[发明专利]在不使用广播星历信息的情况下确定位置

说明书

技术领域

本公开的实施例涉及基于卫星的定位系统和方法。更具体地，本公开的实施例涉及在不使用广播形式的星历(ephemeris)信息的情况下确定位置。

背景技术

基于卫星的定位系统包括地球轨道卫星星座，其恒定地向接收器发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)，其包括也称作GPS卫星的地球轨道卫星、人造卫星(satellite vehicle)、或太空交通工具(space vehicle)的星座。GPS卫星以非常精确的轨道每天绕地球两周，并且向地球发送信号信息。卫星信号信息被GPS接收器接收，GPS接收器可以在便携式或移动单元中、或者在基站和/或服务器上的固定位置处。

GPS接收器使用卫星信号信息来计算接收器的精确位置。总体上，GPS接收器将卫星发送GPS信号或卫星信号的时刻与在接收器处接收该信号的时刻相比较。卫星信号接收和发送之间的时间差为接收器提供了关于接收器距发送卫星的距离的信息。使用来自多个附加卫星的伪距(pseudo-range)测量(是伪的，这是因为该距离信息偏离了与GPS卫星时钟和接收器时钟之间的偏移成比例的量)，接收器可以确定其位置。GPS接收器使用来自至少四个卫星的接收信号来计算三维位置(经度、纬度、高度)，或者使用来自至少三个卫星的接收信号来计算二维位置(如果高度已知)。

随着GPS技术变得更加经济和简洁，其在消费者应用方面变得越来越普及。例如，GPS系统用于专用航空和商业航空器以及职业和娱乐的划船人的导航。GPS的其它流行的消费者使用包括在汽车导航系统、假设设施、和农业机械中的使用、以及徒步旅行者、登山骑车者、滑雪者的使用、等等。此外，许多基于位置的服务现在可得到，诸如资产跟踪、分路段选路(turn-by-turnrouting)、寻找伙伴。因为GPS技术具有如此多的消费应用，其作为各种便携电子设备所拥有的附加应用变得日益流行，所述各种便携电子设备如个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、和个人计算机、等等。GPS技术在消费者中的流行导致了增大对GPS所提供给消费者的位置信息的依赖，而这反过来导致了对于下述GPS系统的渴求，该GPS系统即使在其运行在不理想的情况下时也提供可靠的位置信息。

GPS卫星信号如视线那样行进，这意味着其将穿过云、玻璃、塑料，但是不能穿过大多数固体物体，诸如建筑物和山。那么，通常，GPS接收器在任何地方都是可用的，除了在其不能接收足够卫星信号的地方，诸如在一些建筑物内部、在山洞和其它地下场所中、以及在水下。GPS接收器在确定位置信息时，典型地依赖于来自卫星信号的信息，缺少卫星信号使得不可能进行位置确定。该卫星信号信息包括发给接收器的带有星历和历书(almanac)数据的伪随机码。伪随机码是标识正发送相应信号的卫星而且帮助接收器进行测距测量的代码。历书数据告诉GPS接收器在跨越几天或者几周的宽时间间隔上，在任何时间，星座的每个GPS卫星应该在的位置。星历数据进行同样的工作，但是在几个小时的短得多的时间间隔上而精确得多。

每个卫星持续发送的广播星历数据包括关于卫星轨道、该轨道信息的有效性的时间的重要信息。特别地，GPS卫星的广播星历数据预测在大约四个小时的未来间隔上的卫星状态。该状态预测包括卫星位置、速度、时钟偏差(bias)、时钟漂移(drift)的预测。更具体地，广播星历数据描述具有额外校正的开普勒元素椭圆(Keplerian element ellipse)，其然后允许在广播星历数据的有效性的时间段期间的任何时刻计算在地固地心(Earth-centered，Earth-fixed，ECEF)直角坐标系中卫星的位置。典型地，广播星历数据对于确定位置是基本的。

考虑到广播星历数据仅在四个小时间隔有效并且对于位置确定是基本的，因此在如当先前收集的广播星历数据的有效时间已过时接收器需要计算卫星状态的时刻，要求GPS接收器收集新的广播星历数据。该新广播星历数据可以作为来自GPS卫星的直接广播或者来自服务器的再发送(re-transmitted)而被收集。但是，存在不可能从GPS卫星或者从服务器收集新广播星历数据的情况。作为其中不可能收集新广播星历数据的情况的示例，卫星信号的低信号强度能够防止从所接收的卫星信号解码/解调星历数据，客户能够在服务器的覆盖范围之外，和/或服务器能够出于多种原因而不可用，等等。当新广播星历数据不可得时，GPS接收器通常不能提供位置信息。