[发明专利]自主式轨道传播系统与方法

说明书

相关申请

本申请要求于2007年11月9日提交的美国临时专利申请No.60/986,972的权益，所述申请整体在此结合作为参考。

技术领域

本发明涉及预测和使用导航卫星的轨道位置数据的方法和装置，所述数据可由诸如全球定位系统(GPS)卫星、其它的全球导航卫星系统(GNSS)和其它卫星系统或其组合来提供。

背景技术

卫星定位和卫星位置预测广泛地用于许多应用，例如汽车导航系统和便携式GPS装置。举例来说，为了计算一个位置，GPS装置上的GPS接收器装置需要在时间测距信号(即在信号从卫星天线发出时，所述信号的时间标志)中的GPS卫星的位置。该卫星轨道信息是由卫星在射频(RF)数据链路上以卫星定位模型的形式提供。该模型使用一组轨道根数，称为′星历表′，其只于有限时间内有效，通常为4小时，但也可使用长达6小时。GPS卫星在RF数据链路上广播星历表数据，而GPS接收器则不断监测和解调该数据流，以获取最新的星历表。由卫星传送的星历表称为“广播星历表”。

星历表数据为数学轨道弧(orbit arc)模型，其使GPS装置可计算一组方程，并可获得在4至6小时模型适用期(model fit period)之内的任何时间的卫星位置。虽然该模型允许计算超出4至6小时有效期的卫星位置，但其精度一般会退化到在1天内约1公里的水平。如需更详细的GPS和星历表模型的说明，可参看由Parkinson and Spilker主编的“Global Positioning System：TheoryandApplications(《全球定位系统：理论和应用》)”，卷1，第2章(信号结构，signalstructure)，第4章(星历表模型，ephemeris model)，和第9章(导航方案，navigationsolutions)。

在GPS的情况下，在良好观测条件下并且是对星历表作第一次解调下，其通常要用约18至30秒来解调从特定卫星接收的广播星历表。在干扰和/或衰减的RF环境下，诸如城市环境或室内场所下，会使解调的质量参差或困难。由于会导致45秒或更长时间的首次定位时间(Time-To-First-Fix)(TTFF)(有可能完全不能定位)，因而会影响用户的感受，而且可能会缩短GPS装置的电池寿命。TTFF是GPS装置取得卫星信号和导航数据并计算位置方案所需的时间。对于进行冷启动的GPS装置，TTFF可以超过15分钟。在某些情况下，GPS信号太弱而不能忠实地解调导航数据，但所述信号的强度又足以通过使用当代的接收器来跟踪。如果所述接收器设有备用的星历表源，而不需要依赖广播星历表，GPS装置的性能就可改善，而TTFF可缩短至几秒钟，即使是在衰减条件下，并且可使电池寿命延长。GPS装置还可使用无Z计数(no Zcount)技术来计算定位，从而增加导航设备的用途。

除了广播星历表之外，还提供备用的星历表源的技术通常称为辅助GPS(AGPS)。现在存在着若干种的AGPS，包括实时辅助技术和合成辅助(也称为预测或延伸星历表式)技术。实时辅助技术的传播实际的从固定GPS基准站网络预先收集的广播星历表，所述固定GPS基准站网络将从每一基准站所看到的每一卫星接收的所有当前广播星历表中继到中央数据中心。参考数据(或辅助)由AGPS服务器转变成可通过通信网络接线传递到GPS装置的格式。

合成辅助技术使用AGPS服务器来预测或合成在未来几天或几周的卫星定位数据(或辅助)，并会将该非实时的合成辅助数据通过通信网络接线或与主机诸如个人计算机的直接接线而传递到GPS装置，而不是实时收集和中继真实的广播星历表数据。上文所论述的AGPS技术的重大限制是，它们需要通过某种形式的接线或网络或直接连接到服务器，以便将辅助数据下载到GPS装置。

一些GPS装置缺乏外部连接功能、网络，又或者在某些情况下，有连接功能的设备可能无法与服务器建立长期的连接。在这些状况下，GPS装置不能使用上述的AGPS技术而影响了其性能。此外，使用实时辅助技术的装置在下载辅助数据时会消耗网络资源。如果广播星历表的有效期可延长至较长时间，超出正常的4至6小时窗口，对于大多数GPS装置应用而言，就可减少网络开销和改善TTFF的性能。GPS行业已经展示一些计划，试图通过直接预测广播星历表模型的各种开普勒项的将来值来延长广播星历表的可用时期。然而，在开普勒模式之内的操作大大地限制了GPS装置的性能，以致不能可靠地预测这些值超过一天或上下以外。