基于卫星的定位系统包括地球轨道卫星星座，其恒定地向接收器发送轨 道信息和测距信号。基于卫星的定位系统的示例是全球定位系统(GPS)，其包 括也称作GPS卫星的地球轨道卫星、人造卫星(satellite vehicle)、或太空交 通工具(space vehicle)的星座。GPS卫星以非常精确的轨道每天绕地球两周， 并且向地球发送信号信息。卫星信号信息被GPS接收器接收，GPS接收器可 以在便携式或移动单元中、或者在基站和/或服务器上的固定位置处。
GPS接收器使用卫星信号信息来计算接收器的精确位置。总体上，GPS 接收器将卫星发送GPS信号或卫星信号的时刻与在接收器处接收该信号的时 刻相比较。卫星信号接收和发送之间的时间差为接收器提供了关于接收器距 发送卫星的距离的信息。使用来自多个附加卫星的伪距(pseudo-range)测量 (是伪的，这是因为该距离信息偏离了与GPS卫星时钟和接收器时钟之间的偏 移成比例的量)，接收器可以确定其位置。GPS接收器使用来自至少四个卫星 的接收信号来计算三维位置(经度、纬度、高度)，或者使用来自至少三个卫 星的接收信号来计算二维位置(如果高度已知)。
随着GPS技术变得更加经济和简洁，其在消费者应用方面变得越来越普 及。例如，GPS系统用于专用航空和商业航空器以及职业和娱乐的划船人的 导航。GPS的其它流行的消费者使用包括在汽车导航系统、假设设施、和农 业机械中的使用、以及徒步旅行者、登山骑车者、滑雪者的使用、等等。此 外，许多基于位置的服务现在可得到，诸如资产跟踪、分路段选路(turn-by-turn routing)、寻找伙伴。因为GPS技术具有如此多的消费应用，其作为各种便携 电子设备所拥有的附加应用变得日益流行，所述各种便携电子设备如个人数 字助理(PDA)、蜂窝电话、和个人计算机、等等。GPS技术在消费者中的流 行导致了增大对GPS所提供给消费者的位置信息的依赖，而这反过来导致了 对于下述GPS系统的渴求，该GPS系统即使在其运行在不理想的情况下时也 提供可靠的位置信息。
GPS卫星信号如视线那样行进，这意味着其将穿过云、玻璃、塑料，但 是不能穿过大多数固体物体，诸如建筑物和山。那么，通常，GPS接收器在 任何地方都是可用的，除了在其不能接收足够卫星信号的地方，诸如在一些 建筑物内部、在山洞和其它地下场所中、以及在水下。GPS接收器在确定位 置信息时，典型地依赖于来自卫星信号的信息，缺少卫星信号使得不可能进 行位置确定。该卫星信号信息包括发给接收器的带有星历和历书(almanac)数 据的伪随机码。伪随机码是标识正发送相应信号的卫星而且帮助接收器进行 测距测量的代码。历书数据告诉GPS接收器在跨越几天或者几周的宽时间间 隔上，在任何时间，星座的每个GPS卫星应该在的位置。星历数据进行同样 的工作，但是在几个小时的短得多的时间间隔上而精确得多。
每个卫星持续发送的广播星历数据包括关于卫星轨道、该轨道信息的有 效性的时间的重要信息。特别地，GPS卫星的广播星历数据预测在大约四个 小时的未来间隔上的卫星状态。该状态预测包括卫星位置、速度、时钟偏差 (bias)、时钟漂移(drift)的预测。更具体地，广播星历数据描述具有额外校正的 开普勒元素椭圆(Keplerian element ellipse)，其然后允许在广播星历数据的有 效性的时间段期间的任何时刻计算在地固地心(Earth-centered，Earth-fixed， ECEF)直角坐标系中卫星的位置。典型地，广播星历数据对于确定位置是基 本的。
考虑到广播星历数据仅在四个小时间隔有效并且对于位置确定是基本 的，因此在如当先前收集的广播星历数据的有效时间已过时接收器需要计算 卫星状态的时刻，要求GPS接收器收集新的广播星历数据。该新广播星历数 据可以作为来自GPS卫星的直接广播或者来自服务器的再发送(re-transmitted) 而被收集。但是，存在不可能从GPS卫星或者从服务器收集新广播星历数据 的情况。作为其中不可能收集新广播星历数据的情况的示例，卫星信号的低 信号强度能够防止从所接收的卫星信号解码/解调星历数据，客户能够在服务 器的覆盖范围之外，和/或服务器能够出于多种原因而不可用，等等。当新广 播星历数据不可得时，GPS接收器通常不能提供位置信息。
此外，即使当GPS接收器处于其可以从GPS卫星和/或服务器接收广播 星历信息并且正确地解码该信号的位置时，接收和解码的处理实质地增加处 理时间。在增加接收器的功率消耗的同时，该附加的处理时间直接增加了首 次定位时间(time-to-first-fix，TTFF)。TTFF上的增加和功率消耗上的增加两者 对于依赖于由接收器和接收器的功率能力构成的用途(例如，诸如蜂窝电话 的客户设备上所拥有的GPS接收器将具有更严格的功率使用限制)的用户是 不可接受的。作为在消费设备上GPS的增加的使用、以及对于这样的设备所 提供的信息的增加的依赖的结果，希望减少其中GPS接收器不能提供位置信 息和/或不能以及时且有功率效率的方式提供位置的情况的数目。

根据本发明的一个方面，提供了一种便携式通信设备，包括：第一通信 系统，其经由第一通信链路接收表示预测的卫星状态的数据，其中，使用基 于卫星的定位系统的至少一个卫星的历史卫星状态数据，针对未来时间段持 续生成所预测的卫星状态；预测生成器，其使用所接收的数据选择性地重构 至少一个时间段的至少一个重构的卫星状态；以及至少一个信号处理器，其 使用该至少一个重构的卫星状态来获取卫星信号。
根据本发明的另一方面，提供一种确定客户设备的位置的方法，包括下 述动作：接收基于卫星的定位系统的至少一个卫星的历史状态数据；使用该 历史状态数据持续预测未来时间段的卫星状态；经由第一通信链路向该客户 设备传输表示该预测的卫星状态的数据；在该客户设备中，使用所传输的数 据选择性地重构至少一个重构的卫星状态；以及使用该至少一个重构的卫星 状态和在第二通信链路上接收的卫星数据的定时信息，确定该客户设备的位 置。
根据本发明的另一方面，提供一种确定客户设备的位置的方法，包括下 述动作：接收基于卫星的定位系统的至少一个卫星的历史状态数据；使用该 历史状态数据持续预测未来时间段的卫星状态，并从服务器向该客户设备传 输表示该预测的卫星状态的数据；使用所传输的数据选择性地重构至少一个 所述未来时间段的至少一个重构的卫星状态；以及使用该至少一个重构的卫 星状态，在未来时间在该客户设备中生成未来的卫星状态。
根据本发明的另一方面，提供了一种确定客户设备的位置的方法，包括 下述动作：通过第一通信信道接收于基于卫星的定位系统的卫星相对应的历 史轨迹数据；使用历史状态数据生成未来时间段的未来卫星轨迹的预测；使 用该预测来生成卫星状态；使用所生成的卫星状态通过第二通信信道获取卫 星信号；以及使用所生成的卫星状态和所获取的卫星信号中的定时数据来确 定该客户设备的位置。
根据本发明的另一方面，提供了一种通信系统，包括：第一通信组件， 其接收基于卫星的定位系统的卫星的历史状态数据；第一信号处理组件，其 使用该历史状态数据持续生成未来时间段的未来卫星状态的预测；第二信号 处理组件，其生成表示该预测的卫星状态的参数集合，其中，每个参数集合 包括该未来时间段的至少一个时段的预测的卫星状态的信息；以及第二通信 组件，其向便携式电子设备传输所生成的参数集合，该便携式电子设备使用 所传输的参数集合来选择性地重构至少一个重构的卫星状态。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括可执行指令的计算机可读介质， 该可执行指令当在处理系统中被执行时通过下述操作确定设备的位置：接收 与基于卫星的定位系统的卫星相对应的历史轨迹数据；使用历史状态数据来 生成未来时间段的未来卫星轨迹的预测；使用该预测的未来卫星轨迹来重构 至少一个重构的卫星状态；使用该至少一个重构的卫星状态来获取卫星信号； 以及使用该至少一个重构的卫星状态和来自所获取的卫星信号的定时数据来 确定所述位置。

图1是根据一实施例包括在没有当前星历数据的情况下提供位置信息的 客户设备的系统的框图。
图2是根据一替代实施例包括在不使用星历数据的情况下提供位置信息 的客户设备的系统的框图。
图3是根据一实施例在没有星历数据的情况下确定位置信息的流程图。
图4是根据一实施例用于生成所预测的卫星状态的信息的流程图，该信 息供客户设备在不使用星历数据的情况下确定位置信息的过程中使用。
图5是根据一实施例用于在客户设备中生成所预测的卫星状态以供在不 使用星历数据的情况下确定位置信息的过程中使用的流程图。
这些图提供来帮助描述本发明的实施例，而并不旨在是排他性或限制性 的。在图中，类似的标号指示类似的元件。

描述用于在不使用扩展时间段的广播星历数据的情况下确定卫星星历的 设备和方法。服务器或客户设备接收或收集基于卫星的定位系统的卫星的历 史状态数据，并且生成对于未来时间段的未来卫星轨迹的预测。如果服务器 生成预测，则预测随后被传输到客户设备。当选择用于位置确定的时间时， 客户设备选择合乎于该所选择时间的卫星轨迹的预测。客户设备使用该预测 生成针对未来时间的导航方案，并且使用该导航方案来获取合乎于客户设备 的当前位置的卫星信号。客户设备使用所预测的卫星状态信息和卫星信号的 测量的定时信息来确定和/或跟踪其位置。
在下面的描述中，引入众多细节以提供对定位系统实施例的透彻理解和 实现对其的描述。但是，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或 多个具体细节的情况下，或者利用其它组件、系统等来实践该定位系统。在 其它情况下，没有示出或者没有详细描述公知的结构或操作，以避免模糊定 位系统的方面。
图1是包括一个或多个客户设备110的示例性系统100的框图，该客户 设备110在不使用广播星历数据的情况下提供位置信息。系统100包括至少 一个客户设备110和至少一个服务器系统120或服务器网络120，这里称之 为服务器120。客户设备110经由GPS信号192接收来自可视范围中(in view) GPS卫星190的信息。客户设备110和服务器120经由包括无线和/或有线耦 接122的至少一个通信信道或链路122而通信。一个实施例的服务器120还 经由至少一个信道或链路132与一个或多个数据库130通信，以请求和/或接 收关于过去GPS卫星轨迹的数据。服务器120和数据库130之间的链路132 包括至少一个无线和/或有线耦接。替代实施例的链路132可以包括具有一种 或多种网络类型的一个或多个网络(未示出)。
一个实施例的客户设备110包括，但不限于，便携式通信设备、便携式 位置跟踪设备、蜂窝电话、与位置跟踪设备耦接和/或集成的蜂窝电话、移动 电子设备、移动通信设备、个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)、以及其它 基于处理器的设备。作为一个示例，客户设备110是蜂窝电话110，服务器 120耦接到蜂窝服务提供商网络；通信链路122是无线连接。作为另一示例， 客户设备110是PDA 110，服务器120属于GPS服务提供商；通信链路122 是使用因特网的无线和/或有线连接。这些配置仅被作为示例提供，而并非限 制这里所描述的实施例。
总体上，一个实施例的服务器120在任意持续时期的预定时段上持续预 测所有GPS卫星190的状态。服务器120，使用接收自数据库130的历史信 息，可以通过对卫星的力学模型(force model)拟合参数而生成预测。卫星力学 模型是使用该卫星的过去轨迹数据，针对每个卫星而导出的。一旦发现拟合 该力学模型的参数，则服务器120在卫星动力学运动的方程的数值积分中使 用所拟合的参数，从其生成针对未来时间段的预测的卫星状态。这些预测的 卫星状态也可以称为卫星星历。
本领域普通技术人员将理解，术语“星历”以其严格含义被使用。虽然在 GPS领域通常把通过GPS卫星的开普勒参数的发送称作“广播星历”，但是开 普勒参数并非“真实”卫星星历，而实际是从卫星星历导出的参数。因为将从 GPS卫星的开普勒参数的传统发送称作“广播星历”是GPS领域的牢固确定的 实践，所以服务器120从数值积分得到的结果将被称作“预测的卫星状态”， 以避免与仅仅从卫星星历导出的诸如开普勒参数的参数混淆。在这点上，客 户设备110的卫星状态信息的预测也是“真实”星历的预测。但是，为了将该 预测的信息与诸如开普勒参数的参数区分开，来自客户设备110的预测将被 称作“重构的卫星状态”信息。
如本文将进一步解释的，这一区分是重要的，这是因为服务器120可以 将预测的卫星状态信息压缩或压紧到诸如开普勒参数的参数中，其然后通过 链路122被发送到客户设备110。或者，服务器120可以通过链路122把要 发送至客户设备110的预测的卫星状态信息本身的一些或全部发送到客户设 备110。如果客户设备110接收到预测的卫星状态信息，则其可以处理该预测 的状态信息，以提供希望的重构的卫星状态信息。类似地，如果客户设备110 接收到诸如开普勒参数的“紧致的(compact)状态信息”，则其可以处理该紧 致的状态信息，以提供希望的重构的卫星状态信息。所发送的信息类型表示 必须发送的信息量与客户设备110必须使用从服务器120发送的信息执行确 定重构的卫星状态的处理量之间的折中(tradeoff)。通过这种方式，用户可以 平衡链路122上的带宽需求和客户设备110中的处理需求。
再次参考数据库130，数据库130的历史轨迹或状态数据主要包括卫星 轨迹的历史位置状态向量和卫星的时钟偏差，但是也可以包括其它信息。更 具体地，历史状态数据包括卫星位置状态向量、卫星速度状态向量、卫星时 钟偏差、和卫星时钟速率误差中的至少一个或者一些组合。数据库130可以 是服务器系统120的组件，或者可以是独立的服务器或系统。此外，数据库 130可以属于这样的历史信息的适当供应商。从其接收历史卫星信息的供应 商的一个示例的国际GPS服务(International GPS Service，IGS)。或者，由服 务器120的组件生成和提供历史卫星数据。
现在将进一步讨论服务器120对来自数据库130的卫星数据的处理。服 务器120包括预测生成器116，其使用来自数据库130的卫星数据预测卫星 状态。这些预测的卫星状态跨越未来时间段。如前所讨论的，可以通过对卫 星力学模型拟合参数进行这些预测。卫星力学模型是使用该卫星的过去轨迹 数据针对每个卫星导出的。一旦发现拟合该力学模型的参数，则预测生成器 116在卫星动力学运动的微分方程的数值积分中使用所拟合的参数，从其在 未来时间段周期性地生成预测的卫星状态。预测的卫星状态包括，但不限于， 未来卫星轨迹的位置状态向量、未来卫星轨迹的速度状态向量、卫星的未来 卫星时钟偏差和漂移的预测。总体地，应该理解，预测的卫星状态所跨越的 未来时间段的范围依赖于结果得到的预测的卫星状态中的容许误差。例如， 如果+/-40米的半径误差是可接受的，则卫星动力学运动的传统数值积分可以 用于提供跨越7个历日(calendar day)的时段的预测的卫星状态。实际上，在 下面的讨论中，将假定所跨越的时段是7个历日。但是，本发明并不限于此 特定跨越时段，而是包括可变范围的时段。此外，预测的卫星状态之间的时 段(其也可称作“子时段”)也是任意的。在下面的讨论中，将假设是15分钟。 将对所有运行的GPS卫星进行这些预测，所有运行的GPS卫星在提交本申请 时是32个。这样，将理解预测生成器207可以生成相当多数目的预测的卫星 状态：7天*32个卫星*24小时/天*(4个15分钟时段)/小时等于21,504个 预测的卫星状态。在一个实施例中，服务器120可以简单地把所有这些预测 的卫星状态发送到客户设备110。因为预测的卫星状态代表15分钟间隔的卫 星星历的预测，所以客户设备110可以通过对于任意时间仅仅对相关预测的 卫星状态进行插值，而确定在7个历日时间段中在任意时间的重构的卫星状 态。但是，应该理解，这样的实施例对于无线链路122施加相当大的带宽需 求，以及要求客户设备110的存储器106中的相当大的存储空间。因而，较 少的预测的卫星状态可以发送——例如，不是15分钟的间隔，而是在7个历 日时段内规律地间隔24小时子时段，仅一个预测的卫星状态可以发送。使用 来自所发送的结果的7个预测的卫星状态的相关状态，客户设备110能够确 定在7个历日时段内在任何时间的重构的卫星状态。但是，该生成必须必然 比接收所有21,504个预测状态的情况更复杂。实际上，可以使用关于服务器 120讨论的卫星运动的微分方程的修正集合的数值积分来进行这样的生成。 这样，应该理解，可以在系统100中建立的“数据压缩”的一种形式涉及发送 预测的卫星状态的子集。
可以通过把预测的状态转换成诸如开普勒参数的参数来执行用于限制对 无线链路122的带宽需求的数据压缩的另一形式。从而，服务器120可以包 括参数生成器117。尽管可以使用其它类型参数诸如切比雪夫(Chebyshev)近 似，但是下面的讨论将假定参数生成器117所生成的参数是开普勒参数。与 是否实施数据压缩无关，服务器120可以包括通信系统113、处理器114、和 存储器115。服务器通信系统113包括与任意数目的有线/无线通信信道相接 口的组件，以支持与客户设备110和任何其它系统服务器以及其它通信设备 的通信。作为示例，通信系统113包括使用模拟协议和数字协议中的至少一 个来提供蜂窝电话通信和射频(RF)通信中的至少一个的组件，但是如本领域 公知的，可以支持其它通信类型/协议。
服务器120适当地可以是独立设备、专有网络(未示出)的一部分、和/ 或服务提供商基础架构(未示出)的一部分，但并不局限于此。作为示例， 如果客户设备110是包括GPS系统的蜂窝电话，则服务器120可以是蜂窝电 话服务供应商网络的组件，或者是经由服务供应商网络的组件向客户设备110 传输数据的独立服务器。
运行中，服务器120的通信系统113经由通信链路132接收来自数据库 130的历史信息。系统100的替代实施例包括生成和提供历史信息的服务器 120，而替代数据库130。服务器预测生成器116使用从数据库130接收的历 史信息，持续预测在未来时段上所有GPS卫星190的状态。在一个实施例中， 服务器预测生成器116通过对从卫星的过去轨迹数据导出的卫星力学模型拟 合参数，然后在卫星动力学运动的适当方程的数值积分中使用这些所拟合的 参数，来生成预测。
依赖于是否使用数据压缩、以及所实施的数据压缩类型，无线链路122 上所传送的数据类型相应地变化。使用一或多个传送，把经过无线链路122 的数据流传输到客户设备110，其中，所述传送根据对传送介质的适合而经 由任意数目的协议。
客户设备110响应于至少一个适当请求而从服务器120、和/或从由服务 器120进行的数据广播，来获得数据流。当接收到数据流时，客户设备110 不需要再与服务器120或者星历信息的其它源通信。例如，如果数据流包括 开普勒参数，则客户设备110有选择地使用所接收的参数来重构预测的卫星 轨迹，该卫星轨迹随后以与星历数据的使用一致的方式，用于生成卫星获取 信息和/或导航方案。客户设备110使用对于至少一周长的未来时间段有效的 预测的卫星轨迹来生成准确的位置方位(position fix)，但是本发明并不限于 此。客户设备110对预测的卫星轨迹数据的使用，除了消除对于广播星历数 据的依赖外，还获得低信噪比(SNR)环境和倾向于干扰的环境下相对改进的性 能、以及改进的首次定位时间(TTFF)。不管客户设备如何重构或合成卫星 状态，这样的状态可称为“新”卫星状态，以将其与服务器120所生成的预测 的卫星状态区分开。
一实施例的客户设备110包括多个系统，包括GPS系统103、通信系统 104、处理器105、存储器106、和卫星状态重构器107中的至少一个。一个 实施例中的GPS系统103、通信系统104、存储器106、和卫星状态重构器 107，或者自主地运行或者在处理器105的控制下运行，但是并不限于此。 GPS系统103包括经由GPS信号192接收来自视线范围内GPS卫星190的 信息的接收器。客户设备110经由GPS信号192所接收的信息包括带有星历 和历书数据的伪随机码，但并不局限于此。如果SNR太低，则星历和历书数 据可能不能解调。有利的是，本发明使得客户设备110即使在广播星历数据 不能解调的情况下也使用标准GPS处理技术继续确定其位置；广播星历被卫 星状态重构器107所提供的重构的卫星状态代替。
通信系统104包括与任意数目的有线/无线通信信道相接口的组件，并且 使用任意数目的通信协议，以支持在客户设备110和服务器120、以及其它 通信设备之间的通信。作为示例，通信系统104包括使用模拟协议和数字协 议中的至少一个来提供蜂窝电话通信和射频(RF)通信中的至少一个的组件， 但是如本领域公知，也支持其它的通信类型/协议。
卫星状态重构器107的实现依赖于是否使用所讨论的数据压缩的任一 种。如早前所讨论的，如果在无任何数据压缩的情况下传送服务器120提供 的所有预测的卫星状态，则卫星状态重构器可以简单地对于跨越的时间段中 的任意时间对相关预测的卫星状态线性插值。或者，如果传送仅仅一些预测 的卫星状态，诸如早前讨论的每天一次的预测的卫星状态，则卫星状态重构 器可以通过关于服务器120所讨论的差分方程的修订集的数值积分，来确定 对于跨越的时段内任意时间所重构的卫星状态。作为另一替代，可以传送开 普勒参数，从而卫星状态重构器107然后使用该参数来重构适当时间的卫星 状态，如本文所论述，其随后用于生成导航方案。一实施例中的卫星状态重 构器107包括在客户设备110的专用处理器和/或其它处理器的控制下运行的 硬件、软件、和固件中的至少一个。
处理器105包括一起运行的计算组件、设备和软件的任何集合，如本领 域公知的那样。处理器105也可以是较大计算机系统或网络中的组件或子系 统。处理器105还可以耦接在任意数目的本领域公知组件(未示出)之间， 例如以任何数目组合形式的其它总线、控制器、存储设备、和数据输入/输出 (I/O)设备。此外，可以跨越客户设备110的其它组件来分布处理器105的功 能。
通信链路或信道122、132、192、和194包括无线连接、有线连接、和 踪迹连接(trace connection)中的至少一个。通信链路122、132、192、和194 还包括耦接或连接到其它系统、以及包括局域网(LAN)、城域网(MAN)、广 域网(WAN)、专有网络、以及专有或后端(backend)网络的网络。
客户设备110使用设备通信系统104接收来自服务器120的数据流。响 应于来自客户设备110和/或来自服务器120进行的数据广播的适当电子请 求，而接收数据流，但并不局限于此。某些实施例的客户设备110把所接收 的数据存储在客户设备110的一个或多个存储区域106中，但并不局限于此。 客户设备110的替代性实施例并不存储所接收的数据。设备卫星状态重构器 107选择性地使用该数据流以确定重构的卫星状态。客户设备110的各种组 件随后使用一个或多个重构的卫星状态和从卫星190接收的其它卫星数据， 以使用公知的GPS信号处理方法来生成导航方案。可以使用紧致的卫星参数 信息而取代广播星历数据，来针对至少一周长的时段，由客户设备110生成 准确位置方位。
如果实施参数数据压缩，则在未来时间段上表示所述参数，该未来时间 段包括共同跨越至少七个历日或者一个历周(calendar week)的一个或多个连 续子时段或者时间的子间隔，但是并不局限于此。每个子时段覆盖预先指定 的时间跨度，并且子时段每个可以覆盖相同或不同长度的时间跨度。一实施 例中的子时段每个覆盖四个小时的跨度，但是替代实施例中的子时段可以覆 盖更多或更少的时间。
在不使用广播星历数据的情况下支持未来过长时间段期间的位置确定 中，把一个或多个数据流传输到客户设备110，如上所述。数据流可以包括 以紧致形式表示卫星轨迹的开普勒参数，并且在接收时被存储在设备存储器 106的区域中。在一个实施例中，所述开普勒参数包括多个开普勒参数集合， 其中每个集合包括与所跨越时间段的子时段对应的开普勒参数。或者，开普 勒参数的第一集合包括代表第一子时段的预测的卫星轨迹的所有参数，参数 的每个后继集合包括差异信息，从其计算针对相应子时段的预测的卫星状态 的参数。该差异信息是相对于参数的第一集合的，但是并不局限于此。
设备卫星状态重构器107在选择性地使用参数的过程中，选择与包括下 述时刻的子时段相对应的开普勒参数集合，在所述时刻，卫星状态被要求用 于获取和/或导航。所重构的卫星状态然后使用所选择的开普勒参数集合来重 构，并且通过使用来自卫星信号的测距信息来生成导航方案。
各种替代性实施例的服务器120可以以一个或任何其它数目的集合来传 输开普勒参数。此外，开普勒参数可以在不首先被存储的情况下用于生成预 测。此外，在其它替代性实施例中，可以针对未来时间段的整个跨度(当接 收或随后接收时)生成所有预测，并且然后可以将所述预测存储在客户设备 存储器中。
在一个实施例中，开普勒参数集合的当前曲线拟合间隔额定地是4个小 时，模型有效的时间段是GPS卫星190上的力和使用开普勒参数的曲线拟合 质量的函数。卫星190上的力按照重要性的降序包括：地球的引力场；月球 的引力场；太阳的引力场；辐射压力(从卫星吸收/反射的太阳光)；来自卫 星的热辐射；来自卫星体的除气作用(outgassing)；地球反照(从地球反射的 光)；以及金星和木星的引力。
这里所描述的设备和方法提供了，通过使用对未来卫星状态的准确预测， 在没有广播星历数据的情况下，对于扩展的时间段的准确导航方案的生成。 使用准确的卫星状态和从过去的卫星状态的数据导出的力学模型，来生成所 述预测。使用过去的卫星状态来生成模型产生了更准确的模型，其更好地解 释上述作用在卫星上的力。更高准确度的模型的使用降低了由相对低准确度 的模型所引入的传播误差。其还有助于降低与关于在星历信息中使用的卫星 轨道的准开普勒参数相关联的曲线拟合误差。当标识拟合力学模型的参数时， 使用高保真的卫星动力学运动模型来生成未来时间的卫星状态的预测。
上述居于服务器120上的处理功能可以替代地由替代实施例的客户设备 110拥有。图2是在一替代实施例中包括在不使用当前星历数据的情况下提 供位置信息的客户设备210的系统200的框图。系统200包括经由GPS信号 192从GPS卫星190接收信息的客户设备210。客户设备210还经由至少一 个链路232与一个或多个数据库130通信，以请求和/或接收关于过去的GPS 卫星轨迹的数据。客户设备210和数据库130之间的链路232包括无线和/或 有线耦接中的至少一个。替代实施例的链路232可以包括具有一种或多种网 络类型的一个或多个网络(未示出)。
一实施例的客户设备210包括多个系统，包括GPS系统203、通信系统 204、处理器205、存储器206、和预测生成器207中的至少一个，所有这些 或者自主地运行或者在处理器的控制下运行。GPS系统203包括经由GPS信 号192接收来自视线范围内GPS卫星190的信息的接收器，如上所述。通信 系统204包括与任意数目的有线/无线通信信道相接口的组件，以支持客户设 备210和数据库130以及其它通信设备之间的通信。作为示例，通信系统204 包括提供蜂窝电话通信、射频(RF)通信、模拟通信、和数字通信等中的至少 一个的组件。
预测生成器207的组件使用从数据库130接收的历史信息来持续预测在 未来时间段上所有GPS卫星190的状态。预测生成器207通过对来自卫星190 的过去轨迹数据的卫星力学模型拟合参数，然后在卫星动力学运动方程的数 值积分中使用这些拟合的参数，来生成预测，但并不局限于此。在替代实施 例中，客户设备210可以在本地把卫星预测压缩到紧致参数集合中。本地存 储这些参数。将从这些本地存储的参数中随后重构卫星状态向量。
客户设备210针对扩展的时间段在不使用广播星历数据的情况下自动地 确定其位置。在操作中，通信系统204经由通信链路232接收来自数据库130 的历史信息。响应于客户设备210的适当请求，从数据库130进行的数据广 播，和/或经由与数据库130连接的网络，接收该历史信息，但是并不局限于 此。预测生成器207持续地使用该历史信息来预测在未来时间段上所有GPS 卫星190的状态。在替代实施例中，在预定的时间，预测生成器207可以预 测所有卫星的未来状态，并且存储该结果作为参数。在另一实施例中，可以 以紧致形式存储该参数。客户设备210的各种组件随后使用所预测的卫星轨 迹或参数，来生成导航方案中所需的在适当时间的卫星状态。预测的卫星轨 迹对于大致一个历周的时段有效。
上述系统和设备按下述一种或多种方法运行。图3是在一实施例中在没 有广播星历数据的情况下确定位置信息的流程图300。在操作中，在框302， 基于处理器的设备接收或收集与基于卫星的定位系统的卫星对应的历史状态 或轨迹数据(也称作历史数据)。如上所述，基于处理器的设备可以是例如服 务器或客户设备，但并不局限于此。通过第一通信信道或链路，例如到数据 供应商的有线和/或无线链路，接收该历史数据。
在框304，响应于历史数据的接收，服务器或客户设备使用该历史数据 来生成未来时间段的未来卫星轨迹的预测，并且进行对所预测的轨迹的质量 评估。当服务器用于生成轨迹预测时，该预测随后被传输到客户设备。使用 压缩或未压缩的数据流之一，按照参数，来传输所述预测，但是并不局限于 此。该预测的传输可以由服务器利用一个或多个预先指定的间隔自动地进行， 或者响应于来自客户设备的电子请求而进行。作为示例，客户设备的用户可 以在他/她预期需要这里所述的增强性能的野营旅程之前，启动对于数据传输 的电子请求。当客户设备从历史数据生成预测时，无需传输。
在框306，当选择需要进行位置确定的未来时间时，客户设备选择适于 要求卫星状态以用于获取和/或用于导航的时间的预测。在框308，客户设备 使用在框306选择的卫星状态，来获取适于客户设备的当前位置和时间的GPS 卫星信号。经由第二通信信道获取和接收GPS卫星信号，但是并不局限于此。 在框310，客户设备使用适于典型GPS信号处理的卫星状态信息和卫星信号 信息，来执行完整性(integrity)检查，确定和/或跟踪其位置。
上述系统的实施例包括一个或多个基于处理器的设备，用于生成供客户 设备使用的预测的卫星状态的信息。图4是一实施例中用于生成预测的卫星 状态的信息的流程图400，该预测的卫星状态的信息供客户设备在不使用广 播星历数据的情况下确定位置信息的过程中使用。在操作中，在框402，基 于处理器的设备，如上述服务器或服务器系统，接收或收集关于基于卫星的 定位系统的一个或多个卫星的历史状态数据。在框404，服务器的组件使用 该历史状态数据来持续预测未来时间段的卫星状态，并且进行对所预测的状 态的质量评估。在框406，服务器压缩预测的卫星状态的信息，以形成紧致 参数的一个或多个集合。在框408，服务器随后向客户设备传输紧致参数的 集合。多个替代实施例中的服务器可以在没有压紧和/或压缩所述信息的情况 下传输预测的卫星状态的信息，但是并不局限于此。再次参考图1，应该理 解，不管在无线链路122上传送的数据流的格式如何，服务器120可以使用 传统数据压缩算法来压缩该数据流。客户设备110可以然后相应地对压缩的 数据流解压缩。例如，如果传送所有预测的卫星状态，则可以使用传统数据 压缩算法来压缩这些预测的卫星状态。或者，如果传送开普勒参数，则可以 使用传统数据压缩算法来压缩这些开普勒参数。
上述系统的实施例包括基于处理器的客户设备，其在不使用广播星历数 据的情况下，使用关于卫星状态的预测信息，以在至少七个历日的扩展时段， 支持所述设备进行的位置确定。图5是在一个实施例中用于在客户设备中生 成预测的卫星状态的流程图500，所述预测的卫星状态用于在没有广播星历 数据的情况下确定位置信息。在操作中，在框502，基于处理器的客户设备 接收至少一个数据流。数据流包括紧致参数的一个或多个集合，代表未来时 间段的预测的卫星状态的信息。替代实施例的数据流可以包括附加信息。
在框504，客户设备使用所接收的参数集合，选择性地重构卫星状态。 在替代实施例中，响应于检测到当前星历数据的缺少，而执行选择性的卫星 状态重构。在另一替代性实施例中，根据客户设备运行的模式，执行该选择 性重构。作为示例，运行在伪自主模式下的客户设备被配置，以便即使广播 星历信息可得也不被收集；因而，响应于在不收集星历的模式下的运行，而 执行重构状态的选择性的再生成。
在框506，客户设备使用重构的卫星状态来获取适于客户设备当前位置 和时间的GPS卫星信号。经由第二通信信道获取和接收GPS卫星信号，但是 并不局限于此。客户设备在GPS信号处理技术下，适当地使用卫星状态信息 和所获取的卫星信号，来执行完整性检查，确定和/或跟踪其位置。
完整性/一致性检查包括例如接收器自主完整性监视(receiver autonomous integrity monitoring，RAIM)。但是，替代性实施例可以执行不同的完整性/一 致性检查，或者可以排除完整性/一致性检查。
为了简化对于重构的卫星向量所执行的完整性或一致性检查，其中各种 实施例的服务器或客户设备利用例如经由如因特网的网络连接而提取的向 NAVSTAR用户的通知报告(Notice Advisory to NAVSTAR User，NANU)的信 息。NANU信息包括关于所调度的卫星不可用(为了维护目的)或者计划的 卫星机动的预报信息。该NANU信息的使用允许从预测中排除卫星，针对其 的所计划的未来动作(维护和/或机动)将不利地影响预测的可靠性。
实施例的定位系统的方面可以被实现为编程到各种电路中任一个的功 能，所述各种电路包括：可编程逻辑设备(PLD)，诸如场可编程门阵列(FPGA)； 可编程阵列逻辑(PAL)设备；电可编程逻辑和存储设备；以及基于标准单元的 设备；以及特定用途集成电路(ASIC)。实现实施例的定位系统的方面的某 些其它可能性包括：具有存储器(诸如电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM))的微控制器、嵌入式微处理器、固件、软件等等。此外，实施 例的定位系统的方面可以被实现在具有基于软件的电路仿真的微处理器、离 散逻辑(顺序的和组合的)、家用设备、模糊(神经)逻辑、量子设备、上述 设备类型的任何混合中。当然，可以提供各种组件类型的基础设备技术，例 如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)技术，如互补金属氧化物半导 体(CMOS)、双极技术如发射极耦合逻辑(ECL)、聚合技术(例如，硅共轭聚 合物和金属共轭聚合金属结构)、混合模拟数字、等等。
除非上下文有其它清楚要求，否则贯穿说明书和权利要求书，词“包括 (comprise)”、“ 包括(comprising)”等应被解释为包含的含义而非排他或穷尽的 含义；即，为“ 包括，但不限于”的含义。使用单数或复数的词也分别包括复 数或单数情况。此外，词“这里”、“以下”、“以上”、“以下”以及类似含义的词 指的是作为整体的本专利而不特指本专利的任何具体部分。当在引用两或更 多项的列表中使用词“或”时，该词覆盖了下面词解释的全部：列表中项的任 一个、列表中所有项、和列表中项的任意组合。
以上对定位系统和定位方法的说明性实施例的描述并不旨在是穷尽性的 或者把实施例局限于所公开的精确形式。而是，定位系统的特定实施例和示 例是出于说明性目的来在此描述的，如本领域技术人员意识到的，在实施例 的范围内，各种等同修改是可能的。这里所提供的定位系统的教导可以适用 于其它电子系统，而并不仅仅适用于上述电子系统。
可以组合上述各种实施例的元件和动作，以提供其它的实施例。可以鉴 于上述细节描述而对实施例的定位系统进行这些和其它改变。
通常，在下面的权利要求书中，所使用的术语不应被视为把定位系统局 限于说明书和权利要求书公开的特定实施例，而应该被视为包括根据权利要 求书运行的用于提供定位信息的所有电子系统。因而，定位系统并不受所公 开的限制，而是定位系统的范围应该完全由权利要求确定。
尽管下面以确定权利要求的形式给出了定位系统的确定方面，但是发明 人预期任何数目权利要求形式的定位系统的各种方面。例如，尽管定位系统 的仅一个方面被陈述为实现在计算机可读介质中，但是其它方面类似地也可 以体现在计算机可读介质中。相应地，发明人保留在提交本申请后添加额外 权利要求，以针对定位系统的其它方面要求这样的额外权利要求形式。