专利名称：利用卫星系统的因特网热点定位的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及导航，更具体地涉及基于卫星的导航技术。
背景技术：
各种现有卫星导航系统提供的现有导航和计时信号通常不能提供满意的系统性 能。尤其是，这种导航和计时信号的信号功率、带宽以及几何覆盖总体上不能够充分满足很 多要求的使用情景的需要。现有的基于例如全球定位系统(GPS)信号的导航和计时方案在很多情况下对于 导航用户可能不可用。通常，GPS接收器必须接收至少4个同时存在的测距源以允许三维 定位和准确的时间传递。然而，GPS信号提供的低信号功率或几何区域通常不足以容易地 穿透城市峡谷或建筑物墙壁。基于例如蜂窝电话或电视信号的其他导航方案通常缺少垂直 导航信息。现有的系统尝试通过使用各种方案例如惯性导航系统、专用信标以及高灵敏性 GPS系统解决室内导航缺陷。然而，惯性导航系统漂移且昂贵。信标要求专用的固定资源， 其昂贵而且不标准，因此只有专门用途，而灵敏的GPS系统通常由于GPS信号在室内环境中 较弱而不能达到用户期望。

发明内容
在一种实施方式中，适于执行地理定位的接收器单元包括适于从卫星接收精确 时间信号以及从至少一个无线网络站接收额外辅助信息的天线，其中所述精确时间信号包 括周期性重复代码；处理器；以及适于存储多个计算机可读指令的存储器，当所述处理器 执行所述指令时其适于使所述接收器单元使用所述精确时间信号和辅助信息确定精确绝 对时间，确定与所述接收器单元关联的定位信息，使用所述定位信息请求无线网络站的位 置信息，以及使用所述定位信息和所述位置信息确定所述接收器单元的绝对地理位置。在另一实施方式中，执行地理定位的方法包括从卫星接收精确计时信号 ’从至 少一个无线网络站接收辅助信息；使用所述精确计时信号和辅助信息确定精确绝对时间， 使用所述精确绝对时间校准接收器单元的系统相关器以确定与所述接收器单元关联的定 位信息；使用所述定位信息，请求所述无线网络站的位置信息；从所述无线网络站接收位 置信息；和使用定位信息和位置信息执行绝对地理定位。在另一实施方式中，执行地理定位的方法包括从卫星接收精确计时信号 ’从至 少一个无线网络站接收辅助信息；使用所述精确计时信号和辅助信息确定精确绝对时间， 使用所述精确绝对时间校准接收器单元的系统相关器以确定与所述接收器单元关联的定 位信息；随时间推移测量多个卫星的测距代码；组合测距代码和辅助信息；计算定位信息； 使用所述定位信息搜索无线网络站的位置信息；接收在无线网络站测距代码上传送的位置 信息；以及组合定位信息和无线网络站测距代码以执行绝对地理定位。在另一实施方式中，一种适于执行地理定位的接收器单元包括适于从卫星接收精确时间信号以及从至少一个无线网络站接收额外辅助信息的天线，其中所述精确时间信 号包括周期性重复代码；处理器；以及适于存储多个计算机可读指令的存储器，其中当处 理器执行所述指令时其适于使得所述接收器单元从卫星接收精确时间信号；从至少一个 无线网络站接收辅助信息；使用精确时间信号代码和辅助信息确定精确绝对时间；使用精 确绝对时间校准接收器单元的系统相关器以确定与接收器单元关联的定位信息；随时间推 移测量多个卫星的测距代码；组合测距代码和辅助信息；计算定位信息；使用定位信息搜 索(survey)至少一个无线网络站的位置信息；接收在无线网络站测距代码上传送的位置 信息；以及组合定位信息和无线网络站测距代码以执行绝对地理定位。本发明的范围由权利要求限定，其通过引用并入此部分。通过考虑下文中一个或 更多个实施方式的详细描述，本领域技术人员将获得对本发明实施方式的更完整的理解以 及其额外优点的实现。请参照首先被简要描述的附图。


图1提供根据本发明的一种实施方式能够在遮挡或堵塞环境中执行任务的导航 系统的概况；图IA示出根据本发明的一种实施方式的接收器单元302的功能框图；图2提供图示根据本发明的一种实施方式从卫星获得精确绝对时间传递的方法 的流程图；图3例示根据本发明的一种实施方式的低地轨道(LEO)卫星的时间传递结构信 号；图3A示出根据一种实施方式用于确定接收的卫星信号的代码相位的方法的流程 图；图;3B提供图示根据本发明的一种实施方式在衰减或堵塞环境中执行时间传递和 导航的方法的流程图；图4图示根据本发明的一种实施方式的使用卫星提供无线网络站定位的自成型 导航系统；图5提供图示根据本发明的一种实施方式通过集成卫星信号和无线网络信号执 行地理定位的方法的流程图；以及图6提供图示根据本发明的另一实施方式通过集成卫星信号和无线网络信号执 行地理定位的方法的流程图。本发明的实施方式和优点将通过参照以下详细描述最好地理解。应理解类似的附 图标记用于标识一个或更多个附图中图示的类似元件。
具体实施例方式根据本文讨论的各实施例，采用卫星(例如，低地轨道(LEO)卫星)的系统可以用 于增强接收器单元，例如蜂窝电话或其他紧凑装置，从而这些接收器单元可以甚至在严重 衰减、遮挡或堵塞环境中起作用。根据本文的一个或更多个实施例的导航系统可以解决接 收器单元由于从现有源(诸如全球定位系统(GPQ卫星)接收根本弱的信号导致的现有的 问题。
来自特定卫星(例如通信卫星)的信号通常比来自其他现有定位系统(诸如GPS) 的信号更强。一个这种卫星是低地轨道(LEO)卫星铱星星座。在一示例中，配置为使用从 例如铱星等LEO卫星接收的信号工作的接收器单元可以使用在接收器单元的天线处小于 约45dB的衰减的信号电平工作，而GPS配置的接收器单元通常不以这种电平工作。通过调 整铱星卫星信号，铱星配置的接收器单元可以在约15-20db运行，低于通常的GPS配置的接 收器单元将停止工作的电平。根据各实施方式，包含来自卫星系统的精确时间信号的这种强大信号可以用于确 定准确度达到例如近似1-10微秒的精确绝对时间。另外，这种强大信号可以与来自诸如蜂 窝网络、因特网或WiFi等其他地基基本设施的信息一起被传递到接收器单元。根据一个或 更多实施方式，从卫星信号获得的精确绝对时间是充分准确的，有助于校准接收器单元中 的系统相关器以集中在非常窄的时间段内。当在遮挡或堵塞环境中使用多个系统相关器而 无精确时间参考的优势时，由于在大的时间段上进行的搜索，相关处理在计算上负担重，并 且接收器单元可能无法在这种条件下执行任务。然而，通过精确绝对时间(例如具有近似 10微秒内的准确度)的传递，接收器单元(或用户)可以通过校准接收器单元的系统相关 器更好地接收和追踪来自诸如GPS等定位系统的导航信号，甚至在高度衰减或堵塞的环境 中。因此，本发明的实施方式可以在严重衰减或堵塞的环境中辅助GPS或任何其他定位卫 星系统。应当理解精确绝对时间传递还可以用于诸如网络同步等其他应用。下面参照附图，其中附图仅仅用于图解说明本发明的实施方式，不是为了对其进 行限制。图1提供根据本发明的实施方式的导航系统100的概况，此系统能够在遮挡或堵 塞环境中执行任务。如图1的实施方式所示，在导航系统300中，接收器单元302(例如蜂窝电话)配 置为从卫星306接收信号309，信号309可以包括来自传统导航卫星的全球定位系统(GPS) 信号(例如受保护/不受保护的GPS信号)。另外，接收器单元302配置为从卫星304接收 信号305，卫星304可以是低地轨道(LEO)卫星。此外，接收器单元302配置为从网络308 接收信号307，网络308可以包括例如蜂窝网络、因特网、WiFi网络和/或其他网络。从卫 星304接收的信号305包括在卫星304上编码的精确时间信号。通过网络308接收的信号 307可以包括额外辅助信息，例如与卫星304关联的轨道信息、接收器单元302的近似位置、 卫星304和接收器单元302之间的近似距离(例如在约3000m内)，近似时间信息(例如约 5秒内的近似时间)、与卫星304关联的计时偏置信息(例如卫星时钟偏移量)和/或其他 fn息ο根据一个或更多个实施方式，卫星306可以是集成的高性能导航和通信系统(诸 如iGPS系统)的一部分。卫星306还可以是包括例如全球轨道导航系统(Glonass)的任 何其他定位系统卫星的一部分。在一个示例中，卫星304可以是LEO卫星，其可以通过现有通信系统(例如铱星 或Globalstar卫星系统)的卫星来实现。在一个示例中，铱星卫星用于实现卫星304，铱 星卫星的飞行计算机可以使用合适的软件重编程以有助于处理导航信号。在另一示例中， Globalstar通信卫星用于实现卫星304，卫星弯管结构允许地面设备被升级以支持各种新 的信号格式。在将卫星304实现为LEO通信卫星的实施方式中，LEO通信卫星可以被配置以支6持通信信号以及导航信号。在这一点上，这种导航信号的实现可以考虑各种因素，诸如多路 径抑制、测距准确度、交叉相关、对堵塞和干扰的抗性以及包括选择性访问、防欺骗以及低 拦截概率的安全性。接收器单元302可以使用适当的硬件和/或软件实现为接收和解码来自各种空间 和陆地测距源的信号以执行导航。这种信号可以包括例如来自GPS (或任何其他定位系统 (例如Glonass)、LEO (例如铱星或Globalstar卫星系统)、广域增强系统(WAAS)、欧洲静地 星导航重叠服务(EGNOS)、多功能卫星增强系统(MSAS)、(ialileo、准天顶卫星系统O^SS) 和/或移动卫星冒险(MSV)卫星)的卫星广播。这种信号还可以包括来自网络308的陆地 广播，网络308可以包括蜂窝网络、TV(电视)网络、因特网、WiFi、WiMAX、国家车辆基础设 施集成(VII)节点以及其他合适的源。接收器单元302可以根据2005年11月7日提交的 美国专利申请11/268，317中阐述的各实施例实现，该专利申请通过引用并入本文。接收器单元302可以进一步配置为使用其他空间和陆地测距源广播的信号接收 和执行导航，如在特定实施方式中所期望的。另外，接收器单元302可以配置具有惯性测量 单元(IMU)，其实现为例如微电子机械系统(MEMS)装置以提供堵塞保护。接收器单元302还可以在可能适于特定应用的任意期望的配置中实现。例如，在 各实施方式中，接收器单元302可以实现为蜂窝电话、iGPS接收器、手持导航装置、基于车 载的导航装置、基于飞行器的导航装置或其他类型的装置。在一个实施例中，接收器单元 302的位置可以对应于用户的位置。参照图1A，其示出根据本发明实施例的接收器单元302的功能框图。接收器单元 302包括适于从一个或更多个卫星接收卫星信号3010的多频率天线3020。例如，天线3020 还适于从图1的网络208接收信号。天线3020耦连到一个或更多个预选滤波器3030、放大 器3040以及A/D转换器3050。合成器3070从温控晶体振荡器(TCXO) 3080接收信号，并 且耦连到A/D转换器3050、惯性装置3085和计算机3060，计算机3060包括存储器和处理 器(未示出)。系统相关器可以用处理器实现。计算机3060从惯性装置3085接收原始测 量值以及来自合成器3070和A/D转换器3050的输入以产生位置、海拔和时间的输出3090。 A/D转换器3050的采样率可以被适当确定使得接收器单元302可以将关心的全部频带下转 换到基带。在运行中，根据一个或更多个实施方式，在接收器单元302被遮挡或堵塞以及不 能从卫星306接收信号309 (例如GPS信号)的位置，接收器单元302可以向网络308发送 消息请求援助。之后，网络308确定额外的辅助信息。接着，接收器单元302使用信号307 结合从卫星304接收的信号305，校准其系统相关器以改善从卫星306接收信号309(例如 GPS信号)，并因此即使在遮挡或堵塞环境中也能够进行导航，信号307包括通过网络308 获得的额外辅助信息，信号305包括精确时间信号。参照图2，其提供图解说明根据本发明的实施方式从卫星获得精确绝对时间传递 的方法的流程图。在一实施方式中，图2可以实现为与图1的导航系统300 —起使用，但是 它还可以实现为与其他系统或应用(诸如网络同步)一起使用。当与包括额外辅助信息的 信号307组合时，从卫星304接收的信号305(如图1所示)允许定位。额外辅助信息可以 通过网络308投递给接收器单元302。在块350，接收器单元302从卫星304接收包括精确时间信号的信号305。精确时间信号作为周期性重复的良好定义的代码从卫星304被接收。应当理解良好定义的代码可 以包括任意数量的代码，例如伪随机码。在一示例中，铱星卫星可以广播伪随机码，大约每 23秒重复一次。其他实现可以包括交替代码结构。例如，在一个这样的实现中，粗计时码可 以后跟随伪随机码。在此实现中，粗计时码可以包括纯载波频率的重复部分，其可以被接收 器单元302容易地检测到以用于各种操作，诸如确定多普勒漂移。此实现中的伪随机码可 以用于确定绝对时间至高准确度，但是对于接收器单元302来说，伪随机码可能比检测粗 计时码更难检测到。为此，接收器单元302可以使用粗计时码有效地确定期望接收伪随机 码的近似时间。在各实施例中，不要求从卫星304接收的信号305包括详细的导航信息，并且只有 来自卫星304的单个卫星的信号305的一个广播可用于启动辅助技术。此外，信号305的 计时准确度可能由于典型的GPS卫星行为而严重退化，但是10微秒数量级的准确度是足够 的。在一个示例中，接收器单元302可以在衰减或遮挡环境中(例如室内)运行，其中接收 器单元302能够从卫星304接收信号305，但是由于信号309的低功率和环境的衰减而无 法从卫星306接收信号309。对于铱星卫星，例如，可重复的伪随机码的结构允许接收器单 元302甚至在天线处达到约45dB衰减的严重衰减环境中(即超过大多数GPS接收器不能 接收信号时的电平约15dB)锁定到伪随机码。接收器单元302还可以例如在信号309被商 业情形中的竞争信号潜在地堵塞的环境中，或者在信号309被军事情形中的敌人有意堵塞 的环境中运行。在块352，来自卫星304的信号305的代码的相对时序相位(下文还称为“η”或 “代码相位”)被接收器单元302使用低数据率相关确定。例如，接收器单元302可用于锁 定到信号305提供的高功率非GPS精确时间信号的代码以及确定时序相位到小于约3微秒 之内。在块354，接收器单元302通过网络308接收包括额外辅助信息的信号307。可替 代地，在例如接收器单元302移入或移出衰减环境的情况下可以从卫星304接收额外辅助 信息。总体而言，额外辅助信息的更新速率很低，原则上可以存储M小时或更久。在一个 实施方式中，额外辅助信息可以包括代码广播的开始时间、计时传输的期待频率、非GPS卫 星轨道的模型以及时间偏置校正信息，所述时间偏置校正信息可以改善从卫星304接收的 精确时间信号的保真度，如块350所述。另外，近似时间(例如在数秒的准确度内)可以通 过网络308提供或由接收器单元302的本地时钟提供。在块356，通过将代码的时序相位与根据例如等式406(以下将参照图3描述)通 过网络308接收的额外辅助信息相组合的方式，代码的时序相位被转换为精确绝对时间。下面参照图3，其根据本发明的实施方式图解说明低地轨道(LEO)卫星的时间传 递结构信号。根据一个实施例，图3的时间传递结构可以实现为用于图1所示的导航系统 300，但是它还可以用于其他系统或应用，诸如网络同步。在此实施例中，卫星304实现为铱 星卫星。应理解尽管图解说明铱星卫星的时间传递信号，但是此处的描述可以针对其他卫 星系统适当地修改。在图3的示例中，信号305可以包括被每个卫星304重复广播的IOK 缓冲周期402。每IOK缓冲周期可以等于9984个字节，或72872个位/比特，或256个消 息，或46. 08秒。每天有1875个缓冲周期。还图示了消息帧404(也称为消息)，其可以等 于312个位或8. 28毫秒每脉冲。其他位可以由卫星304预先定义。消息帧404的312个位通常是有效载荷位，其中通信(例如电话呼叫)每90毫秒出现一次语音更新。每个帧每 0. 18秒重复一次，并且所有位可以用于检测消息帧404的边缘。脉冲可以在消息帧404内 偏移特定“时间槽”。如果例如伪随机码是312位，则存在具有256个消息的满缓冲器。在此示例中，每 个消息具有其自身的伪随机码，使得不与其他代码混淆。伪随机码可以近似每20-40秒重 复一次。可以采用已知的简单伪随机码(或其他代码)来区分256个消息并提供明显的处 理增益。在一个实施方式中，可以进行粗简单代码(例如，促进载波频率的检测的代码)和 更精确的伪随机码(例如，允许更准确的时间校准的代码)的交替。在一个示例中，接收器单元302可以用于确定时间。缓冲器被加载并且广播开始。 接收器单元302调谐到正确频率并找到L频带帧中的位。接收器单元302找到与缓冲器的 第η个消息匹配的代码。然而，这并不告知时间，仅仅告知它是第η个消息(或者重复代码 的“代码相位”)。如图2的块352和354中描述的时序相位信息和额外辅助信息可以如图2的块 356所述那样合并以形成获得精确绝对时间的等式，如在以下示例中相对图3的实施方式， 其中等式406用于确定时间。在等式406中，假设256个唯一消息每46. 08秒重复一次。时间=12:00am开始时间+(N_l)*46. 08秒+(η_1)*0. 18秒+时间偏置+路程/ C (光速)其中，卫星304缓冲器回放的已知的开始时间可以是限定日期的12:00am(上午 12:00)，并且可以经过数据链路投递，如图3的等式406所示。“N”(也称为“当前缓冲周 期”)是自开始时间起256个消息的伪随机码块重复的次数。在一个实施方式中，“N”可以 由接收器单元302的本地时钟以约小于10秒的准确度确定。例如，如果消息在12:00am广 播，并且接收器单元302具有同步到网络308的时钟，则接收器单元302可以确定当前缓冲 周期“N”。即，接收器单元302基于特定已知变量帮助求解数字“N”。“η”是重复序列中的代码相位。在等式406的示例中，时间消息每0. 18秒播放一 次，并且包括256个唯一伪随机消息。之后，伪随机码从开始重复。因此，“η”是1到256之 间的数。“η”使用例如伪随机码从卫星304测量，并且精确到小于10微秒。如果接收器单元302知道哪个消息被接收，则可以确定代码相位“η”。甚至在存 在噪声的情况下，接收器单元302可以执行相关以确定接收了哪个消息。例如，如果存在噪 声，则可以接收随机位，之后接收消息，接着再次接收随机位。因此，消息可能被噪声损坏并 且消息可以包括损坏的位值。假设长消息被发送，例如，1000位的消息，则可以将这些位与 接收的位比较。如果例如980个位正确，则比较接下来的1000个位等等直至达到峰值。当 正确位的数量大于平均数时，达到峰值。在发送1000位的消息的示例中，如果峰值是例如 600，则确定是正确消息。由此，在特定时间存在噪声的情况下消息被接收并且被以统计方 式确定。下面将在图3Α中描述根据一个实施例确定接收的卫星信号的代码相位“η”的方 法。例如，“时间偏置”可以代表系统300中的任何计时偏置，并且可以补偿卫星304的 时钟中的测量误差和/或传输序列中的已知时间槽变化。时间槽可以由卫星304提供，或 者可以由参考站测量，或者作为服务的一部分可以是固定的或者是可预测的。在图3的示 例中，铱星的90毫秒的消息帧可以被分割为多个时间槽。如图3所示，可能发生脉冲，并且脉冲可能在消息帧内偏移特定时间槽。接收器单元302可以通过网络308获知使用哪个时 间槽。网络308提供诸如传输频率即传输的子频带等基本信息，该信息根据例如广播的频 率和/或其他因素频繁变化。“路程”代表卫星304和接收器单元302之间的距离，并且利用可以通过数据链路 投递的卫星304的轨道模型、接收器单元302的位置的适当准确的知识以及近似时间(作 为卫星轨道模型的输入)计算而来。在一个实施例中，为了获得约10微秒内的准确度，路程 估计的准确度必须达到约3000m，其可以等于地面上的约20000m的水平准确度。可以轻松 实现这种程度的定位，例如，通过蜂窝网络技术。另外，可以采用简单波束覆盖方法以基于 用户目前位于哪个非GPS卫星波束中的知识以及最近的波束时间历史来确定接收器单元 302的位置。也可以适当采用粗定位的多种其他方法。在一个实施方式中，针对卫星304的 卫星轨道信息(星历表)包括诸如在各个时间点卫星304在卫星星座中的位置的信息以及 可以被接收器单元302用于准确地从卫星304获得时钟值的其他信息。在此实施方式中， 网络308可以容易地确定小于1千米内接收器单元302(或用户)的位置。该路程的准确 度可以达到约3千米。接收器单元302的近似时间可以与轨道信息一起用于确定卫星304 的位置。在卫星304的路程确定后，接下来用该路程除以光速(也称为“C”)。图3A示出根据实施方式确定接收的卫星信号的代码相位的方法的流程图。图3A 是卫星304包括铱星卫星的示例。在块2010中，可以从铱星卫星接收包括数据的信号以及 利用具有适当天线、放大器和下转换器的接收器单元(如图IA所示)在整个铱星频带上收 集包括数据的信号。在块2020，接收的数据可以被下转换，例如通过1606MHz，并且数据可 以被采样，例如，以50M样本每秒的速度。在块2030，可以捕获采样的数据并将其以适当的块存储在存储器中，例如以二分 之一个片段的块。在块2040，对采样的数据进行粗获取(course acquisition)搜索。在本示例中， 可以选择近似9ms的数据以便详细处理。捕捉数据的多普勒可以使用已知的轨道模型和估 计时间来估计。可以基于已知(或估计)频率子带和通路(access)使用正弦和余弦函数 数字地解调数据。解调还包括估计的多普勒频率。之后，可以以例如近似111的因子对数 据进行抽取。快速傅立叶变换(FFT)可以用在抽取的数据上以确定最高峰值和关联的频 率。应注意关联的频率可以用于进一步改善下一迭代的解调。解调总体上将产生DC结果， 然而，不完美的多普勒估计通常产生低频分量。接下来，可以考虑随后的采样数据的1毫秒 块并且可以重复该过程。在块2050，处理的数据被筛选出峰值以便执行一致性检查。例如，峰值应当被分离 “n”*90 毫秒。在块2060，一旦峰值被筛选出，可以在粗峰值+180毫秒-0. 5*窗口的位置执行精 获取(fine acquisition)。窗口代表期待找到代码的时间范围。例如，接收的数据可能与 代码中的1 个非零消息相关；之后，可记录最高相关峰值；并且时步可以被递增特定微秒 数。之后，可以在窗口的持续期间内重复该过程。在块2070，当通过知道哪个消息产生最佳峰值和知道相对时间而捕获数据时可以 由接收器单元确定代码相位。一旦代码相位被确定，即可确定精确绝对时间，如以上参照图3的等式的描述。
利用以上根据一个或更多个实施方式描述的技术计算精确绝对时间之后，精确绝 对时间可以用在多个应用(诸如网络同步)中，或者作为对诸如GPS等定位系统的辅助。在定位辅助实施例中，如上所述确定的精确绝对时间可以被采用以“调焦”或校准 例如GPS接收器等接收器单元302的相关器。在此情况下，GPS接收器可以具有多个并列定 位系统相关器，当并列定位系统相关器被充分地时间校准时(例如使用此处描述的技术)， 其能够锁定到来自例卫星306 (如GPS卫星)的信号309 (例如GPS信号)，甚至在堵塞或衰 减的环境中。接收器单元302还可以补偿多普勒频移，多普勒频移指代由发射源相对于观察者 的运动产生的发射电波的频率变化。随着卫星在天空中移动，卫星信号的发射频率发生变 化。通过使用其时间的知识，接收器单元302可以预测和补偿多普勒频移，从而能够获取正 确的频率。在一个实施方式中，多普勒频移可以通过以下等式计算多普勒=路程速率+Cx正常发射频率如上所述，到卫星304的路程是接收器单元302与卫星304的位置之间的距离。 路程速率是路程和时间的函数，类似于例如基于两个不同点之间随时间经过的距离的速度 测量。最后，在以上多普勒等式中，铱星卫星的正常发射频率，例如可以是1.6GHz数量级。 “C”代表光速。网络308提供卫星信息以及针对信号的预调谐信息，从而当发生多普勒频移时， 信号变化相应地保持一致。卫星304的多普勒曲线也可以辅助确定计时信息。接收器单元302可以监视随时 间推移从卫星304接收的各种信号305。通过确定随卫星304在高空移动而发生的多普勒 频移，接收器单元302可以获得接收器单元302位置的精确确定和计时信息。由此，再次参 照图3的等式406，接收器单元302的位置的估计可以参照卫星304的多普勒曲线执行。由此，在上述实施方式中，根据等式406的精确绝对时间可以被传送到接收器单 元302，其中存在地面网络(例如网络308)以支持空间网络(例如卫星304和/或卫星306 的一个或更多个)。在另一个将参照图IBB在下文中更详细地描述的实施方式中，通过例如使用铱星 卫星的固有L频带脉冲(burst)结构信号，可以在不存在所述额外辅助信息的情况下实 现精确绝对时间。在各实施方式中，卫星304可以是诸如铱星的LEO卫星，并且卫星306 可以是GPS卫星。在这种实施方式中，已知铱星卫星使用根据L频带结构从1610MHz到 1625MHz的频率。GPS载波也在L频带中，中心频率为1176. 45MHz (L5)、1227. 60MHz (L2)、 1381.05MHz (L3)和1575. 42MHz (Li)。由于铱星和GPS频率之间的接近，接收器单元302能 够从铱星和GPS卫星系统两个卫星系统一起接收信号而不需要额外的天线。每个铱星卫星保持内部时钟，该时钟被监视并且相对于协调通用时间(UTC， Fr. Temps Universel Coordonn6，也称为格林威治标准时间或祖鲁时间)保持10微秒内的 准确度而无时钟漂移。因此，铱星卫星提供的L频带信号可以准确地与UTC时间关联在近 似10微秒内。L频带铱星卫星信号由90毫秒帧构成。因此，通过确定铱星卫星信号的L频 带帧的边缘，可以获得准确的计时信息。参照图:3B，其提供图示根据本发明的一个实施例在衰减或堵塞环境中执行时间传 递和导航的方法流程图。图3B图示的方法可以使用图1的导航系统实现，只是在本实施方式中，通过网络308提供的额外辅助信息是不可获得的。在块502中，接收器单元302检测从卫星304广播的信号305的帧结构(例如当 被L频带铱星卫星信号实现时)。即使没有良好定义或精确的代码，接收器单元302也能够 检测到铱星传输信号的L频带帧。由于在本实施方式中假设无法从网络308获得额外辅助 信息，因此接收器单元302准备绝对时间的连续猜测或估计。利用足够的现有知识，时间估 计的次数通常一定是合理的数字。例如，在铱星帧结构的100个帧中，存在排队的GPS秒。 由此，时间估计或猜测的次数可以降低到100次。在块504，一旦产生连续估计，则接收器单元302的本地时钟根据卫星304的信号 305的帧结构被校准。在块506，产生分别根据帧结构信号而隔离的多个时间估计，其中至少一个时间估 计根据卫星306的信号309被校准。在块508，可以将时间估计提供给接收器单元302的并列相关器。接着，并列相关 器根据时间估计被校准。在块510，根据卫星306的信号309校准的时间估计被标识并且该时间估计向接收 器单元302提供辅助信息。该辅助信息显著改善接收器单元302有效地检测卫星306的信 号309的能力。也就是说，正如以上根据铱星卫星用于实现卫星304的实施方式所讨论的， 平衡(leverage)多个并行电话呼叫是可能的，例如确定卫星信号帧结构的帧边缘。在本示 例中，铱星具有90毫秒的帧结构。在每100个帧中，存在彼此间排队的相应GPS秒。因此， 通过仅仅知道帧边缘，GPS处理被明显地改善，因为尝试100个帧比尝试无限次数的估计更 容易获得辅助信息。以上参照图HB描述的根据一个或更多个实施方式获得精确绝对时间的系统和 方法可用于通过立即启动无线网络站(例如WiFi收发器、WiFi兼容装置、802. 11兼容装置 或其他无线装置)的搜索来推动室内导航。根据一个或更多个实施方式，通过使用上述精 确绝对时间，无线网络站(例如因特网热点和/或其他类型的无线网络站)可以用作接收 器单元302的定位信标(具有搜索位置)。结果，接收器单元302的漫游用户可以在室内环 境中导航。图4提供一种自成型导航系统300a，该系统根据本发明的实施方式使用卫星以允 许无线网络站定位。在图4中，接收器单元30 可以配置为从无线网络站702、704和706 接收可以包括辅助信息的测距信号701、703和705。每个无线网络站702、704和706与网 络708处于信号通信中，还从卫星30 接收精确时间和测距信号710。在一个实施方式中， 接收器单元30 的位置可以对应于漫游用户的位置。应当理解无线网络站702、704和706可以包括WiFi收发器以及其他无线网络站 装置、配置和/或网络。另外，网络708可以包括因特网或其他合适的网络，诸如蜂窝网络 或TV网络。参照图5，其提供根据本发明的一种实施方式通过集成卫星信号和无线网络站信 号来执行地理定位的方法的流程图。图5的流程图可以实现为用于图4的导航系统中。在 此实施方式中，来自例如铱星卫星和GPS卫星的卫星信号可以与WiFi或802. 11类型信号 集成。在块802，接收器单元30 接收采用可重复代码形式的精确绝对计时代码信号12710，诸如从卫星30 广播的伪随机码，卫星304例如是LEO卫星(如以上参照图UB根 据一个或更多个实施方式所描述的)。在块804，接收器单元30 通过无线网络站702、704和/或706接收辅助信息。在块806，精确绝对计时代码信号710与来自无线网络站702、704和/或706的辅 助信息一起用于确定达到数微秒准确度内的精确绝对时间。在块808，使用精确绝对时间校准接收器单元30 的系统相关器，例如GPS相关 器，以帮助遮挡环境中的定位，例如GPS定位。在块810，接收器单元30 使用利用精确绝对时间所确定的定位信息搜索无线网 络站702、704和706的位置。在块812，接收器单元30 接收测距代码上传送的无线网络站702、704和706的位置信息。在块814，接收器单元30 通过组合定位信息与来自一个或更多无线网络站702、 704和706的测距信息来执行绝对地理定位。在一个实施方式中，如果期望的话，漫游用户的位置(例如接收器单元30 的位 置)可以通过无线网络站702、704和706进行报告，从而帮助用户追踪。图6提供图示根据本发明的另一实施方式通过集成卫星信号和无线网络站信号 执行地理定位的方法的流程图。图6的流程图可以实现为用于图4的导航系统中。在此实 施方式中，起信标作用的无线网络站的定位还可以通过集成例如(仅仅)铱星卫星信号和 WiFi或802. 11类型信号(具有更长的集成时间)来实现。应当理解以上参照图5在块802-806描述的方法可以用于本实施方式以确定精确 绝对时间达数微秒准确度内。一旦绝对时间被确定，则在图6的块910，使用绝对时间校准 接收器单元30 的系统相关器以有助于在遮挡环境中的定位。在块912，接收器单元302随时间测量多个卫星的卫星测距代码(例如铱星iGPS 测距代码)。在块914，假设无线网络站702、704和706是静止的，测距代码与诸如轨道信息和计时信号等卫星信息组合。在块916，接收器单元30 通过反复集成经过的多个卫星(例如铱星)使用多点 定位(multilateration)计算定位。在块918，使用定位信息搜索WiFi收发器702、704和706的位置。在块920，接收器单元30 接收测距代码上传送的WiFi收发器702、704和706的位置信息。在块922，接收器单元30 通过组合来自WiFi收发器702、704和706的定位信息 和测距信息执行绝对地理定位。根据一种实施方式，可以通过无线网络报告漫游用户的位置(如果期望的话)从 而有助于用户追踪。为了确定测距，例如，可以确定到达的差值时间。WiFi收发器可以发送消息到接收 器单元30加，例如电话或计算机，并且一旦接收器单元30 接收到消息即向WiFi收发器 发回一个消息。计算机或电话的处理期是已知的。WiFi收发器知道接收器单元30 响应 WiFi收发器所用的时间。由此，可以计算到达的差值时间(DTOA)，并且该时间将等于收发器单元的处理期加上消息返回WiFi收发器的时间。在可应用之处，本公开提供的各个实施方式可以使用硬件、软件或硬件和软件的 组合实现。另外在可应用处，此处阐述的各个硬件组件和/或软件组件可以组合为包括软 件、硬件和/或两者的合成组件而不背离本公开的精神。在可应用之处，此处阐述的各个 硬件组件和/或软件组件可以分离为包括软件、硬件或两者的子组件而不背离本公开的精 神。另外，在可应用之处，可以想到软件组件可以实现为硬件组件，反之亦然。根据本公开的软件，诸如程序代码和/或数据，可以存储在一个或更多个计算机 可读介质上。还可以想到此处标识的软件可以使用一个或更多个通用或专用计算机和/或 计算机系统、网络和/或其他实现。在可用之处，此处描述的各个步骤的顺序可以改变、组 合为合成的步骤和/或分离为子步骤以提供本文描述的特征。以上描述的实施方式仅仅为了说明的目的而不是限制本发明。还应理解根据本发 明的原理进行各种修改和变化是可能的。因此，本发明的范围仅仅由接下来的权利要求限定。
权利要求
1.一种适于执行地理定位的接收器单元，包括天线，其适于从卫星接收精确时间信号以及从至少一个无线网络站接收额外辅助信 息，其中所述精确时间信号包括周期性重复代码； 处理器；以及存储器，其适于存储多个计算机可读指令，当所述指令被所述处理器执行时适于使所 述接收器单元执行以下操作使用所述精确时间信号和所述辅助信息确定精确绝对时间， 确定与所述接收器单元关联的定位信息，使用所述定位信息请求所述至少一个无线网络站的位置信息，以及 使用所述定位信息和所述位置信息确定所述接收器单元的绝对地理位置。
2.根据权利要求1所述的接收器单元，其中所述无线网络站是WiFi网络、蜂窝网络或 因特网的一部分。
3.根据权利要求1所述的接收器单元，其中所述卫星是低地轨道卫星，即LEO卫星。
4.根据权利要求3所述的接收器单元，其中所述卫星是铱星卫星或Globalstar卫星。
5.根据权利要求1所述的接收器单元，其中所述辅助信息包括与所述卫星关联的轨道 信息、所述接收器单元的近似位置或近似时间信息。
6.根据权利要求1所述的接收器单元，其中所述卫星是第一卫星，其中所述接收器单 元适于在衰减或堵塞环境中使用来自第二卫星的定位信号执行地理定位。
7.根据权利要求6所述的接收器单元，其中所述第二卫星是全球定位系统卫星，即GPS 卫星。
8.根据权利要求1所述的接收器单元，其中所述代码在粗计时代码和伪随机码之间交替。
9.根据权利要求1所述的接收器单元，其中所述接收器单元是蜂窝电话、iGPS接收器、 手持导航装置、基于车辆的导航装置或基于飞行器的导航装置。
10.根据权利要求1所述的接收器单元，其中所述处理器还适于使所述接收器单元执 行以下操作从所述卫星接收所述精确时间信号；以及 从所述至少一个无线网络站接收所述辅助信息。
11.根据权利要求10所述的接收器单元，其中所述处理器适于确定与所述接收器单元 关联的定位信息，包括所述处理器适于执行以下操作使用所述精确绝对时间校准所述接收器单元的系统相关器以确定与所述接收器单元 关联的定位信息；随时间推移测量多个卫星的测距代码； 组合所述测距代码和所述辅助信息；以及 计算定位信息。
12.根据权利要求11所述的接收器单元，其中所述处理器适于使用所述定位信息请求 所述至少一个无线网络站的位置信息，包括所述处理器适于执行以下操作使用所述定位信息搜索所述至少一个无线网络站的位置信息；以及 接收在无线网络站测距代码上传送的位置信息。
13.一种执行地理定位的方法，所述方法包括从卫星接收精确计时信号；从至少一个无线网络站接收辅助信息；使用所述精确计时信号和所述辅助信息确定精确绝对时间，使用所述精确绝对时间校准接收器单元的系统相关器以确定与所述接收器单元关联 的定位信息；使用所述定位信息请求所述无线网络站的位置信息；从所述无线网络站接收所述位置信息；以及使用所述定位信息和所述位置信息执行绝对地理定位。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括报告所述定位信息到所述无线网络站。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述卫星是低地轨道卫星，即LEO卫星。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述卫星是铱星卫星或Globalstar卫星。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述校准是响应于从全球定位系统卫星即GPS 卫星接收信号而执行。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述辅助信息包括与所述卫星关联的轨道信 息、所述接收器单元的近似位置或近似时间信息。
19.根据权利要求13所述的方法，其中所述无线网络站是WiFi网络、蜂窝网络或因特 网的一部分。
20.根据权利要求13所述的方法，其中所述接收器单元包括蜂窝电话、iGPS接收器、手 持导航装置、基于车辆的导航装置或基于飞行器的导航装置。
21.根据权利要求13所述的方法，还包括随时间推移测量多个卫星的测距代码；组合所述测距代码和所述辅助信息；以及计算定位信息。
22.根据权利要求21所述的方法，其中请求所述无线网络站的位置信息包括使用所述 定位信息搜索所述无线网络站的位置信息。
23.根据权利要求22所述的方法，其中从无线网络站接收所述位置信息包括接收在无 线网络站测距代码上传送的所述位置信息。
全文摘要
根据各实施方式的系统和方法通过集成卫星信号和因特网热点信号在衰减环境中提供导航。在一种实施方式中，适于执行地理定位的接收器单元包括适于从卫星接收精确时间信号和从无线网络站接收额外辅助信息的天线，其中精确时间信号包括周期性重复代码。接收器单元还包括处理器和适于存储多个计算机可读指令的存储器，所述指令由处理器执行时适于使接收器单元使用精确时间信号和辅助信息确定精确绝对时间，确定与接收器单元关联的定位信息，使用定位信息请求无线网络站的位置信息，以及使用定位信息和位置信息确定接收器单元的绝对地理位置。
文档编号G01S1/00GK102047136SQ200980119708
公开日2011年5月4日 申请日期2009年5月11日 优先权日2008年5月30日
发明者B·G·费雷尔, D·A·惠兰, G·M·古特, R·W·布伦利 申请人:波音公司