CN101785039B - 使用gps速度矢量进行导航的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种包含有一计算机平台的导航设备包括：一全球定位系统(GPS)接收器，用来获取并跟踪GPS信号，一处理器组件和一存储器。该存储器包括记录的星历和历书信息至少之一，以及一GPS速度矢量确定模块，用来在缺少当前星历时基于上述跟踪GPS信号和上述最近一次记录的GPS信息生成速度矢量输出。一种在缺少当前星历时的车辆导航方法，包括获取和跟踪GPS信号，由一存储器获取车辆的最近一次记录的位置，设定一与上述最近一次记录的位置航位推算起始位置，由一存储器获取最近一次记录的星历和历书至少之一，基于上述速度矢量和上述航位推算起始位置确定一当前速度矢量并确定一当前位置。

Description

使用GPS速度矢量进行导航的方法和系统
技术领域
本发明总体上涉及计算设备的导航服务，特别是涉及利用由GPS(Global Positioning System，全球定位系统)信号和非当前(non-current)星历(Ephemeris)或历书(Almanac)导出的速度矢量进行导航服务的方法和装置。
背景技术
全球导航卫星系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)能够进行以下导航服务：由当前位置到目的地位置的自动路线计算并在车辆沿该路线行进时以发出实时指令并结合路段视觉显示相结合的方式引导车辆驾驶员到达该目的地。
已知若干种不同的定位方法，包括，例如，地表定位法(terrestrialmethod)、GNSS定位法、以及地表定位法与卫星定位法结合的定位法。GNSS定位法之一就是全球定位系统(GPS)，由美国国防部开发和运营，全球定位系统包括至少24个位于大约20000千米的地球轨道上彼此相隔适宜的卫星系统。
卫星传输的GPS信号中包括由无线设备处理器接收的非常精确的位置参数和时间信号，使处理器能够确定其相应的三维方位和速度。
所有卫星都传输历书(Almanac)信息，该信息包括卫星系统中所有卫星的粗略位置信息。所有的卫星还传输星历(Ephemeris)信息，该信息包括由地球上的跟踪站跟踪并报告的关于卫星自身轨道的更高精度的数据。在任意时间点上，GPS接收器仅接收当前被跟踪的星历信息。在数小时的期间，不仅来自不同卫星的信号被获取、跟踪、和丢失，每颗卫星传输的星历信息也每小时都发生变化，以保证当前轨道数据的精确近似。
商用GPS系统的关键参数之一是首次定位时间(Time-To-First-Fix，TTFF)。TTFF的定义是：一个GPS单位从启动到该GPS单位基于对接收到的来自被跟踪CPS卫星的信号的处理开始提供连续位置和速度更新数据的这一时间段。TTFF包括两个主要部分：卫星信号首次探测并获取时间和星历首次收集时间。通常，通过使用能够同时搜索多个频率的多通道接收器加快信号的获取速度。
目前，GPS接收器能够在数秒内探测并锁定GPS卫星信号。然而，第二部分，即GPS星历数据的收集仍然需要花费大约30秒钟并具有较高的信噪比(SNR)，如果需要较低的信噪比就要花费更长的时间。这样长时间的处理时间导致使用者必需再等待30秒钟才能得到GPS导航系统发出的引导指令。这种等待时间对于需要导航系统一启动就能获知导航指令的使用者来说十分不便。
由于被传输的星历参数提供了仅在一有限时间内的真实轨道参数的精确近似，星历信息只能使用2-4小时就必需由同一卫星或新获取的卫星重新收集。因此，即便是对于每天都使用GPS导航系统并且已经至少收集了所有被跟踪卫星的最新星历信息于非易失性存储器中的使用者来说，如果他所使用的GPS被关闭了数小时，重新使用时就必需收集数据并且使用者必需等待30秒钟以上以便设备处理新的星历信息。
通过使用与无线网络(例如蜂窝通讯系统和GPS卫星)结合的地面系统部分地解决上述问题。GPS辅助系统依靠配备有基站的地面系统收集星历信息并将数据通过蜂窝通讯系统或其他无线连接传输到导航设备。
然而，这种GPS辅助的系统不能在所有地区使用，许多现有的GPS接收器都不支持，并且不是免费的。因此，有必要提供一种装置和方法，使非GPS辅助的导航系统使用者能够在GPS信号已经获取或是当前星历信息无法得到时立即完全享受到GPS引导。
发明内容
一种GPS导航设备，它基于获取和跟踪的GPS信号和当前星历信息无法获取时最近一次储存的星历或历书信息导出的GPS速度矢量提供车辆导航功能，例如，路线选择、定位、地图匹配和引导。定位是基于航位推算法(dead reckoning，DR)原理实现的，其过程是：利用车辆的路线、速度和时间信息，通过移动一已知位置，例如起始点，推算出一个位置。
本发明的提供车辆导航功能的装置和方法的一个方面，包括一个计算机平台，该平台包括一能够获取并跟踪一GPS信号的全球定位系统(GPS)接收器、一处理器组件、以及一存储器。该存储器包括最近一次记录的至少包括星历或历书信息之一的GPS信息，以及一GPS速度矢量确定模块，该模块能够基于跟踪到的GPS信号和最近一次记录的GPS信息，在缺少当前星历的情况下，确定一个包含速度矢量的部分GPS解决方案。
本发明的另一方面包括一种基于上述装置的车辆导航方法，上述装置可在接收到当前星历信息之前或是缺少当前星历信息之前时打开导航设备使用。该方法包括以下步骤：获取并跟踪一GPS信号，由一存储器中取出一车辆最近一次的位置记录，设定与最近一次记录位置相同的航位推算法起始位置。该方法还包括基于上述GPS信号和最近一次记录的星历或历书信息确定速度矢量。基于上述的速度矢量和航位推算法起始位置，该方法确定上述导航设置的当前位置。
本发明的另一方面包括一包含有执行上述方法的逻辑内容的计算机可读介质。
本发明的另一方面包括能够执行存储在上述计算机可读介质的逻辑内容的处理器。
上述导航设备的另一方面是，它可以在最近一次记录的星历信息被认为过于陈旧时由基于当前星历的GPS速度和位置解决方案切换到航位推算法解决方案，以便能够对上述速度矢量进行精确计算。这种情况可以在持续启动的导航设备在停泊结构内停泊过夜后，GPS接收器无法接收到当前星历但仍然能够获取和跟踪GPS信息时发生。上述方法包括连续不断地接收来自被跟踪卫星的GPS信号。无法使用最近一次记录的星历信息时，该导航设备切换到航位推算法操作模式，将航位推算法起始位置设置于与最近一次计算的GPS位置相等的位置，由存储器中取出最近一次记录的星历或历书信息之一，基于GPS信号和最近一次记录的星历或历书信息确定速度矢量，然后基于该速度矢量和航位推算法起始位置确定当前位置。
附图说明
以下结合附图对本发明的装置和方法的实例加以说明，附图中相同的标号代表相同的部件。
图1是本发明的包括有能够在获取GPS信号后能够提供导航指令的移动端使用者的GPS导航系统的示意图。
图2是本发明的GPS导航设备的方块图。
图3是在打开上述GPS导航设备时在缺少当前星历信息时执行航位推算的方法的实施例。
图4是持续打开的GPS导航设备中在缺少当前星历信息时执行航位推算的方法的另一实施例。
图5A和图5B分别是作为数据龄的函数的星历和历书的多普勒误差。
图6是作为年龄的函数的多普勒误差的偏差。
具体实施方式
图1是GPS导航系统100的一实施例，该系统包括一车载导航设备102，用来接收包含GPS位置参数的GPS信号116，这些GPS信号来自在大约20000千米地球轨道的多个卫星114。在一些实施例中，导航设备102连续不断地由连接车辆的线缆122获取电能。在另一些实施例中，导航设备102仅在车辆位于点火状态时才通电。
导航设备102根据接收到的参数利用接收到的来自卫星114的精确位置参数和定时信号确定其自身的三维位置和速度。确定当前位置130后，导航设备102能够在显示设备126上显示车辆120的位置。
GPS车辆位置通常由来自三个或更多卫星的伪距测量结果导出，该伪距测量结果存在自卫星信号传输到接收器104接收之间的时间延迟。“伪”的含义是尽管接收器104中能够精准明确地测量传输时间，但接收时间与接收器内部时钟相关。因为钟偏通常是不被知晓的(直到接收器已经计算出其自身位置并校正了该时钟后)，因此需要一个额外的伪距测量结果估测解决方案中的钟偏并将其消除。三维解决方案需要4颗卫星114进行伪距测量，当(假定)接收器海拔已知时，二维解决方案需要3颗卫星。消除钟偏后，计算卫星114到接收器104的距离，大至为光速乘以测得的延迟时间。
为了由3-4颗卫星对接收器104的位置进行三角测量，必需知道给定时刻精确的卫星位置。还有，与固定灯塔不同，还必需知道卫星自身的速度。这一信息包含在星历和历书信息数据中，其中包含了卫星轨道参数的近似值。
GPS卫星114持续传输星历数据。所有卫星都有自己的星历。一组星历参数的无变化数值通常持续传输1-2小时，然后改变为新的一组数值以便更好地逼近当前轨道。星历数据记录后通常可供定位用途使用大约2-4小时。
在开放的天空环境中，平均需要30秒钟接收新的星历，对于较弱或中断信号，例如在移动的车辆中，需要的时间可能会大大延长。还有，尽管在大约25-26dbHz的信噪比(SNR水平)之下星历收集实际上已经变得不可能，利用当前具有的灵敏GPS接收器在这一限制之下仍然可能进行卫星信号的获取和跟踪。
所有卫星传输的历书信息都包括所有GPS卫星的数据。在开放天空区域平均需要花费19分钟收集新的历书数据并且收集后这些数据可以使用数周，尽管通过每两周更新一次历书参数。
接收到的来自卫星114的星历和历书数据储存在导航设备102的非易失存储器中并且重新开闭电源后仍可供使用。
除了GPS信号116内传输的信息以外，由于GPS接收器104的位置变化，接收到的GPS信号自身的变化特性(多普勒频率漂移)被用来确定与GPS接收器104的位置相关的速度矢量。
GPS系统的关键参数之一是首次定位时间，并且被定义为GPS单元即导航设备102的电源打开的时刻起到该设备能够基于对接收到的来自GPS卫星114的信号进行的处理提供连续的位置和速度更新的时刻之间的时间周期。TTFF包含两个主要部分，探测并跟踪卫星信号所需时间和收集星历所需时间。作为非限定的例子，GPS接收器104是一个通过同时在多频道上搜索GPS信号116来加速信号获取的多通道接收器。
GPS接收器104在启动后数秒内探测并锁定，即跟踪，GPS信号。然而，第二部分，解码星历数据，在信号强时需要花费大约30秒钟，或是在低信噪比(SNR)的情况下需要更长的时间。这一较长的处理时间通常会导致使用者不得不等待超过30秒钟的时间才能得到引导指令。
在这样当前星历无法获得的启动期间，速度矢量确定模块110能够计算GPS速度矢量，即，速度和方向，通过对接收到的信号的多普勒频移测量结果和已知的GPS信号频率的比较结果导出。
航位推算法模块能够使用速度矢量确定模块110的输出结果利用航位推算技术确定当前位置130中的北方和东方分量。基于计算出的速度矢量和当前位置130，使用者在打开导航设备102后数秒内就可接收到导航引导信息。
图2展示了本发明的车载导航设备102的一实施例的较为详细的框图，该导航设备102能够处理来自GNSS卫星(例如GPS卫星114)、WAAS(广域增强系统)卫星、或其他定位卫星的信号。非限定地，导航设备102包括计算机平台202，用来确定导航设备102的位置并将其位置X显示在集成在设备102或远程连接在设备102的显示设备130上。
在一些实施例中，导航设备102安装在车辆120的仪表板之下。显示设备126可集成在导航设备102上或是在其他实施例中安装在车辆120的驾驶员可见的位置上并与导航设备102电气连接。显示在显示设备126上的地图信息是包括驻留在内部存储设备208或可移动介质如光盘和安全数码(SD)卡上的道路地图数据库232。
导航设备102由安装该导航设备的车辆120的电气系统获得电能。在一些实施例中，线缆122将车辆的电源连接到向导航设备102的元件分配电能的电源模块226。在一些实施例中处理器模块206和电源模块226在启动时能够启动航位推算程序。
在一些方面，计算机平台202包括基于一个或多个储存于存储器209中的应用程序控制设备102操作的处理器206。处理器206可包括专用集成电路(ASIC)，或是其他芯片组、处理器、微处理器、逻辑电路、或其他为末端使用者设备102执行一个或多个处理功能的数据处理设备。还有，处理器206可包括各种植于硬件、固件、软件及其组合中的处理子系统，能够实现末端使用者设备102的功能。
处理单元206定期指示GPS接收器单元104获取卫星信号并将接收单元104接收到的星历/历书数据存储在存储器208中。一但星历/历书数据被接收并储存，全面GPS解决方案模块240以已知的方式利用当前星历精确确定位置。当电源关闭并后续启动时，速度矢量确定模块110和航位推算模块108利用最近一次记录的星历/历书信息106、最近一次记录的位置130和当前跟踪的GPS信号116降低TTFF并提供导航服务，直至获取当前星历。
存储器208包括任何类型的非易失存储器，包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、闪存单元、二级或三级存储设备如磁介质、光学介质、磁带、或软盘或硬盘，不论是否驻留在计算机平台202上或是远程设置。控制器逻辑210驻留在存储器208中，包括处理器206发出的用来控制导航设备102所示功能的程序指令。
计算机平台202还包括通信模块224，用来在便携末端使用者设备102的元件之间，例如存储器208和GPS接收器104之间传递数据。通信模块224可包括一个或输入和/或输出端口、发送和接收元件、收发器、天线等，例如，有线或无线通用串行总线(USB)端口或其任意组合。通信模块224可包括，但不限于，以下技术，例如串行端口，即，通用串行总线(USB)端口和火线(FIREWIRE)串行总线接口、红外接口、以及短距射频接口，如蓝牙(BLUETOOTH)技术接口。
还有，在一些实施例中，通信模块224通过线缆230或其他通信手段接收来自车辆传感器228的速度信息230，例如惯性传感器，包括航向陀螺仪、加速度计、磁力计、和/或接收到的来自车辆硬件或数据总线的信息，例如里程计脉冲或防抱死制动系统(ABS)车轮速度信息。尽管并未要求，这种传感器生成的数据可协助确定导航设备102自最近一次关闭和启动之间是否已经移动。
除了航位推算，导航设备102还包括地图匹配模块236，用来确定设备102在一特定路段上的位置X并在显示设备126上显示出该位置X。
还有，路线选择模块234用来确定使用者当前位置与使用者指定目的地之间的最佳路线。
还有，引导模块238可向使用者提供到达使用者指定目标实时方向指引。
不存在当前星历时，航位推算模块108、路线选择模块234、地图匹配模块236引导模块238都依赖于利用跟踪到的GPS信号116结合最近一次记录的星历/历书信息106计算出的速度矢量214。
这里所说的导航设备102包括若干操作模式，以下将对其中的4种进行描述。
在第一操作模式中，不论车辆的运行状态，通过永久连接或临时插入连接持续不断地向导航设备102提供电能。当当前星历可以获得时，利用以已知的方法接收并处理来自GPS卫星114的星历/历书子框架的全面GPS解决方案模块240计算当前位置130。当当前星历不可获得时，或是如果接收到的GPS信号116过于微弱无法提取星历信息但足以获取并跟踪卫星114时，速度矢量确定模块110计算导航设备102使用的速度矢量214以便提供路线选择、定位、地图匹配和引导等服务。TTFF存储不是因素之一，因为系统永不关闭。
例如，当车辆在地下或多层车库内停泊过夜时，接收到的来自GPS卫星114的信号可能过于微弱无法提取新的星历信息。如前所述，来自任何给定位置的GPS卫星可先间隔通常不超过6小时。因此，当车辆过夜停泊时，初始跟踪的卫星114最终会失去联络而不得不获取新的卫星114。在不使用航位推算的系统中，假定的最大星历龄不超过2-4小时，没有星历信息的新获取的卫星对于确定速度矢量214和当前位置130来说是无用的。
对于车辆停泊在无法收集星历信息的环境中过夜的情况，航位推算模块108利用微弱的GPS信号和非当前的星历信息106维持最新位置信息。
还有，当车辆120第二天启动时，连续操作的导航设备102不需要确认起始位置是否与车辆引擎关闭时的位置相同。
然而，随机漫步，即由于速度噪音与时间结合的关系造成的位置误差是有可能出现。车辆传感器228可在可用时通过可靠地表明车辆何时没有移动避免随机漫步误差，例如当加速度计信息接近零时。这种情况下，导航设备102会允许将速度归零，冻结航位推算位置并避免航位推算随时间推移而增长。还有，加速度计可提供运动中断，除非被启动，表明车辆已被停止。
当导航设备102永久性地安装在车辆中并在关闭后启动时发生第二操作模式。在该模式中，可通过利用航位推算技术实现TTFF过程的节省。速度矢量确定模块110确定由来自最近一次记录的星历/历书106和获取并跟踪的GPS信号116计算出的速度矢量214。航位推算逻辑216将一航位开始位置218设定到最近一次记录的位置212并利用计算出来的速度向量214确定当前位置130，直到可以获得当前星历时为止。
第三操作模式发生在当导航设备102是能够由一个车辆转移到另一个车辆的便携式设备的情况。在这种设备中，车辆行进时提供电能。与第二模式类似，在收集到当前星历之前，可利用航位推算法实现TTFF过程的节省。由于这种模式包括了便携导航设备102，该导航设备102可能在关闭后移动。如果导航设备102在关闭期间由一部车辆移至另一车辆，最近一次记录的位置212就是无用的，或充其量也是误导的。因此，在这种模式下验证逻辑220用来计算出一估测位置222，与最近一次记录的位置212相比较，确定车辆120是否离开了最近一次记录的位置212。
此处描述的GPS航位推算系统100是基于启动时的位置与最近一次记录的位置基本相同这一假定而言的。因此，导航设备102最好持续不断地处于打开状态，以便可靠地确定其当前位置。然而，由于导航设备102可能会在车辆120未行驶时关闭(模式2和3)，引擎发动时立即向导航设备供电，以便尽量减少车辆实际位置与最近一次记录的位置212的偏差。
尽管可以尽量降低航位推算位置的误差，例如，通过将设备的启动与引擎的启动同时进行，但是某些误差可能是无法避免的。例如，即使导航设备102与车辆引擎同时启动，GPS接收器104仍然需要有限量的时间，例如2-3秒钟，来获取上述GPS信号116。尽管可以想见在这几秒钟内车辆改变了它的位置，但这一行程距离不可能超过数米，不足以在接收到当前星历数据之前影响车辆的导航。
还有，导航设备102的位置可能在由于其它原因关闭的期间发生变化，包括，但不限于设备102被重新定位到另一设备(模式3)，以及设备102在车辆早已被驶离开始点后被随意关闭(模式2或3)。
在一些实施例中，验证逻辑220通过检查最近一次记录的位置212确定设备102是否已经在关闭期间被移动，以此确定其是否接近利用旧星历或历书信息由伪范围和多普勒值计算出来的估测位置222。进行第二次检查，用来确定估测的车辆120的速度(利用旧星历或历书信息)是否在预定的限定值之内。
如果最近一次记录的位置212与估测位置222之间的差距没有超过，例如，0.5英里，并且第一速度值没有超过每小时10英里，验证逻辑220就将航位推算起始位置218设定为最近一次记录的位置212，使导航设备102能够执行导航功能，包括：例如，航位推算法定位、地图匹配、路线选择、以及引导。
但是，如果最近一次记录的位置212与估测位置222之间的差距，或是估测速度超过了上述预定值，直到获得当前星历信息并且全面GPS解决方案(位置和速度)已经由全面GPS解决方案模块240计算出来之前，就无法得到航位推算起始位置。
图3展示了GPS导航设备102的一个实施例的流程图，它在导航设备102起动时确定设备102的当前位置。在一种场合下，安装在车辆120中的便携式导航设备102由，例如，车辆的点烟器供电，点烟器在很多情况下仅在车辆处于点火状态时才能会附带提供电能。
在步骤302打开电源后，GPS接收器104开始由GPS卫星114获取并跟踪GPS信号116。此外，执行控制器逻辑210的处理器206执行航位推算模块108。
在步骤304，处理器206由存储器208获取导航设备102的最近一次记录的位置212。
在步骤306，航位起始位置218被设定为上述最近一次记录的位置212。在步骤308，上述最近一次记录的星历或历书信息106由存储器208获得并在步骤310中用来确定速度矢量214。
使用星历或历书这一决定是基于相关数据的时龄确定的，以下将结合图4A、4B和图5进行讲解。
在一些实施例中，验证逻辑220在步骤306通过基于获取的GPS信号116测量伪范围和多普勒值验证最近一次记录的位置212是否与计算出来的车辆位置的估测值222足够接近。如果上述估测位置222与上述最近一次记录的位置212没有超过一预定值，那么就使用上述最近一次记录的位置212实施导航功能。否则，使用者在当前星历信息被收集到并处理之前必需等待。
对航位推算起始位置218进行验证并选择了星历或历书信息之一后，GPS速度矢量确定模块110在步骤310确定包括有导航设备102的速度和行进方向的速度矢量214。利用GPS或其他无线电指向标基于多普勒频移和其他技术的速度矢量214算法属于导航技术领域的公知技术。
确定速度矢量214后，基于航位推算起始位置218，航位推算模块108在步骤312利用公知的航位推算技术确定当前位置130并将该当前位置130存储于存储器208中。
在其他一些可以得到来自外部车辆传感器228的输入数据的实施例中，可通过接收来自包括有一个或多个按公知方式操作的陀螺仪检测转速的转速传感器的输入和利用里程表脉冲得到精度提高的速度和方向。因此，可在步骤310结合外部传感器228提供附加的速度信息以提高计算出的当前位置130的精确度。
一但当前位置130得以确定，控制逻辑210可基于地图匹配模块236和道路地图数据库232提供的地图信息在显示设备130上显示出车辆120的位置X。
图4展示了导航设备102被用来由使用全面GPS解决方案模块240基于当前星历计算当前位置130的模式切换到利用GPS速度矢量确定模块110和航位推算模块108导出速度矢量214和当前位置130的操作模式的方法。模块108和110的输出使导航设备102能够在当前被跟踪卫星的星历信息对于全面GPS解决方案模块240来说变得过于陈旧时执行导航功能。这种情况存在于当配备有持续不断供电的导航设备102的车辆120在使GPS信号微弱以至于阻碍当前星历信息接收但仍然能够允许GPS卫星信号跟踪的停车结构中停泊过夜时。
导航设备102在步骤400持续不断地接收GPS信号116。直到最近一次接收到的星历信息106变得无法导出全面GPS解决方案即位置和速度信息之前，导航设备102在步骤404继续使用最近一次记录的星历信息导出速度矢量214和当前位置130。这一动作发生在最近一次接收到星历信息大约6小时后，并取决于卫星的位置。
一旦控制器逻辑210确定上述最近一次记录的星历信息过于陈旧，导航设备102就切换到航位推算以便执行导航功能。
航位推算模块108在步骤406将航位起始位置218设定为最近一次计算的GPS位置212。与图3的流程图中所揭示的非连续供电实施例不同，如果设备102被连续不断地供电，就没有必要验证航位推算起始位置或是由存储器208取得最近一次记录的位置212。
因此，在步骤408，控制器逻辑210由存储器208中根据数据的时龄取出最近一次记录的星历或历书信息，如图3中步骤308所描述。
速度矢量确定模块110在步骤410基于被跟踪的GPS信号116计算速度矢量214和最近一次记录的星历/历书信息106。
航位推算模块108基于速度矢量214和航位推算起始位置218在步骤412计算当前位置130。
计算当前位置236之后，控制器逻辑210将设备102的位置X结合道路地图数据库232中存储的地图数据投射到显示设备126上。
如前所述，利用航位推算法进行定位只是在缺少当前星历信息时对GPS信号116导出的速度矢量214的一种利用。导航设备102的其他可利用速度矢量214的方面包括地图匹配、路线选择和引导。
由地图匹配模块236执行的地图匹配过程用来确定设备102基于一道路地图数据库232在一特定路段上的位置。除了由道路地图数据库232获取的信息以外，地图匹配模块236还利用车辆当前或过去座标、速度和方向的相关信息。例如，地图匹配模块236将车辆当前位置130、速度矢量214、位置历史(轨迹)和速度及方向历史与路段位置和方向、交叉口位置、限速信息等进行比较，以便找到车辆120所在位置在道路或越野网络上的最可靠投影X。
在一些实施例中，引导模块238相对于道路地图数据库232向使用者输出命令，例如，可视和/或可听到的命令，例如，“下一路口左转弯”。
图4A和4B分别是在长度为一周的时间内利用旧星历和历书信息计算出的作为星历/历书时龄的函数的多普勒误差。水平速度矢量误差，被记录为多普勒误差的数量，即水平精度因子(HDOP)，在开放区域中通常的范围为1-3，取决于被跟踪的卫星的数量。
图5展示了作为星历龄(顶部簇)和历书龄(底部簇)函数的多普勒误差的平均标准偏差。根据图4A、4B和图5中展示的数据，导航设备102的一个实施例基于数据龄选择星历或历书位置数据，如果最近一次记录的位置信息在预定天数以内就选择星历，例如，在1-1.5天以内，如果数据龄大于1.5天直到最大预定天数，就使用历书。或者，可以将导航设备102编程为仅使用一种类型的位置数据或是根据星历和/或历书数据的其他可观测特征进行编程。
尽管以上对本发明的各个方面进行了揭示或图示，应该理解任何等同修饰或修改都在后附的权利要求书所定义的范围之内。还有，本说明书用单数表述的部件除非特别说明也可指复数。此外，除非另有说明，本发明的各个方面的部分都可与其它方面的部分结合使用。

Claims (11)

1.一种包括有计算机平台的车辆导航设备，包括：
一全球定位系统(GPS)接收器，用来获取和跟踪GPS信号；
一处理器组件；和
一存储器，该存储器包括：
最近一次记录的GPS信息，包括星历信息和历书信息至少之一；和
一GPS速度矢量确定模块，用来在缺少当前星历时基于上述跟踪的GPS信号和上述最近一次记录的GPS信息输出一速度矢量。
2.根据权利要求1所述的导航设备，还包括一航位推算模块，用来基于上述确定的速度矢量确定上述导航设备的当前位置和航位推算位置。
3.根据权利要求2所述的导航设备，还包括接收上述速度矢量和上述当前位置的分量作为输入的地图匹配模块、路线选择模块、以及引导模块。
4.一种在缺少当前星历信息时的车辆导航方法，该方法包括一执行以下步骤的导航设备：
获取并跟踪一GPS信号；
由一存储器获取一车辆最近一次记录的位置；
设定一与上述最近一次记录的位置相同的航位推算起始位置；
由一存储器获取最近一次记录的星历和历书至少之一；
基于上述GPS信号和上述最近一次记录的星历或历书信息确定一当前速度矢量；和
基于上述速度矢量和上述航位推算启始位置确定一当前位置。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括在上述导航设备启动后检验上述航位推算起始位置。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
基于上述获取的GPS信号测量伪范围和多普勒值；
利用上述最近一次记录的星历或历书计算估测的位置和速度；
将上述估测的位置与一最近一次存储的位置进行比较；及
如果上述估测的位置与上述最近一次记录的位置的差别没有超过一预定值，就利用上述最近一次存储的位置用于车辆引导。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述的确定当前速度矢量的步骤包括基于星历和历书的时龄选择记录的星历和历书至少之一。
8.根据权利要求4所述的方法，其中所述的设定上述航位推算起始位置的步骤包括将车辆传感器信息与上述最近一次记录的位置信息结合。
9.根据权利要求4所述的方法，其中确定当前速度矢量的步骤还包括除利用上述GPS信号和上述记录的星历或历书信息外还利用车辆传感器信息。
10.至少一个用来执行以下行为的处理器：
获取并跟踪一GPS信号；
由一存储器获取车辆的最近一次记录的位置；
设定一与上述最近一次记录的位置相同的航位推算起始位置；
由一存储器获取最近一次记录的星历和历书至少之一；
基于上述GPS信号和上述最近一次记录的星历或历书信息确定一当前速度矢量；和
基于上述速度矢量和上述航位推算启始位置确定一当前位置。
11.一种在缺少当前星历时的车辆导航方法，该方法包括以下步骤：
连续不断接收来自被跟踪卫星的GPS信号；
当上述最近一次记录的星历变为不可用时，切换到航位推算模式，其中该切换到航位推算模式步骤包括以下步骤：
设定一与上述最近一次计算的GPS位置相同的航位推算起始位置；
由一存储器获取最近一次记录的星历和历书至少之一；
基于上述GPS信号和上述最近一次记录的星历或历书信息确定一当前速度矢量；和
基于上述速度矢量和上述航位推算启始位置确定一当前位置。
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