[发明专利]用于预测的和实时辅助的GPS系统的分布式轨道建模和传播方法

说明书

技术领域

本发明描述了一种用于建模、预测并利用卫星轨道的方法和装置，其中数据处理被分布在中央服务器和客户端之间。具体地说，本发明应用于全球定位系统(GPS)的卫星，但同样适用于其它全球导航卫星系统(GNSS)以及其它未来的或计划中的卫星系统。本发明涉及一种在移动通信网中的预测GPS系统，其中预测GPS客户端可以将卫星轨道从由预测GPS服务器提供的用于数天的初始种子数据集传播到未来，而在定位精度上具有最小的退化，并利用预测的数据辅助在该装置上的或与该装置连接的GPS芯片。这种预测辅助依次地有助于加速首次定位时间(TTFF)功能，优化位置求定的计算，并且提高了该装置上的或与该装置连接的GPS芯片的灵敏度。

本发明利用GPS或其它全球导航卫星系统(GNSS)的轨道预测，以将参数集种到嵌在移动装置中的轨道传播器中，提供了以移动装置的精确导航所需的保真度传播GPS轨道的能力。该预测的准确性由安装在移动装置内的传播器的保真度和无法对作用在GPS卫星上的力精确建模所限制。只是为了方便起见，使用GPS来描述本发明。对于本发明的目的，这里描述的发明同样适用于其它GNSS，例如GLONASS(俄罗斯全球导航卫星系统)和伽利略卫星定位系统(Galileo)或其它未来或计划中的卫星定位系统。说明书上下文中使用的移动客户端的概念也只是为了方便描述本发明。对于本发明的目的，这里描述的同样适用于任何远程客户，无论是移动的或是固定的。

背景技术

卫星定位和预测被广泛使用在许多应用中。值得注意的是，GPS的用户在传输测距信号时需要GPS卫星的位置，以便计算位置求定。目前这个轨道信息是由卫星在射频(RF)数据链接上以卫星定位模型的形式提供的。该模型采用类开普勒(Keplerian-like)轨道根数(orbital element)集，也称为星历，其在通常为4至6小时的有限时间期间内有效。GPS卫星广播星历数据，且接收机解调来自射频数据链接的星历数据，射频数据链接不断监测该数据流以得到更新的星历。星历数据是一个模型，它允许用户评估一组方程，即对轨道弧形拟合的数学模型，并在该模型拟合过程中取得任何时间上的卫星位置。虽然该模型允许评估超出4至6小时有效期的卫星位置，但准确性逐渐劣化。

在传统的GPS应用中，这种方法就足够了，因为GPS接收机可以无阻碍地看到卫星，且星历模型的评估对接收机的计算能力要求很低。然而，在现代应用中，例如在移动装置如移动电话中嵌入的GPS接收机，在移动装置中的GPS接收机不能无阻碍地看到卫星，且经常必须工作在弱信号环境中。这严重限制了这种类型的分布卫星定位模型的应用，因为不能可靠地从卫星收到星历模型。

与传统GPS接收机相似，当前移动装置中的GPS接收机尽可能地持续解调广播星历，以提供自主操作。然而，由于恶劣的工作环境和快速定位时间的要求，这些接收机通常配备有辅助或协助数据，以得到快速的首次定位时间(TTFF)和提高的灵敏度。这种对GPS提供辅助或协助的技术通常称为辅助或协助GPS(AGPS，辅助全球卫星定位系统)。减小的首次定位时间(TTFF)和提高的灵敏度中的一个主要因素是，消除了在直接卫星信号采集之前解调广播星历数据的要求。

虽然可以使用其它类型的辅助数据，例如相对范围的估计、预测哪个卫星在视线之内、相对的卫星多普勒偏移、时间和频率协助，本发明的焦点在于AGPS的卫星轨道成分。对于许多AGPS系统，广播星历是从GPS基准站的网络提供的，它提供预先格式化的基准数据。该数据被AGPS服务器转化成工业标准格式，然后通过移动通信网络传送到移动装置。这些GPS基准站设置在固定安装位置，在该位置可以无阻碍看到卫星并因此可以得到广播星历和将广播数据在移动通信链接上提供到嵌入式GPS接收机。虽然这对在移动装置中的GPS接收机上解调广播星历流是一种改进，但它对移动装置内的GPS接收机有过高的要求：持续连接到移动通信网络和在移动通信网络上传递数据。此外，它要求在GPS基准站和将AGPS数据提供到移动装置的移动通信网络之间实时连接。这种从GPS基准站到移动通信网络然后最终到达嵌入在移动装置内的GPS接收机的数据流的安排，在其数据路径中的几个点不是在任何给定的时刻都可用的。本发明减少了对移动通信网络的连接和数据传输上的要求，也减轻了与辅助数据传输相关的时延。