專(zhuān)利名稱(chēng)：用于預(yù)測(cè)gnss衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System, GNSS)， 尤其是關(guān)于GNSS衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)(trajectoiy prediction)的方法及裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)(例如GPS)接收器來(lái)說(shuō)，靈敏度為評(píng)判其性 能的主要標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于接收器靈敏度而言，首次定位時(shí)間(Time to First Fix, TTFF) 是具有代表性的標(biāo)準(zhǔn)。為加速TTFF,發(fā)展出 一種稱(chēng)為輔助全球定位系統(tǒng)(Assisted Global Positioning System, AGPS)的技術(shù)以用于提高TTFF特性。在AGPS系統(tǒng) 中，向遠(yuǎn)禾ii妄收器(remote receiver)提供輔助4言息(assistant information),以j吏遠(yuǎn) 程接收器能夠在縮短的時(shí)間周期內(nèi)確定衛(wèi)星的位置。輔助信息當(dāng)中的一個(gè)重要 部分為衛(wèi)星導(dǎo)航消息(satellite navigation message),例di口星歷表(ephemeris),或衛(wèi) 星軌跡預(yù)諷J凄t據(jù)(satellite traj ectory prediction data)。
通過(guò)4吏用來(lái)自參考i也面站(reference ground network stations)的大量測(cè)3巨^見(jiàn)測(cè) 凄t才居(ranging observations),可^乂實(shí)施專(zhuān)九道觀'J定才支術(shù)(orbit determination technology) 以及衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)，其中，來(lái)自參考地面站的測(cè)距觀測(cè)量亦可簡(jiǎn)稱(chēng)為地面觀測(cè) 數(shù)據(jù)(ground observations).在實(shí)作中，地面觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理是4艮復(fù)雜的，因此需 要強(qiáng)大的計(jì)算能力來(lái)執(zhí)行此處理。如所知道的，由于衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型并不完 美，所以在衛(wèi)星軌跡延伸(satellite trajectory extension)中，即，衛(wèi)星4九跡預(yù)測(cè)中， 一定存在著一些預(yù)測(cè)誤差。因此，不能無(wú)限地延伸衛(wèi)星軌跡的預(yù)測(cè)。當(dāng)前能夠 預(yù)測(cè)未來(lái)7至30日的衛(wèi)星軌跡。
由于上述原因，僅有具有高計(jì)算能力的裝置，例如伺服器(server),才足以 支援衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)。該伺服器計(jì)算所預(yù)測(cè)的衛(wèi)星軌跡，并將所計(jì)算的衛(wèi)星軌跡 或等效數(shù)據(jù)組(equivalent data set)傳遞至AGPS祠服器。然后，通過(guò)連接，AGPS 伺服器將衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)或等效數(shù)據(jù)組提供給使用者。依據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)方案，在 移動(dòng)設(shè)備中，例如個(gè)人數(shù)字助理(Personal Digital Assistant, PDA)或智能手機(jī)或 類(lèi)似裝置，亦很難執(zhí)行衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)程序。因此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種可實(shí)施于且常駐(reside)于主處理器(host processor)上的用于產(chǎn)生衛(wèi)星軌跡 預(yù)測(cè)的裝置與方法，其中該主處理器可嵌入移動(dòng)i殳備當(dāng)中。

發(fā)明內(nèi)容
為了降低衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)對(duì)計(jì)算能力的要求，并且使得衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)能夠應(yīng) 用于移動(dòng)設(shè)備中，本發(fā)明提供一種能夠用于移動(dòng)設(shè)備的衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)的方法及裝置。
一種用于預(yù)測(cè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡數(shù)據(jù)的方法，該方法使用于移動(dòng) 設(shè)備中，該方法包含獲得衛(wèi)星的至少一衛(wèi)星導(dǎo)航消息；依據(jù)該獲得的衛(wèi)星導(dǎo) 航消息來(lái)確定計(jì)算條件；依據(jù)該計(jì)算條件估計(jì)衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè);漠型的多個(gè)參^:; 以及通過(guò)使用該估計(jì)的衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型計(jì)算一組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)。
一種用于預(yù)測(cè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置，該裝置使用于 移動(dòng)設(shè)備中，該裝置包含介面，用于獲得衛(wèi)星的至少一衛(wèi)星導(dǎo)航消息；以及 微處理器，用于依據(jù)該衛(wèi)星導(dǎo)航消息來(lái)確定計(jì)算條件，依據(jù)該計(jì)算條件估計(jì)衛(wèi) 星軌跡預(yù)測(cè)模型的多個(gè)參數(shù)，以及通過(guò)使用該衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè);漠型計(jì)算一組衛(wèi)星 軌跡延伸數(shù)據(jù)。
本發(fā)明提供的預(yù)測(cè)GNSS衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法及裝置，能夠降低衛(wèi)星 軌跡預(yù)測(cè)對(duì)計(jì)算能力的要求，并能夠應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備當(dāng)中。


圖1為舉例說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明具有預(yù)測(cè)衛(wèi)星軌M伸數(shù)據(jù)裝置的移動(dòng)設(shè)備的 示意圖。
圖2為舉例說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明用于預(yù)測(cè)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)方法的流程圖。
圖3為舉例說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明用于移動(dòng)設(shè)備的各種衛(wèi)星導(dǎo)航消息源的示意圖，
其中移動(dòng)設(shè)備具有用于預(yù)測(cè)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置。
圖4為顯示通過(guò)圖1的主機(jī)裝置獲得的衛(wèi)星導(dǎo)航消息片段的示意圖。
圖5為顯示通過(guò)圖3的主機(jī)裝置收集的全部衛(wèi)星消息片段TOE(2)至TOE(2n)
的示意圖。
圖6為顯示從衛(wèi)星導(dǎo)航消息獲得的衛(wèi)星弧信息的示意圖，例如圖4中衛(wèi)星 PRN01所獲得的廣纟番的星歷表。
圖7為顯示用于計(jì)算一組軌跡延伸數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)化作用力模型方案的流程圖。
6圖8為顯示用于計(jì)算軌跡的調(diào)整軌跡才莫型方案的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在本說(shuō)明書(shū)以及權(quán)利要求書(shū)當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱(chēng)特定的元件，本領(lǐng) 域的技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會(huì)用不同的名詞來(lái)稱(chēng)呼同 一個(gè)元件， 本說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求并不以名稱(chēng)的差異作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功 能上的差異作為區(qū)分的準(zhǔn)則，在通篇說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求書(shū)當(dāng)中所提及的"包含 有"是開(kāi)放式的用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成"包含有但不限定于"，此外，"耦合" 一詞 在此包含任何直接及間接的電氣連接手段，因此，若文中描述第一裝置耦合于 第二裝置，則代表第一裝置可以直接電氣連接于第二裝置，或通過(guò)其它裝置或 連接手段間接地電氣連接至第二裝置。
閱讀了下文對(duì)于附圖所示實(shí)施例的詳細(xì)描述之后，本發(fā)明對(duì)所屬技術(shù)領(lǐng)域 的技術(shù)人員而言將顯而易見(jiàn)。
圖1所示為舉例說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明的移動(dòng)設(shè)備100的示意圖。移動(dòng)設(shè)備100 包括用于接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)的天線(xiàn)(或天線(xiàn)組)IO以及如本領(lǐng)域所廣泛知曉的 GNSS接收器20。移動(dòng)設(shè)備100更包括主機(jī)裝置(host device)30,其中，主機(jī)裝 置30可以為PDA、移動(dòng)電話(huà)、便攜式多媒體播放器或類(lèi)似裝置的主機(jī)部分。主 機(jī)裝置30具有I/O介面32，嵌入的微處理器35，以及存儲(chǔ)器37。
請(qǐng)參照?qǐng)D2,圖2所示為依據(jù)本發(fā)明用于預(yù)測(cè)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法的流 程圖。在步驟S201中，GNSS接收器20經(jīng)由天線(xiàn)10收集廣播(broadcasting)的GNSS 衛(wèi)星導(dǎo)航消息，例如，廣播的星歷表W或歷書(shū)信息以及衛(wèi)星位置狀態(tài)向量A/或 衛(wèi)星速度狀態(tài)向量。GNSS接收器20將衛(wèi)星導(dǎo)航消息傳送至主機(jī)裝置30。 GNSS 接收器20可以?xún)H傳遞衛(wèi)星導(dǎo)航消息至主機(jī)裝置30,以及嵌入于主機(jī)裝置30的微 處理器35對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航消息進(jìn)行解碼。備選地，GNSS接收器20可以直接解碼衛(wèi)星 導(dǎo)航消息并將解碼后的消息傳遞至主機(jī)裝置30。隨后，獲取的解碼后的衛(wèi)星導(dǎo) 航消息存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器37中。其它的衛(wèi)星相關(guān)信息全部預(yù)先存儲(chǔ)至主機(jī)裝置30的 存儲(chǔ)器37中。其它的衛(wèi)星相關(guān)信息可以是，例如，衛(wèi)星幾何信息(satellite geometric information) 、 i也J求定向"(言息(earth orientation information)、 座標(biāo)轉(zhuǎn)4灸^f言息 (coordinates transformation information) 、 J4J求重力才莫型(i"列i口JGM3， EGM96. .等)、 太陽(yáng)系星歷表(例如JPL DE200或DE405)以及潮沙才莫型(tidal model)。
圖3所示為舉例說(shuō)明用于移動(dòng)設(shè)備100的各種衛(wèi)星導(dǎo)航消息源的示意圖。如圖3所示，移動(dòng)設(shè)備100亦可以從外部獲取衛(wèi)星導(dǎo)航消息。除了透過(guò)天線(xiàn)10接收 廣播的星歷表以及歷書(shū)之外，主機(jī)裝置30還通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線(xiàn)通信從外部源獲取 用于預(yù)測(cè)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的信息。外部源可以為，例如，軌道數(shù)據(jù)庫(kù)伺服器 50或另一移動(dòng)設(shè)備110。請(qǐng)注意，移動(dòng)設(shè)備100的主機(jī)裝置30亦能夠基于其所保 存的歷史信息來(lái)預(yù)測(cè)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)。在執(zhí)行衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)之前， 微處理器35亦可以檢查來(lái)自不同消息源(例如，經(jīng)由天線(xiàn)10而接收的廣播的星歷 表以及來(lái)自另 一移動(dòng)設(shè)備110的信息)的衛(wèi)星導(dǎo)航消息之間的一致性 (consistency)-
圖4所示為由圖1的主機(jī)裝置30所獲得的衛(wèi)星導(dǎo)航消息片段(segment)的示 意圖。在圖4中，陰影標(biāo)記表示獲得相應(yīng)時(shí)間間隔(timeinterval)的衛(wèi)星導(dǎo)航消息 片段。圖4顯示了主機(jī)裝置30接收的廣播星歷表。例如，如圖4中所示，對(duì)于 衛(wèi)星PRNOl而言，已經(jīng)獲得TOE(2)(亦即時(shí)間t2至t4的星歷表)以及TOE(2k)(亦 即時(shí)間&至&+2的星歷表)的星歷表片段。也就是說(shuō)，已經(jīng)知曉?xún)蓚€(gè)離散時(shí)間間 隔的衛(wèi)星消息。對(duì)于另一衛(wèi)星PRN02而言，已經(jīng)獲得TOE(2k)以及TOE(2n)的 星歷表片段。眾所周知，星歷表的軌道精確度要好于歷書(shū)的軌道精確度。因此， 只有在相鄰歷書(shū)時(shí)間(time of almanac, TOA)內(nèi)的歷書(shū)可以被使用。微處理器35 隨后可以使用已知的衛(wèi)星導(dǎo)航消息來(lái)預(yù)測(cè)衛(wèi)星軌跡的延伸部分。 一般來(lái)說(shuō)，多 個(gè)離散的星歷表片段可以提供更加完整的衛(wèi)星導(dǎo)航消息數(shù)據(jù)組。但是，即使僅 獲得一個(gè)星歷表片段，也可以預(yù)測(cè)衛(wèi)星延伸軌跡。相反，如果已知全部的星歷 表片段A/或歷書(shū)片段，則可以預(yù)測(cè)出延伸時(shí)間更長(zhǎng)且精度更好的衛(wèi)星延伸軌跡。
圖5為顯示通過(guò)圖3所示的主機(jī)裝置30收集全部TOE(2)至TOE(2n)的衛(wèi)星 消息片段的示意圖。通過(guò)圖1所示的主機(jī)裝置30收集全部TOE(2)至TOE(2n) 的衛(wèi)星消息片段是困難的。但是，通過(guò)附加源(additionalsource)的幫助，例如， 另 一移動(dòng)設(shè)備110或者軌道數(shù)據(jù)庫(kù)伺服器50，則圖3所示的主機(jī)裝置30可以比 較容易地收集到^衛(wèi)星消息片段。
請(qǐng)參考圖2，在步驟S203中，微處理器35依據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航消息逐個(gè)地計(jì)算衛(wèi)星 弧(satellite arcs)。衛(wèi)星弧表示對(duì)應(yīng)于一個(gè)星歷表或者歷書(shū)片段的時(shí)間間隔內(nèi)的衛(wèi) 星軌跡的片段。眾所周知，星歷表每?jī)蓚€(gè)小時(shí)就進(jìn)行更新。如果在星歷表時(shí)間t2k 至121￡+2之間的任意時(shí)間開(kāi)啟GNSS接收器20, —旦GNSS接收器20"命中"衛(wèi)星(亦 即，獲取衛(wèi)星)，則獲得在TOE(2k)周期期間的星歷表。也就是說(shuō)，如杲接收到
時(shí)間間隔TOE(2k)的星歷表，則可獲得t2k至t2k+2期間的衛(wèi)星弧。圖6為顯示從衛(wèi)星導(dǎo)航消息所獲得的衛(wèi)星弧信息的示意圖，其中，衛(wèi)星導(dǎo)航 消息是例如圖4所示的衛(wèi)星PRN01所獲得的廣播星歷表。每一實(shí)曲線(xiàn)表明獲得對(duì) 應(yīng)時(shí)間間隔期間的星歷表^/或歷書(shū)，這稱(chēng)為衛(wèi)星弧。虛曲線(xiàn)表明近似的衛(wèi)星軌 跡。如圖所示，已知T0E(2)(亦即t2至U)以及TOE(2k)(亦即^至^+2)期間的衛(wèi)星 弧信息。隨后，可以采用4艮多方案處理一組軌i^4伸ii:據(jù)。例如，可以將TOE(2) 與TOE(2k)衛(wèi)星弧結(jié)合起來(lái)以模擬相應(yīng)的虛曲線(xiàn)部分。在此，可以忽略TOE(2) 與TOE(2k)的間的衛(wèi)星弧，或者，如果有必要的話(huà)，可以通過(guò)內(nèi)插機(jī)制提取該衛(wèi) 星弧。隨后，通過(guò)使用上述信息，可以預(yù)測(cè)TOE(2k)之后延伸的衛(wèi)星弧。
衛(wèi)星弧可以表示為位置/速度/時(shí)間(position, velocity, and time, PVT)類(lèi)型或 者開(kāi)普勒元素(Keplerian element)類(lèi)型。在軌道測(cè)定中，將使用橢圓軌道作為例 子進(jìn)行描述，其中，定義橢圓軌道特性的軌道元素(orbitalelement)主要包括六個(gè) 開(kāi)普勒軌道元素。此六個(gè)開(kāi)普勒軌道元素分別為半長(zhǎng)軸(semi-major axis)元素 "a",其定義軌道尺寸；離心率(eccentricity)元素"e",其定義軌道形狀；傾角 (inclination)元素"i"，其定義為軌道面相對(duì)于地J求赤道面所夾幅角；近地點(diǎn)幅角 (argument of perigee)元素"o)",其定義為軌道上相對(duì)于地球表面的軌道最低點(diǎn)； 升交點(diǎn)赤經(jīng)(right ascension of ascending node)元素"Q"，其定義衛(wèi)星在i也5泉赤道平 面上升軌道位置；以及真/平近點(diǎn)角(true/mean anomaly)元素"v，，，其定義衛(wèi)星在 軌道面上相對(duì)于近地點(diǎn)(perigee)所夾的幅角，目的在于描述在軌道面上的位置。 因?yàn)槲恢?速度向量及開(kāi)普勒軌道元素之間具有——對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所以可以通過(guò) 位置及速度向量來(lái)計(jì)算開(kāi)普勒軌道元素。本發(fā)明可使用參考時(shí)間(epoch time)上 的衛(wèi)星位置及速度或者在相同參考時(shí)間上的六個(gè)開(kāi)普勒軌道元素來(lái)計(jì)算 (propagate)衛(wèi)星軌道延伸數(shù)據(jù)。
請(qǐng)?jiān)俅螀⒄請(qǐng)D2，在步驟S203中，微處理器35亦確定衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型的初 始計(jì)算條件(propagating condition)。通過(guò)微處理器調(diào)整衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型的初始 計(jì)算條件，可找到衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型的優(yōu)化狀態(tài)。下文將描述兩種作為本發(fā)明 實(shí)施例的衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型。請(qǐng)注意，這些實(shí)施例不應(yīng)作為本發(fā)明的限制。第 一種衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型稱(chēng)作簡(jiǎn)化作用力模型(compact force model)，第二種稱(chēng)為 調(diào)整軌道模型(adjusted orbit model)。
用于描述人造地球衛(wèi)星的通用軌道模型的運(yùn)動(dòng)方程式可用如下方程式(l)表
示 —
ii r 一
F = _GM"~r + 5 n、其中，第 一個(gè)術(shù)語(yǔ)代表中心重力(central gravity),術(shù)語(yǔ)5為整體擾動(dòng)加速度 (total perturbing acceleration)。 GM為重力常凄t與地3求質(zhì)量的乘積，產(chǎn)為衛(wèi)星的地 球中心半徑(geocentricradius)的位置向量。 一般來(lái)說(shuō)，由二階微分方程求得解析 解(analytical soultion)的過(guò)程非常復(fù)雜，此二階微分方程系統(tǒng)不能被精確求解。 因此，必須使用數(shù)值方法求解，針對(duì)此問(wèn)題可以利用簡(jiǎn)化擾動(dòng)力模型或調(diào)整軌 道模型并透過(guò)計(jì)算演算法(propagation algorithm)來(lái)求得近似解。用于簡(jiǎn)化作用力 模型以及調(diào)整軌道模型的方程式均可由方程式(l)導(dǎo)出。
實(shí)際上，必須針對(duì)每一衛(wèi)星與每一個(gè)子區(qū)間的衛(wèi)星弧分別估計(jì)簡(jiǎn)化作用力 -溪型或調(diào)整軌道模型。因此，步驟S205以及步驟S207通過(guò)下述方案執(zhí)行。在步 驟S205中，微處理器35使用計(jì)算條件以及衛(wèi)星相關(guān)信息估計(jì)衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型 的多個(gè)參數(shù)。在簡(jiǎn)化作用力模型中，該模型可以通過(guò)各項(xiàng)擾動(dòng)力成分(component) 計(jì)算，而得知軌道延伸所需參數(shù)值。然而，在調(diào)整軌道模型中，軌道參數(shù)代表 一系列未知參數(shù)，這些未知參數(shù)可以經(jīng)由軌道運(yùn)動(dòng)方程式(l)進(jìn)行定義。上述兩 種方法均會(huì)在下文做詳細(xì)描述。其中文中所提及的衛(wèi)星相關(guān)信息，包含存儲(chǔ)在 存儲(chǔ)器37中的數(shù)據(jù)，例如衛(wèi)星幾何信息、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息、衛(wèi)星質(zhì)量及體積等， 在對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的程序中均會(huì)使用上述信息。
在步驟S207中，微處理器35通過(guò)使用初始計(jì)算條件以及簡(jiǎn)化作用力模型或 調(diào)整軌道模型的參數(shù)來(lái)使用計(jì)算單元(propagator)(圖l未示)以計(jì)算一組衛(wèi)星軌跡 延伸數(shù)據(jù)，其中計(jì)算單元是由微處理器35中建立的一組程序?qū)嵤Ｔ趯?shí)作中， 該組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)包括多個(gè)時(shí)間周期數(shù)據(jù)。每一時(shí)間周期的時(shí)間長(zhǎng)度至少 為一小時(shí)。
在步驟S209中，微處理器35偵測(cè)計(jì)算的衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的有效性。如果 計(jì)算的衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)是有效的，則在步驟S211中微處理器35發(fā)送該計(jì)算的 衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)至GNSS接收器20,用于下一次獲取或追蹤衛(wèi)星。使用時(shí)，可 以先將衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為等效數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，然后在后續(xù)啟動(dòng)時(shí)將衛(wèi)星軌 跡延伸數(shù)據(jù)或等效數(shù)據(jù)發(fā)送至GNSS接收器20。有效性偵測(cè)的另 一優(yōu)點(diǎn)在于可以 排除由于軌跡延伸數(shù)據(jù)過(guò)時(shí)(aged)而引起的錯(cuò)誤。這樣的錯(cuò)誤主要來(lái)自延伸數(shù)據(jù) 與真實(shí)軌道的偏離與差異。透過(guò)有效性偵測(cè)也可防止軌跡延伸數(shù)據(jù)的誤差過(guò)大 以及限制誤差的增長(zhǎng)。
圖7為顯示用于計(jì)算一組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的筒化作用力模型方案的流程 圖。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)方程式(1)中的擾動(dòng)術(shù)語(yǔ)5作了更加詳細(xì)地介紹，并且簡(jiǎn)化作用力模型用于匯總(summarize)作用于GNSS衛(wèi)星上的各種加速 度。簡(jiǎn)化作用力模型對(duì)影響衛(wèi)星軌跡的作用力進(jìn)行近似，并據(jù)此用以計(jì)算衛(wèi)星 軌跡。上述作用力包括地球重力成分Fcjravity、多體作用力(n-body force)成分FN.b。dy、
太陽(yáng)輻射壓力成分Fsrad、地球輻射壓力成分F^d、海洋潮汐引力成分Foce^de、固 體潮汐引力成分Fs。w一tide以及相關(guān)重力成分。在簡(jiǎn)化作用力模型中，方程式(l)變
化為如下方程式(2):
F = —GM 7 + + 5Srad + 5￡rad + 50cean她+ 5S。W她+ 5reto +…(2)
這些作用力成分i方程式(2)中用加速度成分表示。為了更加精確地獲得近
似解，整個(gè)計(jì)算區(qū)間[to， tf]可以依使用者指定的長(zhǎng)度而分成數(shù)個(gè)子區(qū)間。首先在
步驟S702中，由獲得的衛(wèi)星導(dǎo)航消息計(jì)算出至少一衛(wèi)星弧。然后，在步驟S705 中，依據(jù)已知衛(wèi)星弧確定初始計(jì)算條件。亦即，選擇一衛(wèi)星初始位置。在第一 子區(qū)間中，先由步驟S203或步驟S702中確定的衛(wèi)星弧位置中選擇出一個(gè)初始 計(jì)算條件。之后，在任意一個(gè)后續(xù)區(qū)間中，計(jì)算條件則由先前子區(qū)間的近似解 導(dǎo)出，該近似解即是利用先前子區(qū)間的初始條件經(jīng)由計(jì)算所得到的數(shù)值解。在 本發(fā)明的另一實(shí)施例中，微處理器35可以?xún)H從收集的衛(wèi)星導(dǎo)航消息中計(jì)算一個(gè) 衛(wèi)星位置作為計(jì)算條件，而不是計(jì)算對(duì)應(yīng)于衛(wèi)星導(dǎo)航消息的全部衛(wèi)星弧。
在步驟S710中，使用對(duì)應(yīng)于所選衛(wèi)星位置的作用力成分來(lái)估計(jì)簡(jiǎn)化作用力 模型F(X、ti)的多個(gè)參數(shù)，其中在任意參考時(shí)間(reference epoch) tk, 乂*可以通過(guò) 六個(gè)開(kāi)普勒軌道元素代替。另外，簡(jiǎn)化作用力模型的參數(shù)，例如各項(xiàng)作用力成 分，亦需要考慮衛(wèi)星相關(guān)信息來(lái)進(jìn)行估計(jì)，其中衛(wèi)星相關(guān)信息包括衛(wèi)星幾何信 息以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息等；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息包含地球定向因子(earth orientation factor) 以及天球與地球系統(tǒng)(celestial and terrestrial system)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。然后， 在步驟S730中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)方程式i^F(X t)。并在步驟S740中，通過(guò)計(jì)算單元 使用簡(jiǎn)化作用力模型進(jìn)行計(jì)算以在步驟S750中產(chǎn)生衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)片段 X*(ti+1)。衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)片段XHD視為由時(shí)間ti至?xí)r間tw的軌跡。隨后， 在步驟S760中微處理器35偵測(cè)參考時(shí)間tw是否為預(yù)設(shè)時(shí)間周期的最后參考時(shí) 間tf。如果不是，則在步驟S765中，微處理器35設(shè)置i與+l。亦即，微處理器 35會(huì)計(jì)算下一衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)片段。在計(jì)算預(yù)設(shè)周期期間to至tf的的全部衛(wèi) 星軌跡延伸數(shù)據(jù)片段之后，即獲得全部延伸的衛(wèi)星軌跡X、t)(步驟S770)。在步 驟S750中，運(yùn)動(dòng)位移方程式X氣t)是衛(wèi)星繞地球軌跡或軌道的近似數(shù)值解。因 此，X、t)實(shí)際上為參考軌跡。出于快速計(jì)算考慮，參考軌跡用于短期軌跡延伸
11(short-term trajectory extension)。否則，通過(guò)調(diào)整才莫型算法，參考軌跡可以用于 更長(zhǎng)并且更精確的延伸。
一旦所需的信息充分，微處理器35就可以開(kāi)始計(jì)算延伸的軌跡。例如，如 果GNSS接收器20僅在短時(shí)間內(nèi)接收到廣播的衛(wèi)星導(dǎo)航消息，即使GNSS接收 器20后來(lái)與衛(wèi)星信號(hào)失去聯(lián)系，微處理器35也可以預(yù)測(cè)出衛(wèi)星延伸軌跡數(shù)據(jù)。 如果另外有衛(wèi)星信息輸入，則微處理器35將會(huì)重新計(jì)算延伸軌跡。如前所述， 微處理器35可以基于存儲(chǔ)其中的舊數(shù)據(jù)計(jì)算衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)。
如前所述，除了簡(jiǎn)化作用力;^莫型外，調(diào)整軌道模型亦可用于預(yù)測(cè)衛(wèi)星軌跡。 圖8為顯示用于計(jì)算軌跡的調(diào)整軌跡模型方案的流程圖。通常來(lái)講，軌道是運(yùn) 動(dòng)軌道方程的唯一(特別)解。調(diào)整軌道模型使用一系列未知的軌道參數(shù)來(lái)定義衛(wèi) 星軌跡，從而描述衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)。軌道參數(shù)限定為n個(gè)參數(shù)，包括軌道的開(kāi)普勒 軌道元素以及額外的動(dòng)力參數(shù)(dynamic parameter),在調(diào)整軌道才莫型中，額外的 動(dòng)力參數(shù)^描述作用于GNSS衛(wèi)星上的額外擾動(dòng)加速度。對(duì)于調(diào)整軌道模型， 方程式(l)變?yōu)槿缦路匠淌?3j:
二 一
F = —GM"Y + 5(",e,/,Q，w,w,仏,《2,…，^) (3) 其中未知參數(shù)} = {"， e， /, Q, w， w,仏，《2《w }可以定義為軌道F(O的特
別解。在時(shí)間to的六個(gè)開(kāi)普勒元素(或相應(yīng)的位置及速度狀態(tài)向量)可由初始計(jì)算
條件決定。
如上文所述，方程式(3)中給出的額外參數(shù)^為動(dòng)力參數(shù)，對(duì)于每一衛(wèi)星弧 以及每一單獨(dú)的衛(wèi)星都需要估計(jì)這些動(dòng)力參數(shù)以獲得可靠的軌道符合程度 (orbital fit)。例如，在GNSS軌道確定中，額外的動(dòng)力參it可以限定為作用于 GNSS衛(wèi)星的額外擾動(dòng)加速度及/或諧波周期加速度(harmonic periodic acceleration),諧波周期加速度可以為正弦和余弦形式。在高階的軌道測(cè)定中， 使用者可能希望額外再使用更多其它的隨機(jī)參數(shù)對(duì)軌道進(jìn)行參數(shù)化以提高軌道 精度。
如圖8所示，從衛(wèi)星導(dǎo)航消息中獲得衛(wèi)星弧信息(步驟S805)，衛(wèi)星導(dǎo)航消 息例如是廣播的星歷表^/或歷書(shū)。微處理器35隨后依據(jù)衛(wèi)星弧信息定義用于軌 道參數(shù)的計(jì)算條件(步驟S810)。在步驟S820中，微處理器35基于計(jì)算條件執(zhí) 行軌道測(cè)定，并且對(duì)軌道參數(shù)求解，其中軌道參數(shù)的求解是由方程式(3)導(dǎo)出。 衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型參數(shù)的估計(jì)亦考慮衛(wèi)星相關(guān)信息，其中衛(wèi)星相關(guān)信息包括衛(wèi) 星幾何信息以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息等，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息例如是地球定向因子以及天球與地球系統(tǒng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。在步驟S830中，微處理器35由獲得的衛(wèi)星 導(dǎo)航消息偵測(cè)解得的衛(wèi)星弧是否適合計(jì)算的衛(wèi)星弧。如果不適合，則返回步驟 S810以調(diào)整才莫型，亦即調(diào)整軌道參^:。再一次運(yùn)行以上過(guò)程。如果確定二者可 以符合狀況良好，則在步驟S850中通過(guò)計(jì)算單元(圖1未示)執(zhí)行軌跡延伸彰:據(jù) 的計(jì)算。例如，該計(jì)算可以通過(guò)數(shù)值積分(numericalintegration)加以實(shí)施。隨后， 在步驟S860中，獲得整組的軌跡延伸數(shù)據(jù)X*(t0 : tf)。
據(jù)本發(fā)明，即使當(dāng)與主機(jī)裝置30耦接或合并的GNSS接收器20與衛(wèi)星信 號(hào)切斷聯(lián)系，在主機(jī)裝置30的微處理器35中亦可以完成衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)，其中 微處理器35的計(jì)算能力尚不及個(gè)人計(jì)算機(jī)。
雖然本發(fā)明的較佳實(shí)施例已經(jīng)詳細(xì)揭露如上，但熟悉本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員 亦可做各種更動(dòng)與潤(rùn)飾。本發(fā)明所揭露的實(shí)施例僅為說(shuō)明的目的，其并非用于 限制本發(fā)明。本發(fā)明并不僅限于所揭露的特定方式，所有不脫離本發(fā)明精神的 更動(dòng)與潤(rùn)飾均應(yīng)落入本發(fā)明。本發(fā)明所涵蓋的范圍以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種用于預(yù)測(cè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法，該方法使用于移動(dòng)設(shè)備中，該方法包含獲得衛(wèi)星的至少一衛(wèi)星導(dǎo)航消息；依據(jù)該獲得的衛(wèi)星導(dǎo)航消息確定計(jì)算條件；依據(jù)該計(jì)算條件估計(jì)衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型的多個(gè)參數(shù)；以及通過(guò)使用該估計(jì)的衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型計(jì)算一組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于預(yù)測(cè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方 法，其特征在于，更包含調(diào)整該衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型的計(jì)算情況以找到該衛(wèi)星 軌跡預(yù)測(cè)模型的優(yōu)化狀態(tài)。
3. 如權(quán)利要求2所述的用于預(yù)測(cè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方 法，其特征在于，該多個(gè)參數(shù)是考慮衛(wèi)星幾何信息或坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息中的至少一 者而進(jìn)行調(diào)整。
4. 如權(quán)利要求1所述的用于預(yù)測(cè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方 法，其特征在于，該衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型是簡(jiǎn)化作用力模型，該簡(jiǎn)化作用力模型 是通過(guò)多個(gè)擾動(dòng)力成分參數(shù)化，以及該多個(gè)參數(shù)與該多個(gè)擾動(dòng)力成分相關(guān)。
5. 如權(quán)利要求4所述的用于預(yù)測(cè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方 法，其特征在于，該組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)被分為多個(gè)軌跡片段，并且是通過(guò)逐 個(gè)地整合該多個(gè)軌跡片段而計(jì)算。
6. 如權(quán)利要求1所述的用于預(yù)測(cè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方 法，其特征在于，該衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型是調(diào)整軌道模型，該調(diào)整軌道模型是通 過(guò)多個(gè)軌道參數(shù)而參數(shù)化。
7. 如權(quán)利要求6所述的用于預(yù)測(cè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方 法，其特征在于，該多個(gè)軌道參數(shù)包括多個(gè)開(kāi)普勒軌道元素。
8. 如權(quán)利要求7所述的用于預(yù)測(cè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方 法，其特征在于，該多個(gè)軌道參數(shù)進(jìn)一步包括多個(gè)動(dòng)力參數(shù)，該多個(gè)動(dòng)力參數(shù) 用于描述作用于該衛(wèi)星的多個(gè)額外擾動(dòng)加速度。
9. 如權(quán)利要求1所述的用于預(yù)測(cè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方 法，其特征在于，該衛(wèi)星導(dǎo)航消息包含從包括廣播星歷表、歷書(shū)、衛(wèi)星位置狀 態(tài)向量以及衛(wèi)星速度狀態(tài)向量的群組中選擇的信息。
10. 如權(quán)利要求1所述的用于預(yù)測(cè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的 方法，其特征在于，該衛(wèi)星導(dǎo)航消息是從外部源而非該移動(dòng)設(shè)備獲得。
11. 一種用于預(yù)測(cè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的裝置，該裝置使用于移動(dòng)設(shè)備中，該裝置包含介面，用于獲得衛(wèi)星的至少一衛(wèi)星導(dǎo)航消息；以及微處理器，用于依據(jù)該衛(wèi)星導(dǎo)航消息確定計(jì)算情況，依據(jù)該計(jì)算情況估計(jì) 衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型的多個(gè)參數(shù)，以及通過(guò)使用該衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型計(jì)算一組衛(wèi) 星軌跡延伸數(shù)據(jù)。
12. 如權(quán)利要求11所述的用于預(yù)測(cè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的 裝置，其特征在于，該微處理器還調(diào)整該衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型的計(jì)算情況，以找 到該衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型的優(yōu)化狀態(tài)。
13. 如權(quán)利要求12所述的用于預(yù)測(cè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的 裝置，其特征在于，該多個(gè)參數(shù)是考慮衛(wèi)星幾何信息或坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息中的至少 一者而進(jìn)行調(diào)整。
14. 如權(quán)利要求11所述的用于預(yù)測(cè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的 裝置，其特征在于，該衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型是由多個(gè)擾動(dòng)力成分參數(shù)化的簡(jiǎn)化作 用力模型，并且該多個(gè)參數(shù)與該多個(gè)擾動(dòng)力成分相關(guān)。
15. 如權(quán)利要求14所述的用于預(yù)測(cè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的 裝置，其特征在于，該組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)分為多個(gè)軌跡片段，并且是通過(guò)逐 個(gè)地整合該多個(gè)軌跡片段而計(jì)算。
16. 如權(quán)利要求11所述的用于預(yù)測(cè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的 裝置，其特征在于，該衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型是調(diào)整軌道模型，該調(diào)整軌道沖莫型是 通過(guò)多個(gè)軌道參數(shù)而參數(shù)化。
17. 如權(quán)利要求16所述的用于預(yù)測(cè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的 裝置，其特征在于，該多個(gè)軌道參數(shù)包括多個(gè)開(kāi)普勒軌道元素。
18. 如權(quán)利要求17所述的用于預(yù)測(cè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的 裝置，其特征在于，該多個(gè)軌道參數(shù)進(jìn)一步包括多個(gè)動(dòng)力參數(shù)，該多個(gè)動(dòng)力參 數(shù)用于描述作用于該衛(wèi)星的額外擾動(dòng)加速度。
19. 如權(quán)利要求11所述的用于預(yù)測(cè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的 裝置，其特征在于，該衛(wèi)星導(dǎo)航消息包含由包括廣播星歷表、歷書(shū)、衛(wèi)星位置 狀態(tài)向量以及衛(wèi)星速度狀態(tài)向量的群組中選擇的信息。
20.如權(quán)利要求11所述的用于預(yù)測(cè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的 裝置，其特征在于，該衛(wèi)星導(dǎo)航消息是從外部源而非該移動(dòng)設(shè)備獲得。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于預(yù)測(cè)GNSS衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法及裝置，所述方法及裝置使用于移動(dòng)設(shè)備中。所述裝置包含介面，用于獲得衛(wèi)星的至少一衛(wèi)星導(dǎo)航消息；以及微處理器，用于依據(jù)該衛(wèi)星導(dǎo)航消息來(lái)確定計(jì)算條件，依據(jù)該計(jì)算條件估計(jì)衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型的多個(gè)參數(shù)，以及通過(guò)使用該衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)模型計(jì)算一組衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)。本發(fā)明所提供的預(yù)測(cè)GNSS衛(wèi)星軌跡延伸數(shù)據(jù)的方法及裝置，能夠降低衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)對(duì)計(jì)算能力的要求，并能夠應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備當(dāng)中。
文檔編號(hào)G01S19/27GK101446628SQ20081017612
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月26日
發(fā)明者傅景隆, 翁錦堂, 蔡有智 申請(qǐng)人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司