CN100480728C - 确定接收机的位置和/或定位系统的系统时间 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在定位系统中确定接收机的位置和/或精确系统时间的方法。接收机接收和跟踪由定位系统的信标发射并包括已知的规律性的编码调制信号。为了能够有改善的定位，提出该方法包括：建立覆盖地球的区域(20)的网格，该网格可为多个信标所见，所述接收机在特定的参考时刻从所述信标接收和跟踪编码调制信号。该方法还包括基于由所述接收机接收和跟踪的编码调制信号的测量的编码相位、基于可用的辅助数据和基于作为参考位置的所述网格交点中至少一个选定的交点来确定接收机的位置和/或系统时间。本发明还同样地涉及对应的设备和对应的定位系统。

Description

确定接收机的位置和/或定位系统的系统时间

发明领域

本发明涉及用于在定位系统中确定接收机的位置和/或精确系统时间的方法。接收机接收和跟踪由定位系统的信标发射的编码调制信号，该编码调制信号包括一个有已知的规律性(regularity)的分量。本发明同样地涉及对应的接收机、包括接收机的设备、能够与接收机通信的设备以及包括至少一个接收机和能够与接收机通信的设备的系统。

发明背景

一种基于对信标所发射信号的评估的周知定位系统是GPS(全球定位系统)。GPS中的星群是由超过20颗被用作环绕地球的信标的人造卫星组成。这些人造卫星的分布保证从地球的任何点上通常可看见五颗到八颗之间的人造卫星。

每一颗被称为空间飞行器(SV)的人造卫星发射两个微波载波信号。这些载波信号之一L1被用来携带标准位置服务(SPS)的导航消息和编码信号。L1载波相位由每个人造卫星用不同的C/A(粗捕获)码调制。这样，获得不同的信道来由不同的人造卫星进行传输。在1MHz带宽上扩展频谱的所述C/A码每1023位重复一次，该码的历元(epoch)为1ms。L1信号的载频进一步用比特率为50比特/秒的导航信息调制，该信息特别包括天文历数据。天文历参数描述各个人造卫星的轨道的短扇区(short section)。基于这些天文历参数，一种算法能够估计对大概2-4小时内的任何时间，该人造卫星的位置和速度，在这段时间期间，卫星在相应的所描述的扇区内。天文历数据还包括时钟校正参数，其指示人造卫星时钟对于通用GPS时间的当前偏差。

另外，每六秒报告一个周时(time of week)TOW计数，作为导航消息的另一个部分。

位置待确定的GPS接收机接收由当前可用的人造卫星发射的信号，并且接收机的一个跟踪单元基于不同的所包括的C/A码来检测和跟踪由不同的人造卫星使用的信道。首先，接收机确定由每个人造卫星发射的测距(ranging)码的发射时间.通常，估计的发射时间包括两个分量。第一分量是从来自人造卫星的信号中解码的导航消息提取的TOW计数，其具有六秒的精度。第二分量是基于在接收机的跟踪单元中接收到指示TOW的位的时间来开始对历元(epoch)和码片的计数。历元和码片计数为接收机提供特定接收到的位的毫秒和亚毫秒级的发射时间。检测到的历元边缘还指示所接收信号的编码相位。

基于测距码的发射时间和测量的到达接收机处的时间TOA，确定测距码从人造卫星传播到接收机所要求的飞行时间TOF。这个TOF乘以光速，就转换为接收机和各个人造卫星之间的距离。特定的人造卫星和接收机之间的所计算的距离被称为伪距，因为通用GPS时间在接收机中不被精确知道。通常，接收机基于一些初始的估计来计算测距码的精确到达时间，并且初始时间估计越精确，位置和精确时间计算就越高效。参考GPS时间能够但不是必须由网络提供给接收机。

这样，人造卫星的计算的距离和估计的位置便允许对接收机的当前位置进行计算，因为接收机位于起始于一组人造卫星的伪距的交叉处。为了能够计算在三维中接收机的位置以及接收机时钟的时间偏移，要求来自四个不同GPS人造卫星信号的信号。

如果导航数据在接收机信道之一上可得，那么包括在所接收信号中的发射时间的指示还能在时间初始化中被用来校正接收机中的时间误差。在GPS中，定位需要一个初始时间。对于初始时间估计，人造卫星信号的大概0.078秒的平均传播时间被加到从导航信息提取的测距码的发射时间上。其结果被用作测距码到达时间的初始估计，该估计处于该精确的到达时间附近的20ms内。接着，接收机为不同的人造卫星确定各个测距码离开人造卫星的时间。使用当前时间的初始估计，接收机将伪距测量形成为按秒计或者通过光速进行换算而按米计的时间间隔，在此时间间隔期间，各个测距码从人造卫星传播到接收机。在从确定的伪距计算接收机的位置之后，能接着从标准的GPS等式以1μs的精度计算精确的到达时间。

但是，为了能够利用这样的时间初始化，需要来自人造卫星的导航数据。当前，多数GPS接收机被设计用于具有来自人造卫星的良好信号水平的户外操作。这样，只有良好的传播条件才能保证可得到所描述的时间初始化所要求的导航数据.

在恶劣的传播条件下，作为对比，不可能从接收的人造卫星信号中足够精确地提取导航消息，因为高的比特错误率和微弱的信号水平使得不可能进行导航位的健壮解码。这样恶劣的传播条件通常出现在室内，使得时间初始化和伪距测量更加的困难。

对于那些因为导航数据有噪声而不能应用标准时间初始化方法的情况，接收机的时间初始化过程能通过一种时间恢复方法执行。时间恢复方法的细节已经例如在

 J的“Possibilities for GPSTime Recovery with GSM Network Assistance”，ION GPS 2000的会议录，2000年9月中给出。但是，这种方法通常要求该接收机的一个参考位置。

发明内容

本发明的一个目的是使得能够改善接收和跟踪编码调制信号的接收机的定位，而不利用接收的信标信号中的导航信息，该编码调制信号由定位系统的信标发射并且包括一个已知规律性的分量。特别的，一个目的是使得能够快速确定接收机的位置和/或精确的系统时间，而不需要参考位置。

该目的的达成是利用一种方法，其包括建立一个覆盖地球的区域的网格的步骤，该网格对于多个信标是可见的，接收机在指定的参考时刻从这些信标接收和跟踪编码调制信号。还提出了该方法包括基于由接收机接收和跟踪的编码调制信号的测量的编码相位、基于可用的辅助数据和基于作为参考位置的网格交点中至少一个选定交点来确定接收机的位置和/或系统时间的步骤。网格的交点也在后面将被之为网格点。

该目的还利用接收机实现，用包括接收机或者具有一些其他设备、或者包括用于执行所提出方法的步骤的装置的的电子设备实现。如果处理是在另一个单元而不是在接收机中执行的，则关于所接收信号的被要求信息由接收机转发到这个单元。所提出的其他设备可例如是一个网络的网络元件。该目的还用包括接收机和一个设备的系统实现，在该系统中接收机或者该设备包括用于执行所提出方法的步骤的装置。如果接收机执行处理，该设备可将确定接收机位置的过程中所要求的辅助数据提供给接收机。

本发明的进行是考虑了地球可由一个网格覆盖，覆盖的方式是接收机的每个可能位置位于到达网格的最近交点的预定距离内，使得最近的交点为接收机的位置组成一个良好的近似位置.可评估每个网格点以确定它是否是当前接收机的最近网格点.本发明的进行还考虑了评估覆盖地球整个表面的所有网格点在接收机中实施是否要求太多的处理能力和时间。因此，提出了网格被限制在该接收机必须位于的区域。该区域能被可靠地确定为对于所有那些信标可见的区域，接收机能够在特定的时刻从所述那些信标接收信号。该区域随时间变化，但是通过具有相当小的最大误差的参考时间，该区域可以被非常精确地确定。由例如6个人造卫星在给定的时刻所覆盖的区域比地球的整个表面小许多。

本发明的一个优点是，使得能够确定位置和系统时间估计，但不要求一个参考位置或者解调该信标信号的导航消息。结果，在恶劣信号条件下的定位变得可能，并具有合理的计算负荷。与使用覆盖整个地球的网格的方法比较，显著地减少了所要求的计算量。本发明还允许使用任何可进一步限制网格点的位置的信息，这可能导致计算负荷另外的减少。这样的信息可以例如是接收机位于的国家的知识。如果接收机位于一个小国家，那么该国家的区域能用于限制该定位。

本发明的另一个优点是使得能够计算接收机中或者包括接收机的设备中的位置。

本发明还具有优点是，与传统的基于良好信号来寻找人造卫星和解决定位的方法相比，它能够减少到第一定点(fix)的时间，即减少直到确定第一位置的时间.同样，能利用本发明减少从良好质量信标信号获得系统时间的时间。GPS信号的子帧的大小是例如6秒，而对于传统的方法，必须等待，直到在接收机中接收到它用于从该子帧确定GPS时间为止。

本发明的更进一步的优点是，与传统方法相比能够减少能量消耗，因为接收机只需要确定接收的信号的编码相位并能够在其间切断。

本发明同样有一个优点是，只基于所接收信号的的编码相位，例如GPS信号的C/A码相位，同时不要求来自所接收的信标信号的天文历和伪距。所使用的辅助数据可例如从网络检索。

即使在干净信号(clear signal)条件下，用提出的方法获得的位置可以比传统的解决方案更精确，因为考虑了正常情况下由于不足的信号强度而未予考虑的信标的信号.

本发明的优选实施例从属权利要求变得更清楚。

在基于确定的可见区域中的网格点来确定接收机的近似位置之前，有利地其他的网格点可从计算中排除。这可基于若干条件在一个或者多个附加步骤中完成.

用来进一步限制的第一条件优选地是基于接收机的时钟误差。基于各个网格点的位置和对应的人造卫星位置之间的地理距离，能为每个网格点确定假设的时钟误差。接着，该假定的时钟误差与预测的时钟误差比较。基于各个接收的编码调制信号的编码相位的测量，来计算预测的时钟误差，所述编码相位组成正确时间的精确分数。假设的时钟误差和预测的时钟误差之间的差别超过预定值的所有网格点可被排除在进一步的评估之外。为网格的每个点执行假设的和预测的时钟误差的比较，而不计算其本身的位置。并且，该计算方法可利用近似来非常快速地实现。例如，该计算可以被实现为整数计算，而不是浮点数字计算。这样，该途径适合于导致从进一步的评估中快速地排除大量网格点。

网格点的附加限制优选地可由用于确定接收机位置的第一、粗略的途径实现。

本发明的优选实施例中，该步骤是基于最小化一个简化的费用函数，该费用函数评估预测的和测量的编码相位之间的偏差。通过在接收机测量编码相位和通过测量校正来确定测量的编码相位。测量校正可包括电离层校正、人造卫星时钟校正等.例如，基于人造卫星的位置、基于从人造卫星的信号的近似行进时间、基于参考时间和基于接收机假定的正确位置，由接收机的硬件来确定预测的编码相位。通过从各个网格点进行的合适迭代来计算大概的精确位置。在2或者3个迭代步骤后，显示出该解是否收敛和遵从一些其他条件，例如费用函数的结果值是否在预定限制以下。在该解不收敛或者不与另外的条件一致的情况下，停止计算并且丢弃所涉及的网格点。通过这一途径，可以显著地减少网格点。

最后，从剩下的网格点中确定正确的网格点，即最接近接收机实际位置的网格点。例如，这可以通过用5D时间恢复方法达到，该方法被用于为所有剩余的网格点计算位置和系统时间。术语5D时间恢复方法意味着该时间恢复具有5个要被优化的变量，即系统时间、位置的三维和时钟误差。

利用提出的一系列步骤，在最初可能有超过100000个网格点，同时精确的时间恢复只需要对例如10个网格点执行。这样，避免了相当多的不必要的计算量.

一个估计从接收的信号中提取的导航信息的传统接收机必需在定位可开始以前接收至少6秒的导航消息，而一旦辅助数据出现，提出的方法便能开始.这样，用提出的方法获得的到第一定点的时间甚至可能比传统的方法小。另外，可以达到较低的能耗，因为与整个导航消息相反，使用所提出方法的接收机只需要测量该码，该码在GPS中具有一毫秒的长度。

如上所指出的，根据本发明的方法所要求的计算可在接收机本身中执行或者在接收机外部的一些单元中执行。在接收机与诸如蜂窝电话的移动终端集成在一起时，所述计算能例如在移动通信网络的网络元件中执行，接收机将所要求的测量结果发射到所述网络元件。另外，计算所要求的任何辅助数据在发射机本身可得，或者由一些外部单元提供。特别的，这样提供的辅助数据可包括用于从其上接收信号的人造卫星的天文历参数、伪距校正参数和参考时间，它们可能具有多达几分钟的延迟。

优选地，但不是必须的，根据本发明的方法作为软件实现。

信标尤其可以是，但并非必须是人造卫星或者网络的基站。

优选地，但不是必须的，接收机是GPS接收机而信标是GPS空间飞行器。本发明还能被用在例如未来扩展的带有新信号的GPS系统中，特别地，所述新信号是例如在规划的新L2C(L2民用)信号和规划的新L5信号，以及用在其它类似的基于信标的定位系统中，诸如Galileo。L2C信号和L5信号例如在Richard D.Fonata，Way Cheung，and TomStansell在GPS World，2001年9月的文档“The Modernized L2 CivilSignal”中给出。这些新信号具有与L1信号相比略略不同的编码长度，L1信号也具有提出的方法中的效果。例如，如果编码变得更长，则可以增加网格大小。

附图说明

根据随后结合附图考虑的详细描述，本发明的其他目的和特征将变得清楚。

图1是说明本发明的方法的一个优选实施例的流程图；和

图2用举例的方式显示在给定的时间点的三颗人造卫星的可视区域。

本发明的详细描述

图1是描述本发明的方法实施例的四个基本步骤的流程图.该方法可例如实现为包括GPS接收机的设备中的软件代码。接收机接收来自那些当前对接收机来说是可见的GPS卫星的信号。由于恶劣的传播条件，接收机可能不能从接收的信号提取导航消息，但是它能够对从至少6个人造卫星接收的信号执行C/A码相位测量。

该设备能够访问参考时间t_ref，该参考时间与精确的GPS系统时间比较延迟了0-60秒。而且该设备访问至少6个人造卫星的天文历数据和伪距校正参数，例如用于电离层校正.辅助数据可能在设备本身中可得，或者可由一些设备外部的单元提供.包括接收机的该设备可例如是移动电话，并且辅助数据可由移动电话所连接的通信网络提供。

在解释本发明的方法本身之前，首先给出一个本地范围配合(rangefitting)方法，图1方法的若干步骤是基于所述配合方法的等式。

范围配合是一种在接收机确定的人造卫星信号的C/A码相位与特定的所选位置间的配合程度的量度。范围配合被定义为：

q_i(t，r，b)＝frac_λ(φ_i+ε_i+b-‖s_i(t-τ_i)-r‖)   (1)

在这个等式中，

t   是在接收机接收信号的未知的GPS系统时间，

r   是接收机的未知的三维位置，

b   是在接收机上未知的时钟偏置，

φ_i  是在接收机处对n个人造卫星中的第i个人造卫星进行的C/A码相位的、以米计的测量。

ε_i  是n个人造卫星中的第i个人造卫星的C/A码相位测量中以米计的近似误差的补偿，所述误差例如是由大气对各个人造卫星信号传播的影响和由地球旋转所引起的，

s_i(t)是在时刻t的n个人造卫星中的第i个人造卫星的位置，

τ_i  是从n个人造卫星中的第i个人造卫星到用户的信号以秒计的近似行进时间，通常大约为0.078s，和

frac_∧是一个分数算子，被确定为 ${\mathrm{frac}}_{\mathrm{\Λ}}x=x-\mathrm{\Λround}\frac{x}{\mathrm{\Λ}},$ 其中∧是以米计的C/A码序列长度，大概为300km.

这样，如果接收机的假设的位置是正确的位置并且如果辅助数据是正确的，则等式(1)中的自变量frac_∧对应于各个人造卫星s_i的位置和接收机r的位置之间以∧的整倍计的距离。如果假设的位置r和/或辅助数据，特别是假设的时间t和假设的时钟偏置b不很正确，则范围配合q构成残余误差，即与这个∧的精确倍数的偏差。

表示 $x=\left[\begin{array}{c}t\\ r\\ b\end{array}\right]$ 以及 $q\left(x\right)=\left[\begin{array}{c}{q}_1\left(x\right)\\ \·\\ \·\\ \·\\ q_n\left(x\right)\end{array}\right],$ 因此，给出总和费用函数的平方为：

$f\left(x\right)=\frac{1}{2}{\left|\right|q\left(x\right)\left|\right|}^2,---\left(2\right)$

如果n>5，则该费用函数具有全球最小近似，具有值X＝(T，R，B)，其中T是在接收机接收信号的真实时间，R是接收机的真实位置，和B是接收机上的真实时钟偏置。

如果此外已知初始值x₀＝(t₀，r₀，b₀)，那么

$\mathrm{\&kappa;}|T-t_0|+\left|\right|R-r_0\left|\right|+|B-b_0|<\frac{1}{2}\mathrm{\&Lambda;},---\left(3\right)$

其中设置k为大约710m/s，以考虑最大可能的多普勒效应，这样当从这些初始值x＝(t₀，r₀，b₀)开始进行时，等式(2)的费用函数的最小值可通过随后的本地范围配合迭代方法的迭代来有效地达到：

x_k+1＝xk-[q′(x_k)^Tq′(x_k)]^-1q′(x_k)^Tq(x_k).    (4)

因为时间被限定在1分钟内，所以建议确定人造卫星的位置以构建人造卫星轨迹的三次方厄密内插，例如由Korvenoja P.和Piché R.在“Efficient Satellite Orbit Approximation(有效的卫星轨道近似)，Proceedings of the ION GPS 2000，2000年9月”中描述的。一旦计算了多项式，它们就可用于整个过程。在一个间隔在，这个短的、三次多项式给出十分精确的位置和速度估计，并且它们非常快去评估。

当要确定一个设备的位置时，该设备基本上能位于地球上的任何位置。在图1中呈现的四个步骤的每一个步骤使得能够丢弃这些位置中的一些。

在图1所示方法的第一步骤中，该设备确定对该设备位置的搜索所被限制到的地球表面上的区域。

该设备必须位于这样一个位置，在该位置处所有从其接收信号的人造卫星都在地平线以上。相对地，该设备的位置必须位于一个同时被所有从其接收信号的人造卫星可见的区域中。这样，位置搜索可被限制在这个区域中。

为了说明，图2显示了一个表示地球的球体，在上面用一条虚线描述赤道。一个人造卫星可见的区域是地球球体的一部分。三个人造卫星中各人造卫星可见的部分在图中被相应的圆周线21-23限制。接收机必须位于三个部分的相交部分内，以便能够看见所有的人造卫星。所有三个人造卫星同时可见的区域20在图2中由网格表示。人造卫星本身没有显示在图中。显然，当考虑更多的人造卫星时，例如考虑另外三个人造卫星时，区域20将被另外地限制.

当人造卫星移动时，可见区域自然也变化，但是由于假设真实时间被限制在t_ref和t_ref+60s之间，所以这个变换是无关紧要的。

当且仅当 $\&ForAll;i:s_i^{T}r\&GreaterEqual;r_{\mathrm{Earth}}^2$ 时，在地球表面的点r属于可见区域。可见区域的形状像具有弯曲边缘的多边形，并且可能至少近似地、解析地求解它的顶点。

一旦在给定时刻，例如在t_ref+30s确定可见区域，就组成一个覆盖该可见区域的网格，使得在该可见区域中的任何点都位于离开最近的网格点最多d米处。网格间隔d应当被设置为0和∧/2之间的值，例如100km。

使用d＝100km的网格间隔，通常在由6个人造卫星可见的区域中总共有500到3000个网格点。如果网格足够密集，那么至少其中一个网格点满足上面的不等式(3)，并且当从这个网格点开始进行时，在上面等式(4)中的本地范围配合迭代收敛。

对于可见区域中的每个网格点，时间和位置现在是已知的。在下面每个步骤期间，对照一些条件来评估网格点，以便能够丢弃不合适的网格点。

在图1中指出的第二步骤中，首先基于一个近似时钟偏置值的确定来减少网格点。

近似时钟偏置b必须使得等式(1)的范围配合q_i(x)对于n个人造卫星的每一个人造卫星足够小。因此，b必须满足下面的等式：

$\underset{i}{\max }\left|q_i(t_{\mathrm{ref}},r,b)\right|<(\frac{1}{2}\mathrm{\&Lambda;}-q_{\mathrm{tresh}}).---\left(5\right)$

在这个等式中的值q_tresh是范围配合q的一个初始配合阈值，这必须被设置为0和∧/2之间的一个合适值，比如70km.如果q_tresh被设置为0，那么b的任何值将满足该关系，并且被接受为可能的时钟偏置值。在另一方面，使q_tresh＝∧/2，将不接受b的值。

该第二步骤要求根据本发明的方法的描述实施例中的大部分执行时间。因此，它必须十分有效率地执行。只为一些时钟偏置值检查条件(5)，这些时钟偏置值的间隔用参数β定义。例如，β＝40km的建议值将产生8个不同的时钟偏置值b来检查.假设8个人造卫星，在最坏的条件下，这将对应于条件(5)的大约3000*8*8≈200000个评估。例如，如果矢量模(norm)的平方根用粗略表查找近似和/或如果换算变量使得∧映射到一些合适的2的幂上以便frac_∧能用单个AND命令计算，那么q_i(x)的计算可十分有效地实现。为了补偿由这些近似引起的误差，必须相应地减少q_tresh。

如果不能为满足有给定阈值q_tresh的等式(5)的特定网格点找到初始时钟偏置b，就可以得出该网格点不在真实位置R附近的结论。这样，该网格点被丢弃.对于恰当选择的阈值q_tresh，只有大约5％到10％的网格点可能通过图1中说明的方法的第二步骤的这个测试。

在第三步骤中，基于范围配合迭代的等式(4)、通过粗略的搜索来进一步减少剩下的网格点。

粗略搜索的目的是快速排除剩余网格点中的大多数，这些网格点将不会收敛到等式(4)中的真实位置，且因此不能作为等式(2)中费用函数的最小值的基础。

有几种可能性来使得能够快速排除大量的网格点。

例如，等式(1)的范围配合q₁(x)可以通过各种方式近似。例如可以通过忽略地球旋转补偿、通过使用恒定值来近似伪距校正、和通过使用在人造卫星位置计算中的恒定行进时间补偿来达到。

另外，计算等式(4)的两个或者三个迭代步骤就足够了，因为对于许多网格点而言，到那时收敛或者发散将是明显的.并且，从等式(4)中一个迭代步骤到下一个得到的结果中的一大步指示了一个发散。每次迭代还必须位于由等式(3)定义的区城内。

在每个迭代步骤之后，还可检查当前位置估计的海拔是否仍然在预定的海拔下限h_L1和预定的海拔上限h_H1之间。

还有加速排除网格点的另一个可能性是检查用于特定网格点的x的最终值是否导致比预定阈值f_treash1小的费用函数值f(x)。

未在根据等式(4)的迭代中导致收敛或者不满足所提出的附加条件之一的各个网格点将在图1中说明的方法的第三步骤中被丢弃。

必须注意，使用越多的近似，海拔和费用函数边界h_L1、h_H1和f_treash1就必须更宽松，以便考虑近似误差。

在图1中说明的方法的第四步骤中，为每个还通过第三步骤中的粗略评估的网格点发起根据等式(4)的全精度本地范围配合搜索。

对于剩余的一些网格点，该搜索将在迭代中不能收敛，那么这些网格点也能被丢弃。

但是，对于大多数的剩余网格点，该搜索将产生一个等式(2)的费用函数的本地最小值。在这些网格点中，另外还丢弃所有那些导致费用函数的最小值超过另一个预定值f_treash2的网格点，或者其具有的海拔不在预定的海拔下限h_L1和预定的海拔上限h_H1之间的网格点。

在理想的情况下，此时只有一个网格点留下，并且这个网格点被当作想要的时间位置偏置解。

如果找到满足所有要求的若干网格点，那么它们可能几乎互相相等，且由从靠近全局最小值的不同起始点开始的迭代得到。在这样的情况下，网格点之一可被选作为最终的解并且忽略其他的网格点。

但是，如果得到多个不同的解或者根本没有满足所有条件的网格点，那么定位失败。为了无论如何得到一个结果，可以修改该方法使用的参数用于一个新的搜索.

例如，可以假设因为太松散的搜索点而遗漏了真实位置。在这个情况下，可缩小参数d、β和q_tresh并再次开始搜索.

另外，可比所期望的更多地延迟参考时间。在这种情况下，可用间隔[t_ref+60s，t_ref+120s]再次执行搜索.

还可以假设参考时间不正确或者根本没有参考时间。在这种情况下，可确定其间可见区域非空的时间间隔。取决于人造卫星的数量，该时间间隔大约为30分钟到3个小时。确定的时间间隔接着被划分成每个一分钟的片断，并且再次对于每一个片断执行搜索直到找到合适的网格点。

基本地，该方法使用大的d、β和q_tresh值运行得更快。但是，太大的值将引起定位的失败，如前所述.最优值的选择，即那些在大多数情况下给出最快位置固定而不损害可靠性的值的选择取决于不同的因子，例如使用的人造卫星数量、参考时间中最大允许的误差、测量噪声的量、计算中的舍入误差，以及对于执行时间，是取决于实际的实现.使用假设的值：d＝100km、β＝40km和q_tresh＝70km，根据仿真，99.5％的情况可以预期取得成功。

在根据本发明的方法的一个替换实施例中，在达到下一个步骤之前，并不为所有的各个剩余的网格点来完成图1的步骤2到4。然而，每个网格点在评估下一个网格点之前运行通过步骤2到4。尤其是如果在恰恰首先处理的点中找到真实位置，则这将节约一些处理时间。

如果可以得到附加的信息，则根据本发明的方法可由该附加的信息支持。如果可以得到位置信息，则可在本发明的第二实施例中通过首先检查附近的网格点而应用该信息。例如，如果知道两个小时以前设备的位置，那么假设该设备在该点的几百公里内是合理的。这样，应当首先搜索该区域。并且，用户所位于的国家的知识允许首先排除“不可能的”网格点。

需要注意所描述的实施例能在本发明的范围内以各种方式变化。

Claims (28)

1.在定位系统中确定接收机的位置和/或精确的系统时间的方法，所述接收机接收和跟踪由所述定位系统的信标发射且包括一个已知规律性的分量的编码调制信号，所述的方法包括：

-建立覆盖地球的区域的网格，该区域可为所述定位系统的多个信标所见，所述接收机在特定的参考时刻从所述信标接收和跟踪编码调制信号；和

-基于由所述接收机接收和跟踪的编码调制信号的测量的编码相位、基于辅助数据和基于被选作为参考位置的所述网格的交点中至少一个交点来确定所述接收机的位置和/或系统时间。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述多个信标包括至少6个信标。

3.如权利要求1所述的方法，其中在确定所述接收机的位置之前通过与所述接收机所在区域有关的信息来进一步缩小由所述网格覆盖的区域。

4.如权利要求1所述的方法，其中以下这些交点不能用作为参考位置，对于所述这些交点，一方面基于各个交点和任何所述多个信标之间的地理距离所确定的假设的时钟误差，和另一方面基于所述测量的编码相位的各个人造卫星的预测的时钟误差之间的差别超过预定值。

5.如权利要求1所述的方法，其中不合适的交点不能用作为参考位置，所述不合适的交点是基于一个用于确定接收机的位置的方式来确定的。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述方式是一个简化的5维时间恢复方法。

7.如权利要求5所述的方法，其中所述方式包括最小化一个费用函数，该费用函数包括至少一个取决于作为自变量的相应参考位置的残余误差。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述方式包括具有最多三个迭代步骤的迭代，该迭代用于至少为所述网格的选择的交点确定一个精细化的参考位置。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述方式包括基于至少为所述选择的交点确定一个精细化的参考位置的迭代，来为所述费用函数最小化一个近似费用函数。

10.如权利要求8或9所述的方法，其中如果交点在所述迭代中导致发散的精细化参考位置，则所述交点被认为是不合适的交点。

11.如权利要求8或9所述的方法，其中如果交点在两个连续的迭代步骤中导致具有相互之间超过预定差别的差别的精细化参考位置，则所述交点被认为是不合适的交点。

12.如权利要求8或9所述的方法，其中如果交点在所述迭代步骤之一中导致对应于一个超过第一预定海拔或者处于第二预定海拔之下的海拔的精细化参考位置，则所述交点被认为是不合适的交点。

13.如权利要求8或9所述的方法，其中如果交点在预定数量的迭代步骤之后导致引起一个费用函数的值、而该费用函数的值超过预定值的精细化参考位置，则所述交点被认为是不合适的交点。

14.如权利要求1所述的方法，其中基于5维时间恢复方法将选择的所述网格的交点用作参考位置，来确定所述接收机的位置和/或所述系统时间。

15.如权利要求1所述的方法，其中通过最小化一个费用函数来确定所述接收机的位置和/或所述系统时间，该费用函数包括至少一个取决于作为自变量的相应参考位置的残余误差。

16.如权利要求15所述的方法，其中为精细化的参考位置最小化所述费用函数，该精细化的参考位置是通过一个收敛迭代确定的，该收敛迭代是从一个由选择的所述网格的交点给出的相应参考位置开始进行的。

17.如权利要求1所述的方法，其中检查一个特定的交点是否由于任何预定的条件而不能作为确定所述接收机的位置的基础，这是在检查一个相应的另外的交点是否不能作为确定所述接收机的位置和/或所述系统时间的基础之前进行。

18.如权利要求17所述的方法，其中检查所述交点的顺序是基于有关所述接收机位置的信息确定的.

19.如权利要求1所述的方法，其中如果用所述可用辅助数据未能得到所述接收机的位置和/或所述系统时间，则用不同的辅助数据重复所述的方法。

20.一种设备，包括：

-用于接收和跟踪来自一个定位系统的信标的编码调制信号的接收装置，所述信号包括已知的规律性的分量；和

-用于建立覆盖地球的区域的网格的处理装置，该区域可为所述定位系统的多个信标所见，所述设备在特定的参考时刻从所述信标接收和跟踪编码调制信号，并且该处理装置用于基于由所述设备收和跟踪的编码调制信号的测量的编码相位、基于辅助数据和基于被选作为参考位置的所述网格的交点中至少一个交点来确定所述设备的位置和/或精确的系统时间。

21.如权利要求20所述的设备，该设备是GPS接收机。

22.一种包括如权利要求20或21所述的设备的电子设备。

23.如权利要求22所述的电子设备，其中所述电子设备是能够连接到网络的移动终端。

24.一种设备，包括：

-用于从一个接收机接收有关由一个定位系统的信标发射和由所述接收机接收和跟踪的编码调制信号的信息的装置，所述信号包括一个已知的规律性的分量；和

-用于建立覆盖地球的区域的网格的处理装置，该区域可为所述定位系统的多个信标所见，所述接收机在特定的参考时刻从所述信标接收和跟踪编码调制信号，并且该处理装置用于基于由所述接收机接收和跟踪的编码调制信号的测量的编码相位、基于辅助数据和基于被选作为参考位置的所述网格的交点中至少一个交点来确定所述接收机的位置和/或精确的系统时间。

25.如权利要求24所述的设备，该设备是一个网络的一个网络元件。

26.一种定位系统，包括：

-包括用于接收由信标发射且包括已知的规律性的编码调制信号的装置，和提供有关接收的编码调制信号的信息的装置；和

-根据权利要求24或者25所述的设备。

27.一种定位系统，包括：

-一个根据权利要求20或21所述的设备；和

-用于将辅助数据提供给所述设备的装置，用于使所述设备能够确定它的位置和/或系统时间。

28.如权利要求27所述的定位系统，其中所述设备是一个网络的一个网络元件。

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