專利名稱：地理位置調(diào)節(jié)點(diǎn)波束交疊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及使用點(diǎn)波束交疊用于地理位置調(diào)節(jié)。具體地，本公開(kāi)涉及使用點(diǎn)波束獲得精確定位，其維持用于時(shí)間變換的足夠高準(zhǔn)確性。
背景技術(shù)：

發(fā)明內(nèi)容
本公開(kāi)涉及使用點(diǎn)波束交疊用于地理位置調(diào)節(jié)的系統(tǒng)、儀器和方法。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，使用點(diǎn)波束交疊用于地理位置調(diào)節(jié)的方法涉及提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)。該方法包含至少ー個(gè)運(yùn)載工具發(fā)出至少ー個(gè)點(diǎn)波束到地球，以及使用用戶接收器裝置從至少一個(gè)點(diǎn)波束接收信號(hào)。該方法進(jìn)ー步包含使用用戶接收器裝置根據(jù)用戶接收器裝置在至少ー個(gè)點(diǎn)波束內(nèi)的位置計(jì)算用戶接收器裝置的位置的估計(jì)。
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在一個(gè)或更多實(shí)施例中，該方法進(jìn)ー步包括計(jì)算從至少ー個(gè)運(yùn)載工具到地球表面的范圍。在一些實(shí)施例中，該方法進(jìn)ー步包含計(jì)算從至少ー個(gè)運(yùn)載工具到用戶接收器裝置的范圍。在至少ー個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算從至少ー個(gè)運(yùn)載工具到用戶接收器裝置的范圍涉及測(cè)量至少ー個(gè)運(yùn)載工具的多普勒頻率偏移，使用卡爾曼濾波器計(jì)算多普勒范圍估計(jì)和/或偽距測(cè)量，以及計(jì)算至少一個(gè)運(yùn)載工具到用戶接收器裝置的范圍的運(yùn)行估計(jì)。在本公開(kāi)的ー些實(shí)施例中，使用點(diǎn)波束交疊用于地理位置調(diào)節(jié)的方法提供了地理位置算法的準(zhǔn)確性的改進(jìn)。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，用戶接收器裝置位于衰減環(huán)境、阻塞環(huán)境或者封閉環(huán)境中。在至少ー個(gè)實(shí)施例中，封閉環(huán)境是在室內(nèi)。在一些實(shí)施例中，使用點(diǎn)波束交疊用于地理位置調(diào)節(jié)的方法進(jìn)ー步涉及使用來(lái)自至少ー個(gè)運(yùn)載工具的信噪比(SNR)測(cè)量來(lái)進(jìn)ー步細(xì)化/精化(refine)用戶接收器裝置的位置的估計(jì)。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，本公開(kāi)的至少ー個(gè)運(yùn)載工具是衛(wèi)星、偽衛(wèi)星、航天飛機(jī)、飛行器、飛船和/或直升機(jī)。在可替換實(shí)施例中，可以采用各種其他類型的運(yùn)載工具用于本公開(kāi)的至少ー個(gè)運(yùn)載工具。在一些實(shí)施例中，可以使用的飛行器類型包括但不限于飛機(jī)和/或無(wú)人機(jī)(UAV)。在至少ー個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)可以采用的衛(wèi)星類型包括但不限于低軌道地球(LEO)衛(wèi)星、中軌道地球(MEO)衛(wèi)星和/或?qū)Φ仂o止軌道(GEO)衛(wèi)星。在一些實(shí)施例中，至少ー些運(yùn)載工具具有已知的軌道和/或已知的路徑。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，用戶接收器裝置是可移動(dòng)的和/或固定的。在一些實(shí)施例中，該方法涉及至少ー個(gè)運(yùn)載工具使用至少ー個(gè)射頻(RF)天線發(fā)射至少ー個(gè)點(diǎn)波束。在至少ー個(gè)實(shí)施例中，至少ー個(gè)點(diǎn)波束作為固定位置波束從至少ー個(gè)RF天線放射。在其他實(shí)施例中，至少ー個(gè)點(diǎn)波束作為掃描波束從至少ー個(gè)RF天線放射。在一些實(shí)施例中，用戶接收器裝置使用至少ー個(gè)RF天線從至少ー個(gè)點(diǎn)波束接收信號(hào)。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，用戶接收器裝置使用處理器計(jì)算用戶接收器裝置的位置的估計(jì)。在一些實(shí)施例中，當(dāng)用戶接收器裝置只從ー個(gè)點(diǎn)波束接收信號(hào)時(shí)，用戶接收器裝置計(jì)算用戶接收器裝置的位置的估計(jì)為位于該點(diǎn)波束的交集的中心。在至少ー個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)用戶接收器裝置從至少兩個(gè)點(diǎn)波束接收信號(hào)時(shí)，用戶接收器裝置計(jì)算用戶接收器裝置的位置的估計(jì)為位于至少兩個(gè)點(diǎn)波束的交集的中心。在其他實(shí)施例中，當(dāng)用戶接收器裝置從至少兩個(gè)點(diǎn)波束接收信號(hào)時(shí)，用戶接收器裝置計(jì)算用戶接收器裝置的位置的估計(jì)為位于至少兩個(gè)點(diǎn)波束的中心的重心。在一些實(shí)施例中，本公開(kāi)的用戶接收器裝置將點(diǎn)波束方位記錄為從點(diǎn)波束上升(tEISE)的時(shí)間到點(diǎn)波束下降(tSET)的時(shí)間。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，當(dāng)遮蔽角在全部方向相對(duì)于用戶接收器裝置是均勻的情況下，假設(shè)在時(shí)間=((tSET_tKISE)/2)，用戶接收器裝置位于在軌(in-track direction)方向的點(diǎn)波束的中心?？商鎿Q地，當(dāng)遮蔽角在點(diǎn)波束上升方向和點(diǎn)波束下降方向上是不均勻的情況下，假設(shè)在時(shí)間=((AtftJ/2)，其中(Atftue)/2=
(^ ^ReVerMeasured"^" ^ ^ 0 Bias
)/2,用戶接收器裝置位于在軌(in-track direction)方向的點(diǎn)波束
的中心。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，用戶接收器裝置使用接收的至少ー個(gè)點(diǎn)波束的振幅計(jì)算用戶接收器裝置的位置的估計(jì)。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，用戶接收器裝置對(duì)隨時(shí)間的推移而計(jì)算的用戶接收器裝置的位置的兩個(gè)或更多估計(jì)求平均，以進(jìn)ー步細(xì)化用戶接收器裝置的位置的估計(jì)。在一些實(shí)施例中，用戶接收器裝置使用卡爾曼濾波器對(duì)用戶接收器裝置的位置的兩個(gè)或更多估計(jì)求平均。在可替換實(shí)施例中，用戶接收器裝置使用匹配濾波器對(duì)用戶接收器裝置的位置的兩個(gè)或更多估計(jì)求平均。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，用戶接收器的位置的估計(jì)由全球定位系統(tǒng)(GPS)使用以有助于快速獲得GPS信號(hào)。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，使用點(diǎn)束交疊用于地理位置調(diào)節(jié)的系統(tǒng)涉及提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)。該系統(tǒng)包含至少ー個(gè)運(yùn)載工具和用戶接收器裝置。在一些實(shí)施例中，至少ー個(gè)運(yùn)載工具發(fā)射至少ー個(gè)點(diǎn)波束到地球上。在至少ー個(gè)實(shí)施例中，用戶接收器裝置包括至少ー個(gè)RF天線和處理器。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，至少ー個(gè)RF天線接收至少ー個(gè)點(diǎn)波束。在一些實(shí)施例中，處理器根據(jù)用戶接收器裝置在至少ー個(gè)點(diǎn)波束內(nèi)的位置計(jì)算用戶接收器裝置的位置的估計(jì)。在一些實(shí)施例中，用戶接收器裝置進(jìn)ー步包括本地時(shí)鐘和存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器適于存儲(chǔ)隨時(shí)間的推移而記錄的相繼的點(diǎn)波束識(shí)別信息。而且，用戶接收器裝置的處理器能夠計(jì)算至少一個(gè)運(yùn)載工具的多普勒頻率偏移。在至少ー個(gè)實(shí)施例中，用戶接收器裝置進(jìn)ー步包括內(nèi)部軌道模型。在一些實(shí)施例中，用戶接收器裝置經(jīng)由來(lái)自至少一個(gè)運(yùn)載工具的傳輸接收軌道數(shù)據(jù)信息。在其他實(shí)施例中，用戶接收器裝置經(jīng)由來(lái)自至少一個(gè)運(yùn)載工具和/或來(lái)自基于地球的網(wǎng)絡(luò)的傳輸接收軌道A形修正信息。在本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例中，基于地球的網(wǎng)絡(luò)是蜂窩網(wǎng)絡(luò)。


可參照下列說(shuō)明、所附權(quán)利要求和附圖更好地理解本公開(kāi)的這些及其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖IA圖示根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例為了獲得用戶接收器裝置的位置的估計(jì)，單個(gè)衛(wèi)星的交疊的多個(gè)點(diǎn)波束的使用。圖IB圖示根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例為了獲得用戶接收器裝置的位置的估計(jì)，單個(gè)衛(wèi)星的交疊的多個(gè)點(diǎn)波束與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的使用。圖2示出根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例為了獲得用戶接收器裝置的位置的估計(jì)，單個(gè)衛(wèi)星的交疊的多個(gè)點(diǎn)波束隨時(shí)間推移的使用。圖3示出根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例為了獲得用戶接收器裝置的位置的估計(jì)，兩個(gè)衛(wèi)星的交疊的多個(gè)點(diǎn)波束的使用。圖4顯示根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例為了獲得用戶接收器裝置的位置的估計(jì)，隨著時(shí)間掃描的單個(gè)衛(wèi)星的交疊的多個(gè)點(diǎn)波束的使用。圖5示出根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例為了獲得用戶接收器裝置的位置的估計(jì)，用戶接收器裝置接收的單個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)振幅的使用。圖6顯示根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例為了獲得用戶接收器裝置的位置的估計(jì)，用戶接收器裝置接收的兩個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)振幅的使用。 圖7圖示根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例隨著時(shí)間單個(gè)衛(wèi)星掃描的點(diǎn)波束的信號(hào)振幅的使用。圖8是根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例針對(duì)均勻遮蔽角使用單個(gè)衛(wèi)星的點(diǎn)波束的上升和下降時(shí)間估計(jì)用戶接收器裝置的位置的圖示。圖9A顯示根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例針對(duì)不均勻遮蔽角使用單個(gè)點(diǎn)波束上升和下降時(shí)間估計(jì)用戶接收器裝置的位置的圖示。圖9B顯示根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例針對(duì)不均勻遮蔽角使用單個(gè)衛(wèi)星的點(diǎn)波束的上升和下降時(shí)間估計(jì)用戶接收器裝置的位置的圖示。圖10提供圖示根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例獲得用戶接收器裝置和衛(wèi)星之間的范圍的運(yùn)行估計(jì)的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式這里公開(kāi)的方法提供了使用點(diǎn)波束交疊進(jìn)行地理位置調(diào)節(jié)(geolocationleverage)的操作系統(tǒng)。具體地，該系統(tǒng)涉及使用點(diǎn)波束以獲得維持用于時(shí)間變換的足夠高準(zhǔn)確性的精確定位。當(dāng)前，由各種現(xiàn)有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的導(dǎo)航和定時(shí)信號(hào)通常無(wú)法提供令人滿意的系統(tǒng)性能。特別地，這種導(dǎo)航和定時(shí)信號(hào)的信號(hào)功率、帶寬和幾何調(diào)節(jié)通常不足以滿足許多苛刻使用方案的需求。例如，基于全球定位系統(tǒng)(GPS)信號(hào)的現(xiàn)有導(dǎo)航和定時(shí)方法在很多實(shí)例中通常對(duì)導(dǎo)航用戶不可用。在操作期間，GPS接收器通常必須接收至少四個(gè)同步的測(cè)距(range)源以允許三維(3D)定位和精確的時(shí)間變換。然而，GPS信號(hào)通常提供不充分的低信號(hào)功率或者幾何形狀(geometry)，從而不容易穿過(guò)市區(qū)的深谷或者建筑物的墻壁。當(dāng)這種情形發(fā)生吋，GPS接收器將無(wú)法接收其進(jìn)行精確3D定位和時(shí)間變換所需要的信號(hào)。在另ー示例中，基于蜂窩電話或者電視信號(hào)的導(dǎo)航方案也不提供令人滿意的系統(tǒng)性能。這是因?yàn)槠湫盘?hào)通常缺乏垂直導(dǎo)航信息，這種信息是許多導(dǎo)航使用方案期望得到的?，F(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)試圖通過(guò)利用各種方案克服室內(nèi)導(dǎo)航的不足。這些各種方案中的一些方案包括使用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、專用燈塔和高靈敏度GPS系統(tǒng)。然而，應(yīng)該注意到這些方法中的每種方法都具有其自身獨(dú)ー無(wú)ニ的缺點(diǎn)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)偏斜并且昂貴。燈塔需要昂貴且尚未標(biāo)準(zhǔn)化的專用固定設(shè)備。同樣，燈塔被建筑只是為了具有專門的效用。并且，由于GPS信號(hào)在室內(nèi)環(huán)境中的虛弱，所以靈敏的GPS系統(tǒng)通常不會(huì)按用戶的期望完成任務(wù)。公開(kāi)的系統(tǒng)和方法能夠在用戶接收器裝置位于衰減環(huán)境、阻塞環(huán)境和/或封閉環(huán)境中例如在室內(nèi)時(shí)提供導(dǎo)航系統(tǒng)性能的改進(jìn)。本公開(kāi)的系統(tǒng)和方法考慮根據(jù)用戶接收器裝置位于其內(nèi)的衛(wèi)星的方向信號(hào)(即點(diǎn)波束)的已知來(lái)確定用戶接收器裝置在地球表面上或附近的位置的估計(jì)。通過(guò)利用唯一可識(shí)別的點(diǎn)波束幾何形狀的知識(shí)，例如來(lái)自Iridium低軌道地球衛(wèi)星，用戶接收器裝置能夠辨別出用戶接收器裝置在任何給定時(shí)間段位于哪組衛(wèi)星點(diǎn)波束內(nèi)。用戶接收器裝置的位置的最簡(jiǎn)單的近似是點(diǎn)波束的中心在地球表面上的投影的計(jì)算，其在統(tǒng)計(jì)學(xué)上具有用戶接收器裝置的真實(shí)位置的最高可能性。結(jié)合已知衛(wèi)星位置，由用戶接收器裝置推導(dǎo)出的ー階近似的用戶接收器裝置位置估計(jì)可用于估計(jì)用戶接收器裝置-衛(wèi)星單位矢量。本公開(kāi)的系統(tǒng)采用被稱為波束平均的方法，其包括各種實(shí)施例以估計(jì)用戶接收器裝置的位置，并且隨后用額外測(cè)量細(xì)化/精化(refine)該估計(jì)。在自信號(hào)點(diǎn)波束產(chǎn)生ー階位置估計(jì)之后，可以通過(guò)監(jiān)視隨時(shí)間前進(jìn)掃過(guò)用戶接收器裝置的連續(xù)的點(diǎn)波束來(lái)細(xì)化該估計(jì)。當(dāng)存在用戶接收器裝置位于兩個(gè)或更多點(diǎn)波束的交集內(nèi)的情況時(shí)，用戶接收器裝置的·位置可以估計(jì)為處于點(diǎn)波束的交集的中心。在給定的持續(xù)時(shí)間段間，用戶接收器裝置可能位于來(lái)自單個(gè)衛(wèi)星或者多個(gè)衛(wèi)星的多個(gè)交疊點(diǎn)波束內(nèi)。用戶接收器裝置的位置可以估計(jì)為處于多個(gè)交疊點(diǎn)波束的中心的重心/質(zhì)心(centroid)。另外，兩個(gè)或更多連續(xù)的用戶接收器裝置位置估計(jì)可以在時(shí)間上求平均以進(jìn)ー步減少用戶接收器裝置的位置誤差。每單位面積傳輸較大數(shù)目點(diǎn)波束的衛(wèi)星將提供更準(zhǔn)確的用戶接收器裝置估計(jì)。通過(guò)仔細(xì)記錄哪些波束交疊以及這種交疊關(guān)于時(shí)間怎樣變化可以顯著改善地理位置算法和衛(wèi)星距離預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。在至少ー個(gè)實(shí)施例中，單個(gè)點(diǎn)波束的上升和下降(setting)時(shí)間被追蹤，并且用戶接收器裝置的位置被估計(jì)為在點(diǎn)波束內(nèi)的ー個(gè)位置，該位置相應(yīng)于由用戶接收器裝置確定的點(diǎn)波束上升和下降時(shí)間之間的中間
(halfwayノ。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，所公開(kāi)的系統(tǒng)和方法通過(guò)使用接收器位于其內(nèi)部的至少ー個(gè)非對(duì)地靜止的運(yùn)載工具的方向信號(hào)(即點(diǎn)波束)的知識(shí)獲得位于地球表面上或附近的用戶接收器裝置的方位的估計(jì)。本公開(kāi)可采用的特定類型的非對(duì)地靜止的運(yùn)載工具由Iridium衛(wèi)星星座例示，其為低軌道地球(LE0)、3軸穩(wěn)定的、地球指向衛(wèi)星，其在已知的確定性天線點(diǎn)波束圖中向地球傳輸信號(hào)。對(duì)于任意給定衛(wèi)星，如果在任意時(shí)刻も，衛(wèi)星相對(duì)地球的方位和俯仰角(attitude)已知，并且如果發(fā)射的天線點(diǎn)波束相對(duì)衛(wèi)星的方向已知，那么能夠計(jì)算出時(shí)刻h在地球表面上點(diǎn)波束的中心的交集。進(jìn)ー步地，如果天線點(diǎn)波束的特性眾所周知，則可以計(jì)算時(shí)刻h天線點(diǎn)波束在地球表面上的投影的圖形。這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是眾所周知的。例如，在Iridium衛(wèi)星星座示例中，衛(wèi)星向所定義的坐標(biāo)系中的用戶接收器裝置發(fā)射點(diǎn)波束中心位置是可能的。通過(guò)利用唯一可識(shí)別的點(diǎn)波束幾何形狀的知識(shí)，檢測(cè)至少ー個(gè)點(diǎn)波束信號(hào)的用戶接收器裝置能夠辨別出在給定時(shí)刻h用戶接收器裝置位于哪組衛(wèi)星和點(diǎn)波束內(nèi)。例如，接收的信號(hào)的部分可能標(biāo)識(shí)具體的點(diǎn)波束識(shí)別號(hào)碼。一旦用戶接收器裝置位于其內(nèi)的點(diǎn)波束被確定，用戶接收器裝置就可以確定它處于點(diǎn)波束的投影內(nèi)的ー個(gè)位置。然后，一旦用戶接收器裝置計(jì)算點(diǎn)波束在時(shí)刻も的投影的位置，用戶接收器裝置就可計(jì)算時(shí)刻も其自身位置的估計(jì)。此測(cè)量的準(zhǔn)確性將取決于給定點(diǎn)波束在地球表面上的投影的大小。每個(gè)運(yùn)載工具傳輸更多數(shù)目的點(diǎn)波束的諸多運(yùn)載工具將提供更準(zhǔn)確的方位估計(jì)。易于理解的是，這種系統(tǒng)的準(zhǔn)確性將是地球表面上或附近的點(diǎn)波束投影的大小和數(shù)目的函數(shù)。同樣地，系統(tǒng)的準(zhǔn)確性可以通過(guò)増加地球表面上點(diǎn)波束的數(shù)目以及減少地球表面上點(diǎn)波束的半徑(即聚焦點(diǎn)波束)得到提高。應(yīng)該注意，本公開(kāi)的系統(tǒng)和方法可以采用各種類型的高架運(yùn)載工具作為用于點(diǎn)波束的發(fā)射源?？捎糜诒竟_(kāi)的系統(tǒng)的運(yùn)載工具的類型包括單不限于衛(wèi)星、偽衛(wèi)星、航天飛機(jī)、飛行器、飛機(jī)、無(wú)人機(jī)(UAV)、飛船和/或直升機(jī)。此外，各種類型的衛(wèi)星可以用于所公開(kāi)系統(tǒng)的運(yùn)載工具，其包括但不限于低軌道地球(LEO)衛(wèi)星、中軌道地球(MEO)衛(wèi)星和/或?qū)Φ仂o止地球軌道(GEO)衛(wèi)星。當(dāng)采用非衛(wèi)星的運(yùn)載工具時(shí)，不需要對(duì)所公開(kāi)的系統(tǒng)作出實(shí)際的改變，只要點(diǎn)波束幾何形狀對(duì)于用戶接收器裝置已 知并且被良好定義。而且，在本公開(kāi)的系統(tǒng)的ー個(gè)或更多實(shí)施例中，至少ー個(gè)運(yùn)載工具具有已知的軌道和/或已知的路徑。在以下說(shuō)明中，記載了很多細(xì)節(jié)以提供對(duì)本系統(tǒng)的更徹底的描述。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，不需要這些具體細(xì)節(jié)也可以實(shí)踐本公開(kāi)的系統(tǒng)是顯而易見(jiàn)的。在其他實(shí)例中，并未詳細(xì)描述眾所周知的特征，以免不必要地模糊該系統(tǒng)。圖IA根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例示出為獲得用戶接收器裝置120的位置的估計(jì)，單個(gè)衛(wèi)星100的交疊的多個(gè)點(diǎn)波束110的使用。并且，圖IB根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例示出為獲得用戶接收器裝置120的位置的估計(jì)而使用單個(gè)衛(wèi)星100的交疊的多個(gè)點(diǎn)波束110同時(shí)ー并使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)130。除了圖IB采用蜂窩網(wǎng)絡(luò)130的使用以外，圖IB與圖IA類似。在這兩個(gè)圖中，可以看出單個(gè)衛(wèi)星100向地球發(fā)射至少ー個(gè)點(diǎn)波束110。在ー個(gè)或更多實(shí)施例中，衛(wèi)星100使用至少ー個(gè)射頻(RF)天線發(fā)射點(diǎn)波束110的至少ー個(gè)。用戶接收器裝置120從發(fā)射的點(diǎn)波束110的至少ー個(gè)接收信號(hào)。然后，用戶接收器裝置120根據(jù)其在發(fā)射的點(diǎn)波束110中的一個(gè)點(diǎn)波束內(nèi)的位置計(jì)算其在地球上的位置的估計(jì)。在圖IA和IB中，用戶接收器裝置120計(jì)算用戶接收器裝置120位于其內(nèi)的至少一個(gè)點(diǎn)波束的位置。為了進(jìn)行此計(jì)算，用戶接收器裝置120使用衛(wèi)星100方位的知識(shí)、衛(wèi)星100俯仰角的知識(shí)和/或點(diǎn)波束110的方向和/或圖形的知識(shí)。在一些實(shí)施例中，為了用戶接收器裝置120獲得點(diǎn)波束110的方向和/或圖形知識(shí)，用戶接收器裝置120參考波束幾何形狀數(shù)據(jù)庫(kù)和/或內(nèi)部軌道模型。在圖IA中，衛(wèi)星100方位信息(即星歷表)從衛(wèi)星100自身發(fā)射到用戶接收器裝置120。在一些實(shí)施例中，用戶接收器裝置120通過(guò)來(lái)自衛(wèi)星100的發(fā)射接收軌道數(shù)據(jù)信息和/或軌道A修正信息。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，用戶接收器裝置120通過(guò)使用來(lái)自其內(nèi)部軌道模型的數(shù)據(jù)并使用其從衛(wèi)星100接收的軌道A(delta)修正計(jì)算衛(wèi)星100方位。在ー些實(shí)施例中，點(diǎn)波束110的方向和/或圖形的計(jì)算在衛(wèi)星100上完成。點(diǎn)波束110的方向和/或圖形信息可以作為包含在點(diǎn)波束的信號(hào)中的消息的部分從衛(wèi)星100傳輸?shù)接脩艚邮掌餮b置120?？商鎿Q地，在圖IB中，衛(wèi)星100方位信息(即星歷表)通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)130被傳輸給用戶接收器裝置120。在其他實(shí)施例中，除蜂窩網(wǎng)絡(luò)之外的各種類型的基于地球的網(wǎng)絡(luò)可以被本公開(kāi)的系統(tǒng)采用以將衛(wèi)星100方位信息(即星歷表)傳輸給用戶接收器裝置120。在一些實(shí)施例中，用戶接收器裝置120通過(guò)來(lái)自蜂窩網(wǎng)絡(luò)130的傳輸接收軌道數(shù)據(jù)信息和/或軌道A修正信息。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，用戶接收器裝置120通過(guò)使用來(lái)自其內(nèi)部軌道模型的數(shù)據(jù)并使用其從蜂窩網(wǎng)絡(luò)130接收的軌道A修正計(jì)算衛(wèi)星100方位。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，當(dāng)用戶接收器裝置120只從ー個(gè)點(diǎn)波束110接收信號(hào)吋，用戶接收器裝置120計(jì)算用戶接收器裝置120的位置的估計(jì)位于點(diǎn)波束的中心。可替換地，當(dāng)用戶接收器裝置120從兩個(gè)或更多點(diǎn)波束110接收信號(hào)時(shí)，用戶接收器裝置120計(jì)算用戶接收器裝置120的位置的估計(jì)位于裝置120自其接收信號(hào)的點(diǎn)波束110的交集150的中心。在其他實(shí)施例中，當(dāng)用戶接收器裝置120從兩個(gè)或更多點(diǎn)波束110接收信號(hào)時(shí)，用戶接收器裝置120計(jì)算用戶接收器裝置120的位置的估計(jì)位于裝置120自其接收信號(hào)的點(diǎn)波束110的中心的重心。在至少ー個(gè)實(shí)施例中，用戶接收器裝置120使用其從衛(wèi)星100接收的信噪比(SNR)測(cè)量進(jìn)一步細(xì)化其計(jì)算的其位置的估計(jì)。應(yīng)該注意，在一些實(shí)施例中，用戶接收器裝置120的位置的估計(jì)用于提供對(duì)當(dāng)前使用的地理位置算法的準(zhǔn)確性的改進(jìn)。此外，用戶接收器裝置120的位置的估計(jì)可以被全球定位系統(tǒng)(GPS)使用以有助于快速獲得GPS信 號(hào)。在一些實(shí)施例中，圖IA和IB的用戶接收器裝置120包括至少ー個(gè)射頻(RF)天線140，其用于從自衛(wèi)星100發(fā)射的至少ー個(gè)點(diǎn)波束接收信號(hào)。RF天線可以被制造成位于用戶接收器裝置120的外殼的內(nèi)部或外部。在一些實(shí)施例中，用戶接收器裝置120還包括處理器，其用于根據(jù)用戶接收器裝置120在至少ー個(gè)點(diǎn)波束110內(nèi)的位置計(jì)算用戶接收器裝置120的位置的估計(jì)。在至少ー個(gè)實(shí)施例中，用戶接收器裝置120進(jìn)ー步包括本地時(shí)鐘和存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器適于存儲(chǔ)隨時(shí)間記錄的連續(xù)點(diǎn)波束識(shí)別信息。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，用戶接收器裝置120是可移動(dòng)的或者是固定的。圖2根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例圖示為獲得用戶接收器裝置120的位置的估計(jì)，隨著時(shí)間的推移單個(gè)衛(wèi)星100的交疊的多個(gè)點(diǎn)波束的使用。在此圖中顯示出，在時(shí)刻tQ，用戶接收器裝置120位于由SAT I衛(wèi)星100放射/發(fā)射的點(diǎn)波束200的交集210內(nèi)。應(yīng)該注意，在此圖中，由SAT I衛(wèi)星100放射的點(diǎn)波束200是固定方向的波束，不是掃描波束。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，用戶接收器裝置120的處理器計(jì)算用戶接收器裝置120的位置的第一估計(jì)為位于點(diǎn)波束200的交集(intersection) 210的中心。然后，該用戶接收器裝置120在其存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)時(shí)刻h點(diǎn)波束200的位置，并存儲(chǔ)用戶接收器裝置120的位置的此第一估計(jì)。在該圖中還示出，在后來(lái)的時(shí)刻At，從SAT I衛(wèi)星100放射的點(diǎn)波束200掃過(guò)地球表面。同樣，該用戶接收器裝置120現(xiàn)在位于地球表面上點(diǎn)波束200的不同的交集220內(nèi)。在這ー時(shí)間點(diǎn)上，用戶接收器裝置120的處理器計(jì)算用戶接收器裝置120的位置的第ニ估計(jì)為位于點(diǎn)波束200的交集220的中心。然后，該用戶接收器裝置120在其存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)時(shí)刻At的點(diǎn)波束200的位置，并存儲(chǔ)將用戶接收器裝置120的位置的第二估計(jì)。一旦該用戶接收器裝置120獲得用戶接收器裝置120的位置的至少兩個(gè)估計(jì)，用戶接收器裝置120的處理器使用這些估計(jì)計(jì)算用戶接收器裝置120的位置的進(jìn)ー步細(xì)化的估計(jì)。在該圖中，顯示了用戶接收器裝置120的處理器計(jì)算用戶接收器裝置120的位置的細(xì)化估計(jì)為處于交集210區(qū)域和交集220區(qū)域的交疊區(qū)域230的中心。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，該用戶接收器裝置120使用波束平均技術(shù)獲得進(jìn)ー步細(xì)化的估計(jì)。使用此技術(shù)，用戶接收器裝置120的處理器計(jì)算存儲(chǔ)的用戶接收器裝置120的位置的所有估計(jì)的平均以獲得細(xì)化的估計(jì)。在一些實(shí)施例中，用戶接收器裝置120的處理器使用波卡爾曼濾波器以執(zhí)行波束平均。在可替換的實(shí)施例中，用戶接收器裝置120的處理器使用匹配的濾波器來(lái)執(zhí)行波束平均。圖3根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例示出為獲得用戶接收器裝置的位置的估計(jì)，兩個(gè)衛(wèi)星的交疊的多個(gè)點(diǎn)波束的使用。在該圖中示出，在時(shí)刻b，用戶接收器裝置120位于由SAT I衛(wèi)星100和SAT 2衛(wèi)星300放射的點(diǎn)波束310的交集320內(nèi)。在該圖中，由SAT I衛(wèi)星100和SAT 2衛(wèi)星300放射的點(diǎn)波束310不是掃描波束，而是固定方向的波束。在ー些實(shí)施例中，用戶接收器裝置120的處理器計(jì)算用戶接收器裝置120的位置的第一估計(jì)為位于SAT I衛(wèi)星100放射的點(diǎn)波束的交集330與SAT2衛(wèi)星300放射的點(diǎn)波束的交集340的交集320的中心。然后，用戶接收器裝置120在其存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)時(shí)間b點(diǎn)波束310的位置，并且存儲(chǔ)用戶接收器裝置120的位置的該第一估計(jì)。在至少ー個(gè)實(shí)施例中，在時(shí)刻tQ+A t，SAT I衛(wèi)星100和SAT 2衛(wèi)星300放射的點(diǎn) 波束310掃過(guò)地球表面。同樣，用戶接收器裝置120現(xiàn)在位于SAT I衛(wèi)星100放射的點(diǎn)波束的交集和由SAT 2衛(wèi)星300放射的點(diǎn)波束的交集的不同交集內(nèi)。在該時(shí)間點(diǎn)，用戶接收器裝置120的處理器計(jì)算用戶接收器裝置120的位置的第二估計(jì)為位于SAT I衛(wèi)星100放射的點(diǎn)波束的交集與SAT 2衛(wèi)星300放射的點(diǎn)波束的交集的交集。然后，用戶接收器裝置120在其存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)時(shí)刻A t存儲(chǔ)點(diǎn)波束310的位置，并在其存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)用戶接收器裝置120的位置的第二估計(jì)。在一些實(shí)施例中，用戶接收器裝置120通過(guò)使用波束平均獲得更細(xì)化的估計(jì)。對(duì)于波束平均，用戶接收器裝置120的處理器通過(guò)計(jì)算存儲(chǔ)的用戶接收器裝置120的位置的所有估計(jì)的平均值來(lái)確定細(xì)化的估計(jì)。應(yīng)該注意，在可替換的實(shí)施例中，用戶接收器裝置120的處理器計(jì)算用戶接收器裝置120的位置為位于SAT I衛(wèi)星100放射的點(diǎn)波束的中心與SAT 2衛(wèi)星300放射的點(diǎn)波束的中心的重心。圖4根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例示出為獲得用戶接收器裝置的位置的估計(jì)，隨時(shí)間的推移而掃描的單個(gè)衛(wèi)星的交疊的多個(gè)點(diǎn)波束的使用。在該圖中示出，在時(shí)刻b，用戶接收器裝置120位于SAT I衛(wèi)星100放射的點(diǎn)波束400的交集410內(nèi)。應(yīng)該注意，SAT I衛(wèi)星100放射的點(diǎn)波束是掃描波束，不是固定方向的波束。同樣，掃描的點(diǎn)波束400正在隨時(shí)間的過(guò)去而掃過(guò)地球表面。用戶接收器裝置120的處理器計(jì)算用戶接收器裝置120的位置的第一估計(jì)為位于SAT I衛(wèi)星100放射的點(diǎn)波束400的交集410的中心。然后，用戶接收器裝置120在其存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)時(shí)間b點(diǎn)波束400的位置，并存儲(chǔ)用戶接收器裝置120的位置的該第一估計(jì)。在時(shí)刻A t，SAT I衛(wèi)星100放射的掃描點(diǎn)波束400掃過(guò)地球表面。用戶接收器裝置120現(xiàn)在位于地球表面上點(diǎn)波束400的不同的交集420內(nèi)。此時(shí)，用戶接收器裝置120的處理器計(jì)算用戶接收器裝置120的位置的第二估計(jì)為位于點(diǎn)波束400的交集420的中心。之后，用戶接收器裝置120在其存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)時(shí)刻At點(diǎn)波束400的位置，并存儲(chǔ)用戶接收器裝置120的位置的該第二估計(jì)。在用戶接收器裝置120獲得用戶接收器裝置120的位置的至少兩個(gè)估計(jì)之后，用戶接收器裝置120的處理器使用這些估計(jì)計(jì)算用戶接收器裝置120的位置的細(xì)化估計(jì)。用戶接收器裝置120的處理器計(jì)算用戶接收器裝置120的位置的細(xì)化估計(jì)為處于交集410區(qū)域和交集420區(qū)域的交疊區(qū)域430的中心。在一些實(shí)施例中，用戶接收器裝置120使用波束平均計(jì)算進(jìn)一步細(xì)化的估計(jì)。對(duì)于此技術(shù)，用戶接收器裝置120的處理器計(jì)算存儲(chǔ)的用戶接收器裝置120的位置的所有估計(jì)的平均值來(lái)獲得細(xì)化的估計(jì)。圖5、6和7根據(jù)本公開(kāi)的多個(gè)實(shí)施例示出為獲得用戶接收器裝置的位置的估計(jì)而使用衛(wèi)星信號(hào)振幅的各種實(shí)施例。特別是，圖5示出為了獲得用戶接收器裝置的位置的估計(jì)被用戶接收器裝置接收的單個(gè)衛(wèi)星信號(hào)振幅的使用，圖6示出為了獲得用戶接收器裝置的位置的估計(jì)，被用戶接收器裝置接收的兩個(gè)衛(wèi)星信號(hào)振幅的使用，以及圖7示出為了獲得用戶接收器裝置的位置的估計(jì)來(lái)自隨時(shí)間的推移被掃描的點(diǎn)波束的單個(gè)衛(wèi)星信號(hào)振幅的使用。在圖5中，SAT I衛(wèi)星100向地球放射一個(gè)點(diǎn)波束110。在該圖中，點(diǎn)波束500被示為具有主波束510和兩個(gè)旁瓣波束520。應(yīng)該注意，對(duì)于該圖，點(diǎn)波束500是固定方向的
波束，不是掃描波束。在該圖中，用戶接收器裝置120被顯示為從放射的主波束510接收信號(hào)。用戶接收器裝置120的處理器使用它接收的信號(hào)的振幅根據(jù)其在發(fā)射的主波束510的信號(hào)振幅輪廓(contour) 530內(nèi)的位置計(jì)算其在地球上的位置的估計(jì)。一旦用戶接收器裝置120獲得其位置的估計(jì)，用戶接收器裝置120將在器存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)點(diǎn)波束500在地球上的位置，并存儲(chǔ)其用戶接收器裝置120的位置的估計(jì)。在圖6中，示出SAT I衛(wèi)星100和SAT 2衛(wèi)星300每個(gè)都分別在地球上放射ー個(gè)點(diǎn)波束600、610。在該圖中示出，用戶接收器裝置120位于SAT I衛(wèi)星100放射的點(diǎn)波束600和SAT 2衛(wèi)星300放射的點(diǎn)波束610的交集630內(nèi)。對(duì)于該圖，點(diǎn)波束600和點(diǎn)波束610是固定方向的波束，不是掃描波束。用戶接收器裝置120的處理器使用它接收的信號(hào)的振幅根據(jù)其在發(fā)射的點(diǎn)波束600、610的信號(hào)振幅輪廓640內(nèi)的位置計(jì)算其在交集630內(nèi)的位置的估計(jì)。在用戶接收器裝置120獲得其位置的估計(jì)之后，用戶接收器裝置120在其存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)點(diǎn)波束600和點(diǎn)波束610的位置，并存儲(chǔ)用戶接收器裝置120的位置的估計(jì)。圖7中，在時(shí)刻b，顯示了 SAT I衛(wèi)星100在地球上放射點(diǎn)波束700。此時(shí)，用戶接收器裝置120位于SAT I衛(wèi)星100放射的點(diǎn)波束700內(nèi)。應(yīng)該注意，SAT I衛(wèi)星100放射的點(diǎn)波束700是掃描波束，不是固定方向的波束。因此，當(dāng)隨時(shí)間的推移點(diǎn)波束700掃描時(shí)，其掃過(guò)地球表面。用戶接收器裝置120的處理器使用它接收的信號(hào)的振幅根據(jù)其在點(diǎn)波束700的信號(hào)振幅輪廓內(nèi)的位置計(jì)算其在點(diǎn)波束700內(nèi)的位置的第一估計(jì)。然后，用戶接收器裝置120在其存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)時(shí)刻b點(diǎn)波束700的位置，并存儲(chǔ)用戶接收器裝置120的位置的第一估計(jì)。而且在圖7中，在時(shí)刻tQ+A t，顯示出SAT I衛(wèi)星100波束700放射的點(diǎn)波束700掃過(guò)地球表面(此時(shí)示為點(diǎn)波束710)。用戶接收器裝置120此時(shí)位于點(diǎn)波束710內(nèi)。此時(shí)，用戶接收器裝置120的處理器使用它接收的信號(hào)的振幅根據(jù)其在點(diǎn)波束710的信號(hào)振幅輪廓內(nèi)的位置計(jì)算其在點(diǎn)波束710內(nèi)的位置的第二估計(jì)。然后，用戶接收器裝置120在其存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)時(shí)間A t點(diǎn)波束710的位置，并存儲(chǔ)用戶接收器裝置120的位置的第二估計(jì)。一旦用戶接收器裝置120獲得用戶接收器裝置120的位置的至少兩個(gè)估計(jì)，用戶接收器裝置120的處理器即使用這些估計(jì)計(jì)算用戶接收器裝置120的位置的進(jìn)ー步細(xì)化的估計(jì)。用戶接收器裝置120的處理器使用波束平均計(jì)算用戶接收器裝置120的位置的進(jìn)ー步細(xì)化估計(jì)為在點(diǎn)波束700和點(diǎn)波束710的交疊區(qū)域720內(nèi)。此外，處理器根據(jù)其在點(diǎn)波束700和710的信號(hào)振幅輪廓730內(nèi)的位置通過(guò)使用其接收的信號(hào)的振幅計(jì)算其在交疊區(qū)域720內(nèi)的位置，從而獲得用戶接收器裝置120的位置的更進(jìn)ー步細(xì)化的估計(jì)。圖8是按照本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例針對(duì)均勻遮蔽角(masking angle)使用單個(gè)衛(wèi)星100的點(diǎn)波束的上升和下降時(shí)間估計(jì)用戶接收器裝置120的位置的圖示。在該圖中，點(diǎn)波束的上升和下降時(shí)間用于獲得用戶接收器裝置120的位置的估計(jì)。對(duì)于這些實(shí)施例，從點(diǎn)波束上升的時(shí)間(tKISE)到點(diǎn)波束下降的時(shí)間(tSET)，點(diǎn)波束的所有方位被記錄。假設(shè)在所有方向相對(duì)于用戶接收器裝置120具有均勻的遮蔽高度角(elevation mask angle),在時(shí)間=((tSET_tKISE)/2)，用戶接收器裝置被假設(shè)為位于在軌方向的點(diǎn)波束的中心。應(yīng)該注意，在軌(in-track)方向被定義為在用戶接收器裝置120頭頂?shù)男l(wèi)星的運(yùn)動(dòng)方向。對(duì)于在軌方向坐標(biāo)系，原點(diǎn)位于用戶接收器裝置120的位置，X軸處于在用戶接收器裝置120頭頂?shù)男l(wèi)星的運(yùn)動(dòng)方向，z軸處于朝地心的方向，y軸使右旋笛卡兒坐標(biāo)系完整。圖9A根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例示出針對(duì)不均勻遮蔽角使用單個(gè)點(diǎn)波束的上·升和下降時(shí)間估計(jì)用戶接收器裝置的位置的圖示。并且，圖9B根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例顯示針對(duì)不均勻遮蔽角使用單個(gè)衛(wèi)星點(diǎn)波束的上升和下降時(shí)間估計(jì)用戶接收器裝置的位置的圖示。對(duì)于這些圖，由于經(jīng)過(guò)用戶接收器裝置上方的衛(wèi)星星座的波束圖在已知方向上(例如，從北向南)，所以只有在這些方向(例如，北和南)上的遮蔽角將是相關(guān)的，因?yàn)榈谝环较?例如，北)是衛(wèi)星上升的方向，而第二方向(例如，南)是衛(wèi)星下降的方向。對(duì)于這些實(shí)施例，a表示星座遮蔽角；ら是與在衛(wèi)星上升的方向上阻塞用戶接收器裝置到衛(wèi)星的視線的可能障礙相關(guān)聯(lián)的遮蔽角；并且@2是與在衛(wèi)星下降的方向上阻塞用戶接收器裝置到衛(wèi)星的視線的可能障礙相關(guān)聯(lián)的遮蔽角。當(dāng)任何ー個(gè)P角或兩個(gè)@角
>a時(shí)引入偏離值。當(dāng)￠,￠2=*1或者@ 1=0 2デa時(shí)，圖8中討論的均勻遮蔽角的情形出現(xiàn)。對(duì)于這些實(shí)施例，P角已知或者被估計(jì)。圖9A和9B示出存在使P2大于遮蔽角a的障礙的特定情形。當(dāng)在衛(wèi)星上升方向存在小的障礙吋，^!<a,因此該障礙不影響用戶接收器裝置與衛(wèi)星的視線。因此，可以忽略該障礙。應(yīng)該注意，對(duì)于衛(wèi)星上升方向中的障礙，也存在P1Sa的類似變化。假設(shè)在衛(wèi)星上升的方向和衛(wèi)星下降的方向上高度不均勻，那么可以假設(shè)在時(shí)間(Atftue)/2，其中(Atftue)/2= ( AtKeverMeasured+At02BiaS)/2，用戶接收器裝置位于在軌方向點(diǎn)波束投影的中心。圖10提供圖示根據(jù)本公開(kāi)的至少ー個(gè)實(shí)施例獲得用戶接收器裝置與衛(wèi)星之間的范圍的運(yùn)行估計(jì)的方法的流程圖1000。在該圖中，用戶接收器裝置從低軌道地球(LEO)衛(wèi)星1010接收衛(wèi)星天文歷表(ephemeride)數(shù)據(jù)。應(yīng)該注意,在其他各種的實(shí)施例中，公開(kāi)的方法可以采用除LEO衛(wèi)星以外的不同類型的衛(wèi)星。在用戶接收器裝置接收天文歷表數(shù)據(jù)之后，用戶接收器裝置的處理器導(dǎo)出瞬時(shí)衛(wèi)星方位、速率和加速度1020。在用戶接收器裝置計(jì)算這些推導(dǎo)之后，用戶接收器裝置自衛(wèi)星接收放射的衛(wèi)星點(diǎn)波束的初始點(diǎn)波束標(biāo)識(shí)1030。在從衛(wèi)星接收點(diǎn)波束標(biāo)識(shí)之后，用戶接收器裝置在用戶接收器裝置存儲(chǔ)器中登記點(diǎn)波束標(biāo)識(shí)和點(diǎn)波束中心用于相繼的點(diǎn)波束1040。然后，用戶接收器裝置的處理器通過(guò)波束平均技術(shù)利用這些登記的點(diǎn)波束標(biāo)識(shí)和點(diǎn)波束中心，以導(dǎo)出運(yùn)行的用戶接收器裝置方位估計(jì)1050。然后，用戶接收器裝置的處理器導(dǎo)出用戶接收器裝置對(duì)衛(wèi)星単位矢量的運(yùn)行估計(jì)1060。接下來(lái)，用戶接收器裝置的處理器測(cè)量衛(wèi)星的多普勒頻率偏移1070。然后，用戶接收器裝置的處理器使用多普勒頻率偏移計(jì)算多普勒范圍估計(jì)1080。在至少ー個(gè)實(shí)施例中，用戶接收器裝置使用卡爾曼濾波器計(jì)算多普勒范圍估計(jì)。用戶接收器裝置將計(jì)算的用戶接收器裝置的運(yùn)行估計(jì)維持至衛(wèi)星范圍1090。盡管本文公開(kāi)了某些說(shuō)明性的實(shí)施例和方法， 但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，根據(jù)上述公開(kāi)可以對(duì)這些實(shí)施例和方法作出變化和修改而不偏離所公開(kāi)的技術(shù)的真實(shí)精神和保護(hù)范圍。本公開(kāi)的技術(shù)存在許多其他實(shí)例，每個(gè)都只在細(xì)節(jié)上不同于其他的。因此，意圖是公開(kāi)的技術(shù)應(yīng)該僅限于由所附權(quán)利要求和適用法律的規(guī)定和原則所要求的范圍。
權(quán)利要求
1.ー種提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，所述方法包括 從至少一個(gè)運(yùn)載工具發(fā)出至少ー個(gè)點(diǎn)波束到地球上； 使用所述用戶接收器裝置接收來(lái)自所述至少一個(gè)點(diǎn)波束的信號(hào)；和 使用所述用戶接收器裝置根據(jù)所述用戶接收器裝置在所述至少一個(gè)點(diǎn)波束內(nèi)的位置計(jì)算所述用戶接收器裝置的位置的估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述方法進(jìn)一歩包括計(jì)算從所述至少一個(gè)運(yùn)載工具到地球表面的范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述方法進(jìn) 一歩包括計(jì)算從所述至少一個(gè)運(yùn)載工具到所述用戶接收器裝置的范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中計(jì)算從所述至少ー個(gè)運(yùn)載工具到所述用戶接收器裝置的范圍包含 測(cè)量所述至少一個(gè)運(yùn)載工具的多普勒頻率偏移； 使用卡爾曼濾波器計(jì)算多普勒范圍估計(jì)和偽距離測(cè)量；和 計(jì)算從所述至少一個(gè)運(yùn)載工具到所述用戶接收器裝置的范圍的運(yùn)行估計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述方法提供地理位置算法的準(zhǔn)確性的改進(jìn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述用戶接收器裝置位于衰減環(huán)境內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述用戶接收器裝置位于阻塞環(huán)境內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述用戶接收器裝置位于封閉環(huán)境內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述封閉環(huán)境是在室內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述方法進(jìn)ー步包括使用來(lái)自所述至少ー個(gè)運(yùn)載工具的信噪比即SNR測(cè)量來(lái)進(jìn)ー步細(xì)化所述用戶接收器裝置的位置的所述估計(jì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供至少ー個(gè)運(yùn)載工具的位置的估計(jì)的方法，其中所述至少ー個(gè)運(yùn)載工具是衛(wèi)星。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供至少ー個(gè)運(yùn)載工具的位置的估計(jì)的方法，其中所述至少ー個(gè)運(yùn)載工具是偽衛(wèi)星。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供至少ー個(gè)運(yùn)載工具的位置的估計(jì)的方法，其中所述至少ー個(gè)運(yùn)載工具是航天飛機(jī)。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述至少一個(gè)運(yùn)載工具是飛行器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述飛行器是飛機(jī)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述飛行器是無(wú)人機(jī)即UAV0
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述至少一個(gè)運(yùn)載工具是飛船。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述至少一個(gè)運(yùn)載工具是直升機(jī)。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述衛(wèi)星是低軌道地球即LEO衛(wèi)星。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述衛(wèi)星是中軌道地球即MEO衛(wèi)星。
21.根據(jù)權(quán)利要求11所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述衛(wèi)星是對(duì)地靜止地球軌道即GEO衛(wèi)星。
22.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述至少一個(gè)運(yùn)載工具具有已知的軌道。
23.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述至少一個(gè)運(yùn)載工具具有已知的路徑。
24.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述用戶接收器裝置是可移動(dòng)的。
25.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述用戶接收器裝置是固定的。
26.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述至少一個(gè)運(yùn)載工具用至少ー個(gè)射頻即RF天線放射所述至少一個(gè)點(diǎn)波束。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述至少一個(gè)點(diǎn)波束作為固定位置波束從所述至少ー個(gè)RF天線放射。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述至少一個(gè)點(diǎn)波束作為掃描波束從所述至少ー個(gè)RF天線放射。
29.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述用戶接收器裝置用至少ー個(gè)射頻即RF天線接收來(lái)自所述至少ー個(gè)點(diǎn)波束的信號(hào)。
30.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述用戶接收器裝置使用處理器計(jì)算所述用戶接收器裝置的位置的估計(jì)。
31.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中當(dāng)所述用戶接收器裝置只從ー個(gè)點(diǎn)波束接收信號(hào)時(shí)，所述用戶接收器裝置將所述用戶接收器裝置的位置的估計(jì)計(jì)算為位于所述ー個(gè)點(diǎn)波束的中心。
32.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中當(dāng)所述用戶接收器裝置從至少兩個(gè)點(diǎn)波束接收信號(hào)時(shí)，所述用戶接收器裝置將所述用戶接收器裝置的位置的估計(jì)計(jì)算為位于所述至少兩個(gè)點(diǎn)波束的交集的中心。
33.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中當(dāng)所述用戶接收器裝置從至少兩個(gè)點(diǎn)波束接收信號(hào)時(shí)，所述用戶接收器裝置計(jì)算所述用戶接收器裝置位置的估計(jì)為位于所述至少兩個(gè)點(diǎn)波束的中心的重心。
34.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置位置的估計(jì)的方法，其中所述用戶接收器裝置從所述點(diǎn)波束上升的時(shí)間(tKISE)到所述點(diǎn)波束下降的時(shí)間(tSET)記錄點(diǎn)波束定位。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的提供用戶接收器裝置位置的估計(jì)的方法，其中當(dāng)相對(duì)于所述用戶接收器裝置的全部方向上遮蔽角均勻時(shí)，假設(shè)在時(shí)間=((tSET_tKISE)/2)，所述用戶接收器裝置位于在軌方向的所述點(diǎn)波束的中心。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的提供用戶接收器裝置位置的估計(jì)的方法，其中當(dāng)遮蔽角在點(diǎn)波束上升方向和點(diǎn)波束下降方向上不均勻時(shí)，假設(shè)在時(shí)間=((AtTrae)/2)，其中(Atftue)/2= ( Δ tEcverMeasured+ Δ t β Bias) /2，所述用戶接收器裝置位于在軌方向的所述點(diǎn)波束的中心。
37.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述用戶接收器裝置使用接收的所述至少一個(gè)點(diǎn)波束的振幅計(jì)算所述用戶接收器裝置的位置的所述。
38.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述用戶接收器裝置對(duì)隨時(shí)間計(jì)算的所述用戶接收器裝置的位置的兩個(gè)或更多估計(jì)求平均，以進(jìn)ー步細(xì)化所述用戶接收器裝置的位置的估計(jì)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述用戶接收器裝置使用卡爾曼濾波器，以對(duì)所述用戶接收器裝置的位置的兩個(gè)或更多估計(jì)求平均。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述用戶接收器裝置使用匹配濾波器，以對(duì)所述用戶接收器裝置的位置的兩個(gè)或更多估計(jì)求平均。
41.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法，其中所述用戶接收器裝置的位置的估計(jì)由全球定位系統(tǒng)即GPS使用，以有助于快速獲得所述GPS信號(hào)。
42.ー種提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含 至少ー個(gè)運(yùn)載工具，其中所述至少一個(gè)運(yùn)載工具發(fā)射至少ー個(gè)點(diǎn)波束到地球上；和 所述用戶接收器裝置，其中所述用戶接收器裝置包含 至少ー個(gè)射頻即RF天線,其中所述至少ー個(gè)RF天線接收所述 至少ー個(gè)點(diǎn)波束；和 處理器，其中所述處理器根據(jù)所述用戶接收器裝置在所述至少 一個(gè)點(diǎn)波束內(nèi)的位置計(jì)算所述用戶接收器裝置的位置的估計(jì)。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的系統(tǒng)，其中所述用戶接收器裝置進(jìn)ー步包含 本地時(shí)鐘；和 存儲(chǔ)器，其中所述存儲(chǔ)器適于存儲(chǔ)隨時(shí)間記錄的相繼點(diǎn)波束識(shí)別信息。
44.根據(jù)權(quán)利要求42所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的系統(tǒng)，其中所述處理器能夠計(jì)算所述至少一個(gè)運(yùn)載工具的多普勒頻率偏移。
45.根據(jù)權(quán)利要求42所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的系統(tǒng)，其中所述用戶接收器裝置進(jìn)ー步包含內(nèi)部軌道模型。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的系統(tǒng)，其中所述用戶接收器裝置經(jīng)由來(lái)自所述至少ー個(gè)運(yùn)載工具的傳輸接收軌道數(shù)據(jù)信息。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的系統(tǒng)，其中所述用戶接收器裝置經(jīng)由來(lái)自所述至少ー個(gè)運(yùn)載工具的傳輸接收軌道Λ修正信息。
48.根據(jù)權(quán)利要求45所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的系統(tǒng)，其中所述用戶接收器裝置經(jīng)由來(lái)自基于地球的網(wǎng)絡(luò)的傳輸接收軌道Λ修正信息。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的系統(tǒng)，其中所述基于地球的網(wǎng)絡(luò)是蜂窩網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
公開(kāi)了用于提供用戶接收器裝置的位置的估計(jì)的方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)涉及從至少一個(gè)運(yùn)載工具發(fā)出至少一個(gè)點(diǎn)波束到地球上，并且使用用戶接收器裝置從至少一個(gè)點(diǎn)波束接收信號(hào)。在一個(gè)或更多實(shí)施例中，至少一個(gè)運(yùn)載工具可以是衛(wèi)星和/或偽衛(wèi)星。該方法和系統(tǒng)進(jìn)一步涉及使用用戶接收器裝置根據(jù)用戶接收器裝置在至少一個(gè)點(diǎn)波束內(nèi)的位置計(jì)算用戶接收器裝置的位置的估計(jì)。在一些實(shí)施例中，當(dāng)用戶接收器裝置從至少兩個(gè)點(diǎn)波束接收信號(hào)時(shí)，用戶接收器裝置計(jì)算用戶接收器裝置的位置的估計(jì)為位于至少兩個(gè)點(diǎn)波束的交集的中心。
文檔編號(hào)H04B7/15GK102859901SQ201180018040
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者D·A·惠蘭, G·M·格特, R·W·布倫利, M·L·埃格林頓, C·J·馬騰斯, A·T·哈達(dá)德, R·R·施馬爾茨里德 申請(qǐng)人:波音公司