ПОДДЕРЖКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ СПУТНИКОВ
POSITION FINDING SUPPORT USING SATELLITES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к способам поддержки спутникового определения местоположения мобильного устройства со вспомогательными данными и с использованием вспомогательных данных. В равной степени изобретение относится к элементам сети для системы связи, поддерживающей спутниковое определение местоположения мобильного устройства со вспомогательными данными, и к мобильным устройствам, поддерживающим спутниковое определение местоположения мобильного устройства с использованием вспомогательных данных. В равной степени изобретение относится к системам, включающим такие элементы сети и такие мобильные устройства. В равной степени изобретение относится к соответствующим программным кодам и к соответствующим программным продуктам.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время имеются две работающие системы для спутникового определения местоположения: американская система GPS (Global Positioning System, Глобальная система определения местоположения) и российская Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС). В будущем появится европейская система "Галилей" (GALILEO). Общим названием для этих систем является Глобальная навигационная спутниковая система (GNSS, Global Navigation Satellite System).
Например, в системе GPS имеется более 20 спутников, называемых также космическими аппаратами (SV, space vehicle), которые находятся на околоземных орбитах. Каждый из спутников передает два сигнала несущих L1 и L2. Один из этих сигналов L1 используется для переноса навигационного сообщения и кодовых сигналов стандартной службы определения местоположении (SPS, standard positioning service). Фаза несущей L1 модулируется для каждого спутника различным кодом грубого захвата (С/А, Coarse acquisition). Таким образом, для разных спутников имеются различные каналы передачи. Код С/А представляет собой код псевдослучайного шума (PRN, pseudo random noise), который распределяет спектр по номинальной ширине полосы 20,46 МГц. Он повторяется каждые 1023 бита, в результате чего период повторения кода составляет 1 мс. Кроме того, биты С/А также часто называют чипами. Несущую частоту сигнала L1 дополнительно модулируют навигационной информацией со скоростью передачи данных 50 бит/с. Навигационная информация включает, в частности, временную метку, указывающую время передачи, параметры эфемерид и альманаха.
Параметры эфемерид и альманаха GPS содержат, в основном, параметры орбиты искусственного спутника для краткосрочной полиномиальной модели орбиты по отношению к истинной траектории спутника. Параметры сохраняются и обновляются в сервере управления GPS, а затем обновляются в спутниках. На основе имеющихся параметров эфемерид или альманаха алгоритм может оценить положение спутника в течение любого времени, пока спутник движется в рамках такой модели. Полиномиальные орбитальные модели имеют только одну степень свободы, то есть время. Опорным временем для параметров эфемерид и альманаха является время GPS, а именно: время недели GPS (TOW, time of week). Вычисление положения спутника производится в основном экстраполяцией положений спутников на орбите как функции времени, начиная с известного начального положения. Начальное положение также определяется текущими данными эфемерид и альманаха. Кроме того, временная метка указывает, когда спутник находится в заданном начальном орбитальном положении. Временные метки называются эфемеридным временем (TOE, time-of-ephemeris) для параметров эфемерид и временем применимости (TOA, time-of-applicability) для параметров альманаха. Как время TOE, так и время TOA измеряют по отношению к времени TOW GPS.
Вследствие сравнительно краткосрочной пригодности в общем случае для определения положения спутника параметры эфемерид можно использовать только в течение 2-4 часов. С другой стороны, при такой краткосрочной пригодности можно достичь большей точности, чем при более долгосрочной пригодности. Достижимая точность составляет 2-5 м. Напротив, параметры альманаха могут использоваться для грубой оценки положения спутника даже в течение многих недель, но они не подходят для фактического точного определения местоположения вследствие малой точности, обусловленной долгосрочной пригодностью, а также меньшим числом параметров. Данные эфемерид и альманаха передают со спутников GPS в формате, определенном в открытом документе по управлению интерфейсом GPS (ICD, interface control document) под названием ICD-GPS-200. В настоящее время все приемники GPS должны поддерживать этот формат.
Приемник GPS, местоположение которого нужно определить, принимает сигналы, передаваемые доступными в данное время спутниками, и при этом обнаруживает и отслеживает каналы, используемые различными спутниками, на основе различных С/А кодов. Для захвата и отслеживания спутникового сигнала, прежде всего, сигнал, принятый радиочастотным (RF) блоком приемника GPS, преобразуют в частоту основной полосы. В основной полосе погрешности частоты, например, вследствие эффекта Доплера устраняются смесителем. Затем проводят корреляцию сигнала с использованием опорных кодов, которые доступны для всех спутников. Корреляция может быть выполнена, например, с использованием согласованного фильтра. Значения корреляции можно затем интегрировать когерентно и/или некогерентно для повышения чувствительности приема. Значение корреляции, превышающее некоторое пороговое значение, указывает код С/А и фазу кода, которые необходимы для снятия расширения спектра сигнала и, таким образом, для восстановления навигационной информации.
Затем приемник определяет время передачи кода для каждого спутника обычно на основе данных в декодированных навигационных сообщениях и подсчетов периодов дискретизации и чипов кодов С/А. Время передачи и измеренное время прибытия сигнала в приемник позволяет определить время прохождения, необходимое для того, чтобы сигнал от спутника достиг приемника. При умножении этого времени на скорость света мы получаем расстояние или дальность между приемником и соответствующим спутником. Кроме того, приемник оценивает положение спутников во время передачи, обычно на основе параметров эфемерид в декодированных навигационных сообщениях.
Вычисленные расстояния и предполагаемые положения спутников позволяют затем вычислить текущее местоположение приемника, поскольку приемник расположен на пересечении дальностей от набора спутников.
Аналогично, общей идеей для определения местоположения в системе GNSS является прием спутниковых сигналов в приемнике, положение которого требуется определить, измерение времени, которое требуется для распространения сигналов из расчетного положения спутника в приемник, вычисление на основе этого времени распространения расстояния между приемником и соответствующим спутником, а затем вычисление текущего положения приемника с использованием, кроме того, расчетных положений спутников. Ожидается, что европейская спутниковая навигационная система "Галилей" будет иметь собственные документы ICD. Согласно проекту "L1 band part of Galileo Signal in Space ICD (SIS ICD)", 2005, разработанному Galileo Joint Undertaking, документы ICD "Галилей" будут весьма близки к документам ICD GPS, но не будут совпадать с ними. Будут иметься данные эфемерид и альманаха для системы "Галилей", и обе группы параметров будут соотнесены с временем системы "Галилей".
Определение местоположения GPS может быть выполнено в трех различных режимах определения местоположения. Первый режим - автономное определение местоположения на основе GPS. Это означает, что приемник GPS принимает сигналы из спутников GPS и вычисляет по этим сигналам свое положение без какой-либо дополнительной информации из других источников. Второй режим - определение местоположения на основе GPS с помощью сети мобильных станций. В этом режиме приемник GPS может быть связан с устройством мобильной связи. Приемник GPS может быть интегрирован в устройство мобильной связи или быть аксессуаром для устройства мобильной связи. Система мобильной связи предоставляет вспомогательные данные, которые принимаются устройством мобильной связи и передаются в приемник GPS для улучшения его работы. Такие вспомогательные данные могут быть, например, по меньшей мере данными эфемерид, положением и временной информацией. Вычисления для определения местоположения в этом случае также выполняются в приемнике GPS. Третий режим - определение местоположения с помощью GPS на основе сетевых мобильных станций. В этом режиме приемник GPS также связан с устройством мобильной связи. В этом режиме система мобильной связи по меньшей мере способствует сбору данных и получению временной информации посредством устройства мобильной связи, а также передачи ее в приемник GPS для поддержки измерений. Затем результаты измерений через устройство мобильной связи подают в систему мобильной связи, которая производит вычисление местоположения. Второй и третий подход имеют также общее название "неавтономные системы GPS" (A-GPS, assisted-GPS). Если вспомогательные данные включают, например, исходное положение и данные эфемерид для конкретного спутника, приемник GPS может определить приблизительное положение спутника и его перемещение и, таким образом, ограничить возможное время распространения спутникового сигнала и возникающую доплеровскую частоту. Если известны диапазон времени распространения и доплеровская частота, можно также ограничить возможные фазы кодов, которые должны проверяться.
Вспомогательные данные для A-GPS определены и стандартизированы для всех систем сотовой связи. Выдача вспомогательных данных строится поверх специфических протоколов системы сотовой связи, а именно: RRLP для Глобальной системы мобильной связи (GSM), IS-801 для множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA, Code Division Multiple Access), RRC для широкополосного доступа CDMA (WCDMA, Wideband CDMA) и ОМА SUPL. Режим с использованием мобильной станции в настоящее время внедряется в сети CDMA в США для обнаружения местоположения объекта, подавшего сигнал тревоги.
Во всех сотовых протоколах имеется много общих черт, например поддержка режимов GPS. Таким образом, все сотовые протоколы поддерживают системы GPS на основе мобильных станций, системы GPS с использованием мобильных станций и автономные системы GPS. Кроме того, все протоколы имеют высокую зависимость от GPS. Как сказано выше, вспомогательные данные, которые предоставлены для A-GPS системой сотовой связи, могут включать спутниковые навигационные данные, включая данные эфемерид и альманаха GPS. Все сотовые протоколы для вспомогательных данных GPS определяют для этого информационные элементы (IE, information element) для данных эфемерид и альманаха лишь с небольшими различиями. Информационные элементы эфемерид и альманаха, определенные в сотовых протоколах, фактически идентичны определенным в документе ICD-GPS-200. Таким образом, они имеют те же ограничения и ожидаемую точность, что и данные эфемерид и альманаха, которые транслируются спутниками. Это соответствие облегчает приемнику GPS использование вспомогательных данных в вычислениях местоположения, поскольку фактически не требует преобразований или дополнительного программного обеспечения. Кроме того, согласно всем сотовым протоколам по сотовой связи происходит посылка модели ионосферы GPS. Согласно всем сотовым протоколам элементы вспомогательных данных GPS связаны со временем GPS. Кроме того, согласно всем сотовым протоколам помощь в сборе данных организована специально для GPS и не может использоваться для вычисления местоположения в мобильной станции. Наконец, согласно всем сотовым протоколам все элементы данных индексированы в соответствии с комбинацией спутников GPS.
Однако, хотя во всех относящихся к GPS сотовых протоколах есть общие черты, имеются и отличия. Это означает, что программное обеспечение терминала, принимающего вспомогательные данные, должно или иметь уровень адаптации для сотовых протоколов, или поддерживать только некоторые из сотовых протоколов. Кроме того, различия в сотовых протоколах, особенно в контентах сообщений, влияют на рабочие характеристики A-GPS в терминах времени до первой настройки и чувствительности.
Дополнительная проблема состоит в том, чтобы использовать параметры эфемерид или альманаха для точного предсказания фаз кодов спутников и доплеровских частот в приемнике GPS для начального захвата сигналов, причем вспомогательные данные из сети должны также включать точные данные GPS TOW. В сетях GSM и WCDMA точная доставка TOW GPS требует развертывания в каждой сотовой базовой станции блоков измерения местоположения (LMU, Location Measuring Units), которые способны непосредственно собирать и оценивать сигналы GPS. Однако блоки измерения местоположения дороги и требуют непрерывного технического обслуживания.
Кроме того, текущие форматы данных эфемерид и альманаха в сотовых протоколах основаны на форматах, определенных специально для GPS. Вспомогательные данные также будут важны для системы "Галилей", чтобы обеспечить сопоставимость рабочих характеристик системы "Галилей" по отношению к A-GPS. Можно ожидать, что формат эфемерид в системе "Галилей" будет отличаться от форматов эфемерид и альманаха GPS, так что "Галилей" не сможет просто воспользоваться форматом вспомогательных данных GPS. Если эфемерида "Галилей" отличается от эфемериды GPS, сотовые стандарты должны быть расширены на специфические информационные элементы системы "Галилей", а использование системы "Галилей" для определения местоположения требует дополнительного программного обеспечения в приемниках. Кроме того, "Галилей" и GPS могут иметь различное качество обслуживания, то есть данные эфемерид системы "Галилей" могут иметь большую точность, чем данные эфемерид GPS, что приведет к большей точности определения местоположения на основе системы "Галилей". Кроме того, параметры эфемерид системы "Галилей" и GPS могут иметь различный срок действия. В этом случае одновременное обновление вспомогательных данных невозможно, а обновление вспомогательных данных должно планироваться независимо для систем "Галилей" и GPS.
Таким образом, имеются различные проблемы с текущими вспомогательными данными GPS.
Было предложено расширить элементы вспомогательных данных 3GPP GPS для сигналов системы "Галилей" путем модификации индексации элементов данных эфемерид, чтобы индексация могла также включить спутники "Галилей". Формат данных эфемерид тогда по существу был бы одинаковым для спутников "Галилей" и GPS. В таком решении и вспомогательные данные GPS, и "Галилея" все еще подпадали бы под ограничения текущих данных эфемерид и альманаха GPS, а кроме того, все еще была бы необходима доставка TOE GPS.
Кроме того, известно повышение точности и целостности орбитальных моделей посредством корректирующих данных. Например, Европейская служба объединения геостационарной навигации (EGNOS, European Geostationary Navigation Overlay Service) и Система панорамного обзора (WAAS, Wide Area Augmentation System) определяют корректирующие данные GPS, которые учитывают, например, задержку сигнала GPS, обусловленную атмосферой и ионосферой. Корректирующие данные передают через геостационарные спутники, и эти данные могут быть приняты соответствующими приемниками GPS и использоваться для повышения точности определения местоположения на основе GPS. Кроме того, для смягчения влияния избирательной пригодности были введены дифференциальные коррекции GPS (DGPS, differential GPS corrections). Они пригодны для исключения воздействия атмосферы, положения спутников и дрейфа синхронизации. Однако при этом коррекции WAAS, EGNOS и DGPS всегда привязаны к единственному набору эфемерид. Когда вместо нормальных параметров эфемерид используются долгосрочные орбитальные параметры спутников, коррекции WAAS, EGNOS и DGPS использовать нельзя, поскольку они привязаны к нормальным данным эфемерид.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предлагает альтернативы общепринятому предоставлению и использованию вспомогательных данных для спутникового определения местоположения мобильного устройства.
I.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения первый способ предназначен для поддержки спутникового определения местоположения мобильного устройства с использованием вспомогательных данных, причем мобильное устройство выполнено с возможностью связи с системой связи и приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения. Способ включает преобразование в системе связи доступных параметров для специализированной орбитальной модели, описывающей перемещение спутника, причем эта специализированная орбитальная модель определена для конкретной системы спутникового определения местоположения, в параметры общей орбитальной модели, описывающей перемещение спутника. Кроме того, способ включает выдачу преобразованных параметров в качестве части вспомогательных данных для спутникового определения местоположения.
Кроме того, согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен второй способ поддержки спутникового определения местоположения мобильного устройства с использованием вспомогательных данных, причем мобильное устройство выполнено с возможностью связи с системой связи и приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения. Этот способ включает прием мобильным устройством вспомогательных данных из системы связи, включая параметры общей орбитальной модели, описывающей перемещение спутника. Кроме того, способ включает оценку положения спутника по меньшей мере в рамках одной системы спутникового определения местоположения на основе принятых параметров общей орбитальной модели.
Кроме того, согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен сетевой элемент для системы связи, поддерживающей спутниковое определение местоположения мобильного устройства с использованием вспомогательных данных, причем мобильное устройство выполнено с возможностью связи с системой связи и приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения. Сетевой элемент содержит средство обработки. Средство обработки выполнено с возможностью преобразования доступных параметров специализированной орбитальной модели, описывающей перемещение спутника, причем эта специализированная орбитальная модель определена для конкретной системы спутникового определения местоположения, в параметры общей орбитальной модели, описывающей перемещение спутника. Кроме того, средство обработки выполнено с возможностью выдачи преобразованных параметров в качестве части вспомогательных данных для спутникового определения местоположения.
Кроме того, согласно первому аспекту настоящего изобретения предложено мобильное устройство, поддерживающее спутниковое определение местоположения этого мобильного устройства с использованием вспомогательных данных. Мобильное устройство включает приемник спутникового сигнала, выполненный с возможностью приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения. Мобильное устройство дополнительно содержит компонент связи, выполненный с возможностью приема из системы связи вспомогательных данных с параметрами общей орбитальной модели, описывающей перемещение спутника. Кроме того, мобильное устройство содержит средство обработки, выполненное с возможностью оценки положения спутника в рамках по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения, основанной на принятых параметров общей орбитальной модели.
Кроме того, согласно первому аспекту настоящего изобретения предложена система, которая содержит сетевой элемент, предложенный для первого аспекта настоящего изобретения, и мобильное устройство, предложенное для первого аспекта настоящего изобретения.
Кроме того, согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен первый программный код для поддержки спутникового определения местоположения мобильного устройства с вспомогательными данными, причем это мобильное устройство выполнено с возможностью связи с системой связи и приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения. При его выполнении обрабатывающим устройством сетевого элемента системы связи этот программный код обеспечивает реализацию первого способа для первого аспекта настоящего изобретения.
Кроме того, согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен первый компьютерный программный продукт, в котором хранится первый программный код, предложенный для первого аспекта настоящего изобретения.
Кроме того, согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен второй программный код для поддержки спутникового определения местоположения мобильного устройства с использованием вспомогательных данных, причем мобильное устройство выполнено с возможностью связи с системой связи и приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения. При его выполнении обрабатывающим устройством мобильного устройства программный код обеспечивает реализацию второго способа для первого аспекта настоящего изобретения.
Кроме того, согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен второй компьютерный программный продукт, в котором хранится второй программный код, предложенный для первого аспекта настоящего изобретения.
Первый аспект изобретения основан на том, чтобы формат параметров орбитальной модели, которые предоставлены в качестве вспомогательных данных для спутникового определения местоположения, отделить от формата орбитальных параметров, которые определены в пределах соответствующей системы спутникового определения местоположения. Поэтому предполагается, что доступные орбитальные параметры для конкретной системы спутникового определения местоположения преобразуются в параметры общей орбитальной модели. Общая орбитальная модель может, но не обязательно, быть определена одновременно по меньшей мере для двух систем спутникового определения местоположения. Следует отметить, что термин "преобразование" охватывает также и пересчет параметров для общей орбитальной модели.
Преимуществом первого аспекта настоящего изобретения является то, что одна и та же орбитальная модель может быть использована для вспомогательных данных различных систем спутникового определения местоположения. В общей орбитальной модели близкие в смысле точности рабочие характеристики могут быть достигнуты для всех поддерживаемых систем спутникового определения местоположения. Кроме того, легко добавить новые системы спутникового определения местоположения. Таким образом, определение местоположения с использованием вспомогательных данных, например A-GNSS, могло быть согласовано с различными стандартами связи, например со всеми стандартами сотовой связи. Кроме того, в мобильных устройствах общая орбитальная модель облегчает гибридизацию, например гибридизацию "Галилей"-GPS, которая позволяет производить вычисления для определения местоположения мобильного устройства по спутниковым сигналам со спутников GPS и спутников “Галилей". Кроме того, можно использовать общую орбитальную модель в качестве единственной орбитальной модели для конкретной системы спутникового определения местоположения, например вместо модели эфемерид и альманаха GPS, и в равной степени в качестве единственной орбитальной модели для всех режимов определения местоположения, например для системы GNSS с участием мобильной станции и GNSS на основе мобильной станции. Таким образом, использование общей орбитальной модели уменьшает количество элементов данных, которые должны быть поддержаны в стандартах связи. Размер и сложность программного обеспечения для определения местоположения в мобильном устройстве можно уменьшить при использовании общей орбитальной модели в мобильном устройстве, возможно, для гибридного приемника GPS/”Галилей", который обходится без автономного определения местоположения. Таким образом, в случае, если само мобильное устройство не имеет никакого программного обеспечения для декодирования спутниковых навигационных данных, но имеет только программное обеспечение, поддерживающее предложенную общую орбитальную модель, обеспечивается работоспособность системы, хотя этот случай не является предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения. Кроме того, ту же самую общую орбитальную модель можно использовать даже для обеспечения вспомогательных данных для земных систем определения местоположения.
Кроме того, преимущество первого аспекта настоящего изобретения состоит в том, что возможные изменения в формате параметров специализированных орбитальных моделей, таких как параметры, определенные в документе ICD-GPS-200, не требуют изменений в преобразованных параметрах. Таким образом, интерфейс между системой связи и мобильными устройствами может оставаться неизменным. Следует адаптировать только преобразование действующих параметров.
Кроме того, преимущество первого аспекта настоящего изобретения состоит в том, что формат преобразованных параметров не связан с форматом исходных параметров. Таким образом, преобразование гарантирует обеспечение расширенных параметров и, таким образом, улучшение рабочих характеристик определения местоположения с использованием вспомогательных данных.
Общая орбитальная модель может, например, включать больше параметров, чем специализированная орбитальная модель, или параметры с большей длиной слова, чем соответствующие параметры для специализированной орбитальной модели. Это позволяет повысить точность орбитальной модели и/или время пригодности соответствующих параметров. Если орбитальная модель оказывается более точной, то полученное в результате местоположение может иметь большую точность. Если параметры пригодны в течение большего времени, требуется меньше обновлений, что экономит ширину полосы в системе связи.
Лаборатория реактивной тяги Калифорнийского технологического института (JPL, Jet Propulsion Laboratory of the California Institute of Technology) уже продемонстрировала, что можно повысить точность и время жизни орбитальных моделей для искусственных спутников путем увеличения длины слова орбитальных параметров. Международная служба GPS (IGS, International GPS Service) с помощью разработок JPL обеспечивает высокую точность орбитальной модели в течение 48 часов с использованием Интернета. JPL публикует так называемые ультрабыстрые данные орбитального местоположения, которые действительны и обеспечивают точность порядка дециметра по меньшей мере в течение ±24 часов, то есть на 24 часа вперед. Типично данные находятся в формате sp3, который содержит координаты положения и скорости спутника в системе координат "Земля в центре и Земля неподвижна" (ECEF, Earth Centered Earth Fixed), время и оценки точности, выбираемые для некоторого интервала, типично 15 мин. Данные даются для всех спутников системы GPS. Данные сами по себе не подходят для определения местоположения терминала, но должны быть моделированы, например аппроксимированы полиномом, что дает компактный набор параметров для терминала, позволяющий определить положения спутников и их скорости экстраполяцией в зависимости от времени. Для полиномиальной аппроксимации можно использовать "полиномиальный формат", определенный для данных эфемерид GPS. Кроме того, моделирование необходимо для учета дрейфа спутниковых часов. IGS предоставляет точную информацию и для спутниковых часов, которые также необходимо моделировать, например, также в виде полиномов. Модель часов включена в стандартное спутниковое вещание в субкадре 1 в соответствии с документом ICD GPS и обеспечивается также во вспомогательных данных из сотовой системы. Обычно предполагается, что модель часов является частью эфемерид, но она все еще остается самостоятельной моделью.
Компания Global Locate Inc. уже продемонстрировала, что можно увеличить точность и продолжительность жизни моделей для орбит искусственных спутников путем вычисления совместимых с ICD-GPS-200 полиномов с использованием альтернативного критерия подгонки по сравнению с используемым в GPS. Спутниковая служба эфемерид в Global Locate Inc. использует формат ICD-GPS-200 для переноса долгосрочных орбитальных моделей для всех спутников GPS. Продолжительность жизни долгосрочной модели может намного превышать время жизни транслируемых эфемерид. Однако последний подход все еще привязан к формату эфемерид GPS.
Доступные параметры специфической орбитальной модели могут быть, например, транслируемыми параметрами эфемерид или другими орбитальными данными, данными эфемерид или другими орбитальными данными, поставляемыми сегментами управления GNSS, и/или данными эфемерид или другими орбитальными данными, поставляемыми внешним источником, например IGS.
Общая орбитальная модель может быть основана на кеплеровских орбитах и параметрах, используемых для моделей эфемерид и альманаха GPS. Но для моделирования информации о положении спутника можно также использовать различные другие представления. Примеры включают сплайны, полиномы Эрмита, кусочно-непрерывные полиномы и т.д. Например, модель на основе полиномов четвертого порядка можно приспособить для описания истинной траектории орбиты спутника, выдаваемой в кадре ECEF. Полиномиальную модель можно подогнать с использованием критерия, который минимизирует среднеквадратичную ошибку (RMSE, root mean of squared errors). Затем полиномиальную модель можно использовать для экстраполяции информации о положении спутника в будущее.
Благодаря sр3-формату, включающему положение ECEF, скорость ECEF и смещение для часов/точности дрейфа (стандартной), данные IGS удобно использовать, например, при подгонке к полиному. Моделирование может быть выполнено, например, подгонкой сплайнами или полиномами Эрмита, так чтобы полиномы были подогнаны под данные о положении и скорости спутника в течение предыдущих 24-48 часов. В предлагаемой общей орбитальной модели имеется больше свободы для выбора параметров по сравнению с простым использованием "полиномиального формата", определенного для данных эфемерид GPS. Порядок полинома, количество параметров и длины кодов можно выбрать согласно желательной точности и ожидаемому сроку использования данной подгонки.
Общие орбитальные образцовые параметры, которые в конечном счете предоставляются как часть вспомогательных данных, могут включать параметры для всей группы спутников в конкретной системе спутникового определения местоположения, для всей группы спутников для множества систем спутникового определения местоположения или для части одной или нескольких групп спутников, в зависимости от возможностей мобильного устройства.
Поддерживаемые системы спутникового определения местоположения могут быть выбраны произвольно. Они могут включать, например, GPS, ГЛОНАСС и "Галилей", но в равной степени EGNOS, WAAS и т.д.
В дополнение к преобразованным параметрам предоставляемые вспомогательные данные могут включать, в частности, опорное время, например в форме параметров модели часов, и пространственную точку отсчета. Следует отметить, что даже сама общая орбитальная модель может содержать, в дополнение к модели для данных о положении и скорости спутника, модель для смещения и дрейфа спутниковых часов, точку отсчета времени для инициализации, оценки для положения, скорости спутника, точность часов и, возможно, также модель для учета влияния на положение спутника фазовой коррекции при вычислении точного положения точки (РРР, precise point positioning). Системой отсчета для моделей положения и скорости предпочтительно является система координат ECEF, поскольку в ней может быть легко выполнена коррекция вследствие земного вращения. Преобразование к локальным системам координат ("восток-север-вверх") может быть достигнуто простым матричным умножением. Данные IGS могут быть обобщены в системе координат ECEF.
Кроме того, предоставляемые вспомогательные данные могут включать другую разнообразную информацию. Примерами являются корректирующие данные DGPS, корректирующие данные кинематики в реальном времени (RTK, Real Time Kinematics) и измерения фазы несущей для спутниковых сигналов. По вопросам высокой точности определение местоположения RTK см. документ WO 2004/000732 А1. Измерения фазы несущей и опорные значения RTK подходят, например, для обеспечения высокоточного определения местоположения. Должно быть понятно, что корректирующие данные RTK, известные для GPS, можно адаптировать в качестве необходимых для поддержки определения местоположения на базе системы "Галилей" и т.д. Примеры дополнительных вспомогательных данных включают корректирующие данные EGNOS и WAAS. Трансляцию данных из геостационарных спутников EGNOS и WAAS трудно принять в высокоширотных областях. Поэтому как альтернатива эти данные можно предоставить в качестве вспомогательных сетевых данных, в особенности, если общей орбитальной моделью является краткосрочная орбитальная модель, поскольку текущие корректирующие данные EGNOS/WAAS сами по себе не подходят для долгосрочных орбитальных моделей. Еще один пример дополнительных вспомогательных данных - это данные краткосрочной дифференциальной коррекции для долгосрочных орбитальных моделей. Еще одним примером дополнительных вспомогательных данных являются параметры модели ионосферы и/или параметры модели тропосферы. Еще одним примером дополнительных вспомогательных данных являются краткосрочные предупреждения о целостности, которые могут быть представлены в случае внезапного отказа спутника, для исключения этого спутника при вычислении местоположения. Еще одним примером дополнительных вспомогательных данных являются биты данных по меньшей мере для одной системы спутникового определения местоположения, позволяющей стирать данные после запроса из мобильного устройства. Стирание данных - это способ повышения чувствительности приемника спутниковых сигналов. Например, если контент данных GPS не известен, можно когерентно интегрировать сигналы GPS только в течение 20 мс (1 бит GPS). В случае, если биты данных известны, интегрирование когерентного сигнала может быть продолжено более чем на несколько битов GPS, что обеспечивает повышение чувствительности приблизительно на 1,5 дБ при каждом удвоении времени интегрирования. Например, 40 мс (2 бита) могут обеспечить усиление на 1,5 дБ, а 80 мс (4 бита) - усиление на 3 дБ.
В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения тот же или другой сетевой элемент в сети связи дополнительно заменяет опорное значение в преобразованных параметрах, которое основано на времени системы спутникового определения местоположения, таким опорным значением, которое основано на времени системы связи. Таким образом, общая орбитальная модель ссылается только на время системы связи, и, таким образом, информацию о положении спутника можно вычислить как функцию времени системы связи вместо, например, времени систем GPS или "Галилей".
Временная развертка системы связи может использоваться, если соотношение между временами системы GNSS и системы связи известно точно, что позволяет предсказать для достижения высокой чувствительности точную фазу сигнала и эффект Доплера. Для времени системы связи во вспомогательных данных могут быть обеспечены дополнительные области, в зависимости от конкретной системы связи. Информацией, специфической для системы, может быть кадр, слот и бит для GSM, номер системного кадра, слот и чип для WCDMA и мировое время UTC для CDMA. Учет слота и бита или чипа соответственно в GSM и WCDMA обеспечивает достаточное разрешение. Поля могут также содержать оценку неопределенности времени (стандартную) для оценки неопределенности в прогнозах фазы сигнала и эффекта Доплера.
В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения общая орбитальная модель ссылается на две временные базы, например мировое время и/или время системы связи. Мировое время обеспечивает универсальную систему отсчета времени для всех систем GNSS и позволяет оценить количество возможных специфических прокруток кадров/суперкадров, например, для систем сотовой связи. Система отсчета для мирового времени также подходит для устранения проблемы возможной разницы в системах GNSS. Системы GPS, "Галилей" и ГЛОНАСС имеют различное системное время. Таким образом, смещения между системными временами должны быть известны, если системы используются в гибридном расположении, например, с использованием одного сигнала GPS для предсказания фазы сигналов системы "Галилей". Эта проблема устраняется, если поместить модель в общую временную развертку, то есть в мировое время. Разности между временами системы GNSS могут быть компенсированы в модели часов. Например, в общей модели часов может использоваться непрерывная подгонка полиномом второго порядка, имеющим три параметра: смещение, дрейф и бросок. Грубо говоря, это примерно то же самое, что модель часов в текущем стандарте GPS ICD. Однако может также использоваться любая другая модель. Модель часов может также включать оценку точности или неопределенности для ошибки часов. Мировое время также может быть временной меткой/идентификатором для орбитальной модели.
Вспомогательные данные можно передать в специфическое мобильное устройство, в частности, после запроса этим мобильным устройством. Альтернативно, однако, их можно также передать, например, в соответствующую ячейку системы сотовой связи.
Затем мобильное устройство, принимающее вспомогательные данные, может оценить положение спутника по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения с использованием преобразованных параметров.
II.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения первый способ предназначен для поддержки спутникового определения местоположения мобильного устройства с вспомогательными данными, причем мобильное устройство выполнено с возможностью связи с системой связи и приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения. Способ включает замену в системе связи опорного значения, которое основано на времени спутниковой системы определения местоположения в доступных параметрах орбитальной модели, описывающей перемещение спутника, на опорное значение, которое основано на времени системы связи. Способ дополнительно включает выдачу параметров, включающих замененное опорное значение в качестве вспомогательных данных для спутникового определения местоположения.
Кроме того, согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен второй способ поддержки спутникового определения местоположения мобильного устройства с использованием вспомогательных данных, причем мобильное устройство выполнено с возможностью связи с системой связи и приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения. Этот способ включает прием мобильным устройством вспомогательных данных из системы связи, включая временную метку, которая основана на времени системы связи. Способ дополнительно включает определение в мобильном устройстве времени системы связи. Способ дополнительно включает оценку в мобильном устройстве положения спутника по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения с использованием параметров во вспомогательных данных на основе определенного времени системы связи.
Кроме того, согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен сетевой элемент для системы связи, поддерживающей спутниковое определение местоположения мобильного устройства со вспомогательными данными, причем мобильное устройство выполнено с возможностью связи с системой связи и приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения. Элемент сети включает средство обработки. Средство обработки предназначено для замены опорного значения, которое основано на времени спутниковой системы определения местоположения в доступных параметрах орбитальной модели, описывающей перемещение спутника, на опорное значение, которое основано на времени системы связи. Кроме того, средство обработки выполнено с возможностью выдачи параметров, включая замененное опорное значение, в качестве части вспомогательных данных для спутникового определения местоположения.
Кроме того, согласно первому аспекту настоящего изобретения предложено мобильное устройство, поддерживающее спутниковое определение местоположения самого указанного мобильного устройства с использованием вспомогательных данных. Мобильное устройство включает приемник спутникового сигнала, выполненный с возможностью приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения. Мобильное устройство дополнительно содержит компонент связи, выполненный с возможностью приема из системы связи вспомогательных данных с временной меткой, которая основана на времени системы связи. Мобильное устройство дополнительно содержит средство обработки, выполненное с возможностью определения времени системы связи. Мобильное устройство дополнительно включает средство обработки, выполненное с возможностью оценки положения спутника по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения с использованием параметров в принятых вспомогательных данных на основе определенного времени системы связи.
Кроме того, согласно второму аспекту настоящего изобретения предложена система, которая содержит предложенный сетевой элемент для второго аспекта настоящего изобретения и предложенное мобильное устройство для второго аспекта настоящего изобретения.
Кроме того, согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен первый программный код для поддержки спутникового определения местоположения мобильного устройства с вспомогательными данными, причем это мобильное устройство выполнено с возможностью связи с системой связи и приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения. При его выполнении обрабатывающим устройством сетевого элемента системы связи программный код обеспечивает реализацию первого способа для второго аспекта настоящего изобретения.
Кроме того, согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен первый компьютерный программный продукт, в котором хранится первый программный код, предложенный для второго аспекта настоящего изобретения.
Кроме того, согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен второй программный код для поддержания спутникового определения местоположения мобильного устройства с использованием вспомогательных данных, причем мобильное устройство выполнено с возможностью связи с системой связи и приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения. При его выполнении обрабатывающим устройством мобильного устройства программный код обеспечивает реализацию второго способа для второго аспекта настоящего изобретения.
Кроме того, согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен второй компьютерный программный продукт, в котором хранится второй программный код, предложенный для второго аспекта настоящего изобретения.
Второй аспект изобретения основан на идее, что положение спутника можно оценить на основе параметров орбитальной модели с использованием времени системы связи вместо времени системы спутникового определения местоположения. Для возможности такой оценки предложено, чтобы опорное значение в доступных параметрах, которое основано на времени системы спутникового определения местоположения, было заменено на опорное значение на основе времени системы связи. Например, в случае параметров эфемерид GPS эфемеридное время (TOE) заменяют на время системы связи, а в случае параметров альманаха GPS время альманаха (ТОА) заменяют на время системы связи. Для возможности замены опорных значений, как предложено выше, в системе связи соотношение между временем системы спутникового определения местоположения и временем системы связи должно быть известно. Но поскольку точность соотношения времен не является очень жесткой, это соотношение может быть сделано доступным для сети несколькими способами.
Преимущество второго аспекта изобретения состоит в том, что вспомогательные данные сделаны не зависящими от времени системы спутникового определения местоположения и что время системы спутникового определения местоположения не обязательно должно быть доступно для мобильного устройства.
Второй аспект настоящего изобретения может использоваться для любой поддерживаемой системы спутникового определения местоположения, например для A-GPS или поддерживаемой системы "Галилей".
Если система связи представляет собой, например, сеть GSM, время системы связи может быть определено соответствующей комбинацией номера кадра, временного слота и номера бита. Если система связи представляет собой, например, сеть WCDMA, время системы связи может быть определено соответствующим номером системного кадра, слотом и чипом. К примеру, все современные сотовые терминалы уже способны декодировать номер кадра. Таким образом, подходящая информация о времени уже доступна для вычисления положения спутников, то есть для экстраполяции положений спутников с использованием времени системы сотовой связи.
В случае GPS легко провести расширение текущего стандарта GSM и сотового стандарта WCDMA с применением сотовых временных меток. Уже имеются информационные элементы и параметры для точной передачи времени. Те же самые параметры можно добавить к информационным элементам эфемерид и альманаха, которые используются вместо эфемеридного времени и времени альманаха, но имеют такую же временную информацию и используются в качестве TOW. Этот подход имел бы и обратную совместимость.
Мобильное устройство может получить вспомогательные данные с замененным опорным значением из системы связи. Затем оно может определить время системы связи и оценить положение спутника по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения с использованием параметров во вспомогательных данных на основе времени системы связи. Даже при том, что время системы спутникового определения местоположения не было передано в мобильное устройство, при наличии информации о положении спутников обеспечивается точное прогнозирование фаз кодов и доплеровских частот в принимаемых спутниковых сигналах, как известно специалистам в данной области техники.
Мобильное устройство, принявшее вспомогательные данные из системы связи, может выдать в систему связи по умолчанию заранее заданный набор элементов обратной связи. В существующих подходах набор элементов обратной связи зависит от режима определения местоположения, то есть от того, является ли определение местоположения основанным на мобильной станции или производится лишь с участием мобильной станции. Данные обратной связи могут включать информацию о положении, например определенное положение мобильного устройства, определенную скорость мобильного устройства, определенное время по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения и выявленные неопределенности в измерениях и/или положении. Данные обратной связи могут дополнительно включать измерения на основе принятых спутниковых сигналов и/или соотношения между временем системы спутникового определения местоположения и временем системы связи. Данные обратной связи могут также включать измерения разности наблюдаемых времен (OTD, Observed Time Difference), выполненные на сигналах, принятых из множества базовых станций системы связи. Чтобы сделать информацию независимой, мобильное устройство может возвращать измерения OTD в систему связи не в виде разности кадров или субкадров, а в долях секунды, т.е. микросекундах или наносекундах.
Может также потребоваться, чтобы мобильное устройство обрабатывало соотношение между временем по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения и временем системы связи. Если мобильное устройство получило местоположение GNSS, оно может привязать к нему текущее время системы связи, например в единицах кадра, субкадра, слота, бита и чипа, с помощью определенного времени системы спутникового определения местоположения. Альтернативно, мобильное устройство может принять начальное соотношение времен в виде вспомогательных данных. Соотношение времен может быть обработано, например, путем оценки информации о разности времен из сети, оценки измерений OTD, выполненных в мобильном устройстве, и повторной установки соотношения "универсальное скоординированное время (UTC) - сотовое время", если неопределенность в соотношении получится слишком большой, или путем оценки вспомогательного времени GNSS из сети. Например, в сетях CDMA, времена GPS и UTC доступны по умолчанию. Если мобильное устройство имеет действительное соотношение времен, это соотношение может использоваться для улучшения рабочих характеристик в терминах "времени до первой регулировки" (time-to-first-fix) и чувствительности. Улучшение рабочих характеристик может быть достигнуто при соотношении времен с точностью сотен микросекунд. Установленное соотношение времен может также быть включено в запрос к системе связи на вспомогательные данные со стороны мобильного устройства.
Система связи может собирать данные о местоположении, данные о соотношении времен и измерения OTD, предоставляемые в виде обратной связи с мобильными устройствами, для создания базы данных разностей времен между базовыми станциями. Эта база данных может использоваться для поставки вспомогательных данных с точным временем в мобильные устройства для повышения чувствительности без доставки времени системы спутникового определения местоположения как такового. Если мобильное устройство не в состоянии вычислить результат местоположения, для оценки положения мобильного устройства в системе связи можно также использовать измерения спутниковых сигналов в рамках обратной связи, если таковая имеется.
III.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен способ поддержки спутникового определения местоположения мобильного устройства с использованием вспомогательных данных, причем мобильное устройство выполнено с возможностью связи с системой связи и приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения, и при этом система связи выполнена с возможностью поддержки по меньшей мере двух различных режимов определения местоположения. Способ включает передачу по меньшей мере одного набора данных, который является не зависящим от используемого режима определения местоположения, по меньшей мере в одном направлении между мобильным устройством и системой связи в рамках определения местоположения мобильного устройства.
Кроме того, согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен сетевой элемент для системы связи, поддерживающей спутниковое определение местоположения мобильного устройства с вспомогательными данными, причем мобильное устройство выполнено с возможностью связи с системой связи и приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения. Элемент сети включает средство обработки, которое выполнено с возможностью передачи в мобильное устройство по меньшей мере одного набора данных, который не зависит от используемого режима определения местоположения, и/или для приема из мобильного устройства по меньшей мере одного набора данных, который не зависит от используемого режима определения местоположения, в рамках определения местоположения мобильного устройства.
Кроме того, согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложено мобильное устройство, поддерживающее спутниковое определение местоположения этого мобильного устройства с использованием вспомогательных данных. Мобильное устройство включает приемник спутниковых сигналов, выполненный с возможностью приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения. Мобильное устройство дополнительно содержит компонент связи, выполненный с возможностью передачи в систему связи по меньшей мере одного набора данных, который не зависит от используемого режима определения местоположения, и/или для приема из системы связи по меньшей мере одного набора данных, который не зависит от используемого режима определения местоположения, в рамках определения местоположения мобильного устройства.
Кроме того, согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложена система, которая содержит предложенный сетевой элемент для третьего аспекта настоящего изобретения и предложенное мобильное устройство для третьего аспекта настоящего изобретения.
Кроме того, согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен первый программный код для поддержки спутникового определения местоположения мобильного устройства с вспомогательными данными, причем это мобильное устройство выполнено с возможностью связи с системой связи и приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения. При его выполнении обрабатывающим устройством сетевого элемента системы связи программный код обеспечивает передачу в мобильное устройство по меньшей мере одного набора данных, который не зависит от используемого режима определения местоположения, и/или прием из мобильного устройства по меньшей мере одного набора данных, который не зависит от используемого режима определения местоположения, в рамках определения местоположения мобильного устройства.
Кроме того, согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен первый компьютерный программный продукт, в котором хранится первый программный код, предложенный для третьего аспекта настоящего изобретения.
Кроме того, согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен второй программный код для поддержки спутникового определения местоположения мобильного устройства с использованием вспомогательных данных, причем мобильное устройство выполнено с возможностью связи с системой связи и приема сигналов, передаваемых спутниками по меньшей мере одной системы спутникового определения местоположения. При его выполнении обрабатывающим устройством мобильного устройства программный код обеспечивает передачу по меньшей мере одного набора данных, который не зависит от используемого режима определения местоположения к системе связи, и/или прием по меньшей мере одного набора данных, который не зависит от используемого режима определения местоположения, из системы связи, в рамках определения местоположения мобильного устройства.
И наконец, согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен второй компьютерный программный продукт, в котором хранится второй программный код, предложенный для третьего аспекта настоящего изобретения.
Третий аспект настоящего изобретения основан на предположении, что все современные стандарты вспомогательных данных предъявляют различные технические требования для различных режимов определения местоположения. Для объединения и упрощения технических требований и обработки предложено, чтобы по меньшей мере один набор данных, который передается между мобильным устройством и системой связи в рамках определения местоположения, был по существу одинаковым, независимо от используемого режима определения местоположения.
Этот по меньшей мере один набор данных может принадлежать, например, к вспомогательным данным, которые передаются из системы связи в мобильное устройство. Это позволяет обеспечить, чтобы операции, выполняемые в мобильном устройстве в рамках спутникового определения местоположения, по существу были бы одинаковыми независимо от используемого режима определения местоположения.
Кроме того, этот по меньшей мере один набор данных может относиться к информации об обратной связи, передаваемой из мобильного устройства в систему связи. В этом случае этот по меньшей мере один набор данных может включать, например, информацию об измерениях для спутниковых сигналов, принятых мобильным устройством. Если мобильное устройство само определяет свое положение на основе принятых спутниковых сигналов, определенное положение может быть добавлено к общему набору данных.
Следует отметить, что вычисление положения мобильного устройства может быть выполнено как в мобильном устройстве, так и в системе связи.
IV.
Еще один аспект настоящего изобретения следует из того, что вместо вычисления любого вида корректирующих данных на основе нормальных параметров эфемерид эти корректирующие данные можно вычислить на основе параметров долгосрочной орбитальной модели, которые действительны по меньшей мере в течение одних суток. В результате корректирующие данные могут быть использованы с долгосрочными орбитальными параметрами, а не только с краткосрочными параметрами эфемерид. Эти параметры, можно передавать раньше, чем корректирующие данные, или одновременно с корректирующими данными. Корректирующими данными могут быть, например, корректирующие данные WAAS, EGNOS или DGPS, но также и другие подходящие корректирующие данные или данные нового типа.
Кроме того, точность параметров долгосрочной орбитальной модели со временем ухудшается. Но с использованием предложенных корректирующих данных можно расширить даже продолжительность действия этих долгосрочных орбитальных параметров.
Таким образом, предложенные корректирующие данные позволяют повысить точность и целостность долгосрочных орбитальных моделей. Поскольку при использовании точных корректирующих данных обновления орбитальных данных должны происходить менее часто, количество данных, которое должно передаваться между системой связи и мобильным устройством, уменьшается, что уменьшает нагрузку на ширину полосы. Кроме того, корректирующие модели могут быть более точными и долгосрочными, чем существующие модели. Благодаря сущности избирательной пригодности коррекции DGPS, например, первоначально рассматривались как очень краткосрочные и не очень точные коррекции. Поскольку избирательная пригодность в настоящее время отброшена, может быть разработан новый тип коррекций DGPS, отличающийся высокой точностью. Кроме того, для всех групп спутников, таких как GPS, "Галилей", ГЛОНАСС и т.д., может использоваться единственный формат корректирующих данных.
На стороне сети сервер может вычислять корректирующие данные для долгосрочных орбитальных моделей в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения. Параметры долгосрочной орбитальной модели могут быть действительны в течение нескольких дней и занимать некоторую ширину полосы сети при их передаче в мобильное устройство в качестве части вспомогательных данных. Корректирующие данные могут быть действительны в течение нескольких часов, но это требует меньшей ширины полосы, чем при передаче параметров долгосрочной орбитальной модели. Подходящий набор корректирующих данных можно вычислить различными способами. Фактические корректирующие данные могут быть вычислены, например, на основе реальных измерений из опорных станций или на основе существующей модели EGNOS/WAAS. Вид фактических корректирующих данных не зависит от способа их вычисления.
На стороне мобильного устройства корректирующие данные принимаются и используются для коррекции параметров долгосрочной орбитальной модели до того, как выполнена соответствующая оценка положения спутника. Реализация в мобильном устройстве может предусматривать использование корректирующих данных аналогично тому, как используются обычные коррекции DGPS. Однако вычисление значений коррекции для псевдодальности для каждого спутника зависит от модели корректировки.
Модель, которая используется для вычисления корректирующих данных, может быть, например, некоторым полиномом высокой степени, например 2-го или 3-го порядка, кусочно-непрерывным полиномом или даже более сложной моделью.
Должно быть понятно, что предложенное вычисление корректирующих данных может использоваться в каждом из аспектов настоящего изобретения: первом, втором и третьем.
Любой из сетевых элементов согласно первому, второму и третьему аспектам настоящего изобретения может быть, например, сетевым сервером или базовой станцией системы связи. Система связи в первом, втором и третьем аспекте настоящего изобретения может быть, например, системой сотовой связи, например сетью GSM, сетью WCDMA, сетью CDMA и т.д., но в равной степени и сетью несотовой связи, например сетью WLAN, сетью Bluetooth™, сетью WiMax и т.д. Мобильные устройства в первом, втором и третьем аспекте настоящего изобретения могут включать такое устройство мобильной связи, как мобильный телефон, в который встроен приемник спутниковых сигналов. Альтернативно, приемник спутниковых сигналов может быть дополнительным устройством по отношению к устройству мобильной связи.
Должно быть понятно, что все детали, описанные для первого аспекта настоящего изобретения, могут также быть объединены с вариантами выполнения настоящего изобретения согласно второму аспекту изобретения и наоборот.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие цели и признаки настоящего изобретения станут очевидными из последующего подробного его описания со ссылками на сопровождающие чертежи.
На фиг.1 показана блок-схема системы, поддерживающей A-GNSS; и
на фиг.2 показана последовательность операций, поясняющая работу системы, изображенной на фиг.1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 показана блок-схема системы, поддерживающей A-GNSS, согласно варианту выполнения настоящего изобретения. В системе отсутствует необходимость поставки времени GNSS в качестве вспомогательных данных и используется поставка вспомогательных данных.
Система включает базовую станцию 10 и сетевой сервер 20 для сети GSM или любой другой системы сотовой связи. Система дополнительно включает первую мобильную станцию (MS1) 30, вторую мобильную станцию (MS2) 40, спутники 50 GPS (GPS SV) и спутники 60 “Галилей" (GPS SV).
Базовая станция 10 обеспечивает радиоинтерфейс для мобильных станций 20, 30, расположенных поблизости. Она содержит обрабатывающее устройство 11, которое способно реализовать различные компоненты программного кода, включая компонент 12 восстановления параметров, компонент 13 замены опорного времени, компонент 14 компоновки сообщений и компонент 15 посылки сигналов обратной связи.
Доступ к сетевому серверу 20 могут получить различные базовые станции 10 системы сотовой связи.
Кроме того, он связан с сервером управления GPS и с сервером управления системой “Галилей" (не показаны). Он содержит память 21, содержащую базу данных, и обрабатывающее устройство 22, которое способно выполнить различные компоненты программного кода, включая компонент 23 вычисления параметра, компонент 24 обновления базы данных и компонент 25 оценки положения.
Первая мобильная станция 30 представляет собой мобильное устройство, которое содержит приемник 31 GPS. Приемник 31 GPS содержит компонент 32 захвата и отслеживания, который может быть реализован в виде аппаратного обеспечения и/или программного обеспечения. Например, для захвата и отслеживания сигналов, принятых от спутников 50 GPS, задачи по измерению сигналов, включая задачи корреляции, могут выполняться аппаратным обеспечением под управлением программного кода, который выполняется обрабатывающим устройством приемника 31 GPS.
Мобильная станция 30 дополнительно в качестве компонента сотовой связи содержит сотовую "машину" 35. Сотовая машина - это модуль, который содержит все компоненты, необходимые для обычной мобильной связи между мобильным телефоном 30 и системой сотовой связи, и который может быть расширен дополнительными функциями. Для этого сотовая машина 33 представляет собой или содержит устройство обработки данных, которое способно выполнять различные реализованные компоненты программного кода. В представленном варианте выполнения настоящего изобретения эти компоненты программного кода включают компонент 36 приложения, компонент 37 оценки сообщения и компонент 38 оценки положения. Приложение, реализованное компонентом 36 приложения, может быть любым приложением, которое запрашивает информацию о положении, например навигационным приложением или приложением, обеспечивающим предложение пользователю мобильной станции 30 специфических служб в специфических местоположениях, и т.д. Должно быть понятно, что альтернативно компонент 36 приложения и компонент 38 оценки положения может быть реализован некоторым другим обрабатывающим устройством, например обрабатывающим устройством приемника 31 GPS.
Вторая мобильная станция 40 имеет конструкцию, аналогичную конструкцию первой мобильной станции 30, но вместо приемника GPS она содержит приемник "Галилей", выполненный с возможностью приема и отслеживания сигналов, полученных от спутников 60 "Галилей". Альтернативно, вторая мобильная станция 40 может включать, например, гибридный приемник GPS и "Галилей".
Ниже со ссылкой на фиг.2 описано определение информации о положении для мобильной станции 30, 40 в системе, изображенной на фиг.1. На фиг.2 показана последовательность операций, которая слева иллюстрирует работу одной из мобильных станций 30, 40, в середине - работу базовой станции 10, а справа - работу сетевого сервера 20.
Сетевой сервер 20 через равные интервалы принимает параметры эфемерид и альманаха GPS из управляющего сервера GPS для всех доступных спутников 50 GPS и соответствующие параметры системы "Галилей" из управляющего сервера "Галилей" для всех доступных спутников 60 системы "Галилей". Параметры GPS соответствуют стандарту GPS ICD и, таким образом, принадлежат к специфической для GPS орбитальной модели эфемерид и альманаха соответственно. Параметры "Галилей" соответствуют стандарту ICD "Галилей" и, таким образом, принадлежат к специфической для системы "Галилей" орбитальной модели. Сетевой сервер 20 может также получать дополнительную информацию из управляющего сервера GPS, из управляющего сервера "Галилей" или из другого объекта. Такой другой объект может выдавать, например, коррекции EGNOS и WAAS, которые передаются геостационарными спутниками EGNOS и WAAS.
Компонент 23 вычисления параметра преобразует принятые параметры GPS в параметры общей орбитальной модели (шаг 201). Затем он преобразует принятые параметры "Галилей" в параметры той же самой общей орбитальной модели. Спутник, для которого соответствующие параметры являются действительными, можно идентифицировать, например, с использованием индексов, содержащих не только PRN, но и идентификатор группы. Общая орбитальная модель представляет собой технические требования, которые описывают орбитальные параметры и алгоритмы для вычисления информации о положении, такие как координаты, скорость и ускорение для спутников GPS и "Галилей" и, возможно, также для спутников любой другой системы GNSS, например ГЛОНАСС, EGNOS и/или WAAS. Кроме того, общая орбитальная модель позволяет вычислить коррекции для спутниковых сигналов из-за дрейфа часов. Следует отметить, что любые корректирующие данные, включая корректирующие данные для WAAS, EGNOS и/или DGPS, могут быть вычислены или повторно вычислены специально для используемой общей орбитальной модели.
Путем преобразования параметров осуществляют унификацию параметров различных систем GNSS, то есть количество параметров и длина слова в параметрах становится одинаковой для GPS, "Галилей" и т.д. Кроме того, параметры общей орбитальной модели могут быть действительными для более продолжительного промежутка времени, чем параметры эфемерид GPS. Кроме того, они могут определять положение спутников более точно, чем, например, орбитальные модели альманаха GPS. Это может быть достигнуто, например, при использовании большего количества параметров или при использовании больших длин слова, чем определены для параметров, передаваемых спутниками. Таким образом, общая орбитальная модель может также быть единственной орбитальной моделью, например, для GPS. Должно быть понятно, что преобразование параметров включает также пересчет параметров.
Сгенерированные параметры общей орбитальной модели для соответствующего спутника включают опорное значение, составляющее опорное время для включенной информации, которая основана на системном времени той системы GNSS, к которой принадлежит данный спутник, также как данные ТОА для данных эфемерид GPS или ТОА для данных альманаха GPS. Например, для спутника GPS опорное время основано на подсчете времени недели (TOW) для GPS, например TOE или ТОА.
Теперь компоненту 36 приложения мобильной станции 30, 40 может потребоваться некоторая информация о положении. Для получения требуемой информацию он может запросить вспомогательные данные для GPS и/или системы "Галилей" из системы сотовой связи (шаг 301). В запросе на вспомогательные данные указывается тип GNSS, который поддерживается мобильной станцией 30, 40.
Когда базовая станция 10 принимает запрос на вспомогательные данные, компонент 12 восстановления параметров инструктирует сетевой сервер 20 выдать параметры общей орбитальной модели для тех спутников 50, 60 из поддерживаемых системы или систем GNSS, которые в настоящее время видимы из местоположения базовой станции 10 (шаг 101). Инструкция включает идентификацию базовой станции 10 и идентификацию системы или систем GNSS.
Затем компонент 23 вычисления параметров сетевого сервера 20 определяет спутники 50, 60, которые в настоящее время видимы из местоположения базовой станции 10 и которые принадлежат идентифицированным системе или системам GNSS (шаг 202). Текущее положение спутников может быть определено посредством сгенерированных параметров орбитальной модели. Таким образом, спутники, которые в настоящее время видимы идентифицированной базовой станции 10, можно легко определить, если ассоциация между соответствующей идентификацией всех базовых станций и их местоположением хранится в сетевом сервере 20, например, в базе данных в памяти 21. Компонент 23 вычисления параметров выбирает параметры орбитальной модели для видимых в настоящее время спутников и выдает их в базовую станцию 10, возможно, вместе с дополнительной информацией. Такая дополнительная информация может включать, например, коррекцию для DGPS и RTK, коррекцию для EGNOS и/или WAAS, краткосрочные дифференциальные коррекции, предупреждения относительно краткосрочной целостности и измерения фазы несущей. После специального запроса мобильной станцией 30, 40, переданного базовой станцией 10, дополнительная информация может также содержать биты данных для стирания данных.
Компонент 12 восстановления параметров базовой станции 10 принимает предоставляемую информацию и передает ее в компонент 14 замены опорного времени 13.
Компонент 13 замены опорного времени базовой станции 10 заменяет базовое время на основе GNSS в параметрах орбитальной модели для каждого видимого спутника 50, 60 на опорное время на основе системы сотовой связи (шаг 102). В случае, если сотовая система связи представляет собой сеть GSM, опорное время на основе системы сотовой связи может включать, например, группу из номера кадра, временного слота и номера битов {FN, TS, BN} [FN, frame number; TS, time slot; BN, bit number], которая представляет время в системе опорного времени на основе GNSS. В случае, если сотовая система связи представляет собой сеть WCDMA, опорное время на основе системы сотовой связи может включать, например, номер системного кадра (SFN, system frame number), слот и чип, которые представляют время в системе опорного времени на основе GNSS.
Чтобы иметь возможность заменить опорное время на основе GNSS на опорное время на основе системы сотовой связи, базовая станция 10 должна знать о текущем соотношении между временем GNSS и системным временем системы сотовой связи. Имеется несколько вариантов предоставления базовой станции 10 такого соотношения, поскольку требования к точности соотношения не являются очень жесткими. Достаточно иметь соотношение с точностью 10-100 мкс или даже с точностью до 1 мс. Спутник перемещается приблизительно со скоростью 3,8 км/с, и, таким образом, погрешность в положении спутника на 1 мс соответствует самое большее 4 м, что незначительно.
В первом варианте блок измерения местоположения (LMU) связан с базовой станцией 10. В этом случае блок LMU может определить время GNSS и выдает его в базовую станцию 10. Затем базовая станция 10 может определить само соотношение. Тем не менее, следует отметить, что было бы довольно дорого обеспечить все базовые станции сети собственным блоком LMU.
Во втором варианте в системе сотовой связи имеется только один доступный блок LMU, и разности времен для всех базовых станций 10 измеряются системой сотовой связи в местоположении этого блока LMU. Например, блоком LMU может быть оборудована единственная базовая станция в сети для того, чтобы вычислить соотношение между временем GNSS и временем системы сотовой связи. Измеряют разности во времени между базовой станцией, оборудованной блоком LMU, и всеми другими базовыми станциями 10 для вычисления соотношения времени GNSS и времени системы сотовой связи для любой базовой станции 10 в системе сотовой связи. Разности времен могут быть измерены, например, путем захвата и оценки измерений разности наблюдаемых времен (OTD), выдаваемых по умолчанию из мобильных станций 30, 40 в систему сотовой связи.
В третьем варианте в системе сотовой связи также имеется только один доступный блок LMU, и разности времен измеряются в матричном решении. В этом варианте мобильные станции 30, 40 используются для измерения разности времен с базовой станцией на основе измерений разности наблюдаемых времен (OTD). Например, компания Cambridge Positioning Systems Ltd (CPS) предложила способ определения местоположения и хранения времени с использованием вышеописанного подхода. Этот способ включает более специфичное измерение разности времен для базовой станции в мобильной станции, управление соответствующей базой данных в мобильной станции и использование этой базы данных для определения местоположения и хранения времени GPS. Способ называют расширенным GPS (E-GPS, Enhanced-GPS). Использование способа E-GPS позволяет системе сотовой связи также получить разности времен в системе сотовой связи между базовой станцией с блоком LMU и другими базовыми станциями 10, если разности времен, определенные в мобильных станциях 30, 40, выдаются в систему сотовой связи.
В четвертом варианте в системе сотовой связи не требуется никакого блока LMU. Вместо этого сама мобильная станция 30, 40 выдает соотношение между временем GNSS и временем системы сотовой связи. Если мобильная станция 30, 40 уже имеет действительное соотношение или от предыдущего сеанса связи определения местоположения, или из решения E-GPS, эту информацию можно передать в систему сотовой связи вместе с запросом на вспомогательные данные. Некоторые опции для получения и сохранения действительных соотношений времен в мобильной станции 30, 40 будут описаны ниже при рассмотрении шага 306. Затем базовая станция 10 может использовать соотношение времен, выданное мобильной станцией 30, 40, для вычисления опорного времени на основе системы сотовой связи для параметров орбитальной модели.
Связь времени GNSS с временем системы сотовой связи также была описана в патентах США № 6678510 В2 и № 674820262, которые включены в настоящее описание путем ссылки.
Как только опорное время на основе GNSS в параметрах орбитальной модели для каждого видимого спутника 50, 60 из поддерживаемых GNSS заменено на время на основе соответствующей системы сотовой связи, компонент 14 компоновки сообщений компонует сообщение для каждого из этих спутников 50, 60 (шаг 103). Сообщение является одинаковым для любого режима определения местоположения. Сообщение включает информационный элемент (IE, Information Element) с параметрами орбитальной модели, включая замененное опорное время. Кроме того, оно может включать опорную позицию, а именно известную позицию базовой станции 10. Далее, оно может включать любую информацию, предоставляемую сетевым сервером 20, информацию, предоставляемую некоторым другим объектом, или информацию, сгенерированную в самой базовой станции 10.
Затем сообщения передаются в запрашивающую мобильную станцию 30, 40.
Следует отметить, что, альтернативно, базовая станция 10 может собирать такие сообщения через равные временные интервалы для всех видимых спутников 50, 60 и транслировать сообщения во все мобильные станции 30, 40, расположенные в ячейке, которая обслуживается базовой станцией 10.
Компонент 37 оценки сообщений в мобильной станции 30, 40 принимает сообщения и декодирует номер кадра, временной слот и номер бита, определяя время сотовой системы связи. Затем он извлекает информацию, входящую в принятые сообщения (шаг 302). Индикация времени сотовой системы связи, возможно, относительно локального времени и извлеченная информация, включающая параметры орбитальной модели, передаются в компонент 38 оценки положения.
Компонент 38 оценки положения знает алгоритмы общей орбитальной модели. На основе этих алгоритмов компонент 38 оценки положения экстраполирует соответствующую траекторию спутника как функцию текущего времени системы сотовой связи с использованием предоставленных параметров орбитальной модели и, возможно, с учетом краткосрочных дифференциальных коррекций и т.д. (шаг 303). На основе полученной траектории спутника компонент 38 оценки положения может ограничить возможное время распространения спутникового сигнала и доплеровскую частоту обычным образом. При известных пределах времени распространения и доплеровской частоты можно также ограничить возможные фазы кодов, которые подлежат проверке. Такие ограничения на фазы кодов выполняют для всех спутников, для которых были предоставлены параметры орбитальной модели, за исключением тех, для которых, кроме того, было выдано оперативное предупреждение о целостности параметров. Оперативное предупреждение о целостности параметров может быть выдано сетевым сервером 20 через базовую станцию 10 всякий раз, когда имеет место внезапный отказ спутника.
Компонент 38 оценки положения передает определенные ограничения фазы кодов и, возможно, дополнительную информацию, включенную в принятые сообщения, в компонент 32 захвата и отслеживания. Компонент 32 захвата и отслеживания собирает данные о видимых спутниках (шаг 304). Эта информация используется обычным образом для ускорения захвата спутниковых сигналов за счет ограничения опций поиска. Компонент 32 захвата и отслеживания может также отвечать за декодирование навигационных данных в принятых спутниковых сигналах. Компонент 32 захвата и отслеживания выдает результаты измерений, включая любые декодированные навигационные данные, в компонент 38 оценки положения.
Теперь компонент 38 оценки положения может определить положение мобильной станции 30, 40 обычным способом (шаг 305). Таким образом, он определяет псевдодальность для тех спутников 50, 60, от которых были получены сигналы. Кроме того, он определяет точные положения спутников на основе декодированных навигационных данных во время передачи сигналов, причем это положение содержится в декодированных навигационных данных и уточнено результатами измерения. Затем компонент 38 оценки положения использует псевдодальность вместе с определенным положением спутника для оценки положения мобильной станции. Компонент 38 оценки положения может в равной степени определить обычным образом любую другую желательную информацию о положении, например скорость, время GNSS, неопределенности в измерениях и положении и т.д. Определенная информация о положении может быть затем выдана в компонент 36 приложения для использования по назначению.
По умолчанию компонент 38 оценки положения в мобильной станции 10 выдает в систему сотовой связи определенную информацию о положении, полученные результаты измерений и соотношение между временем системы сотовой связи и временем GNSS в качестве данных обратной связи. Данные обратной связи одинаковы независимо от используемого режима определения местоположения за исключением того, что положение мобильной станции 10 может быть установлено, только если оно определено самой мобильной станцией 10. Данные обратной связи передаются компонентом 15 посылки сигналов обратной связи из базовой станции 10 в сетевой сервер 20 (шаг 104).
Компонент 24 обновления базы данных в сетевом сервере 20 может собирать информацию о положении, соотношение между временем системы сотовой связи и временем GNSS, а кроме того, измерения OTD для создания и обновления базы 21 данных из разностей времен между различными базовыми станциями (шаг 203). Эта база 21 данных может использоваться для выдачи вспомогательных данных с точным временем в мобильные станции 30, 40 для повышения чувствительности без предоставления времени GNSS как такового.
Компонент 25 вычисления местоположения в сетевом сервере 20 может использовать результаты измерения в данных обратной связи, если таковые имеются, для оценки положения мобильной станции 30, 40 в случае, если мобильная станция 30, 40 сама не в состоянии вычислить положение (шаг 204).
Мобильная станция 30, 40 может также хранить соотношение по умолчанию между временем системы сотовой связи и временем GNSS (шаг 306). Это может быть сделано, если мобильная станция 30, 40 получила действительное местоположение GNSS и смогла связать текущее время системы сотовой связи, например, в терминах кадра, субкадра, слота, бита и чипа, со временем GNSS или принять начальное соотношение в виде вспомогательных данных. В этом случае мобильная станция 30, 40 может реконструировать или восстанавливать время GNSS в любой момент только по оценке времени, истекшего с последнего местоположения GNSS, с использованием времени системы сотовой связи и в предположении, что мобильная станция 30, 40 не переместилась из одной ячейки в другую. Если мобильная станция 30, 40 переместилась из одной ячейки в другую, соотношение между временем GNSS и временем системы сотовой связи должно быть сгенерировано заново на основе нового местоположения GNSS. Альтернативно, существующее соотношение может быть обновлено с учетом разности времен между базовой станцией, обслуживающей предыдущую ячейку, и базовой станцией, обслуживающей текущую ячейку. Разность времен может быть получена с помощью вспомогательных данных сети OTD в предположении, что имеется доступная база данных разностей времен. Кроме того, разность времен может быть получена по измерениям OTD, которые терминал выполняет самостоятельно. Кроме того, разность времен может быть получена из разности измеренных времен движения вперед и/или туда и обратно в предыдущей и текущей ячейке.
Кроме того, альтернативно, соотношение времен может быть получено, например, с помощью времени GPS из системы сотовой связи. Например, в сетях CDMA время GPS доступно по умолчанию.
Если мобильная станция 30, 40 имеет действительное соотношение времен для системы GNSS - системы сотовой связи, это соотношение можно использовать для улучшения рабочих характеристик в терминах "времени для первой регулировки" и чувствительности. Для такого улучшения рабочих характеристик вполне достаточно соотношения времен для системы GNSS - системы сотовой связи, имеющего точность в сотни микросекунд.
Мобильная станция 30, 40 может возвращать результаты выполненных измерений OTD в систему сотовой связи при каждом запросе на вспомогательные данные (шаг 301). Она может возвращать результаты измерения OTD, например, в секундах, в частности в микросекундах или наносекундах, вместо разностей кадров или субкадров, делая информацию не зависящей от времени системы сотовой связи.
Следует отметить, что описанный вариант выполнения настоящего изобретения представляет собой только один из разнообразных возможных вариантов выполнения настоящего изобретения. Например, вместо систем GPS и/или "Галилей" можно поддерживать другую или дополнительную систему GNSS. Как сказано выше, вместо сети GSM можно использовать также и любой другой тип системы сотовой связи. Кроме того, между различными элементами можно включить некоторую обработку. Например, замена опорного времени может в равной степени быть выполнена централизованно в сетевом сервере для всех базовых станций. Кроме того, предоставляемая информация может варьироваться. Кроме того, вместо новой орбитальной модели для спутников GPS, а также для других спутников GNSS можно использовать известные модели эфемерид GPS и/или орбитальные модели альманаха GPS. Кроме того, может использоваться одна или несколько орбитальных моделей, стандартизированных для другой специфической системы GNSS. Кроме того, замена опорного времени не требуется в случае, когда время GNSS легкодоступно в мобильных станциях, и т.д.