專利名稱：使用gps速度矢量進行導航的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及計算設備的導航服務，特別是涉及利用由GPS(Global Positioning System,全球定位系統)信號禾口非當前(non—current)星歷(Ephemeris)或 歷書(Almanac)導出的速度矢量進行導航服務的方法和裝置。
背景技術：
全球導航衛星系統(GNSS，Global Navigation Satellite System)能夠進行以下
導航服務由當前位置到目的地位置的自動路線計算并在車輛沿該路線行進時以發出實時
指令并結合路段視覺顯示相結合的方式引導車輛駕駛員到達該目的地。 已知若干種不同的定位方法，包括，例如，地表定位法(terrestrialmethod) 、GNSS
定位法、以及地表定位法與衛星定位法結合的定位法。GNSS定位法之一就是全球定位系統
(GPS)，由美國國防部開發和運營，全球定位系統包括至少24個位于大約20000千米的地球
軌道上彼此相隔適宜的衛星系統。 衛星傳輸的GPS信號中包括由無線設備處理器接收的非常精確的位置參數和時 間信號，使處理器能夠確定其相應的三維方位和速度。 所有衛星都傳輸歷書(Almanac)信息，該信息包括衛星系統中所有衛星的粗略位 置信息。所有的衛星還傳輸星歷(Ephemeris)信息，該信息包括由地球上的跟蹤站跟蹤并 報告的關于衛星自身軌道的更高精度的數據。在任意時間點上，GPS接收器僅接收當前被 跟蹤的星歷信息。在數小時的期間，不僅來自不同衛星的信號被獲取、跟蹤、和丟失，每顆衛 星傳輸的星歷信息也每小時都發生變化，以保證當前軌道數據的精確近似。
商用GPS系統的關鍵參數之一是首次定位時間(Time-To-First-Fix， TTFF) 。 TTFF 的定義是一個GPS單位從啟動到該GPS單位基于對接收到的來自被跟蹤CPS衛星的信號 的處理開始提供連續位置和速度更新數據的這一時間段。TTFF包括兩個主要部分衛星信 號首次探測并獲取時間和星歷首次收集時間。通常，通過使用能夠同時搜索多個頻率的多 通道接收器加快信號的獲取速度。 目前，GPS接收器能夠在數秒內探測并鎖定GPS衛星信號。然而，第二部分，即GPS 星歷數據的收集仍然需要花費大約30秒鐘并具有較高的信噪比(SNR)，如果需要較低的信 噪比就要花費更長的時間。這樣長時間的處理時間導致使用者必需再等待30秒鐘才能得 到GPS導航系統發出的引導指令。這種等待時間對于需要導航系統一啟動就能獲知導航指 令的使用者來說十分不便。 由于被傳輸的星歷參數提供了僅在一有限時間內的真實軌道參數的精確近似，星 歷信息只能使用2-4小時就必需由同一衛星或新獲取的衛星重新收集。因此，即便是對于 每天都使用GPS導航系統并且已經至少收集了所有被跟蹤衛星的最新星歷信息于非易失 性存儲器中的使用者來說，如果他所使用的GPS被關閉了數小時，重新使用時就必需收集 數據并且使用者必需等待30秒鐘以上以便設備處理新的星歷信息。 通過使用與無線網絡(例如蜂窩通訊系統和GPS衛星)結合的地面系統部分地解決上述問題。GPS輔助系統依靠配備有基站的地面系統收集星歷信息并將數據通過蜂窩通 訊系統或其他無線連接傳輸到導航設備。 然而，這種GPS輔助的系統不能在所有地區使用，許多現有的GPS接收器都不支 持，并且不是免費的。因此，有必要提供一種裝置和方法，使非GPS輔助的導航系統使用者 能夠在GPS信號已經獲取或是當前星歷信息無法得到時立即完全享受到GPS引導。
發明內容
—種GPS導航設備，它基于獲取和跟蹤的GPS信號和當前星歷信息無法獲取時最 近一次儲存的星歷或歷書信息導出的GPS速度矢量提供車輛導航功能，例如，路線選擇、定 位、地圖匹配和引導。定位是基于航位推算法(dead reckoning,DR)原理實現的，其過程是 利用車輛的路線、速度和時間信息，通過移動一已知位置，例如起始點，推算出一個位置。
本發明的提供車輛導航功能的裝置和方法的一個方面，包括一個計算機平臺，該 平臺包括一能夠獲取并跟蹤一GPS信號的全球定位系統(GPS)接收器、一處理器組件、以及 一存儲器。該存儲器包括最近一次記錄的至少包括星歷或歷書信息之一的GPS信息，以及 一 GPS速度矢量確定模塊，該模塊能夠基于跟蹤到的GPS信號和最近一次記錄的GPS信息， 在缺少當前星歷的情況下，確定一個包含速度矢量的部分GPS解決方案。
本發明的另一方面包括一種基于上述裝置的車輛導航方法，上述裝置可在接收到 當前星歷信息之前或是缺少當前星歷信息之前時打開導航設備使用。該方法包括以下步 驟獲取并跟蹤一 GPS信號，由一存儲器中取出一車輛最近一次的位置記錄，設定與最近一 次記錄位置相同的航位推算法起始位置。該方法還包括基于上述GPS信號和最近一次記錄 的星歷或歷書信息確定速度矢量。基于上述的速度矢量和航位推算法起始位置，該方法確 定上述導航設置的當前位置。 本發明的另一方面包括一包含有執行上述方法的邏輯內容的計算機可讀介質。
本發明的另一方面包括能夠執行存儲在上述計算機可讀介質的邏輯內容的處理 器。 上述導航設備的另一方面是，它可以在最近一次記錄的星歷信息被認為過于陳舊 時由基于當前星歷的GPS速度和位置解決方案切換到航位推算法解決方案，以便能夠對上 述速度矢量進行精確計算。這種情況可以在持續啟動的導航設備在停泊結構內停泊過夜 后，GPS接收器無法接收到當前星歷但仍然能夠獲取和跟蹤GPS信息時發生。上述方法包括 連續不斷地接收來自被跟蹤衛星的GPS信號。無法使用最近一次記錄的星歷信息時，該導 航設備切換到航位推算法操作模式，將航位推算法起始位置設置于與最近一次計算的GPS 位置相等的位置，由存儲器中取出最近一次記錄的星歷或歷書信息之一，基于GPS信號和 最近一次記錄的星歷或歷書信息確定速度矢量，然后基于該速度矢量和航位推算法起始位 置確定當前位置。
以下結合附圖對本發明的裝置和方法的實例加以說明，附圖中相同的標號代表相 同的部件。 圖1是本發明的包括有能夠在獲取GPS信號后能夠提供導航指令的移動端使用者
5的GPS導航系統的示意圖。 圖2是本發明的GPS導航設備的方塊圖。 圖3是在打開上述GPS導航設備時在缺少當前星歷信息時執行航位推算的方法的 實施例。 圖4是持續打開的GPS導航設備中在缺少當前星歷信息時執行航位推算的方法的 另一實施例。 圖5A和圖5B分別是作為數據齡的函數的星歷和歷書的多普勒誤差。
圖6是作為年齡的函數的多普勒誤差的偏差。
具體實施例方式
圖1是GPS導航系統100的一實施例，該系統包括一車載導航設備102，用來接收 包含GPS位置參數的GPS信號116，這些GPS信號來自在大約20000千米地球軌道的多個衛 星114。在一些實施例中，導航設備102連續不斷地由連接車輛的線纜122獲取電能。在另 一些實施例中，導航設備102僅在車輛位于點火狀態時才通電。 導航設備102根據接收到的參數利用接收到的來自衛星114的精確位置參數和定 時信號確定其自身的三維位置和速度。確定當前位置130后，導航設備102能夠在顯示設 備126上顯示車輛120的位置。 GPS車輛位置通常由來自三個或更多衛星的偽距測量結果導出，該偽距測量結果 存在自衛星信號傳輸到接收器104接收之間的時間延遲。"偽"的含義是盡管接收器104中 能夠精準明確地測量傳輸時間，但接收時間與接收器內部時鐘相關。因為鐘偏通常是不被 知曉的(直到接收器已經計算出其自身位置并校正了該時鐘后)，因此需要一個額外的偽 距測量結果估測解決方案中的鐘偏并將其消除。三維解決方案需要4顆衛星114進行偽距 測量，當(假定)接收器海拔已知時，二維解決方案需要3顆衛星。消除鐘偏后，計算衛星 114到接收器104的距離，大至為光速乘以測得的延遲時間。 為了由3-4顆衛星對接收器104的位置進行三角測量，必需知道給定時刻精確的 衛星位置。還有，與固定燈塔不同，還必需知道衛星自身的速度。這一信息包含在星歷和歷 書信息數據中，其中包含了衛星軌道參數的近似值。 GPS衛星114持續傳輸星歷數據。所有衛星都有自己的星歷。 一組星歷參數的無 變化數值通常持續傳輸1-2小時，然后改變為新的一組數值以便更好地逼近當前軌道。星 歷數據記錄后通常可供定位用途使用大約2-4小時。 在開放的天空環境中，平均需要30秒鐘接收新的星歷，對于較弱或中斷信號，例 如在移動的車輛中，需要的時間可能會大大延長。還有，盡管在大約25-26dbHz的信噪比 (SNR水平)之下星歷收集實際上已經變得不可能，利用當前具有的靈敏GPS接收器在這一 限制之下仍然可能進行衛星信號的獲取和跟蹤。 所有衛星傳輸的歷書信息都包括所有GPS衛星的數據。在開放天空區域平均需要 花費19分鐘收集新的歷書數據并且收集后這些數據可以使用數周，盡管通過每兩周更新 一次歷書參數。 接收到的來自衛星114的星歷和歷書數據儲存在導航設備102的非易失存儲器中 并且重新開閉電源后仍可供使用。
除了 GPS信號116內傳輸的信息以外，由于GPS接收器104的位置變化，接收到的 GPS信號自身的變化特性(多普勒頻率漂移)被用來確定與GPS接收器104的位置相關的 速度矢量。 GPS系統的關鍵參數之一是首次定位時間，并且被定義為GPS單元即導航設備102 的電源打開的時刻起到該設備能夠基于對接收到的來自GPS衛星114的信號進行的處理提 供連續的位置和速度更新的時刻之間的時間周期。TTFF包含兩個主要部分，探測并跟蹤衛 星信號所需時間和收集星歷所需時間。作為非限定的例子，GPS接收器104是一個通過同 時在多頻道上搜索GPS信號116來加速信號獲取的多通道接收器。 GPS接收器104在啟動后數秒內探測并鎖定，即跟蹤，GPS信號。然而，第二部分， 解碼星歷數據，在信號強時需要花費大約30秒鐘，或是在低信噪比(SNR)的情況下需要更 長的時間。這一較長的處理時間通常會導致使用者不得不等待超過30秒鐘的時間才能得 到引導指令。 在這樣當前星歷無法獲得的啟動期間，速度矢量確定模塊110能夠計算GPS速度 矢量，即，速度和方向，通過對接收到的信號的多普勒頻移測量結果和已知的GPS信號頻率 的比較結果導出。 航位推算法模塊能夠使用速度矢量確定模塊110的輸出結果利用航位推算技術 確定當前位置130中的北方和東方分量。基于計算出的速度矢量和當前位置130，使用者在 打開導航設備102后數秒內就可接收到導航引導信息。 圖2展示了本發明的車載導航設備102的一實施例的較為詳細的框圖，該導航設 備102能夠處理來自GNSS衛星(例如GPS衛星114) 、 WAAS (廣域增強系統)衛星、或其他 定位衛星的信號。非限定地，導航設備102包括計算機平臺202，用來確定導航設備102的 位置并將其位置X顯示在集成在設備102或遠程連接在設備102的顯示設備130上。
在一些實施例中，導航設備102安裝在車輛120的儀表板之下。顯示設備126可 集成在導航設備102上或是在其他實施例中安裝在車輛120的駕駛員可見的位置上并與導 航設備102電氣連接。顯示在顯示設備126上的地圖信息是包括駐留在內部存儲設備208 或可移動介質如光盤和安全數碼(SD)卡上的道路地圖數據庫232。 導航設備102由安裝該導航設備的車輛120的電氣系統獲得電能。在一些實施例 中，線纜122將車輛的電源連接到向導航設備102的元件分配電能的電源模塊226。在一些 實施例中處理器模塊206和電源模塊226在啟動時能夠啟動航位推算程序。
在一些方面，計算機平臺202包括基于一個或多個儲存于存儲器209中的應用程 序控制設備102操作的處理器206。處理器206可包括專用集成電路(ASIC)，或是其他芯 片組、處理器、微處理器、邏輯電路、或其他為末端使用者設備102執行一個或多個處理功 能的數據處理設備。還有，處理器206可包括各種植于硬件、固件、軟件及其組合中的處理 子系統，能夠實現末端使用者設備102的功能。 處理單元206定期指示GPS接收器單元104獲取衛星信號并將接收單元104接收 到的星歷/歷書數據存儲在存儲器208中。 一但星歷/歷書數據被接收并儲存，全面GPS 解決方案模塊240以已知的方式利用當前星歷精確確定位置。當電源關閉并后續啟動時， 速度矢量確定模塊110和航位推算模塊108利用最近一次記錄的星歷/歷書信息106、最近 一次記錄的位置130和當前跟蹤的GPS信號116降低TTFF并提供導航服務，直至獲取當前星歷。 存儲器208包括任何類型的非易失存儲器，包括只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲 器(RAM) 、EPROM、EEPROM、閃存單元、二級或三級存儲設備如磁介質、光學介質、磁帶、或軟盤 或硬盤，不論是否駐留在計算機平臺202上或是遠程設置。控制器邏輯210駐留在存儲器 208中，包括處理器206發出的用來控制導航設備102所示功能的程序指令。
計算機平臺202還包括通信模塊224，用來在便攜末端使用者設備102的元件之 間，例如存儲器208和GPS接收器104之間傳遞數據。通信模塊224可包括一個或輸入和 /或輸出端口、發送和接收元件、收發器、天線等，例如，有線或無線通用串行總線(USB)端 口或其任意組合。通信模塊224可包括，但不限于，以下技術，例如串行端口 ，即，通用串行 總線(USB)端口和火線(FIREWIRE)串行總線接口 、紅外接口 、以及短距射頻接口 ，如藍牙 (BLUETOOTH)技術接口 。 還有，在一些實施例中，通信模塊224通過線纜230或其他通信手段接收來自車輛 傳感器228的速度信息230，例如慣性傳感器，包括航向陀螺儀、加速度計、磁力計、和/或接 收到的來自車輛硬件或數據總線的信息，例如里程計脈沖或防抱死制動系統(ABS)車輪速 度信息。盡管并未要求，這種傳感器生成的數據可協助確定導航設備102自最近一次關閉 和啟動之間是否已經移動。 除了航位推算，導航設備102還包括地圖匹配模塊236，用來確定設備102在一特 定路段上的位置X并在顯示設備126上顯示出該位置X。 還有，路線選擇模塊234用來確定使用者當前位置與使用者指定目的地之間的最 佳路線。 還有，引導模塊238可向使用者提供到達使用者指定目標實時方向指引。
不存在當前星歷時，航位推算模塊108、路線選擇模塊234、地圖匹配模塊236引導 模塊238都依賴于利用跟蹤到的GPS信號116結合最近一次記錄的星歷/歷書信息106計 算出的速度矢量214。 這里所說的導航設備102包括若干操作模式，以下將對其中的4種進行描述。
在第一操作模式中，不論車輛的運行狀態，通過永久連接或臨時插入連接持續不 斷地向導航設備102提供電能。當當前星歷可以獲得時，利用以已知的方法接收并處理來 自GPS衛星114的星歷/歷書子框架的全面GPS解決方案模塊240計算當前位置130。當 當前星歷不可獲得時，或是如果接收到的GPS信號116過于微弱無法提取星歷信息但足以 獲取并跟蹤衛星114時，速度矢量確定模塊110計算導航設備102使用的速度矢量214以 便提供路線選擇、定位、地圖匹配和引導等服務。TTFF存儲不是因素之一，因為系統永不關 閉。 例如，當車輛在地下或多層車庫內停泊過夜時，接收到的來自GPS衛星114的信號 可能過于微弱無法提取新的星歷信息。如前所述，來自任何給定位置的GPS衛星可先間隔 通常不超過6小時。因此，當車輛過夜停泊時，初始跟蹤的衛星114最終會失去聯絡而不得 不獲取新的衛星114。在不使用航位推算的系統中，假定的最大星歷齡不超過2-4小時，沒 有星歷信息的新獲取的衛星對于確定速度矢量214和當前位置130來說是無用的。
對于車輛停泊在無法收集星歷信息的環境中過夜的情況，航位推算模塊108利用 微弱的GPS信號和非當前的星歷信息106維持最新位置信息。
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還有，當車輛120第二天啟動時，連續操作的導航設備102不需要確認起始位置是 否與車輛引擎關閉時的位置相同。 然而，隨機漫步，即由于速度噪音與時間結合的關系造成的位置誤差是有可能出 現。車輛傳感器228可在可用時通過可靠地表明車輛何時沒有移動避免隨機漫步誤差，例 如當加速度計信息接近零時。這種情況下，導航設備102會允許將速度歸零，凍結航位推算 位置并避免航位推算隨時間推移而增長。還有，加速度計可提供運動中斷，除非被啟動，表 明車輛已被停止。 當導航設備102永久性地安裝在車輛中并在關閉后啟動時發生第二操作模式。在 該模式中，可通過利用航位推算技術實現TTFF過程的節省。速度矢量確定模塊110確定由 來自最近一次記錄的星歷/歷書106和獲取并跟蹤的GPS信號116計算出的速度矢量214。 航位推算邏輯216將一航位開始位置218設定到最近一次記錄的位置212并利用計算出來 的速度向量214確定當前位置130，直到可以獲得當前星歷時為止。 第三操作模式發生在當導航設備102是能夠由一個車輛轉移到另一個車輛的便 攜式設備的情況。在這種設備中，車輛行進時提供電能。與第二模式類似，在收集到當前星 歷之前，可利用航位推算法實現TTFF過程的節省。由于這種模式包括了便攜導航設備102， 該導航設備102可能在關閉后移動。如果導航設備102在關閉期間由一部車輛移至另一車 輛，最近一次記錄的位置212就是無用的，或充其量也是誤導的。因此，在這種模式下驗證 邏輯220用來計算出一估測位置222，與最近一次記錄的位置212相比較，確定車輛120是 否離開了最近一次記錄的位置212。 此處描述的GPS航位推算系統100是基于啟動時的位置與最近一次記錄的位置基 本相同這一假定而言的。因此，導航設備102最好持續不斷地處于打開狀態，以便可靠地確 定其當前位置。然而，由于導航設備102可能會在車輛120未行駛時關閉(模式2和3)，引 擎發動時立即向導航設備供電，以便盡量減少車輛實際位置與最近一次記錄的位置212的 偏差。 盡管可以盡量降低航位推算位置的誤差，例如，通過將設備的啟動與引擎的啟動 同時進行，但是某些誤差可能是無法避免的。例如，即使導航設備102與車輛引擎同時啟 動，GPS接收器104仍然需要有限量的時間，例如2-3秒鐘，來獲取上述GPS信號116。盡管 可以想見在這幾秒鐘內車輛改變了它的位置，但這一行程距離不可能超過數米，不足以在 接收到當前星歷數據之前影響車輛的導航。 還有，導航設備102的位置可能在由于其它原因關閉的期間發生變化，包括，但不 限于設備102被重新定位到另一設備(模式3)，以及設備102在車輛早已被駛離開始點后 被隨意關閉(模式2或3)。 在一些實施例中，驗證邏輯220通過檢查最近一次記錄的位置212確定設備102 是否已經在關閉期間被移動，以此確定其是否接近利用舊星歷或歷書信息由偽范圍和多普 勒值計算出來的估測位置222。進行第二次檢查，用來確定估測的車輛120的速度(利用舊 星歷或歷書信息)是否在預定的限定值之內。 如果最近一次記錄的位置212與估測位置222之間的差距沒有超過，例如，0. 5英 里，并且第一速度值沒有超過每小時10英里，驗證邏輯220就將航位推算起始位置218設 定為最近一次記錄的位置212，使導航設備102能夠執行導航功能，包括例如，航位推算法定位、地圖匹配、路線選擇、以及引導。 但是，如果最近一次記錄的位置212與估測位置222之間的差距，或是估測速度超
過了上述預定值，直到獲得當前星歷信息并且全面GPS解決方案(位置和速度)已經由全
面GPS解決方案模塊240計算出來之前，就無法得到航位推算起始位置。 圖3展示了 GPS導航設備102的一個實施例的流程圖，它在導航設備102起動時
確定設備102的當前位置。在一種場合下，安裝在車輛120中的便攜式導航設備102由，例
如，車輛的點煙器供電，點煙器在很多情況下僅在車輛處于點火狀態時才能會附帶提供電能。 在步驟302打開電源后，GPS接收器104開始由GPS衛星114獲取并跟蹤GPS信
號116。此外，執行控制器邏輯210的處理器206執行航位推算模塊108。 在步驟304，處理器206由存儲器208獲取導航設備102的最近一次記錄的位置
212。 在步驟306，航位起始位置218被設定為上述最近一次記錄的位置212。在步驟 308，上述最近一次記錄的星歷或歷書信息106由存儲器208獲得并在步驟310中用來確定 速度矢量214。 使用星歷或歷書這一決定是基于相關數據的時齡確定的，以下將結合圖4A、4B和 圖5進行講解。 在一些實施例中，驗證邏輯220在步驟306通過基于獲取的GPS信號116測量偽 范圍和多普勒值驗證最近一次記錄的位置212是否與計算出來的車輛位置的估測值222足 夠接近。如果上述估測位置222與上述最近一次記錄的位置212沒有超過一預定值，那么 就使用上述最近一次記錄的位置212實施導航功能。否則，使用者在當前星歷信息被收集 到并處理之前必需等待。 對航位推算起始位置218進行驗證并選擇了星歷或歷書信息之一后，GPS速度矢 量確定模塊110在步驟310確定包括有導航設備102的速度和行進方向的速度矢量214。 利用GPS或其他無線電指向標基于多普勒頻移和其他技術的速度矢量214算法屬于導航技 術領域的公知技術。 確定速度矢量214后，基于航位推算起始位置218，航位推算模塊108在步驟312 利用公知的航位推算技術確定當前位置130并將該當前位置130存儲于存儲器208中。
在其他一些可以得到來自外部車輛傳感器228的輸入數據的實施例中，可通過接 收來自包括有一個或多個按公知方式操作的陀螺儀檢測轉速的轉速傳感器的輸入和利用 里程表脈沖得到精度提高的速度和方向。因此，可在步驟310結合外部傳感器228提供附 加的速度信息以提高計算出的當前位置130的精確度。 —但當前位置130得以確定，控制邏輯210可基于地圖匹配模塊236和道路地圖 數據庫232提供的地圖信息在顯示設備130上顯示出車輛120的位置X。
圖4展示了導航設備102被用來由使用全面GPS解決方案模塊240基于當前星歷 計算當前位置130的模式切換到利用GPS速度矢量確定模塊110和航位推算模塊108導出 速度矢量214和當前位置130的操作模式的方法。模塊108和110的輸出使導航設備102 能夠在當前被跟蹤衛星的星歷信息對于全面GPS解決方案模塊240來說變得過于陳舊時執 行導航功能。這種情況存在于當配備有持續不斷供電的導航設備102的車輛120在使GPS信號微弱以至于阻礙當前星歷信息接收但仍然能夠允許GPS衛星信號跟蹤的停車結構中 停泊過夜時。 導航設備102在步驟400持續不斷地接收GPS信號116。直到最近一次接收到的 星歷信息106變得無法導出全面GPS解決方案即位置和速度信息之前，導航設備102在步 驟404繼續使用最近一次記錄的星歷信息導出速度矢量214和當前位置130。這一動作發 生在最近一次接收到星歷信息大約6小時后，并取決于衛星的位置。 —旦控制器邏輯210確定上述最近一次記錄的星歷信息過于陳舊，導航設備102 就切換到航位推算以便執行導航功能。 航位推算模塊108在步驟406將航位起始位置218設定為最近一次計算的GPS位 置212。與圖3的流程圖中所揭示的非連續供電實施例不同，如果設備102被連續不斷地供 電，就沒有必要驗證航位推算起始位置或是由存儲器208取得最近一次記錄的位置212。
因此，在步驟408，控制器邏輯210由存儲器208中根據數據的時齡取出最近一次 記錄的星歷或歷書信息，如圖3中步驟308所描述。 速度矢量確定模塊110在步驟410基于被跟蹤的GPS信號116計算速度矢量214 和最近一次記錄的星歷/歷書信息106。 航位推算模塊108基于速度矢量214和航位推算起始位置218在步驟412計算當 前位置130。 計算當前位置236之后，控制器邏輯210將設備102的位置X結合道路地圖數據 庫232中存儲的地圖數據投射到顯示設備126上。 如前所述，利用航位推算法進行定位只是在缺少當前星歷信息時對GPS信號116 導出的速度矢量214的一種利用。導航設備102的其他可利用速度矢量214的方面包括地 圖匹配、路線選擇和引導。 由地圖匹配模塊236執行的地圖匹配過程用來確定設備102基于一道路地圖數據 庫232在一特定路段上的位置。除了由道路地圖數據庫232獲取的信息以外，地圖匹配模 塊236還利用車輛當前或過去座標、速度和方向的相關信息。例如，地圖匹配模塊236將車 輛當前位置130、速度矢量214、位置歷史(軌跡)和速度及方向歷史與路段位置和方向、交 叉口位置、限速信息等進行比較，以便找到車輛120所在位置在道路或越野網絡上的最可 靠投影X。 在一些實施例中，引導模塊238相對于道路地圖數據庫232向使用者輸出命令，例 如，可視和/或可聽到的命令，例如，"下一路口左轉彎"。 圖4A和4B分別是在長度為一周的時間內利用舊星歷和歷書信息計算出的作為星 歷/歷書時齡的函數的多普勒誤差。水平速度矢量誤差，被記錄為多普勒誤差的數量，即水 平精度因子(HDOP)，在開放區域中通常的范圍為l-3，取決于被跟蹤的衛星的數量。
圖5展示了作為星歷齡(頂部簇)和歷書齡(底部簇)函數的多普勒誤差的平均 標準偏差。根據圖4A、4B和圖5中展示的數據，導航設備102的一個實施例基于數據齡選 擇星歷或歷書位置數據，如果最近一次記錄的位置信息在預定天數以內就選擇星歷，例如， 在1-1. 5天以內，如果數據齡大于1. 5天直到最大預定天數，就使用歷書。或者，可以將導 航設備102編程為僅使用一種類型的位置數據或是根據星歷和/或歷書數據的其他可觀測 特征進行編程。
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盡管以上對本發明的各個方面進行了揭示或圖示，應該理解任何等同修飾或修改 都在后附的權利要求書所定義的范圍之內。還有，本說明書用單數表述的部件除非特別說 明也可指復數。此外，除非另有說明，本發明的各個方面的部分都可與其它方面的部分結合 使用。
權利要求
一種包括有計算機平臺的車輛導航設備，包括一全球定位系統(GPS)接收器，用來獲取和跟蹤GPS信號；一處理器組件；和一存儲器，該存儲器包括最近一次記錄的GPS信息，包括星歷信息和歷書信息至少之一；和一GPS速度矢量確定模塊，用來在缺少當前星歷時基于上述跟蹤的GPS信號和上述最近一次記錄的GPS信息輸出一速度矢量。
2. 根據權利要求1所述的導航設備，還包括一航位推算模塊，用來基于上述確定的速 度矢量確定上述導航設備的當前位置和航位推算位置。
3. 根據權利要求2所述的導航設備，還包括地圖匹配模塊、路線選擇模塊、以及引導模塊接收作為輸入的上述速度矢量和上述當前位置的分量。
4. 一種在缺少當前星歷信息時的車輛導航方法，該方法包括一執行以下步驟的導航設備獲取并跟蹤一 GPS信號；由一存儲器獲取一車輛最近一次記錄的位置； 設定一與上述最近一次記錄的位置相同的航位推算起始位置； 由一存儲器獲取最近一次記錄的星歷和歷書至少之一；基于上述GPS信號和上述最近一次記錄的星歷或歷書信息確定一當前速度矢量；禾口 基于上述速度矢量和上述航位推算啟始位置確定一當前位置。
5. 根據權利要求4所述的方法，還包括在上述導航設備啟動后檢驗上述航位推算起始 位置。
6. 根據權利要求5所述的方法，還包括 基于上述獲取的GPS信號測量偽范圍和多普勒值； 利用上述最近一次記錄的星歷或歷書計算估測的位置和速度； 將上述估測的位置與一最近一次存儲的位置進行比較；及如果上述估測的位置與上述最近一次記錄的位置的差別沒有超過一預定值，就利用上 述最近一次存儲的位置用于車輛引導。
7. 根據權利要求4所述的方法，其中所述的確定當前速度矢量的步驟包括基于星歷和 歷書的時齡選擇記錄的星歷和歷書至少之一。
8. 根據權利要求4所述的方法，其中所述的確定上述航位推算起始位置的步驟包括將 車輛傳感器信息與上述最近一次記錄的位置信息結合。
9. 根據權利要求4所述的方法，其中確定當前速度矢量的步驟還包括除利用上述GPS 信號和上述記錄的星歷或歷書信息外還利用車輛傳感器信息。
10. 至少一個用來執行以下行為的處理器 獲取并跟蹤一 GPS信號；由一存儲器獲取車輛的最近一次記錄的位置； 設定一與上述最近一次記錄的位置相同的航位推算起始位置； 由一存儲器獲取最近一次記錄的星歷和歷書至少之一；基于上述GPS信號和上述最近一次記錄的星歷或歷書信息確定一當前速度矢量；禾口基于上述速度矢量和上述航位推算啟始位置確定一當前位置。
11. 一機器可讀介質，包含存儲于其中的可執行指令，該機器可讀介質包括 用來獲取和跟蹤一 GPS信號的第一指令集；用來由一存儲器獲取車輛的最近一次記錄的位置的第二指令集； 用來設定一與上述最近一次記錄的位置相同的航位推算起始位置的第三指令集； 用來由一存儲器獲取最近一次記錄的星歷和歷書至少之一的第四指令集； 基于上述GPS信號和上述最近一次記錄的星歷或歷書信息確定一當前速度矢量的第 五指令集；禾口基于上述速度矢量和上述航位推算啟始位置確定一當前位置的第六指令集；
12. —種在缺少當前星歷時的車輛導航方法，該方法包括以下步驟 連續不斷接收來自被跟蹤衛星的GPS信號；當上述最近一次記錄的星歷變為不可用時，切換到航位推算模式，其中該切換到航位 推算模式步驟包括以下步驟設定一與上述最近一次計算的GPS位置相同的航位推算起始位置； 由一存儲器獲取最近一次記錄的星歷和歷書至少之一；基于上述GPS信號和上述最近一次記錄的星歷或歷書信息確定一當前速度矢量；禾口 基于上述速度矢量和上述航位推算啟始位置確定一當前位置。
全文摘要
一種包含有一計算機平臺的導航設備包括一全球定位系統(GPS)接收器，用來獲取并跟蹤GPS信號，一處理器組件和一存儲器。該存儲器包括記錄的星歷和歷書信息至少之一，以及一GPS速度矢量確定模塊，用來在缺少當前星歷時基于上述跟蹤GPS信號和上述最近一次記錄的GPS信息生成速度矢量輸出。一種在缺少當前星歷時的車輛導航方法，包括獲取和跟蹤GPS信號，由一存儲器獲取車輛的最近一次記錄的位置，設定一與上述最近一次記錄的位置航位推算起始位置，由一存儲器獲取最近一次記錄的星歷和歷書至少之一，基于上述速度矢量和上述航位推算起始位置確定一當前速度矢量并確定一當前位置。
文檔編號G01S19/48GK101785039SQ200880012527
公開日2010年7月21日 申請日期2008年1月10日 優先權日2007年4月18日
發明者維克多·庫里克, 阿納托爾·M·洛克申 申請人:神達電腦股份有限公司