专利名称：卫星位置表消息传送的制作方法
技术领域：
本发明涉及导航卫星接收机，更具体来说，涉及用于以非完整的天文星历(ephemeris almanac)来操作导航卫星接收机的方法和系统。
背景技术：
全球定位系统(GPS)是一种基于卫星的无线电导航系统，其由美国国防部以超过130亿美元的成本建立及操作。卫星定位系统(SPS)包括GPS和俄罗斯的GLONASS导航系统。其它的定位系统则由日本及欧盟提出。
在GPS系统中，在20200千米的高度上环绕地球的24颗卫星在轨道上被间隔开，使得在任何时间，用户可以看见最少6颗卫星。每个此类卫星发送精确的时间和位置信号。GPS接收机测量信号到达该接收机的延时，然后从中计算接收机-卫星的表观距离。从至少4颗卫星进行这种测量，允许GPS接收机计算其三维位置、速度和系统时间。
针对接收机位置的解决方案依赖于知道每一个相关卫星在三维空间中的位置。各个对应位置被作为属于一组等式的参数而报告。在传统的GPS系统中，GPS星历(ephemeris)包括下面表格(表I)中的全部各项。
表IGPS星历消息 在星历消息的有效性周期期间，有可能在卫星飞行中的任一时刻使用下载到导航接收机的完整的GPS星历消息信息来计算卫星的接近精确的位置和速度。本发明的发明人已发现，所计算的卫星位置对于大多数上述参数中的小的变化都非常敏感，因此在每次星历下裁期间都必须完整地传送所述参数。但是，通过所述参数本发明的发明人也已经发现，对于倾角的两个谐波校正(harmonic correction)Cic和Cis并不那么重要。所需要的是一种能够在计算卫星位置的过程中忽略上述两个参数的至少其中之一的GPS接收机和系统，并且在计算过程中，在解的精确度方面几乎没有降低。
本发明的发明人之一Paul McBurney最近和其他一些人一起提交了几个涉及本发明的实施例并总体涉及辅助GPS接收机客户端的美国专利申请。在表II中概述了所述专利申请。所有这些专利申请已被转让给相同的受让人，并被引用于此以作参考。
表II
GPS卫星发送每12.5分钟重复一次的50-bps的导航(NAV)数据消息。该数据消息包括系统时间、卫星星历以及天文历(almanac)信息，所述天文历信息对于GPS接收机获取对足够多卫星的信号锁定以及产生其导航解是很重要的。其中有各占30秒钟的25帧，每一帧具有5个子帧，每个子帧具有10个字。在每个子帧开始处的Z计数给出其从卫星的传输时间。星历是头3个子帧，子帧4-5是在50页上扩展的天文历数据。NAV数据的一个整数据帧有1500比特长，因此需要花费30秒钟来发送。
发明内容
简而言之，本发明的导航卫星接收机实施例接受包括删减的GPS星历参数的卫星位置表消息。具体来说，对倾角的两个谐波校正Cic和Cis的至少其中之一不被传送，并且不被用在导航接收机位置的求解中。在本发明的第一方法实施例中，对倾角的两个谐波校正Cic和Cis都被从计算中省略。在本发明的第二方法实施例中，只从计算中省略对倾角的两个谐波校正Cic和Cis的其中之一，这取决于Min(Cissin(2φk)，Ciccos(2φk))。
本发明的一个优点是提供了一种系统和方法，用于使导航接收机利用对于任何特定GPS卫星的非完整的星历来精确地进行操作。
对于所属领域的熟练技术人员来说，在阅读了下述各个附图中所示的优选SPS接收机的详细描述之后，本发明的这些和其它目的及优点将无疑变得显而易见。
图1是本发明的联网导航系统实施例的功能框图；图2是表示当使用本发明的第一方法实施例时所计算的误差的曲线图，在该实施例中从位置解计算中省略两个参数Cic和Cis；图3是表示当使用本发明的第二方法实施例时所计算的误差的曲线图，在该实施例中从位置解计算中省略两个参数Cic和Cis的其中之一；以及图4是本发明的一个方法实施例的流程图。
具体实施例方式
图1说明本发明的卫星导航接收机系统实施例，并且在这里由总的附图标记100表示。系统100使用由可得到的GPS人造卫星(SV’s)101GPS卫星发送每12.5分钟重复一次的50-bps的导航(NAV)数据消息。该数据消息包括系统时间、卫星星历以及天文历(almanac)信息，所述天文历信息对于GPS接收机获取对足够多卫星的信号锁定以及产生其导航解是很重要的。其中有各占30秒钟的25帧，每一帧具有5个子帧，每个子帧具有10个字。在每个子帧开始处的Z计数给出其从卫星的传输时间。星历是头3个子帧，子帧4-5是在50页上扩展的天文历数据。NAV数据的一个整数据帧有1500比特长，因此需要花费30秒钟来发送。
发明内容简而言之，本发明的导航卫星接收机实施例接受包括删减的GPS星历参数的卫星位置表消息。具体来说，对倾角的两个谐波校正Cic和Cis的至少其中之一不被传送，并且不被用在导航接收机位置的求解中。在本发明的第一方法实施例中，对倾角的两个谐波校正Cic和Cis都被从计算中省略。在本发明的第二方法实施例中，只从计算中省略对倾角的两个谐波校正Cic和Cis的其中之一，这取决于Min(Cissin(2φk)，Ciccos(2φk))。
本发明的一个优点是提供了一种系统和方法，用于使导航接收机利用对于任何特定GPS卫星的非完整的星历来精确地进行操作。
对于所属领域的熟练技术人员来说，在阅读了下述各个附图中所示的优选SPS接收机的详细描述之后，本发明的这些和其它目的及优点将无疑变得显而易见。
图1是本发明的联网导航系统实施例的功能框图；图2是表示当使用本发明的第一方法实施例时所计算的误差的曲线图，在该实施例中从位置解计算中省略两个参数Cic和Cis；图3是表示当使用本发明的第二方法实施例时所计算的误差的曲线图，在该实施例中从位置解计算中省略两个参数Cic和Cis的其中之一；以及图4是本发明的一个方法实施例的流程图。
具体实施方式
图1说明本发明的卫星导航接收机系统实施例，并且在这里由总的附图标记100表示。系统100使用由可得到的GPS人造卫星(SV’s)101帮助的原因是因为微波信号104和105可能太弱，使得其无线电接收机无法搜集伪距信息之外的任何信息。例如如果接收机天线在室内或者以其它方式与天空隔开，则可能发生NAV消息可能难到无法收集的地步。
可以出于几种商业目的提供卫星位置表消息114，例如为避免专利侵权、收集订购收入、支持私人船队、作为公共服务等等。
在与接收机的通讯和位置解的计算中，本发明的第一方法实施例包括省略Cic和Cis参数。图2表示对于15颗卫星在一年的数据上计算的位置误差的曲线图，其中每小时对数据进行采样，Cis＝0且Cic＝0。所计算的平均误差对于每颗卫星仅为几米。
本发明的第二方法实施例仅省略所述两个参数的其中之一，例如对位置具有最小影响的那一个。倾斜校正是Δ＝Cissin(2φk)+Ciccos(2φk)，其中φk是纬度辐角，根据Min(Cissin(2φk)，Ciccos(2φk))省略Cis或Cic的其中之一。图3表示使用此方法对于10颗卫星所计算的位置误差。当在计算过程中只省略其中一个参数时，平均误差约被减小四倍，例如位置解误差小于1米。
图4表示本发明的推广的方法实施例，其在这里由总的附图标记400表示。方法400包括接收精简的星历消息的步骤402，其中对倾角的两个谐波校正Cic和Cis或者其中之一未被发送，或被置为0。可以通过已支付订购费用来预处理这一步骤，并且可以经由因特网访问。步骤404从此类精简的星历中计算位置解。这一步骤是必须的，因为进行计算的本地接收机不能直接获得其自身的星历拷贝，例如因为天线在室内并且信号强度太弱。步骤406输出位置解，并且是精确的，例如在任何时间下把精度保持在一米的范围内。在方法400的一个替换实施例中，步骤402使得Cis及Cic全部缺失或将其设置为0。利用406最终得到的误差仍然在用户所做的应用的可接受限制内。
尽管已经就当前优选的SPS接收机描述了本发明，但是应该理解，本公开内容不应被解释为限制性的。在阅读了上面的公开内容之后，各种变化或修改对于所属领域的熟练技术人员来说都是显而易见的。因此，所附权利要求书希望被解释成包括落入本发明“实质”精神和范围内的所有变化和修改。
权利要求
1.一种操作导航接收机的方法，包括从沿轨道运转的导航卫星之外的信息源接收卫星位置表消息，该卫星位置表消息是用于特定卫星的星历的等效物，但缺乏对倾角的两个谐波校正Cic和Cis的至少其中之一；使用来自所述卫星位置表消息的所述精简的星历信息计算位置解；以及通过在计算步骤中省略所述对倾角的两个谐波校正Cic和Cis中的任一个，以降低了的小于1米的精确度输出所述位置解。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述接收步骤使得所述对倾角的两个谐波校正Cic和Cis全部缺失或者被设置为0。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述接收步骤使得已经付费以便接收所述卫星位置表消息。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述接收步骤使得通过因特网连接、从参考站和网络主机提供所述卫星位置表消息。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述计算步骤使得所述对倾角的两个谐波校正Cic和Cis中在计算时省略的那一个可以在数学上表示为Min(Cissin(2φk)，Ciccos(2φk))。
6.一种导航接收机客户端，包括用于从沿轨道运转的导航卫星之外的信息源接收卫星位置表消息的输入端，该卫星位置表消息是用于特定卫星的星历的等效物，但缺乏对倾角的两个谐波校正Cic和Cis的至少其中之一；用于从沿轨道运转的人造卫星接收微波传输及测量伪距的无线电装置，其中与沿轨道运转的人造卫星的星历相关联的对应数据是不可获得的；以及位置解输出端，其中从所述伪距和所述卫星位置表消息确定位置解，并且对倾角的两个谐波校正Cic和Cis的至少其中之一被设置为0。
7.如权利要求6所述的导航接收机客户端，其中所述输入端接收以一定费用通过因特网获得的信息。
8.如权利要求6所述的导航接收机客户端，其中所述输入端使得通过因特网连接从参考站和网络主机提供所述卫星位置表消息。
9.如权利要求6所述的导航接收机客户端，其中所述无线电装置可在室内操作，其中不能直接从所述轨道导航卫星获得NAV消息。
全文摘要
一个导航卫星接收机接受包括删减的GPS星历参数的卫星位置表消息。具体来说，对倾角的两个谐波校正Cic和Cis的至少其中之一不被传送，并且不被用在导航接收机位置的求解中。在本发明的第一方法实施例中，对倾角的两个谐波校正Cic和Cis都被从计算中省略。在本发明的第二方法实施例中，只从计算中省略对倾角的两个谐波校正Cic和Cis的其中之一，这取决于Min(C
文档编号G01C21/26GK1702475SQ200510074340
公开日2005年11月30日 申请日期2005年5月25日 优先权日2004年5月25日
发明者P·W·麦克博尼, F·沃谢 申请人:精工爱普生株式会社, 伊莱德公司