CN102159968A - 用于耦接于主机系统的全球导航卫星系统接收器的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种诸如GPS接收器的全球导航卫星系统(GNSS)接收设备，所述GNSS接收设备可由设有用于对GNSS接收设备提供时间信号的实时时钟的主机系统操作。时间信号用于促进通过对卫星信号的观测而进行的对导航和全球计时信息的获取。全球计时信息用于调节时间信号和/或实时时钟，以改善随后的对导航和全球计时信息的获取。

Description

用于耦接于主机系统的全球导航卫星系统接收器的方法和设备
技术领域
本发明总体上涉及诸如全球定位系统(GPS)接收器的全球导航卫星系统(GNSS)接收器，并且具体地涉及可耦接于主机系统以提供相互的功能性支持的GNSS接收器。
背景技术
人们广泛地使用诸如全球定位系统(GPS)等全球导航卫星系统(GNSS)以得到基于对卫星信号的观测的精确位置信息。该位置信息可直接用于导航或提供给诸如计算机或通信终端等其他设备以提供增强的功能。
GPS接收器启动后紧接着而来的特别挑战是及时地得到首次定位。该挑战源自以下事实，即：若给定相对未知的位置，则GPS接收器需要高度精确的时间信息，以便及时定位并解析卫星信号。具体来说，可需要精确的计时信息以精确地预测和/或解析年历、星历和导航信号数据以及所述数据中的用于指示卫星距离的相关的信号延迟。然而，目前无法提供用于此目的的可以(尤其是在GPS接收器的连续激活之间)保持足够精确度的本地时钟。
美国专利5,893,044号公开了一种用于改善GPS信号的获取时间的设备，该设备包括GPS接收器和实时时钟电路。GPS接收器接收包括精确时间参考信号的GPS信号，所述精确时间参考信号用于基于GPS接收器的定位而提供位置。GPS接收器还包括从精确时间参考信号导出的内部时基。实时时钟电路与GPS接收器耦接，以用于在GPS信号的精确时间参考信号可用时从GPS接收器接收第一时间参考信号，并用于在GPS信号的精确时间参考信号不可用时将第二时间参考信号提供给GPS接收器，从而当GPS信号暂时中断或尚不可用时，能够实现GPS信号的快速获取时间。
美国专利申请公报US 2007/0268180号公开了一种通过校准低功率常开实时时钟(RTC)而具有快速首次定位时间(fast time to first fix)的通用导航卫星系统信号接收器。所述接收器包括具有份额计算器(fraction calculator)和时间扩展器的RTC校准器。在接收器断电前，份额计算器使用GNSS时间信号的高分辨率来确定RTC时间的时间份额。当接收器再次上电时，时间扩展器使用对GNSS接收器断电期间的RTC时间漂移的估计以及时间份额来校准并提高用于RTC报时信号的RTC时间的分辨率。信号导航处理器使用校准后的RTC时间来辅助利用码相位搜索、积分时间周期、历元整数分辨率和/或GPS卫星的空间位置进行的首次定位。
上述解决方案的问题在于这些方案需要专用的本地时钟。然而，对于一些GNSS或应用GPS的装置可能不便于包括这样的时钟。例如，用于主机系统的GPS适配器和应用GPS的无线适配器由于诸如成本、电源和空间等限制而可能无法包括专用的本地时钟。
得到用于定位操作的精确时间信号的另一方法是从例如无线网络等陆地网络得到时间信号。例如，美国专利7,236,883号公开了一种无线装置内的辅助GPS子系统，无线装置接收发送至GPS子系统的外部时钟信号。然而，依赖外部网络会提高装置的成本和复杂性，并且受制于网络服务可用性问题，而在偏远位置可能不存在所述网络服务可用性。
因此，需要用于耦接于主机系统的全球导航卫星系统接收器的新方法和设备。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种配置为可操作地耦接于主机系统的全球导航卫星系统接收设备，该全球导航卫星系统接收设备包括：导航接口模块，其配置为在导航操作期间从主机系统接收主机时间信号，所述导航接口模块还配置为在所述导航操作期间至少基于主机时间信号而提供导航时间信号；以及卫星信号接收模块，其配置为在所述导航操作期间使用导航时间信号通过接收卫星信号来促进对全球时间信号的确定；其中，在更新操作期间，将全球时间信号提供给导航接口模块，所述导航接口模块配置为在所述更新操作期间至少使用全球时间信号来配置一个以上调节，所述一个以上调节用于促进未来的导航操作。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于对可操作地耦接于主机系统的全球导航卫星系统接收设备进行操作的方法，所述方法包括：进行导航操作，所述导航操作包括：至少基于来自主机的主机时间信号而提供导航时间信号；使用导航时间信号进行卫星信号接收操作；并且至少部分地基于从卫星信号接收操作中得到的信息来确定全球时间信号；以及至少使用全球时间信号来进行一个以上调节以促进未来的导航操作。
根据本发明的一个方面，提供了一种应用全球导航卫星系统(GNSS)的系统，该应用全球导航卫星系统(GNSS)的系统包括：主机模块，其可操作地耦接于主机实时时钟，主机实时时钟配置为提供主机时间信号；以及全球导航卫星系统接收设备，其可操作地耦接于主机模块，所述全球导航卫星系统接收设备包括导航接口模块和卫星信号接收模块，所述导航接口模块配置为在导航操作期间接收主机时间信号，所述导航接口模块还配置为在所述导航操作期间至少基于主机时间信号而提供导航时间信号；所述卫星信号接收模块配置为在所述导航操作期间使用导航时间信号通过接收卫星信号来促进对全球时间信号的确定；其中，在更新操作期间将全球时间信号提供给导航接口模块，导航接口配置为在所述更新操作期间使用至少全球时间信号来配置一个以上调节，所述一个以上调节配置为促进未来的导航操作。
附图说明
图1图示了根据本发明的一个实施例的GNSS接收设备。
图2图示了根据本发明的另一实施例的应用GNSS的系统。
图3图示了根据本发明的一个实施例的用于操作GNSS接收设备的方法。
图4图示了根据本发明的一个实施例的包括耦接于主机系统的GNSS接收器的设备。
图5图示了根据本发明的实施例的操作时序。
具体实施方式
定义
术语“全球导航卫星系统”或GNSS指的是通用卫星或伪卫星辅助导航系统，在所述系统中，电子接收器可使用由卫星传输的视距无线电信号而以规定的精确度来确定所述电子接收器的位置。以此方式，还可实现对由卫星所感知的时间的确定和/或同步。现有的具有全球可用性的GNSS系统包括GPS(全球定位系统)和部分地运行的GLONASS。GNSS系统也可具有区域可用性，诸如中国的北斗系统和印度的IRNSS系统。未来GNSS系统包括欧洲伽利略系统和北斗2以及其他可能的系统或各种系统的组合。
术语“时间信号”指的是在一段时间间隔内所限定的诸如无线电或电信号等时变信号，其用于根据诸如协调世界时(UTC)、GPS时间、国际原子时(TAI)、本地时间或格林威治时间(GMT)等预定的格式来指示时间推移。如果根据同一时间格式，两个时间信号基本上同时指示时间间隔内的相同的时间推移，则认为所述两个时间信号在所述时段内基本上同步。
术语“实时时钟”或RTC指的是一种电子计时器件，其可用于根据诸如协调世界时(UTC)、GPS时间、国际原子时(TAI)、本地时间或格林威治时间(GMT)等预定的格式来提供大致指示当前时间的时间信号。对于自由运行的RTC，时间信号无法确切地指示相关的当前时间，但所述时间信号可看作以预定的精确度和/或精度指示所述时间，所述精确度和/或精度可由于累积的时钟不精确度、电源事件、温度变化、组件变化、时钟调节事件等而随时间变化。例如个人计算机中的典型RTC可包括晶体振荡器电路、一个以上计数器和一个以上电源。
如这里使用的术语“约”指的是距标称值±5％的变化。应当理解，不管是否特别提及，这样的变化总是包括在这里提供的给定值中。
除非以其他方式限定，否则这里使用的所有技术和科学术语的含义与本发明所属领域的技术人员所通常理解的相同。
本发明提供了一种配置为可操作地耦接于主机系统的例如GPS适配器或应用GPS的无线适配器的全球导航卫星系统(GNSS)接收设备。主机系统例如从主机实时时钟提供GNSS接收设备所使用的主机时间信号。GNSS接收设备包括导航接口模块，如空间和/或时间导航目的所要求，所述导航接口模块配置为在导航操作期间接收主机时间信号。导航接口模块还配置为在导航操作期间至少基于主机时间信号而提供导航时间信号。例如，导航时间信号可以大致上是主机时间信号的复本或用于基于关于主机实时时钟精确度或不精确度、时钟漂移(clock drift)、时钟偏差(clock skew)等信息以减小计时不精确度的主机时间信号的校正版本。
GNSS接收设备还包括卫星信号接收模块，所述卫星信号接收模块配置为在导航操作期间使用导航时间信号通过接收卫星信号来促进对全球时间信号的确定。导航时间信号可代表先验(priori)时间测量，而全球时间信号可代表基本上与由卫星保持的时间同步的时间测量。在更新操作期间，将在导航操作期间所获取的全球时间信号提供给导航接口模块，以使用全球时间信号来配置与导航时间信号直接或间接相关的一个以上调节。例如通过促进导航时间信号和全球时间信号之间基本同步，使用这些调节来促进未来的导航操作。这样可有利于例如促进未来的导航操作的速度和/或效率。例如，所述调节可包括对主机提供更新信号，以便在更新操作期间可将主机实时时钟调节为使主机时间信号与全球时间信号基本上同步。作为另一例子，所述调节可包括这样的调节方式，即：至少基于主机时间信号而提供导航时间信号，例如通过调节诸如与主机实时时钟精确度、漂移等相关的参数等所用的参数或模式而从主机时间信号中推导出导航时间信号。例如还可在主机系统内设置用于在更新操作期间促进一个以上的调节的主机模块。
主机系统
耦接有GNSS接收设备的主机系统可以是诸如膝上型计算机、便携式或半便携式台式计算机等个人计算机或诸如PDA(个人数字助理)、汽车计算机、移动电话等其他计算装置。
主机系统包括主机实时时钟。该时钟可配置为对计算机系统的各方面提供时间信号，所述时间信号用于指示主机时钟为了各种目的而保持的时间。例如，所述时钟可将时间信号提供给软件模块、操作系统或诸如网络接口卡的硬件模块。还可将时间信号通过计算机接口提供给GNSS接收设备，所述计算机接口诸如USBTM、FIREWIRETM、BluetoothTM、IEEE802.11、IEEE802.15.4、ZigBeeTM、PC  CardTM、PCMCIATM、ExpressCardTM或其他标准的或非标准的有线或无线接口。
在一个实施例中，可在主机中设置用于响应于一个以上事件而调节主机实时时钟的硬件或软件构件。例如，操作系统能够自动地或根据使用者的输入而启动对主机实时时钟的调节。网络接口卡也能响应于来自网络的信号而启动对主机实时时钟的调节。而且，GNSS接收设备可提供用于启动或促进主机实时时钟的调节的信号。
在一个实施例中，如果主机实时时钟可响应于来自超过一个来源的信号而进行调节，则即使在预定的容差内，也无法保证提供给GNSS接收设备的主机时间信号的精确性。例如，如果另一硬件或软件应用程序调节了主机实时时钟，则在校正所述时钟之前，主机实时时钟对操作GNSS接收设备来说可能基本上无用。
在本发明的一个实施例中，为纠正可由多个来源调节的主机实时时钟的上述问题，本发明提供了一种用于降低调节主机时钟的多个应用程序的影响的时钟网关模块。为此目的，时钟网关模块可管理主机实时时钟的一个以上调节，所述主机实时时钟例如因本发明的实施例或因诸如在主机系统中同时工作的硬件或软件应用程序或主机系统的外围设备等其他来源而启动。
在一个实施例中，硬件或软件模块可用作使寻址到主机实时时钟的通信进入的时钟网关模块。可通过时钟网关模块记录期望调节时钟的操作，于是可检测对GNSS接收设备的操作不利的变化。此外，可由时钟网关模块为不同的应用程序而记录并追踪要对主机实时时钟进行调节的累积量，从而允许校正主机时间信号，使得GNSS接收设备可有效地使用主机时间信号。
在一个实施例中，时钟网关模块可配置为对需要主机时间信号的每个不同的硬件或软件模块提供选定的特定应用主机时间信号。具体来说，可将主机时间信号发送至时钟网关模块，所述时钟网关模块根据包含于存储器中的用于每个特定应用主机时间信号的调节来调节主机时间信号。然后，使合适的模块可使用特定应用主机时间信号以替代初始的主机时间信号。来自不同的硬件或软件模块的期望调节主机实时时钟的信号不可以直接调节例如可操作地耦接于振荡器电路的硬件或软件计数器等计时装置，但是作为替代，其可以调节包含于存储器中的与时钟网关模块关联的用于选定的特定应用主机时间信号的调节。或者，时钟网关模块可包含用于不同的特定应用主机时间信号的诸如硬件或软件计数器等单独的可调节的计时装置。以此方式，除非例如通过如前所述的由时钟网关模块记载和记录的调节来允许主机时间信号的校正，否则GNSS接收设备所见的主机实时时钟可基本上保持不受影响。这样，各个特定应用主机时间信号基本上彼此独立，即，可在不影响其他的情况下独立地设置和调节每个所述主机时间信号。
在一个实施例中，时钟网关模块可对主机实时时钟提供校正，以便例如提高GNSS接收设备所见的主机时间信号的精确度。在其使用期间和使用间隔中，可使用例如时钟漂移测量、时钟偏差测量、温度变动测量等而对主机实时钟或主机时间信号提供校正，以使GNSS接收设备所见的主机时间信号与全球时间信号更精确地对齐。以此方式，可使得主机时间信号更精确，从而改进GNSS接收设备的运行。
在一个实施例中，可通过测定诸如主机时间信号和全球时间信号之间的差异等主机时间信号的一个以上方面来促进由时钟网关模块提供的校正。可通过周期性地比较主机时间信号和诸如全球时间信号的参考信号，并且通过线性或非线性插值法、回归分析法、最小二乘法、递归最小二乘法、诸如卡尔曼滤波算法、扩展卡尔曼滤波算法、粒子滤波算法、递归贝叶斯估计等滤波算法或由本领域技术人员所理解的其他方法，测定主机时间信号的误差或不精确度或者主机时间信号中的线性或非线性趋势，进而测定主机时间信号的这些方面。然后，可使用测定的主机时间信号的误差或不精确度或趋势来调节主机时间信号，以提高所述主机时间信号精确度，或者，在使用主机时间信号时，例如在获得卫星信号期间，可使用所述误差或不精确度或趋势来提供校正系数。可使用例如PID控制或线性二次型调节器控制等线性或非线性反馈控制法来实现此目的。例如，如果主机实时时钟测定为每秒运行得快2ms(例如在基本恒定的标称温度下)，并且确定已有60秒未调节主机实时时钟，则可将主机实时时钟回调120ms以补偿时钟漂移(例如通过重写时钟存储器或直接操作实时时钟电路或移位寄存器)。或者，在本示例中，可将主机时间获取模块或卫星系统接收模块配置为在使用或发送主机时间信号时将120ms的延迟并入主机时间信号中。作为另一示例，可通过拨快主机实时时钟来补偿诸如与时钟偏差相关的延迟等固定延迟，从而在由GNSS接收主机时间信号时不会出现延迟。换言之，如果在主机时间信号的传播过程中存在大量的延迟，则与在主机系统中相反，可在GNSS接收设备中将主机实时时钟设定为提供精确的时间测量。
GNSS接收设备
GNSS接收设备是用于与主机系统一同使用的电子装置，并且被配置为接收并解析卫星信号，以推导出诸如定位和指示由GNSS根据预定的格式保持的时间的全球时间信号等信息。GNSS接收设备还可具有诸如无线通信功能或本领域技术人员所理解的其他功能等进一步的功能。可使用诸如USBTM、FIREWIRETM、BluetoothTM、IEEE802.11、IEEE802.15.4、ZigBeeTM、PC CardTM、PCMCIATM、ExpressCardTM或其他标准或非标准接口的接口来使GNSS接收设备可操作地耦接于主机系统。可操作的耦接便于GNSS接收设备在导航操作期间访问主机时间信号，并用于促进卫星信号接收。由GNSS接收设备获得的全球时间信号用于配置一个以上此处所述的用于促进未来的导航操作的调节。
在本发明的各种实施例中，GNSS接收设备可包括例如本领域已知的用于促使GNSS接收设备运行的各种电子部件。例如，GNSS接收设备可包括诸如CPU等处理器、易失性或非易失性存储器、逻辑电路、通信器件、诸如ASIC和FPGA的集成电路和无线电信号接收、放大、解调及译码器件。
在一个实施例中，促进导航操作包括促进导航时间信号和全球时间信号之间的基本同步。例如，可调节主机系统、主机实时时钟或导航接口模块的各方面，从而当对卫星信号接收操作提供导航时间信号时，致力于使所述导航时间信号可精确地表示全球时间信号。一般来说，更精确的导航时间信号可加快卫星信号接收操作。本领域技术人员能理解，存在促进未来的导航操作的其他方法。
在一个实施例中，可操作的耦接有利于其他操作，诸如由主机系统对GNSS接收设备提供电源和/或将位置数据从GNSS接收设备传送给主机系统以供驻留于所述主机系统的应用程序使用。
例如此处所述，根据本发明的实施例的GNSS接收设备可包括：用于与主机系统耦接的接口；导航接口模块；以及卫星信号接收模块。在一个实施例中，导航接口模块还包括时间信号调节模块。
在本发明的实施例中，导航接口模块配置为在导航操作期间从主机系统接收主机时间信号。例如，在导航操作期间，主机系统可周期性地或响应于诸如由GNSS接收设备产生的请求而将代表主机时间信号的信号发送至与GNSS接收设备的接口。可根据用于主机系统和GNSS接收设备之间的接口的标准而发射代表主机时间信号的信号。
在本发明的实施例中，导航接口模块还配置为至少基于主机时间信号而提供导航时间信号。例如，如果认为主机时间信号是精确的，则导航时间信号可以大致上是主机时间信号的复本，或者导航时间信号可以是用于基于关于主机实时时钟精确度、漂移、偏移、时钟调节事件等的信息来降低计时不精确度的主机时间信号的校正版本。还可将导航接口模块配置为以卫星信号接收模块可用的格式来提供导航时间信号。
卫星信号接收模块可操作地耦接于导航接口模块，并且配置为在导航操作期间使用导航时间信号通过接收卫星信号来促进对全球时间信号的确定。
通常，如本领域所公知，GNSS接收器使用指示当前地理位置的信息通过诸如三边测量法、多边定位法、三角剖分等处理来确定全球时间信号。例如GPS接收器的GNSS接收器可通过得到伪距测量的集合而确定全球时间信号和位置。通过将本地生成的伪随机码序列与由选定的卫星发射的对应的(例如基本上相同但是有时移的)伪随机码序列相关联而得到每个伪距测量。在根据导航时间信号的预定时刻开始本地生成的伪随机码序列的生成。在根据全球时间信号的预定时刻开始由选定的卫星发射的伪随机码序列的发射。假设导航时间信号与全球时间信号同步，则通过对本地生成的伪随机码序列进行时移并观测由此导致的与从卫星接收的伪随机码序列的相互关系，GNSS接收器可以测定来自卫星的信号的传播延迟。假设导航时间信号与全球时间信号匹配，则用光速与该传播延迟相乘而得出可指示GNSS接收器和卫星之间的距离的伪距测量。
GNSS接收器不仅可得到空间定位测量，还可得到计时信息。例如，如果GNSS接收器得到距不同卫星的四个以上伪距测量，则不仅可通过使用所发射的关于卫星的位置和伪距测量的信息进行的三边测量法来确定GNSS接收器的三维坐标，还可通过卫星测量而精确地得到全球时间信号。这通常通过使用第四个伪距测量以确定时间信号而进行，如果以导航时间信号替代所述时间信号，则会导致所有伪距测量基本上一致。将所述时间信号用作全球时间信号。由于使得由每个卫星发射的伪随机码序列的各起点同步，因此可实现这一点。可采用本领域已知的估计技术，使用其它的伪距测量以精细位置和/或计时测量。在此情况下，通常将空间位置和/或全球时间信号的测量作为根据一些预定标准最适合所接收的卫星信号信息的测量。
在一个实施例中，卫星信号接收模块配置为通过测定到四个以上卫星的伪距，然后通过在可能的全球时间信号的范围中进行选择而确定全球时间信号，使得在给定具有预定的精确度和精度的单个位置的测量的情况下，使用选定的时间信号作为导航或全球时间信号会导致基本上一致的一组伪距测量，从而确定全球时间信号。
在一个实施例中，通过使用导航时间信号来确定哪些卫星是当前可见的并且优先搜索来自所述卫星的信号，卫星信号接收模块可使用导航时间信号来促进对全球时间信号的确定。例如，在给定的时间，从给定位置来看，仅一部分诸如GPS卫星的GNSS卫星的是可见的。而且，从既不在正上方的也不太靠近地平线的那些卫星，可得到最精确的信息。因此，若给定近似的位置和来自导航时间信号的精确的时间信息，则GNSS卫星信号接收模块可基于信息的期望的精确度、信号的期望的可用性等而预测哪些卫星信号可用，并且优先搜索所述信号。
在一个实施例中，通过使用导航时间信号作为全球时间信号的初始估值以初始化信号接收操作，卫星信号接收模块可使用导航时间信号来促进对全球时间信号的确定。例如，在确定伪距测量时，诸如GPS接收器的GNSS接收器对本地生成的伪随机码序列进行时移操作，以将所述伪随机码序列与对应的所接收的伪随机码序列相关联。如果导航时间信号基本上与全球时间信号同步，则因为可提供对产生期望的相互关系所需要的时移的精确的初始估计，故可显著缩短时移操作的持续时间，从而缩小用于该操作的搜索范围。
在一个实施例中，如果导航时间信号与全球时间信号大致同步，则例如通过三边测量法仅需要三个伪距测量便可得到精确的定位。然而，仍可为各种目的而例如进行更新操作以进行额外的伪距测定。
在一个实施例中，对例如高于海平面的高度的一些位置要素的了解也可以减小为得到精确的定位或计时所需的伪距测量的数目。还可例如通过促进对卫星信号的选择或影响本地生成的伪随机码序列的时序而使用所述的信息来减小导航操作所需的时间。
在获取全球时间信号后，使用所确定的全球时间信号来配置用于促进未来的导航操作的一个以上调节。可通过提供精确的导航时间信号来促进例如紧接着当前操作或接着中间的时间间隔的未来的导航操作，或通过使用全球时间信号以其他方式促进或加速完成未来的导航操作。可配置或执行一个以上调节以促进所述条件。
在一个实施例中，将导航接口模块配置为通过比较全球时间信号的观测值与主机时间信号的观测值来确定主机时间信号和全球时间信号之间的一个以上差异。可基于一个以上这样的比较，来建立时间推导过程，所述时间推导过程通过提高导航时间信号的精确度而例如促进导航时间信号与全球时间信号之间的基本同步，以此方式从主机时间信号推导出导航时间信号。例如，时间推导过程可用于补偿由于例如时钟漂移、诸如由于时钟偏差引起的偏移、电源事件、温度变化、组件变化、时钟调节事件等引起的累积的时钟不精确度。
例如，在本发明的一个实施例中，主机时间信号和全球时间信号之间的测定的差异可由多项式方程表示：
h(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+...     (1)
其中，t代表根据全球时间信号的时间，h(t)代表根据主机时间信号的时间，并且a0、a1、a2、a3...是通过所观测的主机时间信号和所观测的全球时间信号之间的一个以上比较而确定的参数。例如，a0可代表主机时间信号和全球时间信号之间的恒定偏移，例如关于主机实时时钟和GNSS之间的时钟偏差，而a1可代表与全球时间信号相关的主机时间信号的恒定漂移因数。虽然通常认为h(t)是递增函数，但是可利用高次项来对更复杂的时钟不精确度进行建模。如果h(t)≈t，则可认为主机时间信号和全球时间信号基本上同步。可用例如使用其他周期函数、超越函数、解析函数、非解析函数或其他函数的其他表达式、查找表、频域或其他变换域表达式等作为对多项式方程(1)的替代。
在一个实施例中，可通过周期性地比较主机时间信号和诸如全球时间信号的参考信号来测定主机时间信号和全球时间信号之间的差异，并且可通过线性或非线性插值法、回归分析法、最小二乘法、递归最小二乘法、诸如卡尔曼或粒子滤波算法的滤波算法或本领域技术人员所理解的其他方法来测定主机时间信号中的测量误差或不精确度。例如，可通过多个比较和所述滤波算法或估计技术的应用来测定表达式(1)的参数。
在一个实施例中，导航接口模块包括时间信号调节模块，该时间信号调节模块配置为根据当前规定的和参数化的时间推导过程而从主机时间信号推导出导航时间信号。例如，导航接口模块可根据表达式(1)的表示而以上述确定的参数a0、a1、a2、a3...来对主机时间信号和全球时间信号之间的差异进行建模。对于h(t)为递增函数时，时间推导过程通常相当于评估在给定的表示主机时间信号的值s处的反函数h-1(s)。即，如果根据主机时间信号，在某一时刻的时间由值s所给定，则时间推导过程可确定满足h(t)＝s的对应值t。本领域技术人员能理解用于有效确定或近似求得这样的对应值的各种技术。以这种方式导出的值的离散或连续序列包括导航时间信号，在本发明的本实施例中可将所述导航时间信号看作基本上“已校正”的时间信号。
在一个实施例中，导航接口模块配置为在更新操作期间对主机系统或主机模块提供更新信号。例如，在更新操作期间，GNSS接收设备的导航接口更新模块可周期性地或者响应于诸如由GNSS接收设备或主机系统发出的请求而将指示全球时间信号或其他相关计时信息的更新信号通过接口而传送至主机系统。更新信号可代表全球时间信号或取决于所述全球时间信号的测量，并且通常根据主机系统和GNSS接收设备之间的接口标准而发射。更新信号用于配置一个以上调节以促进导航时间信号和全球时间信号之间的同步。例如，更新信号可用于促进主机实时时钟的调节，使得主机时间信号(导航时间信号所基于的主机时间信号)基本上与全球时间信号同步，或以其他方式调节所述主机时间信号以便例如提供主机时间信号或用于未来的导航操作的导航时间信号。还可调节与主机系统上的主机实时时钟相关的其他方面。
主机模块
在一个实施例中，本发明提供了一种例如包括在主机系统上运行或与主机系统一起运行的硬件或软件的主机模块，所述主机模块配置为与主机实时时钟和导航接口模块连接。主机模块在主机系统和GNSS接收设备之间提供增强的交互作用。
在一个实施例中，将主机模块配置为与主机实时时钟连接，以使所述主机实时时钟的主机时间信号与全球时间信号基本上同步。为实现此目的，可将主机模块配置为通过主机系统和GNSS接收设备之间的接口而从导航接口模块接收代表全球时间信号的信号。
在一个实施例中，将主机模块配置为直接地或通过时钟网关模块调节主机实时时钟。例如，可将主机模块配置为访问指示主机实时时钟的当前状态的存储单元或硬件或软件计数器，并且以更新主机实时时钟的方式更新存储单元或计数器，使得主机时间信号基本上与全球时间信号同步，就如果主机时间更新模块提供给主机模块的那样。在另一实施例中，主机模块首先读取主机实时时钟的当前状态以促进或记录更新处理。
在一个实施例中，需要可测的可变的或固定量的时间来完成主机实时时钟的更新，从而可以提供指示全球时间信号的信号，所述全球时间信号在进行存储单元或计数器更新时已经过时。为实现此目的，可通过将待写入存储单元或计数器的值提前一被选择以补偿可变的或固定的延迟量而将主机模块配置为可校正任何延迟。在可变延迟的情况下，可测定以预定的方式决定变化量的因数，以确定变量延迟的量。
可以各种方式设置、耦接或集成本发明的模块、系统和其他部件，所述模块、系统和其他部件例如主机实时时钟、主机时间获取模块、卫星信号接收模块、主机时间更新模块、主机模块等。例如，所述模块、系统或部件可包括专用硬件(例如电子部件)；由两个以上模块、系统或部件共享的硬件；或专用的和共享的硬件的组合。模块、系统或部件还可包括专用的软件或固件；由两个以上模块、系统或部件共享的软件或固件；或专用的和共享的软件或固件的组合。而且，所述软件或固件可由专用的处理装置、由两个以上模块、系统或部件共享的处理装置或专用的和共享的处理装置的组合来执行，以提供本发明的所期望的功能。可通过一个以上操作系统、硬件系统、通信网络控制器或本领域技术人员所理解的其他系统而任选地管理所述模块、系统和部件的全部或部分功能。
例如，参照图2，在一个实施例中，在主机系统250中的主机模块260、主机实时时钟270、计时模块280、网关模块275和数据接口端口214可以任选地共享诸如主机系统中央处理器(CPU)和电源的一些硬件资源，而还可每个具有诸如时钟电路和数据接口电路等专用的硬件资源。作为另一示例，主机实时时钟270和网络接口端口214也可具有用于自身运行的基本上分离的固件，同时还由诸如BIOS等共享固件所支持。作为又一示例，可根据本发明使用诸如操作系统的较大的软件系统中的专用的模块化软件单元(例如驱动程序)的组合来操作各个主机模块260、主机实时时钟270、计时模块280、网关模块275和数据接口端口214。本领域技术人员可理解其他计算机架构。
继续参照图2，在一个实施例中，接收设备100中的导航接口模块120、卫星信号接收模块130、时间信号调节模块140和数据接口端口110可以任选地彼此共享或与主机系统250共享一些硬件、软件和固件资源。例如，接收设备100可包括由多个模块使用的公共处理器，或者卫星信号接收模块可使用专用的处理器。用于软件或固件的指令可驻留在接收设备100(在专用的或共享的存储器中)、主机系统250或其组合中。例如，如本领域所公知，主机系统250可将软件代理(agent)发送至接收设备100，以在接收设备100上执行一些功能。可通过从主机系统250发送信息而任选地启动对接收设备100的各种模块的软件或固件的更新。接收设备100的模块还可以任选地使用主机系统250上的处理装置。而且，导航接口模块120的部分可与卫星信号接收模块130的部分密切地耦接，以便促进导航时间信号125的发射和处理。本领域技术人员会理解本发明的模块、系统或部件的配置的其他变化。
下面参照具体示例说明本发明。应当理解，下列示例是为了说明本发明的实施例，而不是为了以任何方式限制本发明。
示例
示例1：
图1图示了根据本发明的实施例的例如用于与诸如便携式计算机、PDA、汽车计算机、蜂窝电话等主机系统耦接的插入式GPS接收卡的GNSS接收设备100。接收设备100配置为通过数据接口端口110以从主机系统接收主机时间信号105。数据接口端口110还可传递诸如位置信息等与GNSS接收设备100的操作相关的其他信号并使来自主机系统的电源线和地线通过。在导航操作期间，将来自主机系统的主机时间信号105提供给用于接收主机时间信号的导航接口模块120。导航接口模块120还可执行下列任务，诸如请求来自主机系统的主机时间信号105、将导航时间信号125提供给卫星信号接收模块130、至少基于主机时间信号而推导出导航时间信号、从卫星信号接收模块130接收全球时间信号135以及将更新信号145提供给主机系统。
继续参照图1，在导航操作期间，卫星信号接收模块130配置为根据例如本领域技术人员易于理解的标准GPS操作而例如从GPS卫星接收卫星信号132，并解析这些信号以确定位置信息和全球时间信号。全球时间信号用于指示由在GPS卫星上的相互同步的时钟所保持的时间。卫星信号接收模块130配置为使得导航时间信号在基本上与全球时间信号同步时可减少卫星信号接收模块130用于确定全球时间信号所需的时间。例如，精确的导航时间信号可带来卫星的精确定位信息和对由GPS卫星发射的伪随机信号的相位或开始时刻的精确预测。
继续参照图1，卫星信号接收模块130配置为在更新操作期间将导航操作期间所获取的全球时间信号135提供给导航接口模块120。导航接口模块配置为在更新操作期间至少使用全球时间信号来配置一个以上调节。所述一个以上调节配置为例如通过促进导航时间信号和全球时间信号之间的基本同步而促进未来的导航操作。
在一个实施例中，将导航接口模块120配置为使用全球时间信号来配置一个以上调节，所述调节配置为例如通过促进导航时间信号和全球时间信号之间的基本同步而促进未来的导航操作。在另一实施例中，借助于可选的时间信号调节模块140进行所述配置。
在一个实施例中，导航接口模块120配置为通过数据接口端口110而将更新信号145提供给主机系统。例如，更新信号145可指示全球时间信号135。然后，使用更新信号145来调节主机实时时钟，以使主机时间信号105和全球时间信号145基本上同步。以此方式，使得在未来获取操作中提供给GNSS接收设备100的主机时间信号105可更精确地用于未来卫星信号接收操作中。
示例2：
图2图示了根据本发明的实施例的应用GNSS的系统，所述应用GNSS的系统包括诸如耦接于诸如便携式计算机、PDA、汽车计算机、蜂窝电话等主机系统250的插入式GPS接收卡的GNSS接收设备100。接收设备100配置为通过数据接口端口110从主机系统250接收主机时间信号105，数据接口端口110从主机系统250通过数据链路212接收信号，数据链路212将数据接口端口110与主机系统250上的对应的数据接口端口214连接。数据接口端口110还可传递诸如位置信息等与GNSS接收设备100的操作相关的其他信号并使来自主机系统250的电源线和地线通过。GNSS接收设备100的其他操作如示例1所述。
继续参照图2，在一个实施例中，导航接口模块120配置为将更新信号145通过数据接口端口110提供给主机系统250。例如，更新信号145可指示全球时间信号135。更新信号经过数据接口端口110、经过数据链路212并且经过主机系统250的相应的数据接口端口214。主机模块260接收更新信号145，并且配置为在更新操作期间调节主机实时时钟270以使主机时间信号和全球时间信号245基本上同步。在本示例的实施例中，主机实时时钟270可包括网关模块275和计时模块280。如本领域技术人员所理解，计时模块280可包括诸如耦接于一系列纹波计数器的晶体振荡器等硬件电路。网关模块可包括与计时模块280的接口，并且可选地作为用于调节主机实时时钟的不同硬件或软件系统的单独的接口，从而，来自不同于GNSS接收设备和主机模块的系统的调节基本上不会影响由GNSS接收设备所见的主机时间信号向全球时间信号的同步化。
示例3：
图3图示了根据本发明的实施例的用于操作GNSS接收设备的方法。在初始步骤310中，GNSS接收设备从主机系统获取主机时间信号。可通过对主机系统发送请求，或者通过周期性地或连续地读取由主机系统发射的指示主机时间信号的信号而获取主机时间信号。在随后的步骤320中，GNSS接收设备至少基于主机时间信号而提供导航时间信号。例如，在认为主机时间信号精确时，导航时间信号可以基本上是主机时间信号的复本，或者导航时间信号可以是配置为基于与主机实时时钟精确度、漂移等有关的信息而降低计时不精确度的主机时间信号的校正版本。在随后的步骤330中，GNSS接收设备使用导航时间信号来配置卫星信号接收操作。如前所述，导航时间信号用于减少卫星信号接收操作所需的时间。在随后的步骤340中，由GNSS接收设备执行卫星信号接收操作，例如通过观测并将基于主机时间信号的本地生成的和时移的伪随机序列与从卫星接收的相应的伪随机序列相关联，以确定来自卫星的定位和计时信息。在随后的步骤350中，将在步骤330中确定的计时信息用于恢复用于指示由卫星保持的全球时间的全球时间信号。在步骤360中，全球时间信号用于配置至少基于全球时间信号的一个以上调节，所述一个以上调节用于促进未来的导航操作。例如，可通过促使导航时间信号和全球时间信号之间的基本同步而促进未来的导航操作。例如，所述一个以上调节可包括：调节主机系统的主机实时时钟以使主机时间信号和全球时间信号基本上同步，以及提供基本上基于主机时间信号的导航时间信号。作为另一示例，一个以上调节可包括调节时间信号调节的参数通过所述时间信号调节，基于在先收集的关于主机时间信号的信息和可用于提高时间信号精确度的校正措施，可从主机时间信号推导出导航时间信号。例如，可监测时钟偏差、时钟漂移、外部时钟调节或时间信号不精确度的其他来源，并且采取校正措施。
示例4：
图4图示了根据本发明的实施例的应用GNSS的系统，其包括可操作地耦接于主机便携式系统250的插卡型GNSS接收设备100。插入式连接可以是PCMCIATM连接、CardBusTM连接、PC CardTM连接、ExpressCardTM连接、USBTM连接、FIREWIRETM连接或本领域技术人员所理解的其他插入式连接。GNSS接收设备100观测来自卫星470的信号以促进对全球时间信号的确定。本领域技术人员显然明白，主机系统和GNSS接收设备之间可采用其他连接配置。例如，可使用包括USBTM或FIREWIRETM或其他电缆的有线连接，也可使用诸如通过BluetoothTM、IEEE802.11、ZigBeeTM、IEEE802.15.4等实施的无线连接。而且，主机系统不限于便携式计算机，还可以是任何计算机系统或PDA、蜂窝电话或本领域技术人员所理解的能提供实时时钟信号的其他电子装置。
示例5：
图5图示了根据本发明的实施例的主机系统250、导航接口模块120和卫星信号接收模块130之间的信号的时序。
如图5所示，在导航操作520期间，由主机系统250将主机时间信号105提供给导航接口模块120。然后，导航接口模块120基于主机时间信号而将导航时间信号125提供给卫星信号接收模块130。这里可能涉及对主机时间信号105的处理。然后，卫星信号接收模块130使用导航时间信号125通过接收卫星信号而促进对全球时间信号135的确定。
如图5所示，在更新操作540期间，卫星信号接收模块130将全球时间信号135提供给导航接口模块120。在导航接口模块120处，可使用全球时间信号135来配置一个以上调节。可选地，可将更新信号145从导航接口模块120提供给主机系统250，所述更新信号用于促进主机系统250的模块的一个以上调节。
应当理解，虽然这里为了说明目的而描述了本发明的具体实施例，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下可作出各种变化。具体来说，下述做法均包括在本发明的范围内，所述做法例如提供计算机程序产品或程序单元、或者诸如固体或液体传送介质、磁或光的导线、磁带或光盘等程序存储或记忆器件以便存储用于根据本发明的方法来控制计算机的操作的机器可读的信号和/或构造根据本发明的系统的一些或所有的系统部件。
例如，在本发明的实施例中，可通过使用计算机程序产品或软件来配置通用计算机的部件，以提供所述主机模块、时钟网关模块和/或计时模块的全部或一部分，所述计算机程序产品或软件例如设置为以诸如GNSS接收设备的硬件来运行。
此外，虽然可使用通用OS和/或通用硬件来实现本发明的上述部分，但是也可使用非通用OS并且/或使用非通用硬件来实现本发明的方法、设备和计算机程序产品的运行，这也在本发明的范围内。
而且，可在诸如个人计算机、服务器等任何通用计算机上，并且根据一个以上从诸如C++、Java、Pl/1等任何程序语言生成的程序单元、模块或对象或一个以上所述程序单元、模块或对象的一部分来执行所述方法的每个步骤。而且，可通过专用硬件或为所述用途而设计的电路模块来执行每个步骤或者用于实施每个所述步骤的文件或对象等。
显然，本发明的所述实施例是示例性的并且可以各种方式变化。这样的变化不应看作脱离本发明的精神和范围，并且，这样的在本领域中显而易见的所有变化都应包括在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种配置为可操作地耦接于主机系统的全球导航卫星系统接收设备，所述全球导航卫星系统接收设备包括：
a)导航接口模块，其配置为在导航操作期间从所述主机系统接收主机时间信号，所述导航接口模块还配置为在所述导航操作期间至少基于所述主机时间信号而提供导航时间信号；以及
b)卫星信号接收模块，其配置为在所述导航操作期间使用所述导航时间信号通过接收卫星信号来促进对全球时间信号的确定；
其中，在更新操作期间，将所述全球时间信号提供给所述导航接口模块，所述导航接口模块配置为在所述更新操作期间至少使用所述全球时间信号来配置一个以上调节，所述一个以上调节配置为促进未来的导航操作。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述主机时间信号由所述主机系统的主机实时时钟提供。
3.如权利要求2所述的设备，其中，在所述更新操作期间的所述一个以上调节包括对所述主机实时时钟的调节。
4.如权利要求2所述的设备，还包括所述主机实时时钟的时钟网关模块，所述时钟网关模块配置为管理对所述主机实时时钟的一个以上调节，所述一个以上调节由一个以上来源提供。
5.如权利要求4所述的设备，其中，所述时钟网关模块还配置为提供一个以上特定应用主机时间信号，每个特定应用主机时间信号是独立的。
6.如权利要求1所述的设备，其中，所述导航接口模块还包括时间信号调节模块，所述时间信号调节模块配置为基于参数化时间推导过程而从所述主机时间信号推导出所述导航时间信号。
7.如权利要求6所述的设备，其中，在所述更新操作期间配置的所述一个以上调节包括对所述参数化时间推导过程的一个以上参数的调节。
8.如权利要求1所述的设备，所述设备还包括所述主机系统的主机模块，所述主机模块配置为在所述更新操作期间促进所述一个以上调节。
9.如权利要求1所述的设备，其中，在所述更新操作期间的所述一个以上调节配置为促进所述导航时间信号与所述全球时间信号之间的同步。
10.如权利要求1所述的设备，其中，至少部分地基于关于所述主机实时时钟的信息而生成所述导航时间信号，所述信息选自于时钟精确度、时钟漂移、时钟偏差、电源事件、温度变动、组件变化以及时钟调节事件。
11.一种用于对可操作地耦接于主机系统的全球导航卫星系统接收设备进行操作的方法，所述方法包括：
a)进行导航操作，所述导航操作包括：
i)至少基于来自所述主机的主机时间信号而提供导航时间信号；
ii)使用所述导航时间信号来进行卫星信号接收操作；和
iii)至少部分地基于从所述卫星信号接收操作中得到的信息来确定全球时间信号；以及
b)至少使用所述全球时间信号进行一个以上调节以促进未来的导航操作。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述主机时间信号由所述主机系统的主机实时时钟提供。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述一个以上调节包括对所述主机实时时钟的调节。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述主机实时时钟服务于一个以上辅助应用，并且，所述方法还包括如下步骤：对所述一个以上辅助应用的每一个提供特定应用主机时间信号，其中每个特定应用主机时间信号独立于所述主机时间信号。
15.如权利要求11所述的方法，其中，基于参数化时间推导过程从所述主机时间信号推导出所述导航时间信号。
16.如权利要求15所述的方法，其中，为促进未来的导航操作而进行的所述一个以上调节包括对所述参数化时间推导过程的一个以上参数的调节。
17.如权利要求11所述的方法，其中，为促进未来的导航操作所进行的一个以上调节用于促进所述导航时间信号和所述全球时间信号之间的同步。
18.如权利要求11所述的方法，其中，提供所述导航时间信号还包括根据修改模式来修改所述主机时间信号，其中所述一个以上调节包括对所述修改模式的调节。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述修改模式至少部分地基于从时钟精确度、时钟漂移、时钟偏差、电源事件、温度变动、组件变化和时钟调节事件中选出的信息。
20.一种应用全球导航卫星系统(GNSS)的系统，其包括：
a)主机模块，其可操作地耦接于主机实时时钟，所述主机实时时钟配置为提供主机时间信号；以及
b)全球导航卫星系统接收设备，其可操作地耦接于所述主机模块，所述全球导航卫星系统接收设备包括：
i)导航接口模块，其配置为在导航操作期间接收所述主机时间信号，所述导航接口模块还配置为在所述导航操作期间至少基于所述主机时间信号而提供导航时间信号；和
ii)卫星信号接收模块，其配置为在所述导航操作期间使用所述导航时间信号通过接收卫星信号来促进对全球时间信号的确定；
其中，在更新操作期间，将所述全球时间信号提供给所述导航接口模块，所述导航接口配置为在所述更新操作期间至少使用所述全球时间信号来配置一个以上调节，所述一个以上调节配置为促进未来的导航操作。
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