CN1829923A - 用于更新未在浏览中的卫星gps星历数据的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于更新全球定位系统星历数据的方法，包括以下步骤：在与无线设备(102)相关联的通信基础结构中的服务器处获得用于卫星星系的当前卫星星历，在服务器中创建当前卫星星历的子集，该子集仅仅包括用于比在当前卫星星历(104)中列出的所有卫星更少的卫星的卫星星历数据，并且将该当前卫星星历的子集从服务器传输到无线设备(106)。

Description

用于更新未在浏览中的卫星GPS星历数据的方法

技术领域

本发明面向诸如全球定位卫星(GPS)系统之类的卫星导航系统。更具体地说，但并不是对其进行限制，本发明面向一种从基站向远程GPS接收机传输卫星定位数据的方法。

背景技术

全球定位系统(GPS)接收机通常在非易失性存储器中为GPS星系中的每一卫星存储卫星星历数据。卫星星历数据包括用于星系中的每一GPS卫星的低精确度轨道参数，用于确定哪一卫星正被GPS接收机观看，并且当在可得到天文历信息之前，试图自主地锁定(即，独立位置计算)或者辅助地锁定的时候，为所观看的卫星计算近似的多普勒数据。天文历数据包括高精确度的轨道参数，通常只用于星系中的正被观看的GPS卫星。天文历数据过期得非常快。随着时间的慢慢过去，卫星星历数据变得陈旧，并需要更新后的信息。同时，随着新的卫星被送入航线而旧的卫星被停止使用，GPS星系可能随之改变。

附图说明

本发明是在附图中以范例的方式而非限制的方式来说明的，其中在附图中的多个视图中，类似的参考标记始终指示类似的要素，并且其中：

图1图示出根据本发明的实施例的用于更新无线设备中的卫星星历数据的方法的流程图；

图2图示出根据本发明的实施例的用于为未被观看的卫星更新无线设备中的卫星星历数据的方法的流程图；

图3图示出适用于实现图1和2中所示方法的通信基础架构的方框图。

图中的要素是为简单和清晰起见而举例说明的，并不一定是按比例描绘的。例如，可能为了帮助更好地理解以下对于举例说明的实施例的描述，相对于其他元素放大了图中的一些元素的维度。

具体实施方式

全球定位系统(GPS)卫星和GPS接收机构成了卫星导航系统。术语“全球定位系统”和它的缩写“GPS”意图是包括在本发明的以下描述中的所有卫星导航系统。每一卫星传输扩展频谱信号，所述扩展频谱信号具有1023位长的唯一的伪随机码，并按照由机载10.23兆赫原子频率标准确定的1.023兆位/秒来发送。每一个伪随机代码位表示大约每一微秒的时间标记，该时间标记与大约300米的距离相对应。整个伪随机代码序列每一毫秒重复一次，与300千米的距离相对应，并被称作C/A(粗捕获)码。每隔20个周期，或者是每隔五十分之一秒，C/A码可以改变相位，并被用于以50位/秒来编码数据消息，产生6000千米的距离标记。50位/秒数据被用于对1500位长消息进行编码，所述长消息包括：当前GPS日期/时间和GPS-UTC校正、用于定位卫星的高精度天文历信息、与原子钟的当前偏移量和速率误差有关的信息、所有其他GPS卫星的低精确度卫星星历、电离层时延校正的基于日辐射通量的粗估计。

由每一卫星广播用于整个全球定位系统星系的完整卫星星历，然而直接从卫星那里更新卫星星历要求GPS接收机应当清楚观看到至少一个卫星。此外，GPS接收机必须被加电至少12.5分钟，来下载用于整个GPS星系的当前卫星星历数据。

GPS卫星星历数据通常包括GPS星系中的所有卫星的近似位置对比时间的描述。GPS卫星星历数据中通常包括的一些参数是：星历的基准星期、偏心率、倾角校正值、基准时间时的平近点角、近地点俯角、升交点赤经速率、基准时间时的升交点赤经、半长轴平方根、时钟修正项1、时钟修正项2、基准时间星历、半长轴、修正后的平均运动、磁倾角。

卫星星历数据可被用于导出所观看卫星的近似多普勒信息。估计多普勒信息减少了多普勒搜索时间，从而显著地减少了总处理时间。

美国GPS星系目前由28颗卫星构成，而完整的星系仅仅需要24颗卫星。在某一时刻，在地球上的某一点可以观看到四颗至十二颗卫星之间，同时在某一时刻从地球上的某一点观看不到GPS星系中的其余卫星。因为每一卫星的卫星星历与其余的卫星星历数据无关，因此可以在更新周期期间下载用于未被观看的一个或多个卫星的卫星星历数据的子集。可以逐段地构造更新的卫星星历，即并不需要在单个卫星星历更新周期内下载所有的卫星星历数据。例如，在提供定位增强业务的无线网络(如iDEN(集成数字增强网络))中，可以从移动定位中心向与个人用户相关联的无线设备传输卫星星历更新。iDEN基础架构在小型数字手机中组合了双向数字无线电、数字无线电话、字母数字消息、数据/传真能力和支持因特网访问技术的其他无线业务。

例如，在2000年5月16日公布的授予Krasner的美国专利6,064,336(“GPS RECEIVER UTILIZING A COMMUNICATIONLINK”)中描述了一种包括用于下载卫星星历的通信链路的GPS接收机，其可被用于与本发明的方法的实施例相结合，该专利在此处被引入以供参考。

在本发明的一个特征中，一种用于更新全球定位系统星历数据的方法包括以下步骤：在与无线设备相关联的通信基础架构中的服务器处获得用于卫星星座的当前卫星星历，在服务器中创建当前卫星星历的子集，该子集仅仅包括用于比在当前卫星星历中列出的所有卫星更少的卫星的卫星星历数据，并且将该当前卫星星历的子集从服务器传输到无线设备。

图1图示出根据本发明的实施例的用于更新无线设备中的卫星星历数据的方法的流程图100。

步骤102是流程图100的入口点。

在步骤104中，例如从与无线设备相关联的通信基础架构中的服务器处获得用于卫星星座的当前卫星星历。例如，在iDEN基础架构中，服务器可以是移动定位中心，而无线设备可以是小型数字iDEN手机，该手机用于执行经由所述移动定位中心协调的各种功能，并包括GPS接收机。所述移动定位中心例如能够直接地从GPS接收机、或者从连接到因特网的GPS接收机、或者从因特网资源(例如，网址http：//www.navcen.uscg.gov/ftp/gps/almanacs)获得当前卫星星历。

在步骤106中，由服务器建立当前卫星星历的子集，该子集包括用于比在当前卫星星历中列出的所有卫星更少的卫星的数据。例如，当前卫星星历的子集可以包括仅仅用于未被无线设备观看的卫星的星历数据。

在步骤108中，经由通信信道，将当前卫星星历的子集从服务器传输到无线设备。

步骤110是流程图100的出口点。

无线设备经由通信信道从服务器接收当前卫星星历的子集，并且更新无线设备中存储的当前卫星星历。因为当前卫星星历的子集包含比整个当前卫星星历更少的数据，所以有益地减少了更新无线设备中的当前卫星星历所需的峰值消息通信量。此外，通过按子集来存储卫星星历，同样减少了通信基础架构所需要的峰值消息通信量容量。

图2图示出根据本发明的实施例的用于为未被观看的卫星更新无线设备中的卫星星历数据的方法的流程图200。

步骤202是流程图200的入口点。

在步骤204中，确定无线设备的近似位置。例如，蜂窝用户可以根据先前的GPS锁定来传输无线设备的近似位置，或者根据由小区站点广播的小区纬度/经度来传输无线设备的近似位置。替代地，服务器可以确定通信基础架构中的位置，即小区、定位区域或者座标网格区域，根据该位置来作出与无线设备的连接。然后将该位置的经纬度与蜂窝用户的经纬度关联起来。

在步骤206中，由与无线设备相关联的通信基础架构中的服务器来获得当前卫星星历。例如，在iDEN基础架构中，可以由移动定位中心获得当前卫星星历。然而，可以使用其他服务器及其他通信基础架构，在属于所附权利要求书范围的各种实施例中实际应用本发明。例如，所述移动定位中心能够直接地从GPS接收机、或者从基于万维网的资源(例如，网址http：//www.navcen.uscg.gov/ftp/gps/almanacs)获得当前卫星星历。

在步骤208中，移动定位中心根据公知技术，通过使用当前卫星星历，根据无线设备的近似位置来确定GPS星系中的哪一卫星位于地平线的上方。位于地平线上方的卫星被定义为未被观看，而没有位于地平线上方的卫星被定义为正被观看。然而，也可以由地貌或者建筑来对从被观看的卫星到无线设备的传输进行分区。

在步骤210中，移动定位中心创建GPS卫星星历的子集。GPS卫星星历的子集包括仅仅用于比在当前卫星星历中列出的所有卫星更少的数据。例如，GPS卫星星历数据的子集可以由用于未被无线设备观看的一个或多个卫星的星历数据构成。在本发明的某些实施例中，可以与用于正被观看的一个或多个卫星的天文历数据一起下载用于未被无线设备观看的一个或多个卫星的卫星星历数据。

在步骤212中，经由通信信道(例如，蜂窝电话通信信道)，移动定位中心将卫星星历数据的子集传输到无线设备。因为仅仅随着每次更新而传输星历数据的一个子集，所以可在比更新整个当前卫星星历所需时间更短的时间内更新无线设备中存储的当前卫星星历，这有益地节省了通信带宽。

在步骤214中，无线设备从移动定位中心接收卫星星历数据的子集，并且更新无线设备中存储的当前卫星星历。替代地，也可以对无线设备中的当前卫星星历的独立副本执行更新。所述副本可以被跳变或者切换，以便在已经完成了一个或多个更新之后替换无线设备中的当前卫星星历。

步骤216是流程图200的出口点。

无线设备可以在便利的时间，根据无线设备中存储的更新后的当前卫星星历来计算多普勒数据，以便根据公知技术执行导航锁定。

尽管参考以具体次序执行的具体步骤描述并示出了由上述流程图图示出的本发明的方法，但可以在不脱离权利要求书的范围的情况下组合、细分或者重新排列这些步骤。除非在此处特别指出，否则步骤的次序和分组并不是对于本发明的限制。

如果期望的话，可以添加功能来从卫星星历中删除从未使用的卫星。例如，移动定位中心可以向无线设备传输不再使用的卫星列表。此外，如果更新包括无线设备未观看的所有卫星的卫星星历数据以及正被观看的所有卫星的天文历数据，则可以将无线设备中存储的当前卫星星历中列出的卫星与更新信息中包括的卫星相比较。如果星系中的每一卫星的信息都被包括在或者星历数据(用于未被观看的卫星)或者天文历数据(用于正被观看的卫星)中，则可以假定已经从星系中除去了任何其他的在无线设备中存储的卫星星历中存在其信息的卫星。因为已经从星系中除去了该卫星，则可以从无线设备中存储的卫星星历中删除对应的卫星信息。

图3图示出适用于实现图1和2中所示方法的通信基础架构300的方框图。图3中示出移动定位中心302、无线设备304、卫星306、通信网络308和全球定位系统接收机310。例如，可以通过用于无线通信的服务器来实现移动定位中心302。术语“服务器”旨在包括通信基础架构300内部的适用于执行移动定位中心302的功能的任何设备。无线设备304例如可以是用于执行一个或多个功能的iDEN数字手机，所述功能包括但不限于：双向无线电、数字无线电话、字母数字消息、数据/传真、电话号簿、语音邮件、电子邮件、无线调制解调器和话音录制。无线设备304还包括用于确定无线设备304的位置的GPS接收机。

例如，通信网络308可以是因特网。然而，可以依据公知技术，使用其他类型的通信网络来实际应用本发明的各种实施例。GPS接收机310从全球定位系统卫星306接收卫星星历数据，并且将卫星星历数据(例如从GPS网址)传输到移动定位中心302。

全球定位系统卫星具有大约11小时58分钟的轨道周期。每一全球定位系统卫星均位于六个轨道面中的一个轨道面上，并相对于地球以大约每日一度的速率向西方移动。此外，地球每24小时绕其轴旋转一次。

当全球定位系统卫星进入视界内的时候，它可能仅仅在短时期内保持被看到，或者它可能在超过六小时的时期内为可见的。理想的是有总的规则对用于未被观看的卫星的更新传输进行调度，以确保按照保持所需精确度的需要，对正在使用中的所有卫星的星历数据进行更新。在一个实施例中，可以为每一用户在服务器中存储需要为其更新星历数据的卫星的列表，其中包括用户的近似位置信息。根据列表中存储的信息，服务器能够计算需要为其更新星历数据的卫星何时未被观看的时间。然后，可以汇集该当前卫星星历的更新后的子集，并对其进行调度，以便在当前卫星星历的子集中包括的卫星未被观看的时候，将其传输到无线设备。

替代地，也可以使用探试规则。例如，在传输了当前卫星星历的第一子集之后，7至12小时后传输的当前卫星星历的第二子集可能包括未包括在所述第一子集内的所有正在使用中的卫星。也就是说，在传输第一子集时正被观看的所有卫星在传输第二子集的时候可能变为未被观看。

用户可以在其确定无线设备中存储的当前卫星星历过期的时候请求当前卫星星历的子集或者更新，或者用户可以周期性地请求更新。更新无线设备中存储的当前卫星星历的这种模式被称为“下拉(pull)”。

服务器还可能基于定期的调度、更新历史和由服务器确定的蜂窝事件触发器将更新“上推(push)”到与特定用户相关联的无线设备。定期调度可以通过以下参数来确定：(a)时间帧，当前卫星星历在该时间帧后被认为是过期的，(b)时间帧，正被观看的卫星在该时间帧后可能变为未被观看，即，大约七个小时；以及(c)计算的时间帧，正被观看卫星在该计算的时间帧后将变为未被观看。更新历史可以与保留给特定用户更新的卫星列表结合使用。

蜂窝事件触发器例如可以包括无线电链路控制规程，比如位置更新、切换、重新连接、重新选择或者在移动单元从小区移动到小区时所发生的其他操作。小区可以在地理上集合成定位区域。通信基础架构通常仅仅跟踪移动单元的位置到特定定位区域。当移动单元进入新的小区的时候，通信基础架构察看所进入的小区的定位区域与所退出的小区的定位区域是否相同。如果定位区域没有改变，则不需要任何动作。如果定位区域已经改变，则移动单元发起定位更新过程，以便向通信基础架构告知当前定位区域。切换是一种用于当移动单元正进行通话的时候改变小区的过程。重新连接是一种用于当移动单元在分发呼叫(dispatch call)或者分组数据会话期间处于活动中的时候改变小区的过程。重新选择是一种用于当移动单元空闲的时候改变小区的过程。

尽管上述的本发明的方法涉及GPS卫星，但该教导还适用于使用伪卫星或者卫星与伪卫星的组合的定位系统。伪卫星是假的卫星，通常是以基于地面的发射机的形式来实现，所述发射机广播类似于GPS信号的伪随机码。该伪随机码调制通常与GPS时间同步的L波段载波信号。可以为每一个发射机分配一个唯一的伪随机码，以便能够由远程接收机来识别。伪卫星在无法从轨道卫星获得GPS信号的情况中是有用的，比如在隧道、矿井、建筑或者其他封闭区域中。此处使用的术语“卫星”旨在包括伪卫星与它们的等效物。此外，可以使用其他卫星定位系统，在属于所附权利要求书范围内实际应用本发明，包括Glonass系统(全球导航卫星系统)。Glonass系统与GPS系统的主要区别在于通过使用用于每一卫星的稍有不同的载波频率、而不是使用不同的伪随机码，来将来自不同卫星的发射彼此区分开来。

尽管已经借助于具体实施例及其应用描述了此处公开的本发明，但本领域中的技术人员可在不脱离在所附权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下，对齐作出大量改进和变动。

Claims (10)

1.一种用于更新全球定位系统星历数据的方法，包括以下步骤：

在与无线设备相关联的通信基础架构中的服务器处获得用于卫星星系的当前卫星星历；

在服务器中创建当前卫星星历的子集，该子集包括仅用于比在当前卫星星历中列出的所有卫星更少的卫星的卫星星历数据；以及

将该当前卫星星历的子集从服务器传输到无线设备。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：从服务器接收当前卫星星历的子集，并且利用该当前卫星星历的子集更新无线设备中存储的卫星星历。

3.根据权利要求2所述的方法，其中更新无线设备中存储的卫星星历的步骤包括：

作出无线设备中的当前卫星星历的副本；

利用当前卫星星历的子集更新该副本；以及

用该副本替换无线设备中存储的当前卫星星历。

4.根据权利要求1所述的方法，其中获得当前卫星星历的步骤包括将当前卫星星历从因特网下载到服务器。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在服务器中创建当前卫星星历的子集的步骤包括纳入用于未被无线设备观看的至少一个卫星的卫星星历数据。

6.根据权利要求1所述的方法，其中在服务器中创建当前卫星星历的子集的步骤包括纳入用于未被无线设备观看的至少一个卫星的天文历数据。

7.一种用于更新全球定位系统星历数据的方法，包括以下步骤：

确定无线设备的近似位置；

在与无线设备相关联的通信基础架构中的服务器处获得用于卫星星系的当前卫星星历；

确定哪些卫星未被无线设备观看；

在服务器中创建当前卫星星历的子集，所述子集包括仅用于未被无线设备观看的一个或多个卫星的数据；

将该当前卫星星历的子集从服务器传输到无线设备。

在无线设备处接收来自服务器的当前卫星星历的子集；以及

利用该当前卫星星历的子集更新无线设备中存储的卫星星历。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括在无线设备中计算多普勒数据的步骤。

9.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：对于不再使用的卫星，从无线设备中存储的卫星星历中删除卫星。

10.根据权利要求7所述的方法，还包括将不再使用的卫星的列表从服务器传输到无线设备的步骤。

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