CN101903793A - 改进的导航装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种当仅相对不良的GPS信号可用时确定导航装置(500)的位置的方法，连同一种能够在所述条件下确定其当前位置的导航装置。所述方法包含以下步骤：从多个GPS卫星(51到54)接收多个GPS信号(502)；根据形成所述信号的部分的时序信息连同特定针对于所述卫星中的每一者的识别信息来确定范围信息；尝试接收并存储另外形成每一所述信号的部分且特定针对于所述卫星中的每一者的全部星历表数据有效负载。所述方法的特征在于以下另外步骤：使用无线通信协议来建立与最接近装置(508)的通信(510)；确定所述最接近装置已经存储用于所识别卫星的关于卫星位置的星历表数据或其特定部分；请求并接收用于所述所识别卫星的所述星历表数据或其特定部分，所述导航装置随后使用所述范围信息及所述经无线接收的星历表数据两者来确定其当前位置，所述经无线接收的星历表数据特定针对于已针对其确定了所述范围信息的所述卫星。

Description

改进的导航装置及方法

技术领域

本发明涉及一种改进的导航装置及方法。

背景技术

包括GPS(全球定位系统)信号接收及处理构件的便携式导航装置(PND)为众所周知的，且广泛地用作车内导航系统。本质上，现代PND包含：

-处理器，

-存储器(易失性存储器及非易失性存储器中的至少一者，且通常为两者)，

-存储于所述存储器内的地图数据，

-软件操作系统及(任选地)在其上执行的一个或一个以上额外程序，用以控制装置的功能性并提供各种特征，

-GPS天线，通过其可接收包括位置数据的卫星广播信号且随后处理所述信号以确定装置的当前位置，

-任选地，产生信号的电子陀螺仪及加速计，所述信号能够经处理以确定当前角加速度及线加速度，且又并结合从GPS信号导出的位置信息，确定装置及因此其中安装了所述装置的交通工具的速度及相对位移，

-输入及输出构件，实例包括视觉显示器(其可为触敏式以允许用户输入)、用以控制装置的开/关操作或其它特征的一个或一个以上物理按钮、用于可听输出的扬声器，

-任选地，一个或一个以上物理连接器，借助于所述物理连接器可将电力及任选地一个或一个以上数据信号发射到所述装置并从所述装置接收电力及任选地一个或一个以上数据信号，及

-任选地，一个或一个以上无线发射器/接收器，用以允许经由移动电信及其它信号及数据网络(例如，Wi-Fi、Wi-Max GSM等等)进行通信。

PND的效用主要表现在其确定在出发或当前位置与目的地之间的路线的能力，所述目的地可由计算装置的用户通过广泛多种不同方法中的任一者输入(例如，通过邮政编码、街道名及号码，以及先前存储的众所周知、最爱或最近到过的目的地)。通常，PND是由用于根据地图数据来计算在出发地址位置与目的地地址位置之间的“最好”或“最佳”路线的软件来启用。“最好”或“最佳”路线是基于预定标准来确定的且不一定需要为最快或最短的路线。指引司机所沿着的路线的选择可为非常复杂的，且选定的路线可考虑现有的、预测的及动态及/或以无线方式接收到的交通及道路信息、关于道路速度的历史信息及司机对于确定道路备选项的因素的自身偏好。此外，所述装置可连续监视道路及交通条件，且由于改变的条件而提供或选择改变路线，在此路线上将进行剩下的行程。基于各种技术(例如，移动电话呼叫、固定相机、GPS车队跟踪)的实时交通监视系统正用来识别交通延迟且将信息馈入通知系统中。

导航装置通常可安装于交通工具的仪表板上，但还可形成为交通工具的机载计算机或汽车无线电的部分。导航装置还可为例如PDA(个人导航装置)、媒体播放器、移动电话等手持式系统(的部分)，且在这些情况下，借助于将软件安装于装置上以执行路线计算及沿着计算出的路线的导航两者来延伸手持式系统的常规功能性。无论如何，一旦已计算出路线，用户便与导航装置交互以(任选地，从提议的路线的列表)选择所要的计算出的路线。任选地，用户可干预或指引路线选择过程，例如，通过指定对于特定行程应避免或者必须遵循某些路线、道路、位置或标准。PND的路线计算方面形成所提供的一个主要功能，且沿着此路线的导航是另一主要功能。在沿着计算出的路线导航期间，PND提供视觉及/或可听指令以沿着所选择的路线将用户指引到所述路线的终点，此终点为所要的目的地。PND通常在导航期间在屏幕上显示地图信息，所述信息在屏幕上定期更新，使得所显示的地图信息表示装置的当前位置且因此表示用户或用户的交通工具的当前位置(如果装置正用于车内导航)。显示于屏幕上的图标通常表示当前装置位置且居中，并且还显示当前及周围道路的地图信息及其它地图特征。另外，可任选地在所显示的地图信息上方、下方或一侧的状态栏中显示导航信息，导航信息的实例包括从用户需要选取的当前道路到下一偏离的距离，所述偏离的性质可能由表明特定偏离类型(例如，左转弯或右转弯)的进一步图标表示。导航功能还确定可听指令的内容、持续时间及时序，可借助于所述指令来沿着路线指引用户。如可了解，例如“前方100m左转”等简单指令需要大量处理及分析。如先前提及，用户与装置的交互可通过触摸屏幕，或者另外或替代地通过驾驶杆安装式遥控器、通过语音启动或通过任何其它适宜方法。

装置提供的更重要的功能是在以下情况下的自动路线重计算：

-在沿着先前计算出的路线导航期间，用户偏离所述路线，

-实时交通条件指示替代的路线将更有利，且所述装置能够适当地自动辨识所述条件，或

-如果用户由于任何原因主动地致使装置执行路线重计算。

还已知允许按用户定义的标准来计算路线；例如，用户可能更喜欢由装置计算出风景路线，或者可能希望避开交通堵塞可能发生、预计会发生或当前正发生的任何道路。装置软件将接着计算各种路线且更青睐沿着其路线包括最高数目个名胜(称为POI)的路线，所述名胜经标注为(例如)具有美景，或者使用指示特定道路上的正发生的交通条件的已存储的信息，按可能的堵塞或由于堵塞引起的延迟的水平来将计算出的路线排序。其它基于POI及基于交通信息的路线计算及导航标准也是可能的。

虽然路线计算及导航功能对PND的总体效用很重要，但有可能将装置纯粹用于信息显示或“自由驾驶”，其中仅显示与当前装置位置相关的地图信息，且其中尚未计算出路线且装置当前不执行导航。此操作模式常可适用于当用户已知行进所要沿着的路线且不需要导航辅助时。

当然，任何PND或导航系统的效用取决于最优选地从四个或四个以上卫星接收GPS信号。在常规操作下，卫星所发射的信号未受到人造物体的阻碍且相对较强，且根据形成来自每一卫星的信号的部分的时钟脉冲，PND可从在来自所述卫星中的每一者的信号的发射与接收之间所用的时间的计算导出那些卫星中的每一者的范围。另外，背负于卫星广播信号上或以其它方式作为卫星广播信号的部分所发射的是所谓的年历或星历表数据，包括广泛范围的卫星特定数据，例如在特定坐标系统(例如，球体)中的卫星全球位置、轨道信息及其它天文及天体数据。其是在可作出PND的当前位置的任何可靠确定之前必须由PND针对每一卫星来接收并解码的信息。

因为通常存在四个未知量，所以需要来自四个卫星的信号。用来确定PND位置的已知三边测量技术为包含三个未知数的一系列三个等式，这些未知数为相对于根据每一卫星的特定位置所确定的地球表面上的三个预确定的参考点的当前位置坐标。第四未知数由以下事实产生：因为卫星内的原子钟与GPS时间系统偏移了量Δt(归因于相对论效应、漂移效应及其它效应)，所以时钟信号及因此来自卫星的信号中的每一者的发射时间需要校正，这对于形成GPS系统的部分的所有卫星大体上为相同的，但在PND处未知。因此，一旦计算出卫星范围且针对时间偏移对其加以校正，便可使用三边测量技术来确定PND的当前位置。

然而，仅当PND正在接收良好的、不受阻碍的卫星信号时，才可发生星历表数据的接收及解码。此外，星历表数据特定针对于每一卫星且每隔30s才发射，因此在GPS信号不良的情况下，PND可能需要显著较长的时间从每一卫星的相应广播信号成功接收并解码每一卫星的全部星历表数据有效负载，且因此确定三边测量计算中使用的在地球表面上的特定参考点。

因此，在其中相对不良的GPS信号占优势的位置中，PND仅能够确定卫星范围信息，所述卫星范围信息在无额外星历表数据的情况下用处极小且不足以进行对PND的当前位置的任何确定。在此阶段应提到，即使在仅可接收到相对弱的GPS信号的区域中，PND仍能够根据接收到的信号而确定时钟脉冲及时序信息，且因此确定卫星距PND的范围。虽然时钟及时序信息确实形成星历表数据标准的部分，但其实质上与星历表数据的其余部分分离，且因此，即使在大部分数据有效负载不可解密时，其仍可解密。

本发明的目标为提供一种PND或导航系统、一种操作所述PND或导航系统的方法以及一种借以控制所述PND或导航系统或方法的计算机程序，其使得尽管仅接收到相对弱的GPS信号但仍能够准确确定PND或导航系统当前位置。

发明内容

根据本发明，提供一种确定导航装置的位置的方法，其包含以下步骤：

从多个GPS卫星接收多个GPS信号，

根据形成所述信号的部分的时序信息连同特定针对于所述卫星中的每一者的识别信息来确定范围信息，

尝试接收并存储另外形成每一所述信号的部分且特定针对于所述卫星中的每一者的全部星历表数据有效负载，

所述方法的特征在于以下另外步骤：

使用无线通信协议来建立与最接近装置的通信，

确定所述最接近装置已经存储用于所识别卫星的关于卫星位置的星历表数据或其特定部分，

请求并接收用于所述所识别卫星的所述星历表数据或其特定部分，

所述导航装置随后使用所述范围信息及经无线接收的星历表数据两者来确定其当前位置，所述经无线接收的星历表数据特定针对于已针对其确定了所述范围信息的所述卫星。

在一个实施例中，与最接近装置的通信的建立及随后对星历表数据的请求及接收是以确定所述导航装置不能完全接收并存储用于所识别卫星中的每一者的全部星历表数据有效负载为条件。

在替代实施例中，当所述导航装置尝试完全接收并存储用于所识别卫星中的每一者的全部星历表数据有效负载时，与最接近装置的通信的建立或建立此通信的尝试以及随后对星历表数据的请求及接收同时且/或无条件地发生。

最优选地，在导航装置从四个以上卫星接收卫星信号的情况下，所述导航装置确定四个最强信号，且确定并存储仅所述四个卫星的范围信息及识别信息。

更优选地，在所述导航装置与所述最接近装置之间的通信的建立之后，所述导航装置询问所述最接近装置以确定用于四个所识别卫星的星历表数据是否可用，所述四个所识别卫星的范围信息存储于所述导航装置上，且在其肯定确定后，进行对特定针对于所述四个卫星的星历表数据的请求。

最优选地，导航装置使用一种类型的信号发射或通信协议来接收卫星信号，且使用不同协议(最优选地，广泛可用的移动电信协议或短程无线通信协议中的任一者，例如GPRS、GSM、CDMA、蓝牙、Wi-Fi、Wi-Max、UMTS、HSCSD、EDGE、W-CDMA等等)来与所述最接近装置通信。

在优选实施例中，所述导航装置仅请求并接收所述星历表数据的关于所识别卫星的特定部分，所述特定数据部分包括表示所述所识别卫星的位置的信息。

在本发明的另外方面中，提供一种用于实施上述方法的按需要包含于计算机可读媒体上的计算机程序，还提供一种适于执行所描述的方法的PND及/或导航系统。

附图说明

下文将通过使用实例实施例来更详细地描述本申请案，所述实例实施例将借助于图式来进行解释，在所述图式中：

图1说明全球定位系统(GPS)的实例视图；

图2说明导航装置的电子组件的实例框图；

图3说明导航装置可经由无线通信信道接收信息的方式的实例框图；

图4A及图4B为导航装置的实施例的实施方案的透视图；

图5展示说明用于根据卫星信号而确立装置的位置的现有技术三边测量技术的示意图，且

图6示意性地说明本发明，其中PND可接收卫星信号及无线电信信号两者。

具体实施方式

图1说明可由导航装置使用的全球定位系统(GPS)的实例视图。所述系统是已知的且用于多种目的。一般来说，GPS为基于卫星无线电的导航系统，其能够为无限数目个用户确定连续的位置、速度、时间及(在一些情况下)方向信息。先前已知为NAVSTAR的GPS并入有在极其精确的轨道中与地球一起运转的多个卫星。基于这些精确轨道，GPS卫星可将其位置中继到任何数目个接收单元。

当经专门装备以接收GPS数据的装置开始扫描射频以查找GPS卫星信号时，实施GPS系统。在从GPS卫星接收到无线电信号后，所述装置经由多个不同常规方法中的一者来确定所述卫星的精确位置。在多数情况下，所述装置将继续扫描以查找信号，直到其已获得至少三个不同卫星信号(注意，通常不会使用其它三角测量技术仅用两个信号来确定位置，但可这样确定)。在实施几何三角测量的情况下，接收器利用三个已知位置来确定其自身相对于卫星的二维位置。这可以已知方式来进行。另外，获得第四卫星信号将允许接收装置通过同一几何计算以已知方式计算其三维位置。位置及速度数据可由无限数目个用户连续地实时更新。

如图1中所示，GPS系统大体上由参考标号100表示。多个卫星120处于围绕地球124的轨道中。每一卫星120的轨道不必与其它卫星120的轨道同步，且实际上很可能不同步。GPS接收器140经展示为从各种卫星120接收展频GPS卫星信号160。

从每一卫星120连续地发射的展频信号160利用通过极其准确的原子钟实现的高度准确的频率标准。每一卫星120作为其数据信号发射160的部分而发射指示所述特定卫星120的数据流。所属领域的技术人员了解，GPS接收器装置140通常从至少三个卫星120获得展频GPS卫星信号160以供所述GPS接收器装置140通过三角测量来计算其二维位置。额外信号的获得(其引起来自总共四个卫星120的信号160)准许GPS接收器装置140以已知方式计算其三维位置。图2以框组件格式说明导航装置200的电子组件的实例框图。应注意，导航装置200的框图不包括导航装置的所有组件，而是仅代表许多实例组件。

导航装置200位于外壳(未图示)内。所述外壳包括连接到输入装置220及显示屏幕240的处理器210。输入装置220可包括键盘装置、语音输入装置、触摸面板及/或用以输入信息的任何其它已知输入装置；且显示屏幕240可包括任何类型的显示屏幕，例如LCD显示器。输入装置220及显示屏幕240被集成为集成式输入与显示装置，所述集成式输入与显示装置包括触摸垫或触摸屏幕输入，其中用户仅需要触摸显示屏幕240的一部分来选择多个显示备选项中的一者或者启动多个虚拟按钮中的一者。

此外，其它类型的输出装置250还可包括(包括但不限于)可听输出装置。因为输出装置241可向导航装置200的用户产生可听信息，所以同样理解，输入装置240还可包括麦克风及软件以用于接收输入语音命令。在导航装置200中，处理器210经由连接225操作性地连接到输入装置240且经设定以经由连接225从输入装置240接收输入信息，且经由输出连接245操作性地连接到显示屏幕240及输出装置241中的至少一者以向其输出信息。另外，处理器210经由连接235操作性地连接到存储器230，且进一步适于经由连接275从输入/输出(I/O)端口270接收信息/将信息发送到输入/输出(I/O)端口270，其中I/O端口270可连接到在导航装置200外部的I/O装置280。外部I/O装置270可包括(但不限于)外部收听装置，例如听筒。到I/O装置280的连接可另外为到任何其它外部装置(例如汽车立体声单元)的有线或无线连接，例如用于免持式操作及/或用于语音启动式操作，用于到听筒或头戴式耳机的连接及/或用于到(例如)移动电话的连接，其中移动电话连接可用以在导航装置200与(例如)因特网或任何其它网络之间建立数据连接，及/或用以经由(例如)因特网或某种其它网络建立到服务器的连接。

导航装置200可经由移动装置400(例如移动电话、PDA及/或具有移动电话技术的任何装置)建立与服务器302的“移动”或电信网络连接，其建立数字连接(例如，经由(例如)已知蓝牙技术的数字连接)。其后，通过其网络服务提供者，移动装置400可建立与服务器302的网络连接(例如，通过因特网)。因而，在导航装置200(当其独自及/或在交通工具中行进时，其可为且时常为移动的)与服务器302之间建立“移动”网络连接以便为信息提供“实时”或至少非常“新的”网关。

可以已知方式进行使用(例如)因特网410的在移动装置400(经由服务提供者)与例如服务器302等另一装置之间的网络连接的建立。举例来说，这可包括TCP/IP分层协议的使用。移动装置400可利用任何数目个通信标准，例如CDMA、GSM、WAN等。

因而，可利用(例如)经由数据连接、经由移动电话或导航装置200内的移动电话技术所实现的因特网连接。为了此连接，建立服务器302与导航装置200之间的因特网连接。这可(例如)通过移动电话或其它移动装置及GPRS(通用包无线电服务)连接(GPRS连接为由电信经营者提供的用于移动装置的高速数据连接；GPRS为用以连接到因特网的方法)来进行。

导航装置200可经由(例如)现有的蓝牙技术以已知方式进一步完成与移动装置400的数据连接且最终完成与因特网410及服务器302的数据连接，其中数据协议可利用任何数目个标准，例如GSRM、用于GSM标准的数据协议标准。

导航装置200可在导航装置200本身内包括其自身的移动电话技术(例如，包括天线，其中可进一步替代地使用导航装置200的内部天线)。导航装置200内的移动电话技术可包括如上指定的内部组件，且/或可包括可插入卡(例如，订户身份模块或SIM卡)，所述可插入卡配有(例如)必要的移动电话技术及/或天线。因而，导航装置200内的移动电话技术可类似地经由(例如)因特网410建立导航装置200与服务器302之间的网络连接，其建立方式类似于任何移动装置400的方式。

对于GRPS电话设定，具有蓝牙功能的装置可用以与移动电话模型、制造商等的不断改变的频谱一起正确地工作，举例来说，模型/制造商特定设定可存储于导航装置200上。可更新为此信息而存储的数据。

图2进一步说明在处理器210与天线/接收器250之间的经由连接255的操作性连接，其中天线/接收器250可为(例如)GPS天线/接收器。将理解，为了说明而示意性地组合由参考标号250表示的天线与接收器，但天线及接收器可为分开定位的组件，且天线可为(例如)GPS片状天线或螺旋天线。

另外，所属领域的技术人员将理解，图2中所示的电子组件是以常规方式由电源(未图示)供电。如所属领域的技术人员将理解，认为图2中所示的组件的不同配置在本申请案的范围内。举例来说，图2中所示的组件可经由有线及/或无线连接等相互通信。因此，本申请案的导航装置200的范围包括便携式或手持式导航装置200。

此外，图2的便携式或手持式导航装置200可以已知方式连接或“对接”到机动交通工具，例如汽车或船。接着可为了便携式或手持式导航用途而从对接位置移除此导航装置200。

图3说明能够经由一般通信信道318而通信的服务器302及导航装置200的实例框图。当在服务器302与导航装置200之间建立了经由通信信道318的连接(注意，此连接可为经由移动装置的数据连接、经由个人计算机经由因特网的直接连接等)时，服务器302与导航装置200可通信。

服务器302包括(除了可能未说明的其它组件以外)处理器304，所述处理器304操作性地连接到存储器306且经由有线或无线连接314进一步操作性地连接到大容量数据存储装置312。处理器304进一步操作性地连接到发射器308及接收器310，以经由通信信道318将信息发射到导航装置200并从导航装置200发送信息。所发送及所接收的信号可包括数据、通信及/或其它传播信号。可根据导航系统200的通信设计中所使用的通信要求及通信技术来选择或设计发射器308及接收器310。另外，应注意，可将发射器308及接收器310的功能组合为信号收发器。服务器302进一步连接到(或包括)大容量存储装置312，注意，大容量存储装置312可经由通信链路314耦合到服务器302。大容量存储装置312含有许多导航数据及地图信息，且可同样为与服务器302分离的装置，或者可并入到服务器302中。

导航装置200适于通过通信信道318与服务器302通信，且包括如先前关于图2所描述的处理器、存储器等，以及发射器320及接收器322以通过通信信道318发送及接收信号及/或数据，注意，这些装置可进一步用以与不同于服务器302的装置通信。另外，根据导航装置200的通信设计中所使用的通信要求及通信技术来选择或设计发射器320及接收器322，且可将发射器320及接收器322的功能组合为单一收发器。

存储于服务器存储器306中的软件为处理器304提供指令且允许服务器302向导航装置200提供服务。由服务器302提供的一个服务涉及处理来自导航装置200的请求及将导航数据从大容量数据存储装置312发射到导航装置200。由服务器302提供的另一服务包括针对所要应用使用各种算法来处理导航数据及将这些计算的结果发送到导航装置200。

通信信道318一般表示连接导航装置200与服务器302的传播媒体或路径。服务器302及导航装置200两者均包括用于通过所述通信信道发射数据的发射器及用于接收已通过所述通信信道发射的数据的接收器。

通信信道318不限于特定通信技术。另外，通信信道318不限于单一通信技术；即，信道318可包括使用多种技术的若干通信链路。举例来说，通信信道318可适于提供用于电通信、光通信及/或电磁通信等的路径。因而，通信信道318包括(但不限于)下列各项中的一者或组合：电路、例如电线及同轴电缆等导电体、光纤电缆、转换器、射频(rf)波、大气、真空等。此外，通信信道318可包括中间装置，例如路由器、转发器、缓冲器、发射器及接收器。

举例来说，通信信道318包括电话及计算机网络。此外，通信信道318可能能够适应例如射频、微波频率、红外通信等无线通信。另外，通信信道318可适应卫星通信。

通过通信信道318发射的通信信号包括(但不限于)给定通信技术可能需要或所要的信号。举例来说，所述信号可适于在蜂窝式通信技术中使用，所述蜂窝式通信技术例如为时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)、全球移动通信系统(GSM)等。可通过通信信道318发射数字及模拟信号两者。这些信号可为对于通信技术可能为所要的经调制、经加密及/或经压缩的信号。

服务器302包括可由导航装置200经由无线信道来存取的远程服务器。服务器302可包括位于局域网(LAN)、广域网(WAN)、虚拟专用网(VPN)等上的网络服务器。

服务器302可包括例如桌上型或膝上型计算机等个人计算机，且通信信道318可为连接在个人计算机与导航装置200之间的电缆。或者，可将个人计算机连接在导航装置200与服务器302之间以在服务器302与导航装置200之间建立因特网连接。或者，移动电话或其它手持式装置可建立到因特网的无线连接，用于经由因特网将导航装置200连接到服务器302。

可经由信息下载为导航装置200提供来自服务器302的信息，在用户将导航装置200连接到服务器302后，可周期性地更新信息下载，且/或在经由(例如)无线移动连接装置及TCP/IP连接在服务器302与导航装置200之间进行较恒定或频繁的连接后，信息下载可较为动态。对于许多动态计算，服务器302中的处理器304可用以处置大量的处理需要，然而，导航装置200的处理器210还可时常独立于到服务器302的连接而处置许多处理及计算。

如以上图2中所指示，导航装置200包括处理器210、输入装置220及显示屏幕240。输入装置220及显示屏幕240经集成为集成式输入与显示装置，以使得能够进行信息的输入(经由直接输入、菜单选择等)及信息的显示(例如，通过触摸面板屏幕)两者。举例来说，如所属领域的技术人员所众所周知，此屏幕可为触摸式输入LCD屏幕。另外，导航装置200还可包括任何额外输入装置220及/或任何额外输出装置241，例如音频输入/输出装置。

图4A及图4B为导航装置200的透视图。如图4A中所示，导航装置200可为包括集成式输入与显示装置290(例如，触摸面板屏幕)及图2的其它组件(包括但不限于内部GPS接收器250、微处理器210、电源、存储器系统220等)的单元。

导航装置200可位于臂292上，可使用大吸盘294将臂292本身紧固到交通工具仪表板/窗/等。此臂292为对接台的一个实例，导航装置200可对接到所述对接台。如图4B中所示，导航装置200可对接或(例如)通过将导航装置292搭扣连接到臂292(此仅为一个实例，因为用于连接到对接台的其它已知替代方案在本申请案的范围内)以其它方式连接到对接台的臂292。导航装置200可接着可在臂292上旋转，如图4B的箭头所示。为了释放导航装置200与对接台之间的连接，(例如)可按压导航装置200上的按钮(此仅为一个实例，因为用于与对接台断开的其它已知替代方案在本申请案的范围内)。

现参看图5，通过采用三个球体的公式且将其设定为彼此相等，可找到三维三边测量问题的解的数学推导。为此，将三个任意限制条件施加于这些球体的中心；所有三者必须在z＝0平面上，一者必须在原点上，且另一者必须在x轴上。然而，有可能平移任一组三个点以遵守这些限制条件，找到解点，且接着反转所述平移以在原始坐标系统中找到解点。

以三个球体开始，

$r_1^2=x^2+y^2+z^2,$

$r_2^2={(x-d)}^2+y^2+z^2,$

及

$r_3^2={(x-i)}^2+{(y-j)}^2+z^2,$

且从第一者减去第二者并求出x：

$x=\frac{r_1^2-r_2^2+d^2}{2d}$

将此代回第一球体的公式内产生圆的公式，即前两个球体的交点的解：

$y^2+z^2=r_1^2-\frac{{(r_1^2-r_2^2+d^2)}^2}{{4d}^2}$

将此公式设定为等于第三球体的公式发现：

$y=\frac{r_1^2-r_3^2-x^2+{(x-i)}^2+j^2}{2j}=\frac{r_1^2-r_3^2+i^2+j^2}{2j}-\frac{i}{j}x$

既然已知解点的x及y坐标，就可简单地重排列第一球体的公式以找到z坐标：

$z=\sqrt{r_1^2-x^2-y^2}$

这提供所有三个点x、y及z的解。因为z被表达为平方根，所以所述问题的解有可能为零个、一个或两个。

可将此最后部分想象为采用由将第一球体与第二球体相交且将其与第三球体相交而发现的圆。如果所述圆完全落在球体之外，则z等于负数的平方根：不存在实数解。如果所述圆正好在一个点上接触所述球体，则z等于零。如果所述圆在两个点处接触所述球体的表面，则z等于正数的正或负平方根。

在无解的情况下(当使用有噪声数据时，其是并非不常见的情况)，最接近的解为零。但通常进行“健全性检查”，且仅当误差适当小时，假定为零。

在两个解的情况下，必须使用某种技术来消除两者之间的含混。可通过使用中心与其它三者的中心不在同一平面上的第四球体(即，来自第四卫星的位置数据P4)且确定哪一点最靠近此球体的表面来以数学方式进行此消除。或者，可以逻辑方式进行此消除-例如，GPS接收器假定位于卫星的轨道内部的点为面临此含混时的正确点，因为假定用户在空间上从不在卫星的轨道外部一般是安全的。

参看图6，展示说明PND(或其它导航系统)500如何具备无线通信信号天线(例如，蓝牙、GPRS)“A”及用于从不同卫星S1、S2、S3、S4接收GPS信号的GPS天线“B”两者的示意图，所述信号由虚线502表示且包括原子钟数据及星历表数据有效负载两者，所述有效负载包括广泛多种卫星特定信息连同其它一般信息、天体信息、机械信息及天文信息。如可看出，来自S2、S3、S4的信号经展示为受到某种形式的障碍物504的阻碍，障碍物可为(例如)建筑物、树木或其它结构。虽然卫星信号穿过所述一些障碍物的某种穿透是可能的(如在506处所示)，但当穿过所述障碍物时(如果其实际上完全穿透所述障碍物)，GPS信号明显变弱。在PND可检测到所述GPS信号的情况下，通常不可能解码或导出所述信号所携载的全部星历表数据有效负载，但可能有可能从所述有效负载内所含有的时钟脉冲导出范围信息，这些时钟脉冲比有效负载频繁地重现，有效负载通常每隔30s才由卫星广播。

因此，在所述情况下，PND不可能获得对其当前位置的可靠确定，但有可能识别卫星S1到S4并确定其距离，尽管由于信号所携载的原子钟数据与GPS时间系统之间的差而包括某种系统误差，其中一旦将误差因子(通常为Δt)确定为随后计算(所述计算需要星历表数据中的至少一些)的结果，便将原子钟数据转换或变换为GPS时间系统。

当前PND所具有的问题的实例为，最常使用这些装置的汽车通常停在GPS数据不完整最好的车库中。当最初接通装置时，GPS天线将其接收到的任何信号馈入到相关联的处理电子器件，所述处理电子器件在加载于装置的存储器中的软件的控制下操作，尝试存储从卫星S1到S4接收到的GPS信号中的每一者的一个全部星历表数据有效负载。在GPS信号发射不良的位置中，这并不可能，且在将与当前位置相关的地图信息显示于所述装置的显示屏幕上之前，装置继续尝试自动跟踪每一卫星。这可能花费一些时间，至少超过30s，且在许多情况下，显著更长，尤其在例如城市中心等多房屋区域中。

然而，根据本发明，所述装置还具备第二无线信号发射及接收天线，借助于所述天线而广播信号510，所述信号包括对与在装置500的局部附近的任何其它经类似装备的装置的通信的请求。在图中，最接近装置PND2508接收广播信号510，检测到所述请求，且随后适当地作出响应以起始经由已建立通信信道的通信。

如从所述图中可了解，装置508能够从所有各种卫星S1到S4接收未受阻挡的GPS信号502，且因此已经接收到相关星历表数据有效负载且将此数据或其相关子集存储于存储器中。在从装置500接收到对此数据的请求后，就已经由装置500识别的卫星S1到S4或者其需要用于装置500对卫星的位置确定的那些部分来说，使用适当协议经由通信信道将所述数据发射到所述装置500。应提到，从最接近装置请求星历表数据的过程可与GPS数据的接收或尝试接收同时或并行地发生，或者可由于在装置500中确定当前不能获得星历表数据或者可能花费比30s长的时间来获得星历表数据而起始。

一旦由装置500获得相关星历表数据，便可开始当前位置计算，所述计算任选地包括由于卫星自从所述数据被接收并存储于装置508中以来的位移引起的对卫星位置特定星历表数据的某种校正。

进一步进行解释，在装置500、508中实行的当前位置计算根本上取决于在特定时间对卫星的位置的精确确定。这仅可根据由卫星发送的定义其轨道、其速度及从轨道的漂移、下倾、倾斜或其它逐渐偏离的程度的参数的星历表数据且根据由PND确定的卫星范围测量结果来确定。值得一提的是，GPS卫星通常并不是对地静止的，且正以各种不同轨道且以不同速度绕地球轨道运行。因此，在任何时间发射的星历表数据特定针对于在发射时卫星的位置，且虽然卫星轨道很平滑且因此在给定关于某一较早位置的信息时可以数学方式预测卫星的位置，但需要从最接近装置获得最新近的星历表数据，因为这将产生较精确的位置确定。

因此，尽管仅接收到不良GPS信号，装置500仍有可能快速地确定其当前位置。

最后参看图8，展示由于添加无线(或其它电信)天线/接收器280而得以增强的图2的PND，借助于所述无线(或其它电信)天线/接收器280，可接收并发射数据信号，所述信号随后经由在装置内部的连接285发送到处理器210(或从处理器210发出)。

Claims (13)

1.一种确定导航装置的位置的方法，其包含以下步骤：

从多个GPS卫星接收多个GPS信号，

根据形成所述信号的部分的时序信息连同特定针对于所述卫星中的每一者的识别信息来确定范围信息，

尝试接收并存储另外形成每一所述信号的部分且特定针对于所述卫星中的每一者的全部星历表数据有效负载，

所述方法的特征在于以下另外步骤：

使用无线通信协议来建立与最接近装置的通信，

确定所述最接近装置已经存储用于所识别卫星的关于卫星位置的星历表数据或其特定部分，

请求并接收用于所述所识别卫星的所述星历表数据或其特定部分，

所述导航装置随后使用所述范围信息及所述经无线接收的星历表数据两者来确定其当前位置，所述经无线接收的星历表数据特定针对于已针对其确定了所述范围信息的所述卫星。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述建立与最接近装置的通信及所述对星历表数据的随后请求及接收是以确定所述导航装置不能完全接收并存储用于所述所识别卫星中的每一者的所述全部星历表数据有效负载为条件。

3.根据权利要求1所述的方法，其中当所述导航装置正尝试完全接收并存储用于所述所识别卫星中的每一者的所述全部星历表数据有效负载时，建立与最接近装置的通信的尝试及所述对星历表数据的随后请求及从所述最接近装置的接收同时且/或无条件地发生。

4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中在所述导航装置从四个以上卫星接收卫星信号的情况下，所述导航装置确定四个最强信号，且确定并存储仅用于所述四个卫星的范围信息及识别信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述导航装置与所述最接近装置之间的所述通信的所述建立之后，所述导航装置询问所述最接近装置以确定其范围信息存储于所述导航装置上的所述四个所识别卫星的星历表数据是否可用，且在其肯定确定后，对特定针对于所述四个卫星的所述星历表数据作出请求。

6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述导航装置使用一种类型的信号发射或通信协议来接收卫星信号，且使用选自由GPRS、GSM、CDMA、蓝牙、Wi-Fi、Wi-Max、UMTS、HSCSD、EDGE、W-CDMA组成的群组的不同协议来与所述最接近装置通信。

7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述导航装置仅请求并接收所述星历表数据的关于所述所识别卫星的特定部分，所述特定数据部分包括表示所述所识别卫星的位置的信息。

8.一种计算机程序，其包含适于当在计算机上运行时执行权利要求1到7中任一权利要求的所有步骤的计算机程序代码构件。

9.一种根据权利要求8所述的计算机程序，其包含于计算机可读媒体上或计算机可读媒体中。

10.一种导航系统，其至少包含处理器、存储器、图形显示器及能够从多个GPS卫星接收多个GPS信号的GPS信号天线，所述处理器根据形成所述信号的部分的时序信息连同特定针对于所述卫星中的每一者的识别信息来确定范围信息且将所述信息存储于所述存储器中，所述天线与所述处理器一起进一步尝试接收并存储另外形成每一所述信号的部分且特定针对于所述卫星中的每一者的全部星历表数据有效负载，且

所述导航系统的特征在于，所述系统具备第二无线信号发射及接收构件，依靠所述第二无线信号发射及接收构件，可使用无线通信协议来建立与最接近装置的通信，

所述处理器询问所述最接近装置以确定所述最接近装置是否已经存储用于具有先前存储于所述存储器中的识别信息的卫星的关于卫星位置的星历表数据或其特定部分，所述处理器另外致使发布请求信号且随后接收用于所识别卫星的所述星历表数据或其特定部分，借助于所述星历表数据或其特定部分，结合所述先前所存储的范围信息，所述系统可确定其当前位置。

11.根据权利要求10所述的导航系统，且其进一步适于实行根据权利要求2到7所述的方法。

12.一种便携式导航装置PND，其至少包含处理器、存储器、图形显示器及能够从多个GPS卫星接收多个GPS信号的GPS信号天线，所述处理器根据形成所述信号的部分的时序信息连同特定针对于所述卫星中的每一者的识别信息来确定范围信息且将所述信息存储于所述存储器中，所述天线与所述处理器一起进一步尝试接收并存储另外形成每一所述信号的部分且特定针对于所述卫星中的每一者的全部星历表数据有效负载，且

所述PND的特征在于，所述PND具备第二无线信号发射及接收构件，依靠所述第二无线信号发射及接收构件，可使用无线通信协议来建立与最接近装置的通信，

所述处理器询问所述最接近装置以确定所述最接近装置是否已经存储用于具有先前存储于所述存储器中的识别信息的卫星的关于卫星位置的星历表数据或其特定部分，所述处理器另外致使发布请求信号且随后接收用于所识别卫星的所述星历表数据或其特定部分，借助于所述星历表数据或其特定部分，结合所述先前所存储的范围信息，所述PND可确定其当前位置。

13.根据权利要求12所述的PND，其进一步适于实行根据权利要求2到7中任一权利要求所述的方法。

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