CN102203553B - 对定位系统使用磁力计 - Google Patents

Abstract

一种移动站使用地球磁场的测得特征来确定近似纬度。近似经度也可得到确定。该移动站使用近似纬度和近似经度——若近似经度得到确定——来辅助确定移动站的位置锁定，例如通过在卫星信号搜索和捕获期间确定卫星定位系统(SPS)中的可见卫星列表和/或使用近似位置作为位置计算中的种子位置。地球磁场的特征可以是例如倾度或垂直强度，并且可以使用来自三维磁力计和三维加速计的数据来确定。可对磁场特征的瞬时值取平均以减小运动和大金属块体存在的影响。

Description

对定位系统使用磁力计

根据35 U.S.C的优先权要求

本申请要求2008年10月31日提交的美国临时申请No.60/110,078的权益，该申请通过援引纳入于此。

背景

用于确定设备的位置的常见手段是使用诸如众所周知的全球定位卫星(GPS)系统或全球导航卫星系统(GNSS)等卫星定位系统(SPS)，这些系统采用处在环绕地球的轨道中的数颗卫星。使用SPS的位置测量基于对从数颗轨道卫星向SPS接收机广播的SPS信号的传播延迟时间的测量。一旦SPS接收机已测量到每颗卫星的信号传播延迟，就能确定至每颗卫星的距离，并且随后能使用测得的距离和这些卫星的已知位置来确定精确导航信息，包括SPS接收机的三维位置、速度和时辰。

然而，在SPS接收机能接收SPS信号之前，SPS接收机必须相对于该接收机定位到卫星。通常，在可执行位置锁定之前，SPS接收机必须定位到至少四颗轨道卫星。SPS系统内卫星的位置能由数个不同的信息片来标识。例如，历书和星历提供与“星座”中的所有卫星的位置有关的信息，其中星历信息比历书信息更准确。然而，历书和星历信息仅在有限时间量内有效，而星历信息有效的时间比历书信息短得多。

当SPS接收机已捕获到卫星信号并已确定对该SPS接收机的位置的锁定时，后继的位置确定是快速的。然而，当将SPS接收机开机或使其脱离睡眠模式时，必须执行首次位置锁定，这包括定位到卫星。首次锁定时间(TTFF)是执行此首次位置锁定所花费的时间。若干因素影响定位到卫星将花费多长时间，由此影响TTFF。诸因素包括自上次位置锁定起的时间长度及由此SPS接收机是否具有有效历书和星历数据以及自上次位置锁定起SPS接收机的位置是否有显著改变。SPS接收机通常将具有历书信息；然而，在启动之际星历可能已过期。因此，将需要检测卫星并且解调其信号以获得新星历，以便可执行位置锁定。通常，SPS接收机将使用上次的在前锁定作为搜索可见卫星的种子位置。在位置改变很小的场合，使用上次位置锁定作为种子位置提供了快速TTFF。然而，如果在位置上已有很大改变，例如，继洲际飞行之后，则依赖于上次位置锁定将导致失败的卫星搜索。结果，SPS接收机在其能锁定到第一颗卫星上之前可能先进入恢复模式，这是以显著增加的TTFF为代价的。

概述

一种移动站使用如由该移动站测得的地球磁场的特征来确定近似纬度。地球磁场的特征可以是例如倾度或垂直强度，并且可以使用来自三维磁力计和诸如三维加速计等本地垂线传感器的数据来确定。使用磁力计和加速计确定的磁场特征的瞬时值可在时间上被过滤以减小用户运动和大金属块体存在的影响。也可例如基于本地时区与具有已知经度的参考时区之间的时差或者使用诸如本地国家代码等外来信号来确定近似经度。移动站使用近似纬度和近似经度——若近似经度得到确定——来辅助确定对该移动站的位置锁定。例如，移动站可使用近似纬度和近似经度在为位置锁定搜索和捕获卫星信号期间确定卫星定位系统(SPS)中的可见卫星列表。移动站还可使用近似纬度和近似经度作为位置计算中的种子位置。

附图简述

图1图解了接收来自SPS卫星的信号并且能够使用地球的磁场来确定粗略位置锁定的移动站。

图2图解了地球磁场关于地球坐标系的特征。

图3图解了地球磁场的倾角。

图4图解了地球磁场的垂直分量。

图5图解了地球磁场的磁偏角。

图6图解了地球磁场的水平分量。

图7图解了地球磁场的总强度分量。

图8图解了能够使用地球的磁场来确定粗略位置的移动站的框图。

图9图解了使用地球的磁场来确定粗略位置锁定的方法的流程图。

图10图解了磁力计的三维坐标系关于加速计的三维坐标系。

图11示出了图解使用磁力计和加速计来确定地球磁场的特征的值以及使用该值来确定移动站的近似纬度的框图。

图12示出了图解使用本地时间和具有已知位置的地点处的时间来确定经度的框图。

详细描述

图1图解了能够使用地球110的磁场112执行粗略位置锁定的移动站100。移动站100还可使用例如像接收自蜂窝塔104或无线通信接入点106或其他的本地时间来辅助执行粗略位置锁定。粗略位置锁定可被用于在为位置锁定搜索和捕获卫星信号期间辅助搜索卫星定位系统中对于该移动站而言可见的卫星102。例如，粗略位置可被用于确定上次位置锁定是否可用作卫星搜索的种子位置，且若不可，则该粗略位置可被用作种子位置。使用将地球磁场112随同历书信息使用来确定的粗略位置允许移动站以比执行全世界范围搜索显著更少的时间来检测卫星。

卫星定位系统(SPS)典型地包括发射机系统，这些发射机被定位成使得各实体能够至少部分地基于从这些发射机接收到的信号来确定其在地球上或上方的位置。此类发射机通常发射用有设定数目个码片的重复伪随机噪声(PN)码标记的信号，并且可位于基于地面的控制站、用户装备和/或空间飞行器上。在具体示例中，此类发射机可位于环地轨道卫星飞行器(SV)上。例如，诸如全球定位系统(GPS)、Galileo、Glonass或Compass等全球卫星导航系统(GNSS)的星座中的SV可发射用能与由该星座中的其它SV所发射的PN码区分开的PN码(例如，如在GPS中那样对每颗卫星使用不同PN码或者如在Glonass中那样在不同频率上使相同的码)标记的信号。

根据某些方面，本文给出的技术不限于全球SPS系统(例如，GNSS)。例如，可将本文所提供的这些技术应用于或以其他方式使其能在各种地区性系统中使用，比方例如日本上空的准天顶卫星系统(QZSS)、印度上空的印度地区导航卫星系统(IRNSS)、中国上空的北斗(Beidou)等，和/或可使之与一个或更多个全球和/或地区性导航卫星系统相关联或以其他方式使其能与之联用的各种扩增系统(例如，基于卫星的扩增系统(SBAS))。作为示例而非限定，SBAS可包括提供完好性信息、差分校正等的扩增系统，比方例如广域扩增系统(WAAS)、欧洲对地静止导航覆盖服务(EGNOS)、多功能卫星扩增系统(MSAS)、GPS辅助Geo(对地静止)扩增导航、或GPS和Geo扩增导航系统(GAGAN)和/或其他。因此，如本文所使用的，SPS可包括一个或更多个全球和/或地区性导航卫星系统和/或扩增系统的任何组合，且SPS信号可包括SPS、类SPS信号和/或其他与此类一个或更多个SPS相关联的信号。

然而，移动站100不限定于与SPS联用，而本文中所描述的位置确定技术可联合包括蜂窝塔104和无线通信接入点106的各种无线通信网络来实现，诸如无线广域网(WWAN)、无线局域网(WLAN)、无线私域网(WPAN)等。术语“网络”和“系统”常被可互换地使用。WWAN可以是码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、正交频分多址(OFDMA)网络、单载波频分多址(SC-FDMA)网络、长期演进(LTE)等等。CDMA网络可实现诸如cdma2000、宽带CDMA(W-CDMA)等一种或更多种无线电接入技术(RAT)。Cdma2000包括IS-95、IS-2000和IS-856标准。TDMA网络可实现全球移动通信系统(GSM)、数字高级移动电话系统(D-AMPS)、或其他某种RAT。GSM和W-CDMA在来自名为“第三代伙伴项目”(3GPP)的联盟的文献中描述。Cdma2000在来自名为“第三代伙伴项目2”(3GPP2)的联盟的文献中描述。3GPP和3GPP2文献是公众可获取的。WLAN可以是IEEE 802.11x网络，并且WPAN可以是蓝牙网络、IEEE 802.15x、或其他某种类型的网络。这些技术也可联合WWAN、WLAN和/或WPAN的任何组合来实现。

如本文中所使用的，移动站指的是能够确定位置定位的设备，并且可以是例如专用SPS接收机，包括手持式或车载系统，或者是蜂窝或其他无线通信设备、个人通信系统(PCS)设备、个人导航设备、个人信息管理器(PIM)、个人数字助理(PDA)、膝上型设备或其他能够接收无线导航信号的合适移动设备。术语“移动站”还旨在包括诸如通过短程无线、红外、有线连接、或其他连接与个人导航设备(PND)通信的设备——不管卫星信号接收、辅助数据接收、和/或定位相关处理是发生在该设备上还是在PND上。另外，“移动站”旨在包括能够诸如经由因特网、Wi-Fi、或其他网络与服务器通信的所有设备，包括无线通信设备、计算机、膝上型设备等，而不管卫星信号接收、辅助数据接收、和/或定位相关处理是发生在该设备上、服务器上、还是与网络相关联的另一个设备上。以上的任何可操作组合也被认为是“移动站”。

移动站100包括诸如三维磁力计等磁场传感器，用以检测地球磁场112的一个或更多个特征。磁场特征关于地球上的位置的值是已知的，并且可被包括在存储于移动站100中的表里。可将如由移动站100测得的磁场特征的值比对该表以确定该移动站100的粗略位置。例如，磁场的倾角和/或垂直分量可被用于提供移动站100的粗纬度位置。此外，本地时间可被用于确定粗略经度位置，由此创建搜索窗的边界或用于位置演算的种子位置。

图2图解了地球磁场关于地球坐标系——例如北/南；东/西；和上/下——的各种特征。如可见的，总磁场是处在北/南；东/西；和上/下空间中的矢量。水平分量是总磁场投影到由北/南和东/西坐标定义的水平面上的值，而磁偏是水平分量与真北相差的角度。倾度是总磁场与水平面相差的角度，而垂直分量是总磁场投影到垂直(上/下)轴上的值。

图3、4、5、6和7分别图解了2000年地球磁场的倾度、垂直强度、磁偏、水平强度和总强度的国际参考地磁场地图。如图3中可见的，等倾度线大致与纬度平行地延伸，因此能从倾度信息(即，磁场定向角对本地地平线)获得近似纬度。图4示出了等垂直强度线也大致与纬度平行地延伸，由此可被用于提供近似纬度。作为可达成的准确度的示例，请看图3中的倾度图，在128W子午线(大致洛杉矶的经度)上，倾度从30°纬度处的向下55°变为50°纬度处的向下72°，这大致为倾度每降下1°纬度就增大1°。因而，如果倾度对垂线的确定有大约+/-5°的不定性，则纬度的不定性近似为±550km(≈±5(°)*60(’/°)*(1852(m/’)))。由地球磁场确定的对纬度的确定的准确性提供关于卫星可见性或作GPS位置演算种子的近似纬度是胜任的。

如图3、4、5、6和7中可见的，仅图4中所示的垂直强度在经度上是真正单调的，即，沿着任何子午线仅有一个纬度与给定垂直强度值相关联。如图3中可见的，倾度绝大多数情况下是单调的，并且在有人烟的地区中是单调的。图3中所示的倾度中仅有的非单调位置是非洲南部，在那里-60微特斯拉(micro-tesla)线折回到相同子午线上。然而，此地区是无人烟区，并且很可能不成问题。

此外，随时间推移，例如，从约1850年至1990年，倾度和垂直强度两者一直以来是稳定的，且垂直强度最稳定。因而，倾角和垂直强度两者都适合用于推导近似位置。然而，如果有需要，则磁场的其他特征——例如图7中所示的总强度——或这些特征的组合也可被用于推导移动站100的近似位置。

图8是能够使用地球的磁场来确定粗略位置锁定的移动站100的框图。为了测量地球磁场的特征，移动站100包括三维磁力计120。另外，为了确定磁场的倾度或垂直分量的强度，移动站100包括垂线传感器，即，能确定本地垂线的传感器。在一个实施例中，垂线传感器是三维加速计130，其可被用作用于确定本地垂线的倾斜仪。磁力计120和加速计130两者的三根灵敏轴(标示为X分量、Y分量和Z分量)相互对准，或者至少关于彼此具有已知定向，例如，对定向的知晓程度可达细于度(°)的准确程度。

移动站100包括接收机140，该接收机包括具有经由天线144接收来自SPS卫星102(图1)的信号的SPS接收机142和SPS时钟146的卫星定位系统(SPS)。如参照图1所讨论的，接收机140无需被限定于SPS，而是还可接收来自诸如蜂窝塔104等地面源以及来自无线通信接入点106的信号。移动站100还可包括经由天线145发送和接收信号的收发机143，其可担当例如蜂窝调制解调器或能够分别向/从蜂窝塔或无线接入点发射和接收通信的无线网络无线电接收机/发射机。若有需要，可组合接收机140和收发机143。移动站100也可包括附加设备，诸如高度计147。

磁力计120、加速计130、接收机140、收发机143、和高度计147被连接至移动站控制150并与之通信。移动站控制150接受并处理来自该移动站中的各种设备——诸如磁力计120、加速计130和接收机140——的数据，并控制设备的操作。移动站控制150可由处理器152及相关联的存储器154、时钟153、硬件156、软件158和固件157来提供。将可理解，如本文中所使用的，处理器152能够但不一定需要包括一个或更多个微处理器、嵌入式处理器、控制器、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)及其他。术语处理器意在描述由系统而非专用硬件实现的功能。此外，如本文所使用的，术语“存储器”是指任何类型的计算机存储介质，包括与移动站相关联的长期、短期、或其他存储器，而并不被限定于任何特定类型的存储器或特定数目的存储器、或其上存储记忆的介质的类型。

移动站100还包括与移动站控制150通信的用户接口160，例如，移动站控制150接受数据并控制用户接口160。用户接口160包括显示位置信息以及控制菜单的显示器162以及键区164或者用户能通过其向移动站100中输入信息的其他输入设备。在一个实施例中，键区164可被整合到显示器162中，诸如触摸屏显示器。用户接口160还可包括例如话筒和扬声器，例如当移动站100是蜂窝电话时。

本文中所描述的方法体系取决于应用可藉由各种手段来实现。例如，这些方法体系可在硬件156、固件157、软件158、或其任何组合中实现。对于硬件实现，这些处理单元可以在一个或更多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子器件、设计成执行本文中所描述功能的其他电子单元、或其组合内实现。

对于固件和/或软件实现，这些方法体系可用执行本文中描述的功能的模块(例如，规程、函数等等)来实现。任何有形地实施指令的机器可读介质可被用来实现本文所述的方法体系。例如，软件代码可被存储在存储器154中并由处理器152执行。存储器可以实现在处理单元内部或处理单元外部。如本文所使用的，术语“存储器”是指任何类型的长期、短期、易失性、非易失性、或其他存储器，而并不被限定于任何特定类型的存储器或特定数目的存储器、或其上存储记忆的介质的类型。

如果在固件和/或软件中实现，则各功能可作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上。示例包括编码有数据结构的计算机可读介质和编码有计算机程序的计算机可读介质。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这类计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来存储指令或数据结构形式的合需程序代码且能被计算机访问的任何其它介质；如本文所用的碟和盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软碟和蓝光盘，其中碟常常磁学地再现数据，而盘用激光光学地再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

图9是示出使用地球磁场确定粗略位置锁定以及使用该粗略位置锁定来辅助搜索卫星的方法的流程图，其中使用粗略位置锁定来辅助搜索卫星例如是通过确定当前种子位置是否仍有用/一致，且若不是，则使用粗略位置作为种子位置并且基于该粗略位置的不定性扩大搜索窗来进行的。如图9中所图解的，移动站100使用磁力计数据来确定地球磁场的至少一个特征的值(202)并使用该分量的值来确定该移动站的近似纬度(204)。作为示例，可使用磁场的倾角或垂直强度。

可使用移动站100的磁力计120参考本地垂线方向来确定地球磁场的倾角或垂直强度。可使用诸如图8中解说的作为倾斜仪工作的加速计130等的垂线传感器来确定本地垂线方向，图10图解了定位成关于标示为“重力”的本地垂线处在任意性向下位置的磁力计120和加速计130的共同参考系300。如图10中解说的，磁力计120和加速计130的三个灵敏轴彼此对准。然而，应当理解，磁力计120和加速计的轴不一定需要对准，但是对这些轴关于彼此的定向的知晓程度应达细于度(°)的准确程度。

图11是图解使用磁力计120和加速计130来确定地球磁场的至少一个特征的值(图9的框202)以及使用此特征的值来确定移动站的近似纬度(图9的框204)的框图400。如以上所讨论的，应当理解，框图400中所描述的特征可在硬件、固件或软件或其某种组合中实现。如图11中所示的，磁力计120和加速计130各自提供标示为X分量、Y分量和Z分量的三个分量的测量。来自磁力计120和加速计130的测量可以用例如10与20Hz之间的速率作出。若有需要，则能对所有测量应用0.2秒量级上的短积分，以滤除一些测量噪声，如积分元件402所解说的。积分元件402产生来自磁力计120的三个磁场数据值(Bx、By和Bz)以及来自加速计130的三个加速数据值(Gx、Gy和Gz)。可使用例如以下点积公式来从这六个测得数据值提取倾度i的瞬时值。

$\sin i=\cos (\frac{\mathrm{\π}}{2}-i)=\frac{\mathrm{Gx}\·\mathrm{Bx}+\mathrm{Gy}\·\mathrm{By}+\mathrm{Gz}\·\mathrm{Bz}}{\sqrt{{\mathrm{Gx}}^2+{\mathrm{Gy}}^2+{\mathrm{Gz}}^2}\·\sqrt{{\mathrm{Bx}}^2+{\mathrm{By}}^2+{\mathrm{Bz}}^2}}.$ 式1

因而，如图11中所解说的，这六个数据值(Bx、By、Bz、Gx、Gy和Gz)可被提供给点积逻辑404，后者生成信号Sin i。

如以上所讨论的，若有需要，则可使用磁场的附加特征或不同特征。例如，可使用磁场的垂直强度作为倾度的替代或补充。可使用点积逻辑404通过应用例如以下点积公式来从这六个测得数据值提取垂直强度vi的瞬时值。

$\mathrm{vi}=\frac{\mathrm{Gx}\·\mathrm{Bx}+\mathrm{Gy}\·\mathrm{By}+\mathrm{Gz}\·\mathrm{Bz}}{\sqrt{{\mathrm{Gx}}^2+{\mathrm{Gy}}^2+{\mathrm{Gz}}^2}}.$ 式2

如果要使用磁场的总强度来例如作为倾度和垂直强度中的一者或其两者的替代或补充，则可由逻辑404使用例如下式来从来自磁力计的这三个数据值提取总强度的瞬时值ti。

$\mathrm{ti}=\sqrt{{\mathrm{Bx}}^2+{\mathrm{By}}^2+{\mathrm{Bz}}^2}.$ 式3

如图11中所解说的，保持元件406可被用于接收由点积逻辑404产生的瞬时倾度Sin i值。保持元件406还接收来自加速度扰动检测器408和磁扰动检测器410的输入信号。磁扰动检测器410接收来自磁力计120的三个数据值(Bx、By和Bz)并检测磁场中的扰动。例如，磁扰动检测器410可检测总强度值是否落在30到60微特斯拉的期望范围内。落在此范围外的测得值指示存在将产生对倾度的不准确估计的误差源，诸如大金属块体或非地面磁场。磁扰动检测器410向保持元件406提供指示磁场中存在扰动的信号，并且作为响应，保持元件406阻止对应的且受扰动的瞬时倾度Sin i值在积分元件414中被积分。

类似地，加速度扰动检测器408接收来自加速计130的三个数据值(Gx、Gy和Gz)并分析该数据以确定加速计130上的动态性质上是否存在扰动。例如，加速度扰动检测器408可检测总加速度是否落在约1G——例如1.0G±0.25G——的期望范围内。可使用不同的期望范围，但是该范围应当大至足以容适重力加速度上的地理性变化，重力加速度从极点至赤道可能有大致0.5％的变化。落在期望范围外的测得值指示存在将产生对倾度的不准确估计的误差源，诸如大量的用户运动。相应地，加速度扰动检测器408向保持元件406提供指示动态性质上存在扰动的信号，并且作为响应，保持元件406阻止对应的瞬时倾度Sin i值在积分元件414中被积分。

如果不存在扰动，则保持元件406提供要比对反正弦表412的瞬时倾度Sin i值，由此产生瞬时倾度i值。应当理解，保持元件406若使用的话可视需要被设于反正弦表412之后。点积逻辑406、保持元件406和反正弦表412可以用每0.2秒1个样本的速率被更新，正如由加速度扰动检测器408和磁扰动检测器410检测到的那样。

如图11中解说的，瞬时倾度i值被提供给积分元件414，后者例如在10秒到2分钟或以上的时段上执行长期积分，以便滤除金属块体对磁力计120以及例如移动站100的运动等动态性质对加速计130的影响，由此改善倾度估计的准确性。如以上所讨论的，磁力计120对本地金属块体敏感，而加速计130对用户运动敏感。相应地，当有本地金属块体在近旁或当用户处在运动中时，磁力计120和加速计130可能提供错误的瞬时磁场和本地垂线信息，即使在测得值落在磁扰动检测器410和加速度扰动检测器408的可接受范围内的情况下亦是如此。因而，例如，用户运动可能产生瞬时加速度，其将导致不正确的瞬时本地垂线。然而，随着时间推移，平均加速度为零，即便在有用户运动时亦是如此。重力和磁场的个体测量是高频度的，而倾度值i是准常数。因此，能在长时段上过滤倾度值i，以减小或消除金属块体或用户运动的临时存在造成的影响。对瞬时倾度i值的过滤可以低速率在后台执行，以使得解在需要时是就绪的。作为示例，积分元件414可每10秒产生瞬时倾度i值。

积分元件414产生平均倾度i值，其随后被比对磁倾地球模型416——该模型可以是倾度值关于纬度的表——以将倾度i值转换成移动站的近似纬度，该近似维度被存储在存储器154中。模型416之后的最终测量可每10秒产生一次。近似纬度可在随后被用于确定卫星可见性列表，并由此减少自主模式中GPS或GNSS卫星搜索时间和复杂度。其还可用于作位置计算算法的种子，以更快地收敛至真实位置。

如以上所讨论的，可补充地或替代地使用地球磁场的其他特征。例如，垂直强度或总强度可被用于以同以上及在图11中描述的相类似的方式来确定纬度，其区别仅在于将不需要反正弦表412并且将使用恰适的磁场地球模型416。

可通过确定恰适经度来进一步缩限移动站的位置。一般而言，不存在等位线以北-南方式整齐地沿子午线对准的磁场特征。图5中所示的磁偏具有一些垂直等位线，但是磁偏需要知晓真北，其是无论磁力计120还是加速计130都不能提供的。总强度也具有一些垂直等位线，然而，总强度包括显著多义性以及在时间上很大的可变性。不过，组合诸如倾度和总强度之类的两个或更多个磁场特征测量来推导近似经度是可能的。因此，通过使用磁力计120和加速计130，就可推导出近似纬度和经度。然而，经度的解可能不是唯一性的，即，一个以上的经度对于测得磁场特征而言将具有相同的值组合。附加地理或环境信息可被移动站100接收并联合磁场特征测量使用来进一步精炼近似经度。例如，诸如区域代码或国家代码等常用于电话系统中的地理区域指示符可由收发机143从本地蜂窝塔104接收到，并连同磁场特征测量一起用于精炼近似经度。诸如由高度计147确定的移动站100的海拔等其他环境信息、可见基站、或如接收机140或收发机143接收到的可见无线电信号可被用于辅助确定经度。不过，结合或没有结合诸如区域代码、国家代码或海拔等附加信息从磁场特征推导出的近似经度即使不是唯一性的也可被用来进一步缩限卫星可见性列表。此外，在一些实施例中，近似经度和近似纬度可具有足够的分辨率，使得其可被用来代替卫星定位系统。

参看图9，可使用本地时区与参考时区之间的时差来确定移动站的近似经度(206)。图12是图解基于本地时间与参考时间之间的时差来确定经度的框图500。参考时间是具有已知位置的地点处的时间，该地点例如是上次良好锁定的位置、诸如归属位置等永久性位置或例如格林威治等其他已知位置，并且可包括时区的时间，其中时区的位置为经度范围。如所解说的，为了产生时差，将参考时间502比对本地时间504，该本地时间可以从由移动站100接收自本地蜂窝塔104或无线接入点106(在图1中示出)的时间信号获得的，或者是藉由用户经由键区164输入而获得的。在一个实施例中，时差被演算为是本地时区处的时间与参考时区处的时间之差。参考时区处的时间可例如由时钟153来维护。在另一实施例中，通过对本地时区与参考时区之间的时区数目进行计数来确定时差。例如，取决于行进的方向，移动站100可对本地时区与参考时区之间的每个时区递增或递减计数。计数可被存储在例如存储器154中，并且可在每当移动站100更新了本地时间时视需要被更新。

参考时间502与本地时间504之间的时差被转换为经度差(506)。除一些特定位置(例如，时区按半小时递增的场合)之外，时区相差整数个小时，其中一小时等价于15°的经度，因此在赤道处不定性为±7.5°或即±8000km。

另外，参考时区508被转换成经度510，后者可被存储在例如存储器154中。将经度差506与参考经度510相组合以确定移动站100的近似经度，该近似经度被存储在存储器154中。

有了使用地球的磁场的特征确定的近似纬度、以及藉由比较本地时间与归属位置处的时间而确定的近似经度，移动站100的近似位置是大致方形单元，其在赤道处具有纬度上1100km x经度上1600km的总尺度。

参看图9，可在随后使用近似纬度和近似经度来辅助搜索卫星(208)。移动站100可将近似纬度和近似经度与上次位置锁定作比较以确定该上次位置锁定是否可用作种子位置。如果移动站尚未显著移动，例如，上次位置锁定与近似纬度和近似经度相一致，则移动站100可使用上次位置锁定作为搜索的种子位置，并且基于此种子位置使用大小适度的初始搜索窗，例如在数英里或数十英里的量级上。然而，如果上次位置锁定与近似纬度和近似经度不一致，则近似纬度和近似经度可被用作种子位置，并且基于近似纬度和近似经度上的不定性扩大搜索窗。因而，不是执行缓慢的全世界范围搜索，而是可将近似纬度和近似经度连同历书信息使用来生成精简的可见卫星列表，并由此减少自主模式中GPS或GNSS卫星搜索时间和复杂度。可见卫星列表可被存储在例如存储器154中，并且由移动站100响应于此列表进行搜索。

尽管出于指导目的结合具体实施例解说了本发明，但是本发明并不被限定于此。可作出各种适应性改编和改动而不会脱离本发明的范围。因此，所附权利要求的精神和范围不应当被限定于前面的描述。

Claims (33)

1.一种用于对定位系统使用磁力计的方法，包括：

使用移动站处理器基于由移动站测量的地球磁场的至少一个特征来确定所述移动站的近似纬度；

使用所述移动站处理器基于当前未知位置的本地时区与具有已知位置的地点的参考时区之差来确定所述移动站的近似经度；

将所述近似纬度和所述近似经度比对所述移动站的上次位置锁定；以及

当所述上次位置锁定与所述近似纬度和所述近似经度不一致时使用所述近似纬度和所述近似经度作为种子位置以在为位置锁定搜索和捕获卫星信号期间搜索卫星定位系统(SPS)中对所述移动站可见的卫星；以及当所述上次位置锁定与所述近似纬度和所述近似经度一致时使用所述上次位置锁定作为所述种子位置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用移动站处理器基于由移动站测量的地球磁场的至少一个特征来确定所述移动站的近似纬度包括：

从所述移动站内的三维磁力计采集数据；

使用所述移动站处理器基于从所述三维磁力计采集的数据来确定地球磁场的所述至少一个特征的值；以及

将所述至少一个特征的所述值转换成近似纬度。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，使用由移动站测量的地球磁场的至少一个特征来确定所述移动站的近似纬度还包括：

采集本地垂线数据；以及

将所述本地垂线数据连同从所述三维磁力计采集的数据使用来确定地球磁场的所述至少一个特征的所述值。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，使用由移动站测量的地球磁场的至少一个特征来确定所述移动站的近似纬度包括：

从所述移动站内的三维加速计采集数据，所述三维加速计关于所述三维磁力计具有已知定向；以及

将从所述三维加速计采集的数据连同从所述三维磁力计采集的数据使用来确定地球磁场的所述至少一个特征的所述值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括过滤从所述三维加速计采集的数据以及过滤所述从所述三维磁力计采集的数据，并且使用经过滤的从所述三维加速计采集的数据和经过滤的从所述三维磁力计采集的数据来确定地球磁场的所述至少一个特征的所述值。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，将从所述三维加速计采集的数据连同从所述三维磁力计采集的数据使用来确定地球磁场的所述至少一个特征的所述值包括：

使用所述移动站处理器基于从所述三维磁力计采集的数据连同从所述三维加速计采集的数据来生成地球磁场的所述至少一个特征的瞬时值；以及

对所述瞬时值取平均以产生地球磁场的所述至少一个特征的所述值。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

检测从所述三维加速计采集的数据中的加速度扰动；

检测从所述三维磁力计采集的数据中的磁扰动；以及

当所检测出的加速度扰动和所检测出的磁扰动中的至少一者在范围之外时，阻止从所述三维加速计采集的数据和从所述三维磁力计采集的数据被用于确定地球磁场的所述至少一个特征的所述值。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述移动站处理器基于本地时区与参考时区之间的时差来确定所述移动站的近似经度包括：

存储来自所述参考时区的经度；

确定所述本地时区与所述参考时区之间的所述时差；

将所述时差转换成经度差；以及

使用所述经度差和来自所述参考时区的所述经度来确定所述移动站的所述近似经度。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述本地时区与所述参考时区之间的时差包括：确定所述本地时区与所述参考时区之间的时区数。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述本地时区与所述参考时区之间的时差包括：演算所述本地时区处的时间与所述参考时区处的时间之差。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述移动站处理器和本地时间信号来确定所述移动站的近似经度是基于接收到的区域代码和国家代码信号之一。

12.一种用于对定位系统使用磁力计的移动站，包括：

三维磁力计；

三维加速计；

卫星定位系统接收机；

处理器，其被连接成接收来自所述卫星定位系统接收机的数据、来自所述三维磁力计的数据和来自所述三维加速计的数据；

连接至所述处理器的存储器；以及

保持在所述存储器中并在所述处理器中运行的软件，其使用所述来自三维磁力计的数据和所述来自三维加速计的数据来确定地球磁场的至少一个特征的值，并使用地球磁场的所述至少一个特征的所述值来确定近似纬度，确定当前未知位置的本地时区与具有已知位置的地点的参考时区之差以确定近似经度，将所述近似纬度和所述近似经度比对所述移动站的上次位置锁定，以及当所述上次位置锁定与所述近似纬度和所述近似经度不一致时使用所述近似纬度和所述近似经度作为种子位置以在为位置锁定搜索和捕获卫星信号期间搜索卫星定位系统(SPS)中对所述卫星定位系统接收机可见的卫星，以及当所述上次位置锁定与所述近似纬度和所述近似经度一致时使用所述上次位置锁定作为所述种子位置。

13.如权利要求12所述的移动站，其特征在于，还包括接收外来本地时间信号的接收机，其中所述本地时区是从所述外来本地时间信号获得的。

14.如权利要求13所述的移动站，其特征在于，来自所述参考时区的经度被存储在所述存储器中，所述保持在存储器中并在处理器中运行的软件使所述处理器将时差转换成经度差，以及将所述经度差与所存储的经度相组合以确定所述近似经度。

15.如权利要求13所述的移动站，其特征在于，所述保持在存储器中并在处理器中运行的软件使所述处理器通过确定所述本地时区与所述参考时区之间的时区数和演算所述本地时区处的时间与所述参考时区处的时间之差这两者中的至少一者来确定所述本地时区与所述参考时区之差。

16.如权利要求13所述的移动站，其特征在于，所述本地时间信号包括区域代码和国家代码信号中的至少一者，其中所述保持在存储器中并在处理器中运行的软件使所述处理器基于所述区域代码和国家代码信号中的所述至少一者来确定近似经度。

17.如权利要求12所述的移动站，其特征在于，还包括在所述处理器确定地球磁场的所述至少一个特征的值之前过滤所述来自三维加速计的数据的第一过滤器和过滤所述来自三维磁力计的数据的第二过滤器。

18.如权利要求17所述的移动站，其特征在于，所述保持在存储器中并在处理器中运行的软件使所述处理器成为所述第一过滤器和所述第二过滤器。

19.如权利要求12所述的移动站，其特征在于，所述处理器通过生成地球磁场的所述至少一个特征的瞬时值并过滤所述瞬时值以产生地球磁场的所述至少一个特征的所述值来确定地球磁场的所述至少一个特征的所述值。

20.如权利要求12所述的移动站，其特征在于，保持在所述存储器中并在所述处理器中运行的软件使所述处理器检测所述来自三维加速计的数据中的加速度扰动，以及检测所述来自三维磁力计的数据中的磁扰动，以及当所检测出的加速度扰动和所检测出的磁扰动中的至少一者在范围之外时，阻止所述来自三维加速计的数据和所述来自三维磁力计的数据被用于确定地球磁场的所述至少一个特征的值。

21.一种用于对定位系统使用磁力计的移动站，包括：

用于测量地球磁场的至少一个特征的装置；

用于使用所测得的地球磁场的至少一个特征来确定所述移动站的近似纬度的装置；

用于基于当前未知位置的本地时区与具有已知位置的地点的参考时区之差确定所述移动站的近似经度的装置；以及

用于当上次位置锁定与所述近似纬度和所述近似经度不一致时使用所述近似纬度和所述近似经度作为种子位置以在为位置锁定搜索和捕获卫星信号期间搜索卫星定位系统(SPS)中对所述移动站可见的卫星、以及当所述上次位置锁定与所述近似纬度和所述近似经度一致时使用所述上次位置锁定作为所述种子位置的装置。

22.如权利要求21所述的移动站，其特征在于，所述用于测量地球磁场的至少一个特征的装置包括三维磁力计和关于所述三维磁力计具有已知定向的三维加速计，以及接收来自所述三维磁力计和所述三维加速计的数据并演算地球磁场的所述至少一个特征的值的处理器。

23.如权利要求22所述的移动站，其特征在于，还包括用于滤除金属块体对所述三维磁力计的扰动影响以及运动对所述三维加速计的扰动影响的装置。

24.如权利要求22所述的移动站，其特征在于，还包括用于检测加速度扰动的装置；用于检测磁扰动的装置；以及用于在所检测出的加速度扰动和所检测出的磁扰动中的至少一者在范围之外时阻止所述来自三维加速计的数据和所述来自三维磁力计的数据被用于演算地球磁场的所述至少一个特征的值的装置。

25.如权利要求21所述的移动站，其特征在于，所述用于使用所测得的地球磁场的至少一个特征来确定所述移动站的近似纬度的装置包括将所测得的地球磁场的至少一个特征转换成近似纬度的处理器。

26.如权利要求21所述的移动站，其特征在于，所述用于确定移动站的近似经度的装置包括接收本地时间信号的时钟接收机；存储来自参考时区的经度的存储器；和耦合至所述存储器和所述时钟接收机的处理器，所述处理器确定从由所述时钟接收机接收的所述本地时间信号确定的本地时区与所述参考时区之间的时差；所述处理器将所述时差转换成经度差；以及将所述经度差与来自所述参考时区的所述经度相组合以确定所述近似经度。

27.如权利要求21所述的移动站，其特征在于，还包括：

用于接收区域代码和国家代码信号中的至少一者的装置；以及

用于基于所述区域代码和国家代码信号中的所述至少一者来确定所述近似经度的装置。

28.一种用于对定位系统使用磁力计的方法，包括：

使用以本地垂线方向为参照的磁力计数据来确定地球磁场的至少一个特征的值；

使用地球磁场的所述至少一个特征的所述值来确定移动站的近似纬度；

将所述近似纬度和所述近似经度比对所述移动站的上次位置锁定；以及

当所述上次位置锁定与所述近似纬度不一致时使用所述近似纬度作为种子位置以在为位置锁定搜索和捕获卫星信号期间搜索卫星定位系统(SPS)中对所述移动站可见的卫星；以及

当所述上次位置锁定与所述近似纬度一致时使用所述上次位置锁定作为所述种子位置。

29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括使用本地时区与参考时区之间的时差来确定近似经度。

30.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括使用本地区域代码或国家代码来确定近似经度。

31.一种用于对定位系统使用磁力计的设备，包括：

用于使用以本地垂线方向为参照的磁力计数据来确定地球磁场的至少一个特征的值的装置；

用于使用地球磁场的所述至少一个特征的所述值来确定移动站的近似纬度的装置；

用于将所述近似纬度和所述近似经度比对所述移动站的上次位置锁定的装置；以及

用于当所述上次位置锁定与所述近似纬度不一致时使用所述近似纬度作为种子位置以在为位置锁定搜索和捕获卫星信号期间搜索卫星定位系统(SPS)中对所述移动站可见的卫星、以及当所述上次位置锁定与所述近似纬度一致时使用所述上次位置锁定作为所述种子位置的装置。

32.如权利要求31所述的设备，其特征在于，还包括用于使用本地时区与参考时区之间的时差来确定近似经度的装置。

33.如权利要求31所述的设备，其特征在于，还包括用于使用本地区域代码或国家代码来确定近似经度的装置。