太阳城集团

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利用卫星系统的因特网热点定位.pdf

摘要
申请专利号:

CN200980119708.6

申请日:

2009.05.11

公开号:

CN102047136B

公开日:

2015.01.14

当前法律状态:

有效性:

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01S 1/00申请日:20090511|||公开
IPC分类号: H04B7/00; G01S1/00; G01S5/14 主分类号: H04B7/00
申请人: 波音公司
发明人: D·A·惠兰; G·M·古特; B·G·费雷尔; R·W·布伦利
地址: 美国伊利诺伊州
优先权: 2008.05.30 US 12/130,880
专利代理机构: 北京纪凯知识产权代理有限公司 11245 代理人: 赵蓉民
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN200980119708.6

授权太阳城集团号:

太阳城集团102047136B||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2015.01.14|||2011.07.20|||2011.05.04

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

根据各实施方式的系统和方法通过集成卫星信号和因特网热点信号在衰减环境中提供导航。在一种实施方式中,适于执行地理定位的接收器单元包括适于从卫星接收精确太阳城集团信号和从无线网络站接收额外辅助太阳城集团的天线,其中精确太阳城集团信号包括周期性重复代码。接收器单元还包括处理器和适于存储多个计算机可读指令的存储器,所述指令由处理器执行时适于使接收器单元:使用精确太阳城集团信号和辅助太阳城集团确定精确绝对太阳城集团,确定与接收器单元关联的定位太阳城集团,使用定位太阳城集团请求无线网络站的位置太阳城集团,以及使用定位太阳城集团和位置太阳城集团确定接收器单元的绝对地理位置。

权利要求书

1: 一种适于执行地理定位的接收器单元, 包括 : 天线, 其适于从卫星接收精确太阳城集团信号以及从至少一个无线网络站接收额外辅助信 息, 其中所述精确太阳城集团信号包括周期性重复代码 ; 处理器 ; 以及 存储器, 其适于存储多个计算机可读指令, 当所述指令被所述处理器执行时适于使所 述接收器单元执行以下操作 : 使用所述精确太阳城集团信号和所述辅助太阳城集团确定精确绝对太阳城集团, 确定与所述接收器单元关联的定位太阳城集团, 使用所述定位太阳城集团请求所述至少一个无线网络站的位置太阳城集团, 以及 使用所述定位太阳城集团和所述位置太阳城集团确定所述接收器单元的绝对地理位置。
2: 根据权利要求 1 所述的接收器单元, 其中所述无线网络站是 WiFi 网络、 蜂窝网络或 因特网的一部分。
3: 根据权利要求 1 所述的接收器单元, 其中所述卫星是低地轨道卫星, 即 LEO 卫星。
4: 根据权利要求 3 所述的接收器单元, 其中所述卫星是铱星卫星或 Globalstar 卫星。
5: 根据权利要求 1 所述的接收器单元, 其中所述辅助太阳城集团包括与所述卫星关联的轨道 太阳城集团、 所述接收器单元的近似位置或近似太阳城集团太阳城集团。
6: 根据权利要求 1 所述的接收器单元, 其中所述卫星是第一卫星, 其中所述接收器单 元适于在衰减或堵塞环境中使用来自第二卫星的定位信号执行地理定位。
7: 根据权利要求 6 所述的接收器单元, 其中所述第二卫星是全球定位系统卫星, 即 GPS 卫星。
8: 根据权利要求 1 所述的接收器单元, 其中所述代码在粗计时代码和伪随机码之间交 替。
9: 根据权利要求 1 所述的接收器单元, 其中所述接收器单元是蜂窝电话、 iGPS 接收器、 手持导航装置、 基于车辆的导航装置或基于飞行器的导航装置。
10: 根据权利要求 1 所述的接收器单元, 其中所述处理器还适于使所述接收器单元执 行以下操作 : 从所述卫星接收所述精确太阳城集团信号 ; 以及 从所述至少一个无线网络站接收所述辅助太阳城集团。
11: 根据权利要求 10 所述的接收器单元, 其中所述处理器适于确定与所述接收器单元 关联的定位太阳城集团, 包括所述处理器适于执行以下操作 : 使用所述精确绝对太阳城集团校准所述接收器单元的系统相关器以确定与所述接收器单元 关联的定位太阳城集团 ; 随太阳城集团推移测量多个卫星的测距代码 ; 组合所述测距代码和所述辅助太阳城集团 ; 以及 计算定位太阳城集团。
12: 根据权利要求 11 所述的接收器单元, 其中所述处理器适于使用所述定位太阳城集团请求 所述至少一个无线网络站的位置太阳城集团, 包括所述处理器适于执行以下操作 : 使用所述定位太阳城集团搜索所述至少一个无线网络站的位置太阳城集团 ; 以及 接收在无线网络站测距代码上传送的位置太阳城集团。 2
13: 一种执行地理定位的方法, 所述方法包括 : 从卫星接收精确计时信号 ; 从至少一个无线网络站接收辅助太阳城集团 ; 使用所述精确计时信号和所述辅助太阳城集团确定精确绝对太阳城集团, 使用所述精确绝对太阳城集团校准接收器单元的系统相关器以确定与所述接收器单元关联 的定位太阳城集团 ; 使用所述定位太阳城集团请求所述无线网络站的位置太阳城集团 ; 从所述无线网络站接收所述位置太阳城集团 ; 以及 使用所述定位太阳城集团和所述位置太阳城集团执行绝对地理定位。
14: 根据权利要求 13 所述的方法, 还包括报告所述定位太阳城集团到所述无线网络站。
15: 根据权利要求 13 所述的方法, 其中所述卫星是低地轨道卫星, 即 LEO 卫星。
16: 根据权利要求 15 所述的方法, 其中所述卫星是铱星卫星或 Globalstar 卫星。
17: 根据权利要求 13 所述的方法, 其中所述校准是响应于从全球定位系统卫星即 GPS 卫星接收信号而执行。
18: 根据权利要求 13 所述的方法, 其中所述辅助太阳城集团包括与所述卫星关联的轨道信 息、 所述接收器单元的近似位置或近似太阳城集团太阳城集团。
19: 根据权利要求 13 所述的方法, 其中所述无线网络站是 WiFi 网络、 蜂窝网络或因特 网的一部分。
20: 根据权利要求 13 所述的方法, 其中所述接收器单元包括蜂窝电话、 iGPS 接收器、 手 持导航装置、 基于车辆的导航装置或基于飞行器的导航装置。
21: 根据权利要求 13 所述的方法, 还包括随太阳城集团推移测量多个卫星的测距代码 ; 组合所述测距代码和所述辅助太阳城集团 ; 以及 计算定位太阳城集团。
22: 根据权利要求 21 所述的方法, 其中请求所述无线网络站的位置太阳城集团包括使用所述 定位太阳城集团搜索所述无线网络站的位置太阳城集团。
23: 根据权利要求 22 所述的方法, 其中从无线网络站接收所述位置太阳城集团包括接收在无 线网络站测距代码上传送的所述位置太阳城集团。

说明书


利用卫星系统的因特网热点定位

    【技术领域】
     本发明一般涉及导航, 更具体地涉及基于卫星的导航技术。背景技术 各种现有卫星导航系统提供的现有导航和计时信号通常不能提供满意的系统性 能。 尤其是, 这种导航和计时信号的信号功率、 带宽以及几何覆盖总体上不能够充分满足很 多要求的使用情景的需要。
     现有的基于例如全球定位系统 (GPS) 信号的导航和计时方案在很多情况下对于 导航用户可能不可用。通常, GPS 接收器必须接收至少 4 个同时存在的测距源以允许三维 定位和准确的太阳城集团传递。然而, GPS 信号提供的低信号功率或几何区域通常不足以容易地 穿透城市峡谷或建筑物墙壁。 基于例如蜂窝电话或电视信号的其他导航方案通常缺少垂直 导航太阳城集团。
     现有的系统尝试通过使用各种方案例如惯性导航系统、 专用信标以及高灵敏性 GPS 系统解决室内导航缺陷。然而, 惯性导航系统漂移且昂贵。信标要求专用的固定资源, 其昂贵而且不标准, 因此只有专门用途, 而灵敏的 GPS 系统通常由于 GPS 信号在室内环境中 较弱而不能达到用户期望。发明内容
     在一种实施方式中, 适于执行地理定位的接收器单元包括 : 适于从卫星接收精确 太阳城集团信号以及从至少一个无线网络站接收额外辅助太阳城集团的天线, 其中所述精确太阳城集团信号包 括周期性重复代码 ; 处理器 ; 以及适于存储多个计算机可读指令的存储器, 当所述处理器 执行所述指令时其适于使所述接收器单元 : 使用所述精确太阳城集团信号和辅助太阳城集团确定精确绝 对太阳城集团, 确定与所述接收器单元关联的定位太阳城集团, 使用所述定位太阳城集团请求无线网络站的位 置太阳城集团, 以及使用所述定位太阳城集团和所述位置太阳城集团确定所述接收器单元的绝对地理位置。
     在另一实施方式中, 执行地理定位的方法包括 : 从卫星接收精确计时信号 ; 从至 少一个无线网络站接收辅助太阳城集团 ; 使用所述精确计时信号和辅助太阳城集团确定精确绝对太阳城集团, 使用所述精确绝对太阳城集团校准接收器单元的系统相关器以确定与所述接收器单元关联的定 位太阳城集团 ; 使用所述定位太阳城集团, 请求所述无线网络站的位置太阳城集团 ; 从所述无线网络站接收位 置太阳城集团 ; 和使用定位太阳城集团和位置太阳城集团执行绝对地理定位。
     在另一实施方式中, 执行地理定位的方法包括 : 从卫星接收精确计时信号 ; 从至 少一个无线网络站接收辅助太阳城集团 ; 使用所述精确计时信号和辅助太阳城集团确定精确绝对太阳城集团, 使用所述精确绝对太阳城集团校准接收器单元的系统相关器以确定与所述接收器单元关联的定 位太阳城集团 ; 随太阳城集团推移测量多个卫星的测距代码 ; 组合测距代码和辅助太阳城集团 ; 计算定位太阳城集团 ; 使用所述定位太阳城集团搜索无线网络站的位置太阳城集团 ; 接收在无线网络站测距代码上传送的位置 太阳城集团 ; 以及组合定位太阳城集团和无线网络站测距代码以执行绝对地理定位。
     在另一实施方式中, 一种适于执行地理定位的接收器单元包括 : 适于从卫星接收精确太阳城集团信号以及从至少一个无线网络站接收额外辅助太阳城集团的天线, 其中所述精确太阳城集团信 号包括周期性重复代码 ; 处理器 ; 以及适于存储多个计算机可读指令的存储器, 其中当处 理器执行所述指令时其适于使得所述接收器单元 : 从卫星接收精确太阳城集团信号 ; 从至少一个 无线网络站接收辅助太阳城集团 ; 使用精确太阳城集团信号代码和辅助太阳城集团确定精确绝对太阳城集团 ; 使用精 确绝对太阳城集团校准接收器单元的系统相关器以确定与接收器单元关联的定位太阳城集团 ; 随太阳城集团推 移测量多个卫星的测距代码 ; 组合测距代码和辅助太阳城集团 ; 计算定位太阳城集团 ; 使用定位太阳城集团搜 索 (survey) 至少一个无线网络站的位置太阳城集团 ; 接收在无线网络站测距代码上传送的位置 太阳城集团 ; 以及组合定位太阳城集团和无线网络站测距代码以执行绝对地理定位。
     本发明的范围由权利要求限定, 其通过引用并入此部分。通过考虑下文中一个或 更多个实施方式的详细描述, 本领域技术人员将获得对本发明实施方式的更完整的理解以 及其额外优点的实现。请参照首先被简要描述的附图。 附图说明 图 1 提供根据本发明的一种实施方式能够在遮挡或堵塞环境中执行任务的导航 系统的概况 ;
     图 1A 示出根据本发明的一种实施方式的接收器单元 302 的功能框图 ;
     图 2 提供图示根据本发明的一种实施方式从卫星获得精确绝对太阳城集团传递的方法 的流程图 ;
     图 3 例示根据本发明的一种实施方式的低地轨道 (LEO) 卫星的太阳城集团传递结构信 号;
     图 3A 示出根据一种实施方式用于确定接收的卫星信号的代码相位的方法的流程 图;
     图 3B 提供图示根据本发明的一种实施方式在衰减或堵塞环境中执行太阳城集团传递和 导航的方法的流程图 ;
     图 4 图示根据本发明的一种实施方式的使用卫星提供无线网络站定位的自成型 导航系统 ;
     图 5 提供图示根据本发明的一种实施方式通过集成卫星信号和无线网络信号执 行地理定位的方法的流程图 ; 以及
     图 6 提供图示根据本发明的另一实施方式通过集成卫星信号和无线网络信号执 行地理定位的方法的流程图。
     本发明的实施方式和优点将通过参照以下详细描述最好地理解。 应理解类似的附 图标记用于标识一个或更多个附图中图示的类似元件。
     具体实施方式
     根据本文讨论的各实施例, 采用卫星 ( 例如, 低地轨道 (LEO) 卫星 ) 的系统可以用 于增强接收器单元, 例如蜂窝电话或其他紧凑装置, 从而这些接收器单元可以甚至在严重 衰减、 遮挡或堵塞环境中起作用。根据本文的一个或更多个实施例的导航系统可以解决接 收器单元由于从现有源 ( 诸如全球定位系统 (GPS) 卫星 ) 接收根本弱的信号导致的现有的 问题。来自特定卫星 ( 例如通信卫星 ) 的信号通常比来自其他现有定位系统 ( 诸如 GPS) 的信号更强。一个这种卫星是低地轨道 (LEO) 卫星铱星星座。在一示例中, 配置为使用从 例如铱星等 LEO 卫星接收的信号工作的接收器单元可以使用在接收器单元的天线处小于 约 45dB 的衰减的信号电平工作, 而 GPS 配置的接收器单元通常不以这种电平工作。通过调 整铱星卫星信号, 铱星配置的接收器单元可以在约 15-20db 运行, 低于通常的 GPS 配置的接 收器单元将停止工作的电平。
     根据各实施方式, 包含来自卫星系统的精确太阳城集团信号的这种强大信号可以用于确 定准确度达到例如近似 1-10 微秒的精确绝对太阳城集团。另外, 这种强大信号可以与来自诸如蜂 窝网络、 因特网或 WiFi 等其他地基基本设施的太阳城集团一起被传递到接收器单元。根据一个或 更多实施方式, 从卫星信号获得的精确绝对太阳城集团是充分准确的, 有助于校准接收器单元中 的系统相关器以集中在非常窄的太阳城集团段内。 当在遮挡或堵塞环境中使用多个系统相关器而 无精确太阳城集团参考的优势时, 由于在大的太阳城集团段上进行的搜索, 相关处理在计算上负担重, 并 且接收器单元可能无法在这种条件下执行任务。然而, 通过精确绝对太阳城集团 ( 例如具有近似 10 微秒内的准确度 ) 的传递, 接收器单元 ( 或用户 ) 可以通过校准接收器单元的系统相关 器更好地接收和追踪来自诸如 GPS 等定位系统的导航信号, 甚至在高度衰减或堵塞的环境 中。因此, 本发明的实施方式可以在严重衰减或堵塞的环境中辅助 GPS 或任何其他定位卫 星系统。应当理解精确绝对太阳城集团传递还可以用于诸如网络同步等其他应用。 下面参照附图, 其中附图仅仅用于图解说明本发明的实施方式, 不是为了对其进 行限制。图 1 提供根据本发明的实施方式的导航系统 100 的概况, 此系统能够在遮挡或堵 塞环境中执行任务。
     如图 1 的实施方式所示, 在导航系统 300 中, 接收器单元 302( 例如蜂窝电话 ) 配 置为从卫星 306 接收信号 309, 信号 309 可以包括来自传统导航卫星的全球定位系统 (GPS) 信号 ( 例如受保护 / 不受保护的 GPS 信号 )。另外, 接收器单元 302 配置为从卫星 304 接收 信号 305, 卫星 304 可以是低地轨道 (LEO) 卫星。此外, 接收器单元 302 配置为从网络 308 接收信号 307, 网络 308 可以包括例如蜂窝网络、 因特网、 WiFi 网络和 / 或其他网络。从卫 星 304 接收的信号 305 包括在卫星 304 上编码的精确太阳城集团信号。通过网络 308 接收的信号 307 可以包括额外辅助太阳城集团, 例如与卫星 304 关联的轨道太阳城集团、 接收器单元 302 的近似位置、 卫星 304 和接收器单元 302 之间的近似距离 ( 例如在约 3000m 内 ), 近似太阳城集团太阳城集团 ( 例如约 5 秒内的近似太阳城集团 )、 与卫星 304 关联的计时偏置太阳城集团 ( 例如卫星时钟偏移量 ) 和 / 或其他 太阳城集团。
     根据一个或更多个实施方式, 卫星 306 可以是集成的高性能导航和通信系统 ( 诸 如 iGPS 系统 ) 的一部分。卫星 306 还可以是包括例如全球轨道导航系统 (Glonass) 的任 何其他定位系统卫星的一部分。
     在一个示例中, 卫星 304 可以是 LEO 卫星, 其可以通过现有通信系统 ( 例如铱星 或 Globalstar 卫星系统 ) 的卫星来实现。在一个示例中, 铱星卫星用于实现卫星 304, 铱 星卫星的飞行计算机可以使用合适的软件重编程以有助于处理导航信号。在另一示例中, Globalstar 通信卫星用于实现卫星 304, 卫星弯管结构允许地面设备被升级以支持各种新 的信号格式。
     在将卫星 304 实现为 LEO 通信卫星的实施方式中, LEO 通信卫星可以被配置以支
     持通信信号以及导航信号。 在这一点上, 这种导航信号的实现可以考虑各种因素, 诸如多路 径抑制、 测距准确度、 交叉相关、 对堵塞和干扰的抗性以及包括选择性访问、 防欺骗以及低 拦截概率的安全性。
     接收器单元 302 可以使用适当的硬件和 / 或软件实现为接收和解码来自各种空间 和陆地测距源的信号以执行导航。这种信号可以包括例如来自 GPS( 或任何其他定位系统 ( 例如 Glonass)、 LEO( 例如铱星或 Globalstar 卫星系统 )、 广域增强系统 (WAAS)、 欧洲静地 星导航重叠服务 (EGNOS)、 多功能卫星增强系统 (MSAS)、 Galileo、 准天顶卫星系统 (QZSS) 和 / 或移动卫星冒险 (MSV) 卫星 ) 的卫星广播。这种信号还可以包括来自网络 308 的陆地 广播, 网络 308 可以包括蜂窝网络、 TV( 电视 ) 网络、 因特网、 WiFi、 WiMAX、 国家车辆基础设 施集成 (VII) 节点以及其他合适的源。接收器单元 302 可以根据 2005 年 11 月 7 日提交的 美国专利申请 11/268,317 中阐述的各实施例实现, 该专利申请通过引用并入本文。
     接收器单元 302 可以进一步配置为使用其他空间和陆地测距源广播的信号接收 和执行导航, 如在特定实施方式中所期望的。另外, 接收器单元 302 可以配置具有惯性测量 单元 (IMU), 其实现为例如微电子机械系统 (MEMS) 装置以提供堵塞保护。
     接收器单元 302 还可以在可能适于特定应用的任意期望的配置中实现。例如, 在 各实施方式中, 接收器单元 302 可以实现为蜂窝电话、 iGPS 接收器、 手持导航装置、 基于车 载的导航装置、 基于飞行器的导航装置或其他类型的装置。在一个实施例中, 接收器单元 302 的位置可以对应于用户的位置。 参照图 1A, 其示出根据本发明实施例的接收器单元 302 的功能框图。接收器单元 302 包括适于从一个或更多个卫星接收卫星信号 3010 的多频率天线 3020。 例如, 天线 3020 还适于从图 1 的网络 208 接收信号。天线 3020 耦连到一个或更多个预选滤波器 3030、 放大 器 3040 以及 A/D 转换器 3050。合成器 3070 从温控晶体振荡器 (TCXO)3080 接收信号, 并 且耦连到 A/D 转换器 3050、 惯性装置 3085 和计算机 3060, 计算机 3060 包括存储器和处理 器 ( 未示出 )。系统相关器可以用处理器实现。计算机 3060 从惯性装置 3085 接收原始测 量值以及来自合成器 3070 和 A/D 转换器 3050 的输入以产生位置、 海拔和太阳城集团的输出 3090。 A/D 转换器 3050 的采样率可以被适当确定使得接收器单元 302 可以将关心的全部频带下转 换到基带。
     在运行中, 根据一个或更多个实施方式, 在接收器单元 302 被遮挡或堵塞以及不 能从卫星 306 接收信号 309( 例如 GPS 信号 ) 的位置, 接收器单元 302 可以向网络 308 发送 消息请求援助。之后, 网络 308 确定额外的辅助太阳城集团。接着, 接收器单元 302 使用信号 307 结合从卫星 304 接收的信号 305, 校准其系统相关器以改善从卫星 306 接收信号 309( 例如 GPS 信号 ), 并因此即使在遮挡或堵塞环境中也能够进行导航, 信号 307 包括通过网络 308 获得的额外辅助太阳城集团, 信号 305 包括精确太阳城集团信号。
     参照图 2, 其提供图解说明根据本发明的实施方式从卫星获得精确绝对太阳城集团传递 的方法的流程图。在一实施方式中, 图 2 可以实现为与图 1 的导航系统 300 一起使用, 但是 它还可以实现为与其他系统或应用 ( 诸如网络同步 ) 一起使用。当与包括额外辅助太阳城集团的 信号 307 组合时, 从卫星 304 接收的信号 305( 如图 1 所示 ) 允许定位。额外辅助太阳城集团可以 通过网络 308 投递给接收器单元 302。
     在块 350, 接收器单元 302 从卫星 304 接收包括精确太阳城集团信号的信号 305。精确时
     间信号作为周期性重复的良好定义的代码从卫星 304 被接收。应当理解良好定义的代码可 以包括任意数量的代码, 例如伪随机码。在一示例中, 铱星卫星可以广播伪随机码, 大约每 23 秒重复一次。 其他实现可以包括交替代码结构。 例如, 在一个这样的实现中, 粗计时码可 以后跟随伪随机码。 在此实现中, 粗计时码可以包括纯载波频率的重复部分, 其可以被接收 器单元 302 容易地检测到以用于各种操作, 诸如确定多普勒漂移。此实现中的伪随机码可 以用于确定绝对太阳城集团至高准确度, 但是对于接收器单元 302 来说, 伪随机码可能比检测粗 计时码更难检测到。为此, 接收器单元 302 可以使用粗计时码有效地确定期望接收伪随机 码的近似太阳城集团。
     在各实施例中, 不要求从卫星 304 接收的信号 305 包括详细的导航太阳城集团, 并且只有 来自卫星 304 的单个卫星的信号 305 的一个广播可用于启动辅助技术。此外, 信号 305 的 计时准确度可能由于典型的 GPS 卫星行为而严重退化, 但是 10 微秒数量级的准确度是足够 的。在一个示例中, 接收器单元 302 可以在衰减或遮挡环境中 ( 例如室内 ) 运行, 其中接收 器单元 302 能够从卫星 304 接收信号 305, 但是由于信号 309 的低功率和环境的衰减而无 法从卫星 306 接收信号 309。对于铱星卫星, 例如, 可重复的伪随机码的结构允许接收器单 元 302 甚至在天线处达到约 45dB 衰减的严重衰减环境中 ( 即超过大多数 GPS 接收器不能 接收信号时的电平约 15dB) 锁定到伪随机码。接收器单元 302 还可以例如在信号 309 被商 业情形中的竞争信号潜在地堵塞的环境中, 或者在信号 309 被军事情形中的敌人有意堵塞 的环境中运行。 在块 352, 来自卫星 304 的信号 305 的代码的相对时序相位 ( 下文还称为 “n” 或 “代码相位” ) 被接收器单元 302 使用低数据率相关确定。例如, 接收器单元 302 可用于锁 定到信号 305 提供的高功率非 GPS 精确太阳城集团信号的代码以及确定时序相位到小于约 3 微秒 之内。
     在块 354, 接收器单元 302 通过网络 308 接收包括额外辅助太阳城集团的信号 307。可替 代地, 在例如接收器单元 302 移入或移出衰减环境的情况下可以从卫星 304 接收额外辅助 太阳城集团。总体而言, 额外辅助太阳城集团的更新速率很低, 原则上可以存储 24 小时或更久。在一个 实施方式中, 额外辅助太阳城集团可以包括代码广播的开始太阳城集团、 计时传输的期待频率、 非 GPS 卫 星轨道的模型以及太阳城集团偏置校正太阳城集团, 所述太阳城集团偏置校正太阳城集团可以改善从卫星 304 接收的 精确太阳城集团信号的保真度, 如块 350 所述。另外, 近似太阳城集团 ( 例如在数秒的准确度内 ) 可以通 过网络 308 提供或由接收器单元 302 的本地时钟提供。
     在块 356, 通过将代码的时序相位与根据例如等式 406( 以下将参照图 3 描述 ) 通 过网络 308 接收的额外辅助太阳城集团相组合的方式, 代码的时序相位被转换为精确绝对太阳城集团。
     下面参照图 3, 其根据本发明的实施方式图解说明低地轨道 (LEO) 卫星的太阳城集团传 递结构信号。根据一个实施例, 图 3 的太阳城集团传递结构可以实现为用于图 1 所示的导航系统 300, 但是它还可以用于其他系统或应用, 诸如网络同步。在此实施例中, 卫星 304 实现为铱 星卫星。应理解尽管图解说明铱星卫星的太阳城集团传递信号, 但是此处的描述可以针对其他卫 星系统适当地修改。在图 3 的示例中, 信号 305 可以包括被每个卫星 304 重复广播的 10K 缓冲周期 402。每 10K 缓冲周期可以等于 9984 个字节, 或 72872 个位 / 比特, 或 256 个消 息, 或 46.08 秒。每天有 1875 个缓冲周期。还图示了消息帧 404( 也称为消息 ), 其可以等 于 312 个位或 8.28 毫秒每脉冲。其他位可以由卫星 304 预先定义。消息帧 404 的 312 个
     位通常是有效载荷位, 其中通信 ( 例如电话呼叫 ) 每 90 毫秒出现一次语音更新。每个帧每 0.18 秒重复一次, 并且所有位可以用于检测消息帧 404 的边缘。脉冲可以在消息帧 404 内 偏移特定 “太阳城集团槽” 。
     如果例如伪随机码是 312 位, 则存在具有 256 个消息的满缓冲器。在此示例中, 每 个消息具有其自身的伪随机码, 使得不与其他代码混淆。伪随机码可以近似每 20-40 秒重 复一次。可以采用已知的简单伪随机码 ( 或其他代码 ) 来区分 256 个消息并提供明显的处 理增益。在一个实施方式中, 可以进行粗简单代码 ( 例如, 促进载波频率的检测的代码 ) 和 更精确的伪随机码 ( 例如, 允许更准确的太阳城集团校准的代码 ) 的交替。
     在一个示例中, 接收器单元 302 可以用于确定太阳城集团。缓冲器被加载并且广播开始。 接收器单元 302 调谐到正确频率并找到 L 频带帧中的位。接收器单元 302 找到与缓冲器的 第 n 个消息匹配的代码。然而, 这并不告知太阳城集团, 仅仅告知它是第 n 个消息 ( 或者重复代码 的 “代码相位” )。
     如图 2 的块 352 和 354 中描述的时序相位太阳城集团和额外辅助太阳城集团可以如图 2 的块 356 所述那样合并以形成获得精确绝对太阳城集团的等式, 如在以下示例中相对图 3 的实施方式, 其中等式 406 用于确定太阳城集团。在等式 406 中, 假设 256 个唯一消息每 46.08 秒重复一次。
     太阳城集团= 12:00am 开始太阳城集团 +(N-1)*46.08 秒 +(n-1)*0.18 秒 + 太阳城集团偏置 + 路程 / C( 光速 )
     其中, 卫星 304 缓冲器回放的已知的开始太阳城集团可以是限定日期的 12:00am( 上午 12:00), 并且可以经过数据链路投递, 如图 3 的等式 406 所示。 “N” ( 也称为 “当前缓冲周 期” ) 是自开始太阳城集团起 256 个消息的伪随机码块重复的次数。在一个实施方式中, “N” 可以 由接收器单元 302 的本地时钟以约小于 10 秒的准确度确定。例如, 如果消息在 12:00am 广 播, 并且接收器单元 302 具有同步到网络 308 的时钟, 则接收器单元 302 可以确定当前缓冲 周期 “N” 。即, 接收器单元 302 基于特定已知变量帮助求解数字 “N” 。
     “n” 是重复序列中的代码相位。在等式 406 的示例中, 太阳城集团消息每 0.18 秒播放一 次, 并且包括 256 个唯一伪随机消息。之后, 伪随机码从开始重复。因此, “n” 是 1 到 256 之 间的数。 “n” 使用例如伪随机码从卫星 304 测量, 并且精确到小于 10 微秒。
     如果接收器单元 302 知道哪个消息被接收, 则可以确定代码相位 “n” 。甚至在存 在噪声的情况下, 接收器单元 302 可以执行相关以确定接收了哪个消息。例如, 如果存在噪 声, 则可以接收随机位, 之后接收消息, 接着再次接收随机位。 因此, 消息可能被噪声损坏并 且消息可以包括损坏的位值。假设长消息被发送, 例如, 1000 位的消息, 则可以将这些位与 接收的位比较。如果例如 980 个位正确, 则比较接下来的 1000 个位等等直至达到峰值。当 正确位的数量大于平均数时, 达到峰值。在发送 1000 位的消息的示例中, 如果峰值是例如 600, 则确定是正确消息。由此, 在特定太阳城集团存在噪声的情况下消息被接收并且被以统计方 式确定。下面将在图 3A 中描述根据一个实施例确定接收的卫星信号的代码相位 “n” 的方 法。
     例如, “太阳城集团偏置” 可以代表系统 300 中的任何计时偏置, 并且可以补偿卫星 304 的 时钟中的测量误差和 / 或传输序列中的已知太阳城集团槽变化。太阳城集团槽可以由卫星 304 提供, 或 者可以由参考站测量, 或者作为服务的一部分可以是固定的或者是可预测的。在图 3 的示 例中, 铱星的 90 毫秒的消息帧可以被分割为多个太阳城集团槽。如图 3 所示, 可能发生脉冲, 并且脉冲可能在消息帧内偏移特定太阳城集团槽。接收器单元 302 可以通过网络 308 获知使用哪个时 间槽。网络 308 提供诸如传输频率即传输的子频带等基本太阳城集团, 该太阳城集团根据例如广播的频 率和 / 或其他因素频繁变化。
     “路程” 代表卫星 304 和接收器单元 302 之间的距离, 并且利用可以通过数据链路 投递的卫星 304 的轨道模型、 接收器单元 302 的位置的适当准确的知识以及近似太阳城集团 ( 作 为卫星轨道模型的输入 ) 计算而来。 在一个实施例中, 为了获得约 10 微秒内的准确度, 路程 估计的准确度必须达到约 3000m, 其可以等于地面上的约 20000m 的水平准确度。可以轻松 实现这种程度的定位, 例如, 通过蜂窝网络技术。另外, 可以采用简单波束覆盖方法以基于 用户目前位于哪个非 GPS 卫星波束中的知识以及最近的波束太阳城集团历史来确定接收器单元 302 的位置。也可以适当采用粗定位的多种其他方法。在一个实施方式中, 针对卫星 304 的 卫星轨道太阳城集团 ( 星历表 ) 包括诸如在各个太阳城集团点卫星 304 在卫星星座中的位置的太阳城集团以及 可以被接收器单元 302 用于准确地从卫星 304 获得时钟值的其他太阳城集团。在此实施方式中, 网络 308 可以容易地确定小于 1 千米内接收器单元 302( 或用户 ) 的位置。该路程的准确 度可以达到约 3 千米。接收器单元 302 的近似太阳城集团可以与轨道太阳城集团一起用于确定卫星 304 的位置。在卫星 304 的路程确定后, 接下来用该路程除以光速 ( 也称为 “C” )。 图 3A 示出根据实施方式确定接收的卫星信号的代码相位的方法的流程图。图 3A 是卫星 304 包括铱星卫星的示例。在块 2010 中, 可以从铱星卫星接收包括数据的信号以及 利用具有适当天线、 放大器和下转换器的接收器单元 ( 如图 1A 所示 ) 在整个铱星频带上收 集包括数据的信号。在块 2020, 接收的数据可以被下转换, 例如通过 1606MHz, 并且数据可 以被采样, 例如, 以 50M 样本每秒的速度。
     在块 2030, 可以捕获采样的数据并将其以适当的块存储在存储器中, 例如以二分 之一个片段的块。
     在块 2040, 对采样的数据进行粗获取 (course acquisition) 搜索。在本示例中, 可以选择近似 9ms 的数据以便详细处理。捕捉数据的多普勒可以使用已知的轨道模型和估 计太阳城集团来估计。可以基于已知 ( 或估计 ) 频率子带和通路 (access) 使用正弦和余弦函数 数字地解调数据。解调还包括估计的多普勒频率。之后, 可以以例如近似 111 的因子对数 据进行抽取。快速傅立叶变换 (FFT) 可以用在抽取的数据上以确定最高峰值和关联的频 率。应注意关联的频率可以用于进一步改善下一迭代的解调。解调总体上将产生 DC 结果, 然而, 不完美的多普勒估计通常产生低频分量。接下来, 可以考虑随后的采样数据的 1 毫秒 块并且可以重复该过程。
     在块 2050, 处理的数据被筛选出峰值以便执行一致性检查。 例如, 峰值应当被分离 “n” *90 毫秒。
     在块 2060, 一旦峰值被筛选出, 可以在粗峰值 +180 毫秒 -0.5* 窗口的位置执行精 获取 (fine acquisition)。窗口代表期待找到代码的太阳城集团范围。例如, 接收的数据可能与 代码中的 128 个非零消息相关 ; 之后, 可记录最高相关峰值 ; 并且时步可以被递增特定微秒 数。之后, 可以在窗口的持续期间内重复该过程。
     在块 2070, 当通过知道哪个消息产生最佳峰值和知道相对太阳城集团而捕获数据时可以 由接收器单元确定代码相位。
     一旦代码相位被确定, 即可确定精确绝对太阳城集团, 如以上参照图 3 的等式的描述。
     利用以上根据一个或更多个实施方式描述的技术计算精确绝对太阳城集团之后, 精确绝 对太阳城集团可以用在多个应用 ( 诸如网络同步 ) 中, 或者作为对诸如 GPS 等定位系统的辅助。
     在定位辅助实施例中, 如上所述确定的精确绝对太阳城集团可以被采用以 “调焦” 或校准 例如 GPS 接收器等接收器单元 302 的相关器。 在此情况下, GPS 接收器可以具有多个并列定 位系统相关器, 当并列定位系统相关器被充分地太阳城集团校准时 ( 例如使用此处描述的技术 ), 其能够锁定到来自例卫星 306( 如 GPS 卫星 ) 的信号 309( 例如 GPS 信号 ), 甚至在堵塞或衰 减的环境中。
     接收器单元 302 还可以补偿多普勒频移, 多普勒频移指代由发射源相对于观察者 的运动产生的发射电波的频率变化。随着卫星在天空中移动, 卫星信号的发射频率发生变 化。通过使用其太阳城集团的知识, 接收器单元 302 可以预测和补偿多普勒频移, 从而能够获取正 确的频率。在一个实施方式中, 多普勒频移可以通过以下等式计算 :
     多普勒=路程速率 ÷Cx 正常发射频率
     如上所述, 到卫星 304 的路程是接收器单元 302 与卫星 304 的位置之间的距离。 路程速率是路程和太阳城集团的函数, 类似于例如基于两个不同点之间随太阳城集团经过的距离的速度 测量。最后, 在以上多普勒等式中, 铱星卫星的正常发射频率, 例如可以是 1.6GHz 数量级。 “C” 代表光速。 网络 308 提供卫星太阳城集团以及针对信号的预调谐太阳城集团, 从而当发生多普勒频移时, 信号变化相应地保持一致。
     卫星 304 的多普勒曲线也可以辅助确定计时太阳城集团。接收器单元 302 可以监视随时 间推移从卫星 304 接收的各种信号 305。通过确定随卫星 304 在高空移动而发生的多普勒 频移, 接收器单元 302 可以获得接收器单元 302 位置的精确确定和计时太阳城集团。由此, 再次参 照图 3 的等式 406, 接收器单元 302 的位置的估计可以参照卫星 304 的多普勒曲线执行。
     由此, 在上述实施方式中, 根据等式 406 的精确绝对太阳城集团可以被传送到接收器单 元 302, 其中存在地面网络 ( 例如网络 308) 以支持空间网络 ( 例如卫星 304 和 / 或卫星 306 的一个或更多个 )。
     在另一个将参照图 3B 在下文中更详细地描述的实施方式中, 通过例如使用铱星 卫星的固有 L 频带脉冲 (burst) 结构信号, 可以在不存在所述额外辅助太阳城集团的情况下实 现精确绝对太阳城集团。在各实施方式中, 卫星 304 可以是诸如铱星的 LEO 卫星, 并且卫星 306 可以是 GPS 卫星。在这种实施方式中, 已知铱星卫星使用根据 L 频带结构从 1610MHz 到 1625MHz 的频率。GPS 载波也在 L 频带中, 中心频率为 1176.45MHz(L5)、 1227.60MHz(L2)、 1381.05MHz(L3) 和 1575.42MHz(L1)。由于铱星和 GPS 频率之间的接近, 接收器单元 302 能 够从铱星和 GPS 卫星系统两个卫星系统一起接收信号而不需要额外的天线。
     每个铱星卫星保持内部时钟, 该时钟被监视并且相对于协调通用太阳城集团 (UTC, Fr.Temps Universel Coordonné, 也称为格林威治标准太阳城集团或祖鲁太阳城集团 ) 保持 10 微秒内的 准确度而无时钟漂移。因此, 铱星卫星提供的 L 频带信号可以准确地与 UTC 太阳城集团关联在近 似 10 微秒内。L 频带铱星卫星信号由 90 毫秒帧构成。因此, 通过确定铱星卫星信号的 L 频 带帧的边缘, 可以获得准确的计时太阳城集团。
     参照图 3B, 其提供图示根据本发明的一个实施例在衰减或堵塞环境中执行太阳城集团传 递和导航的方法流程图。图 3B 图示的方法可以使用图 1 的导航系统实现, 只是在本实施方
     式中, 通过网络 308 提供的额外辅助太阳城集团是不可获得的。
     在块 502 中, 接收器单元 302 检测从卫星 304 广播的信号 305 的帧结构 ( 例如当 被 L 频带铱星卫星信号实现时 )。 即使没有良好定义或精确的代码, 接收器单元 302 也能够 检测到铱星传输信号的 L 频带帧。由于在本实施方式中假设无法从网络 308 获得额外辅助 太阳城集团, 因此接收器单元 302 准备绝对太阳城集团的连续猜测或估计。利用足够的现有知识, 太阳城集团估 计的次数通常一定是合理的数字。例如, 在铱星帧结构的 100 个帧中, 存在排队的 GPS 秒。 由此, 太阳城集团估计或猜测的次数可以降低到 100 次。
     在块 504, 一旦产生连续估计, 则接收器单元 302 的本地时钟根据卫星 304 的信号 305 的帧结构被校准。
     在块 506, 产生分别根据帧结构信号而隔离的多个太阳城集团估计, 其中至少一个太阳城集团估 计根据卫星 306 的信号 309 被校准。
     在块 508, 可以将太阳城集团估计提供给接收器单元 302 的并列相关器。接着, 并列相关 器根据太阳城集团估计被校准。
     在块 510, 根据卫星 306 的信号 309 校准的太阳城集团估计被标识并且该太阳城集团估计向接收 器单元 302 提供辅助太阳城集团。该辅助太阳城集团显著改善接收器单元 302 有效地检测卫星 306 的信 号 309 的能力。也就是说, 正如以上根据铱星卫星用于实现卫星 304 的实施方式所讨论的, 平衡 (leverage) 多个并行电话呼叫是可能的, 例如确定卫星信号帧结构的帧边缘。在本示 例中, 铱星具有 90 毫秒的帧结构。在每 100 个帧中, 存在彼此间排队的相应 GPS 秒。因此, 通过仅仅知道帧边缘, GPS 处理被明显地改善, 因为尝试 100 个帧比尝试无限次数的估计更 容易获得辅助太阳城集团。 以上参照图 1-3B 描述的根据一个或更多个实施方式获得精确绝对太阳城集团的系统和 方法可用于通过立即启动无线网络站 ( 例如 WiFi 收发器、 WiFi 兼容装置、 802.11 兼容装置 或其他无线装置 ) 的搜索来推动室内导航。根据一个或更多个实施方式, 通过使用上述精 确绝对太阳城集团, 无线网络站 ( 例如因特网热点和 / 或其他类型的无线网络站 ) 可以用作接收 器单元 302 的定位信标 ( 具有搜索位置 )。结果, 接收器单元 302 的漫游用户可以在室内环 境中导航。
     图 4 提供一种自成型导航系统 300a, 该系统根据本发明的实施方式使用卫星以允 许无线网络站定位。在图 4 中, 接收器单元 302a 可以配置为从无线网络站 702、 704 和 706 接收可以包括辅助太阳城集团的测距信号 701、 703 和 705。每个无线网络站 702、 704 和 706 与网 络 708 处于信号通信中, 还从卫星 304a 接收精确太阳城集团和测距信号 710。 在一个实施方式中, 接收器单元 302a 的位置可以对应于漫游用户的位置。
     应当理解无线网络站 702、 704 和 706 可以包括 WiFi 收发器以及其他无线网络站 装置、 配置和 / 或网络。另外, 网络 708 可以包括因特网或其他合适的网络, 诸如蜂窝网络 或 TV 网络。
     参照图 5, 其提供根据本发明的一种实施方式通过集成卫星信号和无线网络站信 号来执行地理定位的方法的流程图。图 5 的流程图可以实现为用于图 4 的导航系统中。在 此实施方式中, 来自例如铱星卫星和 GPS 卫星的卫星信号可以与 WiFi 或 802.11 类型信号 集成。
     在块 802, 接收器单元 302a 接收采用可重复代码形式的精确绝对计时代码信号
     710, 诸如从卫星 304a 广播的伪随机码, 卫星 304 例如是 LEO 卫星 ( 如以上参照图 1-3B 根 据一个或更多个实施方式所描述的 )。
     在块 804, 接收器单元 302a 通过无线网络站 702、 704 和 / 或 706 接收辅助太阳城集团。
     在块 806, 精确绝对计时代码信号 710 与来自无线网络站 702、 704 和 / 或 706 的辅 助太阳城集团一起用于确定达到数微秒准确度内的精确绝对太阳城集团。
     在块 808, 使用精确绝对太阳城集团校准接收器单元 302a 的系统相关器, 例如 GPS 相关 器, 以帮助遮挡环境中的定位, 例如 GPS 定位。
     在块 810, 接收器单元 302a 使用利用精确绝对太阳城集团所确定的定位太阳城集团搜索无线网 络站 702、 704 和 706 的位置。
     在块 812, 接收器单元 302a 接收测距代码上传送的无线网络站 702、 704 和 706 的 位置太阳城集团。
     在块 814, 接收器单元 302a 通过组合定位太阳城集团与来自一个或更多无线网络站 702、 704 和 706 的测距太阳城集团来执行绝对地理定位。
     在一个实施方式中, 如果期望的话, 漫游用户的位置 ( 例如接收器单元 302a 的位 置 ) 可以通过无线网络站 702、 704 和 706 进行报告, 从而帮助用户追踪。
     图 6 提供图示根据本发明的另一实施方式通过集成卫星信号和无线网络站信号 执行地理定位的方法的流程图。图 6 的流程图可以实现为用于图 4 的导航系统中。在此实 施方式中, 起信标作用的无线网络站的定位还可以通过集成例如 ( 仅仅 ) 铱星卫星信号和 WiFi 或 802.11 类型信号 ( 具有更长的集成太阳城集团 ) 来实现。
     应当理解以上参照图 5 在块 802-806 描述的方法可以用于本实施方式以确定精确 绝对太阳城集团达数微秒准确度内。一旦绝对太阳城集团被确定, 则在图 6 的块 910, 使用绝对太阳城集团校准 接收器单元 302a 的系统相关器以有助于在遮挡环境中的定位。
     在块 912, 接收器单元 302 随太阳城集团测量多个卫星的卫星测距代码 ( 例如铱星 iGPS 测距代码 )。
     在块 914, 假设无线网络站 702、 704 和 706 是静止的, 测距代码与诸如轨道太阳城集团和 计时信号等卫星太阳城集团组合。
     在块 916, 接收器单元 302a 通过反复集成经过的多个卫星 ( 例如铱星 ) 使用多点 定位 (multilateration) 计算定位。
     在块 918, 使用定位太阳城集团搜索 WiFi 收发器 702、 704 和 706 的位置。
     在块 920, 接收器单元 302a 接收测距代码上传送的 WiFi 收发器 702、 704 和 706 的 位置太阳城集团。
     在块 922, 接收器单元 302a 通过组合来自 WiFi 收发器 702、 704 和 706 的定位太阳城集团 和测距太阳城集团执行绝对地理定位。
     根据一种实施方式, 可以通过无线网络报告漫游用户的位置 ( 如果期望的话 ) 从 而有助于用户追踪。
     为了确定测距, 例如, 可以确定到达的差值太阳城集团。 WiFi 收发器可以发送消息到接收 器单元 302a, 例如电话或计算机, 并且一旦接收器单元 302a 接收到消息即向 WiFi 收发器 发回一个消息。计算机或电话的处理期是已知的。WiFi 收发器知道接收器单元 302a 响应 WiFi 收发器所用的太阳城集团。由此, 可以计算到达的差值太阳城集团 (DTOA), 并且该太阳城集团将等于收发器单元的处理期加上消息返回 WiFi 收发器的太阳城集团。
     在可应用之处, 本公开提供的各个实施方式可以使用硬件、 软件或硬件和软件的 组合实现。另外在可应用处, 此处阐述的各个硬件组件和 / 或软件组件可以组合为包括软 件、 硬件和 / 或两者的合成组件而不背离本公开的精神。在可应用之处, 此处阐述的各个 硬件组件和 / 或软件组件可以分离为包括软件、 硬件或两者的子组件而不背离本公开的精 神。另外, 在可应用之处, 可以想到软件组件可以实现为硬件组件, 反之亦然。
     根据本公开的软件, 诸如程序代码和 / 或数据, 可以存储在一个或更多个计算机 可读介质上。还可以想到此处标识的软件可以使用一个或更多个通用或专用计算机和 / 或 计算机系统、 网络和 / 或其他实现。在可用之处, 此处描述的各个步骤的顺序可以改变、 组 合为合成的步骤和 / 或分离为子步骤以提供本文描述的特征。
     以上描述的实施方式仅仅为了说明的目的而不是限制本发明。 还应理解根据本发 明的原理进行各种修改和变化是可能的。因此, 本发明的范围仅仅由接下来的权利要求限 定。

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利用 卫星 系统 因特网 热点 定位
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