专利名称：：用于加速首次定位时间的方法及相关装置的制作方法
技术领域：
：本发明有关于全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)的轨道预测(trajectoryprediction)。
背景技术：
：欲准确地利用卫星定位技术计算出远程接收器的位置，需要精确得知全球导航卫星系统的3个或4个卫星的星钟(clock)及轨道信息，而远程接收器一般可由每一卫星每30秒重复广播的星历信息(ephemerisinformation)来取得所需的信息内容。然而，由于会有许多因素影响着卫星轨道(orbit)，全球导航卫星系统广播的星历信息的有效期通常仅在接下来的2至4小时中维持有效。因此，若远程接收器已持续一段时间无法接收更新的星历信息(可能是因为被关闭(turnedoff)或是停用(disabled)),当远程接收器重新启动(reactivate)时，任何之前已存储的星历信息将会失效(invalid)，以及在远程接收器能够开始计算其目前位置(currentposition)之前，需要先从卫星取得更新的信息。启动远程接收器到计算出目前位置之间的延迟(delay)称为首次定位时间(TimeToFirstFix,TTFF)。由于任何的延迟都会影响使用者的使用，全球导航卫星系统(例如，全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS))最重要的任务之一即是针对远程接收器来延长或预测轨道的星历以加速首次定位时间。解决上述问题的一种一般性方法为采用服务器(server)持续收集过去许多天的星历信息并计算延长的(extended)卫星轨道及星钟信息。由于计算轨道具相当的复杂度且需要有一定的精确度(往往会应用扰动(perturbed)力学模型(force-model)来处理所接收的星历信息)，所以需要在具有强大运算能力的中央服务器(centralserver)中使用特殊软件，以持续估测接下来许多天的延长的轨道(extendedtrajectory),并能保持估测结果在可接受的误差范围(acceptableerrorlimit)内。每当远程接收器重新启动时,远程接收器可通过互联网(Internet)或无线通信系统(wirelesscommunicationsystem)来从中央服务器接收延长的轨道信息，取代广播的卫星信息(而不是等待卫星的重复广播)，而大幅地缩短首次定位时间。解决上述问题的另一种一般性方法为采用服务器连续地(continuously)收集并提供目前正在使用中的全球导航卫星系统的轨道数据(其在接下来的一段延长时间中会是有效的)，并将其提供给移动接收器(mobilereceiver)，然而，此解决方法需要远程接收器与服务器有连续的或至少经常性(frequent)的连接，并且远程接收器需要具有足够的数据存储容量。
发明内容本发明揭露一种用于全球导航卫星系统的定位方法。将卫星的轨道和.或星钟数据的模型存储至移动装置中，所产生的所述模型包括可变或可更新的多个轨道参数。为取得首次定位时间，所述移动装置从所存储的所述多个轨道参数中提取出卫星轨道信息以及基于所提取的所述卫星轨道信息来决定所述卫星的位置。一旦取得卫星位置，则可决定所述移动装置的位置。本发明另揭露一种用于全球导航卫星系统的定位方法。所述定位方法包括下载星历数据的至少一子帧(Subframe)，其包括特定卫星的轨道数据，基于所提取的所述卫星轨道信息及所下载的所述特定卫星的轨道数据来决定所述卫星的位置。本发明还揭露一种用于全球导航卫星系统的移动装置。所述移动装置包括全球导航卫星系统�？椋靡愿菟鋈虻己轿佬窍低忱淳龆ㄋ鲆贫爸玫奈恢茫灰约爸醒氪淼ピ罱佑谒鋈虻己轿佬窍低衬？橐约按娲⒌ピＫ龃娲⒌ピㄎ佬堑墓斓篮�/或星钟数据的模型以及计算机代码。卫星的轨道和/或星钟数据的模型包括多个轨道参数，其中所述多个轨道参数是可变或可更新的。当所述计算机代码被所述中央处理单元所执行时，所述计算机代码用以从所述存储单元所存储的所述多个轨道参数中提取出卫星轨道信息、基于所提取的所述卫星轨道信息来决定出所述卫星的位置，以及根据所决定出的所述卫星的位置及星钟数据来决定所述移动装置的首次定位。对于已经阅读后续由各附图及内容所显示的较佳实施方式的本领域的技术人员来说，本发明的各目的是明显的。图I为根据本发明一实施方式，预测轨道数据及使用自我延长轨道数据以获得卫星信号的总流程图。图2为根据本发明一实施方式，预测轨道数据的流程图。图3为根据本发明定位方法的实施方式的补偿估测的误差的曲线示意图。图4为根据本发明一实施方式，预测轨道数据的流程图。图5为根据本发明一实施方式，预测轨道数据的流程图。图6为适用于本发明实施方式的全球导航卫星系统的移动装置的示意图。具体实施例方式如图I所示，图I为根据本发明一实施方式，预测轨道数据及使用自我延长(self-extended)轨道数据以获得卫星信号的总流程图10。如图I所示，在虚线20内的多个步骤(具体地说，即是步骤22、步骤24、步骤26及步骤28)说明了一种用以加速首次定位时间的延长轨道数据的方法。如步骤60所示，星历数据可汇入(import)至系统并于步骤55中检查(check)其有效性(validity)。若星历数据是有效的，则流程会跳至步骤60，若星历数据已不再是有效的，流程则会跳至步骤22。在步骤22至步骤26中，从卫星信号所接收的星历数据可被短暂地延长一段时间并存储于存储单元中。在步骤28中，上述所存储的数据会被提取(extract)，并于步骤30中进行检查，以根据可接受的容差(errortolerance)来确保所有的星历数据均为可用(available)且有效的。如果上述所提取的数据并未非是完整且有效的，则在步骤40中可设置旗标(flag)以标示出卫星轨道为不可用的(unavailable)。如果上述所提取的数据为完整且有效的，则流程会跳至步骤60、步骤65、步骤70、步骤75、步骤80及步骤85，最后便可将移动装置的位置定位出来。如图2所示，图2为根据本发明一实施方式，预测轨道数据的流程图200。在本实施方式中，存储轨道和/或星钟模型(storageorbit/clockmodel)预先存储于全球导航卫星系统接收器中，其中所述模型包括用以计算/预测轨道数据的多个系数。此外，所述模型可为时间的函数。当需要定位时，相对应的时间信息会被代入至所述模型中，接着会产生估测的卫星轨道数据。因此，星历对于定位来说已不再是必要的初始条件(initialcondition)。所述全球导航卫星系统接收器可使用所述存储轨道和/或星钟模型来预测未来的轨道数据，而无需从卫星或外部(external)服务器接收星历。举例来说，可通过对一个或多个全球导航卫星系统卫星来分析一段预定(predetermined)时间(甚至是好几个月)的星历数据，在全球导航卫星系统接收器之外建构出所述存储轨道和/或星钟模型。接着，将能够描述卫星轨道的动向(trend)的多个参数(parameter)加载(install)至全球导航卫星系统接收器以作为存储轨道和/或星钟模型。步骤215中的计算模型可为任何型式(例如力学模式或数值模型(numericalmodel)等)，必要时可用来取得于未来某一时间点的轨道和/或星钟数据。上述数据模型可通过使用强大的服务器与复杂的软件并参照很大的数据量来建构，因此在接下来的几个星期、几个月，甚至是接下来更长的时间之中，上述数据模型在可接受的容差中仍会是可以使用的。对于上述数据模型的一种实施方式来说(但本发明并不局限于此)，卫星的轨道和/或星钟数据可简化成具有可变阶数(varyingorder)的多项式(polynomial),而其中每一阶都有系数。在实际应用中，可用一个和/或多个多项式(或其它数据模型)来将完整的卫星轨道和/或星钟数据的每一部份模型化(例如，可运用开卜勒(Keplerian)参数，或X、Y及Z参数等两者中的任一种来进行模型化，但本发明并不局限于此)。大部份的系数会被暂时固定(虽然在一些实施方式中是可变的)以针对卫星来提供准确的轨道及星钟数据。一旦产生可接受的数据模型，如步骤220所示，多个轨道参数便可直接由数据模型来计算。而所述多个轨道参数形成包括多个适当系数的多项式(或是其它应用的计算方法)数据模型的基础(basis)。在本实施方式中，取代或改变多项式的一个或多个预定阶数的多个系数(当被解出时)，会产生针对当时相对应的被取代或被修改系数所代表的卫星来说相当准确的轨道和/或星钟数据。一旦具有全球导航卫星系统能力的移动装置(且移动装置中存储有多个轨道参数)需要首次定位时，多个适当的系数(比方说，可能是当前时间)会被应用至多个轨道参数，如步骤228所示。而这些适当系数的应用使得由所述多个轨道参数所预测的卫星轨道数据可被提取出，而不需要连接主机系统或卫星信号来取得卫星轨道数据。在步骤230中，所提取的卫星轨道数据接着会被检查以确保其形成所有星历数据的等效数据以及所提取的数据仍然是有效的。另外，数据的有效性由可接受的容差、步骤215所使用的数据模型的型式，以及其它设计考虑而定。如果所提取的数据被视为完整且有效的，则在步骤260中，卫星的位置与速度便可使用所提取的数据来决定，而无需等待从主机系统或卫星信号接收星历数据，因而大幅改善首次定位时间。此外，因为所述多个轨道参数可在较少运算时间限制下使用大量的既有数据与运算能力更加优异的软件来计算，所以相较于传统方法，由所存储的所述多个轨道参数中所提取出的卫星轨道数据的精确度与有效性便可大为提升。图3说明了所提取的卫星轨道数据的简单实施方式。在图3中，使用了用于6阶多项式的多个轨道参数。如图3所示，即便在本实施方式中从所述多个轨道参数所提取的数据确实产生100公尺等级的误差，不过此等级的误差仍在可接受的容差内。通过对星历数据以及较高阶的多个轨道参数进行较长时间的收集(当进行步骤215时是很容易达到的)，所提取的数据的精确度及有效性的持续时间可更进一步地提升。请注意，所述轨道和/或星钟模型可包括参考星历或卫星星历(almanac)，以及用来描述有关于特定参考星历或卫星星历的误差修正项(errorcorrectionterm)的多个系数，换言之，卫星的参考星历及误差模型可预先存储至移动装置。当需要定位时，相对应的时间信息会被代入至误差模型以计算估测误差(estimatederror)，接着，估测卫星轨道数据会通过结合估测误差与参考星历或卫星星历来产生。因此，星历对于定位来说，不再是必要的初始条件，此外，全球导航卫星系统接收器可利用所存储的模型即可预测未来的轨道数据，而无需从卫星或外部服务器接收星历。在减少误差与增加延长性(extendibility)的前提下，以下多个实施方式中的每一实施方式具有可修改存储于移动装置中的轨道参数的能力，进而对误差进行补偿。因为轨道和星钟会被有关当局(authority)、轨道的季节性变动、以及其它许多因素所改变，即使是最佳轨道参数，有时候可能也需要调整，因此，下列多个实施方式中的每一实施方式具有修改所存储的轨道参数的能力(较佳地为通过系数更新来修改)。这些更新的系数可通过连接到适当的服务器来取得，或者移动装置本身具有更新系数的能力。而系数的自我更新(selfupdating)可通过计算刚下载(newlydownloaded)的星历与从所存储的多个轨道参数中所提取的数据之间的差值来达到。因此，同样存储于移动装置的程序代码(programcode)和/或计算规则(calculationrule)可被用来周期性地(periodically)更新系数，而不必重新处理如图2所示的步骤215中的完整的数据模型。另外，多个系数中也有可能仅有一个或一些是刚更新的情形。举例来说，假设使用XYZ参数，而经过一段时间之后，发现X参数及Y参数仍然在容差之内，但Z参数已于可接受的容差之外，在此情形下，所存储的轨道参数可通过取代(replacement)或修改(modification)的方式将所提取的Z参数还原到可接受的误差范围内而对其进行修正。虽然轨道参数的修正可使用许多方式来达成，但可能仅需要改变影响Z参数的适当的系数即可。若选择使用上述修正动作，则新的系数可通过互联网或无线连结(wirelessconnection)(特别是当某一既定卫星所用的轨道已发生改变时)来取得；或者移动装置能够追踪(track)所产生的误差，且根据预定的规则或运算方式来修改轨道参数以自行进行修正动作。由于本领域的技术人员可轻易地了解上述卡式坐标系(Cartesiancoordinatesystem)中的XYZ参数可被延伸至天体坐标系(Celestialcoordinatesystem)中的开卜勒(Keplerian)参数或其它坐标系中的参数,故在此便不再赘述。如图4所示，第4图为本发明可调整所存储的轨道参数的一实施方式的流程图400。虽然从一个或多个轨道参数所提取出来的数据大部份都是有效的，但仍有可能会有一个或多个所提取的数据会落在所限定的容差之外。举例来说，假设既定卫星的星钟已被有关当局改变，所提取的数据则会与已改变的星钟不匹配，以及准确的位置信息已不可得。在此实施方式中，在步骤430中，从卫星信号来下载目前的星历数据，以取得对应于所述卫星的正确星钟。在另一实施方式中，有可能星钟是已知的，但其中一个坐标已不再是有效的，故所下载的星历数据也可提供所要的坐标。在上述多个实施方式中，接着在步骤440中，从所下载的星历数据取得所需的信息；在步骤415中，从所述多个轨道参数中提取有效的数据；在步骤420中，合并步骤440中和步骤415中所得到的数据，并根据此合并的数据来计算出所述移动装置的位置信息。对于利用一部份星历数据来补充所存储的所述多个轨道参数的实施方式来说，其优点在于，在大部份的情形下，所述移动装置不需接收完整的广播星历就可以进行首次定位。众所皆知，完整的广播星历由一连串独立的帧(frame)所组成，每一帧包括特定信息，并需要约6秒的时间来接收。因此，接收完整的星历一般会造成首次定位的时间被延迟约30秒或更久。然而，由于在此实施方式中仅需要特定片段的信息，所以一旦接收到包括所述特定片段的信息的帧，所述移动装置可立即转而进行首次定位而无需等待接收广播星历的剩余信息，因而对于首次定位时间来说，平均可节省15秒，甚至可到25秒，故从使用者的观点来看,此为极大幅度的改善。图5说明了用广播星历数据中的部份子巾贞(partialsubframe)来补充从所存储的多个轨道参数(步骤515)中提取出来的数据(虚线510)的流程图500。如图5所示，在步骤532中，从卫星下载目前的星历数据。接着在步骤535中，所述移动装置会检查已接收的所述部份子帧是否包括所需的特定数据。若是，则在步骤520中会根据所述部份子帧中的特定数据及所存储的所述多个轨道参数来计算轨道数据。接着检查所计算出的轨道数据的完整性及有效性。如果所计算出的轨道数据并非完整且有效的，则步骤550会回到步骤532(在此步骤中，接收星历数据的下一个部份子帧)。如果所计算出的数据为完整且有效的，接着进行步骤528，从步骤520中合并使用的所下载的数据及多个轨道数据中提取出自我延长数据(self-extendeddata)。接着检查所述自我延长数据的完整性及有效性。倘若两个条件均符合的话，在步骤560中会使用此完整且有效的数据来决定所述卫星的位置，而所述卫星的位置接着用来决定所述移动装置的位置。步骤555可视为流程图500的起始点(entrypoint)，其中如果目前的自我延长数据为完整且有效的话，卫星的位置可立即被决定，然而，如果目前的自我延长数据并非完整且有效的话，新的自我延长数据由步骤528而得。在一实施方式中，子巾贞会包括导航讯息子巾贞(navigationmessagesubframe),其定义于接口控制文件(InterfaceControlDocument,IO))(例如,全球定位系统接口控制文件200(KD-GPS-200)、全球导航卫星系统接口控制文件(GlonassI⑶)、伽利略公开服务空间信号接口控制文件(GalileoOpenServiceSignalInSpaceInterfaceControlDocument,GalileoOSSISICD)或准天顶卫星系统接口控制文件(QZSSICD)等)中。图6为适用于本发明实施方式的全球导航卫星系统的移动装置600的示意图。移动装置600包括全球导航卫星系统模块(GNSSmodule)610，其用以决定卫星和/或移动装置的位置；中央处理单元620，耦接于全球导航卫星系统�？�610，用来控制移动装置600以及执行存储于存储单元630的计算机代码640。所存储的计算机代码640可包括所产生的包括多个轨道参数的模型，以及针对本发明所揭示的每一实施方式的相对应的计算机代码。综上所述，本发明揭示了一种改善首次定位时间的方法。由于建构了数据模型，故允许无需接收用于定位的广播星历即可产生轨道数据，其中所述数据模型包括存储于移动装置的多个可变(changeable)参数。当移动装置中的全球导航卫星系统需要进行定位时，所存储的多个轨道参数用以迅速地产生精确的卫星轨道数据模型而无需接收广播星历或进行网络连接(networkconnection),进而在提供延长的有效性时间的同时加速了首次定位时间。以上所述仅为本发明的较佳实施方式，凡依本发明权利要求所做的均等变化和修饰，均应属本发明的涵盖范围。权利要求1.一种用于全球导航卫星系统的定位方法，包括更新移动装置中卫星的轨道及/或星钟数据的模型的多个系数中的至少一系数，该模型包括多个轨道参数；利用所述移动装置从所存储的所述多个轨道参数中提取出卫星轨道信息；利用所述移动装置基于所提取出的所述卫星轨道信息来决定出所述卫星的位置；以及依据所决定出的所述卫星的位置及星钟数据来决定所述移动装置的位置。2.如权利要求I所述的定位方法，其特征在于，使用力学模型来产生所述模型。3.如权利要求I所述的定位方法，其特征在于，所述多个轨道参数具有多个系数。4.如权利要求I所述的定位方法，其特征在于，所述多个轨道参数形成多项式。5.如权利要求I所述的定位方法，其特征在于，所述模型包括关于参考星历或卫星星历的多个误差修正项。6.如权利要求I所述的定位方法，其特征在于，更新所述移动装置中所述卫星的轨道及/或星钟数据的所述模型的所述多个系数中的所述至少一系数的步骤包括周期性地更新所述多个系数中的所述至少一系数，以反应所述卫星轨道数据的变化。7.如权利要求6所述的定位方法，其特征在于，还包括所述移动装置计算更新的系数。8.如权利要求I所述的定位方法，其特征在于，还包括下载星历数据的至少一子�。浒ㄌ囟ㄎ佬枪斓朗荩灰约盎谒崛〉乃鑫佬枪斓佬畔⒓八略氐乃鎏囟ㄎ佬枪斓朗堇淳龆ㄋ鑫佬堑奈恢�。9.一种用于全球导航卫星系统的移动装置，包括全球导航卫星系统�？椋靡愿菟鋈虻己轿佬窍低忱淳龆ㄋ鲆贫爸玫奈恢茫灰约爸醒氪淼ピ罱佑谒鋈虻己轿佬窍低衬？橐约按娲⒌ピ龃娲⒌ピㄎ佬堑墓斓篮�/或星钟数据的模型，其包括多个轨道参数；以及计算机代码，当其被所述中央处理单元所执行时，用以更新所述模型的多个系数中的至少一系数、从所述存储单元所存储的所述多个轨道参数中提取出卫星轨道信息、基于所提取的所述卫星轨道信息来决定出所述卫星的位置，以及根据所决定出的所述卫星的位置来决定所述移动装置的位置。10.如权利要求9所述的移动装置，其特征在于，所述存储单元还包括另一计算机代码，当其被所述中央处理单元所执行时，用以周期性地更新所述多个系数中的所述至少一系数，以反应所述卫星轨道数据的变化。11.如权利要求9所述的移动装置，其特征在于，所述存储单元还包括另一计算机代码，当其被所述中央处理单元所执行时，用以下载星历数据的至少一子�。浒ㄌ囟ㄎ佬堑墓斓朗荩灰约盎谒崛〉乃鑫佬枪斓佬畔⒓八略氐乃鎏囟ㄎ佬堑墓斓朗堇淳龆ㄋ鑫佬堑奈恢谩�12.一种用于全球导航卫星系统的定位方法，包括将卫星的轨道和/或星钟数据的模型存储到移动装置中，所述模型包括多个轨道参数；从所存储的所述多个轨道参数中提取出卫星轨道信息；下载星历数据的至少一子�。浒ㄌ囟ㄎ佬堑墓斓朗荩换谒崛〉乃鑫佬枪斓佬畔⒓八略氐乃鎏囟ㄎ佬堑墓斓朗堇淳龆ㄋ鑫佬堑奈恢茫灰约案菟龆ǖ乃鑫佬堑奈恢美淳龆ㄋ鲆贫爸玫奈恢�。13.如权利要求12所述的定位方法，其特征在于，所述子帧包括导航讯息子帧。14.一种用于全球导航卫星系统的移动装置，包括全球导航卫星系统�？椋靡愿菟鋈虻己轿佬窍低忱淳龆ㄋ鲆贫爸玫奈恢茫灰约爸醒氪淼ピ罱佑谒鋈虻己轿佬窍低衬？橐约按娲⒌ピ龃娲⒌ピㄎ佬堑墓斓篮�/或星钟数据的模型，其包括多个轨道参数；以及计算机代码，当其被所述中央处理单元所执行时，从所述存储单元所存储的所述多个轨道参数中提取出卫星轨道信息、下载星历数据的至少一子�。浒ㄌ囟ㄎ佬堑墓斓朗荨⒒谒崛〉乃鑫佬枪斓佬畔⒓八略氐乃鎏囟ㄎ佬堑墓斓朗堇淳龆ㄋ鑫佬堑奈恢茫约案菟龆ǖ乃鑫佬堑奈恢美淳龆ㄋ鲆贫爸玫奈恢�。15.如权利要求14所述的移动装置，其特征在于，所述子帧包括导航讯息子帧。全文摘要包含多个轨道参数的数据模型存储于移动装置中。当所述移动装置中的全球导航卫星系统需要首次定位时，所存储的所述多个轨道参数用以迅速地产生精确的卫星轨道数据模型。所存储的所述多个轨道参数可视需要而通过改变所存储的所述多个轨道参数的系数来进行部份或全面修改。文档编号G01S19/00GK102753990SQ201180001406公开日2012年10月24日申请日期2011年5月6日优先权日2010年5月6日发明者丘伟源,翁锦堂申请人:联发科技股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
