CN105026951A - 获取信道地理位置 - Google Patents

Abstract

公开了用于提供用户接收器装置的位置的估计的方法和系统。所述方法包括从至少一个运载工具发射地球上的至少一个点波束；以及利用用户接收器装置接收至少一个点波束。所述方法进一步包括利用用户接收器装置根据至少一个点波束内的用户接收器装置的位置计算用户接收器装置的位置的估计。每个点波束包括至少一个获取信号，所述获取信号可包括至少一个环形信道。每个环形信道包括帧计数；太空运载工具识别(SVID)；点波束识别(ID)；和/或发射与地球坐标系相关的点波束的运载工具的X、Y、Z坐标。在一个或多个实施方式中，至少一个运载工具可以是卫星和/或伪卫星。

Description

获取信道地理位置

技术领域

本公开内容涉及将点波束重叠用于地理位置。具体地，涉及使用点波束获得保持用于时间变换的足够高的精度的精确定位。具体地，点波束利用用于有助于地理位置的至少一个获取信号。

背景技术

当前，由各种现有卫星导航系统提供的导航和定时信号经常不能提供令人满意的系统性能。具体地，这样导航和定时信号的信号功率和带宽通常不足以满足许多苛刻使用情况的需要。例如，基于全球定位系统(GPS)信号的现有导航和定时方法通常在许多情况对导航用户不可用。在操作期间，为了允许三维(3D)定位和精确的时间变换，GPS接收器通常必须接收至少四个同时的测距源。然而，GPS信号经常提供不足以穿透城市峡谷或者建筑物的墙壁的低信号功率或者几何形状。当出现这种情况时，GPS接收器将不能够接收其要求的用于精确的3D定位和时间变换的信号。在另一个实例中，基于蜂窝电话或者电视信号的导航方法也不能提供令人满意的系统性能。这是因为它们的信号通常缺乏许多导航使用情况所期望的垂直导航信息。

现有导航系统已经试图通过利用各种方法来解决室内导航缺陷。这些各种方法中的一些包括使用惯性导航系统、专用信标以及高灵敏度的GPS系统。然而，应注意的是，这些方法中的每一个均具有它们自己独有的缺点。惯性导航系统漂移并且可能比较昂贵。信标要求需要被测量的专用固定贵重器材，信标可能比较昂贵，并且不是标准化的。如此，建立的信标仅具有专门的实用性。并且，由于室内环境中的GPS信号较弱，灵敏的GPS系统经常能达到用户的期望。当用户接收器装置位于衰减环境、干扰的环境和/或封闭环境(诸如，室内)时，所公开的系和方法能够提供性能改善的导航系统。

发明内容

本公开内容涉及用于将点波束重叠用于地理位置的系统、设备和方法。在一个或多个实施方式中，使用用于地理位置的点波束重叠的方法包括提供用户接收器装置的位置的估计。该方法包括从至少一个运载工具在地球上发射至少一个点波束，并且利用用户接收器装置接收来自至少一个点波束的信号。该方法进一步包括利用用户接收器装置根据至少一个点波束内的用户接收器装置的位置计算用户接收器装置的位置的估计。

在一个或多个实施方式中，该方法进一步包括计算从至少一个运载工具到地球的表面的距离(range)。在一些实施方式中，该方法进一步包括计算从至少一个运载工具到用户接收器装置的距离。在至少一个实施方式中，计算从至少一个运载工具到用户接收器装置的距离包括测量至少一个运载工具的多普勒频移(doppler frequency offset)，使用卡尔曼滤波器计算多普勒距离估计和/或伪距测量，并且计算从至少一个运载工具到用户接收器装置的距离的连续估计(running estimate)。

在本公开内容的一些实施方式中，用于将点波束重叠用于地理位置的方法提供了地理位置算法的精度的改善。在一个或多个实施方式中，用户接收器装置位于衰减环境、干扰的环境和/或封闭的环境中。在至少一个实施方式中，封闭的环境是室内。在一些实施方式中，用于将点波束重叠用于地理位置的方法进一步包括使用来自至少一个运载工具的信噪比(SNR)测量以进一步精修(refine)用户接收器装置的位置的估计。

在一个或多个实施方式中，本公开内容的至少一个运载工具是卫星、伪卫星、航天飞机、飞行器、气球和/或直升机。在可替代的实施方式中，可以采用各种其他类型的运载工具用于本公开内容的至少一个运载工具。在一些实施方式中，可以使用的飞行器的类型包括但不限于，飞机和/或无人航空运载工具(UAV)。在至少一个实施方式中，可以采用的用于本公开内容的卫星的类型包括但不限于，低地球轨道(LEO)卫星、中地球轨道(MEO)卫星和/或同步地球轨道(GEO)卫星。在一些实施方式中，至少一个运载工具具有已知的轨道和/或已知的路径。在一个或多个实施方式中，用户接收器装置是移动的和/或静止的。

在一些实施方式中，该方法包括至少一个运载工具利用至少一个射频(RF)天线发射至少一个点波束。在至少一个实施方式中，至少一个点波束从至少一个RF天线被辐射为固定位置波束。在其他实施方式中，至少一个点波束从至少一个RF天线被辐射为扫描波束。在一些实施方式中，用户接收器装置利用至少一个RF天线接收来自至少一个点波束的信号。

在一个或多个实施方式中，用户接收器装置使用处理器计算用户接收器装置的位置的估计。在一些实施方式中，当用户接收器装置接收仅来自一个点波束的信号时，用户接收器装置计算将位于这个点波束的交叉的中心中的用户接收器装置的位置的估计。在至少一个实施方式中，当用户接收器装置接收来自至少两个点波束的信号时，用户接收器装置计算将位于至少两个点波束的交叉的中心中的用户接收器装置的位置的估计。在其他实施方式中，当用户接收器装置接收来自至少两个点波束的信号时，用户接收器装置计算将位于至少两个点波束的中心的质心处的用户接收器装置的位置的估计。

在一些实施方式中，本公开内容的用户接收器装置随着从点波束上升的时间(t_RISE)至点波束下降的时间(t_SET)记录点波束位置。在一个或多个实施方式中，当遮蔽角(mask angle)相对于用户接收器装置在各个方向上均匀时，假设在时间＝((t_SET-t_RISE)/2)时，用户接收器装置位于追踪方向(in-track direction)中的点波束的中心处。可替代地，当遮蔽角在点波束上升方向和点波束下降方向上不均匀时，假设在时间＝((Δt_True)/2)，其中，(Δt_True)/2＝(Δt_{RcverMeasured}+Δt_βBias)/2时，用户接收器装置位于追踪方向上的点波束的中心处。

在一个或多个实施方式中，用户接收器装置使用至少一个点波束的所接收的振幅计算用户接收器装置的位置的估计。在一个或多个实施方式中，为了进一步改善用户接收器装置的位置的估计，用户接收器装置将随着时间的过去所计算的用户接收器装置的位置的两个或多个估计的平均。

在一些实施方式中，用户接收器装置使用卡尔曼滤波器，以将用户接收器装置的位置的两个或多个估计平均。在可替代的实施方式中，用户接收器装置使用匹配滤波器，以将用户接收器装置的位置的两个或多个估计平均。在一个或多个实施方式中，由全球定位系统(GPS)使用用户接收器的位置的估计，以协助迅速获得GPS信号。

在一个或多个实施方式中，用于将点波束重叠用于地理位置平衡的系统包括提供用户的接收器装置的位置的估计。该系统包括至少一个运载工具和用户接收器装置。在一些实施方式中，至少一个运载工具在地球上发射至少一个点波束。在至少一个实施方式中，用户接收器装置包括至少一个RF天线和处理器。在一个或多个实施方式中，至少一个RF天线接收至少一个点波束。在一些实施方式中，处理器根据至少一个点波束内的用户接收器装置的位置计算用户接收器装置的位置的估计。

在一些实施方式中，用户接收器装置进一步包括本地时钟和存储器。存储器适用于存储随着时间的过去所记录的连续的点波束识别信息。另外，用户接收器装置的处理器能够计算至少一个运载工具的多普勒频移。

在至少一个实施方式中，用户接收器装置进一步包括内部轨道模式。在一些实施方式中，用户接收器装置经由传输接收来自至少一个运载工具的轨道数据信息。在其他实施方式中，用户接收器装置经由传输接收来自至少一个运载工具和/或来自基于地面的网络(earth based network)的轨道增量(delta，△)校正信息。在本公开内容的至少一个实施方式中，基于地面的网络是蜂窝网络。

在一个或多个实施方式中，提供用户接收器装置的位置的估计的方法包括从至少一个运载工具在地球上发射至少一个点波束。在至少一个实施方式中，至少一个点波束包括至少一个获取信号。该方法进一步包括利用用户接收器装置接收至少一个点波束。进一步地，该方法包括由用户接收器装置根据至少一个点波束内的用户接收器装置的位置计算用户接收器装置的位置的估计。

在至少一个实施方式中，至少一个获取信号包括至少一个环形信道。在一些实施方式中，至少一个环形信道包括帧计数；太空运载工具识别(SVID)；点波束识别(ID)；和/或与地球坐标系相关的至少一个运载工具的X、Y、Z坐标。

在一个或多个实施方式中，该方法进一步包括由用户接收器装置通过使用帧计数计算来自至少一个运载工具的时钟的时间。在一些实施方式中，该方法进一步包括由用户接收器装置通过使用来自至少一个运载工具的时钟的时间与来自用户接收器装置的时钟的时间之间的差值来计算从至少一个运载工具到用户接收器装置的距离。在至少一个实施方式中，该方法进一步包括由用户接收器装置通过使用该距离和至少一个运载工具的X、Y、Z坐标精修用户接收器装置的位置的估计。

在至少一个实施方式中，至少一个运载工具是卫星、伪卫星、航天飞机、飞行器、飞机、无人航空运载工具(UAV)、气球和/或直升机。在一些实施方式中，至少一个卫星是低地球轨道(LEO)卫星、中地球轨道(MEO)卫星和/或同步地球轨道(GEO)卫星。

在一个或多个实施方式中，至少一个点波束被辐射为固定位置波束。在至少一个实施方式中，至少一个点波束被辐射为扫描波束。在一些实施方式中，用户接收器装置使用处理器计算用户接收器装置的位置的估计。在一个或多个实施方式中，用户接收器装置使用至少一个点波束的振幅计算用户接收器装置的位置的估计。

在至少一个实施方式中，用于提供用户接收器装置的位置的估计的系统包括至少一个运载工具，其中，至少一个运载工具在地球上发射至少一个点波束。在一个或多个实施方式中，至少一个点波束包括至少一个获取信号。该系统进一步包括用户接收器装置。在至少一个实施方式中，用户接收器装置包括至少一个射频(RF)天线，其中，至少一个RF天线接收至少一个点波束。在一些实施方式中，用户接收器装置另外包括处理器，其中，处理器根据至少一个点波束内的用户接收器装置的位置计算用户接收器装置的位置的估计。

在一个或多个实施方式中，处理器通过使用帧计数进一步计算来自至少一个运载工具的时钟的时间。在一些实施方式中，处理器通过使用来自至少一个运载工具的时钟的时间与来自用户接收器装置的时钟的时间之间的差值进一步计算从至少一个运载工具到用户接收器装置的距离。在至少一个实施方式中，处理器通过使用该距离和至少一个运载工具的X、Y、Z坐标进一步精修用户接收器装置的位置的估计。

在至少一个实施方式中，处理器使用至少一个点波束的振幅计算用户接收器装置的位置的估计。在一个或多个实施方式中，用户接收器装置进一步包括本地时钟和存储器，其中，存储器适用于存储随着时间的过去所记录的连续的点波束识别信息。

特征、功能和优势可以单独地在本发明的各个实施方式中实现或者也可在其他实施方式中被组合。

附图说明

参考以下说明书、所附权利要求和附图将更好地理解本公开内容的这些和其他特征、方面以及优势，其中：

图1A示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的使用单个卫星的重叠的多个点波束以获得用户接收器装置的位置的估计。

图1B示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的使用单个卫星的重叠的多个点波束与蜂窝网络以获得用户接收器装置的位置的估计。

图2描述了根据本公开内容的至少一个实施方式的使用随着时间过去的单个卫星的重叠的多个点波束以获得用户接收器装置的位置的估计。

图3示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的使用两个卫星的重叠多个点波束以获得用户接收器装置的位置的估计。

图4示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的使用随着时间的过去所扫描的单个卫星的重叠的多个点波束以获得用户接收器装置的位置的估计。

图5描述了根据本公开内容的至少一个实施方式的使用由用户接收器装置接收的单个卫星的信号振幅以获得用户接收器装置的位置的估计。

图6示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的使用由用户接收器装置接收的两个卫星的信号振幅以获得用户接收器装置的位置的估计。

图7示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的使用随着时间的过去所扫描的单个卫星的信号振幅以获得用户接收器装置的位置的估计。

图8是根据本公开内容的至少一个实施方式的对于均匀的遮蔽角使用单个卫星的点波束的上升和下降时间(setting time)来估计用户接收器装置的位置的图形表示。

图9A示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的对于不均匀的遮蔽角使用单个点波束的上升和下降时间来估计用户接收器装置的位置的示图。

图9B示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的对于不均匀的遮蔽角使用单个波束的上升和下降时间来估计用户接收器装置的位置的图形表示。

图10提供了示出根据本公开内容的至少一个实施方式的获得用户接收器装置与卫星之间的距离的连续估计的方法的流程图。

图11示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的获得用户接收器装置与卫星之间的距离的连续估计的另一个方法的流程图。

图12示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的包括单一时隙(其支持示例性铱环形信道)和其他时隙的时间间隔。

图13提供了根据本公开内容的至少一个实施方式的包含图12的单一时隙的信道(例如，环形信道和消息信道)的示例性频率分配的表格。

图14提供了根据本公开内容的至少一个实施方式的通过使用图12的示例性铱环形信道使接收器开始从卫星获得精确的绝对时间的方法的流程图。

图15示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的在图12的单一时隙中包含的示例性环形消息。

图16描述了根据本公开内容的至少一个实施方式的示出由所公开的用户接收器装置采用的各种示例性部件的框图。

具体实施方式

本文中所公开的方法和设备提供了用于将点波束重叠用于地理位置的操作系统。具体地，该系统涉及使用点波束以获得保持用于时间变换的足够高的精度的精确定位。具体地，在一个或多个实施方式中，点波束利用用于有助于地理位置的至少一个获取信号(例如，铱环形信道)。

本公开内容的系统和方法允许基于用户接收器装置位于其内的卫星的方向信号(即，点波束)的知识来确定地球表面上或者地球表面附近的用户接收器装置的位置的估计。通过利用诸如来自铱低地球轨道(LEO)卫星的唯一可识别的点波束几何形状的知识，用户接收器装置能够辨别用户接收器装置在任何给定的时间段内位于哪一组卫星点波束内。用户接收器装置的位置的最简单的近似是计算点波束的中心在地球表面上的投影，其在统计上保持最高的可能性是用户接收器装置的真实位置。如通过用户接收器装置所得出的，结合已知的卫星位置的第一阶近似用户接收器装置位置估计可用于估计用户接收器装置至卫星的单位向量。

本公开内容的系统采用称为波束平均的方法，包括各种实施方式以估计用户接收器装置的位置并且随后利用另外的测量精修估计。在从单个点波束展开第一阶位置估计之后，可以通过监测随着时间推进扫过用户接收器装置的连续点波束来精修该估计。当存在用户接收器装置位于两个或多个点波束的交叉内的情况时，可以估计用户接收器装置的位置在点波束的交叉的中心处。

在给定的持续时间期间，用户接收器装置将可能位于来自单个卫星或者多个卫星的多个重叠的点波束内。可以估计用户接收器装置的位置在多个重叠的点波束的中心的质心处。此外，可以随着时间的过去对两个或多个连续的用户接收器装置位置估计平均，以进一步减少用户接收器装置的位置误差。每单位面积传输更多点波束的卫星将提供更精确的用户接收器装置估计。通过仔细记录哪些波束是重叠的以及重叠相对于时间是如何改变的，可以显著提高地理位置算法的精度和卫星测距预估。在至少一个实施方式中，跟踪单个点波束的上升和下降时间，并且估计用户接收器装置的位置在点波束内的对应于由用户接收器装置确定的点波束上升时间和下降时间之间的中间的位置处。

在一个或多个实施方式中，所公开的系统和方法通过使用接收器位于其中的至少一个非同步运载工具的方向信号(即，点波束)的知识，获得位于地球表面上或者地球表面附近的用户接收器装置的位置的估计。本公开内容可采用的非同步运载工具的特定类型是通过铱卫星星座举例说明的，其是以已知的确定性天线点波束图案向地球发射信号的低地球轨道(LEO)的、3轴线稳定的、地球指向的卫星。对于任何给定的卫星，如果在任何时间t₁，与地球相关的卫星的位置和姿态是已知的，并且如果与卫星相关的所传输的天线点波束的方向是已知的，则可以计算时间t₁时的地球表面上的点波束的中心的交叉。进一步地，如果天线点波束的特性是公知的，则可以计算时间t₁时天线点波束在地球表面上的投影的图案。对于本领域的技术人员来说这是众所周知的。如在铱卫星星座实例中，卫星可以向在限定的坐标系统中的用户接收器装置传输点波束中心位置。

通过利用唯一可识别的点波束几何形状的知识，检测至少一个点波束信号的用户接收器装置能够辨别用户接收器装置在给定时间t1位于哪一组卫星和点波束中。例如，部分所接收的信号可识别特定的点波束识别号。一旦确定用户接收器装置位于其内的点波束，用户接收器装置就可以确定其在点波束的投影内的位置处。然后，一旦用户接收器装置计算出在时间t₁时的点波束的投影位置，用户接收器装置就可以计算在时间t₁时其自身位置的估计。这个测量的精度将取决于给定的点波束在地球表面上的投影大小。每个运载工具传输更多点波束的运载工具将提供更精确的位置估计。如应容易地理解到的，这样的系统的精度将取决于在球表面上或者地球表面附近的点波束投影的大小和数量。如此，可以通过增加点波束的数量并且减少在地球表面上的点波束的半径(即，聚焦点波束)可提高系统的精度。

应注意，本公开内容的系统和方法可采用任何各种类型的高架运载工具作为点波束的传输源。本公开内容的系统可采用的运载工具的类型包括但不限于，卫星、伪卫星、航天飞机、飞行器、飞机、无人航空运载工具(UAV)、气球和/或直升机。此外，可用作所本公开的运载工具的各种类型的卫星包括但不限于，低地球轨道(LEO)卫星、中地球轨道(MEO)卫星和/或同步地球轨道(GEO)卫星。当采用不是卫星的运载工具时，只要点波束几何形状被用户接收器装置知道并且被很好地限定，实质上就不需要所公开的系统做出改变。另外，在本公开内容的系统的一个或多个实施方式中，至少一个运载工具具有已知的轨道和/或已知的路线。

如前所述，本公开内容教导了用于提供用户接收器装置的位置的估计的方法和系统。具体地，在一个或多个实施方式中，在至少一个点波束中从至少一个运载工具(例如，卫星)向地球发射特别设计的信号。位于地球表面或者地球表面附近的用户接收器装置接收来自至少一个点波束的信号。接收器装置根据至少一个点波束内或者至少两个点波束的交叉内的装置的位置来计算用户接收器装置的位置的估计。为了提高所公开的方法和系统的能力和稳定性，应注意的是，在一个或多个实施方式中，可采用另外类型的传输、获取信道以提供可用于得出用户接收器装置的位置的估计的信号。如此，对于这些实施方式，获取信道被用作地理位置的信号而不是特别设计的信号，该特别设计的信号被用来提供用于估计用户接收器装置的位置的数据。使用地理位置的获取信道允许提高所得用户接收器装置定位数据的精度和速度。

在一个或多个实施方式中，用户接收器装置可利用称为获取信道的已知的频率来获得空间中的信号。获取信道可使用保持全球不变的已知的频率，使得世界各地的用户均可以普遍地接入该信道。获取信道可以是向用户接收器装置提供警报的下行链路信道。警报类型包括但不限于，用于使用户接收器装置的接入以适当地使用户接收器装置初始化的频率，用于使用户接收器装置接入以使得能够进行使信道获取的频率，以及用于用户接收器装置进行转换(hand-off)的频率。

例如，在一个或多个实施方式中，铱卫星系统的环形信道可用作获取信道。在铱卫星系统中，获取信道(称为环形信道或者环形警报信道)是为单一时隙保留的十二个频率接入频带之一。这些信道位于1626.0兆赫(MHz)与1626.5MHz之间的全球分配的500千赫(kHz)中。这些频率接入频带可仅用于下行链路信号，并且可以是仅可在单一时隙期间传输的频率。环形信道通常被分配为在1626.270833MHz处的信道七(7)，并且传输包括L频带帧的数据信号，根据L-频带帧，精确的绝对时间对接收器用户装置是可用的。

当解码时，典型的环形消息可包含诸如以下信息：L频带帧计数(LBFC)、太空运载工具识别(SVID)、点波束识别(ID)以及卫星X、Y、Z坐标。铱脉冲序列(iridium burst sequence)在L频带帧中每90毫秒出现一次，因此，LBFC数值是具有微秒精度的有效时钟。因为L频带帧(并且因此LBFC)的边缘在微秒水平是精确的，所以环形消息担当并且可以用作每90毫秒响一次的非常精确的时钟。同时，SVID可被用于理解哪个卫星中继消息中的信息，并且接收器用户装置可在地理位置应用程序中使用点波束ID号码来识别点波束。X、Y和Z坐标是卫星的位置坐标，并且可用于地理位置并且校正从太空运载工具(即，卫星)至接收器用户装置的信号的传输时间(time of flight)。

在以下描述中，阐述许多细节以便提供系统的更彻底的描述。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施所公开的系统。在其他实例中，没有详细描述众所周知的特征，以免不必要地使本系统晦涩难懂。

图1A示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的使用单个卫星100的重叠的多个点波束110以获得用户接收器装置120的位置的估计。并且，图1B示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的使用单个卫星100的重叠的多个点波束110和蜂窝网络130，以获得用户接收器装置120的位置的估计。除了图1B采用了蜂窝网络130的使用之外图1B与图1A相似。在这两个图中，可以看出，单个卫星100在地球上发射至少一个点波束110。在一个或多个实施方式中，卫星100使用至少一个射频(RF)天线发射至少一个点波束110。用户接收器装置120接收来自至少一个投影的点波束110的信号。用户接收器装置120然后根据其在投影的点波束110中的一个内的位置计算它在地球上的位置的估计。

在图1A和图1B中，用户接收器装置120计算用户接收器装置120位于其内的至少一个点波束的位置。为了进行该计算，用户接收器装置120使用卫星100位置的知识，卫星100姿势的知识和/或点波束110的方向和/或图案的知识。在一些实施方式中，为了使用户接收器装置120获得点波束110的方向和/或图案的知识，用户接收器装置120参考波束几何形状数据库和/或内部轨道模式。

在图1A中，卫星100的位置信息(即，星历表)从卫星100自身发射至用户接收器装置120。在一些实施方式中，用户接收器装置120经由传输接收来自卫星100的轨道数据信息和/或轨道增量校正信息。在一个或多个实施方式中，用户接收器装置120通过使用来自其内部轨道模式的数据以及使用从卫星100接收的轨道增量校正来计算卫星100的位置。在一些实施方式中，在卫星100上完成点波束110的方向和/或模式(pattern，图案)的计算。可以将点波束110的方向和/或模式信息作为包含在点波束的信号中的消息的一部分从卫星100传输至用户接收器装置120。

可替代地，在图1B中，卫星100的位置信息(即，星历表)通过蜂窝网络130被传输至用户接收器装置120。在其他实施方式中，本公开内容的系统可采用除了蜂窝网络之外的各种类型的基于地面的网络将卫星100的位置信息(即，星历表)传输至用户接收器装置120。在一些实施方式中，用户接收器装置120经由传输从蜂窝网络130接收轨道数据信息和/或轨道增量校正信息。在一个或多个实施方式中，用户接收器装置120通过使用来自其内部轨道模式的数据以及使用从蜂窝网络130接收的轨道增量校正来计算卫星100的位置。

在一个或多个实施方式中，当用户接收器装置120接收仅来自一个点波束110的信号时，用户接收器装置120计算将位于点波束的中心中的用户接收器装置120的位置的估计。可替代地，当用户接收器装置120接收来自两个或多个点波束110的信号时，用户接收器装置120计算将位于从其接收信号的点波束110的交叉150的中心处的用户接收器装置120的位置的估计。在其他实施方式中，当用户接收器装置120接收来自两个或多个点波束110的信号时，用户接收器装置120计算将位于从其接收信号的点波束110的中心的质心处的用户接收器装置120的位置的估计。在至少一个实施方式中，用户接收器装置120使用从卫星100接收的信号噪声比(SNR)测量以进一步精修其位置的所计算的估计。应注意，在一些实施方式中，用户接收器装置120的位置的估计用于提供目前所使用的地理位置算法的精度改善。此外，可由全球定位系统(GPS)使用用户接收器装置120的位置的估计，以协助迅速获得GPS信号。

在一些实施方式中，图1A和图1B的用户接收器装置120包括用于从卫星100投影的至少一个点波束接收信号的至少一个射频(RF)天线140。RF天线可制造为在用户接收器装置120的壳体内部或者外部。在一些实施方式中，用户接收器装置120还包括处理器，该处理器根据至少一个点波束110内的用户接收器装置120的位置计算用户接收器装置120的位置的估计。在至少一个实施方式中，用户接收器装置120进一步包括本地时钟和存储器，该存储器适用于存储随着时间的过去所记录的连续点波束识别信息。在一个或多个实施方式中，用户接收器装置120是移动的或者静止的。

应注意的是，在一个或多个实施方式中，来自每个点波束110的信号包括至少一个获取信道。在一些实施方式中，至少一个获取信道是铱环形信道。对于这些实施方式，用户接收器装置120可从铱环形信道获取以下信息：点波束110ID号码、与地球坐标系相关的卫星100的X、Y、Z坐标、以及通过使用LBFC的卫星100的时钟的时间。

图2描述了根据本公开内容的至少一个实施方式的使用随着时间的过去的单个卫星100的重叠的多个点波束以获得用户接收器装置120的位置的估计。在本图中，示出了，在时间t₀时，用户接收器装置120位于通过SAT 1卫星100辐射的点波束200的交叉210内。应注意的是，在本图中，通过SAT 1卫星100辐射的点波束200是固定方向的波束不是扫描波束。在一个或多个实施方式中，用户接收器装置120的处理器计算将位于点波束200的交叉210的中心处的用户接收器装置120的位置的第一估计。然后，用户接收器装置120存储时间t₀时的点波束200的位置，并且在其存储器中存储用户接收器装置120的位置的该第一估计。

还如本图所示，在后来的时间t₀+Δt时，从SAT 1卫星100辐射的点波束200扫过地球表面。如此，用户接收器装置120现在位于地球表面上的点波束200的不同交叉220内。这时，用户接收器装置120的处理器计算将位于点波束200的交叉220的中心处的用户接收器装置120的位置的第二估计。用户接收器装置120然后存储时间t₀+Δt时的点波束200的位置，并且在其存储器中存储用户接收器装置120的位置的第二估计。

一旦用户接收器装置120获得用户接收器装置120的位置的至少两个估计，用户接收器装置120的处理器就使用该估计计算用户接收器装置120的位置的进一步精修的估计。在该图中，示出了，用户接收器装置120的处理器计算用户接收器装置120的位置将位于交叉210区域和交叉220区域的重叠区域230的中心中。

在一个或多个实施方式中，用户接收器装置120使用波束平均值技术以便获得进一步精修的估计。利用该技术，用户接收器装置120的处理器计算所存储的所有用户接收器装置120的位置的估计的平均值以便获得精修的估计。在一些实施方式中，用户接收器装置120的处理器使用卡尔曼滤波器以执行波束平均值。在可替代的实施方式中，用户接收器装置120的处理器使用匹配滤波器以执行波束平均值。

图3示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的使用两个卫星的重叠的多个点波束以获得用户接收器装置的位置的估计。在该图中，示出了在时间t₀时，用户接收器装置120位于通过SAT 1卫星100和SAT 2卫星300辐射的点波束310的交叉320内。在该图中，通过SAT 1卫星100和SAT 2卫星300辐射的点波束310不是扫描波束，而是固定方向的波束。在一些实施方式中，用户接收器装置120的处理器计算将位于通过SAT 1卫星100辐射的点波束的交叉330和通过SAT 2卫星300辐射的点波束的交叉340的交叉320的中心处的用户接收器装置120的位置的第一估计。用户接收器装置120然后在其存储器中存储时间t₀时的点波束310的位置，并且存储用户接收器装置120的位置的该第一估计。

在至少一个实施方式中，在时间t₀+Δt时，从SAT 1卫星100和SAT2卫星300辐射的点波束310已经扫过地球表面。如此，用户接收器装置120现在位于通过SAT 1卫星100辐射的点波束的交叉和通过SAT 2卫星300辐射的点波束的交叉的不同的交叉内。此时，用户接收器装置120的处理器计算将位于通过SAT 1卫星100辐射的点波束的交叉和通过SAT 2卫星300辐射的点波束的交叉的交叉中的用户接收器装置120的位置的第二估计。

用户接收器装置120然后存储时间t₀+Δt时的点波束310的位置，并且在其存储器中存储用户接收器装置120的位置的第二估计。在一些实施方式中，用户接收器装置120通过使用波束平均值获得更精修的估计。对于波束平均值，用户接收器装置120的处理器通过计算所存储的所有用户接收器装置120的位置的估计的平均值来确定精修的估计。

应注意的是，在可替代的实施方式中，用户接收器装置120的处理器计算将位于通过SAT 1卫星100辐射的点波束的中心和通过SAT 2卫星300辐射的点波束的中心的质心处的用户接收器装置120的位置。

图4示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的使用随着时间的过去所扫描的单个卫星的重叠的多个点波束以获得用户接收器装置的位置的估计。在该图中，示出了在时间t₀时，用户接收器装置120位于通过SAT 1卫星100辐射的点波束400的交叉410内。应注意的是，通过SAT 1卫星100辐射的点波束400是扫描波束，而不是固定方向的波束。如此，扫描束400随着时间的过去扫过地球表面。用户接收器装置120的处理器计算将位于通过SAT 1卫星100辐射的点波束400的交叉410的中心处的用户接收器装置120的位置的第一估计。然后，用户接收器装置120在其存储器中存储时间t₀时的点波束400的位置，并且存储用户接收器装置120的位置的该第一估计。

在时间t₀+Δt时，从SAT 1卫星100辐射的扫描点波束400已经扫过地球表面。用户接收器装置120现在位于地球表面上的点波束400的不同交叉420内。这时，用户接收器装置120的处理器计算将位于点波束400的交叉420的中心处的用户接收器装置120的位置的第二估计。然后，用户接收器装置120在其存储器中存储时间t₀+Δt时的点波束400的位置，并且存储用户接收器装置120的位置的第二估计。

在用户接收器装置120获得用户接收器装置120的位置的至少两个估计后，用户接收器装置120的处理器使用所述估计来计算用户接收器装置120的位置的精修的估计。用户接收器装置120的处理器计算将位于交叉410区域和交叉420区域的重叠区域430的中心处的用户接收器装置120的位置的精修的估计。

在一些实施方式中，用户接收器装置120使用波束平均值以计算进一步的精修的估计。对于该技术，用户接收器装置120的处理器计算所存储的所有用户接收器装置120的位置的估计的平均值以便获得精修的估计。

图5、图6和图7示出了根据本公开内容的多个实施方式的使用卫星信号振幅以获得用户接收器装置的位置的估计的各种实施方式。具体地，图5描述了使用由用户接收器装置接收的单个卫星的信号振幅以获得用户接收器装置的位置的估计，图6示出了使用由用户接收器装置接收的两个卫星的信号振幅以获得用户接收器装置的位置的估计，以及图7示出了使用随着时间的过去所扫描的点波束的单个卫星的信号振幅以获得用户接收器装置的位置的估计。

在图5中，SAT 1卫星100在地球上辐射一个点波束110。在该图中，示出的点波束500具有主波束510和双侧瓣波束520。应注意，对于该图，点波束500是固定方向的波束，而不是扫描波束。在该图中，用户接收器装置120被示出为从辐射的主波束510接收信号。用户接收器装置120的处理器根据其在投影的主波束510的信号振幅轮廓(signal amplitudecontour)530内的位置使用接收的信号的振幅来计算其在地球上的位置的估计。一旦用户接收器装置120获得其位置的估计，用户接收器装置120就在其存储器中存储点波束500在地球上的位置，并且存储用户接收器装置120的位置的估计。

在图6中，SAT 1卫星100和SAT 2卫星300每个被示出为分别在地球上辐射一个点波束600、610。在该图中，用户接收器装置120被示出为位于通过SAT 1卫星100辐射的点波束600和通过SAT 2卫星300辐射的点波束610的交叉630内。对于该附图，点波束600和点波束610是固定方向的波束，而不是扫描波束。用户接收器装置120的处理器根据其在投影的点波束600、610的信号振幅轮廓640内的位置使用其接收的信号的振幅来计算其在交叉630内的位置的估计。在用户接收器装置120获得其位置的估计后，用户接收器装置120在其存储器中存储点波束600和点波束610的位置，并且存储用户接收器装置120的位置的估计。

在图7中，在时间t₀时，SAT 1卫星100被示出为在地球上辐射点波束700。此时，用户接收器装置120位于通过SAT 1卫星100辐射的点波束700内。应注意的是，通过SAT 1卫星100辐射的点波束700是扫描波束，而不是固定方向的波束。因此，如随着时间的过去所扫描的点波束700，扫过地球表面。用户接收器装置120的处理器根据其在点波束700的信号振幅轮廓内的位置使用接收的信号的振幅来计算其在点波束700内的位置的第一估计。用户接收器装置120然后在其存储器中存储时间t₀时的点波束700的位置，并且存储用户接收器装置120的位置的第一估计。

同样在图7中，在时间t₀+Δt时，从SAT 1卫星100辐射的点波束700被示出为已经扫过地球表面(现在如点波束710所示)。用户接收器装置120现在位于点波束710内。此时，用户接收器装置120的处理器根据其在点波束710的信号振幅轮廓内的位置使用接收的信号的振幅来计算其在点波束710内的位置的第二估计。然后，用户接收器装置120在其存储器中存储时间t₀+Δt时的点波束710的位置，并且存储用户接收器装置120的位置的第二估计。

一旦用户接收器装置120获得用户接收器装置120的位置的至少两个估计，用户接收器装置120的处理器就使用所述估计计算用户接收器装置120的位置的进一步精修的估计。用户接收器装置120的处理器使用波束平均来计算将在点波束700和点波束710的重叠区域720内的用户接收器装置120的位置的进一步精修的估计。此外，处理器根据其在点波束700和710信号振幅轮廓730内的位置通过使用其接收的信号振幅以计算其在重叠区域720中的位置来获得用户接收器装置120的位置的进一步精修的估计。

图8是根据本公开内容的至少一个实施方式的对于均匀的遮蔽角使用单个卫星100的点波束的上升时间和下降时间来估计用户接收器装置120的位置的图形表示。在该图中，点波束的上升时间和下降时间被用于获得用户接收器装置120的位置的估计。对于这些实施方式，记录了从点波束上升的时间(t_RISE)至点波束下降的时间(t_SET)的所有点波束的位置。假设在时间＝((t_SET-t_RISE)/2)时，仰角遮蔽角相对于用户接收器装置120在各个方向上均匀，假设用户接收器装置位于追踪方向上的点波束的中心处。

应注意的是，追踪方向被限定为卫星在空中通过用户接收器装置120的运动方向。对于追踪方向坐标系，原点位于用户接收器装置120的位置处，x轴是卫星在空中通过用户接收器装置120的运动方向，z轴是朝向地心的方向，以及y轴完成右手笛卡尔坐标系。

图9A示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的对于均匀的遮蔽角使用单个点波束的上升时间和下降时间估计用户接收器装置的位置的示意图。以及，图9B示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的对于非均匀的遮蔽角使用单个卫星的点波束的上升时间和下降时间估计用户接收器装置的位置的图形表示。对于这些图，由于穿过用户接收器装置的卫星星座的波束图案在已知方向(例如，南北方向)上，所以只有这些方向(例如，南北方向)上的遮蔽角将成为相关的，因为第一方向(例如，北方)是卫星上升的方向以及第二方向(例如，南方)是卫星下降的方向。

对于这些实施方式，α表示星座遮蔽角；β₁是与在卫星上升的方向上阻挡用户接收器装置至卫星的视线的可能障碍物相关的遮蔽角；以及β₂是与在卫星下降的方向上阻挡用户接收器装置至卫星的视线的可能障碍物相关的遮蔽角。当一个β角或者两个β角>α时引入偏差。当β₁＝β₂＝α或者β₁＝β₂≠α时，出现如图8中所讨论的均匀的遮蔽角的情况。对于这些实施方式，β角是已知的或者被估计出来。图9A和图9B示出了存在使β₂大于遮蔽角α的障碍物的特定情况。当在卫星上升方向上存在小障碍物时，β₁<α，并且因此，该障碍物不影响用户接收器装置看到卫星的视线。因此，可以忽略该障碍物。应注意的是，在卫星上升方向上存现障碍物的相似变化，其中，β1>α。假设在卫星上升方向上和在卫星下降方向上的仰角不均匀，可假设的是，在时间(Δt_True)/2，其中，(Δt_True)/2＝(Δt_{RcverMeasured}+Δt_β2Bias)/2时，用户接收器装置位于在追踪方向上的点波束投影的中心处。

图10提供了示出根据本公开内容的至少一个实施方式的获得用户接收器装置与卫星之间的范围的连续估计(running estimate)的方法的流程图1000。在该图中，用户接收器装置从低地球轨道(LEO)卫星接收卫星星历表数据1010。应注意的是，在其他各种实施方式中，所公开的方法除了可采用LEO卫星之外还可以采用不同类型的卫星。

在用户接收器装置接收到星历表数据之后，用户接收器装置的处理器得出瞬时卫星位置、速度和加速度1020。在用户接收器装置计算这些推论(derivation)之后，用户接收器装置从卫星接收辐射的卫星点波束的初始点波束识别符1030。在从卫星接收点波束识别符之后，用户接收器装置将点波束识别符和连续点波束的点波束中心记录在用户接收器装置的存储器中1040。

然后，用户接收器装置的处理器采用那些已记录的点波束识别符和点波束中心，利用波束平均值技术以得出连续(running)用户接收器装置位置估计1050。用户接收器装置的处理器然后得出用户接收器装置至卫星单位向量的运行估计1060。接下来，用户接收器装置的处理器测量卫星的多普勒频移1070。然后，用户接收器装置的处理器使用多普勒频移计算多普勒距离估计1080。在至少一个实施方式中，用户接收器装置使用卡尔曼滤波器计算多普勒距离估计。用户接收器装置保持所计算的用户接收器装置至卫星距离(range)的连续估计1090。

图11示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的获得用户接收器装置与卫星之间的距离的连续估计的另一个方法的流程图1100。如该图中所示，图11的方法步骤与图10中描述的方法步骤相似。然而，与图10的方法不同，图11所公开的方法允许以变化的顺序执行各个步骤。

如上所述，在一个或多个实施方式中，可采用获取信道为每一个点波束提供信号。获取信道可用于得出用户接收器装置的位置的估计。在一些实施方式中，铱卫星系统的环形信道可用作获取信道。图12示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的包括单一时隙(其支持示例性铱环形信道)和其他时隙的时间间隔1200。如图12所示，时间间隔1200持续约90毫秒(ms)并且包括：持续约20.32毫秒的单一时隙、四个上行链路时隙UL1-UL4、以及四个下行链路时隙DL1-DL4，每个持续约8.28毫秒。

可在通信或者卫星系统(例如，铱卫星网络)中使用基于使用90毫秒帧(例如，时间间隔1200)的时分双工(TDD)的混合时分多址-频分多重存取(TDMA/FDMA)结构来实施通信信道。例如，具体的信道可以是特定的FDMA频率(例如，载波频带)和TDMA时隙(例如，图12中示出的单一的、上行链路或者下行链路中的一个)。例如，通过实施可接受的同信道干扰限制或者其他信道去冲突方法(诸如，时分多路传输)可以在不同的地理位置中重复使用信道。因此，信道分配可包括帧中的频率载波和时隙。

在一个实施方式中，单一时隙可包括获取信道，该获取信道可使用全球保持不变的已知的频率，使得世界各地的用户均可以接入获取信道。获取信道可以是使用TDMA格式化并且为用户装置提供警报的下行链路信道，其可包括接入的频率以完成用户呼叫(例如，对于采用铱卫星网络的实施方式)。获取信道的TDMA结构可允许在一个帧(诸如，时间间隔1200)中发送多个警报。另外，例如，其他信道可通过提供能够使信道获取以及转换(hand-off)所要求的信息来支持用户接收器装置(例如，移动电话或者其他紧凑电子装置)。

可同样利用获取信道为用户设备(例如，移动电话或者其他紧凑电子装置)提供信道获取和转换信息。在可能关于关键资源(asset，资产)遭受攻击中使用的情况下，如果获取信道被干扰，在关键需求期间可导致关键资源不可用。为了缓和这样的情况，可广播在一个或多个频率(例如，在铱卫星系统上存在四个可用的消息信道)上二次传输(secondarytransmission)。原则上，例如，可以在整个10MHz的铱L带频带(即，1616MHz至1626.5MHz)上广播二次传输。例如，这样的广谱二次传输可要求干扰发射机在其试图干扰卫星系统中将其功率激起超过完全10MHz光谱，并且因此，可减少干扰发射机的潜在的干扰。

图13提供了根据本公开内容的至少一个实施方式的包括图12的单一时隙的信道(例如，环形信道和消息信道)的示例性频率分配的表格1300。对于该示例性实施方式，可为单一时隙信道(即，获取信道和消息信道)保留十二个频率接入频带。这些信道可位于1626.0MHz和1626.5MHz之间全球分配的500kHz中。这些频率访问可仅用于下行链路信号，并且可能仅是可在单一时隙期间传输的频率。如铱实例的表格1300所示，四个消息信道和一个环形警报信道在单一时隙期间是可用的。

单一时隙中和环形信道(即，环形警报信道)一起位于交变频率上的四个消息信道可用于信道获取并且在环形信道由于某种原因不可用(例如，如果环形信道被干扰)的情况下传输精确的绝对时间。用于铱的消息信道(如表格1300所示)是信道3、4、10和11，它们分别是四级、三级、二级和初级消息信道。因此，在一个实施方式中，根据一个已知(先验)或者可以从时间参数值(例如，频率跳变、TDMA/FDMA)计算的可预测的模式，卫星可在获取信道(例如，铱的环形信道)上以及消息信道(例如，时隙和频率上)上传输数据信号(例如，包括L频带帧的环形消息数据，来自L频带帧的精确的绝对时间对用户接收器装置是可用的)。

特定信息(例如，LBFC、太空运载工具识别(SVID)以及卫星的X、Y和Z位置坐标)可用于将用户接收器装置的时钟调整为可接受的精度以允许频率检测(例如，表格1300中示出的消息频率中的一个)，其可允许用户接收器装置进入使用该系统。可能的是，在获取信道不可用的情况下用于获取的数据(诸如，LBFC、SVID)可整体位于一个交替消息信道中。在一些可替代的实施方式中，例如，获取数据也可位于跨具有不同加密的多个交替消息信道的部分中。通常，为进一步减少信息的未经批准的可访问性，或者在涉及一个加密或者两个加密方法由于流氓用户而处于危险的情况下，这种实施方式可提供有用的执行过程。例如，在需要高安全性的情形下，在一个消息信道中，获取数据的一部分可经由一个加密方法被提供至用户接收器装置并且获取数据的第二部分可经由第二加密方法被提供至用户接收器装置。此外，获取数据可以嵌入在可以经由一个信道接入的另外的安全信息中以接入另一信道。

图14提供了根据本公开内容的至少一个实施方式的通过使用图12的示例性铱环形信道用户接收器装置开始从卫星获得精确的绝对时间的方法1400的流程图。在方法1400的开始1405处，在框1410处，用户接收器装置(例如，本文中所描述的各种用户接收器装置中的任何一种)可试图通过获取信道从卫星(例如，低地球轨道(LEO)卫星，诸如，铱卫星)接收数据。用户接收器装置可试图从获取信道接收以环形消息(也称为“访问消息”)的形式的数据。

图15示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的在图12的单一时隙中包含的示例性环形消息1500。如该图所示，当被解码时，典型的环形消息1500(或者访问消息)可包含诸如以下信息：LBFC＝485215784、SVID＝34、波束ID＝6、X坐标＝127、Y坐标＝-1140以及Z坐标＝1102。

在这方面，太空运载工具识别(SVID)可用作理解哪个卫星中继消息1500中的信息。波束ID(或者点波束识别(ID))号码可用于识别哪个点波束发送用于确定用户接收器装置的地理位置的消息。X、Y和Z坐标是卫星的位置坐标，并且可用于校正从太空运载工具(即，卫星)至接收器用户装置的信号的传输时间。X、Y、Z坐标还可用于用户接收器装置的地理位置。

关于LBFC数值，铱脉冲信号序列在所谓的L频带帧中每90毫秒出现一次(参照图12)。LBFC数值具有微秒精度的有效时钟。例如，LBFC数值可以是从已知的参考开始时间(例如，也称为“纪元”)对90毫秒帧计数的数值的32位数。例如，可使用在某个日期的12:00A.M.作为开始时间。因为L频带帧(并且因此LBFC)的边缘在微秒级是精确的，所以环形消息担当并且可以用作每90毫秒响一次的非常精确的时钟。

返回参考图14，在框1415中，如果获取信道是可用的，然后用户接收器装置从获取信道接收环形消息数据，并且该方法继续至框1430。否则，该方法继续至框1420。

在这方面，依靠已知的固定频率信道(例如，获取信道)作为找到以上所描述的关键获取信息的唯一可预测的位置可以使任何重要资源利用铱来支持其易受干扰影响的应用程序。通过将相同的关键获得信息放在以上所描述的单一时隙消息信道上，如在框1420处所识别的，用户接收器装置可试图从消息信道(例如，以上所描述的信道3、4、10、11)中的一个接收(例如，在可替代的消息信道中搜索)信道获取数据(例如，环形消息数据)。通过将环形消息数据放在单一时隙消息信道上，卫星系统可将干扰威胁传播至多个频率，并且也可能够增加9分贝(dB)的信号功率，使卫星系统对于干扰更加稳固。

在框1430处，用户接收器装置可在一个消息信道(例如，或者如在框1415中所确定的，如果通过获取信道是可用的)上接收加密的环形消息数据。在各种实施方式中，环形消息数据的编码可为特殊用户(例如，美国军队)进行特殊加密。

例如，可存在几种不同的方式将现有铱卫星系统重新格式化以便给予特殊用户提高的优先权。例如，一个选择可通过另外扩展调用优先权和优先权等级来包括更多等级、分配等级，例如，服务质量(QoS)或者服务等级(LoS)，或者将等级排队方法论添加至系统。例如，可以将由特定号码例如4表示的较高优先级分配给特殊应用的调用。在这些调用(call)不能接入获取信道的情况下，调用可具有四个信道中的一个或多个的辅助频率以接入要求信息。此外，用户识别模块(SIM)卡或者其他类似的功能装置可如铱获取控制模式所定义的利用特定的获取等级编程或者可扩展获取控制模式以满足该特例。可为用于这些特例的信号可以被加密以增加另外的安全层。在框1440处，可通过用户接收器装置解密并且降频转换加密的环形消息数据。

在框1450处，用户接收器装置可使用解密的环形信息数据来识别从其接收环形消息数据的卫星，并且可使用环形信息数据中的位置坐标信息来校正卫星与用户接收器装置之间的信号的传输时间。为了获得精确的时间，用户接收器装置可在以下等式中使用L频带帧计数(LBFC)。

时间＝(Era+LBFC)﹡90ms+时偏+(距离/C)

在上述等式中，“Era”可以基于如为系统(例如，铱系统)所定义的已知的日期/时间并且用户接收器装置可具有先验知识。例如，“时偏”(或者时隙偏移)可表示系统中的任一时间偏差，可补偿卫星的时钟中的测量误差和/或传输序列中的已知的时隙变化。时隙可由卫星提供，或者可通过参考站测量它们，或者可将它们是固定的或者作为该服务的一部分是可预测的。

“距离(rang)”表示卫星与用户接收器装置之间的距离，并且使用可经由数据链路、用户接收器装置的位置的适当精确的知识以及近似时间(作为对卫星轨道模式的输入)传送的卫星轨道模式来计算。在一个实施方式中，为了获得大约10微秒内的精度，距离估计必须精确到大约3000米(m)，其可约等于地面上的平面精度的20000m。例如，这种定位水平可经由单元网络技术容易地实现。此外，可基于用户目前位于哪个卫星中以及最近的波束时间历史的知识采用简单的波束覆盖方法来确定用户接收器装置的位置。也可适当地采用粗略定位的许多其他方法。在一个实施方式中，卫星的卫星轨道信息(例如，星历表)包括诸如不同时间点上的卫星星座内的卫星的位置信息以及可由用户接收器装置使用的从卫星精确获得时钟值的其他信息。在这个实施方式中，网络可容易地确定小于一公里内的用户接收器装置(或者用户)的位置。该距离可精确到大约3公里。可使用用户接收器装置的近似时间与轨道信息来确定卫星的位置。在确定卫星的距离后，然后除以光速度(也称为“C”)。

每个L频带帧每隔90毫秒重复一次(例如，LBFC增量2.5添加1至计数)。L频带帧的边缘(例如，用户接收器装置接收信号的瞬间)可允许用户接收器装置保持用户接收器装置的时间(例如，在框1460处调整用户接收器装置的本地时钟)的精度至微秒水平。用户接收器装置首先校正信号的传输时间，然而，并且为了这样做，用户接收器装置应该了解提供数据(SVID)的卫星以及卫星位于适当的坐标系中的天空中(X、Y和Z坐标)的位置。如上所述，这两条信息在环形消息数据中是可用的。此外，为了提高精度，用户接收器装置可接入卫星的轨道模式。用户接收器装置可本地地具有轨道模式或者在网络上可携带轨道模式，用户接收器装置可根据需要进行检索和处理信息。在卫星和用户接收器装置之间的信号传输时间被校正之后，该方法1400结束1470。

图16描述了示出根据本公开内容的至少一个实施方式的由所公开的用户接收器装置1600采用的各种示例性部件的框图1600。在这方面，用户接收器装置1600可用作实现本文中所描述的任何各种用户接收器装置。例如，在一个实施方式中，用户接收器装置1600可被用来实现导航装置。

用户接收器装置1600可包括天线1610、射频(RF)前端和数字转换器1615、处理器1620、时钟1630、存储器以及其他部件1650。

天线1610可实施为用于发送和/或接收根据本文中所描述的各种实施方式的信号的一个或多个天线。

RF前端和数字转换器1615可包括放大器、射频降频转换器和模数模拟数字(A/D)转换器。RF前端和数字转换器1615可处理来自天线1610的信号并且将来自信号的信息提供至处理器1620。

处理器1620可实施为可执行存储在一个或多个存储器1640以及一个或多个非临时性机器(或者计算机)可读介质1690(或者两者)中的适当的指令(例如，软件)的一个或多个处理器。时钟1630(例如，用户接收器装置时钟)可以是根据以上所描述的各种技术而被调整或者操作的时钟。

其他部件1650可用于实施用户接收器装置1600任何其他所期望的特征。应当理解的是，在适当情况下，可利用图16中示出的那些相同的、类似的或者互补的部件实施本文中所描述的一个或多个卫星。

在适当情况下，可以使用硬件、软件或者硬件和软件的结合实施由本公开内容提供的各种实施方式。还在可应用的情况下，在不偏离本公开内容的精神的情况下，可以将本文中所阐述的各种硬件部件和/或软件部件合并成包括软件、硬件和/或两者的复合部件。在可应用的情况下，在不偏离本公开内容的精神的情况下，可以将本文中所阐述的各种硬件部件和/或软件部件分割成包括软件、硬件和/或两者的子部件。此外，在可应用的情况下，预期软件部件可被实施为硬件部件，反之亦然。

根据本公开内容的软件，诸如程序代码和/或数据，可存储在一个或多个计算机可读介质上。可以预期的是，可以使用一个或多个通用或者专用计算机和/或计算机系统、网络和/或其他来实施本文中识别的软件。在可应用的情况下，可以改变本文中所描述的各个步骤的顺序、合并成复合步骤和/或分割成子步骤以提供本文所描述的特征。

尽管本文中已经公开了某些示例性实施方式和方法，但是从前述公开内容对本领域技术人员而言显而易见的是，在没有偏离本发明的真实精神和范围的情况下，可以对这些实施方式和方法进行变化和修改。存在所公开技术的多个其他实例，每个实例仅在细节方面区别于其他实例。因此，希望所公开的技术应该仅限于所附权利要求和适用法律的规则和原理要求的范围。

Claims (22)

1.一种提供用户接收器装置的位置的估计的方法，所述方法包括：

从至少一个运载工具在地球上发射至少一个点波束，

其中，所述至少一个点波束包括至少一个获取信号；

利用所述用户接收器装置接收所述至少一个点波束；以及

通过所述用户接收器装置根据所述至少一个点波束内的所述用户接收器装置的位置，来计算所述用户接收器装置的所述位置的估计。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个获取信号包括至少一个环形信道。

3.根据权利要求2的所述方法，其中，所述至少一个环形信道包括帧计数；太空运载工具识别(SVID)；点波束识别(ID)；以及与地球坐标系相关的至少一个运载工具的X、Y、Z坐标中的至少一个。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述方法进一步包括由所述用户接收器装置通过使用所述帧计数计算来自所述至少一个运载工具的时钟的时间。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述方法进一步包括由所述用户接收器装置通过使用来自所述至少一个运载工具的时钟的时间与来自所述用户接收器装置的时钟的时间之间的差值，来计算从所述至少一个运载工具到所述用户接收器装置的距离。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法进一步包括由所述用户接收器装置通过使用所述距离和所述至少一个运载工具的所述X、Y、Z坐标精修所述用户接收器装置的所述位置的估计。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个运载工具是卫星、伪卫星、航天飞机、飞行器、飞机、无人航空运载工具(UAV)、气球以及直升机中的至少一个。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个点波束被辐射为固定位置波束。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个点波束被辐射为扫描波束。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述用户接收器装置使用处理器计算所述用户接收器装置的所述位置的估计。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述用户接收器装置使用所述至少一个点波束的振幅计算所述用户接收器装置的所述位置的估计。

12.一种用于提供用户接收器装置的位置的估计的系统，所述系统包括：

至少一个运载工具，其中，所述至少一个运载工具在地球上发射至少一个点波束，并且其中，所述至少一个点波束包括至少一个获取信号；以及

所述用户接收器装置，其中，所述用户接收器装置包括：

至少一个射频(RF)天线，其中，所述至少一个RF天线接收所述至少一个点波束，以及

处理器，其中，所述处理器根据所述至少一个点波束内的所述用户接收器装置的位置，来计算所述用户接收器装置的所述位置的估计。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述至少一个获取信号包括至少一个环形信道。

14.根据权利要求13的所述系统，其中，所述至少一个环形信道包括帧计数；太空运载工具识别(SVID)；点波束识别(ID)；以及与地球坐标系相关的至少一个运载工具的X、Y、Z坐标中的至少一个。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述处理器通过使用所述帧计数进一步计算来自所述至少一个运载工具的时钟的时间。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述处理器通过使用来自所述至少一个运载工具的时钟的所述时间与来自所述用户接收器装置的时钟的时间之间的差值，来进一步计算从所述至少一个运载工具到所述用户接收器装置的距离。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述处理器通过使用所述距离和所述至少一个运载工具的所述X、Y、Z坐标，来进一步精修所述用户接收器装置的所述位置的估计。

18.根据权利要求12所述的系统，其中，所述至少一个运载工具是卫星、伪卫星、航天飞机、飞行器、飞机、无人航空运载工具(UAV)、气球以及直升机中的至少一个。

19.根据权利要求12所述的系统，其中，所述至少一个点波束被辐射为固定位置波束。

20.根据权利要求12所述的系统，其中，所述至少一个点波束被辐射为扫描波束。

21.根据权利要求12所述的系统，其中，所述处理器使用所述至少一个点波束的振幅计算所述用户接收器装置的所述位置的估计。

22.根据权利要求12所述的系统，其中，所述用户接收器装置进一步包括：

本地时钟；以及

存储器，其中，所述存储器适用于存储随着时间的过去所记录的连续的点波束识别信息。