CN105223597A - 基于卫星确定通信设备位置的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及基于卫星确定通信设备位置的方法和设备。提供了一种基于卫星来确定通信设备位置的方法，包括：获取基于卫星的精确轨道状态信息和卫星的精确时钟信息所生成的卫星的定位辅助信息，其中定位辅助信息包括卫星的轨道状态辅助信息、卫星的时钟辅助信息以及地球定向参数辅助信息；基于卫星的定位辅助信息，预测卫星的星历；以及利用预测的卫星的星历来确定通信设备的位置。

Description

基于卫星确定通信设备位置的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年4月4日提交的第61/975,434号美国临时申请的优先权，其通过引用的方式整体并入于此。

技术领域

本文涉及设备定位，更具体地，本文涉及基于卫星确定通信设备位置的方法和设备。

背景技术

现今，具有卫星定位功能的移动设备越来越普及。具有卫星定位功能的移动设备包括但不仅限于移动电话、智能电话、平板计算机、游戏设备、可穿戴智能设备等。在移动设备中，越来越多的应用程序经常需要定位结果以便更好地实现，例如叫车应用、基于位置的社交网络服务、基于位置的餐厅或者店铺推荐、签到应用以及其他基于位置的服务。随着移动设备需要进行即时定位的功能，对定位速度以及数据量要求越来越高。

在移动设备需要精准的定位或者处于户外而没有无线网络覆盖的区域中时，需要对移动设备进行卫星定位。卫星定位，例如全球定位系统(GPS)、GLONASS和北斗之类的全球导航卫星系统是本领域的公知技术。以GPS卫星定位为例，定位的原理在于，移动设备根据获取的多个卫星位置以及移动设备与卫星之间的距离来推断移动设备的位置。在一些情况下，移动设备获取卫星的当前运行信息，再根据卫星的当前运行信息来推断卫星的位置。卫星的当前运行信息例如是与卫星的轨道和运行时间相关联的广播星历。

发明内容

在现有的卫星定位方案中，广播星历只在较短的时间段内有效(例如2小时的时间)。因此，移动设备需要频繁地获取广播星历，从而导致定位速度过慢并且数据量很大。因此，希望能够在移动设备中本地预测卫星的将来运行信息，并且利用预测的卫星的将来运行信息对移动设备进行定位而无需频繁地获取卫星的当前运行信息。

本公开的构思在于，由服务器提供的辅助信息使得具有卫星定位功能的移动设备能够本地生成预测的卫星星历，该卫星的预测星历在希望的将来时间上提供辅助。在移动设备请求使用卫星系统对其进行定位之后，移动设备能够使用预测的卫星星历进行定位。通过使用预测的卫星星历，能够加速首次定位时间(TTFF)，优化位置计算并且提高移动设备中的定位芯片的灵敏度。

根据本公开的实施方式，提供了一种基于卫星来确定通信设备位置的方法，包括：获取基于卫星的精确轨道状态信息和卫星的精确时钟信息所生成的卫星的定位辅助信息，其中定位辅助信息包括卫星的轨道状态辅助信息、卫星的时钟辅助信息以及地球定向参数辅助信息；基于卫星的定位辅助信息，预测卫星的星历；以及利用预测的卫星的星历来确定通信设备的位置。

可选地，在该方法中，利用预测的卫星的星历来确定通信设备的位置包括：利用预测的卫星的星历以及通信设备与卫星之间的伪距数据来确定通信设备的位置。

可选地，在该方法中，卫星的轨道状态辅助信息通过以下方式来生成：基于卫星的精确轨道状态信息，确定卫星的初始轨道条件和初始轨道动态参数；以及使用动力学模型，通过卫星运动方程的数值积分来迭代地估计卫星的轨道条件和轨道动态参数作为卫星的轨道状态辅助信息。

可选地，在该方法中，卫星的时钟辅助信息通过以下方式来生成：对卫星的精确时钟信息执行粗差探测、初始化以及按照卫星的精确时钟信息的时间序列进行数据拟合。

可选地，在该方法中，地球定向参数辅助信息通过以下方式来生成：对获取的地球定向参数信息执行初始化以及按照地球定向参数信息的时间序列进行数据拟合。

可选地，在该方法中，基于卫星的定位辅助信息预测卫星的星历包括：基于卫星的轨道状态辅助信息中的卫星的初始轨道条件以及动力学模型的参数对卫星运动方程进行数值积分来预测卫星的轨道信息。

可选地，在该方法中，基于卫星的定位辅助信息预测卫星的星历还包括：通过单步法数值积分和多步法数值积分来预测卫星的轨道信息，其中通过单步法数值积分推导初始步点，并且通过多步法数值积分执行进一步的高精度推算。

可选地，在该方法中，基于卫星的定位辅助信息预测卫星的星历还包括：对地球定向参数辅助信息执行数据拟合以获得当前的地球定向参数；以及利用当前的地球定向参数对预测的卫星的轨道信息执行坐标系转换。

可选地，在该方法中，基于卫星的定位辅助信息预测卫星的星历还包括：基于预测的多个时刻的卫星的轨道信息执行数据拟合以获得预测结果，并且基于卫星的时钟辅助信息确定卫星的卫星时钟系数。

可选地，基于卫星的定位辅助信息预测卫星的星历还包括：按照广播星历的结构，利用预测结果和卫星的卫星时钟系数进行赋值以生成预测的卫星的星历。

根据本公开的实施方式，提供了一种用于基于卫星来确定通信设备位置的设备，包括：获取装置，用于获取基于卫星的精确轨道状态信息和卫星的精确时钟信息所生成的卫星的定位辅助信息，其中定位辅助信息包括卫星的轨道状态辅助信息、卫星的时钟辅助信息以及地球定向参数辅助信息；预测装置，用于基于卫星的定位辅助信息预测卫星的星历；以及第一确定装置，用于利用预测的卫星的星历来确定通信设备的位置。

可选地，该设备还包括：第二确定装置，用于利用预测的卫星的星历以及通信设备与卫星之间的伪距数据来确定通信设备的位置。

可选地，在该设备中，卫星的轨道状态辅助信息通过以下方式来生成：基于卫星的精确轨道状态信息，确定卫星的初始轨道条件和初始轨道动态参数；以及使用动力学模型，通过卫星运动方程的数值积分来迭代地估计卫星的轨道条件和轨道动态参数作为卫星的轨道状态辅助信息。

可选地，在该设备中，卫星的时钟辅助信息通过以下方式来生成：对卫星的精确时钟信息执行粗差探测、初始化以及按照卫星的精确时钟信息的时间序列进行数据拟合。

可选地，在该设备中，地球定向参数辅助信息通过以下方式来生成：对获取的地球定向参数信息执行初始化以及按照地球定向参数信息的时间序列进行数据拟合。

可选地，该设备还包括：第二预测装置，用于基于卫星的轨道状态辅助信息中的卫星的初始轨道条件以及动力学模型的参数对卫星运动方程进行数值积分来预测卫星的轨道信息。

可选地，该设备还包括：第三预测装置，用于通过单步法数值积分和多步法数值积分来预测卫星的轨道信息，其中通过单步法数值积分推导初始步点，并且通过多步法数值积分执行进一步的高精度推算。

可选地，该设备还包括：转换装置，用于对地球定向参数辅助信息执行数据拟合以获得当前的地球定向参数；以及利用当前的地球定向参数对预测的卫星的轨道信息执行坐标系转换。

可选地，该设备还包括：第三确定装置，用于基于预测的多个时刻的卫星的轨道信息执行数据拟合以获得预测结果，并且基于卫星的时钟辅助信息确定卫星的卫星时钟系数。

可选地，该设备还包括：生成装置，用于按照广播星历的结构，利用预测结果和卫星的卫星时钟系数进行赋值以生成预测的卫星的星历。

根据本公开的实施方式，还提供了一种通信设备，包括：天线；以及根据本公开的实施方式的设备的装置，其中获取装置通过该天线获取卫星的定位辅助信息。

根据本公开的实施方式的方法和设备能够加速移动设备的首次定位时间(TTFF)，优化位置计算并且提高移动设备中的定位芯片的灵敏度。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施方式的特征、优点及其他方面将变得更加明显，在此以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式。在附图中：

图1为根据本公开的示例性实施方式的移动设备基于卫星的位置确定系统的框图；

图2为根据本公开的示例性实施方式的轨道状态辅助信息生成的过程的流程图；

图3为根据本公开的示例性实施方式的时钟辅助信息生成的过程的流程图；

图4为根据本公开的示例性实施方式的地球定向参数辅助信息生成的过程的流程图；

图5为根据本公开的示例性实施方式的移动设备预测星历的框图；

图6为根据本公开的示例性实施方式的移动设备在载噪比CN0>30dB-HZ使用预测星历的首次定位时间的结果图表；

图7为根据本公开的示例性实施方式的移动设备在载噪比CN0<30dB-HZ使用预测星历的首次定位时间的结果图表；

图8为根据本公开的示例性实施方式的移动设备使用预测星历的定位精度图表；以及

图9为根据本公开的示例性实施方式的预测星历的精度图表。

具体实施方式

以下参考附图详细描述本公开的各个示例性实施方式。附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施方式的方法和系统的可能实现的体系架构、功能和操作。应当注意，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分可以包括一个或多个用于实现各个实施方式中所规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为备选的实现中，方框中所标注的功能也可以按照不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，或者它们有时也可以按照相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。同样应当注意的是，流程图和/或框图中的每个方框、以及流程图和/或框图中的方框的组合，可以使用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以使用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

应当理解，给出这些示例性实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本公开，而并非以任何方式限制本公开的范围。

图1描绘了示例示图，该示例示图示出根据本公开的一个实施方式的移动设备基于卫星的位置确定系统100。在系统100图示中，具有卫星定位功能的移动设备110包括卫星定位模块120。卫星定位模块包括：无线电频率模块(未显示)用于获取卫星的信号；数字处理模块(未显示)用于获取测距信号和导航信息。在示例中，数字处理模块中的部分软件代码可能在设备中与应用处理器(未显示)共享。在此基于主机的模式中，应用处理器和卫星定位模块通过以并行方式运行来计算位置。应用程序处理器控制卫星定位模块。

根据本公开的实施方式，用户启用移动设备110并打开卫星定位模块120，移动设备将提供位置、速度和定时服务。当卫星定位模块120启用时，无线电频率模块(例如通过天线)从多个可见的卫星获取卫星信号(为清楚起见，在图示中仅显示一个卫星101)。在传统的操作中，数字处理模块解调可见卫星的卫星信号以获取可见卫星的广播的轨道状态信息。基于获得的广播的轨道状态信息，移动设备110可以计算可见卫星的卫星位置，结合移动设备110与卫星之间的伪距数据来计算移动设备110的位置。

在系统100图示中，具有卫星定位功能的移动设备110包括存储器130。移动设备110将获得到的广播轨道状态信息和时钟信息存储在存储器的第一个内存部分131。存储器130可以是非易失性存储器，这样当卫星定位模块120启用以确定位置、速度和定时服务时，可以立即使用存储器130所存储的资料。广播的轨道状态信息和时钟信息超过一定量的天(例如，3天)的记录可能会被丢弃。在不损失精度，考虑广播的轨道状态信息的有效期，通过可配置的时间间隔，每个广播的轨道记录可以扩展到几个单个记录。例如，GPS卫星广播的轨道状态信息有效期为两个小时，可配置的时间间隔为15分钟，因此，可以扩展每个卫星广播的轨道记录到8个单个记录。根据不同的全球导航卫星系统，可配置的时间间隔可能不同。

当移动设备110在恶劣的操作环境下，如高层建筑物和车库，移动设备110的卫星定位模块120无法从可见的卫星检索当前广播的轨道状态信息和时钟信息。根据本公开的一个实施方式，星历预测模块150可提供预测或扩展的星历表，以协助卫星定位模块120测定移动设备110的位置，从而降低首次定位时间。

当移动设备110在任何给定的时间下，在一个位置，启用卫星定位模块120时，从中可以看到只有一小部分的完整卫星系统的卫星。例如，在GPS完整的卫星系统中，在一个位置，可见的卫星大约只有30％。根据本公开的实施方式，为确保最佳的卫星系统的卫星采样，每天可能进行几次的广播星历抽样。然而，由于移动设备110的电池寿命或其他操作上的限制，移动设备110是无法连续启用卫星定位模块120以观察和记录广播星历的。根据本公开的另一实施方式，星历预测模块150可从外部服务器系统获取到辅助信息以增强预测或扩展的星历表。相比于卫星定位模块120可以获取只有一小部分的卫星，辅助信息可以提供完整卫星系统的卫星。

现今，大多数具有卫星定位功能的移动设备110也具有蜂窝移动通信的收发器(未显示)或无线收发信机(未显示)的功能。具有卫星定位功能的移动设备可以采用射频场的传播与无线通信网络进行无线通信。在一个实施方式中，无线通信网络可以是蜂窝移动通信网络，根据各种蜂窝移动通信技术，诸如全球移动通信系统(GSM)、码分多址接入(CDMA)、宽带码分多址接入(WCDMA)和长期演进(LTE)等，移动设备采用射频信号与基站(未显示)进行通信。在另一个实施方式中，无线通信网络可以是无线局域网(WLAN)，根据不同的通讯协议，例如美国电子电气工程师协会(IEEE)802.11的基础协议(例如，WiFi网络)，移动设备使用射频信号与访问点(未显示)进行通信。

在系统100图示中，还包括服务器系统160，全球导航卫星系统服务网络105，例如国际全球导航卫星系统服务组织(IGS)提供精确的卫星轨道状态信息和精确的卫星时钟信息到服务器系统，以及代理机构106，例如国际地球自转服务组织(IERS)或美国国家地理空间情报局(NGA)提供地球定向参数(EOP)到服务器系统。

服务器系统160通过互联网协议(IP)130可以定期从全球导航卫星系统服务网络105获取到精确的卫星轨道状态信息和精确的卫星时钟信息。IP网络是一个系统，从一台主机到另一台主机通过网络(如Internet)发送数据。根据本公开的实施方式，服务器系统160每天可以获取四次精确的卫星轨道状态信息，每天可以获取一次精确的卫星时钟信息。根据这种实施方式，获取精确的卫星轨道状态信息和精确的卫星时钟信息的时间间隔可以分别是每隔6小时和24小时的间隔。在服务器系统160中的存储介质170被配置为定期将获得到的精确的卫星轨道状态信息和精确的卫星时钟信息存储在第一个内存部分171，根据本公开的实施方式，精确的卫星轨道状态信息和精确的卫星时钟信息超过一定量的天(例如，30天)的记录可能会被丢弃。服务器系统160通过IP网络103还可以定期从代理机构106获取地球定向参数值，并定期将获得到的地球定向参数值存储在第二个内存部分172，地球定向参数可以包括X极移、Y极移和日照长度(LOD)。根据本公开的实施方式，地球定向参数值可以每天获得一次(即获取的时间间隔可能是24小时的间隔)，地球定向参数值超过一定量的天(例如，30天)的记录可能会被丢弃。

服务器系统160中的处理器180被配置为，运行存储在存储介质的第三个内存部分173的软件代码，以生成辅助信息。辅助信息由轨道状态信息、时钟信息和地球定向参数信息组成。

根据本公开的实施方式，处理器180从存储介质的第二个内存部分172获取到地球定向参数值，并使用多项式模型生成地球定向参数辅助信息，多项式模型是基于获得到的地球定向参数值的历史时间序列以参数拟合来生成地球定向参数辅助信息。

根据本公开的另一实施方式，处理器180从存储介质的第一个内存部分171获取到精确的卫星轨道状态信息生成轨道状态辅助信息，其中对每个卫星包括：设置初始轨道位置和速度条件；确定初始轨道动态参数；基于地球定向参数辅助信息，对获得到的精确的轨道状态信息从ECEF(地心地固)坐标系转换成ECI(地心惯性)坐标系；使用适当力模型，通过卫星运动方程的数值积分来迭代估计轨道条件和轨道动态参数，直到取得了收敛。数值积分可以是任何标准的数值积分方法，例如龙加-库塔方法或多步式方法。迭代估计可以通过对轨道条件和轨道的动态参数进行最小二乘法拟合。

根据本公开的另一实施方式，处理器180从存储介质的第一个内存部分171获取到准确的卫星时钟信息，并使用二次多项式模型生成时钟辅助信息。二次多项式模型是基于获得到的准确时钟信息的历史时间序列以参数拟合来生成时钟辅助信息。处理器180输出，并将辅助信息存储在存储介质的在第四个内存部分174。

根据本公开的实施方式，通过访问无线通信网络102，服务器系统160可以响应于具有卫星定位功能的移动设备110的请求，向移动设备发110送辅助信息来确定位置、速度和定时服务。在实施方式中，服务器系统160根据网络的通信协议(例如，传输控制协议/因特网互联协议(TCP/IP)、超文本传输协议(HTTP)等)准备消息到移动设备110，消息中携带辅助信息，然后在此基础上，服务器系统160通过电话服务和/或网络(例如Internet)访问，传播对应消息的信号到无线站(例如，蜂窝基站)，无线站通过无线通信网络102将消息转发给移动设备110。

当移动设备110接收到辅助信息后，将辅助信息存储在存储器第二个内存部分132。星历预测模块150被配置为，基于辅助信息，对每个卫星生成预测的卫星星历，预测的星历包括轨道预测信息和时钟预测信息。根据本公开的实施方式，星历预测模块150存储软件代码，并基于软件代码运算生成轨道预测信息和时钟预测信息。

具体地说，星历预测模块150可以计算未来的卫星轨道信息，其中包括：从轨道状态辅助信息开始，通过卫星运动方程的数值积分，然后基于地球定向参数辅助信息，对预测的轨道信息从ECI(地心惯性)坐标系转换成ECEF(地心地固)坐标系。基于预测模型，星历预测模块150使用时钟辅助信息还可以计算未来的卫星时钟信息，时钟信息预测的模型是基于时间的二次多项式。然后使用这些轨道和时钟的预测信息来拟合预测星历表，预测星历表是以广播星历表相同的表示形式。星历预测模块150输出，并将预测星历表存储在存储器的在第三个内存部分133。卫星定位模块120被配置为，使用卫星的预测星历对移动设备110进行定位。

通过以上描述，根据本公开的实施方式的设备可以被概括为一种用于基于卫星来确定通信设备位置的设备，包括：获取装置，用于获取基于卫星的精确轨道状态信息和卫星的精确时钟信息所生成的卫星的定位辅助信息，其中定位辅助信息包括卫星的轨道状态辅助信息、卫星的时钟辅助信息以及地球定向参数辅助信息；预测装置，用于基于卫星的定位辅助信息预测卫星的星历；以及第一确定装置，用于利用预测的卫星的星历来确定通信设备的位置。

可选地，该设备还包括：第二确定装置，用于利用预测的卫星的星历以及通信设备与卫星之间的伪距数据来确定通信设备的位置。

可选地，在该设备中，卫星的轨道状态辅助信息通过以下方式来生成：基于卫星的精确轨道状态信息，确定卫星的初始轨道条件和初始轨道动态参数；以及使用动力学模型，通过卫星运动方程的数值积分来迭代地估计卫星的轨道条件和轨道动态参数作为卫星的轨道状态辅助信息。

可选地，在该设备中，卫星的时钟辅助信息通过以下方式来生成：对卫星的精确时钟信息执行粗差探测、初始化以及按照卫星的精确时钟信息的时间序列进行数据拟合。

可选地，在该设备中，地球定向参数辅助信息通过以下方式来生成：对获取的地球定向参数信息执行初始化以及按照地球定向参数信息的时间序列进行数据拟合。

可选地，该设备还包括：第二预测装置，用于基于卫星的轨道状态辅助信息中的卫星的初始轨道条件以及动力学模型的参数对卫星运动方程进行数值积分来预测卫星的轨道信息。

可选地，该设备还包括：第三预测装置，用于通过单步法数值积分和多步法数值积分来预测卫星的轨道信息，其中通过单步法数值积分推导初始步点，并且通过多步法数值积分执行进一步的高精度推算。

可选地，该设备还包括：转换装置，用于对地球定向参数辅助信息执行数据拟合以获得当前的地球定向参数；以及利用当前的地球定向参数对预测的卫星的轨道信息执行坐标系转换。

可选地，该设备还包括：第三确定装置，用于基于预测的多个时刻的卫星的轨道信息执行数据拟合以获得预测结果，并且基于卫星的时钟辅助信息确定卫星的卫星时钟系数。

可选地，该设备还包括：生成装置，用于按照广播星历的结构，利用预测结果和卫星的卫星时钟系数进行赋值以生成预测的卫星的星历。

图2描绘了示例流程图，该示例流程图概括了根据本公开内容的一个实施方式的轨道状态辅助信息生成的过程。在示例中，过程200由在服务器系统160中的处理器180执行。该过程在S201开始并前进到S210。

在S210，处理器180实时运行从全球导航卫星系统服务网络105获取精确的卫星轨道状态信息，并存储最新30天的卫星轨道状态信息，其中获取到的卫星轨道状态信息的更新时间为6小时。

在S220，处理器180将卫星轨道状态信息中的卫星位置从ECI(地心惯性)坐标系转换成ECEF(地心地固)坐标系，并依据卫星分别存储。

在S230，处理器180对每个卫星初始化卫星状态信息，包括其轨道位置、速度和光压参数。该初始化卫星状态信息为轨道积分提供初始状态信息。

在S240，处理器180基于卫星的初始状态信息，在考虑卫星受力状态下，完成对卫星的轨道积分，其中包括：建立卫星运动方程及变分方程；使用数值积分方法获得到各时刻的参考轨道位置、速度和状态转移矩阵。

在S250，处理器180使用轨道积分获得到的参考轨道和状态转移矩阵与观测量得到对应的误差方程形成法方程。基于法方程，处理器180使用迭代的最小二乘法进行轨道拟合。例如，以24h计算时长为间隔形成法方程，可提供不同拟合时长(例如，1天、7天、14天及28天)下的轨道状态信息。

在S260，处理器180确定对于法方程是否收敛。在示例中，若法方程收敛，则获取参考时刻的卫星状态信息并前进到过程S270。若法方程不收敛，则更新轨道初始状态，采用更新后的轨道初始状态信息并返回到过程S240。

在S270，处理器180存储轨道状态辅助信息并前进到S299终止，轨道状态辅助信息包括不同拟合时长的轨道状态信息、法方程信息及精确的卫星初始状态信息。

图3描绘了示例流程图，该示例流程图概括了根据本公开内容的一个实施方式的时钟辅助信息生成的过程。在示例中，过程300由在服务器系统160中的处理器180执行。该过程在S301开始并前进到S310。

在S310，处理器180实时运行从全球导航卫星系统服务网络获取精确的卫星时钟信息，并存储最新30天的卫星时钟信息，其中获取到的卫星时钟信息的更新时间为1天。

在S320，处理器180从精确的卫星时钟信息中分别获取每个卫星的时钟信息，并分别存储。

在S330，处理器180对选定卫星的精确时钟信息进行粗差探测，若有粗差，则根据剔除粗差后的数据重新初始化时钟辅助信息；若无粗差，则判断时钟辅助信息是否存在，若时钟辅助信息不存在或无效，则重新初始化时钟辅助信息，若此卫星的时钟辅助信息初始化失败，则进入下一个卫星进行数据的处理。

在S340，处理器180基于拟合时段内的无粗差历史时钟信息拟合时钟辅助信息，建立弧段的法方程。

在S350，处理器180确定对于法方程是否进行叠加。在示例中，若不需叠加法方程，则前进到过程S370；否则，该过程前进到S360。

在S360，处理器180进行当前弧段与新弧段的法方程叠加。

在S370，处理器180进行时钟的拟合系数计算。

在S380，处理器180存储时钟辅助信息并前进到S399终止，时钟辅助信息包括不同拟合时长的时钟信息及法方程信息。

图4描绘了示例流程图，该示例流程图概括了根据本公开内容的一个实施方式的地球定向参数辅助信息生成的过程。在示例中，过程400由在服务器系统160中的处理器180执行。该过程在S401开始并前进到S410。

在S410，处理器180实时运行从代理机构，例如国际地球自转服务组织(IERS)获取地球定向参数信息，并存储最新30天的地球定向参数信息，其中获取到的地球定向参数信息的更新时间为1天。

在S420，处理器180从获得到的地球定向参数信息中，分别获取每个卫星的X极移、Y极移、日照长度(LOD)和UT1四种参数的数据，考虑跳秒并改正UT1长期变化项，且将四种参数分别存储。

在S430，处理器180基于存储的每种地球定向参数信息进行初始化。

在S440，处理器180基于当前拟合时段内的历史地球定向参数信息建立法方程。

在S450，处理器180进行地球定向参数的拟合系数计算。

在S460，处理器180存储地球定向参数辅助信息并前进到S499终止，地球定向参数辅助信息包括不同拟合时长的地球定向参数信息。

图5描绘了示例图，该示例图概括了根据本公开内容的一个实施方式的移动设备预测星历的过程。在示例过程500中，星历预测模块150耦合到移动设备110，从存储器130获取辅助信息，运行星历的预测。星历预测模块150包括动力学轨道积分模块510和预测星历拟合模块520。

动力学轨道积分模块510根据获得到的轨道状态辅助信息中的卫星初始位置速度及动力学模型参数对卫星运动方程进行数值积分来预测下一时刻的卫星位置和速度。根据本公开的实施方式，动力学轨道积分模块采用单步法积分(例如，龙加-库塔积分)和多步法积分进行运算，其中单步法用于多步法的起步算法，当采用单步法推出足够的步点后，就可采用高精度的多步法往前推算。

动力学轨道积分模块510根据获得到的地球定向参数辅助信息，通过多项式拟合得到当前时刻的地球定向参数。然后，基于拟合到的地球定向参数，对预测的轨道信息从ECI(地心惯性)坐标系转换成ECEF(地心地固)坐标系。

预测星历拟合模块520根据预测到的多个时刻的卫星位置进行轨道根数拟合以得到一组预测星历作为结果。

预测星历拟合模块520根据获得到的时钟辅助信息，通过多项式拟合得到卫星时钟系数。具体地说，根据本公开的实施方式，若时钟辅助信息结构体对应的参考时间等于当前轨道根数外推时间，则不需要对时钟系数进行拟合；若两个参考时间不相同，则需要对时钟辅助信息拟合系数进行转换得到以轨道根数参考时间为参考时刻的拟合系数。

预测星历拟合模块520将拟合到的轨道根数的结构和拟合到的时钟系数的结构以广播星历结构体进行赋值，生成预测星历表。

通过以上描述，根据本公开的实施方式的方法可以被概括为一种基于卫星来确定通信设备位置的方法，包括：获取基于卫星的精确轨道状态信息和卫星的精确时钟信息所生成的卫星的定位辅助信息，其中定位辅助信息包括卫星的轨道状态辅助信息、卫星的时钟辅助信息以及地球定向参数辅助信息；基于卫星的定位辅助信息，预测卫星的星历；以及利用预测的卫星的星历来确定通信设备的位置。

可选地，在该方法中，利用预测的卫星的星历来确定通信设备的位置包括：利用预测的卫星的星历以及通信设备与卫星之间的伪距数据来确定通信设备的位置。

可选地，在该方法中，卫星的轨道状态辅助信息通过以下方式来生成：基于卫星的精确轨道状态信息，确定卫星的初始轨道条件和初始轨道动态参数；以及使用动力学模型，通过卫星运动方程的数值积分来迭代地估计卫星的轨道条件和轨道动态参数作为卫星的轨道状态辅助信息。

可选地，在该方法中，卫星的时钟辅助信息通过以下方式来生成：对卫星的精确时钟信息执行粗差探测、初始化以及按照卫星的精确时钟信息的时间序列进行数据拟合。

可选地，在该方法中，地球定向参数辅助信息通过以下方式来生成：对获取的地球定向参数信息执行初始化以及按照地球定向参数信息的时间序列进行数据拟合。

可选地，在该方法中，基于卫星的定位辅助信息预测卫星的星历包括：基于卫星的轨道状态辅助信息中的卫星的初始轨道条件以及动力学模型的参数对卫星运动方程进行数值积分来预测卫星的轨道信息。

可选地，在该方法中，基于卫星的定位辅助信息预测卫星的星历还包括：通过单步法数值积分和多步法数值积分来预测卫星的轨道信息，其中通过单步法数值积分推导初始步点，并且通过多步法数值积分执行进一步的高精度推算。

可选地，在该方法中，基于卫星的定位辅助信息预测卫星的星历还包括：对地球定向参数辅助信息执行数据拟合以获得当前的地球定向参数；以及利用当前的地球定向参数对预测的卫星的轨道信息执行坐标系转换。

可选地，在该方法中，基于卫星的定位辅助信息预测卫星的星历还包括：基于预测的多个时刻的卫星的轨道信息执行数据拟合以获得预测结果，并且基于卫星的时钟辅助信息确定卫星的卫星时钟系数。

可选地，基于卫星的定位辅助信息预测卫星的星历还包括：按照广播星历的结构，利用预测结果和卫星的卫星时钟系数进行赋值以生成预测的卫星的星历。

图6描绘了示例图，该示例图概括了根据本公开内容的一个实施方式的首次定位时间(TTFF)的结果。在示例中，移动设备110接收到的信号强度较强，例如，载噪比CN0>30dB-HZ。其中CEP表示定位的精度，具体而言为特定比例(例如，百分之50、68或者95)的定位结果落在以移动设备的实际位置为圆心的圆中的该圆的半径。

图7描绘了示例图，该示例图概括了根据本公开内容的一个实施方式的首次定位时间的结果。在示例中，移动设备110接收到的信号强度较弱，例如，载噪比CN0<30dB-HZ。

如图6和图7所示，在示例性结果中，28天的星历可以在6分钟内被预测，并且借助于预测星历可以在3秒内计算出位置结果。根据示例，对于28天的预测的星历，每个卫星可以有约26千字节的数据量。另外，在热启动中，定位精度95％的首次定位时间在强信号(CN0>30dB-HZ)的情况下可以保持在5秒内，并且在弱信号(CN0<30dB-HZ)的情况下可以保持在9秒内。根据示例结果，本公开的方案可以进行更久时长的星历预测，还减小了定位所需的下载数据量并且缩短了定位时间。

图8描绘了示例图，该示例图概括了根据本公开内容的一个实施方式的移动设备使用预测星历的定位精度。在示例中，移动设备110使用预测时长为1天、7天、14天、28天的预测星历来协助定位。根据示例，对于较长时长的预测(例如14天)，最终定位结果的误差还能够保持在较小的范围内。

图9描绘了示例图，该示例图概括了根据本公开内容的一个实施方式的预测星历的精度。在示例中示出了基于不同时长的预测星历误差，包括最小均方值、径向、切向和沿向误差。根据示例，预测时长较久的星历表也可以具有较好的精度，然而随着预测时长增大，误差逐渐增大，当误差超过可接受的阈值时进行重新预测。

关于星历预测的存储器开销，当在移动设备110上运行预测算法时，开销可以为约3800～4500千字节。如上所述，预测过程可以持续约4～6分钟，并且在完成28天预测时开销可以下降到约2千字节。根据本公开的星历预测的内存消耗优于现有的例如在服务器端实现的星历预测。因此，本公开的星历预测具有较小的数据量和存储器开销，从而更适于在移动设备端上实现。

虽然已经参考若干具体实施方式描述了本公开，但是应该理解，本公开并不限于所公开的具体实施方式。本公开旨在涵盖在所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。所附权利要求的范围符合最宽泛的解释，从而包含所有这样的修改及等同结构和功能。

Claims (21)

1.一种基于卫星来确定通信设备位置的方法，包括：

获取基于卫星的精确轨道状态信息和所述卫星的精确时钟信息所生成的所述卫星的定位辅助信息，其中所述定位辅助信息包括所述卫星的轨道状态辅助信息、所述卫星的时钟辅助信息以及地球定向参数辅助信息；

基于所述卫星的所述定位辅助信息，预测所述卫星的星历；以及

利用预测的所述卫星的所述星历来确定所述通信设备的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中利用预测的所述卫星的所述星历来确定所述通信设备的位置包括：

利用预测的所述卫星的所述星历以及所述通信设备与所述卫星之间的伪距数据来确定所述通信设备的位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述卫星的所述轨道状态辅助信息通过以下方式来生成：

基于所述卫星的精确轨道状态信息，确定所述卫星的初始轨道条件和初始轨道动态参数；以及使用动力学模型，通过卫星运动方程的数值积分来迭代地估计所述卫星的轨道条件和轨道动态参数作为所述卫星的所述轨道状态辅助信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述卫星的时钟辅助信息通过以下方式来生成：

对所述卫星的精确时钟信息执行粗差探测、初始化以及按照所述卫星的所述精确时钟信息的时间序列进行数据拟合。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述地球定向参数辅助信息通过以下方式来生成：

对获取的地球定向参数信息执行初始化以及按照所述地球定向参数信息的时间序列进行数据拟合。

6.根据权利要求3所述的方法，其中基于所述卫星的所述定位辅助信息预测所述卫星的星历包括：

基于所述卫星的所述轨道状态辅助信息中的所述卫星的所述初始轨道条件以及动力学模型的参数对卫星运动方程进行数值积分来预测所述卫星的轨道信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其中基于所述卫星的所述定位辅助信息预测所述卫星的星历还包括：

通过单步法数值积分和多步法数值积分来预测所述卫星的所述轨道信息，其中通过单步法数值积分推导初始步点，并且通过多步法数值积分执行进一步的高精度推算。

8.根据权利要求6所述的方法，其中基于所述卫星的所述定位辅助信息预测所述卫星的星历还包括：

对所述地球定向参数辅助信息执行数据拟合以获得当前的地球定向参数；以及利用所述当前的地球定向参数对预测的所述卫星的所述轨道信息执行坐标系转换。

9.根据权利要求6所述的方法，其中基于所述卫星的所述定位辅助信息预测所述卫星的星历还包括：

基于预测的多个时刻的所述卫星的轨道信息执行数据拟合以获得预测结果，并且基于所述卫星的所述时钟辅助信息确定所述卫星的卫星时钟系数。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

按照广播星历的结构，利用所述预测结果和所述卫星的所述卫星时钟系数进行赋值以生成预测的所述卫星的所述星历。

11.一种用于基于卫星来确定通信设备位置的设备，包括：

获取装置，用于获取基于卫星的精确轨道状态信息和所述卫星的精确时钟信息所生成的所述卫星的定位辅助信息，其中所述定位辅助信息包括所述卫星的轨道状态辅助信息、所述卫星的时钟辅助信息以及地球定向参数辅助信息；

预测装置，用于基于所述卫星的所述定位辅助信息预测所述卫星的星历；以及

第一确定装置，用于利用预测的所述卫星的所述星历来确定所述通信设备的位置。

12.根据权利要求11所述的设备，还包括：

第二确定装置，用于利用预测的所述卫星的所述星历以及所述通信设备与所述卫星之间的伪距数据来确定所述通信设备的位置。

13.根据权利要求11所述的设备，其中所述卫星的所述轨道状态辅助信息通过以下方式来生成：

基于所述卫星的精确轨道状态信息，确定所述卫星的初始轨道条件和初始轨道动态参数；以及使用动力学模型，通过卫星运动方程的数值积分来迭代地估计所述卫星的轨道条件和轨道动态参数作为所述卫星的所述轨道状态辅助信息。

14.根据权利要求11所述的设备，其中所述卫星的时钟辅助信息通过以下方式来生成：

对所述卫星的精确时钟信息执行粗差探测、初始化以及按照所述卫星的所述精确时钟信息的时间序列进行数据拟合。

15.根据权利要求11所述的设备，其中所述地球定向参数辅助信息通过以下方式来生成：

对获取的地球定向参数信息执行初始化以及按照所述地球定向参数信息的时间序列进行数据拟合。

16.根据权利要求13所述的设备，还包括：

第二预测装置，用于基于所述卫星的所述轨道状态辅助信息中的所述卫星的所述初始轨道条件以及动力学模型的参数对卫星运动方程进行数值积分来预测所述卫星的轨道信息。

17.根据权利要求16所述的设备，还包括：

第三预测装置，用于通过单步法数值积分和多步法数值积分来预测所述卫星的所述轨道信息，其中通过单步法数值积分推导初始步点，并且通过多步法数值积分执行进一步的高精度推算。

18.根据权利要求16所述的设备，还包括：

转换装置，用于对所述地球定向参数辅助信息执行数据拟合以获得当前的地球定向参数；以及利用所述当前的地球定向参数对预测的所述卫星的所述轨道信息执行坐标系转换。

19.根据权利要求16所述的设备，还包括：

第三确定装置，用于基于预测的多个时刻的所述卫星的轨道信息执行数据拟合以获得预测结果，并且基于所述卫星的所述时钟辅助信息确定所述卫星的卫星时钟系数。

20.根据权利要求19所述的设备，还包括：

生成装置，用于按照广播星历的结构，利用所述预测结果和所述卫星的所述卫星时钟系数进行赋值以生成预测的所述卫星的所述星历。

21.一种通信设备，包括：

天线；以及

根据权利要求11-20所述的装置，其中所述获取装置通过所述天线获取所述卫星的所述定位辅助信息。