M 504可以使用基于GPS的技术来确定相应气球502的位置。在图6中示出了可以使用该技术的示例系统。具体地，图6示出了基于气球的定位系统600的简化的框图，该基于气球的定位系统600具有多个GPS卫星602A-602E以及两个气球604A和604B，每个气球具有相应的PDM 606和PBM 608。每个PDM 606被配置为使用基于GPS的技术来确定相应气球604的位置。每个卫星602是传统的GPS卫星并且被配置为广播包含卫星定位数据的相应卫星信号610，该卫星定位数据可以包括相应卫星602的位置和对应的广播时间。
[0111]每个PDM 606包括GPS接收器和天线系统。每个GPS接收器被配置为使用现在已知或稍后发现的技术(诸如通过使用伪随机二进制序列代码)经由相应的天线系统接收卫星信号610中的一个或多个卫星信号。注意，相同的卫星信号610可以由卫星602被一次广播并且被多个气球604接收(诸如卫星信号610C和610D)。
[0112]每个PDM 606进一步被配置为通过向包含在接收到的卫星信号610中的卫星定位数据应用一种或多种位置处理技术来确定相应气球604的位置。位置处理技术可以包括现在已知或稍后发现的技术。例如，PDM 606可以向来自至少三个卫星602的卫星定位数据应用三角测量技术来确定相应气球604的位置。
[0113]注意，虽然来自三个卫星602的卫星定位数据可以足以使用三角测量技术来确定气球604的位置，但仍然可以期望来自附加卫星的卫星定位数据。例如，可能需要来自四个卫星602的卫星定位数据来进一步确定气球604的海拔(即，除了其经度和维度位置之外)。同样，随着来自更多卫星602的卫星定位数据被接收和处理，PDM 606可以更加精确地确定气球604的位置。如此，虽然图6中的示例实施例示出了 PDM 606A和606B分别接收四个和三个卫星信号，但是应该理解，在一些实施例中，可以接收和处理许多卫星信号(即，包含来自其他卫星602的卫星定位数据)以确定相应气球604的位置。
[0114]基于气球的定位系统600的实施例结合接收和处理来自不同卫星602的多个卫星信号的期望提供了特定的优势。具体地，给定气球606的高海拔布置，每个气球上的GPS接收器，例如与基于地面的GPS接收器相比，具有拥有与多个卫星602的视线的增加的可能性，地面GPS接收器可能具有被建筑物或其他基于地面的对象阻挡的其潜在的视线。
[0115]此外，即使基于地面的GPS接收器位于开放的环境中(例如，户外)，其通常也仅具有最大约11至12个卫星的视线。这是因为地球本身作用为障碍物。然而，在基于气球的定位系统中，气球的高海拔布置降低了地球将是障碍物的可能性。确实，气球上的给定GPS接收器在任何给定时间都可能具有多达13甚至更多卫星602的视线。
[0116]作为另一优势，包括在气球上的GPS接收器在其中通常存在地面干扰的区域上方操作。进一步地，由于相对短的卫星信号路径(例如，与一直去往基于地面的接收器的典型卫星信号相比)，信号衰减较低并且接收到的信号强度(RSS)较高。
[0117]在备选实施例中，PDM 606可以类似地被适应于与非GPS卫星和/或现在已知或稍后发现的其他定位系统协作。
[0118]4d)使用基于测量的技术的位置确定模块
[0119]在另一实施例中，PDM 504可以使用基于测量的技术来确定相应气球502的位置。图7示出了包括具有PDM 704和PBM 706的气球702的基于气球的定位系统700的简化的框图。系统700进一步包括一种或多个测量点，诸如基于地面的站708A-708C和/或天体710。PDM 704被配置为使用基于测量的技术，诸如通过考虑基于地面的站708和/或天体710来确定气球702的位置。
[0120]在一个实施例中，PDM 704可以被配置为通过分析基于地面的站的成像数据(例如，从包括在PDM中的静物照相机获得)和/或通过使用在本公开内容中描述的任何通信连接与基于地面的站708通信来标识特定的基于地面的站708。根据基于地面的站708的标识，PDM 704可以(例如，从查找表)确定基于地面的站的位置。
[0121]PDM 704还可以被配置为确定气球702与基于地面的站708之间的测量，诸如通过进一步分析成像数据和/或通过使用所公开的通信链接中的一种通信链接。例如，PDM 704可以被配置为通过使用气球702和基于地面的站708之间的光链接来确定这种测量。除了提供用于交换典型网络和其他数据的方式，光链接可以被用来测量距离。例如，气球702可以将光信号传输至基于地面的站708，该光信号包括发送信号的时间。在接收到带时间戳的光信号时，地面站708可以确定光信号在气球702和基于地面的站708之间行进所花费的时间。然后，基于所确定的行进时间和光信号的已知速度，可以确定气球702和基于地面的站708之间的距离。
[0122]通过确定从气球702到三个或更多基于地面的站708的距离以及每个基于地面的站的位置，PDM 706可以使用现在已知或稍后开发的位置处理技术以确定气球702的位置。
[0123]PDM 704还可以被配置为标识天体710，再次诸如经由成像分析或其他技术。PDM704可以进一步被配置为标识天体(例如，经由查找表)以及基于标识的天体来确定气球706的定向。例如，PDM 704可以基于天体的哪个部分从气球的角度是可见的来确定气球702的定向。PDM 704可以进一步被配置为基于所确定的基于地面的站708的测量和/或所确定的天体710的定向来确定气球702的位置。
[0124]在一些实施例中，从包括在PDM 708中的惯性或其他传感器(例如，风传感器)获得的数据可以进一步被用来调整气球706的确定的位置。类似地，可以考虑用于气球706的飞行时间测量。
[0125]4c)使用基于相对的技术的位置确定模块
[0126]在另一实施例中，PDM可以使用基于相对的技术来确定气球502的位置。图8示出图示了具有气球802A-802D的基于气球的定位系统800的简化的框图。每个气球802具有相应的PDM 804和PBM 806。在所示实施例中，可以假设气球802A-802D已经确定它们自身的相应位置(S卩，利用它们相应的PDM 804)。
[0127]作为示例，PDM 804A可以被配置为使用基于相对的技术来确定气球802A的位置，即基于气球802B-802D的已知位置以及气球802A相对于气球802B-802D的相对位置。在一个实施例中，PDM 804A可以被配置为通过使用贯穿本公开描述的气球到气球通信链接中的一种气球到气球通信连接来确定气球802B的已知位置。例如，气球802A可以经由自由空间光链接向气球802B发送位置请求。作为响应，气球802B可以经由光链接将其位置发送至气球802A。
[0128]类似地，PDM 804A可以被配置为使用所描述的通信链接中的一种通信链接来确定气球802A相对于气球802B的相对位置。例如，气球802A可以向气球802B发送光信号，该光信号包括发送信号的时间。在接收到带时间戳的光信号时，气球802B可以确定光信号在气球之间行进所花费的时间。然后，基于光信号的行进时间和已知速度，PDM 804可以确定两个气球之间的距离。
[0129]注意，经由光链接的通信在高海拔处尤其有效，诸如当用于基于气球的定位系统的实施例中的气球到气球通信时。在这种海拔处，大气包含最少量的灰尘、水和可以干扰光信号的大气微粒。
[0130]然后，PDM 804A可以重复上述过程以确定气球802A相对于剩余气球802C和802D中的每个气球的相对位置。然后，这些相对位置可以在系统800内被传送，使得每个气球802可以确定其相对于系统中的所有其他气球802的位置。作为结果，一旦气球802中的一个气球诸如通过使用上述位置确定技术中的一种位置确定技术确定了其位置，系统800中的每个气球都可以确定其位置。
[0131]4d)位置广播模块
[0132]返回到图5，回顾了每个气球502包括被配置为广播(例如，经由天线)包含气球定位数据的相应气球信号508的PBM 506。气球定位数据包括确定的相应气球的位置(即，如由相应PDM 504来确定)和对应的广播时间。气球接收器510被配置为气球信号508中的一个或多个气球信号以及基于包含于其中的集合的气球定位数据来确定其位置。例如，如图5所示，接收器510可以接收气球信号508A-508D，它们共同包含用于气球502A-502D中的每个气球的气球定位数据。然后，接收器可以通过现在已知或稍后发现的位置处理技术来处理气球定位数据以确定其位置。
[0133]注意，在一些实施例中，每个PBM 506可以在单个信道频率上广播相应的气球信号508。这提供了诸如GPS的传统定位系统之上的特定的优势，在GPS中出于试图检测和消除由基于折射的干扰所引起的延迟的目的通常同时在两个不同的信道频率(通常为在1575.42Mhz处的LI和在1227.6Mhz处的L2)上广播卫星信号。回顾了由于GPS卫星的高度，直接发送给基于地面的接收器的卫星信号穿过电离层，并且因此受到这种类型的干扰。
[0134]由于GPS卫星在两个信道频率上广播卫星信号，所以传统的GPS接收器必须被配置为接收两个信道频率。另一方面，在基于气球的定位系统的实施例中，其中气球信号在单个信道频率上传输，对应的接收器只需要被配置为接收单个信道频率。此外，这允许接收器较不复杂，并且因此，通常生产成本较低。注意，所使用的单个信道频率可以是任何特定频率，尽管在所选实施例中，它不同于LI和L2的频率或其他常用频率以减少或避免潜在的干扰。
[0135]进一步地，由于气球可能以相对较慢的速度(即，与GPS卫星相比)行进，所以接收器不需要补偿如使用GPS接收器的情况下的多普勒频移(Doppler shifts)。再次，这降低了接收器的复杂度和生产成本。
[0136]4e)其他示例优势
[0137]在GPS的上下文中，接收器通常不能够确定其位置，因为其不能接收由一个或多个GPS卫星广播的信号。这些信号由于多种原因而难以到达GPS接收器，诸如由于弱的信号强度以及由于反射、