ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Это изобретение относится к области навигационных систем с поддержкой и, более конкретно, к формату, в котором данные поддержки распределяются от сети связи к терминалам. Изобретение также относится к устройству, включающему приемник позиционирования для выполнения позиционирования на основе одного или более сигналов спутниковой системы навигации. Изобретение также относится к сетевому элементу, включающему передатчик для передачи данных поддержки спутниковой системы навигации в приемник. Изобретение, кроме того, относится к способу, компьютерному программному продукту и сигналу для доставки данных поддержки спутниковой системы навигации в приемник позиционирования.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Одна из известных систем навигации - это система GPS (Система Глобального Позиционирования), которая в настоящий момент включает более чем 24 спутника, из которых обычно половина одновременно находится в поле зрения приемника. Эти спутники передают, например, данные эфемерид, а также временную информацию спутника. Приемник, используемый в позиционировании, обычно устанавливает свое положение путем подсчета времени прохождения сигнала, полученного приемником одновременно с нескольких спутников, принадлежащих системе позиционирования, и рассчитывает время передачи (ТоТ) сигналов. Для позиционирования приемник, как правило, должен принять сигнал от по меньшей мере четырех спутников в поле зрения, чтобы рассчитать местоположение. Другой уже запущенной системой навигации является российская система ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Система).
В будущем будут существовать другие системы навигации на основе спутников, помимо GPS и ГЛОНАСС. В Европе система Galileo находится в процессе создания и будет запущена в течение нескольких лет. Также расширяются системы корректировки на базе спутников (Space Based Augmentation Systems, SBAS), такие как WAAS (Wide Area Augmentation System), EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) и GAGAN (GPS Aided GEO Augmented Navigation). Все шире применяются системы локальной корректировки (Local Area Augmentation Systems, LAAS), использующие фиксированные наземные навигационные станции. Строго говоря, системы локальной корректировки в действительности не являются спутниковыми навигационными системами, хотя их навигационные станции называют «псевдоспутники» или «псевдолиты». Принципы навигации, применимые для систем на основе спутников, также применимы для систем локальной корректировки. Сигналы псевдолитов могут приниматься стандартным GNSS приемником (Global Navigation Satellite System, GNSS). Кроме того, японцы развивают свою собственную систему, дополняющую GPS/Galileo, называемую Quasi-Zenith Satellite System (QZSS).
Системы навигации на основе спутников, включая системы, использующие псевдоспутники, могут все вместе называться Глобальными Навигационными Спутниковыми Системами (GNSS). В будущем, возможно, появятся позиционные приемники, которые могут выполнять операции позиционирования, используя одновременно или альтернативно более чем одну навигационную систему. Такие гибридные приемники могут переключаться с первой системы на вторую систему, если, например, уровень сигнала первой системы падает ниже определенного порога, или если недостаточно видимых спутников первой системы, или если комбинация видимых спутников первой системы не подходит для позиционирования. Одновременное использование разных систем становится целесообразным в сложных условиях, таких как городские зоны, где число видимых спутников ограничено. В таких случаях навигация на основе только одной системы практически невозможна из-за низкой доступности сигналов. Тем не менее, гибридное использование различных систем навигации позволяет обеспечить навигацию в этих сложных сигнальных условиях.
Каждый спутник GPS системы передает зондирующий сигнал на несущей частоте 1575.42 МГц, называемой L1. Эта частота также указывается как 154f0, где f0 10.23 МГц. Кроме того, спутники передают другой зондирующий сигнал на несущей частоте 1227.6 МГц, называемой L2, т.е. 120f0. В спутнике выполняется модуляция этих сигналов по меньшей мере одной псевдослучайной последовательностью. Эта псевдослучайная последовательность - своя для каждого спутника. В результате модуляции генерируется широкополосный сигнал с кодовой модуляцией. Используемая технология модуляции делает возможным различение в приемнике сигналов, переданных с разных спутников, хотя несущая частота, используемая для передачи, в действительности одна и та же. Эффект Доплера дает небольшое (±1 кГц) изменение несущей частоты в зависимости от геометрии группы. Эта технология называется Множественный Доступ с Кодовым Разделением (CDMA). В каждом спутнике для модуляции сигнала L1 используемая псевдопоследовательность - это, например, так называемый С/А код (код грубого определения / захвата), который относится к семейству кодов Голда. Каждый GPS спутник передает сигнал, используя индивидуальный С/А код. Коды формируются как сумма по модулю 2 двух 1023-битных двоичных последовательностей. Первая двоичная последовательность G1 формируется полиномом X10+X3+1, и вторая двоичная последовательность G2 формируется полиномом X10+X9+X8+X6+X3+X2+1 с задержкой таким образом, что задержка своя для каждого спутника. Такая схема позволяет выдавать разные коды С/А идентичным кодовым генератором. С/А коды являются, таким образом, двоичными кодами, скорость передачи элементов сигнала которых в системе GPS равна 1.023 МГц. С/А код включает 1023 элемента, при этом время передачи кода составляет 1 мс. Несущий сигнал L1 далее модулируется навигационной информацией со скоростью 50 бит/с. Навигационная информация включает информацию о состоянии спутника, его орбите, временные данные и т.п.
В системе GPS спутники передают навигационную информацию, включая данные эфемерид и временные данные, которые используются в приемнике позиционирования для определения положения спутника в данный момент. Эти данные эфемерид и временные данные передаются в кадрах, которые далее делятся на подкадры. Фиг.6 показывает пример такой кадровой структуры FR. В системе GPS каждый кадр включает 1500 бит, которые разделяются на подкадры по 300 бит каждый. Поскольку передача одного бита занимает 20 мс, передача каждого подкадра занимает, таким образом, 6 с, и весь кадр передается за 30 секунд. Подкадры нумеруются от 1 до 5. В каждом подкадре 1, например, передаются временные данные, указывается момент передачи подкадра, так же как и информация об отклонении часов спутника по отношению ко времени в системе GPS.
Подкадры 2 и 3 используются для передачи данных эфемерид. Подкадр 4 содержит другую системную информацию, такую как Универсальное Скоординированное Время (UTC). Подкадр 5 предназначен для передачи данных альманаха по всем спутникам. Объект из этих подкадров и кадров называется навигационным сообщением GPS, которое включает 25 кадров или 125 подкадров. Длительность навигационного сообщения, таким образом, составляет 12 минут 30 секунд.
В системе GPS время измеряется в секундах от начала недели. В системе GPS моментом начала недели считается полночь с субботы на воскресенье. Каждый передаваемый подкадр содержит информацию о моменте GPS недели, в который подкадр был передан. Таким образом, временные данные показывают момент передачи определенного бита, т.е. момент передачи последнего бита подкадра в системе GPS. В спутниках время измеряется высокоточными атомными хронометрами. Несмотря на это работа каждого спутника контролируется в центре управления GPS систем (не показан), и, например, выполняется сравнение времени для определения хронометрических ошибок на спутниках и передачи этой информации на спутник.
Количество спутников, параметры орбиты спутников, структура навигационных сообщений и т.п. могут различаться в различных навигационных системах. С другой стороны, по крайней мере принципы разработки Galileo показывают, что будут некоторые схожести между Galileo и GPS в той мере, что по меньшей мере приемник Galileo будет в состоянии использовать при позиционировании сигналы спутников GPS.
Устройства (или приемники) позиционирования, например устройства, которые имеют возможность выполнять позиционирование на основе сигналов, передаваемых в навигационных системах, не всегда могут принимать достаточно сильные сигналы от требуемого числа спутников. Такое может происходить внутри помещений, в городских условиях и т.д. Для сетей связи разработаны способы и системы, позволяющие выполнять позиционирование (определение местоположения) в неблагоприятных сигнальных условиях. Если сеть связи предоставляет для приемника только поддержку навигационной модели, требование минимум трех сигналов для двухмерного позиционирования или четырех сигналов для трехмерного позиционирования не уменьшается. Однако если сеть предоставляет, например, барометрическую поддержку, что может использоваться для определения высоты, то для трехмерного позиционирования достаточно трех спутников. Эти так называемые навигационные системы с поддержкой используют другие системы связи для передачи информации, относящейся к спутникам, для устройств позиционирования. Соответственно, такие устройства позиционирования, которые имеют возможность принимать и использовать данные поддержки, могут называться приемниками GNSS с поддержкой или, более обобщенно, устройствами позиционирования с поддержкой.
В настоящий момент только данные поддержки, относящиеся к GPS спутникам, могут быть предоставлены приемникам GNSS с поддержкой в сетях связи CDMA (коллективный доступ с кодовым разделением каналов), GSM (глобальная система мобильной связи) и W-CDMA (широкополосный коллективный доступ с кодовым разделением каналов). Формат этих данных поддержки близок к навигационной модели GPS, определенной в спецификации GPS-ICD-200 SIS (ICD, Interface Control Document; SIS, Signal-In-Space). Эта навигационная модель включает модель синхронизации и орбитальную модель. Более конкретно, модель синхронизации используется для сопоставления времени спутника со временем системы, в этом случае со временем GPS. Орбитальная модель используется для расчета положения спутника в данный момент. И те, и другие данные существенны для спутниковой навигации.
Наличие данных поддержки может значительно повлиять на эффективность приемника позиционирования. В системе GPS при хороших сигнальных условиях для того, чтобы приемник выделил копию навигационного сообщения из широкополосного сигнала GPS спутника, требуется по меньшей мере 18 секунд (длина первых трех подкадров). Следовательно, если в наличии нет действующего сообщения (например, из предыдущего сеанса) навигационной модели, нужно по меньшей мере 18 секунд, прежде чем GPS спутник может быть использован для расчета положения. Теперь же с приемниками AGPS (GPS с поддержкой) сеть сотовой связи, такая как GSM или UMTS (Универсальная Система Мобильной Связи), посылает в приемник копию навигационного сообщения, и, следовательно, приемник не должен выделять данные из широкополосного сигнала спутника, а может получать их непосредственно из сотовой сети. Время до первого захвата (Time To First Fix, TTFF) может быть уменьшено до величины менее 18 секунд. Это уменьшение времени может быть критично, например, когда выполняется позиционирование для экстренного вызова. Это также улучшает возможности пользователя в различных случаях использования, например, когда пользователь запрашивает информацию о службах, доступных вблизи текущего местоположения пользователя. Такого рода Службы на Основе Местоположения (LBS) используют в запросе конкретное местоположение пользователя. Следовательно, задержка в определении местоположения может задержать ответ от службы LBS пользователю.
Кроме того, в неблагоприятных сигнальных условиях использование данных поддержки может быть единственной возможностью для навигации. Падение уровня мощности сигнала делает невозможным получение приемником GNSS экземпляра навигационного сообщения. Однако, когда навигационные данные предоставляются приемнику от внешнего источника (такого как сотовая сеть связи), навигация снова возможна. Эта особенность может быть важна при применениях внутри помещений, а также в городских условиях, где уровни сигнала могут значительно варьироваться из-за зданий и других препятствий, ослабляющих спутниковые сигналы.
Международная заявка WO 02/67462 описывает сообщения данных поддержки GPS в сетях сотовой связи и способы передачи сообщения данных поддержки GPS в сетях сотовой связи.
Когда мобильный терминал, имеющий приемник позиционирования с поддержкой, запрашивает данные поддержки, сеть посылает мобильному терминалу одну навигационную модель для каждого спутника в поле зрения приемника позиционирования с поддержкой. Формат, в котором передаются данные поддержки, определен в различных стандартах. Решения плоскости управления (Control Plane) включают в себя протокол служб размещения радиоресурсов (Radio Resource Location Services Protocol, RRLP) в сети GSM, систему управления радиоресурсами (Radio Resource Control, RRC) в сети W-CDMA и стандарты IS-801.1/IS-801.A в сети CDMA. Информационные элементы передачи данных поддержки определены в стандарте TS 44.035 для GSM. И наконец, имеются решения плоскости пользователя (User Plane) ОМА SUPL 1.0 (Open Mobile Alliance, Secure User Plane for Location) и различные проприетарные решения сетей CDMA. Общим для всех этих решений является то, что они поддерживают исключительно GPS. Однако при наращивании системы Galileo все стандарты в скором будущем будут модернизированы для достижения совместимости с Galileo.
Следовательно, понятно, что поддержка исключительно GPS не будет отвечать требованиям в скором будущем, и должен быть разработан новый формат данных, способный поддерживать новые системы.
Проблема предоставления данных поддержки для новых систем, так же как и для GPS, может быть сведена к поиску навигационной модели (синхронизационной и орбитальной модели), которая может быть использована для описания всех спутниковых систем. Прямое решение - взять исходный формат навигационного сообщения для каждой из систем и использовать этот формат. Однако результатом этого будут различающиеся сообщения (разные формат сообщения для каждой системы), что делает выполнение задачи проблематичным. Кроме того, исходный формат может быть несовместим со стандартами сотовых сетей. Следовательно, конечное решение должно быть таким, чтобы не требовались различные форматы.
Проблемы выработки общего формата включают, во-первых, индексирование спутников. Индекс спутника используется для идентификации навигационной модели в конкретном спутнике. Проблема в том, что каждая система имеет свой собственный способ индексирования.
Индексы спутников GPS (SV, космическое транспортное средство) основаны на номерах PRN (псевдослучайной последовательности). Номер PRN может быть идентифицирован с помощью расширяющего кода CDMA, используемого на спутниках.
Galileo использует для идентификации спутника 7-битное поле (1-128). Номер может быть идентифицирован с помощью кода PRN, используемого спутником.
ГЛОНАСС использует для распознавания спутников 5-битное поле. Номер может быть идентифицирован с положением спутника в орбитальных плоскостях (это положение называется «слот»). Кроме того, в отличие от других систем, ГЛОНАСС использует FDMA (множественный доступ с разделением по частоте) для расширенных по спектру сигналов спутника. Следует понимать, что в ГЛОНАСС также используется распределенный код CDMA. Следовательно, есть таблица, которая ставит в соответствие номер слота спутника и частоту сигнала вещания. Это соответствие должно быть включено в любой формат данных поддержки.
Системы SBAS используют PRN номера, как и GPS, но имеют смещение на 120. Следовательно, первый спутник системы SBAS имеет спутниковый номер 120.
Поскольку QZSS SIS ICD пока не является публичной, детальная информация по индексированию спутников в системе отсутствует. Однако, поскольку система является развитием GPS, вероятно GPS-совместимый формат будет совместим и с QZSS также.
Псевдолиты (LAAS) наиболее проблематичны в смысле индексирования. В настоящий момент нет определенного стандарта для индексирования псевдолитов. Однако индексирование должно, по меньшей мере приближенно, соответствовать индексированию GPS-типа, поскольку они используют PRN GPS-типа. Следовательно, если диапазон индексов спутников достаточен, было бы возможно описывать передатчики LAAS индексированием GPS-типа.
Следующей проблемой является модель синхронизации. Модель синхронизации для любой системы задается как
fSYSTEM(t)=tsv(t)-[a0+a1·(tSYSTEM(t)-tREFERENCE)+a2·(tSYSTEM(t)-tREFERENCE)2],
где tSYSTEM(t) - системное время (например, GPS время) на момент t, tsv(t) - спутниковое время на момент t, tREFERENCE - время начала отсчета модели и ai, (i∈{0, 1, 2}) - 0, 1 и 2 порядковые коэффициенты модели соответственно. Член релятивистической коррекции в этом уравнении не показан. Поскольку уравнение в каждой системе одно и то же, единственной проблемой в создании общей модели является нахождение таких битовых значений и масштабных коэффициентов, при которых: 1) покрывается требуемая область значений для каждой системы и 2) достигаются требования точности (или разрешения) для каждой системы.
Третья проблема включает орбитальную модель. Опять же каждая система имеет свой собственный формат (за исключением GPS и Galileo, использующих один формат). GPS и Galileo используют набор кеплеровских параметров орбит: 6 параметров орбиты, 3 коэффициента линейной коррекции, а также 6 гармонических коэффициентов коррекции гравитации. В отличие от GPS и Galileo навигационная модель ГЛОНАСС содержит только информацию о положении, скорости и ускорении спутника на данный момент. Эта информация затем может быть использована (при решении задачи с начальными условиями для уравнений движения) для прогнозирования положения спутника в какой-то момент. SBAS использует формат, в каком-то смысле сходный с ГЛОНАСС. Навигационное сообщение SBAS включает информацию о положении, скорости и ускорении спутника в системах ECEF (Earth-Centered Earth Fixed coordinate system definition - геоцентрическая наземная координатная система) на данный момент. Эти данные используются для прогнозирования положения спутника простой экстраполяцией, что отличается от ГЛОНАСС, в которой уравнения движения интегрируют по времени. Опять же, поскольку QZSS ICD пока недоступна, детальный формат навигационного сообщения неизвестен. Однако существуют документы, которые расценивают формат QZSS ICD как совместимый с трансляцией эфемерид GPS-типа или SBAS-типа. Следовательно, если новый формат совместим с GPS и SBAS, орбиты QZSS могут быть описаны с использованием формата GPS. LAAS требует, чтобы орбитальная модель могла описывать объекты, стационарные в ECEF-кадре. Также псевдолиты имеют довольно строгие требования к разрешению для положения. В некоторых случаях необходимо описывать положение псевдолитов с разрешением около 5 мм.
В дополнение к этим требованиям (индексирование, модель синхронизации и орбитальная модель) навигационная модель должна включать информацию о времени начала отсчета модели tREFERENCE в модели синхронизации, подобно временной отметке, требуемой в орбитальной модели), времени действия модели, выдаче данных (чтобы быть способным дифференцировать наборы данных модели) и состоянии SV (указывает, пригодны или нет к использованию навигационные данные от SV).
Излишне говорить, что почти все системы имеют свой собственный способ выражения этих параметров. Требования диапазона и точности варьируются от системы к системе. Кроме того, область состояния спутника на текущий момент требует модификации, поскольку в будущем GPS (и другие системы) будут передавать не только один сигнал, а различные сигналы с разными частотами.
Новый формат данных поддержки должен быть таким, чтобы все специфические элементы системы, так же как диапазон параметров и требования точности, принимались во внимание.
Наконец, проблема с текущим форматом данных поддержки состоит в том, что он допускает только один набор навигационных данных, доступный для данного спутника. Это означает, что когда навигационная модель обновляется, терминалу должны быть предоставлены новые данные. Однако уже сейчас есть коммерческие службы, предоставляющие навигационные данные, со временем действия 5-10 дней. Время действия навигационной модели не увеличивается, но служба посылает многочисленные наборы навигационных данных для одного спутника. В GNSS с поддержкой это дает преимущества, так как пользователь получает всю поддержку, необходимую в течение следующей пары недель, за одну загрузку. Новый формат данных поддержки должен, следовательно, быть способным поддерживать эти долговременные согласования орбиты в текущих моделях.
На настоящий момент решения проблемы нет. Это происходит из-за того, что распределение данных поддержки ограничено системой GPS и сетями CDMA.
Текущим решением для распределения данных поддержки по терминалам является получение навигационной модели GPS непосредственно из спутниковой трансляции, изменение этих данных и распределение их по терминалам сети в соответствии с различными стандартами использования.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение включает обобщенную навигационную модель, которая может быть использована для характеристики функционирования часов спутника и орбиты спутника в более чем одной навигационной системе. Обобщенная навигационная модель может быть использована по меньшей мере вместе с GPS, Galileo, ГЛОНАСС, SBAS, LAAS и QZSS. Также обеспечивается резервирование для неизвестных будущих систем.
Задача индексирования решается путем расширения поля индекса спутника таким образом, что верхние биты поля определяют навигационную систему (GPS, Galileo, ГЛОНАСС, SBAS, LAAS, QZSS или какую-то другую систему в будущем), а нижние биты выражают индекс спутника в присущем системе формате. Поле далее будет называться индексом SS, что означает "Система и Спутник" (System and Satellite). Также есть специальное добавление для ГЛОНАСС, позволяющее отображать индекс SS на частоту спутникового вещания (или канала).
Задача модели синхронизации решается нахождением таких битовых чисел и масштабных множителей для коэффициентов, что модели синхронизации во всех системах могут быть описаны при использовании обобщенной модели синхронизации. Однако изобретение не исключает использования разных моделей синхронизации для каждой из систем.
Проблема орбитальной модели решается введением многорежимной модели. Режимы модели это, например, режим 1: Кеплеровская модель; режим 2: Положение в ECEF-координатах; и режим 3: Положение, скорость и ускорение в ECEF-координатах. Могут быть добавлены еще режимы, если возникнет необходимость в этом. Например, верхние биты индекса SS (т.е. системы) определяют режим модели. Однако для указания режима модели могут быть использованы также другие варианты осуществления, например с использованием индекса режима. Режимы являются взаимно исключающими.
Долгосрочные установки орбиты не требуют ничего специального. Время начала отсчета и время действия точно определяют, когда модель может быть использована. Если долгосрочные данные доступны, сеть предоставляет терминалу долгосрочные данные и терминал несет ответственность за хранение и обработку множественных наборов навигационных данных от одного спутника (или индекса SS). Однако, если навигационная модель не основана на вещательной навигационной модели, а является долгосрочными данными, это может быть указано, например, в поле издания данных, но другие осуществления также возможны.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается устройство, включающее:
- приемник позиционирования для выполнения позиционирования на основе одного или более сигналов по меньшей мере одной навигационной системы;
- приемник для приема данных поддержки, относящихся по меньшей мере к одной навигационной системе, и
- проверяющий элемент, предназначенный для проверки данных поддержки;
отличающееся тем, что устройство также включает:
- определяющий элемент, предназначенный для определения режима данных поддержки в указанных данных поддержки, где указанные данные поддержки предназначены для использования приемником позиционирования для выполнения позиционирования устройства.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается сетевой элемент, включающий:
- управляющий элемент для формирования данных поддержки, относящихся по меньшей мере к одной навигационной системе, и
- передающий элемент для передачи данных поддержки в сеть связи;
отличающийся тем, что управляющий элемент предназначен для:
- выбора режима передачи данных поддержки;
- вставки индикации навигационной системы в данные поддержки и
- формирования данных поддержки в соответствии с выбранным режимом.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предлагается система, включающая:
- сетевой элемент, который включает:
- управляющий элемент для формирования данных поддержки, относящихся по меньшей мере к одной навигационной системе, и
- передающий элемент для передачи данных поддержки в сеть связи;
- устройство, которое включает:
- приемник позиционирования для выполнения позиционирования на основе одного или более сигналов указанной по меньшей мере одной навигационной системы;
- приемник для приема данных поддержки от сетевого элемента и
- проверяющий элемент, предназначенный для проверки принимаемых данных поддержки;
отличающаяся тем, что:
- управляющий элемент выполнен с возможностью выбора режима передачи данных поддержки;
- вставки индикации навигационной системы и выбранного режима в данные поддержки и
- построения данных поддержки в соответствии с выбранным режимом;
и устройство также включает:
- определяющий элемент, предназначенный для определения режима данных поддержки в указанных данных поддержки, где указанные данные поддержки предназначены для использования приемником позиционирования для выполнения позиционирования устройства.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения предлагается модуль для устройства, включающего приемник позиционирования для выполнения позиционирования на основе одного или более сигналов от по меньшей мере одной навигационной системы, где указанный модуль включает:
- принимающий элемент для приема данных поддержки, относящихся по меньшей мере к одной навигационной системе, и
- проверяющий элемент, предназначенный для проверки принятых данных поддержки;
отличающийся тем, что модуль также включает:
- определяющий элемент, предназначенный для определения режима данных поддержки в указанных данных поддержки, и
- выход для передачи индикации режима данных поддержки в приемник позиционирования, при этом указанные данные поддержки предназначены для использования приемником позиционирования для выполнения позиционирования устройства.
В соответствии с пятым аспектом настоящего изобретения предлагается способ передачи данных поддержки в устройство, включающий:
- формирование данных поддержки, относящихся по меньшей мере к одной навигационной системе, и
- передачу данных поддержки в устройство;
отличающийся тем, что способ также включает:
- определение навигационной системы, к которой относятся данные поддержки;
- выбор режима передачи данных поддержки;
- вставку индикации навигационной системы и выбранного режима в данные поддержки и
- построение данных поддержки в соответствии с выбранным режимом.
В соответствии с шестым аспектом настоящего изобретения предлагается компьютерный программный продукт для хранения компьютерной программы, имеющей исполняемые компьютером инструкции для:
- формирования данных поддержки, относящихся по меньшей мере к одной навигационной системе, и
- передачи данных поддержки в устройство;
отличающийся тем, что компьютерная программа также включает исполняемые компьютером инструкции для:
- определения навигационной системы, к которой относятся данные поддержки;
- выбора режима для передачи данных поддержки;
- вставки индикации навигационной системы и выбранного режима в данные поддержки и
- построения данных поддержки в соответствии с выбранным режимом.
В соответствии с седьмым аспектом настоящего изобретения предлагается сигнал для доставки данных поддержки в устройство, включающий:
- данные поддержки, относящиеся по меньшей мере к одной навигационной системе;
отличающийся тем, что он также включает:
- индикацию навигационной системы, к которой относятся данные поддержки, и режим, выбранный для передачи данных поддержки; где указанные данные поддержки построены в соответствии с выбранным режимом.
В соответствии с восьмым аспектом настоящего изобретения предлагается носитель, на котором записан сигнал для доставки данных поддержки в устройство, при этом сигнал включает:
- данные поддержки, относящиеся по меньшей мере к одной навигационной системе;
отличающийся тем, что сигнал также включает:
- индикацию системы, к которой относятся данные поддержки, и режим, выбранный для передачи данных поддержки; где указанные данные поддержки построены в соответствии с выбранным режимом.
В соответствии с девятым аспектом настоящего изобретения предлагается сервер данных поддержки, включающий:
- управляющий элемент для формирования данных поддержки, относящихся по меньшей мере к одной навигационной системе, и
- передающий элемент для передачи данных поддержки в сеть связи;
отличающийся тем, что управляющий элемент предназначен для выбора режима передачи данных поддержки;
- вставки индикации навигационной системы и выбранного режима в данные поддержки и
- построения данных поддержки в соответствии с навигационной системой.
Изобретение дает ряд преимуществ по сравнению с известным уровнем техники. Формат в соответствии с изобретением применим для ряда сотовых стандартов и систем GNSS. Эти свойства делают настоящее изобретение очень привлекательным решением, поскольку универсально применимое решение уменьшает затраты на реализацию. Это касается производителей телефонов, а также операторов сетей связи и возможных провайдеров услуг передачи коммерческих данных поддержки. Известные решения для RRLP и RRC включают только возможность предоставлять GPS приемнику с поддержкой данные поддержки GPS. Нет возможности поддержки Galileo, ГЛОНАСС, SBAS, LAAS или QZSS. Это является препятствием, которое может быть устранено с использованием настоящего изобретения. Поскольку данные поддержки Galileo почти наверняка будут включены в RRLP и RRC, теперь есть возможность сделать этот формат универсальным, насколько это возможно, чтобы иметь возможность также поддерживать будущие системы.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее изобретение будет описано более детально со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает в виде общей упрощенной схемы систему, в которой может быть применено настоящее изобретение,
фиг.2 изображает опорный приемник навигационной системы в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения в виде упрощенной блок-схемы,
фиг.3 изображает сетевой элемент в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения в виде упрощенной блок-схемы,
фиг.4 изображает устройство в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения в виде упрощенной блок-схемы,
фиг.5 изображает пример осуществление настоящего изобретения и
фиг.6 показывает пример структуры кадра, используемой в системе GPS.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 показан пример системы 1, которая может быть использована для позиционирования устройства R. Система 1 включает опорные станции S, такие как спутники S1 первой навигационной системы, например GPS, и спутники второй навигационной системы S2, например ГЛОНАСС. Здесь следует отметить, что GPS и ГЛОНАСС упоминаются только как неограничивающие изобретение примеры, и могут быть использованы также другие опорные станции S, а не спутники (например, псевдолиты LAAS). Также число опорных станций больше, чем показано на фиг.1. Навигационные системы включают одну или более наземных станций G. Наземная станция G управляет работой спутников S1, S2 навигационных систем 2, 3 соответственно. Наземная станция G может, например, определять отклонения орбит спутников и точность часов спутников (не показано). Если наземная станция G определяет необходимость коррекции орбиты или часов спутника S1, S2, она передает управляющий сигнал (или управляющие сигналы) спутникам S1, S2, которые затем выполняют операцию коррекции, базируясь на управляющем сигнале. Другими словами, наземная станция G относится к наземному сегменту навигационной системы.
Во время своей работы спутники S1, S2 контролируют состояние своего оборудования. Спутники S1, S2 могут использовать, например, операции самоконтроля для определения и сообщения о возможных сбоях оборудования. Ошибки и неисправная работа могут быть мгновенные или продолжительные. На основе данных состояния некоторые из неисправностей можно компенсировать, или информация, передаваемая с неисправно работающего спутника, может полностью игнорироваться. Неисправно работающий спутник S1, S2 выставляет флаг состояния спутника в поле навигационного сообщения, указывающий на неисправность спутника. Спутники S1, S2 могут также указывать в навигационном сообщении сигнал или сигналы, которые не работают должным образом. Также возможно, что наземная станция G может определять, что некоторые спутники не работают должным образом, и устанавливать индикацию неправильно работающих сигналов спутника. Эта индикация может затем быть передана в сеть связи Р в навигационном сообщении.
В этом неограничивающем примере осуществления изобретения сетью связи Р является сеть GSM, а сетевой элемент М, взаимодействующий с опорным приемником С, С'', - это центр мобильной коммутации (MSC) сети GSM. Опорный приемник С может передавать данные поддержки сетевому элементу М. Сетевой элемент сохраняет данные поддержки в памяти М.4 (фиг.3) для передачи в устройство R, когда устройству R нужны данные поддержки для выполнения операции позиционирования с поддержкой. Также возможно передавать данные поддержки от сетевого элемента М в устройство R до того, когда они нужны. Например, устройство R может запросить данные поддержки для всех видимых спутников и хранить навигационные данные в памяти R.4 устройства R для дальнейшего использования.
Сетевой элемент М может также быть обслуживающим центром определения местоположения системы мобильной связи (Serving Mobile Location Centre, SMLC) сети GSM. Обслуживающий центр определения местоположения является или отдельным сетевым элементом (таким как MSC), или интегрированным средством базовой станции В (BSC, контроллер базовой станции), содержащим функциональные возможности, требуемые для поддержки сервисов, предоставляемых с учетом местоположения. SMLC управляет общей координацией и планированием ресурсов, требуемых для определения местоположения устройства R. Он также рассчитывает оценку конечного местоположения и оценки достигнутой точности. Центр SMLC может управлять количеством блоков измерения местоположения (Location Measurement Unit, LMU) с целью получения измерений взаимных радиопомех при определении местоположения или содействия в определении местоположения абонентам мобильных станций в обслуживаемых им зонах.
Теперь основные элементы примера осуществления опорного приемника С будут описаны более подробно со ссылкой на фиг.2. Раскрытие применимо как для опорного приемника С первой навигационной системы, так и для приемника С'' второй навигационной системы, хотя практическая реализация может различаться для каждого из них. Опорный приемник С включает контроллер С.1 для управления работой опорного приемника С. Контроллер С.1 включает, например, процессор, микропроцессор, цифровой сигнальный процессор (DSP) или их комбинацию. Очевидно, что в контроллере С.1 может быть более чем один процессор, микропроцессор, цифровой сигнальный процессор (DSP) и т.п. Также имеется приемный блок С.2, содержащий приемник С.2.2 для приема сигналов от спутников S1, S2 навигационной системы. Опорный приемник С.2, кроме того, включает блок связи С.3 для прямой или опосредованной связи с сетевым элементом М сети связи Р. Блок связи С.3 включает передатчик С.3.1 для передачи сигналов сетевому элементу М и, если необходимо, приемник С.3.2 для приема сигналов, переданных сетевым элементом М в опорный приемник С. Опорный приемник С может также включать память С.4 для хранения данных и программ (управляющих программ компьютера).
Структура примера осуществления сетевого элемента М изображена на фиг.3. Сетевой элемент М включает контроллер М.1. Также контроллер М.1 сетевого элемента может состоять из процессора, микропроцессора, цифрового сигнального процессора (DSP) или их комбинации. Очевидно, что в контроллере М.1 может быть более чем один процессор, микропроцессор, цифровой сигнальный процессор (DSP) и т.п. Сетевой элемент М может быть связан с опорным приемником С через первый блок связи М.2. Первый блок связи М.2 включает приемник М.2.2 для приема сигналов от опорных приемников С навигационных систем. Первый блок связи М.2 может также включать передатчик М.2.1 для передачи, например, сообщений запроса в опорный приемник С навигационной системы. Сетевой элемент М, кроме того, включает второй блок связи М.3 для связи с базовыми станциями В или другими точками доступа сети связи Р. Второй блок связи С.3 включает передатчик М.3.1 для передачи сигналов на базовые станции В и приемник М.3.2 для приема сигналов, переданных базовыми станциями В на сетевой элемент М. Сетевой элемент М также включает память М.4 для хранения данных и программ (управляющих программ компьютера).
Сетевой элемент М получает данные поддержки или от спутниковых трансляций, используя опорный приемник С, или каким-то другим внешним решением, например от сервера Х данных поддержки, предназначенного для накопления и передачи такой информации в сетях связи. Сервер Х данных поддержки включает элементы, аналогичные сетевому элементу М, касательно операций, относящихся к приему навигационных данных, формированию и передаче данных поддержки (т.е. приемник М.2.2, контроллер М.1, передатчик М.3.1, память М.4). Сервер Х данных поддержки может также включать элементы, относящиеся к приемнику С.2. Сервер Х данных поддержки может быть, например, сервером провайдера коммерческих услуг, от которого поступает запрос на данные поддержки, возможно, за плату.
Фиг.4 изображает устройство R в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения в виде блок-схемы. Устройство R включает один или более приемников позиционирования R.3 для приема сигналов от опорных станций S1, S2 одной или более навигационных систем. Может быть использован один приемник позиционирования R.3 для каждой навигационной системы, которую устройство R предназначено поддерживать, или возможно использование одного приемника позиционирования R.3 для выполнения позиционирования на основе сигналов более чем одной навигационной системы. Устройство R также включает контроллер R.1 для управления работой устройства R. Кроме того, контроллер R.1 сетевого элемента может состоять из процессора, микропроцессора, цифрового сигнального процессора (DSP) или их комбинации. Очевидно, что может быть более чем один процессор, микропроцессор, DSP и т.п. Также возможно, что приемник позиционирования R.3 может включать управляющий элемент R.3.1 (например, процессор, микропроцессор и/или DSP), или приемник позиционирования R.3 использует в позиционировании контроллер устройства R. Также возможно, что некоторые из операций позиционирования выполняются управляющим элементом R.3.1 приемника позиционирования R.3, а некоторые другие операции позиционирования выполняются контроллером R.1 устройства. Устройство R может взаимодействовать с базовой станцией В сети связи Р через блок связи R.2. Блок связи R.2. включает приемник R.2.2 для приема сигналов от базовой станции В сети связи Р. Блок связи М.2 также включает передатчик R.2.1 для передачи сигналов на базовую станцию В сети связи Р. Данные и программы могут храниться в памяти R.4 устройства. Устройство R также имеет пользовательский интерфейс R.5 (UI), который включает, например, дисплей R.5.1, клавишную панель R.5.2 (и/или клавиатуру), и аудиосредства R.5.3, такие как микрофон и динамик. Возможно также, что устройство имеет более одного пользовательского интерфейса.
Устройством R может быть, например, устройство мобильной связи, предназначенное для коммуникации с сетью связи Р, известной как таковая. Пользовательский интерфейс R.5 может быть общим для компонента мобильной связи и устройства позиционирования R.3.
Далее раскрывается не ограничивающий изобретение пример полей формата данных поддержки со ссылкой на Таблицу 1 и фиг.5. Проблема орбитальной модели решается путем введения многорежимной модели. Режимы модели - это по меньшей мере режим 1: Кеплеровская модель, который поддерживает по меньшей мере системы GPS, Galileo и QZSS; режим 2: Положение в ECEF-координатах, поддерживающий по меньшей мере систему LAAS; и режим 3: Положение, скорость и ускорение в ECEF-координатах, поддерживающий по меньшей мере системы ГЛОНАСС, SBAS и QZSS. Также может быть более чем три режима для будущих систем и различные способы осуществления изобретения.
В Таблице 1 показаны соответствующие количества битов, масштабные коэффициенты и различные режимы. Объяснения приведены после таблицы.
В таблице 1 раскрываются примеры полей и различных режимов 1, 2 и 3. Информация Таблицы 1 может быть разделена на шесть секций. Первая секция содержит поле toe_MSB, которое определяет 12 старших значащих битов (MSB) времени эфемерид toe и начало отсчета для модели синхронизации toc, данное во времени UTC (скоординированное всемирное время). Устройство R должно учитывать возможную коррекцию во времени эфемерид toe и начале отсчета для модели синхронизации по получении навигационной модели. Время эфемерид t- и начало отсчета для модели синхронизации toc имеют временной интервал около 1,7 недели.
Вторая секция относится к спутнику и идентификации формата. Вторая секция появляется однократно для каждого режима в сообщении поддержки А (фиг.5). Первое поле второй секции содержит Идентификацию Системы и Спутника SS_ID. Идентификация Системы и Спутника используется для определения различных спутников и систем спутников. Идентификация Системы и Спутника SS_ID в этом неограничивающем примере - это 9-битовое поле, разделенное на два субполя. Первое субполе (ID системы) содержит номер ID спутниковой системы, а второе субполе (SV/Slot ID) содержит индекс спутника в системе, для которой следуют навигационные данные. Битовые маски для Идентификации Системы и Спутника SS_ID в этом примере следующие:
ID системы (3 бита, диапазон значений 0…7)
ххх-----
SV/Slot ID (6 бит, диапазон значений 0…63)
---хххххх
Другими словами, три старших значащих бита указывают спутниковую систему, и последние шесть битов указывают спутник.
Спецификация для ID системы показана в Таблице 2.
ID SV/Слот - индекс спутника в передаваемой навигационной модели.
Второе поле секции содержит Индекс Несущей Частоты. Этот параметр является специфическим для ГЛОНАСС индексом частоты канала (соответствие между индексом спутника, показывающего слот на орбите, и частотой навигационного сигнала. Это соответствие включено в передачу альманаха ГЛОНАСС). Для любой другой системы, кроме ГЛОНАСС, оно устанавливается в 0.
Третье поле второй секции содержит Интервал Соответствия. Это поле определяет период действия навигационной модели. Диапазон значений для этого поля 0.125 - 448 часов. Этот параметр определяется в соответствии со специальным представлением с плавающей точкой, как определено ниже в таблице 3.
Величина Интервала Соответствия 63 (=26-1) имеет специальное значение, которое определяет неограниченный интервал для навигационной модели конкретного спутника. Четвертое поле второй секции содержит состояние SV. Этот параметр дает информацию о текущем состоянии спутника. Значения состояния - конкретные для системы GNSS (см., например, ICD-GPS-200).
Пятое поле второй секции содержит Издание Данных. Поле Издания Данных содержит идентификацию навигационной модели. В случае, например, передачи эфемерид GPS 10 младших значащих битов (LSB) в IOD содержат индекс IODC, как описано в GPS-ICD-200. MSB (старший бит) IOD устанавливается, если навигационная модель основана не на каких-либо транслируемых эфемеридах, а основана на долгосрочном соответствии, предоставляемом от источника, внешнего по отношению к навигационной системе.
Третья секция относится к Модели Часов Спутника. Первое поле третьей секции содержит toс, которое дает информацию о младших значащих битах времени начала отсчета для модели синхронизации. 12 MSB включены в поле toe_MSB в первой секции. Второе af2, третье af1 и четвертое поле af0 третьей секции содержат коэффициенты 2, 1 и 0 порядка для модели синхронизации.
Пятое поле третьей секции содержит TGD, которое указывает групповую задержку оборудования между трансляциями L1 и L2. Этот параметр определяется для систем GPS и ГЛОНАСС.
Четвертая секция относится к первому режиму - Спутниковой Навигационной Модели, использующей кеплеровские параметры.
Навигационная модель при использовании кеплеровских параметров - та же самая, что и для GPS согласно GPS-ICD-200. Этот набор параметров используется в режиме 1, т.е. с данными поддержки, относящимися к спутникам систем GPS и Galileo. Пояснение параметров модели дано в Таблице 4 ниже.
Кеплеровские параметры являются исходным форматом для систем GPS и Galileo. Однако исходный формат для ГЛОНАСС и SBAS отличается от формата, используемого GPS и Galileo. Хотя возможно при использовании архивных данных по орбитам конвертировать формат ГЛОНАСС и SBAS в орбитальную модель GPS/Galileo-типа, полезно включить в обобщенную модель присущий ГЛОНАСС и SBAS формат передачи орбитальной модели. Это также полезно с точки зрения LAAS, поскольку представление стационарного объекта с кеплеровскими параметрами потребовало бы добавления значительного числа битов для параметров Δn и 
, если псевдолиты сохранялись бы в основном стационарными. Кроме того, кеплеровские параметры могут представить положение объекта с точностью только до нескольких см. Однако с псевдолитами необходимо иметь субсантиметровое разрешение (т.е. разрешение менее чем 1 см), чтобы быть в состоянии получить наилучшее возможное навигационное решение. Использование в модели формата, присущего ГЛОНАСС/SBAS, позволяет представить положение передатчика LAAS в плоскости ECEF координат без дополнительных преобразований формата.
Пятая секция относится ко второму и третьему режиму, которые являются спутниковыми навигационными моделями с использованием ECEF Координат.
Этот набор параметров используется в режиме 2 (т.е. для LAAS) и режиме 3 (т.е. для ГЛОНАСС и SBAS).
Число старших значащих битов (MSB) в поле позиции выбирается так, чтобы соответствовать требованиям диапазона ГЛОНАСС и SBAS. Кроме того, число MSB также важно для представления орбит QZSS, если требуется.
Число LSB, с другой стороны, представляет требования разрешения, устанавливаемые LAAS (разрешение 3.9 миллиметра).
Шестая секция относится к Модели Точности Положения Спутника. Она содержит два поля. Первое поле содержит параметр r0, при этом второе поле содержит параметр r1. Эти параметры могут быть использованы для описания функции ошибок навигационной модели во времени Error(t)=r0+r1(t-tREFERENCE).
Для GPS параметр r0 - это величина URA (Точность Диапазона Пользователя), как описано в спецификации GPS-ICD-200.
Когда это необходимо для передачи сообщения данных поддержки навигационной системы в сети связи, например, от сетевого элемента М в устройство R, информация размещается в одном или более сообщениях, применяемых в сети связи. Например, в сети связи GSM есть определенный метод доставки сообщение (Radio Resource Location Protocol, RRLP) для передачи информации, связанной с местоположением. Этот метод определен в стандарте 3GPP TS 44.031, который определяет формат данных поддержки GPS, которыми обмениваются сетевой элемент М и устройство R. В этом изобретении этот метод может быть использован, чтобы посылать более общие данные состояния в устройство R.
В сетевом элементе М доступная навигационная информация, такая как коррекция DGPS, эфемериды и коррекция часов и данные альманаха, помещается в соответствующие поля сообщений данных поддержки. Эфемериды, коррекция часов, альманах и другие данные, относящиеся к конкретному спутнику, получаются от спутникового навигационного сообщения этого спутника или от внешнего сервиса X. Сообщение принимается опорным приемником С или опорным приемником модуля Х внешнего сервиса. Сообщение данных поддержки включает элемент Контроля Шифра, чтобы указать, зашифрована или нет информация, Элемент Серийного Номера Шифра, Информационный Элемент Данных. Информационный Элемент Данных (Data IE) переносит навигационную информацию. Элемент показан в таблице 6 ниже.
Сообщение Данных Поддержки построено так, что соответствует фиксированной длине сообщения, не обязательно занимая целиком сообщение. Оно может содержать три набора данных: коррекцию DGPS, эфемериды и коррекцию часов, альманах и другие информационные данные. В случае если фиксированная длина сообщения имеет меньше информационных элементов, чем имеется битов, тогда остаток сообщения заполняется битами заполнения. Обычно между элементами не допускаются неопределенные свободные биты. В примере осуществления каналом для передачи сообщения Данных Поддержки является, например, СВСН (Control Broadcast Channel - широковещательный канал управления), поверх которого используется сервис SMSCB DRX (SMSCB, Short Message Service Cell Broadcast - вещательная передача службы коротких сообщений в соте; DRX - прерывистый прием). Одно сообщение SMSCB имеет фиксированную длину информационных данных 82 октета, и максимальная длина Данных Поддержки GPS 82 октета. Устройство R может идентифицировать сообщение LCS SMSCB по Идентификатору Сообщения, декларируемому в 3GPPTS 23.041.
На фиг.5 показан пример сообщения поддержки А в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. Сообщение включает toe_MSB, т.е. 12 старших значащих битов (MBS) времени эфемерид toe и время начала отсчета toс, данное в UTC. Этот параметр следует за записями данных поддержки А.2 (ADATA1, ADATA2,…, ADATAn). Каждая запись данных поддержки А.2 содержит данные поддержки, относящиеся к двум спутникам системы GPS, а третья запись данных сообщения А может содержать информацию поддержки одного спутника системы Galileo.
Структура записи данных поддержки А.2 показана ниже сообщения А на фиг.5. Запись данных поддержки А.2 включает, например, запись А.2.1 Идентификации Спутника и Формата, запись Модели Синхронизации А.2.2, запись Навигационной Модели А.2.3 и запись Модели Точности Местоположения А.2.4. Возможно также определить больше или меньше записей для записи данных поддержки, чем эти четыре разных записи А.2.1,…, А.2.4.
Структура записи А.2.3 Навигационной Модели также изображена на фиг.5 и содержит поля третьей секции таблицы 1, как подробно раскрыто выше. Например, если данные поддержки записи А.2.3 Навигационной Модели содержат данные систем GPS, Galileo или QZSS, может быть использована схема, показанная для Режима 1 на фиг.5. Соответственно, если данные поддержки записи А.2.3 Навигационной Модели содержат данные системы LAAS, может быть использована схема, показанная для Режима 2 на фиг.5, а если данные поддержки записи А.2.3 Навигационной Модели содержат данные системы ГЛОНАСС или SBAS, может быть использована схема, показанная для Режима 3 на фиг.5. Также возможно использование схемы для Режима 3 со спутниками системы QZSS.
Следует отметить, что каждая запись А.2.3 Навигационной Модели в сообщении поддержки А содержит все поля соответствующего режима. Выбор режима может основываться на навигационной системе, к которой относятся параметры, или может быть использован другой критерий выбора для выбора режима передачи данных поддержки, при этом выбранный режим не обязательно зависит от системы навигации.
Далее будет описан пример использования формата сообщения поддержки в соответствии с настоящим изобретением. Сетевой элемент имеет в памяти область хранения М.4.1 для хранения навигационных данных, полученных от опорного приемника С. Если нет хранимых данных, например, от спутников первой навигационной системы, контроллер М.1 сетевого элемента формирует сообщение запроса (не показано) и передает его в первый блок связи М.2 сетевого элемента. Передатчик М.2.1 делает для сообщения преобразование протокола, если необходимо, и передает сообщение в опорный приемник С первой навигационной системы. Приемник С.3.2 второго коммуникационного блока первого опорного приемника С принимает сообщение, делает преобразование протоколов, если необходимо, и передает сообщение в контроллер С.1 опорного приемника С. Контроллер С.1 изучает сообщение и определяет, что имеется запрос на передачу навигационных данных сетевому элементу М. Если память С4 содержит запрашиваемые навигационные данные, они могут быть переданы в сетевой элемент М, если нет необходимости в обновлении навигационных данных до передачи.
После того как навигационные данные обновлены, контроллер С.1 опорного приемника формирует содержание навигационных данных и передает его в передатчик С3.1 второго блока связи первого опорного приемника С. Передатчик С.3.1 передает, после конвертации протокола, если необходимо, навигационные данные сетевому элементу М. Приемник М2.2 сетевого элемента принимает сообщение, делает конвертацию протокола, если необходимо, и передает сообщение контроллеру М.1 сетевого элемента или запоминает навигационные данные, полученные в сообщении, непосредственно в памяти М.4 сетевого элемента. Память может содержать определенные области (М.4.1, М.4.2 на фиг.3) для запоминания навигационных данных спутников различных навигационных систем. Таким образом, данные запоминаются в области, резервируемой для навигационной системы, из которой навигационные данные были получены.
Данные поддержки могут быть переданы в устройство R, например, по запросу или в вещательной передаче, например по каналу управления сети связи Р. В системе GSM определен формат вещательного сообщения данных поддержки GPS, который может быть использован в таких вещательных передачах для GPS. Данные поддержки включены в сообщение, использующее формат, определенный в изобретении. Например, контроллер М.1 сетевого элемента М проверяет, какие навигационные данные хранятся в памяти М.4. Если, например, память включает навигационные данные одного или более спутников первой навигационной системы и навигационные данные одного или более спутников второй навигационной системы, контроллер М.1 может построить сообщение поддержки А в области М.4.3 хранения сообщения данных поддержки в памяти М.4, например, следующим образом. Контроллер М.1 извлекает время эфемерид toe из навигационных данных и сохраняет 12 старших значащих битов времени эфемерид в первом поле А.1 сообщения А.
Следует отметить, что определение времени в этом формате данных поддержки отличается от существующего времени GPS. Как отмечалось ранее, например, время GPS обновляется каждую неделю. Новое определение времени не делает этого. Кроме того, способ, которым определяется время, не существенен с точки зрения изобретения.
Таким образом, контроллер просматривает навигационные данные первой навигационной системы, хранимые в первой области хранения М.4.1, чтобы сформировать запись А.2 данных поддержки (ADATA1). Контроллер М.1 определяет (М.1.2) тип системы и устанавливает (М.1.1) первые три бита SS_ID поля в записи А.2.1 Идентификации Формата и Спутника соответственно. Другие 6 битов устанавливаются на основе числа спутников, о навигационных данных которых идет речь. Соответствующим образом заполняются другие поля записи А.2.1 Идентификации Формата и Спутника. Также заполняются поля записи А.2.2 Модели Синхронизации на основе времени начала отсчета и коэффициентов модели синхронизации. Групповая задержка оборудования TGD между передачами L1 и L2 заполняется, если данные поддержки относятся к спутникам систем GPS или ГЛОНАСС. Параметр TGD может быть нужен также в других системах.
Использование записей А.2.3 Навигационной Модели зависит от системы навигации, т.е. контроллер М1 выбирает один из доступных режимов - режим 1, режим 2, режим 3 или какой-то другой дополнительный режим, не упомянутый здесь.
Запись А.2.4 Модели Точности Местоположения также заполняется для информирования о функции ошибки навигационной модели во времени.
Если в памяти М.4 есть навигационные данные другого спутника первой навигационной системы, контроллер М.1 сетевого элемента формирует вторую запись данных поддержки А.2 (ADATA2) соответственно.
Когда записи А.2 данных поддержки сформированы из навигационных данных, хранящихся во всех областях М.4.1, М.4.2 хранения навигационных данных, сообщение данных поддержки может быть передано в сеть связи. Контроллер М.1 передает данные в область М.4.3 хранения сообщения данных поддержки второго блока связи М.3 сетевого элемента. Передатчик М.3.1 второго блока связи сетевого элемента М выполняет необходимые операции для формирования сигналов для передачи данных поддержки и передает сигналы в сеть связи Р.
Сигналы принимаются приемником R.2.2 блока связи устройства R. Приемник R.2.2 демодулирует данные принятых сигналов и, например, передает данные контроллеру R.1 устройства R. Контроллер R.1 запоминает данные в памяти R.4 устройства R и проверяет (R.1.1) данные поддержки. Проверка включает определение режима каждой принятой записи данных поддержки. Проверка может также включать определение (R.1.2) навигационной системы. Индикация режима может быть передана в приемник позиционирования R.3, например, через выходной шины R.1.3 контроллера R.1. Однако также возможно, что контроллер R.1 также используется в операциях позиционирования, при этом может быть необязательно передавать данные (режим и данные поддержки) в приемник позиционирования R.3, а контроллер R.1 может использовать данные, хранящиеся в памяти R.4.
Память R.4 может включать область хранения R.4.1 для запоминания навигационных данных, полученных в сообщениях данных поддержки. Навигационные данные также в некоторых случаях могут быть получены со спутников путем демодуляции сигналов спутника.
Когда данные поддержки выделяются из записей данных поддержки, они могут храниться в памяти и использоваться при позиционировании. Например, когда приемник позиционирования R.3 может демодулировать только сигналы от одного или двух спутников, приемник позиционирования R.3 может использовать данные поддержки для выполнения позиционирования.
Устройство R может выполнить позиционирование в определенных интервалах или когда выполнено заранее определенное условие. Заранее определенное условие включает, например, одну или более следующих ситуаций: пользователь производит вызов, например, в аварийно-спасательный центр, пользователь выбирает операцию позиционирования из меню устройства R, устройство R и сеть связи Р выполняют передачу управления в другую соту сети связи Р, сеть связи Р посылает запрос на позиционирование устройству R и т.д.
Также возможно, что сеть связи, например сетевой элемент М, запрашивает устройство R выполнить позиционирование. Запрос может быть послан с использованием механизма RRLP доставки сообщения. Ответ также может быть послан с использованием механизма RRLP доставки сообщения.
Когда позиционирование выполнено, приемник позиционирования R.3 или контроллер R.1 устройства может проверить, достаточно ли новейших данных хранится в памяти R.4. Если какие-то навигационные данные не новые (т.е. навигационные данные стали старше, чем заданное время) или некоторые необходимые навигационные данные потеряны, устройство может сформировать и послать сообщение запроса в сеть связи Р, например, на базовую станцию В, которая передает сообщение запроса сетевому элементу М. Сетевой элемент М собирает запрошенные навигационные данные и формирует сообщение ответа. Сообщение ответа затем передается через обслуживающую базовую станцию В в устройство R. Приемник R.2.2 блока связи R.2 устройства принимает и демодулирует сообщения ответа для извлечения навигационных данных. Навигационные данные хранятся, например, в области R.4.1 хранения навигационных данных R.4.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения сетевой элемент М выполняет по меньшей мере один расчет позиционирования, при этом в этом варианте осуществления устройство R помогает сетевому элементу М путем выполнения, например, измерений фазы несущей и передачи результатов измерений в сетевой элемент М в сообщении измерительной информации (измерительная информация GNSS). Сетевой элемент М также формирует данные поддержки при получении навигационных данных от опорного приемника С или сетевой элемент М получает данные поддержки от сервера Х данных поддержки. Кроме того, сетевой элемент М рассчитывает позицию устройства R, используя данные измерения и данные поддержки. Другой возможностью является то, что расчет позиции выполняется другим сервером (не показан), при этом сетевой элемент М передает результаты измерения и данные поддержки другому серверу.
В другом варианте осуществления устройство R выполняет измерения псевдодальности и передает результаты измерений в сетевой элемент М в сообщении измерительной информации (измерительная информация GNSS). Сетевой элемент М использует результаты измерений и данные поддержки, сформированные сетевым элементом М или полученные от сервера Х данных поддержки. Кроме того, сетевой элемент М рассчитывает позицию устройства R, используя данные измерения псевдодальности и данные поддержки, или сетевой элемент М передает данные измерения псевдодальности и данные поддержки на другой сервер (не показан), который выполняет расчеты позиции.
В этих упомянутых выше вариантах осуществления измерительная информация, передаваемая от устройства R в сетевой элемент М, может зависеть от навигационной системы, но, тем не менее, принципы, изложенные выше, могут быть использованы для формирования общего сообщения, которое не зависит от навигационной системы.
Суть изобретения состоит в обеспечении многорежимной функциональности. Спутниковая система (GPS, Galileo, ГЛОНАСС, SBAS, LAAS, QZSS или какая-то другая), которая индицируется в старших битах индекса SS, может определять режим. Однако режим может также быть выбран с использованием других факторов. Этот режим затем определяет режим орбитальной модели и в определенных реализациях также режим модели синхронизации.
Очевидно, что метод индексирования спутников (т.е. идентификация навигационной модели содержит информацию о системе и SV) является существенным элементом изобретения. Для ГЛОНАСС необходимым является Индекс Частоты Несущей (в добавление к индексу SS).
Заслуживает внимания, что в этом примере осуществления модель синхронизации - общая для всех режимов (и, следовательно, для всех навигационных систем). Однако модель синхронизации может также меняться с режимом.
Следует отметить, что конкретное сообщение навигационной поддержки содержит различные разделы (а именно, toe_MSB, интервал соответствия, состояние SV, IOD, toc, TGD, toe, r0, r1), что является, конечно, важным для того, чтобы навигационная модель функционировала должным образом, но неважно с точки зрения изобретения (эти параметры даны в скобках в таблице, определяющей формат). Например, время начала отсчета модели может быть дано различными способами (в настоящий момент, toe_MSB, toc и toe), но изменение его не влияет на многорежимную функциональность. В качестве другого примера интервал соответствия определяется как величина с плавающей точкой (Таблица 3 выше). Это просто пример, и интервал соответствия может быть также определен с помощью других средств, принимая во внимание конкретные задачи системы. Параметры, которые не важны с точки зрения настоящего изобретения, даются только для полноты изложения.
Также следует подчеркнуть, что действительные количества битов и масштабные коэффициенты могут быть изменены, если появятся новые спецификации и пояснения. Изменения количеств битов и/или масштабных коэффициентов не меняют сущности изобретения. Например, добавление разрешения к компонентам скорости не было бы другим изобретением. В качестве другого примера рассмотрим SS ID. Метод индексации, используемый на данный момент в стандартах, способен различать только спутники GPS. Предлагаемый сейчас SS ID содержит информацию о системе и спутнике. Эта пара может быть представлена в том же самом поле, но это не обязательно (если система определена в том же поле). Следовательно, простая модификация полей опять же не изменяет сущности изобретения.
Сеть связи Р может быть беспроводной сетью, проводной сетью или их комбинацией. Некоторые не ограничивающие изобретение примеры сетей связи уже упоминались выше, но также можно упомянуть сети WLAN и WiMax.
Работа различных элементов системы может быть в основном осуществлена при помощи программных средств, т.е. контроллеры элементов работают на основе компьютерных микрокоманд. Конечно, некоторые операции или их часть могут быть жестко запрограммированы, то есть реализованы аппаратно.
Изобретение относится к навигационным системам и элементам. Согласно изобретению сетевой элемент (М) для поддержки позиционирования включает приемник (М.2.2) для формирования данных поддержки, относящихся по меньшей мере к одной навигационной системе. Сетевой элемент (М) вносит индикацию навигационной системы и выбранного режима в данные поддержки и строит данные поддержки в соответствии с выбранным режимом. Сетевой элемент (М) имеет передающий элемент (М.3.1) для передачи данных поддержки по сети связи (Р) в устройство (R) для позиционирования. Устройство (R) включает приемник позиционирования (R.3) для выполнения позиционирования на основе одного или более сигналов по меньшей мере одной из указанных спутниковых навигационных систем; приемник (R.2.2) для приема данных поддержки от сетевого элемента (М) и проверяющий элемент (R.1.1), предназначенный для проверки принятых данных поддержки. Указанные данные поддержки предназначены для использования приемником позиционирования при выполнении позиционирования устройства (R). Техническим результатом является получение навигационной модели GPS непосредственно из спутниковой трансляции, изменение этих данных и распределение их по терминалам сети в соответствии с различными стандартами использования. 7 н. и 31 з.п. ф-лы, 6 ил., 6 табл.
1. Устройство (R) для позиционирования, включающее
проверяющий элемент (R.1.1), предназначенный для проверки данных поддержки,
отличающееся тем, что устройство (R) также включает
определяющий элемент (R.1.2), предназначенный для определения режима данных поддержки в указанных данных поддержки, где указанные данные поддержки предназначены для использования устройством для выполнения позиционирования устройства (R).
2. Устройство (R) по п.1, отличающееся тем, что данные поддержки принимаются от сети связи (Р).
3. Устройство (R) по п.2, отличающееся тем, что сеть связи (Р) является сотовой сетью.
4. Устройство (R) по п.1, отличающееся тем, что устройство является устройством мобильной связи.
5. Устройство (R) по п.1, отличающееся тем, что данные поддержки включают индикацию навигационной системы, к которой относятся данные поддержки, при этом определяющий элемент (R.1.2) предназначен для проверки указанной индикации навигационной системы.
6. Устройство (R) по п.5, отличающееся тем, что указанная индикация навигационной системы также включает индикацию спутника, к которому относятся данные поддержки, при этом определяющий элемент (R.1.2) также предназначен для проверки указанной индикации спутника.
7. Устройство (R) по п.1 или 6, отличающееся тем, что оно также включает
приемник позиционирования (R.3) для выполнения позиционирования на основе одного или более сигналов по меньшей мере одной навигационной системы; и
приемник (R.2.2) для приема данных поддержки, относящихся по меньшей мере к одной навигационной системе.
8. Устройство (R) по п.1, отличающееся тем, что оно содержит приемник позиционирования, предназначенный для приема сигналов от по меньшей мере двух разных навигационных систем.
9. Сетевой элемент (М) для поддержки позиционирования, включающий
управляющий элемент (M.1) для формирования данных поддержки, относящихся по меньшей мере к одной навигационной системе; и
передающий элемент (М.3.1) для передачи данных поддержки в сеть связи (Р);
отличающийся тем, что управляющий элемент (M.1) предназначен для выбора режима передачи данных поддержки;
вставки индикации навигационной системы в данные поддержки; и
построения данных поддержки в соответствии с выбранным режимом.
10. Сетевой элемент (М) по п.9, отличающийся тем, что сетевой элемент (М) также включает
память (М.4) для хранения навигационных данных по меньшей мере одной навигационной системы; и
проверяющий элемент (M.1.2), предназначенный для проверки навигационных данных, чтобы определить, к какой навигационной системе относятся навигационные данные.
11. Сетевой элемент (М) по п.10, отличающийся тем, что управляющий элемент (M.1) предназначен для формирования указанных данных поддержки на основе навигационных данных.
12. Сетевой элемент (М) по п.10 или 11, отличающийся тем, что он также включает приемник (М.2.2) для приема навигационных данных от по меньшей мере одной спутниковой навигационной системы.
13. Сетевой элемент (М) по п.12, отличающийся тем, что указанные навигационные данные также включают индикацию спутника, к которому относятся навигационные данные, при этом определяющий элемент (R.1.2) также предназначен для вставки индикации спутника в данные поддержки.
14. Сетевой элемент (М) по п.10 или 11, отличающийся тем, что указанные навигационные данные также включают индикацию спутника, к которому относятся навигационные данные, при этом определяющий элемент (R.1.2) также предназначен для вставки индикации спутника в данные поддержки.
15. Сетевой элемент (М) по любому из пп.9-11, отличающийся тем, что указанные данные поддержки включают одну или более записей данных поддержки.
16. Сетевой элемент (М) по любому из пп.9-11, отличающийся тем, что запись данных поддержки имеет по меньшей мере один из следующих режимов:
Режим 1: эфемериды типа GPS/Galileo;
Режим 2: положение в ECEF-координатах; или
Режим 3: положение, скорость и ускорение в ECEF-координатах.
17. Сетевой элемент (М) по любому из пп.9-11, отличающийся тем, что сеть связи (Р) является сотовой сетью.
18. Сетевой элемент (М) по п.16, отличающийся тем, что он является центром мобильной коммутации системы GSM.
19. Сетевой элемент (М) по любому из пп.9-11, отличающийся тем, что указанные данные поддержки относятся по меньшей мере к одной из следующих систем:
глобальной системе позиционирования (Global Positioning System);
системе ГЛОНАСС;
системе Galileo;
системе Quasi-Zenith Satellite System;
системе корректировки на базе спутников (Space Based Augmentation System); или
системе локальной корректировки (Local Area Augmentation System).
20. Сетевой элемент (М) по любому из пп.9-11, отличающийся тем, что управляющий элемент (M.1) предназначен для выбора режима на основе навигационной системы, к которой относятся данные поддержки, где указанная индикация навигационных данных также указывает выбранный режим.
21. Модуль (R.1) для приемника позиционирования, включающий
проверяющий элемент (R.1.1), предназначенный для проверки принятых данных поддержки,
отличающийся тем, что модуль (R.1) также включает
определяющий элемент (R.1.2), предназначенный для определения режима данных поддержки в указанных данных поддержки; и
выход для передачи индикации режима данных поддержки в приемник позиционирования.
22. Способ поддержки позиционирования, включающий
формирование данных поддержки, относящихся по меньшей мере к одной навигационной системе, отличающийся тем, что способ также включает
определение навигационной системы, к которой относятся данные поддержки;
выбор режима передачи данных поддержки;
вставку индикации навигационной системы и выбранного режима в данные поддержки; и
построение данных поддержки в соответствии с выбранным режимом.
23. Способ по п.22, отличающийся тем, что он также включает получение данных поддержки от сторонней службы.
24. Способ по п.23, отличающийся тем, что указанное получение включает прием от опорной станции (S1, S2) навигационных данных по меньшей мере одной спутниковой навигационной системы.
25. Способ по любому из пп.22-24, отличающийся тем, что он также включает вставку индикации спутника в данные поддержки.
26. Способ по любому из пп.22-24, отличающийся тем, что указанная передача включает передачу данных поддержки в сеть связи (Р).
27. Способ по п.26, отличающийся тем, что указанная сеть связи является сотовой сетью.
28. Способ по любому из пп.22-24, отличающийся тем, что указанное построение данных поддержки включает выбор для данных поддержки по меньшей мере одного из следующих режимов:
Режим 1: эфемериды типа GPS/Galileo;
Режим 2: положение в ECEF-координатах; или
Режим 3: положение, скорость и ускорение в ECEF-координатах.
29. Способ по любому из пп.22-24, отличающийся тем, что режим выбирают на основе навигационной системы, к которой относятся данные поддержки, при этом указанную индикацию навигационных данных также используют для индикации выбранного режима.
30. Машиночитаемое средство хранения компьютерной программы, имеющей исполняемые компьютером инструкции для
формирования данных поддержки, относящихся по меньшей мере к одной навигационной системе,
отличающееся тем, что компьютерная программа также включает исполняемые компьютером инструкции для
определения навигационной системы, к которой относятся данные поддержки;
выбора режима для передачи данных поддержки;
вставки индикации навигационной системы и выбранного режима в данные поддержки; и
построения данных поддержки в соответствии с выбранным режимом.
31. Машиночитаемое средство по п.30, отличающееся тем, что компьютерная программа также включает исполняемые компьютером инструкции для получения данных поддержки от внешней службы.
32. Машиночитаемое средство по п.31, отличающееся тем, что указанное получение включает прием от опорной станции (S1, S2) навигационных данных по меньшей мере одной спутниковой навигационной системы.
33. Машиночитаемое средство по любому из пп.30-32, отличающееся тем, что компьютерная программа также включает исполняемые компьютером инструкции для вставки индикации спутника в данные поддержки.
34. Машиночитаемое средство по любому из пп.30-32, отличающееся тем, что компьютерная программа также включает исполняемые компьютером инструкции для формирования записей данных поддержки на основе навигационной системы, к которой относятся данные поддержки.
35. Машиночитаемое средство по любому из пп.30-32, отличающееся тем, что исполняемые компьютером инструкции для выбора режима для передачи данных поддержки включают инструкции для выбора режима на основе навигационной системы, к которой относятся данные поддержки, и использования указанной индикации навигационных данных как индикации выбранного режима.
36. Считываемый процессором носитель записи, на котором записан сигнал для доставки данных поддержки в устройство (R), включающий
данные поддержки, относящиеся по меньшей мере к одной навигационной системе;
отличающийся тем, что сигнал также включает
индикацию системы, к которой относятся данные поддержки, и режим, выбранный для передачи данных поддержки, где указанные данные поддержки построены в соответствии с выбранным режимом.
37. Сервер (X) данных поддержки, включающий
управляющий элемент (М.1) для формирования данных поддержки, относящихся по меньшей мере к одной навигационной системе,
отличающийся тем, что управляющий элемент (M.1) предназначен для выбора режима передачи данных поддержки;
вставки индикации навигационной системы и выбранного режима в данные поддержки; и
построения данных поддержки в соответствии с навигационной системой.
38. Сервер (X) данных поддержки по п.37, отличающийся тем, что он также включает приемник (М.2.2) для приема навигационных данных по меньшей мере от одной спутниковой навигационной системы.
| WO 2004001439 А1, 31.12.2003 | |||
| НОСИТЕЛЬ ЗАПИСИ, СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ФАЙЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ С ТАКОГО НОСИТЕЛЯ ЗАПИСИ | 1991 |
|
RU2073913C1 |
| 0 |
|
SU184176A1 | |
| US 6389291 B1, 14.05.2002. | |||
