CN101542308B - 辅助式基于卫星信号的定位 - Google Patents

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Abstract

为了辅助基于卫星的定位,接收用于至少一个卫星的参数。从这些参数任意地移除冗余信息。然后提供具有减小的冗余度的参数作为用于基于卫星信号的定位的辅助数据。另一方面,可接收此类具有减小的冗余度的参数作为用于基于卫星信号的定位的辅助数据。然后,通过将所移除的冗余信息添加到所接收的参数来重建原始参数。在辅助式基于卫星信号的定位中使用所重建的原始参数。

Description

辅助式基于卫星信号的定位
技术领域
本发明涉及辅助式基于卫星信号的定位
背景技术
各种全球导航卫星系统(GNSS)都支持设备的定位。这些系统例如包括美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯全球导航卫星系统(GLONASS)、未来欧洲系统Galileo、基于空间的增强系统(SBAS)、日本GPS增强准天顶(Quasi-Zenith)卫星系统(QZSS)、局域增强系统(LAAS)以及混合系统。
GNSS通常包括多个围绕地球运行的卫星。这些卫星也被称为太空交通工具(SV,space vehicle)。每个卫星都发送至少一个载波信号,其对于所有卫星可能都是相同的。每个载波信号然后被不同的伪随机噪声(PRN)码调制,该伪随机噪声码在频谱中散布(spread)所述信号。结果,获得了不同的信道用于通过不同的卫星进行传输。所述码包括多个位,其在循环(cycle)中被重复。PRN码的位被称为码片(chip),并且循环时间被称为码的出现时间(epoch)。使用导航信息以显著低于PRN码的码片速率的比特率进一步调制所述信号的载波频率。
导航信息可以包括卫星标识符(SV ID)、轨道参数、时间参数以及其他信息。卫星标识符指示了导航信息中的数据被应用到的卫星。其例如可以是序数。轨道参数可以包括星历参数和年历参数。星历参数描述了相应卫星的轨道的较短区段。它们可以例如包括指示卫星当前沿其行进的椭圆的半长轴(semi-major axis)和偏心率(eccentricity)的参数。基于星历参数,当卫星位于轨道的所描述的区段时,算法可以估计卫星在任何时间的位置。年历参数也类似,但是是粗略的轨道参数,年历参数的有效时间长于星历参数。要指出的是,在年历的情况下,所有卫星都发送有关系统中所有卫星的年历参数,包括指示相应年历参数属于哪个卫星的SV ID。时间参数定义了时钟模型,该模型使卫星时间与GNSS的系统时间相关并且使系统时间与协调世界时(UTC)相关。此外,它们包括指示星历的基准时间的星历时间(TOE)参数,以及指示时钟模型的基准时间的时钟模型时间(TOC)参数。
在GLONASS的情况下,使用术语“直接信息”和“非直接信息”代替术语“星历”和“年历”。应理解的是,本文档中任何对“星历”和“年历”的引用都用于表示可用于相同种类信息的所有可能术语,包括GLONASS“直接信息”和“非直接信息”。
要确定其位置的GNSS接收器接收当前可用的卫星发送的信号,并且其基于所包括的不同PRN码来获取和跟踪不同卫星所使用的信道。然后,接收器确定每个卫星发送的码的发送时间,这通常基于已解码导航消息中的数据并基于PRN码的码片和出现时间的计数。发送时间和所测量的信号到达接收器的时间允许确定卫星与接收器之间的伪距(pseudorange)。术语伪距表示卫星与接收器之间的几何距离,该距离由于与GNSS时间的接收器偏移和未知的卫星而产生偏差。
在一种可能的解决方案中,卫星与系统时钟之间的偏移被假定为是已知的,并且问题简化为求解四个未知量(即,三个接收器位置坐标以及接收器与GNSS系统时钟之间的偏移)的非线性方程组。因此,至少需要四个测量才能求解该方程组。过程的结果是接收器位置。
在某些环境中,GNSS接收器能够获取并跟踪足够的卫星信号以便根据PRN码进行定位,但是信号的质量可能不是足够的高以便解码导航消息。例如,在室内环境中可以是这种情况。此外,解码导航消息需要相当大的处理能力,这在移动GNSS接收器中可能是有限的。
如果GNSS接收器被包括在蜂窝终端内或作为附属设备附加到蜂窝终端,则蜂窝网络能够经由蜂窝链路向该蜂窝终端提供包括从已解码导航消息提取的参数的辅助数据。此类支持的基于GNSS的定位被称为辅助GNSS(AGNSS)。所接收的信息使得GNSS接收器或关联的蜂窝终端能够以较短的时间和在更具挑战性的信号条件下获得位置定位。通常为与蜂窝终端关联的GNSS接收器可见的每个卫星提供辅助数据。所述辅助数据可以包括导航模型参数,该导航模型参数通常包括轨道参数、TOE和TOC参数以及SV ID参数。
此外,外部服务可以提供长期轨道,其精确并且比SV广播中的轨道模型(星历/年历)长得多。
发明内容
为了提供辅助数据,可以将导航信息中的参数以它们的原始格式复制到辅助消息。传输此类辅助消息所需的带宽是相当大的,但是在某些无线通信(如蜂窝通信)中,带宽是关键因素。
出于考虑的第一方面,提供了一种方法,所述方法包括接收用于至少一个卫星的参数。所述方法还包括从所述参数任意移除冗余信息,以及提供具有减小的冗余度的参数作为辅助数据用于基于卫星信号的定位。
出于考虑的第一方面,还提供了一种设备,所述设备包括处理组件。所述处理组件被配置为接收关于至少一个卫星的参数。所述处理组件还被配置为从所述参数任意地移除冗余信息。所述处理组件还被配置为提供具有减小的冗余度的参数作为辅助数据用于基于卫星信号的定位。
出于所考虑的第一方面提供的所述设备的处理组件可以以硬件和/或软件实现。它可以例如是执行用于实现所需功能的软件程序代码的处理器。可选地,它可以例如是被设计为实现所需功能的电路,该电路例如在芯片组或芯片(如集成电路)中实现。
出于所考虑的第一方面提供的所述设备可以例如与所包括的处理组件相同,但是它还可以包括额外的组件。所述设备还可以例如是所提供的用于集成到独立设备或附属设备中的模块。
出于所考虑的第一方面,还提供了一种电子设备,所述电子设备包括出于所考虑的第一方面提供的所述设备。此外,它可以包括被配置为经由无线链路发送信息的无线通信组件和/或卫星信号接收器。所述电子设备可以例如是无线通信网络的网络元件,如蜂窝通信网络的基站、连接到此类网络元件的本地测量单元或连接到此类无线通信网络的服务器。
出于考虑的第一方面,还提供了一种计算机程序产品,其中计算机程序代码被存储在计算机可读介质中。当由处理器执行时,所述计算机程序代码将实现出于所考虑的第一方面提供的方法。该计算机程序产品可以例如是单独的存储设备或要被集成到更大的设备中的组件。
应理解,本发明还覆盖独立于计算机程序产品和计算机可读介质的此类计算机程序代码。
出于考虑的第二方面,提供了一种方法,所述方法包括接收参数作为辅助数据用于基于卫星信号的定位,其中所接收的参数基于至少一个卫星的原始参数,已从所述原始参数任意地移除冗余信息。所述方法还包括通过将所移除的冗余信息添加到所接收的参数来重建所述原始参数。所述方法还包括在辅助式基于卫星信号的定位中使用所重建的原始参数。
出于考虑的第二方面,还提供了一种设备,所述设备包括处理组件。所述处理组件被配置为接收参数作为辅助数据用于基于卫星信号的定位,其中所接收的参数基于至少一个卫星的原始参数,已从所述原始参数任意地移除冗余信息。所述处理组件还被配置为通过将所移除的冗余信息添加到所接收的参数来重建所述原始参数。所述处理组件还被配置为在辅助式基于卫星信号的定位中使用所重建的原始参数。
同样,出于所考虑的第二方面提供的所述设备的处理组件可以以硬件和/或软件实现。它可以例如是执行用于实现所需功能的软件程序代码的处理器。可选地,它可以例如是被设计为实现所需功能的电路,该电路例如在芯片组或芯片(如集成电路)中实现。
此外,出于所考虑的第二方面提供的所述设备也可以例如与所包括的处理组件相同,但是它还可以包括额外的组件。所述设备还可以例如是被提供用于集成到独立设备或附属设备中的模块。
出于考虑的第二方面,还提供了一种电子设备,所述电子设备包括出于所考虑的第二方面提供的所述设备。此外,它可以包括被配置为经由无线链路接收信息的无线通信组件和/或卫星信号接收器。所述电子设备可以例如是无线通信系统的终端,如蜂窝终端或此类终端的附件。
出于考虑的第二方面,还提供了一种计算机程序产品,其中计算机程序代码被存储在计算机可读介质中。当由处理器执行时,所述计算机程序代码将实现出于所考虑的第二方面提供的方法。该计算机程序产品可以例如是单独的存储设备或要被集成到更大的设备中的组件。
应理解,本发明还覆盖独立于计算机程序产品和计算机可读介质的此类计算机程序代码。
最后,提供了一种系统,所述系统包括出于所考虑的第一方面提供的设备和出于所考虑的第二方面提供的设备。
另一方面,本发明基于这样的考虑:特别地(尽管不是排他地)在卫星信号中传送的参数的原始格式必然具有一些冗余,这是传输路径的类型所要求的。在卫星广播中,可能存在周期性的运行中断等,并且不是始终都能在卫星接收器处收集所有的数据位。冗余可以例如由于出于纠错而提供的大量的开销数据等。另一方面,用于提供辅助数据的链路可以更可靠,并且可以防止误码(bit error),从而无需上述开销。此外,并行传送的关于不同卫星的相应参数可能彼此非常类似。如果若干卫星的参数被以这种方式作为辅助数据提供给单个设备,则一组相应参数也会包括冗余。因此,提出了从其原始格式中的参数移除冗余。应理解,将从所述参数任意地移除冗余;辅助数据中的某些参数可以因此保持不变。
因此,本发明导致降低了被用于辅助数据的位消耗,用于辅助式基于卫星定位。例如,在蜂窝传输中,所实现的带宽节约是很有价值的。可以减小特定参数所需的位计数而不失去精度或与原始格式(其由相应的卫星系统使用)的兼容性。
可从一个或多个卫星信号提取所述原始参数。如上所述,对于年历的情况,单个卫星也可以发送若干卫星的参数。可选地或额外地,可以从其他源(如提供长期轨道的服务器)接收参数。在此情况下,可以例如使用基于网际协议(IP)的方法(用户平面)或在控制平面中提供所述参数。
从参数移除冗余存在不同的选择,这取决于相应的参数的种类。可以通过考虑参数本身,但尤其是通过组合考虑一组对应参数,来实现所述减少。
在一个实施例中,从所述参数任意地移除冗余信息包括确定多个参数的公共部分和相应的个体部分。然后,仅对所述多个参数提供一次所述公共部分作为辅助数据。
如果所述参数包括属于两个或更多不同卫星系统的卫星的参数,则甚至可以确定属于不同卫星系统的卫星的参数的公共部分。另外,然后可以确定属于单个卫星系统的卫星的参数的相应公共部分。
在接收此类辅助数据的设备处,可以通过将在关于多个原始参数的所述辅助数据中接收的一个或多个公共部分添加到在关于多个原始参数的所述辅助数据中接收的相应个体部分,来重建所述原始参数。
此方法适合不同种类的参数。例如,它可以用于多个偏心率参数和/或多个半长轴参数和/或指示相应时间点的多个时间参数。这些参数可以源自星历参数、年历参数或甚至某些外部源,如商业的长期轨道服务。在辅助数据中,通常为辅助设备可见的每个卫星发送轨道参数。因此,导航模型的位计数的任何减少都将直接对带宽要求做出贡献。
如果公共部分可用于不同卫星系统的参数或参数组,则本发明还适于协调跨所考虑的系统的表示。
如果所述参数例如包括多个卫星的相应偏心率参数,则从所述参数任意地移除冗余信息可包括将所述多个偏心率参数分离为公共最高有效位(MSB,most significant bit)部分和相应的个体最低有效位(LSB,leastsignificant bit)部分。对于所述多个偏心率参数可以仅提供一次所述公共MSB部分作为辅助数据。相比之下,对于每个偏心率参数可分别传送个体LSB部分。
如果所述参数包括多个卫星的相应半长轴参数,则从所述参数任意地移除冗余信息可包括将所述多个半长轴参数分离为公共MSB部分和相应的个体LSB部分。然后,对于所述多个半长轴参数可仅提供一次所述公共MSB部分作为辅助数据。相比之下,对于每个半长轴参数可分别传送个体LSB部分。
如上所述,所提供的用于减少偏心率和半长轴参数中的冗余度的实施例可用于星历、年历以及提供相似参数的任何其他源。
如果所述参数包括指示相应时间点的多个时间参数,则从所述参数任意地移除冗余信息可包括为所述多个时间参数确定公共部分和个体部分,所述公共部分指示时间块中的固定时间,所述个体部分定义了由相应时间参数指示的所述时间点与所述固定时间的偏差。然后,对于所述多个时间参数可仅提供一次所述公共部分作为辅助数据。相比之下,对于每个时间参数可分别传送个体部分。
此类为其定义公共部分的时间参数可包括多个卫星的TOE参数或多个卫星的TOC参数。在单独的TOE和TOC参数可用于卫星的情况下,TOE和TOC参数都还可以定义类似的时间点。因此,所述方法还可以用于相应单个卫星的TOE参数和TOC参数。最有效地,为一种卫星系统的所有考虑的卫星的所有TOE参数和所有TOC参数确定公共部分,或者甚至为若干卫星系统的所有考虑的卫星的所有TOE参数和所有TOC参数确定公共部分。
如果所述参数包括多个卫星的相应卫星标识参数,则所述卫星标识参数可以是序数的位表示。在此情况下,可以通过将所述序数的所述多个位表示转换成所述序数的单个位掩码表示,从所述参数任意地移除冗余信息。此方法的效率随着所考虑的卫星数的增加而增加。实际上,可以存在在先的决策步骤,其确保只有在超过预定数量的所考虑的卫星的情况下才使用该方法,以避免在所考虑的卫星很少的情况中可能的数据增加。
在接收此类辅助数据的设备处,可以通过将序数的单个位掩码表示转换为序数的多个位表示,重建所述原始卫星标识参数,所述序数的位表示对应于所述原始卫星标识参数。
在某些卫星系统中,卫星标识参数包括偏移。即,表示卫星标识所使用的位多于区分所有可能卫星所需的位。
在此情况下,从所述参数任意地移除冗余信息可包括通过移除相应卫星标识参数中的预定偏移来减小所述参数的位计数。此方法可用作上述转换为位掩码的备选方法,或者除了上述转换为位掩码以外还可以使用此方法。
在接收此类辅助数据的设备处,通过添加预定偏移而将所述辅助数据中较少位的所接收卫星标识参数转换为较多位的原始卫星标识参数,可以重建所述原始参数。如果此外还使用了位掩码,则首先将所述位掩码转换为多个位表示,然后将所述偏移添加到这些位表示以便重新获得所述原始参数。
同样,所提供的用于减小卫星标识参数中的冗余度的实施例可用于星历、年历以及提供相似参数的任何其他源。
年历参数包括定义轨道的区段还有基准时间的参数。
如果所述参数包括多个卫星的年历参数,则所述年历参数可包括所述卫星中的每个卫星的年历基准时间信息。同样,在此情况下,可以通过定义至少包括所述基准时间信息的一部分的公共部分,从所述参数任意地移除冗余信息。然后对于所述多个卫星可以仅提供一次所述公共部分作为辅助数据。取决于所考虑的卫星系统,所述公共部分可以例如包括周计数、某些其他粗略的时间指示,或完整的基准时间指示。可以以其原始格式或更加适合分离的修改后的格式来使用任何基准时间指示。
如果所述参数包括属于至少两个卫星系统的多个卫星的年历参数,则例如通过为所述年历参数确定公共部分,可以从所述参数任意地移除冗余信息,其中所述公共部分用于属于不同卫星系统的多个卫星的周计数。此外,可以提供公共部分用于属于同一卫星系统的多个卫星的周时间间(time-of-week),以及个体部分用于属于此卫星系统的所述多个卫星中的每个卫星的年历数据。对于一个或多个所考虑的卫星系统可以选择此第一个选项。备选地或额外地,可以提供公共部分用于属于同一卫星系统的多个卫星的日计数,并且可以提供个体部分用于属于同一卫星系统的所述多个卫星中的每个卫星的日时间(time of day)和年历数据。备选地或额外地,可以提供个体部分用于属于同一卫星系统的多个卫星中的每个卫星的日计数、日时间和年历数据。对于一个或多个所考虑的卫星系统同样可以选择后者的选项。然后对于所述年历参数仅提供一次每个公共部分作为辅助数据。
可以例如通过蜂窝链路将所述辅助数据传送到卫星信号接收器所关联的蜂窝终端。备选地,可以使用任何类型的数据链路将所述辅助数据传送到任何需要所述辅助数据的设备。
本发明可用于任何种类的当前和未来的AGNSS,包括但不限于辅助GPS L5,Galileo、GLONASS、QZSS、LAAS、SBAS或它们的组合。可能的SBAS例如包括广域增强系统(WAAS)或欧洲静地导航覆盖服务(EGNOS)。
应理解的是,还可以以任何适当的组合使用所有提供的示例性实施例。
从以下考虑的结合附图的详细说明,本发明的其他目标和特性将变得显而易见。但是要理解的是,附图只是旨在用于示例性说明的目的而不是作为对本发明限制的限定,本发明的范围应参考所附的权利要求。还应理解,附图并未按比例绘制并且它们仅旨在概念性地示例性示出在此所描述的结构和过程。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的第一系统的示意图;
图2是示例性示出图1的系统中的轨道参数的示例性冗余减小的流程图;
图3是示例性示出图1的系统中的时间参数的示例性冗余减小的流程图;
图4是示例性示出图1的系统中的SV ID参数的示例性冗余减小的流程图;
图5是示例性示出图1的系统中的年历参数的示例性冗余减小的表的排列;
图6是示例性示出图1的系统中的导航模型参数的示例性冗余恢复的流程图;以及
图7是根据本发明的一个实施例的第二系统的示意图。
具体实施方式
图1提供了根据本发明的示例性系统,其允许经由蜂窝链路使用减小的带宽传输辅助数据用于基于AGNSS的定位。
所述系统包括蜂窝终端110、蜂窝通信网络的基站130和本地测量单元(LMU)140。
蜂窝终端110可以是蜂窝电话或任何其他类型的蜂窝终端,如膝上型计算机。它包括处理器114、链接到此处理器114的蜂窝通信组件112、GNSS接收器113以及存储器115。
处理器114被配置为执行计算机程序代码。存储器115存储计算机程序代码,所述计算机程序代码可由处理器114取回用于执行。所存储的计算机程序代码包括定位辅助软件(SW)116。
基站130包括处理器134和链接到此处理器134的蜂窝通信组件132、存储器135以及接口(I/F)组件131。
处理器134被配置为执行计算机程序代码。存储器135存储计算机程序代码,所述计算机程序代码可由处理器134取回用于执行。所存储的计算机程序代码包括定位辅助软件(SW)136。
LMU 140包括接口组件141和链接到此接口组件141的GNSS接收器143。
LMU 140可以经由接口组件131与141之间建立的连接被链接到基站130。必须要指出的是,可以使用任何种类的使得能够有线或无线链接的匹配的接口组件131、141。
蜂窝终端110的蜂窝通信组件112和基站130的蜂窝通信组件132能够使用蜂窝链路彼此通信。
GNSS接收器113、143都被配置为接收、获取和跟踪由属于一个或多个GNSS的卫星S1、S2传送的信号。至少GNSS接收器143还被配置为解码此类信号中包括的导航消息。
现在将参考图2至5描述图1的系统中的辅助式基于GNSS的定位。
图2是示出轨道参数中的冗余信息的减少的流程图。
GNSS接收器143接收、获取、跟踪和解码由属于相应GNSS的k个卫星S1、S2传送的信号(步骤200)。所支持的GNSS信号包括(通过实例的方式)GPS L5、Galileo、GLONASS、SBAS和QZSS信号。GNSS接收器143经由接口组件141、131将获得的k个信号的导航消息提供给基站130。
处理器134执行定位辅助软件136。它从k个导航消息提取各种导航模型参数,包括轨道参数、时间参数和卫星标识(SV ID)参数(步骤201)。必须指出的是,处理器134还可以从某些服务器(未示出)接收包括长期轨道的轨道参数的额外的GNSS相关的参数,其处理方式可以与以下描述的从卫星信号提取的参数的处理方式相同。
例如,在ESA文档ESA-EUING-TN/10206:”Specification of Galileoand Giove Space Segment Properties Relevant for Satellite Laser Ranging”(2006年7月)中规定了用于Galileo SV的轨道。
所述轨道被规定为具有29,601,000米的半长轴和0.002的偏心率。从GPS可知,卫星轨道的半长轴非常稳定并且在卫星之间变化不大。更具体地说,GPS卫星轨道围绕标称的半长轴变化±65千米,该变化预期与Galileo相同。
原始Galileo格式将偏心率和半长轴参数定义为如下:
对于每个卫星使用32位的参数来描述偏心率。所采用的标度因子(scale factor)是2-33。范围为[0,0.49999]。
此外,通过用于每个卫星的32位(无符号)的参数来表达每个卫星的轨道的半长轴的平方根。所采用的标度因子是2-19m1/2。由于半长轴是29,601,000米,所以分辨率的量级为0.02米。
由于偏心率实际上在0与0.002之间变化,所以对于每个卫星无需覆盖范围[0,0.49999]。在所提供的实施例中,每个偏心率参数因此被分成对于每个卫星都相同的MSB部分和特定于每个卫星的LSB部分(步骤210)。
MSB部分包括7位且标度因子是2-8。范围则为[0,0.49609375]。每个LSB部分包括25位且标度因子是2-33。范围则为[0,0.0039]。将此类MSB部分与LSB部分中的相应的一个LSB部分组合将产生原始范围和分辨率。实际上,如果假设偏心率的范围为[0,0.002],则根本无需MSB,因为它们始终仅包含0。但是,可能希望保留MSB,因为它们出现在原有格式中,并且因此它们在未来可能具有某种用途。
处理器134因此提供k个所考虑卫星的所有偏心率参数共有的单个MSB部分(7位),以及每个偏心率参数的个体LSB部分(25位)作为辅助数据(步骤211)。
根据GPS L5规范,例如,半长轴此外围绕标称值29,601,000米变化约65千米。因此,半长轴的平方根在[5434.7,5446.7]的范围内。由于半长轴的变化仅为±65000米,所以其无需提供给每个卫星的整个范围。还进一步假设Galileo轨道的行为与GPS轨道的行为类似。
在所提供的实施例中,每个半长轴参数也因此被分成对于每个卫星都相同的MSB部分和特定于每个卫星的LSB部分(步骤220)。
当假设半长轴围绕标称值α0=29,601,000米变化约Δa=65km时,所述范围的上限和下限的位表示由下式给出:
因此,对于所覆盖范围内的任何可能的值,存在6个公共MSB且MSB=1010102=4210*27=537610
因而,MSB部分被选择为包括6位且标度因子为27米。范围为[0,8064.00000]m1/2。LSB部分被选择为包括26位且标度因子为2-19米。范围为[0,127.99999]m1/2
处理器134因此提供k个所考虑卫星的所有半长轴参数共有的单个MSB部分(6位),以及每个半长轴参数的个体LSB部分(26位)作为辅助数据(步骤221)。
因此,使用上述方法获得的轨道参数的位计数的总体节约为(k*32+k*32)位-(7+k*25+6+k*26)位=(k-1)*13位。
可以以相应的方式处理源自除Galileo卫星以外的其他GNSS卫星的信号的轨道参数。可以理解,取决于系统,还可以减少除偏心率和半长轴以外的参数以便消耗更少的位。
图3是示出提取自k个已解码导航消息的时间参数中的冗余信息的减少的流程图。
对于每个系统,时间参数包括星历时间(TOE)和时钟模型时间(TOC)参数。
目前,GNSS将位分配给这些参数,如下表中所概括的:
  系统   TOE/TOC中的位#   TOE/TOC的标度
 GPS L5   11/11   300秒/300秒
 Galileo   14/14   60秒/60秒
 QZSS   11/11   300秒/300秒
 GLONASS   7+2   30分/45分/60分
 SBAS   13   16秒
对于GPS L5信号,计时(time keeping)基于周时间间(TOW)。为TOE参数和TOC参数中的每个参数提供使用300秒的标度因子的11个位。
对于Galileo信号,计时同样基于周时间间。在此情况下,为TOE参数和TOC参数中的每个参数提供使用60秒的标度因子的14个位。
根据L1C草案IS-GPS-800(2006年4月),QZSS信号将类似于GPS信号L1C,而就关于轨道模型和SV时钟模型的导航模型而言,L1C和L5也类似。因此,L1C、L5和QZSS最终都可以通过多模式导航模型中的同一模式来描述。
如果简单地将这些原始格式复制到辅助消息中以便传输,则由于所包括的冗余数据而浪费了位。
例如,单个Galileo卫星可能提供400,000秒的TOE值和401,800秒的TOC值。在原始格式中,需要28位来表示此数据。但是,备选方法是将TOE和TOC值分别表达为“400,000+000,000”和“400,000+001,800”。因此,TOE和TOC值具有公共部分“400,000”以及分别具有增量部分“000,000”和“001,800”。在适当选择公共部分和增量部分时,可以使用此考虑来节省位。表达增量部分用于表示参数值与所确定的公共值的偏差。
同样的考虑类似地适用于Galileo和QZSS。
因此,当接收到来自k个卫星信号的时间参数时,首先确定它们是否是来自GPS、QZSS或Galileo信号的参数(步骤230)。
如果是,则确定公共部分(步骤231)。通过将周分为6小时的块来构建公共部分。块长度的选择受限于模型的可应用时间。块长度必须等于或长于最长的可应用时间。在原始格式中,最长的时间是4小时。但是,由于必须考虑到长期轨道,所以将块长度设为6小时。但是必须指出的是,长度的选择是非常任意的,只要其长于任何原始GNSS格式的合适的间隔,所以6小时块的选择只是一个实例。此外,随着块长度的增加,所获得的位计数减小也将减少,这是因为增量部分中所需的位数增加了。
在当前实例中,通过使用6小时的标度因子的5位来描述公共部分,这导致范围为0-186小时。这允许以6小时的块表示整个周。对于所有k个卫星信号中的所有TOE和TOC值都共同使用此公共部分。
对每个卫星以及每个TOE和TOC值的个体增量部分的选择取决于所考虑的卫星系统(步骤232)。
在所考虑的卫星系统是GPS或QZSS的情况下,对于k个所考虑的卫星信号中的每个信号,每个TOC值的个体增量部分由7位来表示,并且对于k个所考虑的卫星信号中的每个信号,每个TOE值的个体增量部分由另外7位来表示(步骤233)。
然后将单个公共部分和k个个体增量部分包括在辅助消息中。与原始(2*k*11)位相比,公共部分和k个个体增量部分的总位数因此为(5+2*k*7)位。
在所考虑的卫星系统是Galileo的情况下,对于k个所考虑的卫星信号中的每个信号,每个TOC值的个体增量部分由9位来表示,并且对于k个所考虑的卫星信号中的每个信号,每个TOE值的个体增量部分由另外9位来表示(步骤234)。
然后将单个公共部分和k个个体增量部分包括在辅助消息中。与原始(2*k*14)位相比,公共部分和k个个体增量部分的总位数因此为(5+2*k*9)位。
在所有三种情况中,所述公共部分对于所有SV的所有TOC和TOE参数都相同,而增量部分是时间参数和特定于SV的。因此,最小化增量部分中的位计数同样将最小化总体位使用。
相比之下,在接收到来自k个卫星信号的时间参数并且确定它们是来自GLONASS或SBAS信号的参数时(步骤230),对于TOE和TOC值或对于不同的卫星不使用公共部分。
原因是在这些情况中,计数始于日变化,与其中计时基于周时间的其他系统相反。由于SBAS和GLONASS在日的基础上对它们的时间进行计数,所以从SBAS和GLONASS的角度,指示用于Galileo、GPS、QZSS等的6小时块的MSB是无用的开销。因此,上述MSB没有被用于SBAS和GLONASS。相反,仅针对SBAS和GLONASS使用LSB。
在原始GLONASS格式中,通过从日开始的多个块来表示TOE和TOC。由7位字段tb中的值来表示所述多个块。2位字段P1中的额外值指示块的长度,其可以是30分、45分或60分。将TOE/TOC置于块的中间。所述参数被同时用于TOE和TOC,所以只需要7+2位。
在原始SBAS格式中,对于WAAS中的TOE和TOC使用相同的13位值且标度因子为24秒。计数也始于GPS日变化。
因此,在此情况下LSB的数量视情况而定。也就是说,对于SBAS,它们包括13位,而对于GLONASS,它们仅包括9位。因此,LSB的数量将是GNSS ID的函数。
在所提供的实施例中维护SBAS的位计数特性和标度因子。还在辅助消息中传递GLONASS参数的基准时间,因为其由SV广播,即,使用7+2位。
此外,将每个卫星的TOE和TOC参数的个体部分分成LSB和MSB部分。这些LSB和MSB部分可被视为用于Galileo、GPS、QZSS等的LSB的子部分。
对于GLONASS和SBAS这两个系统,每个参数的9个LSB被提供为辅助消息的相应LSB部分(步骤236)。
在GLONASS的情况下(步骤237),在辅助消息中仅使用这9个(7位用于块计数,2位用于标志P1)LSB位。
在SBAS的情况下(步骤237),来自原始SBAS格式的13位中的其余4位被提供为辅助数据的相应MSB部分(步骤238)。
应注意的是,取决于系统是SBAS还是GLONASS,LSB部分的解释将会变化。
下表概述了参考图3描述的不同GNSS的位节省:
  模式   位   标度因子   范围   节省
  GPS L5/QZSS   7   300秒  38100秒=10.6小时 2*11*k-(5+2*7*k)=8*k-5住
  Galileo   9   60秒  30660秒=8.5小时 2*14*k-(5+2*9*k)=10*k-5位
  GLONASS/SBAS   9/13   15分/16秒  86400秒=1日
在所提供的多模式导航模型中,由相同模式表示GPS L5和QZSS,这是因为在GPS L5和QZSS中,导航模型在轨道和时间方面可能完全相同。
在所提供的多模式导航模型中,由相同模式表示GLONASS和SBAS,这是因为两者中的轨道模型都基于以地心地固(ECEF,earth-centered,earth-fixed)坐标表示给定瞬间的卫星位置、速度和加速度,然后根据变化率信息摄动(perturb)位置。
图4是示出提取自k个已解码导航消息的SV ID参数中的冗余信息的减少的流程图。
下表中指示了标识不同GNSS中的卫星所需的位计数:
  系统   位#   注释
  GPS L5   5   范围1-32
  Galileo   6   范围1-64
  GLONASS   5+5   5位(1-32)用于时隙索引,5位(1-32)用于频率索引
  SBAS   8   范围为0-255,但只有120-138用于WAAS/EGNOS
  QZSS   8   范围为0-255,根据L1C草案
在GPS L5信号的情况下,在原始格式中由5位SV索引(其允许标识32个不同的卫星)标识卫星。这将消耗k*5位,其中k是所标识的卫星数。
如果要为多于6个的卫星(k>6)提供辅助数据,则通过使用32位的位掩码(其中每个位指示是否已跟踪特定的卫星信号),可以更加位有效地提供k个SV索引。
如果所考虑的卫星系统是GPS(步骤240),则将k*5个位表示转换成32位的位掩码(步骤241)。
例如,如果存在k=8个SV{1 5 8 10 18 19 22 30},则PRN编号将需要8*5=40位的带宽。相比之下,当由位掩码[1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 10 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0]表示SV时,通过使用减少8位的带宽来提供同样的信息。
在所考虑的卫星系统是Galileo(步骤240)的情况下,适用相同的方法。但是在Galileo的情况下,在原始格式中由6位SV索引(其允许标识64个不同的卫星)标识卫星。因此,将k个卫星信号的Galileo SV ID的6位表示转换成64位的位掩码(步骤242)。如果为多于10的Galileo卫星信号(k>10)提供辅助数据,则可以实现位节省。
再者,至少对于年历,在由Galileo联合执行体提供的日期为2006年5月23日的Galileo SIS-ICD草案0“Galileo Open Service Signal In SpaceInterface Control Document”中指出:仅为36个卫星发送年历。因此,对于年历,可以预期使用36位位掩码便已足够。这意味着如果为多于6个的卫星(k>6)提供辅助数据,则已经节省了位。
在原始GLONASS格式中,将5位用于标识32个轨道时隙之一的时隙索引,而将额外5位用于标识32个频率之一的频率索引。如果所考虑的卫星系统是GLONASS(步骤240),则将时隙的k*5位表示转换成32位的位掩码表示(步骤243),就像GPS L5的情况那样。将k个频率索引包括在辅助消息中而不进行修改。
在SBAS的情况下,将8位用于表示原始形式中的SV ID,但是在0-255的覆盖范围内,仅将值120-138用于WAAS和EGNOS。如果所考虑的卫星系统是SBAS(步骤240),则在使用120的偏移时,可以使用18位位掩码来表示k*8位(步骤244),因为要描述的空间只有18个SV那样长。如果为多于2个的卫星(k>2)提供辅助数据,则可以实现位节省。
在QZSS的情况下,很可能同样将仅使用可用PRN编号的子空间。在此情况下,如果所考虑的卫星系统是QZSS(步骤240),则如SBAS的情况一样,可以类似地实现位节省。
图5是示出从已解码的导航消息提取的年历参数中的冗余信息的减少的表的排列。
假设(通过实例的方式)已解码的导航消息来自Galileo和GLONASS卫星。
年历参数包括多个参数,包括关于年历的基准时间。在Galileo的情况下,如上述Galileo SIS-ICD草案中规定的,基准时间包括Galileo周和周时间。在GLONASS的情况下,基准时间由两个参数来描述,即自上一闰年的1月1日起的日计数以及日时间(Toa),如GLONASS ICD中所述(版本5.0,莫斯科,2002年,俄罗斯国防部协调科学信息中心)。
为了实现冗余减小,对于GLONASS,自上一闰年的1月1日起的日计数首先被替换为与Galileo周计数对应的周计数和自周开始起的日计数。如GLONASS ICD中所描述的那样维护日时间(Toa)。
现在,对于Galileo年历数据和GLONASS年历数据,可以共同使用8位的“周”计数。不对周表示使用任何定标(scaling)。这在图5的第一个表中示出。
此外,为Galileo提供自己的公共部分,其包括2位且没有定标的数据发布(IODa,Issue od Data)以及8位且具有212秒定标的周时间(Toa)。IODa是描述数据集版本的顺序号。这在图5的第二个表中示出。
为每个所考虑的Galileo卫星在个体部分中单独提供实际的年历数据。这在图5的第三个表中示出。未详细说明所包括的参数。它们在上述GalileoSIS-ICD草案中描述。但是要理解,针对星历参数的与参考图2-4所提供的那些对应的减少方案同样可以用于年历参数以进行冗余的任何进一步减小。
对于GLONASS,未提供自己的公共部分或空的公共部分。这在图5的第四个表中示出。
对于每个所考虑的GLONASS卫星,在个体部分中与实际年历数据一起单独地提供日计数(day,天)和日时间(Toa)。这在图5的第五个表中示出。未详细说明其他包括的参数。它们在上述GLONASS ICD中描述。再次地,可以理解,针对星历参数的与参考图2-4所提供的那些对应的减少方案同样可以用于年历参数。
为了完整,需要注意的是,通常Toa是指“年历时间”的术语。对于Galileo,其原先为“周时间”(加上周计数),因为Galileo计时基于对周进行计数以及在一周的块中对时间进行计数。另一方面,对于GLONASS,“Toa”原先为自最近的闰年开始起的日的计数并且然后对该日内的时间进行计数。所以“年历时间”的解释取决于GNSS而改变。
要理解的是,如果仅考虑Galileo信号或仅考虑GLONASS信号,则可以对公共部分和个体部分使用相同的分布。
要理解的是,备选地,可以为每个卫星系统单独确定公共部分。
进而,可以为其他GNSS实现年历参数的公共部分和个体部分的类似划分。
此外,所提供的划分为公共部分和个体部分应被理解为只是示例性实施例。例如,在一个备选实施例中,GLONASS中的“日”参数可以作为GLONASS卫星的公共部分。
导致图2-5的操作的全部参数因而具有减小的冗余。它们与从k个导航消息提取的其他数据一起被插入辅助消息中,该辅助消息由基站130经由蜂窝链路传送到蜂窝终端110。在蜂窝终端110中,将所接收的辅助消息提供给处理器114。
处理器114执行辅助定位软件116。它接收来自GNSS接收器113的关于多个被获取并跟踪的卫星信号的测量结果,但可能没有已解码的导航数据。定位蜂窝终端110所需的关联导航数据被从辅助数据获得,例如以便加速定位或以便使得能够在那些其中不可能解码所获取和跟踪的卫星信号中的导航消息的情况下进行定位。
图6是示出从所接收的辅助消息中的参数重建原始导航轨道参数的流程图。
处理器114从辅助消息提取低冗余偏心率参数,并为k个卫星信号中的每个信号将公共5位MSB部分与相应的个体25位LSB部分组合(步骤601)。所得到的值与原始k*32位偏心率参数完全相同。
处理器114还从辅助消息提取低冗余半长轴参数,并为k个卫星信号中的每个信号将公共6位MSB部分与相应的个体26位LSB部分组合(步骤602)。所得到的值与原始k*32位半长轴参数完全相同。
处理器114还从辅助消息提取时间参数,与原始时间参数相比,所述时间参数可能具有或者可能不具有减小的冗余。取决于所考虑的卫星系统,处理器114将所提取的公共部分与2*k个所提取的个体部分中的每个个体部分组合,或者将所提取的MSB(如果有)与所提取的LSB组合(步骤603)。所述组合包括已在基站130中执行的标度因子的任何改变的逆转。所得到的值与原始k个TOE/TOC参数完全相同。
处理器114还从辅助消息提取低冗余SV ID参数。取决于所考虑的卫星系统,它将所获得的位掩码表示转换成k个位表示。在转换成位掩码表示之前已从k个原始位表示移除偏移的情况下,现在再次将预定的偏移添加到k个位表示中的每个位表示,以便获得原始位计数(步骤604)。结果则与原始k个SV ID参数完全相同。
处理器114还从辅助消息提取低冗余年历参数。它将公共部分与个体部分中的每个部分组合(步骤605)。例如,如果为Galileo和GLONASS提供年历参数,则将指示两者的周计数的公共部分与用于Galileo的指示周时间的公共部分组合。然后将此组合后的公共部分进一步与相应Galileo卫星的每个个体年历部分组合。此外,将指示周计数的Galileo和GLONASS的公共部分转换成日计数,并将其与相应GLONASS卫星的每个个体年历部分中的日计数和日时间信息组合。所得到的参数因此与年历参数的原始集合完全相同。
然后,重新获得的原始轨道、时间和SV ID参数被与任何其他辅助数据一起使用,所述辅助数据提取自常规定位计算中的辅助消息(步骤606)。
总体上,将显而易见的是,通过从提取自导航消息的参数移除冗余,可以显著减小将辅助数据从基站130传送到蜂窝终端110所需的带宽。尽管如此,可以在蜂窝终端110处重新获得原始参数而不损失精度或与原始格式的兼容性。
图7提供了根据本发明的另一个示例性系统,其使用减小的带宽在无线链路上传输用于基于AGNSS的定位的辅助数据。
所述系统包括移动设备720、GNSS附属设备710、无线通信网络的定位服务器730以及无线通信网络的固定站740。
移动设备720包括无线通信组件722。无线通信组件722可以例如是蜂窝引擎或终端,或是WLAN引擎或终端等。
GNSS附属设备710包括芯片715和链接到此芯片715的GNSS接收器713。芯片715可以例如是集成电路(IC),其包括被配置为实现辅助定位的电路。除了实际辅助定位组件719(其可以以常规方式实现)之外,所述电路还包括轨道参数重建组件716、时间参数重建组件717以及SV ID参数重建组件718。
移动设备720和GNSS附属设备710包括匹配的接口(未示出),其使能够在两个设备之间经由无线或有线链路的数据交换。
固定站740包括无线通信组件742,其允许建立到移动设备720的无线通信组件722的无线链路。所述无线链路可以是蜂窝链路或非蜂窝链路,如无线局域网(LAN)连接。
定位服务器730包括芯片735和链接到此芯片735的GNSS接收器733。芯片735可以例如是集成电路(IC),其包括被配置为组装用于辅助定位的辅助消息的电路。除了实际辅助消息组装组件739之外,所述电路还包括轨道参数冗余减小组件736、时间参数冗余减小组件737以及SVID参数冗余减小组件738。
固定站740和定位服务器730包括匹配的接口(未示出),其使得能够进行在两个设备之间经由无线或有线链路的直接或间接数据交换。
GNSS接收器713、733都被配置为接收、获取和跟踪由属于一个或多个GNSS的卫星S1、S2传送的信号,例如,包括GPS L5、Galileo、GLONASS、SBAS以及QZSS信号。至少GNSS接收器733还被配置为解码此类信号中包括的导航消息。
可以以与参考图2-6针对图1的系统描述的方式对应的方式来实现图7的系统中的辅助定位操作。在此情况下,芯片735负责处理器134的功能,而芯片715负责处理器114的功能。
基站130或网络元件730可以是根据所考虑的第一方面的示例性电子设备。处理器134或芯片735可以是根据所考虑的第一方面的示例性设备。蜂窝终端110或GNSS附件710可以是根据所考虑的第二方面的示例性电子设备。处理器114或芯片715可以是根据所考虑的第二方面的示例性设备。
执行软件136的处理器134所示的功能或芯片735所示的功能也可以被视为用于接收已从至少一个卫星信号提取的参数的装置、用于从所述参数任意地移除冗余信息的装置,以及用于提供具有减小冗余度的参数作为基于卫星信号的定位的辅助数据的装置。
执行软件116的处理器114所示的功能或芯片715所示的功能也可以被视为用于接收参数作为基于卫星信号的定位的辅助数据的装置(其中所接收的参数基于从至少一个卫星信号提取的原始参数,已从所述原始参数任意地移除冗余信息)、用于通过将所移除的冗余信息添加到所接收的参数来重建所述原始参数的装置,以及用于在辅助式基于卫星信号的定位中使用所重建的原始参数的装置。
此外,要求保护的装置加功能从句旨在覆盖在此描述为执行所列举的功能的结构,并且不仅覆盖结构上的等同物,而且还覆盖等同的结构。
虽然本发明的基本新颖特性被示出、说明和指出为应用于本发明的优选实施例,但是可以理解,本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神的情况下对所述设备和方法的形式和细节做出各种省略、替换和更改。例如,那些以基本相同的方式执行基本相同的功能以便达到基本相同的结果的元件和/或方法步骤的所有组合都明确旨在落入本发明的范围之内。此外应认识到,与本发明的任何公开的形式或实施例一起示出和/或描述的结构和/或元件和/或方法步骤,都可以作为设计选择的普通内容结合到任何其他公开、描述或建议的形式或实施例中。只是为了给出一个实例,显然,可以以任何适当的方式更改所指示的用于MSB和LSB部分的位计数以及所指示的标度因子。进而,可以根据需要使所提供的实施例适合与任何其他GNSS(包括未来的GNSS)一起使用。因此,本发明旨在仅由所附的权利要求的范围来进行限制。

Claims (15)

1.一种辅助式基于卫星信号的定位的方法,包括:
接收用于全球导航卫星系统的多个卫星的年历参数,用于所述多个卫星的每个卫星的年历参数包括数据参数的发布;
通过确定包括所述数据参数的发布的公共部分以及通过为所述多个卫星的每个卫星确定相应的个体部分,从所述年历参数移除冗余信息,所述个体部分包括多个参数并排除了所述数据参数的发布;以及
向移动设备提供所述公共部分以及每个所述个体部分作为用于基于卫星信号的定位的辅助数据,其中在所述辅助数据中仅提供一次用于所述多个卫星的所述公共部分。
2.根据权利要求1的方法,其中,接收的年历参数包括用于所述多个卫星的每个卫星的周计数和年历的时间,并且其中,从所述年历参数移除冗余信息包括在所述公共部分包括被从每个所述个体部分排除的周计数和年历的时间。
3.根据权利要求1或2的方法,其中接收的年历参数包括用于所述多个卫星中的每个卫星的年历基准时间信息,并且其中,从所述年历参数移除冗余信息包括定义至少包括所述年历基准时间信息的一部分的公共部分。
4.一种辅助式基于卫星信号的定位的设备,所述设备包括处理组件,
所述处理组件被配置为接收用于全球导航卫星系统的多个卫星的年历参数,用于所述多个卫星的每个卫星的年历参数包括数据参数的发布;
所述处理组件被配置为通过确定包括所述数据参数的发布的公共部分以及通过为所述多个卫星的每个卫星确定相应的个体部分,从所述年历参数移除冗余信息,所述个体部分包括多个参数并排除了所述数据参数的发布;以及
所述处理组件被配置为向移动设备提供所述公共部分以及每个所述个体部分作为用于基于卫星信号的定位的辅助数据,其中在所述辅助数据中仅提供一次用于所述多个卫星的所述公共部分。
5.根据权利要求4的设备,其中,接收的年历参数包括用于所述多个卫星的每个卫星的周计数和年历的时间,并且其中,所述处理组件被配置为通过在所述公共部分包括被从每个所述个体部分排除的周计数和年历的时间来从所述年历参数移除冗余信息。
6.根据权利要求4或5的设备,其中接收的年历参数包括用于多个卫星的相应卫星标识参数,并且其中所述处理组件被配置为通过移除所述卫星标识参数中的预定偏移而减小所述多个卫星标识参数的位计数来从所述年历参数移除冗余信息。
7.根据权利要求4至6中的一个的设备,其中接收的年历参数包括用于所述多个卫星中的每个卫星的年历基准时间信息,并且其中,所述处理组件被配置为通过定义至少包括所述年历基准时间信息的一部分的公共部分来从所述年历参数移除冗余信息。
8.根据权利要求4至7中的一个的设备,还包括以下项中的至少一项:
被配置为经由无线链路传送信息的无线通信组件;以及
卫星信号接收器。
9.根据权利要求4或5所述的设备,其中,接收的年历参数包括用于多个卫星的相应卫星标识参数,其中所述卫星标识参数是序数的位表示,并且其中所述处理组件被配置为通过将所述序数的所述多个位表示转换成所述序数的位掩码表示来移除冗余信息。
10.一种辅助式基于卫星信号的定位的方法,包括:
接收作为辅助数据用于基于卫星信号的定位的参数,所述参数处于用于全球导航卫星系统的多个卫星的公共部分和相应的个体部分,其中所接收的参数基于用于所述多个卫星的原始年历参数,已经通过在所述公共部分中包括数据参数的发布以及通过从所述个体部分排除所述数据参数的发布,从原始年历参数移除冗余信息;
重建用于卫星的所述原始年历参数,所述重建包括将来自所述公共部分的数据参数的发布添加到用于所述卫星的来自所述个体部分的参数;以及
在辅助式基于卫星信号的定位中使用所重建的原始年历参数。
11.根据权利要求10的方法,其中所述公共部分包括被从所述个体部分排除的周计数和年历的时间,并且其中,重建用于卫星的所述原始年历参数包括将来自所述公共部分的所述周计数和年历的时间添加到用于所述卫星的来自所述个体部分的参数。
12.一种辅助式基于卫星信号的定位的设备,所述设备包括处理组件,
所述处理组件被配置为接收作为辅助数据用于基于卫星信号的定位的参数,所述参数处于用于全球导航卫星系统的多个卫星的公共部分和相应的个体部分,其中所接收的参数基于用于所述多个卫星的原始年历参数,已经通过在所述公共部分中包括数据参数的发布以及通过从所述个体部分排除所述数据参数的发布,从原始年历参数移除冗余信息;
所述处理组件被配置为重建用于卫星的所述原始年历参数,所述重建包括将来自所述公共部分的数据参数的发布添加到用于所述卫星的来自所述个体部分的参数;以及
所述处理组件被配置为在辅助式基于卫星信号的定位中使用所重建的原始年历参数。
13.根据权利要求12的设备,其中所述公共部分包括被从所述个体部分排除的周计数和年历的时间,并且其中所述处理组件被配置为通过将来自所述公共部分的所述周计数和年历的时间添加到用于所述卫星的来自所述个体部分的参数来重建用于卫星的所述原始年历参数。
14.根据权利要求12或13的设备,还包括以下项中的至少一项:
被配置为经由无线链路接收信息的无线通信组件;以及
卫星信号接收器。
15.一种辅助式基于卫星信号的定位的系统,包括根据权利要求4至9中任一权利要求所述的设备,以及根据权利要求12至14中任一权利要求所述的设备。
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