TW201027105A - Using magnetometer with a positioning system - Google Patents

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201027105 六、發明說明： 根捸專利法的優先權請求 本專利申請案請求2008年10月31曰提出申請的美國臨 時申請No. 60/11 0,〇78的權益，該申請藉由援引納入於此。 【發明所屬之技術領域】 本案涉及對定位系統使用磁力計的技術。 ❹ 【先前技術】 用於決定設備的位置的常見手段是使用諸如衆所周知的 全球定位衛星（GPS)系統或全球導航衛星系統（GNSS)等 衛星定位系統（SPS)’這些系統採用處在環繞地球的軌道中 的數顆衛星。使用SPS的位置測量基於對從數顆軌道衛星向 SPS接收機廣播的SPS信號的傳播延遲時間的測量。一旦sps • 接收機已測量到每顆衛星的信號傳播延遲，就能決定至每顆 衛星的距離，並且隨後能使用測得的距離和這些衛星的已知 位置來決定精確導航資訊，包括SPS接收機的三維位置速 度和時辰。 然而’在SPS接收機能接收SPS信號之前，SPS接收機 必須相對於該接收機定位到衛星。通常，在可執行位置鎖定 之前，SPS接收機必須定位到至少四顆軌道衛星。sps系統 内衛星的位置能由數個不同的資訊片來標識。例如，曆書和 星曆提供與「群集」中的所有衛星的位置有關的資訊，其中 201027105 星層資訊比曆書資訊更準確。然而，層書和星層資訊僅在有 限時間量内有效’而星盾資訊有效的時間比層書資訊短得 多。 當SPS接收機已擷取到衛星信號並已決定對該sps接收 機的位置的鎖定時’後繼的位置決定是快速的。然而，當將 SPS接收機開機或使其脫離睡眠模式時，必須執行首次位置 鎖定，這包括定位到衛星。首次鎖定時間（TTFF)是執行此 ®首次位置敎所花費的時間β若干因素影響^位到衛星將花 費多長時間，由此影帛而。冑因素包括自上次位置鎖定 起的時間長度及由此SPS接收機是否具有有效曆書和星曆資 料以及自上次位置鎖定起SPS接收機的位置是否有顯著改 變。SPS接收機通常將具有曆書資訊；然而，在啓動之際星 曆可能已過期。因此，將需要檢測衛星並且解調其信號以獲 得新星曆’以便可執行位置鎖定。通常，sps接收機將使用 上次的在前鎖定作爲搜尋可見衛星的種子位置。在位置改變 ® 很小的場合，使用上次位置鎖定作爲種子位置提供了快速 TTFF〇然而，如果在位置上已有很大改變，例如，繼洲際飛 行之後’則依賴於上次位置鎖定將導致失敗的衛星搜尋。結 果’ SPS接收機在其能鎖定到第一顆衛星上之前可能先進入 恢復模式，這是以顯著增加的TTFF爲代價的。 【發明内容】 一種行動站使用如由該行動站測得的地球磁場的特徵來 201027105 決定近似緯度。地球磁場的特徵可以是例如傾度或垂直强 度’並且可以使用來自三維磁力計和諸如三維加速計等本地 垂線感測n的資料來決定。使用磁力計和加速計決定的磁場 特徵的瞬間值可在時間上被過心減小用戶運動和大金屬 塊艘存在㈣I也可例如基於本地時區與具有已知經度的 參考時區之間的時差或者使用諸如本地國家代碼等外來信 號來決m經度。行動站使用近似緯度和近似經度——若 近似經度得到決定一來辅助決定對該行動站的位置鎖定。 例如行動站可使用近似緯度和近似經度在爲位置鎖定搜尋 和擷取衛星信號期間決定衛星定位系統（SPS)中的可見衛 星列表。行動站還可使用近似緯度和近似經度作爲位置計算 中的種子位置》 【實施方式】 ❿ 圓1圖示了能夠使用地球11〇的磁場112執行概略位置 鎖定的行動站100。行動站100還可使用例如像接收自蜂巢 天線塔104或無線通訊存取點1〇6或其他的當地時間來輔助 執行概略位置鎖定。概略位置鎖定可被用於在爲位置鎖定搜 尋和擷取衛星信號期間辅助搜尋衛星定位系統中對於該行 動站而言可見的衛星102。例如，概略位置可被用於決定上 次位置鎖定是否可用作衛星搜尋的種子位置，且若不可，則 該概略位置可被用作種子位置。使用將地球磁場112隨同層 書資訊使用來決定的概略位置允許行動站以比執行全世界 6 201027105 範圍搜尋顯著更少的時間來檢測衛星。 衛星定位系統（SPS )典型地包括發射機系統，這些發射 機被定位成使得各實艎能夠至少部分地基於從這些發射機 接收到的信號來決定其在地球上或上方的位置。此類發射機 通常發射用有設定數目個碼片的重複僞隨機雜訊（PN)碼標 記的信號，並且可位於基於地面的控制站、用戶裝備及/或空 間飛行器上。在具體示例中，此類發射機可位於環地軌道衛 ❹星飛行器（sv)上。例如’諸如全球定位系統（GPS)、Galileo、

Glonass或Compass等全球衛星導航系統（GNSS)的群集中 的SV可發射用能與由該群集中的其他所發射的pN碼區 分開的PN碼（例如’如在GPS中那樣對每顆衛星使用不同 PN碼或者如在Glonass中那樣在不同頻率上使相同的碼）標 記的信號。 根據某些態樣’本文提供的技術不限於全球SPS系統（例 如，GNSS)»例如’可將本文所提供的這些技術應用於或以 ❿其他方式使其能在各種地區性系統中使用，比方例如日本上 空的準天頂衛星系統（QZSS)、印度上空的印度地區導航衛 星系統（IRNSS )、中國上空的北斗（Beid〇u )等，及/或可 使之與一或多個全球及/或地區性導航衛星系統相關聯或以 其他方式使其能與之聯用的各種擴增系統（例如，基於衛星 的擴增系統（SB AS ))。作爲示例而非限定，SB AS可包括提 供完好性資訊、差分校正等的擴增系統，比方例如廣域擴增 系統（WAAS )、歐洲對地靜止導航覆蓋服務（egn〇S )、多 功能衛星擴增系統（MS AS)、GPS輔助Geo (對地靜止）擴 7 201027105 增導航、或GPS和Geo擴增導航系統（GAGAN)及/或其他。 因此，如本文所使用的，SPS可包括一或多個全球及/或地區 性導航衛星系統及/或擴增系統的任何組合，且SPS信號可包 括SPS、類SPS信號及/或其他與此類一或多個SPS相關聯的 信號。 然而，行動站100不限定於與SPS聯用，而本文中所描 述的位置決定技術可聯合包括蜂巢天線塔104和無線通訊存 φ 取點106的各種無線通訊網路來實現，諸如無線廣域網路 (WWAN )、無線區域網路（WLAN )、無線個人區域網路 (WPAN )等。術語「網路」和「系統」常被可互換地使用。 WWAN可以是分碼多工存取（CDMA )網路、分時多工存取 (TDMA )網路、分頻多工存取（FDMA )網路、正交分頻多 工存取（OFDMA )網路、單載波分頻多工存取（SC-FDMA ) 網路、長期進化（LTE )等等。CDMA網路可實現諸如 cdma2000、寬頻CDMA ( W-CDMA)等一種或更多種無線電 ® 存取技術（RAT)。Cdma2000 包括 IS-95、IS-2000 和 IS-85 6 標準。TDMA網路可實現行動通訊全球系統（GSM )、數位 高級行動電話系統（D-AMPS )、或其他某種RAT。GSM和 W-CDMA在來自名爲「第三代夥伴專案」（3GPP)的聯盟的 文件中描述。Cdma2000在來自名爲「第三代夥伴專案2」 (3GPP2)的聯盟的文件中描述。3GPP和3GPP2文件是公 衆可獲取的。WLAN可以是IEEE 802.1 lx網路，並且WPAN 可以是藍牙網路、IEEE 802.1 5x、或其他某種類型的網路。 這些技術也可聯合WWAN、WLAN及/或WPAN的任何組合 201027105 來實現。 如本文中所使用的，行動站指的是能夠決定位置定位的 設備，並且可以是例如專用SPS接收機，包括掌上型或車載 系統，或者是蜂巢或其他無線通訊設備、個人通訊系統（pcs) 設備、個人導航設備、個人資訊管理器（PIM)、個人數位助 理（PDA)、膝上型設傷或其他能夠接收無線導航信號的合適 行動設備。術語「行動站」還旨在包括諸如藉由短程無線、 φ紅外、有線連接、或其他連接與個人導航設備（PND)通訊 的設備——不管衛星信號接收、辅助資料接收、及/或定位相 關處理是發生在該設備上還是在pND上。另外，「行動站」 旨在包括能夠諸如經由網際網路、Wi_Fi、或其他網路與伺服 器通訊的所有設備，包括無線通訊設備、電腦、膝上型設備 等，而不管衛星信號接收、辅助資料接收、及/或定位相關處 理是發生在該設備上、伺服器上、還是與網路相關聯的另一 個設備上。以上的任何可操作組合也被認爲是「行動站」。 行動站100包括諸如二維磁力計等磁場感測器，用以檢 測地球磁場112的一或多個特徵。相對於地球上的位置之磁 場特徵的值是已知的，並且可被包括在儲存於行動站1〇〇中 的表襄。可將如由行動站100測得的磁場特徵的值比對該表 乂決疋該行動站100的概略位置。例如，磁場的傾角及/或垂 直分量可被用於提供行動站100的粗緯度位置。此外，當地 時間了被用於決定概略經度位置，由此建立搜尋窗的邊界或 用於位置演算的種子位置。 圓2圖示了相對於地球座標系統--例如北/南；東/西； 201027105 和上/下—之地球磁場的各種特徵《如可見的，總磁場是處 在北/南；東/西；和上/下空間中的向量β水平分量是總磁場 投影到由北/南和東/西座標定義的水平面上的值，而磁偏是 水平分量與真北相差的角度《傾度是總磁場與水平面相差的 角度，而垂直分量是總磁場投影到垂直（上/下）轴上的值。 圖3、4、5、ό和7分別圖示了 2000年地球磁場的傾度、 垂直强度、磁偏、水平强度和總强度的國際參考地磁場地 φ 圖。如圖3中可見的，等傾度線大致與緯度平行地延伸，因 此能從傾度資訊（即，磁場定向角對本地地平線）獲得近似 緯度。圖4圖示等垂直强度線也大致與緯度平行地延伸由 此可被用於提供近似緯度》作爲可達成的準確度的示例，請 看圖3中的傾度圖，在128W子午線（大致洛杉磯的經度）

緯度的決定的準確性提供關於衛星可見性或作Gps位置演 算種子的近似緯度是勝任的。 如圖3、4、5、6和7中可見的， ’僅圏4中所示的垂直强

201027105 地區疋無人烟區，辱且彳艮可能不成問題。 此外’隨時間推移’例如，從約185〇年至199〇年，傾 度和垂直强度兩者一直以來是穩定的，且垂直强度最穩定。 因而，傾角和垂直强度兩者都適合用於推導近似位置。然 而如果有需要，則磁場的其他特徵--例如圖7中所示的 强度 或這些特徵的組合也可被用於推導行動站1〇〇的 近似位置。 # 圖8是能夠使用地球的磁場來決定概略位置鎖定的行動 站100的方塊圖。爲了測量地球磁場的特徵，行動站1〇〇包 括二維磁力計120。另外，爲了決定磁場的傾度或垂直分量 的强度，行動站100包括垂線感測器，即，能決定本地垂線 的感測器。在一個實施例中，垂線感測器是三維加速計13〇， 其可被用作用於決定本地垂線的傾斜儀。磁力計12〇和加速 計130兩者的三根靈敏轴（標示爲χ分量、γ分量和z分量） 相互對準’或者至少具有相對於彼此的已知定向，例如，對 ® 定向的知曉程度可達細於度（。）的準確程度。 行動站100包括接收機140,該接收機包括具有經由天線 144接收來自SPS衛星102(圖1)的信號的SPS接收機142 和SPS時鐘146的衛星定位系統（SPS>如參照圓i所討論 的’接收機140無需被限定於SPS，而是還可接收來自諸如 蜂巢天線塔104等地面源以及來自無線通訊存取點的信 號。行動站100還可包括經由天線145發送和接收信號的收 發機143’其可擔當例如蜂巢數據機或能夠分別向/從蜂巢天 線塔或無線存取點發射和接收通訊的無線網路無線電接收 201027105 機/發射機。若有需要，可組合接收機140和收發機143 »行 動站100也可包括附加設備，諸如高度計丨47。 磁力計120、加速計130、接收機140、收發機143、和 高度計147被連接至行動站控制150並與之通訊。行動站控 制150接受並處理來自該行動站中的各種設備__諸如磁力 sf 120、加速計130和接收機14 0--的資料，並控制設備的 操作。行動站控制150可由處理器152及相關聯的記憶體 Φ 154、時鐘153、硬體156、軟體和韌體157來提供。將 可理解，如本文中所使用的，處理器152能夠但不一定需要 包括一或多個微處理器、嵌入式處理器、控制器、專用積體 電路（ASIC)、數位信號處理器（Dsp)及其他。術語處理器 意在描述由系統而非專用硬艘實現的功能。此外’如本文所 使用的，術浯「圮憶體」是指任何類型的電腦儲存媒體，包 括與行動站相關聯的長期、短期、或其他記憶體，而並不被 限定於任何特定類型的記憶體或特定數目的記憶體、或其上 警儲存記憶的媒體的類型。 行動站100還包括與行動站控制15〇通訊的用戶介面 160例如，行動站控制15〇接受資料並控制用戶介面。 用戶介面160包括顯不位置資訊以及控制功能表的顯示器 :2以及鍵區164或者用戶能藉由其向行動站1〇〇中輸入資 訊的其他輪入設備。在一個實施例中，鍵區164可被整合到 顯丁器162中，諸如觸控螢幕顯示器。用戶介面16〇還可包 括例如話筒和揚聲器’例如當行動站】⑼是蜂巢式電話時。 本文中所描述的方法體系$決於應用彳藉由各種手段來 12 201027105 實現例如，這些方法體系可在硬體156、韌體157、軟體 158或其任何組合中實現。對於硬體實現，這些處理單元 可以在一或多個專用積體電路（ASIC )、數位信號處理器 (DSP)、數位信號處理裝£ (DSpD)、可程式邏輯裝置 (PLD)、現場可程式閘陣列（FpGA)、處理器、控制器微 控制器、微處理器、電子裝置、設計成執行本文中所描述功 能的其他電子單元、或其組合内實現。 φ 對於韌體及’或軟體實現，這些方法體系可用執行本文中 描述的功能的模組（例如，規程、函數等等）來實現。任何 有形地實施指令的機器可讀取媒體可被用來實現本文所述 的方法體系》例如，軟體代碼可被儲存在記憶體154中並由 處理器152執行。記憶體可以實現在處理單元内部或處理單 元外部。如本文所使用的，術語「記憶鱧」是指任何類型的 長期、短期、揮發性、非揮發性、或其他記憶體，而並不被 限定於任何特定類型的記憶艎或特定數目的記憶體、或其上 ® 儲存記憶的媒體的類型。 如果在韌體及/或軟體中實現，則各功能可作爲一條或更 多數指7或代碼儲存在電腦可讀取媒艘上。示例包括編碼有 資料結構的電腦可讀取媒體和編碼有電腦程式的電腦可讀 取媒體。電腦可讀取媒體包括實體電腦儲存媒體。儲存媒體 可以是能被電腦存取的任何可用媒體。作爲示例而非限定， 這類電腦可讀取媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM 或其他光碟儲存、磁片儲存或其他磁碟儲存裝置、或能被用 來儲存指令或資料結構形式的合需程式碼且能被電腦存取 13 201027105 的任何其他媒體；如本文所用的磁碟和光碟包括壓縮光碟 (CD)、雷射光碟、光碟、數位多功能光碟（)、軟碟和 藍光光碟，其中磁碟常常磁學地再現資料，而光碟用鐳射光 學地再現資料。上述的組合也應被包括在電腦可讀取媒體的 範圍内。 圖9疋示出使用地球磁場決定概略位置鎖定以及使用該 概略位置鎖定來輔助搜尋衛星的方法的流程圖，其中使用概 φ 略位置鎖疋來辅助搜尋衛星例如是藉由決定當前種子位置 是否仍有用/一致，且若不是，則使用概略位置作爲種子位置 並且基於該概略仅置的不定性擴大搜尋窗來進行的。如圖9 中所圖示的’行動站100使用磁力計資料，來決定地球磁場 的至少一個特徵的值（ 202)並使用該分量的值，來決定該 行動站的近似緯度（204 )。作爲示例，可使用磁場的傾角或 垂直强度。 可使用行動站100的磁力計120參考本地垂線方向來決 參 定地球磁場的傾角或垂直强度。可使用諸如圖8中圖示的作 爲傾斜儀工作的加速計130等的垂線感測器來決定本地垂線 方向，圖10圖示了定位成相對於標示爲「重力」的本地垂 線處在任意性向下位置的磁力計120和加速計130的共同參 考系統300。如圖1〇中圖示的，磁力計12〇和加速計130的 三個靈敏轴彼此對準。然而，應當理解，磁力計120和加速 計的轴不一定需要對準，但是對這些轴相對於彼此的定向的 知曉程度應達細於度（°)的準確程度。 圖11是圖示使用磁力計120和加速計130來決定地球磁 201027105 場的至少一個特徵的值（圖9的方塊202)以及使用此特徵 的值’來決定行動站的近似緯度（圖9的方塊204)的方塊 圓400。如以上所討論的，應當理解，方塊圊400中所描述 的特徵可在硬體、韌體或軟體或其某種組合中實現。如圓11 中所示的’磁力計120和加速計13〇各自提供標示爲X分量、 Y分量和Z分量的三個分量的測量。來自磁力計120和加速 計130的測量可以用例如1〇與2〇Hz之間的速率作出。若有 Ο需要，則能對所有測量應用0.2秒量級上的短積分，以濾除 一些測量雜訊，如積分元件4〇2所圖示的。積分元件4〇2産 生來自磁力„十12〇的二個磁場資料值（bx、By和；Bz )以及 來自加速計130的三個加速資料值（（5χ、Gy和Gz)<>可使用 例如以下點積公式來從這六個測得資料值提取傾度！的瞬間 值。 sin f = cos % -广一 GxBx + GyBy + GzBz ^Gx2 + Gy2 + Gz2 --^Bx2 + By2 + Bz2 式 因而，如圖11中所圖示的，這 Gx、Gy和Gz)可被提供給點積 六個資料值（Bx、By、Bz、 邏輯404，後者產生信號 如以上所討論的，若右靈I _ 右有蓠要則可使用磁場的附加特徵 或不同特徵。例如，可伟用磁摄沾各士 』便用磁％的垂直强度作爲傾度的替代 或補充* °可使用點積邏輯404益vb ft m , 邈輯υ4籍由應用例如以下點積公式來 從這六個測得資料值番吉 α只竹值提取垂直强度w的瞬間值。 15 201027105

Gx · Bx + Gy · By + Gz · Bz ^Gx2 +Gy2 +G7 0 式 2 如果要使用磁場的總强度來例如作爲傾度和垂直强度中# 一者或其兩者的替代或補充，則可由邏輯404使用例如下式 來從來自磁力計的這三個資料值提取總强度的瞬間值Η。 ti= yjBx~+ By^ + Bz1 式 3 如圖11中所圖示的，保持元件406可被用於接收由點積 邏輯404産生的暫態傾度57« ί值。保持元件406還接收來自 加速度擾動檢測器408和磁擾動檢測器410的輸入信號。磁 擾動檢測器410接收來自磁力計12〇的三個資料值（Bx、By 和Bz)並檢測磁場中的擾動。例如，磁擾動檢測器41〇可檢 φ 測總强度值是否落在30到60微特斯拉的期望範圍内《落在 此範圍外的測得值指示存在將産生對傾度的不準確估計的 誤差源’諸如大金屬塊體或非地面磁場。磁擾動檢測器41〇 向保持元件406提供指示磁場中存在擾動的信號，並且作爲 回應’保持元件406阻止對應的且受擾動的暫態傾度&·„ ζ· 值在積分元件414中被積分。 類似地’加速度擾動檢測器408接收來自加速計130的 一個資料值（Gx、Gy和Gz)並分析該資料以決定加速計130 上的動態性質上是否存在擾動。例如，加速度擾動檢測器4〇8 16 201027105 可檢測總加速度是否洛在約1G--例如1.0G ±0 25G__的 期望範圍内》可使用不同的期望範圍，但是該範圍應當大至 足以容適重力加速度上的地理性變化，重力加速度從極點至 赤道可能有大致0.5%的變化。落在期望範圍外的測得值指示 存在將産生對傾度的不準確估計的誤差源，諸如大量的用戶 運動。相應地’加速度擾動檢測器408向保持元件406提供 指示動態性質上存在擾動的信號，並且作爲回應，保持元件 φ 406阻止對應的暫態傾度幻《 ί值在積分元件414中被積分。 如果不存在擾動，則保持元件406提供要比對反正弦表 412的暫態傾度ί值’由此產生暫態傾度〖·值。應當理解， 保持元件406若使用的話可視需要被設於反正弦表412之 後。點積邏輯406、保持元件406和反正弦表412可以用每 0.2秒1個採樣的速率被更新，正如由加速度擾動檢測器々os 和磁擾動檢測器410檢測到般。 如圖11中圖示的，暫態傾度值被提供給積分元件414, ® 後者例如在10秒到2分鐘或以上的時段上執行長期積分， 以便濾除金屬塊體對磁力計120以及例如行動站1〇〇的運動 等動態性質對加速計13〇的影響，由此改善傾度估計的準確 性。如以上所討論的，磁力計120對本地金屬塊體敏感，而 加速計130對用戶運動敏感。相應地，當有本地金屬塊體在 近旁或當用戶處在運動中時，磁力計120和加速計130可能 提供錯誤的暫態磁場和本地垂線資訊，即使在測得值落在磁 擾動檢測器410和加速度擾動檢測器408的可接受範圍内的 情況下亦是如此。因而，例如，用戶運動可能産生暫態加速 17 201027105 度，其將導致不正確的暫態本地垂線。然而，隨著時間推移， 平均加速度爲零，即便在有用戶運動時亦是如此。重力和磁 場的個趙測量是高頻率的，而傾度值ζ·是準常數。因此能 在長時段上過濾傾度值卜以減小或消除金屬塊體或用戶運 動的臨時存在造成的影響。對暫態傾度Ζ.值的過濾可以低速 率在後臺執行，以使得解在需要時是就緒的。作爲示例，積 分元件414可每10秒産生暫態傾度,·值。 G 積分元件414産生平均傾度/值，其隨後被比對磁傾地球 模型416該模型可以是相對於緯度之傾度值的表——以 將傾度/值轉換成行動站的近似緯度，該近似維度被儲存在 記憶體154 +。模型416之後的最終測量可每1〇秒産生一 次。近似緯度可在隨後被用於決定衛星可見性列表，並由此 減少自主模式中GPS或GNSS衛星搜尋時間和複雜度。其還 可用於作位置計算演算法的種子以更快地收斂至真實位 置。 ί 如以上所时論的，可補充地或替代地使用地球磁場的其 他特徵。例如，垂直强度或總强度可被用於以同以上及在圖 U中描述的相類似的方式來決定緯度，其區別僅在於將不需 要反正弦表412並且將使用合適的磁場地球模型416。 可藉由決定合適經度來進一步縮限行動站的位置。一般 而言，不存在等位元線以北-南方式整齊地沿子午線對準的磁 場特徵。圖5中所示的磁偏具有—些垂直等位線，但是磁偏 需要知曉真北，其是無論磁力計120還是加速計13〇都不能 提供的/總强度也具有一些垂直等位線，然而，總强度包括 18 201027105 顯著多義性以及在時間上报大的可變性。不過，組合諸如傾 度和總强度之類的兩個或更多個磁場特徵測量來推導近似 經度是可能的。因此，藉由使用磁力計120和加速計13〇, 就可推導出近似緯度和經度。然而，經度的解可能不是唯一 性的，即，一個以上的經度對於測得磁場特徵而言將具有相 同的值組合。附加地理或環境資訊可被行動站1〇〇接收並聯 合磁場特徵測量使用來進一步精煉近似經度。例如，諸如區 φ域代碼或國家代碼等常用於電話系統中的地理區域指示符 可由收發機143從本地蜂巢天線塔1〇4接收到，並連同磁場 特徵測量一起用於精煉近似經度。諸如由高度計147決定的 行動站100的海拔等其他環境資訊、可見基地台、或如接收 機140或收發機143接收到的可見無線電信號可被用於輔助 決定經度。不過，結合或沒有結合諸如區域代碼、國家代碼 或海拔等附加資訊從磁場特徵推導出的近似經度即使不是 唯一性的也可被用來進一步縮限衛星可見性列表❶此外，在 P —些實施例中，近似經度和近似緯度可具有足夠的解析度， 使得其可被用來代替衛星定位系統。 參看圖9’可使用本地時區與參考時區之間的時差來決定 行動站的近似經度（206)。圖12是圖示基於當地時間與參 考時間之間的時差來決定經度的方塊圓5〇〇。參考時間是具 有已知位置的地點處的時間，該地點例如是上次良好鎖定的 位置、諸如歸屬位置等永久性位置或例如格林威治等其他已 知位置，並且可包括時區的時間，其中時區的位置爲經度範 圍。如所圖示的，爲了産生時差，將參考時間5〇2比對當地 19 201027105 時間504，該當地時間可以從由行動站1〇〇接收自本地蜂巢 天線塔104或無線存取點1〇6 (在圓【中示出）的時間信號 獲得的’或者是藉由用戶經由鍵區164輸入而獲得的。在一 個實施例中，時差被演算爲是本地時區處的時間與參考時區 處的時間之差。參考時區處的時間可例如由時鐘153來維 護。在另一實施例中，藉由對本地時區與參考時區之間的時 區數目進行計數來決定時差。例如，取決於行進的方向，行 _ 動站1〇0可對本地時區與參考時區之間的每個時區遞増或遞 減計數。計數可被儲存在例如記憶體154中，並且可在每當 行動站100更新了當地時間時視需要被更新。 參考時間502與當地時間504之間的時差被轉換爲經度 差（ 506)。除一些特定位置（例如，時區按半小時遞増的場 合）之外，時區相差整數個小時，其中一小時等效於15。的 經度，因此在赤道處不定性爲±7 5。或即土8〇〇〇km。 另外’參考時區508被轉換成經度510,後者可被儲存在 ® 例如記憶體154中。將經度差506與參考經度5 1〇相組合以 決定行動站100的近似經度，該近似經度被儲存在記憶體ι54 中。 有了使用地球的磁場的特徵決定的近似緯度、以及藉由 比較當地時間與歸屬位置處的時間而決定的近似經度，行動 站100的近似位置是大致方形單元，其在赤道處具有緯度上 1100km X經度上1600km的總尺度。 參看圖9,可在隨後使用近似緯度和近似經度來輔助搜尋 衛星（208)。行動站1〇〇可將近似緯度和近似經度與上次位 20 201027105 置鎖定作比較以決定該上次位置鎖定是否可用作種子位 置。如果行動站尚未顯著移動，例如，上次位置鎖定與近似 緯度和近似經度相一致，則行動站i〇〇可使用上次位置鎖定 作爲搜尋的種子位置，並且基於此種子位置使用大小適度的 初始搜尋窗，例如在數英里或數十英里的量級上。然而，如 果上次位置鎖定與近似緯度和近似經度不一致，則近似緯度 和近似經度可被用作種子位置，並且基於近似緯度和近似經 〇度上的不定性擴大搜尋窗。因而，不是執行緩慢的全世界範 圍搜尋，而是可將近似緯度和近似經度連同曆書資訊使用來 產生精簡的可見衛星列表’並由此減少自主模式中Gpjg或 GNSS衛星搜尋時間和複雜度。可見衛星列表可被儲存在例 如記憶體154中，並且由行動站1〇〇回應於此列表進行搜尋。 儘管出於指導目的結合具體實施例囷示了本發明，但是 本發明並不被限定於此。可作出各種適應性改編和改動而不 會脫離本發明的範圍。因此，所附請求項的精神和範圍不應 ® 當被限定於前面的描述。 【圖式簡單說明】 圖1圖示了接收來自SPS衛星的信號並且能夠使用地球 的磁場來決定概略位置鎖定的行動站。 圖2圖示了相對於地球座標系統之地球磁場的特徵。 圖3圖示了地球磁場的傾角。 圖4圖示了地球磁場的垂直分量。 21 201027105 圖5圖示了地球磁場的磁偏角。 圖6圖示了地球磁場的水平分量。 圖7圖示了地球磁場的總强度分量。 圖8圖示了能夠使用地球的磁場來決定概略位置的行動 站的方塊圓。 圖9圖示了使用地球的磁場來決定概略位置鎖定的方法 的流程圖。 φ 圖10圖示了相對於加速計的三維座標系統的磁力計的三 維座標系統。 圖11圖示圖示使用磁力計和加速計來決定地球磁場的特 徵的值以及使用該值，來決定行動站的近似緯度的方塊圖。 圖12圖示圖示使用當地時間和具有已知位置的地點處的 時間來決定經度的方塊圖。 【主要元件符號說明】 100 行動站 102 衛星 104 蜂巢天線塔 106 無線通訊存取點 110 地球 112 磁場 120 磁力計 130 加速計 22 201027105

140 接收機 142 SPS接收機 143 收發機 146 SPS時鐘 147 尚度計 150 行動站控制 152 處理器 153 時鐘 154 記憶體 156 硬體 157 韌體 158 軟體 160 用戶介面 162 顯示器 164 鍵區 202〜208 流程步驟 400 方塊圖 404 點積 408 加速度擾動檢測器 410 磁擾動檢測器 412 反正弦表 414 積分元件 416 磁傾地球模型 500 方塊圖 23 201027105 502 參考時間 504 當地時間 506 時差至經度差 5 08 參考時區 510 時區至經度

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Claims (1)

1. 201027105 七、申請專利範圍： 1. 一種方法，包括以下步驟： 使用一行動站處理器基於由一行動站測量的地球磁場的 至少一個特徵來決定該行動站的一近似緯度，· 使用該行動站處理器來決定該行動站的一近似經度；以 及 儲存該近似緯度和該近似經度並且使用該近似緯度和該 ❹近似經度在爲-位置鎖定搜尋和擷取衛星信號期間，搜尋一 衛星疋位系統（SPS )中該行動站可見的衛星。 2. 如請求項1之方法，其巾制該近似緯度和該近似經 度在爲一位置鎖定搜尋和擷取衛星信號期間搜尋一衛星定 位系統（SPS)中該行動站可見的衛星之步驟包括以下步驟： 藉由將該近似緯度和該近似經度比對該行動站的一上次位 置鎖定’來決定是否要使用該上次位置鎖定作爲用於搜尋衛 w星的一種子位置》 3. 如請求項！之方法，其巾使㈣近似緯度和該近似經 度在爲一位置鎖定搜尋和擷取衛星信號期間，搜尋一衛星定 位系統（SPS) _該行動站可見的衛星之步驟包括以下步稀·· 使用該近似緯度和該近似經度作爲用於搜尋衛星的一種子 位置。 25 201027105 4·如請求項1之方法，其中地球磁場的該至少一個特徵 是從傾角和垂直强度中選擇的。 5.如請求項丄之方法，其中使用一行動站處理器基於由 -行動站測量的地球磁場的至少—個特徵來決定該行動站 的一近似緯度之步驟包括以下步驟： 從該行動站内的一三維磁力計採集資料； Φ 使用該行動站處理器基於從該三維磁力計採集的資料， 來決定地球磁場的該至少一個特徵的一值；以及 將該至少一個特徵的該值轉換成一近似緯度。 6·如請求項5之方法，其中使用由一行動站測量的地球 磁場的至夕一個特徵來決定該行動站的一近似緯度之步驟 還包括以下步驟： 採集本地垂線資料；以及 •將該本地垂線資料連同從該三維磁力計採集的資料使用 來決定地球磁場的該至少一個特徵的該值。 7.如請求項5之方法’其中使用由__行動站測量的地球 磁場的至）一個特徵來決定該行動站的一近似緯度之步驟 包括以下步驟： 從該行動站内的-三維加速計採集㈣，該2維加速計 具有相對於該三維磁力計的一已知定向；以及 將從該一維加速计採集的資料連同從該三維磁力計採集 26 201027105 個特徵的該值 的資料使用來決定地球磁場的該至少一 8·如請求項7之方法，還包括以下步驟：過遽從該三維 加速計採集的資料以及過濾該從該三維磁力計採集的資 料’並且使用經過據的從該三維加速計採集的資料和經過遽 的從該三維磁力計採集的資料，來決定地球磁場的該至少-個特徵的該值》

   如：月求項7之方法，其中將從該三維加速計採集的資 料連同從該三維磁力計採集的資料使用來決定地球磁場的 該至少一個特徵的該值之步驟包括以下步驟： 使用該行動站處理器基於從該三維磁力計採集的資料連 同從該三維加速計採集的資料，來產生地球磁場的該至少一 個特徵的一瞬間值；以及 對該瞬間值;ft平均以產生地球磁場的該至少一個特徵的 該值。 1〇.如清求項7之方法’還包括以下步驟： 檢測從該三維加速計採集的資料中的加速度擾動； 檢測從該三維磁力計採集的資料中的磁擾動；以及 當所檢測出的加速度擾動和所檢測出的磁擾動中的至少 者在一範圍之外時，阻止從該三維加速計採集的資料和從 該二維磁力計採集的資料被用於決定地球磁場的該至少一 個特徵的該值。 27 201027105 如請求項1之方法’其中使用該行動站處理器來決定 該行動站的一近似經度是基於一本地時區與一參考時區之 間的時差，並且包括以下步驟： 儲存來自該參考時區的一經度； 決疋該本地時區與該參考時區之間的該時差； 將該時差轉換成一經度差；以及 Φ 使用該經度差和來自該參考時區的該經度來決定該行動 站的該近似經度。 ^2.如凊求項Π之方法，其中決定該本地時區與該參考 時區之間的該時差之步驟包括以下步驟：決^：該本地時區與 該參考時區之間的時區數。 ^如請求項11之方法，其中決定該本地時區與該參考 時區之間的該時差之步驟包括以下步驟：演算該本地時區處 的時間與該參考時區處的時間之差。 —=如請求項1之方法，其中使用該行動站處理器來決 疋該行動站的-近似經度是基於接收到的區域代碼或國家 代碼信號。 15· 一種行動站，包括： 二維磁力計； 28 201027105 一三維加速計； 收來自該衛星定位系統接收機 資料和來自該三維加速計的資 一衛星定位系統接收機； 一處理器，其被連接成接 的資料、來自該三維磁力計的 料； 連接至該處理器的記憶體；以及 保持在該記憶體中並在該處 φ 該來自三維磁力計的資料和該來 定地球磁場的至少一個特徵的一 理器中運行的軟體，其使用 自三維加速計的資料，來決 值，並使用地球磁場的該至 少-個特徵的該值來決定一近似緯度，以及使用該近似緯度 在爲-位置鎖定搜尋和掏取衛星信號期間，搜尋—衛星定位 系統⑽）中對該衛星定位系統接收機可見的衛星。 16.如請求項15之行動站，還包括接收一外來當地時間 信號的-接收機，其中保持在該記憶鱧中並在該處理器中運 ❿行的軟體使該處理器··決定從該外來當地時間信號獲得的一 本地時區與一參考時區之間的時差’使用該時差來決定一近 似經度，以及使用該近似經度來決定該行動站的一位置鎖 定0 17.如請求項16之行動站，其中來自該參考時區的一經 度被儲存在該記憶體中’該保持在記憶體中並在該處理器中 運行的軟體使該處理器：將該時差轉換成一經度差，以及將 該經度差與該所儲存的經度相組合以決定該近似經度。 29 201027105 18.力明求項16之行動站其中該保持在記憶體令並在 該處理器中運行的軟體使 ^ ^ 及處理器·藉由決定該本地時區與 該參考時區之間的時區數和 、异該本地時區處的時間與該 參考時區處的時間之差這者 者中的至^一者，來決定從該外 來當地時間信號傅得的# 士 lL + 說獲仔的該本地時區與該參考時區之間的該 時間差。

   19.如請求項15之行動站 或國家代碼信號的一接收機， 處理器中運行的軟體使該處理 碼信號來決定近似經度。 ，還包括接收一外來區域代碼 其中該保持在記憶體中並在該 器：基於該區域代碼或國家代 地球磁場的該至少一個 20.如請求項15之行動站，其中 特徵是從傾角和垂直强度中選擇的。 21.如請求項15之行動站 球磁場的該至少一個特徵的一 計的資料的一第一筛檢程式， 資料的一第二篩檢程式。 ’還包括：在該處理器決定地 值之前，過濾該來自三維加速 和過濾該來自該三維磁力計的 22·如明求項21之行動站’其中該保持在記憶體中並在 該處理器中運仃的軟體使該處理器：成爲該第一篩檢程式和 該第二篩檢程式。 201027105 23. 如請求項15之行動站，其中該處理器藉由產生地球 磁場的該1少—個特徵的一瞬間值並過渡該瞬間值以產生 地农磁場的該至少一個特徵的該值，來決定地球磁場的該至 少一個特徵的該值。 24. 如請求項15之行動站，其中保持在該記憶體中並在 ❹該處理器中運行的軟體使該處理器：檢測該來自三維加速計 的資料中的加速度擾動，以及檢測該來自三維磁力計的資料 中的磁擾動，以及當所檢測出的加速度擾動和所檢測出的磁 擾動中的至少—者在一範圍之外時阻止該來自三維加速計 的資料和該來自三維磁力計的資料被用於決定地球磁場的 該至少一個特徵的一值。 φ 25.如請求項15之行動站，其中保持在該記憶體中並在 該處理器中運行的軟體使該處理器：使用該近似緯度在爲一 位置鎖定搜尋和擷取衛星信號期間，搜尋一衛星定位系統 (SPS)令對該衛星定位系統接收機可見的衛星包括·在該 處理器中運行的軟體使該處理器藉由將該近似緯度比對該 行動站的一上次位置鎖定，來決定是否使用該上次位置鎖定 作爲用於搜尋衛星的一種子位置。 26.如請求項15之行動站，其中保持在該記憶體中並在 該處理器中運行的軟體使該處理器：使用該近似緯度在爲一 31 201027105 位置鎖定搜尋和擷取衛星信號期間，搜尋一衛星定位系統 (SPS)中對該衛星定位系統接收機可見的衛星包括：在該 處理器中運行的軟趙使該處理器使用該近似緯度作爲用於 搜尋衛星的一種子位置。 27. —種行動站，包括： 用於測量地球磁場的至少一個特徵的構件； ❹ 用於使用所測得的地球磁場的至少-個特徵來決定該行 動站的一近似緯度的構件； 用於決定該行動站的一近似經度的構件；以及 用於使用該近似緯度和該近似經度在爲一位置鎖定搜尋 和祿取衛星信號期間’搜尋—衛星m统（sps)中該行 動站可見的衛星的構件。 28.如請求項27之行動站，其中該用於測量地球磁場的 •至少-個特徵的構件包括一三維磁力計，及具有相對於該三 維磁力計的一已知定向的一三維加速計，以及接收來自該三 維磁力計和該三維加速計的資料並演算地球磁場的該至少 一個特徵的一值的一處理器。 29.如請求項28之行動站，還包括：用於濾除金屬塊體 對該三維磁力計的擾動影響以及運動對該三維加速計的擾 動影響的構件。 32 201027105 3〇.如請求項28之行動站，還包括：用於檢測加速度擾 動的構件；用於檢測磁擾動的裝置；以及㈣在所檢測出的 加速度擾動和所檢測出的磁擾動中的至少一者在一範圍之 外時’阻止該來自三維加速計的資料和該來自三維磁力計的 資料被用於演算地球磁場的該至少一個特徵的一值的構件。 31. 如睛求項27之行動站，其中該用於使用所測得的地 ❹球磁場的至少-個特徵來決定該行動站的一近似緯度的構 件包括·將所測得的地球磁場的至少—個特徵轉換成近似緯 度的一處理器。 32. 如請求項27之行動站，其中該用於決定行動站的一 近似經度的構件包括··接收當地時間信號的一時鐘接收機； 儲存來自參考時區的一經度的記憶體；和耦合至該記憶體和 該時鐘接收機的—處理器’該處理器決定從由該時鐘接收機 ❹接收的肖#地時間4言號決定的本地時區與該參考時區之間 的一時差’該處理器將該時差轉換成一經度差；以及將該經 度差與來自該參考時區的該經度相組合以決定該近似經度。 33. 如請求項27之行動站，其令該用於決定行動站的一 近似、經度的構件包括：用於接收一區域代碼或國家代碼信號 的一接收機和耦合至該接收機的一處理器，該處理器基於該 接收機接收到的該區域代碼或國家代碼信號來決定該近似 經度。 33 201027105 34.如凊求項27之行動站，其中地球磁場的該至少一個 特徵是從傾角和垂直强度中選擇的。 5.如明求項27之行動站，其中該用於使用近似緯度和 近似絰度在爲—位置鎖定搜尋和擷取衛星信號期間，搜尋一 衛星定位系統（sps)中該行動站可見的衛星的構件，藉由 _將該近似緯度和該近似經度比對該行動站的-上次位置鎖 定’來決定是R㈣上次位置鎖定作爲㈣搜尋衛星的一 種子位置。 36.如請求項27之行動站’其中該用於使用近似緯度和 近似經度在爲-位置鎖定搜尋和操取衛星信號期間，搜尋一 衛星疋位系統（SPS)中該行動站可見的衛星的構件，使用 該近似緯度和該近似經度作爲用於搜尋衛星的―種子位置。 種包括儲存在其上的程式碼的電腦可讀取媒體 包括： 用於使用以-本地垂線方向爲參照的磁力計資料，來決 定地球磁場的至少一個特徵的一值的程式碼； 用於使用地球磁場的該至少—個特徵的該值，來決定行 動站的一近似緯度的程式碼；以及 用於使用該近似緯唐太致 在爲一位置鎖定搜尋和擷取衛星信 號期間，搜尋一 ^ a «Φ- ^ 位系統（SPS )中該行動站可見的衛 34 201027105 星的程式碼。 38.如請求項37之電腦可讀取媒體’還包括用於使用一 本地時區與一參考時區之間的一時差來決定一近似經度的 程式碼》 39. 如請求項37之電腦可讀取媒體’還包括用於使用一 φ 本地區域代碼或國家代碼來決定一近似經度的程式碼》 40. 如請求項37之電腦可讀取媒體，其特徵在於：該用 於使用以一本地垂線方向爲參照的磁力計資料，來決定地球 磁場的至少一個特徵的一值的程式碼包括：用於使用磁力計 資料和加速計資料，來演算傾角和垂直强度中的至少一者的 程式碼。

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