及微處理器，用以根據(jù)該衛(wèi)星導(dǎo)航消息確定計算條件，根據(jù)該計算條件估計衛(wèi)星軌跡預(yù) 測模型的多個參數(shù)，從而建立已估計衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型，通過使用該已估計衛(wèi)星軌跡預(yù)測 模型計算一組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)，并根據(jù)該組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)計算捕獲輔助數(shù)據(jù)，以及 通過使用該捕獲輔助數(shù)據(jù)捕獲該衛(wèi)星的信號。
13.如權(quán)利要求12所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置，其特征在 于，該微處理器調(diào)整該衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型的該計算條件，以找到該衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型的優(yōu) 化狀態(tài)。
14.如權(quán)利要求13所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置，其特征在 于，該多個參數(shù)是考慮衛(wèi)星幾何信息或坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息中的至少一個而進(jìn)行調(diào)整。
15.如權(quán)利要求12所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置，其特征在 于，該衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型是由多個擾動力成分參數(shù)化的簡化作用力模型，并且該多個參數(shù) 與該多個擾動力成分相關(guān)聯(lián)。
16.如權(quán)利要求15所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置，其特征在 于，該組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)分為多個軌跡片段，并且該組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)通過逐個地整 合該多個軌跡片段而計算獲得的。
17.如權(quán)利要求12所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置，其特征在 于，該衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型為調(diào)整軌道模型，該調(diào)整軌道模型通過多個軌道參數(shù)而參數(shù)化。
18.如權(quán)利要求17所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置，其特征在 于，該多個軌道參數(shù)包括多個開普勒軌道元素。
19.如權(quán)利要求18所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置，其特征在 于，該多個軌道參數(shù)進(jìn)一步包括多個動力參數(shù)，該多個動力參數(shù)用以描述作用于該衛(wèi)星的 多個額外擾動加速度。
20.如權(quán)利要求12所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置，其特征在 于，該衛(wèi)星導(dǎo)航消息包括從包括廣播星歷表、歷書、衛(wèi)星位置狀態(tài)向量以及衛(wèi)星速度狀態(tài)向 量的群組中選擇的信息。
21.如權(quán)利要求12所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置，其特征在 于，該衛(wèi)星導(dǎo)航消息是從外部源而非該移動設(shè)備獲得。
22.如權(quán)利要求12所述的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置，其特征在 于，該微處理器進(jìn)一步確定對于該衛(wèi)星是否存在有效的星歷表，若存在該有效的星歷表，該 微處理器則根據(jù)該有效的星歷表計算該捕獲輔助數(shù)據(jù)；若不存在該有效的星歷表，該微處 理器則根據(jù)該衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)計算該捕獲輔助數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法及裝置。其中使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置包括接口，用以獲得衛(wèi)星的至少一條衛(wèi)星導(dǎo)航消息；以及微處理器，用以根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航消息確定計算條件，根據(jù)計算條件估計衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型的多個參數(shù)，從而建立已估計衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型，通過使用已估計衛(wèi)星軌跡預(yù)測模型計算一組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)，并根據(jù)該組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)計算捕獲輔助數(shù)據(jù)，以及通過使用捕獲輔助數(shù)據(jù)捕獲衛(wèi)星的信號。本發(fā)明提供的使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法及裝置，當(dāng)遠(yuǎn)程接收器無法與服務(wù)器建立連接時，無需執(zhí)行開放式搜尋就能計算捕獲輔助數(shù)據(jù)，因此顯著降低對計算能力的要求。
文檔編號G01S19/24GK101995579SQ20091020875
公開日2011年3月30日 申請日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月25日
發(fā)明者翁錦堂 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司