TW201000936A - Global positioning system, global positioning system receiver and global positioning system receiver positioning method - Google Patents

Description

201000936 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 (Global Positioning System，GPS)，特別是一種Gps接收器。 【先前技術】 由於相關技術的迅速發展，汽車以及電子設備等的需 求目前持續增長。這些系統中廣泛地使用了 GPS，以滿足 不同領域的而求（例如’導航系統和可檇式設備等 GPS接收為係用於接收來自不同衛星之信號，並處理 接收到的L號以執行Gps定位。通常，待GpS接收器被供 電-段時間後，即可執行Gps定位。Gps接收器具有一稱 為初次=位時間（Time T〇 Fim Ηχ，聊）之參數， TTFF被定義為從使用者初次打開Gps接收器至找到衛星所 需的時間以及當G P S接收器長時間處於待機模式後提供第 -次地理位置所需之時間。在信號強度微弱之環境下， TTFF相對較長，例如幾分鐘。 【發明内容】 ^發明提供了一種GPS接收器。在-實施例中，Gps ，收器包解調器’從多個衛星發送之—導航訊息中取 付-星磨資料和一衛星星曆；一計算器，係電性連接該解 調^根據該多個衛星之多個以一星曆為主之座標與多個 以一萬年曆為主之座標之間之多個座標差計算多個萬年 曆修正芩數；以及一衛星位置計算器，係電性連接該計算 0445-TW-CHSpec+Claim(f1ied.2〇〇9〇922).doc 4 201000936 2並根據該㈣資料計算衫個㈣星料 根據該衛星星曆計算該多個以該萬年層為主之座榡， 據該星曆資料、該衛星星曆和該多 ^且根 該多個衛星的多個位置。 卞正參數計算 ^發明提供了-種GPS接收器定位方法 中，疋位方法包括從多個衛星所發 實知例 得-星層資料和一衛星星層;根= = 銳訊息中取 衛星的多個以一星層為主之座標二多個 二=;根據該衛星星曆計算該多個魅 萬年曆為主之座標和多個以該個U〜 移；根據該多個以該星曆為主之鍊為主^叶時器漂 ㈣主之座標之間之多個座標差，^根二=該萬年 漂移與該多個以該萬年層為 星 根據該星潛資料、該衛星星層和該多個Γ年及 算該多個衛星的多個位置。 曆t正參數計 本發明還提供了一種全球定位 — 全球定位系統包括-擷取和追 *、’ Λ域中’ 導航訊息並追縱該多個衛星；個衛星5 一 連=從:導航訊息中取得-星曆資料和-衛 f-j二:，解調器電性連接，並根據該多個 :ΐ生：或以一星曆為主之座標和該多個衛星之多個以 主之座標之間之多個座標差，以及根據該多個 j之多伽縣曆為主之科轉移和該多個衛星之 少個以該萬年盾為主之計時器漂移之間之多個時間差，計 0445-TW-CH Spec+Claim(filed-20090922).doc 5 201000936 异f個萬年祕正參數；以及-衛纽置計算ϋ，其柄接 ^亥操取和追蹤設備’並根據該星㈣料計算該多個以該 生曆為主之座標和該多個以該星曆為主之計時器漂移，並 ^據該術星星磨計算該乡個以該萬特為主之座標和該 〔個，該萬年層為主之計時器漂移，並分別根據該星曆資 料、違衛星星曆和該多個萬顿修正參數計算該多個衛星 的多個位置。 【實施方式】 以下將對本發明之可改善TTFF之Gps接收器之實施 例、'’。出詳細的_。由於此處圖式所示之實施例僅為蘭釋 =用，故其中包含於本發明的子元件及/或周邊元件予以 省略為/月楚故，在描述本發明之實施例時，將使用特定 •^術。。。然而，本發明所揭示内容並非意欲限定於這些特 疋術語及特定實施例。雖然本發明將結合實施例進行闡 述，但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相 反’本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明 精神和範圍内所定義的各種變化、修改和均等物。 圖1所示為根據本發明一實施例GPS接收器100方塊 圖。以下將詳述GPS接收器1〇〇的TTFF透過使用萬年曆 修正（almanac correction)參數予以改善。在一實施例 中，GPS接收器1〇〇可被包括在一 Gps系統中，以處理來 自不同衛星的GPS信號。 待GPS接收器1〇〇開機後，包含在gps接收器1〇〇中 之衛星位置計算器170可根據儲存設備130中所儲存的初 0445-TW-CH Spec+Claim(filed-20090922).doc 6 201000936 始/之前的星曆資料（ephemeris data)和衛星星曆 (ahnanac data)以及儲存設備15〇中所儲存的初始/之 前的萬年祕正參數，計算各麵星__略位置。操 取和追蹤設備11G可根據衛星之相對粗略位置來操取和追 縱可視（仏論）衛星。在—實關巾，可被擷取和追 縱没備110擷取到並追縱之衛星在此被稱為可視衛星。隨 後榻取和追縱設備110從各個衛星接收導航訊息。 GPS接收器100還包括一解調器12〇，用於解調接收 到的導航訊息’並從衛星所提供/發送之導航訊息中取得 相應的星曆資料和衛星星暦。在—實施例中，導航訊息為 - 50赫兹㈤的信號，其中包括了描述Gps日期和時 間之資料位兀’亦包括星層資料和衛星星曆。星盾資料可 包含軌道資訊，使得GPS接收器⑽可計算每—衛星的位 ^衛星星曆可包含所有衛星的相關資訊和狀態 有衛星的位置。 儲存設備130用於儲存上述星層資料和衛星星滑。儲 存設備130中的星曆資料和衛星星層可被更新。在 =，儲存設，m可包括—星_存設備i3i，用於儲 :生曆資料’退包括-萬年層儲存設備133，用於儲存衛 星曆。在-實施例中，星曆儲存設備131與 ^備133可整合為一單—儲存設備（例如，儲存設備 Γ^Γ财’贿特設備131可與萬年_存設備 計算器140 (例如，萬年曆修正參數計算器 有效的絲㈣和魅星科算料祕正她。萬年= 0445-TW-CH Spec+Claim(filed-20090922).doc 7 201000936 修正參數計算器140可包括-決定設備（圖1中未— 據時間驗證星曆資料、衛星星曆 二數 3 =周内為有效，萬年祕正參數在8=為 用二儲備150 (例如’萬年層修正參數儲存設備） =於錯存4年·正參數。萬年祕正參數儲存設備15〇 中的萬年曆修正參數可被更新。 拉^接收器1〇0巾包含一即時計時器16〇，記錄GPS 100的工作時間，並將Gps接收器⑽㈤工作時間 GPS時間。包含在Gps接收器⑽内之衛星位置 :益 可頃取儲存設備⑽中的星層資料和衛星星 f，=及萬年祕正參數儲存賴15G巾的萬年曆修正參 。淪星位置計算器17〇可根據目前之Gps時間、更新後 =:、更新後的衛星星曆以及更新後的萬年曆修正 ^ °舁 >正後位置（例如，相對精確位置）。定位設備 可根據衛星之修正後位置計算Gps接收器1〇〇的位置。 、圖2所7TT為根據本發明—實施例產生萬年曆修正參數 的流程200。萬年曆修正參數係由圖i中所示之萬年層修 2數计算為14〇計算得之。在一實施例中，萬年磨修正 參^十算器刚根據多個衛星之多個以一星層為主之座標 ^口夕，以:萬年曆為主之座標之座標差，以及根據多個衛 ^之夕個以-星曆為主之計時器偏移和多個以—萬年磨 計時器偏移的計時器之差計算萬年暦修正參數。在 、把例中衛生位置计算器m根據星層資料計算以星 曆為主之座&和以生曆為主之計時器漂移，並根據衛星星 0445-TW-CH Spec+Claim(filed-20090922).doc 8 201000936 ί計算以萬年曆為主之_和以萬年曆為主之計時器漂 據相十算器170在Gps時間t根 為主之三維二=异母一衛星在每-採樣點的以星曆 時器漂㈣在 GPS時門t柄姑， 巾’衛星位置計算器170在 點的以i年層曆計算每-衛星在每-採樣 施例中，在萬=== = :中’在-實 計算器170在時間笪ί 140接收到由衛星位置 萬年磨Ah r Μ异出之以星曆為主之座標以及以 個敝差2二萬t)=正細算^ 為在η ϋ 取樣點"⑴和Xa(t)之差、心⑴ 心⑴和〜⑴之差、△你為在同一取樣 管5§ un二^之差。在一實施例中’萬年曆修正參數計 Zl 計算以星曆為主之計時器漂移te⑴和以萬年 曆為主之計時器漂移七⑴之差&⑴。在一實施例中，△ xCt)、ΔΥ(ΐ)、Δζ⑴和心⑴分別為時間t的高階多項函 數，如下列方程式⑴、⑵、（3)和（4)所示： η Δχ(，）= :Σα/ (1) ΑΚΟ = =ί>/ k=Q (2) Δζ(ί): =!>/ k=Q (3) 0445-TW-CH Spec+Claim(filed-20090922).doc 9 201000936 k=〇 (4) η代表多項函數的最高階。a。、ai、...an，b。、υη， Co、Cr.’Cn和do、山...(1„為萬年曆修正參數。 在步驟240中，在—實施例令，萬年曆修正參數 器140根據最小平方近似法分別計算差值、△心）、 △ ζ⑴和^⑴的最小值。假設每一衛星的採樣點個 m+j個’則ZUt)最小值的最小平方法近似值如方程式（5、） m η (5) /=〇 k=〇 在步驟250巾’根據最小平方法近似法（例如，方 式5)取得萬年祕正參數。具體來說，在—實施^ 可根據與巧式⑴均_絲式⑷，根據最方 近似法計异X軸座標的萬年曆修正參數如、出.. m m ~\ τ~ — m + \YJtr·· i~〇 /=〇 mm mΣ，, Σ，,2 …Σ /=〇 /=〇 m m mΣ，,"ΣΠ _ /*〇 /s〇 /=0 ：2/i ao «1 La«. Σμο /=0 m Σ，·Δχ(() /=〇 • Μ) (6) 在一實施例中’在一參考時間toa之前2小時 toa-2)，每一衛星開始每隔20分鐘採樣—次。在—麻1 ’ 中’ U稱為-取樣參考時間。tl為第i個取樣點的 間。Δχαο代表在時間ti時在第i個取樣點取樣，、 星曆為主之X轴座標與以萬年曆為主之乂軸座標之1之以 一實施例中’每一衛星的取樣點個數為12個『因此在 0445-TW-CH Spec+Claim(filed-20090922).doc 10 201000936 -實施例巾’每-衛星在12娜樣輯行取樣所 間Ts啣le為4小時（亦即，2〇分鐘乘以12)。在一 中，萬年曆修正參數在經過更新之後，可保持8小時内有 萬年Γ:。類:b用於y軸、z轴和計時器漂移的 两干心}数 b。、bl".bn，C。、Ci."Cn#a d。、山... ⑴、&⑴和^⑴最小平方近似法取得。η 的值越大’可提供用於近似法的資料越多，萬年層修正史 就越高。如果衛星之取樣時間越長，則 β取件越長之料祕正參财職限。 ^星取樣相長於4小時，職年雜正參數經過更= 後’萬年曆修正參數的有效期限可大於8小時。 之〜圖=示ίί據本發明一實施例更新萬年層修正表數 !，進行更新，域存於如圖}中所示之萬年曆 數儲存設備150中。圖3將結合圖！進行描述。-4 在步驟310 t，GPS接收器 中，擷取和追蹤設備110可擷取和可^衛f步=0 並從所接收到之導收到的導航訊息 星盾。 取侍相應的星曆資料和衛星 在步驟340中，萬年曆修正參。。 間驗證新的星曆資料、新的衛 ^盗140可根據時 參數之有效性。在-實施例中，星修正 内為有效、衛星星層被認定在2周内為有效口= 0445-TW-CH Spec+Claim(f5Ied-20090922).doc 201000936 ’數被《。疋在8小日可内為有效。在一實施例中，在步驟350 中，如果初始/之前的萬年曆修正參數為無效，而星曆資 料和星曆都還為有效，則萬年曆修正參數計算器⑽ 將计算新的萬年曆修正參數。如果星曆資料和衛星星層都 為無效’或者是星曆資料、衛星星曆和萬年曆修正參數皆 無效’則流程300回到步驟330開始-個新的週期。在步 驟350中’新的萬年曆修正參數被儲存在萬年層修正參數 ，存》又備15G中。換言之，可使用新的萬年層修正參數更 新萬年曆修正參數儲存設備15〇。 如 步， 曆 數 ==不為根據本發明—實施例計算Gps接收器（例 1，不之GPS接收器1〇〇)位置之流程_。在 …餐生可從儲存设備130 _取得星曆資料和衛星星 參數儲存設備150令取得萬年層修正參 的4=二ί年層修正參數計算器140中所包含 Ϊ二如丄 可驗證星磨資料的有效性。在 梗據生曆貝枓刀別叶鼻可視衛星的位置 如果星曆資料為無效，決定 Α 萬年曆修正參數的有效性。如衛星星層和 數為無效，則流程400回到步驟生】或f年層修正參 器170重複驗證儲存設傷13〇令 位置計异 有效性，以及驗證萬年_正】，料和喊星星盾之 層修正參數的有效性。在步驟備⑽中的萬年 年曆修正參數為有效，則衛星 ^如果衛星星曆和萬 的衛星星曆和萬年曆修正參數；^十异盗170可根據有效 斤可視衛星的位置。 0445-TW-CH Spec+Claim(filed-20090922).do c 12 201000936 在-實施例中，可根 在時間t的座標x， ，、， 曆汁异出母一可視衛星 根據萬年曆修正參數分之漂移r。隨後 和紅⑴： Δχ⑴~⑴、 Δλ： '(〇=Σ 走=〇 a/ (7) ^y'(0=^ibktk k=〇 k^〇 ATXi)^/ (8) (9) (10) n為萬年層修正參數的最高階，士為目前 出、Ck為修正後座標χ、y和z S時間。 參數二為修正後之計時器漂移τ的萬年曆修正4修正 根據所取得之在時間t之 $ X = (11) y = y'^Ay1 (12) z = zr+Azf (13) Τ = Γ+ΑΓ (14) 在步驟470中，可根據修正後之每一衛 GPS接收器1〇〇的位置。 置5十异 在實際操作中，GPS接收器1〇〇開機後可根據初始的 0445-TW-CH Spec+Claim(filed-20090922).d〇( 13 201000936 星曆資料和衛星星曆和/或初始的萬年層修正 星的相對粗略位置。齡和追縱設備i ι 〇 = . ^异術 粗，置擷取和追蹤可視衛星。從可視衛星:得導= 息，使得解調器120可取得相應的星層資料 =訊 可使用新的星曆資料和衛星星曆更曆。 始/之前的星曆㈣和衛星星 二ΐ用：新後的星層資料和衛星星層計算新的萬年ί; 正參數。如此，可烟新的萬切修正參數更 _ 存設備150中的萬年曆修正參數。 存在儲 曰麻置計算器m可根據更新後的星曆資料、衛星 數計算修正後之衛星位置。根據修正 後之何生位置，可計舁GPS接收器1〇〇的位置。 士有利之處在於，在一實施例中，當星層資料為益效 4 ’可使用衛星星曆和萬年曆修正參數的組合⑶ 收器議的位置。由於衛星位置計算器m計算^；= 後的位置，則擷取和追縱的效率得以提高，定位的精準产 也可增加。進而可降低TTFF。在—實施例中 ^ 低至15秒。 旧j降 上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常 例。顯然’在不脫離後附申請專利範圍所界定的本發^ 神和保護㈣的前提下可以有各種增補、修改和替換 技術領域中具有通常知識者應該理解，本發明在實際鹿 體Γ環境和工作要求在不背離發明準二前 挺下在形式、結構、佈局、比例、材料、^素、i 它方面有所變化。因此，在此坡露之實施例仙於說明^ 0445-TW-CH Spec+Claim(filed-20090922).doc 14 201000936 非限制，本發明之範圍由後附申請專利範圍及其合法均等 物界定，而不限於此前之描述。 【圖式簡單說明】 ^ ，以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進 行詳細的描述’以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中·· 圖1所示為根據本發明一實施例GPS接收器方塊圖。 圖2所示為根據本發明一實施例產生萬年曆修正參數 的流程。 / 圖3所不為根據本發明一實施例更新萬年曆修正參數 之流程。 圖4所示為根據本發明一實施例計算G p s接收器位 之流程。 【主要元件符號說明】 100 : 110 120 130 131 133 140 150 160 170 180 GPS接收器 擷取和追蹤設備 解調器 儲存設備 星曆儲存設備 萬年曆儲存設備 計算器/萬年曆修正參數計算器 儲存設備/萬年曆修正參數健存設備 即時計時器 衛星位置計算器 定位設備 15 0445-TW-CH Spec+Claim(filed-20090922) doc 201000936 200 :流程 210、220、230、240、250 :步驟 300 :流程 310、320、330、340、350 :步驟 400 :流程 410、430、440、450、460、470 :步驟 0445-TW-CH Spec+Claim(filed-20090922).doc 16

Claims (1)

1. 201000936 七 申凊專利範圍： 定位系統⑽)接收器，包括： 曆（ephemeris ) f料和 導航U取付一星 一計算器，係雷 钉星星曆（almanac data); 多個以'星歷失接該解調器’根據該多個衛星之 (M_C)為主之tfa之座標與多個以—萬年曆 年曆修正參數；以^之間之多個座標差計算多個萬 星曆資料ΐίΐί個=/==計算器，並根據該 星星曆計算該多個㈣=曆為主之座標，根據該衛 星層資料、該衛星f ；^年曆為主之座標，且根據該 該多個衛星的該多個萬年層修正參數計算 2. 如申請專利範圍第 3. 中’該計算器驗證該^=接收器’其 萬年層修正參數的有^讀、—星層和該多個 圍第2項的全球定位系統接收 效’則該衛星位置計算器根 中，如果兮、^^一以夕個衛星的該多個位置，且其 曰蔴心〜生層貧料為無效’則該計算器驗證該衛星 星層和該多個萬年層修正參數的有效性。4星 中申：i:1:圍第3項的全球定位系統接收器，其 亥衛星星層和該多個萬年曆修正參數為i 器根據該衛星星曆和該多個萬 夕乡0十'^ °亥夕個衛星的該多個位置。 0445-TW-CH Spec+Claim(filed-20090922).doc 17 201000936 5. t申請專㈣1項的全球定位系統接收哭，置 據該多個衛星的多個以該星層:主; 二該多個衛星的多個 該衛星星_該多二 之計時器漂移移和該多個以該萬年層為主 ㈣圍第5項的全球定位系 中’該計算器根據該多個座標差之一最小平方 2”間'所取得之該多個以該星磨為主之座標 差Ϊ:多固：f:層為主之座標之間之該多個座標 t近，法取得在時間t所取得之該多個以該;2 漂個以該萬年層為主之計時器 ==:::間差之多個最小值’進而得到該 0445-TW-CH Spec+C]aim(fned-20090922).doc 18 201000936 9如個位置計算該奶接收器之一位置。 .項的全球定位系統接收器，其 1。·-種===:參數係_備，。 …幻1 系統接收器之定位方法，包括： ::ΐ:送出之-導航訊息中取得-星曆資 星層資料計算該多個衛星的多個以-星曆為 根多個以該星層為主之計時器漂移； ^康4星星曆計算該多個衛星的多個以—萬年層 相標和多個以該萬年曆為主之計時器漂移； 該星曆為主之座標以及該多個以該萬 座標，間，多個座標差，以及根據該多個 =’、、、主之树&漂移與該多個以該萬年層為 漂移之間之多個時間差，計算多個萬年曆 修正參數；以及 =二、該衛星星曆和該多個萬年曆修正參 數计异该多個衛星的多個位置。 申請專利範圍»1〇項的方法，進—步包含： 若該星層資料為有效，則根據該 ^ 衛星的該多個位置；以及 層貝枓计异邊夕個 層！料為無效’則驗證該衛星星曆和該多個萬 年曆修正參數的有效性。 12.如申請專利範圍第η項的方法，進—步包含· 曆和該多個萬初修正參數為“，則根 據_生生曆和該多個萬年曆修正參數計算該多個 0445-TW-CH Spec+Claim(flled-20090922).doc 19 201000936 衛星的該多個位置。 13. 如申請專利範圍第10項的方法，其中，該多個萬年 曆修正參數之計算步驟包含： 根據該多個座標差之一最小平方近似法，計算在時間 t所取得之該多個以該星曆為主之座標和該多個以 該萬年曆為主之座標之間之該多個座標差之多個最 小值；以及 根據該多個時間差之一最小平方近似法，計算在時間 t所取得之該多個以該星曆為主之計時器漂移和該 多個以該萬年層為主之計時漂移之間之該多個時 間差之多個最小值。 14. 如申請專利範圍第10項的方法，其中，該多個衛星 之該多個位置之計算方法包含： 根據該多個萬年曆修正參數分別計算出多個修正 值；以及 將該多個修正值分別與該多個以該萬年曆為主之座 標相加以計算該多個位置。 15. 如申請專利範圍第10項的方法，進一步包含： 根據該多個衛星的該多個位置計算該GPS接收器的 一位置。 16. 如申請專利範圍第10項的方法，進一步包含： 儲存該多個萬年曆修正參數。 17. —種全球定位系統（GPS)，包括： 一擷取和追蹤設備，從多個衛星擷取一導航訊息並追 蹤該多個衛星； 0445-TW-CH Spec+Claim(filed-20090922).doc 20 201000936 一解調器，與該擷取和追蹤設備電性連接，並從該導 航訊息中取得一星曆資料和一衛星星暦； 一計算器，與該解調器電性連接，並根據該多個衛星 之多個以一星曆為主之座標和該多個衛星之多個以 一萬年曆為主之座標之間之多個座標差，以及根據該 多個衛星之多個以該星曆為主之計時器漂移和該多 個衛星之該多個以該萬年曆為主之計時器漂移之間 之多個時間差，計算多個萬年曆修正參數；以及 一衛星位置計算器，其耦接至該擷取和追蹤設備，並 根據該星曆資料計算該多個以該星曆為主之座標和 該多個以該星曆為主之計時器漂移，並根據該衛星星 層計鼻該多個以該萬年層為主之座標和該多個以該 萬年曆為主之計時器漂移，並分別根據該星曆資料、 該衛星星曆和該多個萬年曆修正參數計算該多個衛 星的多個位置。 18. 如申請專利範圍第17項的全球定位系統，其中，該 計算器根據該多個座標差之一最小平方近似法，計算 在時間t所取得之該多個以該星層為主之座標和該 多個以該萬年層為主之座標之間之該多個座標差之 多個最小值，以及根據該多個時間差之一最小平方近 似法’計鼻在時間t所取得之該多個以該星層為主之 計時器漂移和該多個以該萬年曆為主之計時器漂移 之間之該多個時間差之多個最小值，進而取得該多個 萬年曆修正參數。 19. 如申請專利範圍第17項的全球定位系統，其中，該 0445-TW-CH Spec+Claim(filed-20090922).doc 21 201000936 衛星位置計算器根據該多個萬年曆修正參數分別計 算多個修正值，且其中，該衛星位置計算器將該多個 修正值與該多個以該星曆為主之座標分別相加，進而 得到該多個位置。 0445-TW-CH Spec+Claim(filed-20090922).doc 22