CN101408605A - 使用关于卫星定位系统的辅助数据的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

通过与移动SPS接收机的单向或双向通信，获得移动SPS接收机的视野中的卫星定位系统(SPS)卫星的有序组的方法和装置。在一个实施例中，所述移动SPS接收机从蜂窝网发射站点接收SPS卫星的有序组。所述卫星的有序组是那些在给定时刻所述移动SPS接收机的视野中的卫星；使得所述移动SPS接收机可根据所述SPS卫星的有序组的顺序来搜索SPS卫星。可通过各种方法来获得所述有序组的顺序，其中之一是通过使几何精度因子(GDOP)最小化。可以把卫星健康状况数据包含于所述发送中。

Description

使用关于卫星定位系统的辅助数据的方法和装置
本申请是申请日为2001年3月20日申请号为第01809746.4号发明名称为“使用关于卫星定位系统的辅助数据的方法和装置”的中国专利申请的分案申请。
发明领域
本发明涉及能够确定卫星的位置信息的接收机，尤其涉及在诸如美国全球定位系统(GPS)之类的卫星定位系统(SPS)中得到应用的接收机。
相关申请
本发明涉及并因此要求同一发明人Leonid Sheynblat的两个临时申请的申请日的利益。第1个临时申请是名为“Methods and Apparatus for UsingAssistance data Relating to Satellite Position Systems”的2000年3月20日申请的序列号60/190,600。第2个申请是名为“Methods and Apparatusfor Using Satellite Status information in Satellite PositioningSystems”的2000年8月25日申请的序列号60/228,258。
发明背景
GPS接收机通常通过计算由多重的GPS卫星同时发送的信号的到达时间来确定其位置。作为其消息的一部分，这些卫星发送卫星定位数据以及所谓“天文历”数据的时钟定时数据。搜索和获取GPS信号、读取多重的卫星的天文历数据以及从该数据中计算接收机的位置的处理是耗费时间的，常常要求几分钟。在许多情况下，该冗长的处理时间是不可接受的，而且大大地限制了小型化的便携应用中电池的寿命。
GPS接收系统有两个主要功能。第1个是对各种GPS卫星的伪距的计算，而第2个是对使用这些伪距和卫星定时及天文历数据对接收机的位置的计算。所述伪距仅仅是由本地时钟测量的卫星信号的到达时间。有时也把伪距的这种定义称为编码相位。一旦获取并跟踪GPS信号，从该信号中提取卫星天文历和定时数据。如上所述，收集该信息通常花费相对较长的时间(30秒至几分钟)，并必须用较佳的接收信号电平来完成，以便获得较低的差错率。
大多数GPS接收机利用相关法来计算伪距。通常用硬件相关器实时地进行这些相关法。GPS信号包含被称为伪随机(PN)序列的高速率重复信号。把可用于民用的编码称为C/A(粗略/捕获)编码，并且所述编码具有1.023MHz的二进制相位反转速率或“码片分割”速率，以及对于1毫秒的编码周期具有1023个码片的重复速率。所述编码序列属于被称为金码的系列，并且每个GPS卫星用唯一的金码广播信号。
对于所接收的来自给定GPS卫星的信号，在下变频处理到基带之后，相关接收机用所存储的包含于其本地存储器中的适当的金码的副本乘以所接收的信号，然后对乘积进行积分或低通滤波，以便获得对信号的出现的指示。把该处理称为“相关”操作。通过相对于所接收的信号顺序地调整所存的副本的相对定时，以及观察相关输出，接收机能够确定所接收的信号和本地时钟之间的时间延迟。把这样一个输出的出现的最初确定称为“捕获”。一旦捕获发生，处理进入“跟踪”阶段，在其中少量地调整本地基准的定时，以便维持高相关输出。可以把跟踪阶段期间的相关输出看作消除了伪随机码的GPS信号，或看作通用术语中的“解扩展”。该信号是窄带的，具有与每秒50比特的叠加于GPS波形之上的二进制相移键控(BPSK)数据相当的带宽。
所述相关捕获处理是非常耗时的，尤其当如果所接收的信号是弱的。为了改进捕获时间，大多数GPS接收机利用多重相关器(一般多达36个)，它允许并行搜索相关峰值。
由于卫星信号是视线式的，从而可由金属或其它物质阻隔，把常规GPS接收装置典型地设计成接收开放空间中的GPS信号。改进的GPS接收机提供允许在屋内，或在弱多径信号或纯粹反射信号的情况下跟踪GPS卫星信号的信号灵敏度。然而，捕获这样弱的GPS信号的能力一般引起其它问题。例如，对强和弱信号的同时跟踪可引起接收机锁定到互相关的信号，该信号不是真正的信号。可捕获较强的互相关的峰值而不是发现弱的真正的峰值。跟踪弱的卫星信号不保证它是直接信号。该弱信号可以是经反射的信号或是直接和间接信号的组合。把组合的信号称为多径信号。经反射的信号的路径典型地比直接信号的路径长。路径长度中的这种差异致使典型地延迟了反射信号的到达时间测量，或者致使对应的编码相位测量包含正偏差。所述偏差的大小一般与反射信号和直接信号之间的相对延迟成比例。可能缺乏直接信号分量使得现存的多径缓解技术(诸如窄相关器或选通相关器之类)过时。
GPS导航消息是从GPS卫星发送到GPS接收机的信息。它是用调制于GPS信号之上的每秒50比特的数据流的形式。
所述数据消息包含于1500比特长的数据帧中。它具有5个子帧，每个子帧包含GPS系统时间。每个子帧由10个字组成，每个字是30比特。每30秒重复子帧1至3。在第4和第5子帧中依次有25个数据页；每30秒一个。从而，这些25个页的每一个每750秒重复。
子帧4和5包含两种类型的GPS卫星健康状况或状态数据：(a)包含与时钟/天文历有关的年历数据的32个页的每一个提供关于卫星的8比特的卫星健康状况工作，这些卫星携带了该卫星的年历数据，以及(b)子帧4和5的第25页共同包含多达32个卫星的6比特健康状态数据。在子帧1中给出了额外的卫星健康状况数据。
GPS接收机典型地将接收关于卫星的状态(如“健康状况”)的信息，并然后当它捕获并跟踪来自健康的卫星的GPS信号时，通过不捕获且不跟踪不健康的卫星，来处理GPS信号。另一方面，可以把独立的GPS接收机设计成捕获并跟踪不健康的卫星，但避免在从来自不健康的卫星的信号的天文历消息中读取健康状态数据之后，在定位计算中使用它们的信号(见在此通过引用而结合的2000年8月25日申请的序列号60/228,258的相关临时专利申请“Method andApparatus for Using Satellite Status Information in Satellite PositionSystems”)。
卫星定位系统已使用了各种类型的辅助数据，来改进SPS接收机的性能。例如，SPS接收机可接收来自外部源(如送至SPS接收机的无线电传输)的多普勒估计。另一类型的辅助数据可以是在估计的或已知的SPS接收机的视野中的位置的卫星的标识。过去，这些卫星的标识不包含关于卫星是否可能相对于估计的SPS接收机的位置或相对于彼此的较差的几何形状的任何指示。同样，在过去，SPS接收机视野中的卫星的标识没有把较差几何形状的指示与卫星的健康状况数据包括在一起。
发明概述
本发明涉及用于确定移动SPS接收机的视野中的SPS卫星的有序组的方法和装置。一种方法包括确定蜂窝网通信系统的小区中的位置(如典型位置)的视野中的SPS卫星的有序组，并然后从位于所述小区之内或附近的蜂窝网发射站点发送所述SPS卫星的有序组，使得位于蜂窝网通信系统的小区中的SPS接收机可接收所述SPS卫星的有序组。
可根据不同的方法在有序组中进行SPS卫星的排序，所述方法诸如通过使几何精度因子(GDOP)最小化；通过使位置精度因子(PDOP)最小化，通过使水平精度因子(HDOP)最小化，通过提供使用具有所希望的相对于彼此的几何形状的SPS卫星的位置解，通过提供使用具有所希望的相对于移动SPS接收机的几何形状的SPS卫星的位置解；基于SPS信号捕获的概率排序；基于来自SPS卫星有序组的测量质量的估计而排序；通过提供最佳的几何三边测量解进行排序，以及基于用户定义的选择标准排序。此外，所述排序可包括卫星健康状况信息。
在一个实施例中，一种用于建立SPS卫星的有序组的装置包括：在给定的时刻确定蜂窝网通信系统的小区的视野中的SPS卫星的有序组的服务器，以及耦合至所述服务器的从位于所述小区之内或附近的蜂窝网发射站点发送所述SPS卫星有序组的发射机。从而，位于小区中的移动SPS接收机可接收所述SPS卫星有序组。
在一个实施例中，所述服务器进一步包括处理器；以及耦合至所述处理器的信息源。所述信息源包括蜂窝网服务区的小区的视野中的多组SPS卫星，并且所述处理器对所述蜂窝网服务区中的小区确定SPS卫星有序组。所述服务器可以是GPS参考服务器、蜂窝网交换中心、定位服务器、蜂窝网发射站点、基站控制器或移动SPS接收机。
在一个实施例中，一种用于获得移动SPS接收机的视野中的SPS卫星有序组的方法包括，用配置成接收SPS信号和从蜂窝网发射站点发射的信号两者的移动SPS接收机，经来自蜂窝网发射站点的发射而接收SPS卫星的有序组。从而，允许移动SPS接收机根据从所述发射中获得的SPS卫星有序组的顺序来搜索SPS卫星。所述移动SPS接收机可在捕获SPS卫星之前或之后，根据SPS卫星健康状况数据来修改对SPS卫星的搜索。
在一个实施例中，一种用于接收SPS卫星的有序组的装置包括：接收SPS信号的移动SPS接收机；以及配置成接收从蜂窝网发射站点发射的信号的接收机；使得可经蜂窝网发射站点把SPS卫星的有序组传送到接收机，并且移动SPS接收机可根据所述SPS卫星有序组的顺序来搜索SPS卫星。
本发明的另一实施例提供了一种允许与移动SPS接收机进行双向通信的方法和装置。根据本发明的这个实施例的方法，接收来自蜂窝网服务区的小区内的移动SPS接收机的发射，把所述移动SPS接收机配置成发射和接收蜂窝网信号；在给定的时刻，部分地根据所接收的发射而确定移动所述SPS接收机的视野中的SPS卫星的有序组；以及从蜂窝网发射站点发射所述SPS卫星有序组；使得所述移动SPS接收机可接收所述SPS卫星有序组。
在一个实施例中，一种促进与移动SPS接收机的双向通信的装置，包括接收机，接收发自蜂窝网服务区的小区的来自移动SPS接收机的发射，把所述移动SPS接收机配置成发射和接收蜂窝网信号；发射机，从蜂窝网发射站点发射蜂窝网信号；以及服务器，确定所述SPS接收机的视野中的SPS卫星的有序组；使得由所述发射机发射并由所述移动SPS接收机接收所述SPS卫星有序组。
在一个实施例中，所述服务器进一步包括处理器；以及耦合至所述处理器的信息源。所述信息源包括蜂窝网服务区的小区的视野中的多组SPS卫星，并且所述处理器对所述蜂窝网服务区中的小区确定SPS卫星有序组。所述服务器可以是GPS参考服务器、蜂窝网交换中心、定位服务器、蜂窝网发射站点、基站控制器或移动SPS接收机。
在一个实施例中，一种通过移动SPS接收机进行的双向通信，促进移动SPS接收机的视野中的SPS卫星有序组的捕获的方法包括，用配置成接收SPS信号以及发射和接收蜂窝网信号的移动SPS接收机，从蜂窝网服务区的小区向接收来自该小区的发射的蜂窝网发射站点发射。所述移动SPS接收机接收来自蜂窝网发射站点的SPS卫星的有序组。所述SPS卫星有序组是在给定的时刻所述移动SPS接收机的视野中的那些；使得所述移动SPS接收机可根据从所接收的来自所述蜂窝网发射站点的发射中获得的SPS卫星有序组的顺序来搜索SPS卫星。可以把卫星健康状况数据包含于所述发射中，并且所述移动SPS可在捕获SPS卫星之前或之后，部分地根据SPS卫星健康状况数据来修改对SPS卫星的搜索。此外，所述移动SPS接收机可在接收之后修改所述有序组。
在一个实施例中，一种经移动SPS接收机进行的双向通信，促进移动SPS接收机的视野中的有序SPS卫星组的捕获的装置，包括接收SPS信号的SPS接收机；配置成接收从蜂窝网发射站点发射的信号的接收机；以及向蜂窝网发射站点发射蜂窝网信号的发射机；使得当位于蜂窝网服务区的小区内的发射机建立与所述蜂窝网发射站点的通信时，可通过所述蜂窝网发射站点向所述接收机发射SPS卫星的有序组，并且所述移动SPS接收机可根据所述SPS卫星有序组的顺序来搜索SPS卫星。
本发明的另一实施例提供了一种接收SPS卫星的有序组的方法，所述有序组由移动SPS接收机确定。
本发明的另一实施例对一位置使用所存储的GPS卫星信号质量信息的历史记录，来确定SPS卫星的有序组。
本发明的另一实施例使用移动SPS接收机信息来确定SPS卫星的有序组。
本发明的另一实施例包括：在给定时刻确定移动SPS接收机的视野中的SPS卫星的有序组组；以及向蜂窝网发射站点发射所述SPS卫星有序组；使得服务器可接收所述移动SPS接收机的视野中的所述有序SPS卫星组。
附图简述
图1A示出了卫星定位系统(SPS)接收机的视野中的一组卫星。
图1B示出了图1A中所示的相对于SPS接收机的卫星的自顶向下的视图。
图1C说明了具有多个小区的蜂窝网通信系统，所述小区的每一个由小区站服务，并且把所述小区的每一个连接至蜂窝网交换中心。
图1D说明了根据本发明的一个实施例的组合的SPS接收机和通信系统的例子。
图2示出了根据本发明教授的基于蜂窝网的信息源的一个实施例，所述信息源在给定的时刻提供关于蜂窝网服务区和/或蜂窝网小区站的优先顺序组间的关联。
图3是根据本发明教授的说明用于确定看得见的卫星的优先顺序的方法的流程图。
详细说明
本发明在一个实施例中涉及对SPS接收机的视野中的SPS卫星的有序组的确定。所述有序的卫星组的顺序是基于SPS接收机的近似位置，从识别或知道与SPS接收机通信系统进行蜂窝网通信的蜂窝网发射站点来确定所述SPS接收机。在由位于地理上与SPS接收机通信的蜂窝网发射站点的邻近处提供识别SPS接收机的视野中的SPS卫星的数据的情况下，对蜂窝网发射站点的知识可以是隐含的。在本发明的一个实施例中，所述有序的卫星组的顺序还基于相对于SPS接收机邻近位置的卫星的位置。
图1A示出了位于SPS接收机100的视野中的一组SPS卫星。所述SPS接收机还包括诸如双向蜂窝网电话机或双向(或单向)寻呼机之类的通信系统。在1997年4月15日申请的共同待决美国专利申请号08/842,559中描述了耦合至SPS接收机的这样的通信系统的例子。同样见PCT公开文本WO 98/25157。图1B示出了图1A中所示的相对于SPS接收机100的卫星的自顶向下的视图。示出了一天中某一时刻卫星102、104、106、108、110和112的位置。应该注意到，由于卫星的随时间而改变位置，在不同的时刻，对于SPS接收机100来说，图1A中所示的某些SPS卫星是不可见的。此外，SPS接收机100典型地是移动的。从而，当SPS接收机100移动到不同的位置时，SPS接收机100的视野中的卫星可改变。而且在其它实施例中，SPS信号的源可能变得阻塞(如隐藏于建筑物之后)或严重衰减。当选择有序的一列卫星时，可考虑该阻塞或衰减，这在下面描述。
图1C示出了具有多个小区站的基于蜂窝网的通信系统10，把所述小区站的每一个设计成服务某一特定的地理区域或位置。这样的基于蜂窝网的通信系统的例子在本领域中是众所周知的。例如，见描述蜂窝网络系统的美国专利5,519,760。所述基于蜂窝网的通信系统10包括两个小区12和14，把它们规定位于蜂窝网服务区11中。此外，系统10包括小区18和20。将理解到在系统10中还可以包括多个其它小区及其对应的小区站和/或蜂窝网服务区。并把它们耦合到诸如蜂窝网交换中心24和蜂窝网交换中心24b之类的一个或多个蜂窝网交换中心。
在诸如小区12的每个小区中，有诸如小区站13之类的无线小区站或蜂窝网站，该小区站包括天线13a，把该天线设计成通过无线通信媒体与通信接收机通信，所述通信接收机可以是组合的移动GPS接收机和诸如图1c之所示的接收机16之类的通信系统。图1D中示出了这样的组合的系统的例子，并且该例子可包括GPS天线377和通信系统天线379两者。将理解到备择实施例可使用单个天线或多于两个天线。
把每个小区站耦合到蜂窝网交换中心。在图1C中，通过连接13b、15b和19b分别把小区站13、15和19耦合到交换中心24，并且通过连接21b把小区站21耦合到不同的交换中心24b。这些连接典型的是各自小区站和蜂窝网交换中心24和24b之间的导线连接线。每个小区站包括天线以及发射机和接收机，用于与所述小区站所服务的通信系统进行通信。将理解到由于阻塞(或小区站21不能与接收机22通信的其它原因)，在一个小区中的通信系统(诸如在小区4中所示的接收机22)实际上可与小区18中的小区站19通信。
在本发明的典型实施例中，移动GPS接收机包括基于蜂窝网的通信系统，把该系统集成于所述GPS接收机中，使得把GPS接收机和通信系统两者封装于同一外壳中。当使用该组合的系统用于蜂窝网电话通信时，在接收机16和小区站13之间发生传送。然后在连接13b上把从接收机16到小区站13的传送传播到蜂窝网交换中心24，并然后传播到由蜂窝网交换中心24服务的小区中的另一蜂窝网电话机，或者通过连接30(一般是有线的)通过陆基电话系统/网络28而传播到另一电话机。将理解到术语“有线的”包括光纤和诸如铜电缆等之类的其它非无线的连接。以常规方式，把来自与接收机16通信的其它电话机的传送通过连接13b和小区站13从蜂窝网交换中心传送回接收机16。
把远程数据处理系统26(在一些实施例中可以把它称为GPS服务器或定位服务器)包含于系统10中，并且在一些实施例中，当使用某一特定小区中的移动GPS接收机来确定使用由GPS接收机接收的GPS信号的接收机的位置时，使用所述系统26。可以通过连接27把所述GPS服务器耦合到陆基电话系统/网络28，并且还可以通过连接25任选地把它连接到蜂窝网交换中心24，以及还可以通过连接25b任选地把它连接到中心24b。将理解到虽然所述连接25和27可以是无线的，但是它们典型地是有线的。同样作为系统10的可选部件而示出的是查询终端29，该终端可组成通过网络28而耦合至所述GPS服务器的另一计算机系统。该查询终端29可向GPS服务器26发送对小区之一中的某一特定GPS接收机的位置的请求，然后所述GPS服务器通过蜂窝网交换中心始发与某一特定GPS接收机的对话，以便确定所述GPS接收机的位置，并将该位置报告返回所述查询终端29。
应该注意到基于蜂窝网的通信系统是具有不止一个发射机的通信系统，所述发射机的每一个服务不同的地理区域，所述地理区域是在任何时刻及时地预先定义的。小区站也可以移动，而不是固定的陆地位置；例如，在铱星系统(Iridium)和全球星系统(Globalstar)中小区站是沿地球低轨道运行的卫星。每个发射机典型地是服务小区的无线发射机，尽管所覆盖的区域取决于某一特定的蜂窝网系统，但是所述发射机具有小于20英里的地理半径。有许多类型的蜂窝网通信系统，诸如蜂窝网电话机、PCS(个人通信系统)、SMR(专用移动无线电)、单向和双向寻呼系统、RAM、ARDIS以及无线分组数据系统。典型地把预定的不同地理区域称为小区，把多个小区组合在一起构成诸如图1C中所示的蜂窝网服务区11之类的蜂窝网服务区，并且把这些多个小区连接到一个或多个蜂窝网交换中心，所述蜂窝网交换中心提供对陆基电话系统和/或网络的连接。服务区常用于记账目的。因此，情况可以是这样，把在不止一个服务区内的小区连接到一个交换中心。例如，在图1C中，小区1和2在服务区11中，而小区3在服务区18中，但把所有3个小区连接到交换中心24。另一方面，有时情况是把一个服务区中的小区连接到不同的交换中心，尤其是在密集人口地区中。把服务区一般定义成小区的集合，这些小区处于地理上彼此接近的区域中。适合上述描述的另一类的蜂窝网系统是基于卫星的，其中蜂窝网基站一般是沿地球轨道运行的卫星。在这些系统中，小区扇区和服务区按时间的函数而移动。这样的系统的例子包括Iridium、Globalstar、Orbcomm以及Odyssey。
图1D示出了通用组合的GPS和通信收发机系统。系统375包括具有GPS天线377的GPS接收机376，以及具有通信天线379的通信收发机378。通过图1D中所示的连接380把GPS接收机376耦合到通信收发机378。在正常操作中，通信系统收发机378通过天线379接收近似的多普勒信息，并在链路390上将该近似的多普勒信息提供给GPS接收机376，所述GPS接收机通过GPS天线377接收来自GPS的信号来进行伪距确定。组合系统375的各种实施例在本领域中是已知的，并在上面引用的共同待决申请中已作描述。
对于图1A中所示的卫星102-112和SPS接收机100的位置，确定卫星102-112的优先捕获顺序。该顺序表示根据例如相对于SPS接收机的位置的卫星的几何形状，获得来自SPS卫星的SPS信号的最优顺序。在本发明的一个实施例中，把卫星102-112按这样的顺序排列，即在卫星102-112和SPS接收机100之间提供所希望的几何形状。例如，相对于SPS接收机100的卫星102-112的高度和角度可以是确定优先顺序的因素。在又一实施例中，最佳的优先顺序/选择导致最小的GDOP(几何精度因子)和/或PDOP(位置精度因子)和/或HDOP(水平精度因子)。担负消息产生的定位服务器典型地根据“最佳n(best-n)”方法来选择卫星。在这样的方法的一个例子中，经选择的卫星是那些使在它们的位置和SPS接收机100的位置之间的几何形状最优的卫星。例如，在最佳4配置中，将选择图1A中的SPS卫星来填充有序的卫星列表，并且将如下对它们排序(从最高优先级到最低优先级)：108、104、112和102。所述最佳n卫星选择方法提供了关于卫星捕获策略的信息，SPS接收机100应遵循该策略。在本发明的一个实施例中，一旦已捕获最佳的n个卫星，则SPS接收机100可选择停止卫星捕获处理。从而，不是视野中的所有卫星都需要区分优先级。实际上，在分析SPS接收机100的位置时，完全可以不使用较不希望的卫星。在另一实施例中，定位服务器可提供对诸如最佳n组之类的SPS接收机的视野中的卫星的子集的辅助。典型地选择顺序来试图首先捕获那些不太接近地平线的以及那些提供最优几何三边测量解的SPS卫星。前一要求一般意味着可从不接近地平线的卫星更容易地接收SPS信号，而后一要求意味着位置解(来自到顺序中的最高排序的卫星的伪距)将比可能使用顺序中的最低排序的卫星的位置解更精确(较少差错)。所述顺序可反映出期望的测量质量(如期望顺序中的第1卫星提供比顺序中的剩余卫星高的质量测量)。
应该理解到卫星捕获是位置确定处理中的一个步骤。还理解到如果把方位角和高度数据提供给SPS接收机，则它可使用这样的数据来进一步优化其卫星捕获策略。进一步理解到可以使用除了几何形状或相对位置之外的诸如卫星健康状况之类的标准来区分捕获卫星的顺序的优先级。
卫星健康状况辅助使免于对欺骗的卫星测量。在相当经常的严重的信号阻塞环境中，以非常大的动态范围接收GPS卫星信号。接收带有相差多于大约1 7dB的信号强度的GPS信号可致使GPS接收机捕获互相关的信号，而不是相对较弱的真实信号。在这里引用并作为参考的1999年2月1日申请的共同待决美国专利申请序列号09/241,334中描述了一种可用于检测并可能校正或移除互相关测量的过程。然而，对于GPS接收机要检测互相关信号的存在，应该捕获来自健康和不健康的卫星的所有信号。如果强的“不良的”卫星信号与弱的“健康的”卫星信号互相关，会产生问题。没有察觉到“不良的”信号的存在，GPS接收机可能不能检测互相关条件。
在本发明的一个实施例中，对定位服务区提供参考数据的GPS参考接收机(也把它称为CDMA蜂窝网电话系统中的位置确定实体(PDE)以及GSM蜂窝网电话系统中的服务移动定位中心(SMLC))捕获并跟踪视野中的所有健康的和不健康的卫星。而且，与无线设备(如蜂窝网电话机或双向寻呼机)集成或连接的所有GPS技术(如GPS接收机)也捕获并跟踪视野中的所有健康的和不健康的卫星。在无线辅助GPS(WAG)模式中(如见1997年4月15日申请的共同待决美国专利号08/842,559中描述的例子，在此引用该共同待决专利申请并作为参考)，定位服务器可向与由所述定位服务器服务的无线网络通信的移动设备提供“健康”状态信息。该健康状态信息可伴随由所述定位服务器提供的任何其它的辅助信息。辅助信息一般允许在高度限制的信号环境中快速捕获GPS信号。为了实现这样的性能改进，辅助信息可指定要搜索的卫星、这些信号的估计的到达时间以及信号的预期频率(多普勒效应)。可以提供这种辅助信息，来改进对卫星信号的3维搜索。当捕获卫星的信号时，对互相关条件分析伪距、多普勒效应以及其它卫星信号测量。为了进行这种分析，应该对视野中的所有健康的和不健康的卫星进行测量。在该实施例中，使用卫星健康状况信息来检测互相关条件，并然后分析互相关的和/或“不健康的”卫星，来确定是否应把它们包含于定位计算处理中或对它们校正。当把辅助信息仅提供给健康的卫星(卫星的健康状况隐含于卫星列表中)并且当前的有效的卫星健康状态信息对于移动GPS接收机来说不可用时，所述移动设备将试图仅捕获健康的卫星。在这种情况下，移动设备将不知道潜在地与相对较弱的健康卫星互相关的“强的”不健康的卫星的可能存在，并因此将不对它进行测定。对未检测的互相关信号的使用可导致较大的位置误差，从而影响定位服务的质量。
可根据卫星的健康状况信息来修改所述优先顺序。
另一方面，可以从卫星直接接收健康状况信息，并且可以用与这里描述的从小区站处的发射机接收的健康状况信息相同的方式来使用该健康状况信息。
通过对蜂窝网电话基站(“小区站”)的视野中的所有卫星广播健康状况信息，可以从小区站发送该信息。另一方面，一当请求(一经请求)电话机的位置，就可以把该信息提供给蜂窝网电话机；可以从蜂窝网电话基站发送健康状况信息到蜂窝网电话机，所述蜂窝网电话机随后向耦合至所述蜂窝网电话机的GPS接收机提供该健康状况信息。在一经请求就发送信息的情况中，GPS服务器可根据与电话机进行蜂窝网无线电/无线通信的小区站，来确定适当的(如更新的健康状况)信息，所述小区站确定适当的位置，该位置用于确定该位置的视野中的卫星，并且然后使这些卫星的更新的健康状况信息发送(在一种情况下)到蜂窝网电话机，所述蜂窝网电话机随后把该信息提供给移动GPS接收机，用于在所述GPS接收机中处理SPS信号。在另一种情况中，GPS服务器可保留所述更新的健康状况信息，并使用它来处理所接收的来自移动GPS接收机的伪距(如相关测量)，以便确定所述移动GPS接收机的位置。在两种情况中，甚至对于已知的不健康的GPS卫星也确定伪距(如指定编码相位的相关测量)和估计的多普勒效应，使得如这里所述的那样能够检测出互相关。例如，GPS接收机可从小区站接收更新的健康状况信息，但仍然从所发送的更新的健康状况信息中指示出为不健康的GPS卫星中获得GPS信号。共同待决的1997年4月15日申请的美国申请序列号08/842,559，描述了一种用于识别小区站的方法，该小区站处于与蜂窝网电话机的无线通信中，并且然后根据从识别该小区站而导出的近似位置来为视野中的卫星确定卫星辅助数据。可以连同本发明一起使用该方法，其中在此情况下所述卫星辅助数据或者是卫星健康状况(如基于卫星天文历)或者是更新的卫星健康状况(如比现存的关于卫星健康状况的卫星天文历消息的信息更当前)。
在另一实施例中，根据所存储的或所获得的信息，SPS接收机可自主地确定卫星的最佳顺序，并向定位服务器提供经排序的列表，该定位服务器承担消息产生(以及然后能够向其它SPS接收机提供所述有序列表和/或以所述SPS接收机所提供的顺序而提供辅助数据)。
在又一实施例中，根据从移动SPS接收机所提供的信息或所存储的信息(如GPS信号质量的历史记录)，定位服务器可确定将反映出成功的信号捕获的可能性的卫星的有序列表(如接近地平线的卫星将具有较低的成功信号捕获的可能性)。
图2示出了基于蜂窝网的信息源的例子，在一个实施例中在诸如全球定位系统(GPS)服务器之类的SPS服务器上保持该信息源。另一方面，可在蜂窝网交换中心、基站控制器或其它小区站上保持该信息源。典型地在耦合到所述蜂窝网交换中心的SPS服务器上保持并例行地更新该信息源。所述信息源可以各种格式保存数据，并且理解到图2中所示的格式200仅说明了这样的格式的一个例子。
典型地来说，在某一特定时刻每一组优先顺序信息(诸如在时刻t1的优先顺序组A1)将包括对于小区站或服务区的对应的位置或标识。例如，对于优先顺序A1和A2，存在蜂窝网服务区A的对应标识以及用于表示该服务区中的位置的经度和纬度。理解到该经度和纬度典型地是“平均”位置，它一般居中位于所述蜂窝网服务区的地理区域中。然而，尤其在所述蜂窝网服务区包括未使用的地形的情况下，可使用其它可能的近似。
如图2的示例性的基于蜂窝网的信息源所示，所述基于蜂窝网的信息源包括指定蜂窝网服务区的列202，以及指定蜂窝站标识或标号的列204。注意到对于蜂窝网服务区A，没有指定小区站标识或位置，从而近似位置是基于蜂窝网服务区中的代表性位置，从而根据某一时刻，如时刻t1和t2，用于获得SPS卫星的优先顺序A1和A2是基于该位置的。列206包括服务区中的某一代表性位置的经度和纬度的说明。列208包括蜂窝网服务区中的某一小区站的位置的经度和纬度的说明，可使用该位置作为接收优先顺序的移动SPS接收机的代表性位置。列210包括对于适当的代表性位置的在时刻t1和t2处的视野中的卫星的优先顺序。在另一实施例中，可实时地、接近实时地、连续地或请求式地来确定所述有序列表(以及对应的基于蜂窝网的信息)。
图3是说明根据本发明教授的确定视野中的SPS卫星的优先顺序的方法的一个实施例。在操作302中，从基于小区的信息源中确定SPS接收机的近似位置。所述SPS接收机与至少一个无线小区站进行无线无线电/蜂窝网通信。所述近似位置是基于包括该小区的蜂窝网服务区中的代表性位置或蜂窝网服务区中的无线小区站的代表性位置中的至少一个，并且还表示由所述无线小区站服务的SPS接收机的近似位置。可以使用基于蜂窝网的信息源(如见图2)，根据与耦合到所述SPS接收机的蜂窝网通信系统进行通信的无线小区站的标识来查找或确定所述近似位置。另一方面，可以使用所述基于蜂窝网的信息源，直接从与SPS接收机通信的无线小区站的标识中查找或确定适当的优先顺序。在操作304中，对所述近似位置的视野中的卫星确定基于所述SPS接收机的近似位置(或通过连接至所述SPS接收机的蜂窝网通信系统与所述SPS接收机通信的无线小区站的标识)的优先顺序。在本发明的一个实施例中，根据相对于所述SPS接收机的近似位置的卫星的位置，来区分卫星的优先级。在本发明的另一实施例中，根据卫星彼此相对以及相对所述近似位置的卫星位置，来区分卫星的优先级。理解到可以使用除了几何形状之外的其它标准来区分优先顺序。在操作306中，从无线小区站把所述优先顺序发送到SPS接收机，然后所述SPS接收机以发送到所述SPS接收机的优先顺序中指定的顺序来搜索并捕获来自SPS卫星的SPS信号。
Norman F.Krasner在1997年4月15日申请的美国专利申请号08/842,559，现为美国专利号6208290，名为“An Improved GPS Receiver Utilizing aCommunication Link”中揭示了对蜂窝网通信系统的更详细的讨论以及它们与SPS接收机的使用。
由定位服务区提供的或从SPS接收机得出的SPS卫星的优先顺序可用于提高捕获卫星的时间、确定位置信息所要求的时间，以及可降低用于从定位服务器向SPS接收机提供数据的带宽要求。
在本讨论中，已参考美国全球定位系统(GPS)系统而描述的本发明的实施例，所述GPS系统是SPS系统的一个例子。然而，这些实施例同样能用于诸如Russian Glonass系统之类的其它卫星定位系统，这应当是明显的。从而，这里使用的术语“GPS”包括这样的备择卫星定位系统，包括Russian Glonass系统。同样地，术语“GPS信号”包括来自备择卫星定位系统的信号。
此外，虽然根据GPS卫星而描述了本发明的实施例，但是将理解到所述教授同样可用于利用pseudolite或卫星和pseudolite的组合的定位系统。pseudolite是地面发射机，它广播调制于一般与GPS时间同步的L频段(或其它频率)的载波信号上的PN码(类似于GPS信号)。可以向每个发射机分配唯一的PN码，以便允许远程接收机的识别。在来自绕轨道运行的卫星的GPS信号可能在不可用的情况下(如隧道、坑道、建筑物、城市峡谷或其它封闭区域)，pseudolite是有用的。打算把这里所使用的术语“卫星”包括pseudolite或pseudolite的等价物，并且打算把这里所使用的术语“GPS信号”包括来自pseudolite或pseudolite的等价物的类似于GPS的信号。
在上述详细说明中，关于具体的示例性实施例而描述了本发明的装置和方法。然而，可以进行各种修改和改变而不背离本发明的较宽范围和要旨，这将是明显的。因此把本说明和附图看作是说明性的而不是限制的。

Claims (33)

1.一种方法，其特征在于包括：
在给定时刻，确定蜂窝网通信系统的小区的位置的视野中的一组有序的SPS卫星，其中以从下面的组中选择的方式确定所述有序组中的SPS卫星的顺序，所述组包括，
使几何精度因子(GDOP)最小化，
使位置精度因子(PDOP)最小化，
使水平精度因子(HDOP)最小化，
提供使用具有所希望的相对于彼此的几何形状的SPS卫星的位置解，
提供使用具有所希望的相对于移动SPS接收机的几何形状的SPS卫星的位置解，
确定SPS卫星信号捕获的概率，
确定对来自SPS卫星有序组的测量质量的估计，
提供最佳的几何三边测量解，以及
确定用户定义的选择标准；以及
其中，位于所述蜂窝网通信系统的小区中的移动SPS接收机可接收所述SPS卫星的有序组；以及
发送所述SPS卫星的有序组。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于根据最佳n方法来进行所述确定，并且所述确定进一步包括确定卫星健康状况信息。
3.一种方法，其特征在于包括：
从蜂窝网通信系统的小区中的移动卫星定位系统(SPS)接收机接收发送，把所述移动SPS接收机配置成发射和接收蜂窝网信号；
在给定时刻，部分地根据所述接收来确定所述移动SPS接收机的视野中的SPS卫星的有序组，其中以从下面的组中选择的方式确定所述有序组中的SPS卫星的顺序，所述组包括，
使几何精度因子(GDOP)最小化，
使位置精度因子(PDOP)最小化，
使水平精度因子(HDOP)最小化，
提供使用具有所希望的相对于彼此的几何形状的SPS卫星的位置解，
提供使用具有所希望的相对于移动SPS接收机的几何形状的SPS卫星的位置解，
确定SPS卫星信号捕获的概率，
确定对来自所述SPS卫星的有序组的测量质量的估计，
提供最佳的几何三边测量解，以及
确定用户定义的选择标准；以及
发射所述SPS卫星的有序组；
使得所述移动SPS接收机可接收所述SPS卫星的有序组。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于根据最佳n方法来进行所述确定，并且所述确定进一步包括确定卫星健康状况信息。
5.一种用于对计算机进行指令的设备，当该设备与所述计算机耦合时执行一种方法，其特征在于所述设备包括：
用于对计算机进行指令以在给定时刻，确定蜂窝网通信系统的小区的位置的视野中的一组有序的SPS卫星的装置，其中以从下面的组中选择的方式确定所述有序组中的SPS卫星的顺序，所述组包括，
使几何精度因子(GDOP)最小化，
使位置精度因子(PDOP)最小化，
使水平精度因子(HDOP)最小化，
提供使用具有所希望的相对于彼此的几何形状的SPS卫星的位置解，
提供使用具有所希望的相对于移动SPS接收机的几何形状的SPS卫星的位置解，
确定SPS卫星信号捕获的概率，
确定对来自SPS卫星有序组的测量质量的估计，
提供最佳的几何三边测量解，以及
确定用户定义的选择标准；以及
用于对计算机进行指令以发送所述SPS卫星的有序组的装置。
6.如权利要求5所述的计算机可读媒体，其特征在于所述用于对计算机进行指令以在给定时刻，确定蜂窝网通信系统的小区的位置的视野中的一组有序的SPS卫星的装置根据最佳n方法来进行所述确定，并且进一步包括用于对计算机进行指令以确定卫星健康状况信息的装置。
7.一种用于对计算机进行指令的设备，当该设备与所述计算机耦合时执行一种方法，其特征在于所述设备包括：
用于对计算机进行指令以由能够耦合到所述数据处理系统的移动SPS接收机接收卫星定位系统(SPS)卫星的有序组的装置；
使得所述移动SPS接收机根据从所述接收中获得的SPS卫星的有序组的顺序来搜索所述SPS卫星。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于所述用于对计算机进行指令以接收的装置进一步包括用于对计算机进行指令以接收卫星健康状况数据的装置，使得所述移动SPS可在捕获SPS卫星之前或之后，修改对SPS卫星的搜索。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述SPS卫星的有序组是基于移动SPS接收机的近似位置。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于所述顺序包括基于考虑到移动SPS接收机的近似位置的SPS卫星的近似位置的优先顺序。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述SPS卫星的有序组发送自一蜂窝网发射站点。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于所述SPS卫星的有序组是根据与蜂窝网发射站点的小区相关联的位置而解析得到的。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于所述SPS卫星的有序组是根据蜂窝网发射站点的基站的位置而解析得到的。
14.如权利要求11所述的装置，其特征在于所述SPS卫星的有序组是根据无线发射站点的信号源而解析得到的。
15.如权利要求7所述的装置，其特征在于以从下面的组中选择的方式确定所述有序组中的SPS卫星的顺序，所述组包括：
使几何精度因子(GDOP)最小化，
使位置精度因子(PDOP)最小化，
使水平精度因子(HDOP)最小化，
提供使用具有所希望的相对于彼此的几何形状的SPS卫星的位置解，
提供使用具有所希望的相对于移动SPS接收机的几何形状的SPS卫星的位置解，
确定SPS卫星信号捕获的概率，
确定对来自SPS卫星有序组的测量质量的估计，
提供最佳的几何三边测量解，以及
确定用户定义的选择标准。
16.一种方法，其特征在于包括：
由移动SPS接收机接收卫星定位系统(SPS)卫星的有序组；
使得所述移动SPS接收机根据从所述接收获得的所述SPS卫星的有序组的顺序来搜索所述SPS卫星。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于所述接收进一步包括接收卫星健康状况数据，使得所述移动SPS可在捕获SPS卫星之前或之后，修改对SPS卫星的搜索。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于所述SPS卫星的有序组是基于移动SPS接收机的近似位置。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述顺序包括基于考虑到移动SPS接收机的近似位置的SPS卫星的近似位置的优先顺序。
20.如权利要求16所述的方法，其特征在于所述SPS卫星的有序组发送自一蜂窝网发射站点。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于所述SPS卫星的有序组是根据与蜂窝网发射站点的小区相关联的位置而解析得到的。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于所述SPS卫星的有序组是根据蜂窝网发射站点的基站的位置而解析得到的。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于所述SPS卫星的有序组是根据无线发射站点的信号源而解析得到的。
24.如权利要求16所述的方法，其特征在于以从下面的组中选择的方式确定所述有序组中的SPS卫星的顺序，所述组包括：
使几何精度因子(GDOP)最小化，
使位置精度因子(PDOP)最小化，
使水平精度因子(HDOP)最小化，
提供使用具有所希望的相对于彼此的几何形状的SPS卫星的位置解，
提供使用具有所希望的相对于移动SPS接收机的几何形状的SPS卫星的位置解，
确定SPS卫星信号捕获的概率，
确定对来自SPS卫星有序组的测量质量的估计，
提供最佳的几何三边测量解，以及
确定用户定义的选择标准。
25.一种装置，其特征在于包括：
接收SPS信号的移动卫星定位系统(SPS)接收机；以及
耦合到所述移动SPS接收机的第一接收机，所述第一接收机接收SPS卫星的有序组，并且所述移动SPS接收机根据所述SPS卫星的有序组来搜索SPS卫星。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于可以把所述卫星健康状况信息结合于所述SPS卫星的有序组中，或可以除了接收所述SPS卫星的有序组之外而接收所述卫星健康状况信息。
27.如权利要求25所述的设备，其特征在于所述SPS卫星的有序组是基于移动SPS接收机的近似位置。
28.如权利要求27所述的设备，其特征在于所述顺序包括基于考虑到移动SPS接收机的近似位置的SPS卫星的近似位置的优先顺序。
29.如权利要求25所述的设备，其特征在于所述SPS卫星的有序组发送自一蜂窝网发射站点。
30.如权利要求29所述的设备，其特征在于所述SPS卫星的有序组是根据与蜂窝网发射站点的小区相关联的位置而解析得到的。
31.如权利要求29所述的设备，其特征在于所述SPS卫星的有序组是根据蜂窝网发射站点的基站的位置而解析得到的。
32.如权利要求29所述的设备，其特征在于所述SPS卫星的有序组是根据无线发射站点的信号源而解析得到的。
33.如权利要求25所述的设备，其特征在于从下面的组中选择的方式确定所述有序组中的SPS卫星的顺序，所述组包括：
使几何精度因子(GDOP)最小化，
使位置精度因子(PDOP)最小化，
使水平精度因子(HDOP)最小化，
提供使用具有所希望的相对于彼此的几何形状的SPS卫星的位置解，
提供使用具有所希望的相对于移动SPS接收机的几何形状的SPS卫星的位置解，
确定SPS卫星信号捕获的概率，
确定对来自SPS卫星有序组的测量质量的估计，
提供最佳的几何三边测量解，以及
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