[發明專利]用于預測的和實時輔助的GPS系統的分布式軌道建模和傳播方法

有效

• 申請號: 201310447462.3
• 申請日: 2007-11-19
• 公開（公告）號: CN103543457B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: J·W·拉曼斯;M·伊根;G·羅伊-瑪查比
• 申請（專利權）人: RX網絡股份有限公司
• 主分類號: G01S19/25
• 分類號: G01S19/25
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 張欣

本申請是申請日為2007年11月19日，申請號為200780102196.3，名為“用于預測的和實時輔助的GPS系統的分布式軌道建模和傳播方法”申請的分案申請。

技術領域

本發明描述了一種用于建模、預測并利用衛星軌道的方法和裝置，其中數據處理被分布在中央服務器和客戶端之間。具體地說，本發明應用于全球定位系統（GPS）的衛星，但同樣適用于其它全球導航衛星系統（GNSS）以及其它未來的或計劃中的衛星系統。本發明涉及一種在移動通信網中的預測GPS系統，其中預測GPS客戶端可以將衛星軌道從由預測GPS服務器提供的用于數天的初始種子數據集傳播到未來，而在定位精度上具有最小的退化，并利用預測的數據輔助在該裝置上的或與該裝置連接的GPS芯片。這種預測輔助依次地有助于加速首次定位時間（TTFF）功能，優化位置求定的計算，并且提高了該裝置上的或與該裝置連接的GPS芯片的靈敏度。

本發明利用GPS或其它全球導航衛星系統（GNSS）的軌道預測，以將參數集種到嵌在移動裝置中的軌道傳播器中，提供了以移動裝置的精確導航所需的保真度傳播GPS軌道的能力。該預測的準確性由安裝在移動裝置內的傳播器的保真度和無法對作用在GPS衛星上的力精確建模所限制。只是為了方便起見，使用GPS來描述本發明。對于本發明的目的，這里描述的發明同樣適用于其它GNSS，例如GLONASS（俄羅斯全球導航衛星系統）和伽利略衛星定位系統（Galileo）或其它未來或計劃中的衛星定位系統。說明書上下文中使用的移動客戶端的概念也只是為了方便描述本發明。對于本發明的目的，這里描述的同樣適用于任何遠程客戶，無論是移動的或是固定的。

背景技術

衛星定位和預測被廣泛使用在許多應用中。值得注意的是，GPS的用戶在傳輸測距信號時需要GPS衛星的位置，以便計算位置求定。目前這個軌道信息是由衛星在射頻（RF）數據鏈接上以衛星定位模型的形式提供的。該模型采用類開普勒（Keplerian-like）軌道根數（orbital element）集，也稱為星歷，其在通常為4至6小時的有限時間期間內有效。GPS衛星廣播星歷數據，且接收機解調來自射頻數據鏈接的星歷數據，射頻數據鏈接不斷監測該數據流以得到更新的星歷。星歷數據是一個模型，它允許用戶評估一組方程，即對軌道弧形擬合的數學模型，并在該模型擬合過程中取得任何時間上的衛星位置。雖然該模型允許評估超出4至6小時有效期的衛星位置，但準確性逐漸劣化。

在傳統的GPS應用中，這種方法就足夠了，因為GPS接收機可以無阻礙地看到衛星，且星歷模型的評估對接收機的計算能力要求很低。然而，在現代應用中，例如在移動裝置如移動電話中嵌入的GPS接收機，在移動裝置中的GPS接收機不能無阻礙地看到衛星，且經常必須工作在弱信號環境中。這嚴重限制了這種類型的分布衛星定位模型的應用，因為不能可靠地從衛星收到星歷模型。

與傳統GPS接收機相似，當前移動裝置中的GPS接收機盡可能地持續解調廣播星歷，以提供自主操作。然而，由于惡劣的工作環境和快速定位時間的要求，這些接收機通常配備有輔助或協助數據，以得到快速的首次定位時間（TTFF）和提高的靈敏度。這種對GPS提供輔助或協助的技術通常稱為輔助或協助GPS（AGPS，輔助全球衛星定位系統）。減小的首次定位時間（TTFF）和提高的靈敏度中的一個主要因素是，消除了在直接衛星信號采集之前解調廣播星歷數據的要求。

雖然可以使用其它類型的輔助數據，例如相對范圍的估計、預測哪個衛星在視線之內、相對的衛星多普勒偏移、時間和頻率協助，本發明的焦點在于AGPS的衛星軌道成分。對于許多AGPS系統，廣播星歷是從GPS基準站的網絡提供的，它提供預先格式化的基準數據。該數據被AGPS服務器轉化成工業標準格式，然后通過移動通信網絡傳送到移動裝置。這些GPS基準站設置在固定安裝位置，在該位置可以無阻礙看到衛星并因此可以得到廣播星歷和將廣播數據在移動通信鏈接上提供到嵌入式GPS接收機。雖然這對在移動裝置中的GPS接收機上解調廣播星歷流是一種改進，但它對移動裝置內的GPS接收機有過高的要求：持續連接到移動通信網絡和在移動通信網絡上傳遞數據。此外，它要求在GPS基準站和將AGPS數據提供到移動裝置的移動通信網絡之間實時連接。這種從GPS基準站到移動通信網絡然后最終到達嵌入在移動裝置內的GPS接收機的數據流的安排，在其數據路徑中的幾個點不是在任何給定的時刻都可用的。本發明減少了對移動通信網絡的連接和數據傳輸上的要求，也減輕了與輔助數據傳輸相關的時延。