缩减采样的低功率gps的制作方法
【专利摘要】某些实现提供了对全球定位系统(GPS)位置的低功率缩减采样。服务器被配置成辅助移动设备根据移动设备提供的多个GPS信号样本和对应的时间戳来确定位置，诸如通过标识可用来计算移动设备的位置的可能的基准位置集。在另一示例中，移动设备可使用GPS接收机来采样GPS信号，压缩这些样本，并且将经压缩的样本提供给服务器以供处理。
【专利说明】缩减采样的低功率GPS
[0001] 背景
[0002] 全球定位系统（GPS)通常由包括GPS接收机的设备和多个GPS卫星组成。GPS接 收机被配置成接收并解码从GPS卫星广播的GPS信号以便确定设备的位置。这些GPS卫星 信号中的每一信号都是用卫星专用编码来传送的，该卫星专用编码可被GPS接收机用来标 识进行广播的GPS卫星。GPS接收机能够通过以下方式来计算设备的位置：解码卫星信号、 标识进行广播的GPS卫星、并且对从经解码的信号中提取的数据执行一系列计算。
[0003] 当今，许多设备包括GPS接收机并且支持提供基于位置的服务的应用。通常，基于 位置的应用依赖于位置信息来提供这些服务。各设备可从包括GPS接收机、蜂窝塔信号、FM 无线电信号、和/或WiFi识别标志在内的各种源之一获取位置信息。尽管GPS接收机常常 提供移动设备可用的最准确且最可靠的位置信息，但情况常常是其他源为优选的。例如， GPS接收机可消耗相对大量的功率以采样GPS信号，解码GPS信号，并且执行确定设备的位 置所必需的计算。因此，一些设备对利用较不准确的方法可具有预编程的偏好。
[0004] 概述
[0005] 提供本概述是为了以简化的形式介绍将在以下【具体实施方式】中进一步描述的概 念选择。本概述不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮 助确定所要求保护的主题的范围。
[0006] 本文描述了包括全球定位系统（GPS)的移动设备的各实现，该GPS可用来确定该 移动设备的位置。在一个示例中，该移动设备利用服务器来辅助确定该设备的位置。例如， 该移动设备包括GPS接收机以及与该服务器通信的通信接口。该移动设备可使用该GPS接 收机来采样GPS信号，并且向该服务器提供这些样本以供处理。在一个示例中，该移动设备 被配置成对这些样本执行预处理以压缩和/或解码这些样本中的至少某些部分，并且该服 务器被配置成直接处理经压缩的样本而无需附加解码。在一个具体示例中，GPS信号是根 据压缩感测理论来压缩的。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 参考附图来描述【具体实施方式】。在附图中，附图标记最左边的数字标识该附图标 记首次出现于其中的附图。在各附图中，使用相同的标号来指示相同的特征和组件。
[0008] 图1是根据某些实现的GPS系统的示例的示图。
[0009] 图2是根据某些实现的GPS系统的示例框架的框图。
[0010] 图3是根据某些实现的移动设备的示例框架的框图。
[0011] 图4是根据某些实现的示例数据流的系统流程图。
[0012] 图5是根据某些实现的用于压缩GPS信号样本的示例过程的流程图。
[0013] 图6是根据某些实现的用于压缩GPS信号样本的示例过程的流程图。
[0014] 图7是根据某些实现的用于压缩GPS信号样本的示例过程的流程图。
[0015] 图8是根据某些实现的用于确定GPS位置的示例过程的流程图。
【具体实施方式】
[0016] 所公开的技术描述了用于确定与各移动设备有关的各位置的GPS系统的各实现。 当GPS接收机被激活时，GPS接收机执行一系列功率密集的步骤以确定并维护该移动设备 的位置。第一，GPS接收机进入捕获阶段。在捕获阶段，GPS接收机采样并解码来自每个可 见GPS卫星的GPS信号GPS信号包括时间戳和星历数据（与进行传送的卫星的位置和迹线 有关的数据）。第二，GPS接收机基于从经解码的GPS信号提取的时间戳和星历数据来执行 一系列计算以确定初始位置。第三，GPS接收机进入跟踪阶段以维护移动设备的位置。
[0017] 为了采样并解码来自一个或多个GPS卫星的整个信号，GPS接收机在一区间内被 打开，该区间通常在30秒的范围。GPS接收机在这一长时间段内保持打开部分原因是GPS 卫星被配置成以非常低的速率传送数据，该速率通常在每秒50比特（bps)的范围，并且大 约32, 000个样本被用来重构GPS信号中包含的数据。
[0018] 接着，GPS接收机尝试标识移动设备视野中的所有GPS卫星，S卩，广播收到GPS信 号的这些GPS卫星。这通过在GPS信号中检测一个或多个卫星专用C/A码的存在来完成。 每一GPS接收机存储C/A码模版，该C/A码模版包括用于所有GPS卫星的C/A码。C/A码被 设计成彼此正交，以使得当该模版与GPS信号作比较时，与可见GPS卫星相对应的C/A码导 致信号尖峰。因此，GPS接收机可将C/A模版与收到GPS信号作比较以确定哪些GPS卫星 正发起广播。
[0019] 然而，在将C/A码模版与GPS信号作比较时，GPS接收机补偿GPS信号中由卫星和 GPS接收机两者的移动导致的多普勒偏移。例如，上升的GPS卫星（进入移动设备视野的 卫星）以高达800米每秒（m/s)的速度朝GPS接收机移动，从而导致4. 2千赫（kHz)的频 移。同样，下落的GPS卫星（移出移动设备视野的卫星）以高达800m/s的速度远离GPS接 收机移动，从而导致-4. 2kHz的频移。GPS接收机必需补偿特定误差余量内的多普勒偏移 (例如，在某些实现中，500Hz足够接近），以使用C/A码模板来正确地标识进行广播的GPS 卫星。因此，除了卫星的移动以外，为了补偿GPS接收机的运动，GPS接收机常常在最终化 对可见GPS卫星的确定之前执行25-30个多普勒偏移计算以及对应的C/A码比较。
[0020] 为了标识初始位置，GPS接收机还确定移动设备与可见GPS卫星中的每一个之间 的距离，被称为"伪距"。伪距可使用GPS信号的传播延迟来计算。传播延迟被拆分成两个 部分，即，毫秒部分和被称为"码相位"的子毫秒部分。毫秒部分可从分组帧中解码，并且码 相位可通过在GPS信号中监视C/A码的lms重复来确定。
[0021] -旦GPS接收机标识可见卫星、解码GPS信号并且计算出伪距，GPS接收机就计算 初始位置。在初始位置被确定之后，GPS接收机切换到跟踪阶段以维护移动设备的位置。在 跟踪阶段期间，GPS接收机尝试调节多普勒频率和传播延迟，以补偿卫星和移动设备随时间 的进一步移动所导致的偏移。通过执行跟踪，GPS接收机能够快速且不昂贵地（以相对低 的功耗率）估计定位的变化。
[0022] 然而，如果GPS接收机不持续执行跟踪计算，则GPS接收机需要重新执行捕获阶 段，如以上讨论的该捕获阶段是功率密集且耗时的。因此，大多数GPS接收机被配置成总是 保持活跃并且不因移动设备而进行工作循环（duty-cycled)。
[0023] 图1是根据某些实现的GPS系统100的示例的示图。GPS系统100包括移动设备 102和该移动设备可从中接收GPS信号的GPS卫星104、106、108、110和112。GPS系统100 还包括服务器114和网络116。一般而言，移动设备102通过网络116传送和接收去往和来 自服务器114的数据。移动设备102可经由无线网络（诸如无线局域网（WLAN))、短程无 线网络（诸如蓝牙? )、或通过蜂窝塔提供的移动网络（诸如通过码分多址（CDMA)系统） 与网络116通信。
[0024] 移动设备102可以是任何启用GPS的设备，诸如蜂窝电话、智能电话、导航设备、跟 踪传感器、GPS传感器，或包括GPS接收机的任何其他设备。在本示例中，移动设备102被 示为智能电话。
[0025] GPS卫星104-112可包括与GPS卫星导航（sat-nav)系统相关联的卫星中的任一 个。此外，尽管被示为五个卫星，但导航卫星104-112表示移动设备102可从中接收GPS信 号的任何数量的导航卫星。如以上讨论的，GPS卫星104-112可由卫星专用C/A码唯一地 标识。一般而言，GPS卫星104-112传送对地理空间定位有用的GPS信号。GPS信号被编码 并且包括对计算定位有用的基于时间的信息。
[0026] 移动设备102从移动设备102从移动设备102的当前位置可见的（在移动设备 102视线中）GPS卫星接收GPS信号。但是，在某些情况下移动设备102接收到的GPS信号 可因各种障碍物而被衍射、反射和/或削弱。
[0027] 移动设备102包括GPS接收机，其被配置成采样来自卫星104-112的GPS信号。在 某些示例中，移动设备102可被配置成在向服务器114提供GPS信号样本118之前压缩、预 处理、或以其他方式操纵GPS信号样本118。在一个具体示例中，移动设备102可根据压缩 感测理论来压缩GPS信号样本118。
[0028] 移动设备102经由网络116向服务器114提供GPS信号样本118。在某些示例中， 移动设备102是不包括无线或移动通信接口的GPS传感器或GPS跟踪设备，并且因此移动 设备102无法（在收到GPS信号时）实时地向服务器114提供GPS信号样本118。在该示 例中，移动设备102可将GPS信号样本118作为数据存储在被合并到移动设备102中的计 算机可读存储介质上。随后，数据在一稍晚时间被下载到服务器114,以使得移动设备102 的先前位置可在下载时被确定或重构。
[0029] -旦服务器114从移动设备102接收到GPS信号样本118,服务器114就确定移动 设备102的初始位置，并且经由网络116向移动设备102返回位置信息120。通过使用服务 器114来确定初始位置，移动设备102能够节省通常在功率密集的捕获阶段所消耗的能量， 从而延长总体电池寿命。
[0030] 在该示例中，移动设备102向服务器114提供GPS信号样本118作为原始GPS样 本，而在移动设备102上不执行预处理。在替换示例中，移动设备102可在向服务器114提 供GPS信号样本118之前解码、加密或以其他方式压缩信号样本118。在一个具体示例中， 移动设备102在向服务器114提供经压缩的GPS信号样本之前，根据压缩感测理论来配置 GPS信号样本118。
[0031] 在一个示例中，移动设备102是用来跟踪动物移动以便确定该动物的行进范围的 GPS跟踪设备。在该示例中，实时位置较不必要，并且功率节省可被提高而超出上述那些功 率节省。移动设备102激活GPS接收机以收集GPS信号样本118,将GPS信号样本118存储 在计算机可读存储介质中，并且使GPS接收机断电。该模式在一段时间上重复，并且之后， 当移动设备102恢复时，与GPS信号有关的数据被下载并且服务器114确定与移动设备102 相关联的位置或行进范围。在该示例中，GPS接收机保持活跃达短时间段，从而使移动设备 102中所需的电池大小降低得远远小于通常与这些类型的跟踪传感器的相关联的那些电池 大小。
[0032] 尽管参考GPS来描述，但本文描述的这些技术中的任一种可与其他全球或区域卫 星导航系统相关联地实现。在某些情况下，这些技术可与能够从两个或更多个不同卫星导 航系统接收信号的卫星导航接收机联用。作为示例，其他全球和/或区域卫星导航系统可 包括全球导航卫星系统（GLONASS)、Galileo (伽利略）、BeiDou (北斗）、Compass (罗盘）、 印度区域导航卫星系统（IRNSS)、或准天顶卫星系统（QZSS)等等。
[0033] 图2是根据某些实现的GPS系统200的示例框架的框图。GPS系统200包括移动设 备102、服务器114、美国地质勘测（USGS)高程API数据库202、以及NASA轨道数据库204。
[0034] 移动设备102包括用于采样GSP信号的一个或多个GPS接收机，以及用于向服务 器114提供GPS信号样本118并且作为回应接收位置信息120的一个或多个通信接口。服 务器114包括一个或多个处理器206、通信接口 208、和计算机可读存储介质210。通信接 口 208能被处理器206访问以通过网络（诸如图1的网络116)与计算设备102往来传递 数据。
[0035] 任何数量的程序模块、应用或组件可被存储在计算机可读存储介质210中，作为 示例包括位置过滤指令212。位置过滤指令212存储在计算机可读存储介质210中且可由 处理器206执行以使得服务器114响应于接收到GPS信号样本来确定移动设备102的位置。 计算机可读介质包括至少两种类型的计算机可读介质，即计算机存储介质和通信介质。
[0036] 计算机存储介质包括以用于存储如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他 数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机 存储介质包括但不限于，RAM、ROM、EEPR0M、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘 (DVD)或其他光存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备，或者可用于存储信息以供 计算设备访问的任何其他非传输介质。
[0037] 相反，通信介质可在诸如载波之类的已调制数据信号或其他传输机制中体现计算 机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。如本文所定义的，计算机存储介质不包括通 信介质。
[0038] USGS高程API数据库202能由服务器114经由通信接口 208来访问，以使得服务 器114能够检索与服务器114所确定的位置有关的高程数据。通常，服务器114向USGS高 程API数据库202提供炜度和经度坐标，并且作为回应，接收与这些坐标有关的高程数据。
[0039] NASA轨道数据库204也能由服务器114经由通信接口 208来访问，并且用来检索 与GPS卫星104-112有关的历书和星历数据。历书数据涉及卫星在地球轨道上的粗略轨道 和状态。星历数据与卫星的定位和迹线有关。
[0040] USGS高程API数据库202和NASA轨道数据库204是服务器114可用于接收高程、 历书和星历数据的各种数据库的两个示例。例如，美国地质勘测计算GPS卫星的轨道、定位 位置和迹线，并且使这些轨道、位置和迹线可在web上公开获得。
[0041] 在一个示例中，移动设备102经由通信接口 208中的至少一个向服务器114提供 GPS信号样本118以及与GPS信号样本118相对应的时间戳。在某些情况下，GPS信号样本 118从移动设备102被下载，而在其他情况下，GPS信号样本118经由无线或移动网络从移 动设备102被接收。
[0042] -旦GPS信号样本118被接收到，位置过滤指令212就使得处理器206确定移动 设备102的位置。为了计算移动设备102的位置，服务器114需要确定GPS样本118被收 集的时间、进行广播（可见）的GPS卫星、与可见卫星有关的星历、以及伪距。
[0043] 在一个示例中，服务器114通过针对可能的多普勒偏移中的每一个将C/A码模板 与GPS信号样本作比较，来标识哪些GPS卫星对移动设备102而言是可见的。此时，通常GPS 接收机解码GPS信号以确定与所发起的传输有关的时间和星历。然而，该过程是耗时的，并 且时间和星历可由服务器114以如下描述的其他方式来确定。
[0044] 从移动设备102接收时间作为时间戳。尽管可从GPS信号提取的精确广播时间更 为准确，但接收GPS信号时所应用的时间戳足以在合理范围内（S卩，几米内）计算移动设备 102的初始位置。
[0045] 星历由服务器114从NASA轨道数据库204检索。在一个具体示例中，服务器114 可周期性地从NASA轨道数据库204获取星历，并且将信息存储在计算机可读存储介质210 中以供稍后使用，诸如在GPS信号被采样且存储在移动设备102上并且在一段时间之后被 下载到服务器114的情况下。
[0046] 服务器114使用星历数据和经编码的GPS信号样本118来计算可见GPS卫星 104-112中的每一个的码相位。然而，在伪距被确定以及移动设备102的位置被标识之前， 服务器114需要确定传播延迟的毫秒部分。如以上讨论的，GPS接收机通过解码GPS信号 的分组帧来确定传播延迟的毫秒部分。
[0047] 代替解码GPS信号，服务器114应用被称为粗调时间导航（CTN)的技术，以使用在 移动设备102位置的150千米（km)内的基准位置、时间戳和码相位来确定移动设备102的 位置。例如，蜂窝电话可将最接近的蜂窝塔标识为已知基准位置。然而，在某些实例中，基 准位置不是容易获得的。
[0048] 在一个示例中，移动设备102被配置成以规律的间隔采样GPS信号，并且服务器 114可假定移动设备102没有行进超过150km。在该示例中，服务器114利用过去的位置作 为基准位置来计算移动设备102的位置。例如，移动设备102可以是放置在动物上的GPS 跟踪设备，并且服务器114可假定在采样之间该动物没有行进超过150km。因此，如果初始 位置（诸如该动物被加标记的位置）是已知的，则服务器114可使用各先前位置（以标记 位置开始，并且依次为每个所计算的位置）作为基准位置来确定下一位置。
[0049] 然而，在某些实例中，没有过去的位置是已知的，并且移动设备102没有提供基准 位置。在该实例中，服务器114需要标识基准位置以应用CTN。为此，服务器114使用多普 勒交叉和星历数据来确定可能的定位以及GPS信号被采样时移动设备102可能位于的一个 或多个区域。服务器114随后在空间上采样这些区域以标识具有已知位置数据的可能的基 准位置集。例如，服务器114可采样这些区域以寻找已知界标。
[0050] 针对每个可能的基准位置，服务器114应用CTN来确定可能的位置集。在某些实 例中，给定猜测的基准位置，经CTN计算的位置对于每个可见GPS卫星不会收敛，并且因此 该位置被丢弃。根据不收敛的这些CTN计算，标识可能的位置集。然而，可能的位置集中只 有一个是移动设备102的实际位置。其他可能的位置被称为"阴影位置"并且可被服务器 114从候选中去除。
[0051] 去除阴影位置中的第一步是将可能的位置限制于地球表面。由于猜测基准位置导 致的误差，所标识的许多可能的位置位于远高于或远低于地球表面的高程处并且这些位置 可被去除。例如，将可能的位置限制于接近地球表面的高程范围，诸如，-500到8000米（m) 的高程之间。
[0052] 不幸的是，应用高程范围本身通常不产生唯一或肯定地标识的位置。为了去除剩 余阴影位置，服务器114经由通信接口 208利用其对USGS高程API数据库202的访问。服 务器114使用炜度和经度坐标针对剩余可能的位置中的每一个来检索地球表面的真实高 程。利用真实高程，服务器114去除剩余阴影位置。服务器114将剩余可能的位置中的每 一个处的高程与真实高程作比较，并且如果这些高程匹配，则移动设备102在GPS信号被采 样时的实际位置已被标识。然而，如果这些高程不匹配，则可能的位置是阴影位置并且被去 除。
[0053] 一旦移动设备102的位置被标识，就将该位置提供给移动设备102作为位置信息 120。在替换方案中，可将该位置存储在计算机可读存储介质中以供稍后分析或提供给显示 器以供例如在科研中使用。
[0054] 图3是根据某些实现的移动设备102的示例框架300的框图。移动设备102包括 一个或多个处理器302、一个或多个通信接口 304、GPS接收机306、时钟308、以及计算机可 读存储介质308。计算机可读存储介质310被示为存储压缩指令312和一个或多个GPS样 本 314。
[0055] 通信接口 304被用来向服务器（诸如，图1和图2的服务器114)传达数据。通信接 口 304被配置成与无线网络（诸如无线局域网（WLAN))、短程无线网络（诸如Bluetooth? )、通过蜂窝塔（诸如通过CDMA系统）提供的移动网络、或通过有线连接（诸如经由通用串 行总线（USB)接口）进行通信。
[0056] GPS接收机306被配置成接收来自一个或多个卫星104-112的GPS信号，并且能够 确定移动设备102的定位。尽管被示为与移动设备102集成，但GPS接收机306可以是外部 的而不是本地的。外部GPS接收机可通过有线（例如USB)或无线接口（例如Bluetooth? )与移动设备102通信。在某些情况下，GPS接收机306与通信接口 304之一集成。该集成 模块提供蜂窝连接和GPS功能。在某些示例中，集成模块的天线由蜂窝和GPS子系统共用。
[0057] 时钟308被配置成提供与GPS接收机306收到GPS信号样本的时间相关联的时间 戳。在一个示例中，时钟308是WWVB接收机。WWVB是经由连续的60kHz载波在全世界广播 世界时间信号的无线电站，世界时间信号从位于发射机站点处的一组原子钟导出。
[0058] 在一个示例中，GPS接收机306周期性地采样来自卫星104-112的GPS信号，并且 GPS信号样本314中的每一个被时钟308加上时间戳。加时间戳的GPS信号样本314被存 储在计算机可读存储介质310中或是经由通信接口 304提供给服务器114以供处理。如果 GPS信号样本314被提供给服务器114,则作为响应移动设备102可从服务器114接收位置。 如果GPS信号样本314被存储，则GPS信号样本314稍后可被下载或提供给服务器114以 供处理。
[0059] 在某些示例中，根据压缩指令312来压缩GPS信号样本314。压缩指令312在被处 理器302执行时可使处理器304以各种方式压缩GPS信号样本314,解码GPS信号样本的某 些部分，或以其他方式对GPS信号样本314执行某种类型的预处理。在一个实例中，使用标 准压缩技术来压缩GPS信号样本314。在其他实例中，根据压缩感测理论来压缩GPS信号样 本 314。
[0060] 如果GPS信号样本314是根据压缩感测理论来压缩的，则服务器114可被配置成 在不解码的情况下直接从经压缩的样本确定移动设备102的位置。GPS信号样本314可根 据压缩感测理论在时域或频域中被压缩。根据压缩感测理论来压缩的GPS信号样本314的 示例配置在下文中参考图5-7提供。一旦根据压缩指令312处理了 GPS信号样本314,就如 上所述地将GPS信号样本314存储在计算机可读存储介质310中或经由通信接口 304提供 给服务器114。
[0061] 上述服务器114和移动设备102可在通用或专用计算机系统的环境或配置中使 用。示例包括个人计算机、服务器计算机、手持式设备或便携式设备、平板设备、多处理器系 统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子设备、网络PC、以及包括以上任何系统和 设备的分布式计算环境。
[0062] 图4是根据某些实现的示例数据流400的系统流程图。数据流400示出了服务器 114的各模块与移动设备102、USGS高程API数据库202、NASA轨道数据库204、以及界标数 据库402之间的数据传输。
[0063] 如以上讨论的，移动设备102包括用于采样GSP信号的一个或多个GPS接收机，以 及用于向服务器114提供GPS信号样本或经压缩的GPS信号样本的一个或多个通信接口。 USGS高程API数据库202提供与服务器114所确定的各位置有关的高程数据。NASA轨道 数据库204提供与GPS卫星104-112有关的历书和星历数据。界标数据库402是包括可提 供给服务器114的、遍布美国的已知基准位置的一个或多个数据库。
[0064] 如以上讨论的，服务器114包括计算机可读存储介质以及可存储在该计算机可读 存储介质中的任何数量的程序模块、应用、或组件。如图所示，服务器114包括恢复和捕获 模块404、基准位置模块406、以及位置确定模块408。
[0065] 恢复和捕获模块404被配置成接收来自移动设备102的GPS信号样本，以便为可 见卫星中的每一个恢复ID和对应的多普勒频率以及码相位。在一个示例中，移动设备102 向恢复和捕获模块404提供原始GPS信号样本。作为响应，恢复和捕获模块404通过如上 所述地执行通常由GPS接收机所执行的捕获阶段，从原始GPS信号样本重构GPS信号并且 恢复卫星ID、多普勒偏移、以及码相位。在另一示例中，GPS信号样本可由移动设备102根 据压缩感测理论来压缩，并且恢复和捕获模块404可使用压缩感测技术在不重构GPS信号 的情况下直接从经压缩的样本为可见卫星中的每一个恢复ID和相对应的多普勒频率以及 码相位。
[0066] 基准位置模块406被配置成在给定与可见卫星相对应的、来自恢复和捕获模块 404的多普勒频率以及来自NASA轨道数据库204的星历的情况下，确定其中移动设备102 采样GPS信号的一个或多个区域。在确定一个或多个区域之后，基准位置模块406被配置 成访问界标数据库402以确定区域内可能的基准位置。
[0067] 位置确定模块408被配置成在给定可能的基准位置、码相位和星历集的情况下， 标识移动设备102的可能的位置集。位置确定模块408被进一步配置成部分地通过使用从 USGS高程API数据库202中检索的高程数据来从可能的位置集中标识移动设备102的实际 位置。
[0068] 在一个示例中，恢复和捕获模块404从移动设备102接收多个GPS信号样本或经 压缩的GPS样本。恢复和捕获模块404为可见卫星中的每一个恢复ID和对应的多普勒频 率以及码相位。例如，如果原始GPS信号样本被接收，则恢复和捕获模块404重构GPS信 号，并且针对每个可能的多普勒频率范围将C/A码模板与经重构GPS信号作比较。一旦可 见（进行广播的）卫星被确定，恢复和捕获模块404就通过利用GPS信号中C/A码的重复 模式来确定码相位。
[0069] 恢复和捕获模块404向基准位置模块406提供卫星ID、多普勒频率以及码相位。 恢复和捕获模块404还向NASA轨道数据库204提供卫星ID，NASA轨道数据库204进而向 基准位置模块406提供与每个卫星ID有关的星历。
[0070] 基准位置模块406首先通过基于可见卫星计算信号的多普勒交叉来确定所估计 的移动设备102的定位。例如，根据多普勒偏移，可确定每个可见卫星朝向或远离移动设备 102的速度。每个可见GPS卫星的定位和速率在星历中被接收。如果卫星的方向、速率和定 位是已知的，则可确定该卫星的角度。一旦每个可见GPS卫星的角度被基准位置模块406 确定，就能为每个可见卫星找到表示GPS信号的已广播地区的锥形。这些锥形的交叉提供 了移动设备102的一个或多个区域。
[0071] 在基准位置模块406确定移动设备102的这些区域之后，基准位置模块406在空 间上采样这些区域中的每一个以建立可能的基准位置集，即具有位于这些区域中的至少一 个内的已知定位的已知界标。已知界标从界标数据库402中被标识并检索。
[0072] 基准位置模块406向位置确定模块408提供可能的基准位置集，位置确定模块408 标识移动设备102的实际位置。为此，位置确定模块408首先使用这些基准位置中的每一 个来应用CTN，以便为移动设备102确定可能的位置集。如上所述，由于对基准位置的猜测， 可能的位置集中的许多位置是阴影位置。
[0073] -旦可能的位置集被确定，位置确定模块408就开始通过将可能的位置限制于接 近地球表面的高程（例如，-500和8000m之间）来去除阴影位置。接着，位置确定模块408 从USGS高程API数据库202中检索与剩余可能的位置中的每一个有关的高程数据，并且将 所计算的高程与检索到的高程作比较。如果这些高程不匹配，则该可能的位置从移动设备 102的实际位置的候选中被去除。然而，如果这些高程匹配，则位置确定模块408标识了移 动设备102的可行实际位置。对于所有这些可行位置，位置确定模块408确定具有最小精 度衰减的一个位置，并且将该位置提供给移动设备102,将该位置存储在计算机可读存储介 质中，或将该位置提供给另一计算设备以供分析。
[0074] 用于执行本文中所描述的技术的示例方法在以下进行详细描述。这些示例方法 可在计算机可执行指令的一般上下文中描述。一般而言，计算机可执行指令可以包括执行 特定功能或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、过程、模块、功能等 等。这些方法还能在其中功能由通过通信网络或通信云链接的远程处理设备执行的分布式 计算环境中实现。在分布式计算环境中，计算机可执行指令可位于本地和远程存储器两者 中。
[0075] 这些示例方法有时被示出为逻辑流程图中框的集合，这表示可用硬件、软件、固 件、或其组合来实现的一系列操作。描述方法的次序并不旨在被解释为限制，并且任意数量 的所描述的框可以按任何次序组合以实现这些方法或替换方法。另外，可从方法中省去各 个操作，而不背离此处所述的主题的精神和范围。在软件的上下文中，各个框表示当由一个 或多个处理器执行时完成既定操作的计算机可执行指令。
[0076] 图5是根据某些实现的用于压缩GPS信号样本的示例过程500的流程图。在502， 移动设备102采样来自一个或多个卫星（诸如卫星104-112)的GPS信号。GPS信号是组合 信号，包括来自移动设备102当前可见的每个GPS卫星的各信号。这些GPS信号样本各自 包含GPS信号的一部分，其可被表不为以下等式：
【权利要求】
1. 一种设备，包括： 一个或多个处理器； 维护所述一个或多个处理器能够执行以执行操作的指令的一个或多个计算机可读介 质，所述操作包括： 采样全球定位系统（GPS)信号以生成多个GPS信号样本； 为所述多个GPS信号样本中的每一个生成时间戳； 根据压缩感测理论来压缩所述多个GPS信号样本以生成多个经压缩的GPS样本；以及 向服务器提供所述多个经压缩的GPS信号样本和所述时间戳。
2. 如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个GPS信号样本在时域中被压缩。
3. 如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个GPS信号样本在频域中被压缩。
4. 如权利要求1所述的设备，其特征在于，根据压缩感测理论来压缩所述多个GPS信号 样本包括： 将所述多个GPS信号样本表达为在可能的偏移的多普勒频率和码相位上枚举的矩阵； 以及 将表达重写成压缩感测模型，所述压缩感测模型包括每一列的加权平均的系数向量。
5. 如权利要求1所述的设备，其特征在于，根据压缩感测理论来压缩所述多个GPS信号 样本包括： 固定可能的多普勒频率集； 将所述多个GPS信号样本表达为在可能的偏移的码相位和所固定的多普勒频率集上 枚举的矩阵；以及 将表达重写成压缩感测模型，所述压缩感测模型包括每一列的加权平均的系数向量。
6. 如权利要求1所述的设备，其特征在于，根据压缩感测理论来压缩所述多个GPS信号 样本包括： 对所述GPS信号样本执行离散傅立叶变换（DFT); 将由所述DTF产生的系数表达为在可能的多普勒频率上枚举的矩阵；以及 将表达重写成压缩感测模型，所述压缩感测模型包括每一列的加权平均的系数向量。
7. -种存储指令的计算机可读存储介质，所述指令在由一个或多个处理器执行时使得 所述一个或多个处理器： 接收多个全球定位系统（GPS)信号样本以及对应的时间戳，所述GPS信号样本是根据 压缩感测理论来压缩的； 从所述GPS信号样本中标识可见卫星集以及针对每个可见卫星的对应多普勒频率和 码相位； 检索所述可见卫星的星历； 标识可能的基准位置集； 通过将粗调时间导航（CTN)计算应用于所述基准位置中的每一个来确定可能的位置 集，所述可能的位置中的每一个对应于所标识的基准位置之一，所述可能的位置集包括实 际位置和至少一个阴影位置；以及 使用高程数据来去除所述至少一个阴影位置。
8. 一种方法，包括： 从移动设备接收多个全球定位系统（GPS)信号样本以及对应的时间戳； 由一个或多个处理器从所述GPS信号样本中标识可见卫星集以及针对每个可见卫星 的对应多普勒频率和码相位； 从数据库检索星历数据；以及 至少部分地基于所述时间戳、所述可见卫星集以及所述星历数据来估计所述移动设备 在其中接收到所述信号样本的区域。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述GPS信号样本是根据压缩感测理论来压 缩的。
10. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，标识所述可见卫星集包括将稀疏信号恢复 解算器应用于所述GPS信号样本。
【文档编号】G01S19/42GK104487866SQ201380038013
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年7月16日 优先权日:2012年7月16日
【发明者】J·刘, Y·金, N·A·B·皮里安塔, E·哈特, A·S·德 宝拉 申请人:微软公司