專利名稱：確定gps定位的方法及其gps接收機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及確定GPS定位的方法及其GPS接收機。
PCT專利申請(公開號WO02/099454A2)涉及產生和分配衛(wèi)星跟蹤信息的方法和裝置。具體說來，該申請標題為“背景技術”的部分中承認，其困難是，NAVSTAR GPS接收機從GPS衛(wèi)星下載星歷表(衛(wèi)星軌道和時鐘數據)時信號強度較低；并且這一問題的輔助GPS(AGPS)解決方案中，GPS信號中的星歷表數據是由GPS接收機在參考站處接收，并傳送到使用該星歷表的遠端GPS接收機而不是直接從GPS衛(wèi)星傳來以獲取定位的。WO02/099454A2中指出，由于AGPS星歷源最終是GPS衛(wèi)星，因此星歷表的有效性僅保持幾小時(由于標準NAVSTAR GPS星歷表所描述的是簡化的衛(wèi)星軌道模型)。這樣，AGPS使得遠端GPS接收機必須定期地或者每次需要進行定位時與星歷表信息源相連，以確保其具有最新的星歷表。如果沒有最新的星歷信息，遠端GPS接收機將無法精確地確定其位置。
如該專利權利要求1中所描述的發(fā)明WO02/099454A2中描述了這樣一種方法根據在GPS接收站處接收的標準星歷表數據，產生長期衛(wèi)星跟蹤數據(用于長期星歷表模型的數據)。該長期衛(wèi)星跟蹤數據大體上被傳送到遠端GPS接收機，而該接收機可以在沒有接收到更新的廣播星歷信息的情況下工作幾天。這似乎是長期衛(wèi)星跟蹤數據的產生是通過使長期星歷模型的參數與最新標準星歷歷史配合來完成的，其中，在超過由GPS衛(wèi)星廣播的標準星歷參數有效的2小時的時間內，該模型不僅與星歷表歷史對應，而且也與未來星歷表對應。WO02/099454A2中提示，采用遞歸法，使長期星歷表模型參數與最近的標準星歷表歷史配合。但遞歸法是一種最小平方計算法，計算煩瑣。另外，無法采用從標準星歷表模型參數獲取GPS定位的標準算法。因此，人們需要有一種從長期星歷表模型獲取GPS定位的更完善的算法。
本發(fā)明的目的是提供一種無需接收機總是接收更新星歷表就能確定GPS位置的改進的可選方法。
按照本發(fā)明的這樣一種方法包含下述步驟(i)提供對應于GPS衛(wèi)星發(fā)送的星歷表的標準GPS星歷表；(ii)提供包括至少一種參數的補充GPS星歷表，該參數描述了標準GPS星歷表的至少一個衛(wèi)星軌道隨時間的波動；(iii)測量與GPS衛(wèi)星的偽距；以及(iv)根據分別在步驟(i)和步驟(ii)中標準的和補充的GPS星歷表以及步驟(iii)中測得的偽距，確定GPS的位置。
補充的GPS星歷表可以包括至少一個描述步驟GPS星歷表(例如對應于月亮周期或太陽周期)的至少一個衛(wèi)星軌道參數隨時間波動的頻率分量。
本發(fā)明還提供了一種如權利要求5至9中所述的相應的GPS接收機，以及如權利要求10至13所述的相應的服務器。
發(fā)明人已經認識到，標準星歷表的衛(wèi)星軌道參數隨時間的變化一定是使得這種變化可以用模型來表示的，因而可以在定位之前，校正標準星歷表隨時間的誤差。因此，本發(fā)明提供了一種計算不煩瑣的方法，從而在無需總是要求接收更新的星歷表的情況下提供確定GPS位置的方法。這就使得不僅提供了一種與WO02/099454A2中所揭示的相比具有性能提高的服務器，而且還提供了一種其自身能夠根據由GPS接收機直接從GPS衛(wèi)星接收的標準GPS星歷表歷史來確定至少一個補充GPS星歷表參數的GPS接收機。
下面參照附圖，舉例描述本發(fā)明。圖中，
圖1蜂窩電話網的地形圖，其中的移動蜂窩電話MS1包含按照本發(fā)明工作的GPS接收機；圖2示出更詳細的移動蜂窩電話MS1；圖3示出更詳細的基站BS1；圖4示出廣播星歷表參數隨時間的變化；以及圖5示出按照本發(fā)明工作的單獨的GPS接收機。
圖1中示意示出傳統(tǒng)蜂窩電話網1的地形圖。網絡中包含有多個基站BS，圖中示出了位置相互隔開的7個基站BS1至BS7。這些基站中的每一個基站都包含有由位于任一站點或服務區(qū)的中繼系統(tǒng)控制器操縱的完整的無線發(fā)射機和接收機。這些基站的各服務區(qū)SA1至SA7相互重疊，如圖中陰影線所示，從而總體覆蓋整個區(qū)域。系統(tǒng)還包含系統(tǒng)控制器SC，分別提供與每一基站BS1至BS7的雙向通信鏈接。每一條通信鏈路可以是一條專用的路基線。另外，系統(tǒng)控制器SC可以與公共交換電話網(PSTN)相連，用以在移動蜂窩電話MS1和與該網絡相連的用戶間建立通信。
如圖2所示，圖中示出了更詳細的移動蜂窩電話MS1，它包含與通信天線20相連并且受通信微處理器(Comm μm)22控制的通信發(fā)射機(Comm Tx)和接收機(Comm Tx)21，用以和與之登記注冊的基站BS1進行通信。蜂窩電話網中這種雙向通信電話的設計和制造是眾所周知的。下文中，與本發(fā)明無關的部分將不再贅述。
除了傳統(tǒng)的移動電話構件以外，電話MS1進一步包括與GPS天線23相連并且受GPS微處理器(GPS μc)25控制的GPS接收機(GPSRx)24，用以接收從軌道GPS衛(wèi)星發(fā)射的GPS擴譜信號。運作時，GPS接收機24可以通過天線23接收NAVSTAR SPS GPS信號，并且通常是通過無源帶通濾波以便使帶外射頻(RF)干擾為最小、前置放大、下變頻至中頻(IF)以及模數轉換而對所接收的信號進行前置處理。所得到的數字化IF信號未經調制，仍然含有所有來自衛(wèi)星的信息，并且饋送到GPS微處理器25的存儲器。獲取GPS信號，并對其進行跟蹤，以便得到偽距信息，從該偽距信息中，可以采用傳統(tǒng)的導航算法來確定移動電話的位置。獲取并跟蹤GPS信號的這些方法是眾所周知的，例如，可參見GPS Principle and Applications(Editor，Kaplan)ISBN 0-89006-793-7Artech House的第4章(GPS satellite signal characteristics)以及第5章(GPS satellite signal acquisition and tracking)。GPS微處理器25的構成可以呈通用微處理器的形式，也可以與通信微處理器22相同，或者是一種嵌入在GPS專用集成電路(ASIC)中的微處理器。
圖3中示意示出了蜂窩電話網基站BS1。除了傳統(tǒng)的基站部件以外，它還包含GPS天線34、接收機35以及微處理器36。這些部件基本上連續(xù)工作，因而基站總是擁有最新的GPS衛(wèi)星信息。該信息包括當前觀察到的軌道衛(wèi)星(這些衛(wèi)星是電話和相關的基站(甚至是宏單元、一邊朦朧)所共有的)；含有最新歷書和星歷表數據的GPS數據消息，以及基站所觀測到的GPS衛(wèi)星信號的多普勒頻移和當前編碼相位。
一旦請求，蜂窩電話網基站BS1(用作服務器)向移動蜂窩電話MS1提供最新歷書和星歷表數據以及基站所觀測到的GPS衛(wèi)星信號的多普勒頻移和當前編碼相位。另外，按照本發(fā)明，蜂窩電話網基站BS1還向移動蜂窩電話MS1提供已經確定的補充星歷表數據，這些數據描述的是與衛(wèi)星軌道相關隨時間變化的15種標準星歷表參數的變化，從而可以在超過2小時以外的時間里對標準星歷表參數進行校正，而2小時時間通常是標準星歷表參數視為有效的時間。
標準NAVSTAR GPS星歷表含有15種隨時間變化的基本軌道參數(1)半主軸的平方根，(2)偏心度，(3)軌道半徑的正弦諧波校正項的幅值，(4)軌道半徑的余弦諧波校正項的幅值，(5)與計算值的平均移動差，(6)在基準時間處的平均異常，(7)緯度幅角的余弦諧波校正項的幅值，(8)緯度幅角的正弦諧波校正項的幅值，(9)傾斜角的余弦諧波校正項的幅值，(10)傾斜角的正弦諧波校正項的幅值，(11)每周軌道平面上升節(jié)點的徑度，(12)基準時間的傾斜角，(13)傾斜角的變化率，(14)近地點幅角，以及(15)右上升(right ascension)的變化率。
發(fā)明人已經發(fā)現，上述每一參數(P)隨時間的變化(除了(偏心度)以外)可以采用下述等式來形成模型P＝C1+C2t+Csuncos(2πfsumt+φsun)+Cmooncos(2πfmoont+φmoon)式中t是從本年度開始起的時間 并且，C1、C2、Cmoon和Φsun和Φsun是僅采用少量的歷史數據為每一星歷表參數確定的常數。圖4示出在2002年為衛(wèi)星2在兩小時(T)內測得的以弧度(RAD)表示的傾斜角。很明顯，產生了偏移和漂移(上述等式中用C1+C2t)表示)以及由于太陽效應和月亮效應而產生的周期變化(以cos(2πfsunt+φsun)和cos(2πfmoont+φmoon)表示)。
因此，按照本發(fā)明，由基站BS1決定并提供到移動電話MS1的補充星歷表包含有14組6個常數，每一組描述了15個標準星歷表參數中14個參數隨時間的變化。
軌道偏心度的變化并非必須以上述等式來形成其模型。但是幸運的是，其他某些標準星歷表參數不會變化到這樣的程度，使得標準星歷表在通常被看作是有效的2小時以外的時間里輕松保持有效。不管是在哪一種情況下，可以通過例如對第一、第二級變化進行外插或多項式曲線逼近，來形成更長時間的偏心度變化?？梢圆捎没綛S1來確定描述這種變化的參數，并傳送到移動電話MS1。
上述例子給出了有關基于服務器的A-GPS類型的技術方案。但是，如上所述，給定所包含的簡化計算方法，可以提供一種GPS接收機，其自身能夠根據從該GPS接收機直接從GPS衛(wèi)星接收的標準GPS星歷表歷史，來決定補充的GPS星歷表。圖5中示意示出了這樣一種單獨的GPS接收機。當接收機能夠接收GPS信號并從中直接導出星歷表數據(從而獲得星歷表歷史)時，可以確定描述星歷表變化的參數。因此，也許當信號條件是這樣的時候，可以從該GPS信號來測得偽距，但無法對有關GPS信號的星歷表數據消息進行解調，可以采用早些時候確定的補充星歷表所校正的老的星歷表數據來提供精確的星歷表并因此確定位置。
通過閱讀本說明書，對本領域中的普通技術人員顯而易見的是，可以存在其他的修改形式，并且還可以包含GPS接收機及其元部件的設計、制造和使用中已知的其他特征，這些特征可以用來取代本說明書中所描述的那些技術特征。
最后，盡管本發(fā)明是參照美國國防部已開發(fā)并且當前正使用的NAVSTAR GPS、全天候、間距導航系統(tǒng)來描述的，但應當理解，本發(fā)明同樣可以應用于包括GLONASS和加利略及其組合形式的其他全球定位系統(tǒng)。
權利要求
1.一種確定GPS定位的方法包含下述步驟(i)提供相應于GPS衛(wèi)星所發(fā)送的星歷表的標準GPS星歷表；(ii)提供補充GPS星歷表，它包括至少一個參數，所述參數描述標準GPS星歷表的至少一個衛(wèi)星軌道參數隨時間的波動；(iii)測量距離GPS衛(wèi)星的偽距；以及(iv)確定距離分別在步驟(i)和(ii)中所提供的標準GPS星歷表和補充GPS星歷表以及在步驟(iii)中測得的偽距的GPS定位。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述補充GPS星歷表包括描述標準GPS星歷表的至少一個衛(wèi)星軌道參數隨時間波動的頻率分量的至少一個參數。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述或至少一個頻率分量對應于月亮周期。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述或至少一個頻率分量對應于太陽周期。
5.一種GPS接收機，用來根據下述要素，確定GPS定位(i)相應于由GPS衛(wèi)星發(fā)送的星歷表的標準GPS星歷表；(ii)補充的GPS星歷表，它包括至少一個參數，所述參數描述所述標準GPS星歷表的至少一個衛(wèi)星軌道參數隨時間的波動；以及(iii)所測得的從所述GPS接收機到GPS衛(wèi)星的偽距。
6.如權利要求5所述的GPS接收機，其特征在于，所述補充GPS星歷表包括至少一個這樣的參數，所述參數描述所述標準GPS星歷表的至少一個衛(wèi)星軌道參數隨時間波動的頻率分量。
7.如權利要求6所述的GPS接收機，其特征在于，所述或至少一個頻率分量對應于月亮周期。
8.如權利要求6所述的GPS接收機，其特征在于，所述或至少一個頻率分量對應于太陽周期。
9.如權利要求5所述的GPS接收機，其特征在于，所述接收機還用來根據由所述GPS接收機直接從所述GPS衛(wèi)星接收的所述標準GPS星歷表歷史，來確定所述補充GPS星歷表的至少一個參數。
10.一種用來向遠端GPS接收機發(fā)送補充GPS星歷表的服務器，其特征在于，所述星歷表包括至少一個參數，所述參數描述了與GPS衛(wèi)星所發(fā)送的星歷表對應的標準GPS星歷表的至少一個衛(wèi)星軌道參數隨時間的波動。
11.如權利要求5所述的服務器，其特征在于，所述補充GPS星歷表包括至少一個這樣的參數，所述參數描述了所述標準GPS星歷表的至少一個衛(wèi)星軌道參數隨時間的波動的頻率分量。
12.如權利要求11所述的服務器，其特征在于，所述或至少一個頻率分量對應于月亮的月周期。
13.如權利要求11所述的服務器，其特征在于，所述或至少一個頻率分量對應于年周期。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種確定GPS位置的方法，它帶有相應的GPS接收機以及用于該接收機的服務器。該方法包含下述步驟(i)提供相應于GPS衛(wèi)星發(fā)送的星歷表的標準GPS星歷表；(ii)提供補充星歷表，它包括描述標準GPS星歷表的至少一個衛(wèi)星軌道參數隨時間波動的至少一個參數；(iii)測量距GPS衛(wèi)星的偽距；以及(iv)根據步驟(i)和和(ii)分別提供的標準GPS星歷表和補充GPS星歷表以及步驟(iii)中測得的偽距，確定GPS定位。
文檔編號G01S1/00GK1784611SQ200480012261
公開日2006年6月7日 申請日期2004年4月28日 優(yōu)先權日2003年5月7日
發(fā)明者A·薩卡, A·T·于爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司