[发明专利]改善的卫星时钟预测

说明书

技术领域

公开的实施例涉及基于卫星的定位系统和方法。更具体地，公开的实施例涉及基于接收到的广播星历调整时钟偏差预测。

背景技术

基于卫星的定位系统包括地球轨道卫星的星群，其不断地向接收器传送轨道信息和测距信号。基于卫星的定位系统的示例是全球定位系统(GPS)，其包括地球轨道卫星的星群，也被称为GPS卫星、卫星运载器、或宇宙飞行器(SV)。GPS卫星以非常精确的轨道每天绕地球两次，并向地球传送信号信息。该卫星信号信息由GPS接收器接收，GPS接收器可以在便携式或移动单元中，或在基站和/或服务器的固定位置中。

GPS接收器利用卫星信号信息来计算它的精确位置。一般地，GPS接收器比较卫星传输GPS信号或卫星信号的时间、以及接收时间。卫星信号接收和传输之间的这个时间差异向接收器提供有关从卫星到该接收器的距离的信息。利用从一些卫星得到的伪距测量值(因为距离信息被偏移了与GPS卫星时钟和接收器时钟之间的偏差成比例的量，所以是“伪”)，接收器可以确定它的位置。GPS接收器利用从至少四个卫星接收到的信号来计算三维位置(纬度、经度、海拔)，或利用从至少三个卫星接收到的信号来计算二维位置(如果海拔已知)。

GPS卫星信号通过视线行进，这意味着它们会穿过云、玻璃和塑料，但不能通过大多数固体，例如建筑物和山。因此，一般地，GPS接收器在各处都可用，除了不可能接收到足够的卫星信号的地方，例如一些建筑物内、洞穴中和其他地下位置、和水下。当确定位置信息时，GPS接收器通常依赖于来自卫星信号的信息，缺乏该信息就无法确定位置。这个卫星信号信息包括伴随着到达接收器的星历和历书数据的伪随机码。该伪随机码是标识传输相应信号的卫星并帮助接收器进行距离测量的码。所述历书数据告诉GPS接收器星群的每个GPS卫星在跨越几天或几星期的宽时间间隔内的任意时刻应处于的位置。星历数据做同样的事情，但精确得多，虽然仅在几小时这样的短得多的时间间隔内。

由每个卫星连续地传输的广播星历数据包括关于卫星轨道的重要信息、以及这些轨道信息的有效时间。具体地，GPS卫星的广播星历数据预测在未来大概四个小时间隔内卫星的状态。广播星历包括卫星位置、速度、时钟偏差和时钟漂移的预测。更具体地，所述广播星历数据描述具有附加修正的开普勒元素椭圆，其随后允许在广播星历数据有效时段期间的任意时刻，在以地球为中心、地球固定(ECEF)的矩形坐标集内计算卫星的位置。通常，广播星历数据对于确定位置来说非常关键。

考虑到广播星历数据仅仅在四个小时间隔内有效，并且对位置的确定非常关键，当先前收集的广播星历数据有效时间到期时，GPS接收器需要在该接收器要计算卫星状态时收集新的广播星历数据。依然有效的广播星历可以被称为“当前”广播星历。当前广播星历数据可以从GPS卫星作为直接广播被收集，或从服务器重传。然而，有不能从GPS卫星或服务器收集新的广播星历数据的情况。作为新的广播星历数据不能被收集的情况的示例，仅列举几项：卫星信号的低信号强度可能阻止了来自接收到的卫星信号的星历数据的解码/解调，客户端可能在服务器的覆盖范围之外，和/或服务器可能由于多种原因而不可用。当新的广播星历数据不可用时，GPS接收器通常不能提供位置信息。

为了处理对在没有接收到当前广播星历情况下可操作于确定卫星星历的GPS接收器的技术的需求，共同转让的美国专利第7142157号(‘157专利)公开了一种服务器，其为基于卫星的定位系统接收或收集卫星的历史状态数据，并对历史状态数据数值积分，以提供基于历史状态数据的卫星轨迹的预测(“扩展的星历”)。这些预测的卫星状态也可以被表示为卫星星历。

本领域的普通技术人员应该理解，术语“星历”随后在其严格的意义下使用。虽然在GPS领域中，惯于将GPS卫星的开普勒参数传输称为“广播星历”，但开普勒参数并不是真的卫星星历，而是从卫星星历导出的参数。因为将常规的从GPS卫星的开普勒参数传输称为“广播星历”在GPS领域是根深蒂固的做法，所以，从历史状态数据的数值积分得到的结果可以被称为“预测的卫星状态”或“扩展的星历”，以避免与例如开普勒参数这样的仅从卫星星历导出的参数混淆。