利用导航卫星确定终端设备位置和速度的方法及电子装置与流程

1.本技术涉及通信技术领域，尤其涉及利用导航卫星确定终端设备位置和速度的方法及电子装置。


背景技术：

2.手机、手环、pad等智能终端已经成为人们生活中必不可少的装备。在这些终端中，除了传统的地图和导航服务，越来越多的其他应用所提供的基于位置服务(location based service，lbs)的服务，例如基于位置的外卖、网购等，也正在获得越来越多的关注。
3.作为基于位置服务的重要一环，全球导航卫星系统(global navigation satellite system，gnss)技术发挥着无可替代的作用。目前，全世界已有多个全球卫星导航系统开始了商用，包括美国的全球定位系统(global positioning system，gps)、中国的北斗卫星导航系统(beidou navigation satellite system，bds)、俄罗斯的全球卫星导航系统格洛纳斯(glonass)以及欧洲的伽利略卫星导航系统(galileo satellite navigation system)系统等。
4.由于gnss系统通信速率较低，以gps为例，其导航电文的比特率为50bps，即每一比特长20ms，每30个比特构成一个字，每10个字构成一个子帧，计6s。每帧导航电文包含5个子帧，长度为30s，其可用于计算精确的卫星轨道与时钟信息。当终端设备发起定位请求时，终端内置的gnss芯片为了完成定位，需要从导航信号中解调出一套完整的导航电文。在信号质量良好的情况下，首次定位时间(time to first fix，ttff)也不低于30秒；而若信号质量不好，则这个过程将花费更长的时间。漫长的等待时间将严重影响用户的使用体验。
5.针对这些问题，现有技术中已经提出了辅助全球导航卫星系统(auxiliary-global navigation satellite system，agnss)技术。目前，agnss技术主要分为两种形式，第一种形式为标准agnss服务，通过实时的网络连接为用户提供当前可见卫星的广播星历，另一种形式为星历扩展(extended ephemeris)服务，可为用户提供有效期更长的预报星历，两种方式均可以有效的减少首次定位时间，但是现有技术仍不能满足客户对自身定位的更高要求。标准agnss服务需实时从agnss服务器获取星历数据，因此需要较高的网络连接频率，而且对网络质量有一定的要求；无论是标准agnss服务，还是星历扩展服务，在每次定位过程中，gnss芯片需频繁的使用星历参数计算导航卫星位置、速度，这一过程涉及较多浮点运算，使得gnss芯片的计算量较大，功耗较高。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本技术提供一种确定终端设备的方法、卫星轨道的预报方法及电子装置，能够解决gnss芯片在解算导航卫星位置、速度所需的运算量的问题，从而有效降低gnss芯片功耗。
7.本技术的一些实施方式提供了一种利用导航卫星确定终端设备位置和速度的方法。以下从多个方面介绍本技术，以下多个方面的实施方式和有益效果可互相参考。
8.第一方面，本技术提供一种利用导航卫星确定终端设备位置和速度的方法，应用于服务器和与服务器通信连接的终端设备，包括：服务器基于eop参数和导航卫星的精密星历对导航卫星的卫星轨道、钟差参数进行拟合，获得拟合后的卫星轨道和拟合后的钟差参数；服务器基于拟合后的卫星轨道参数确定导航卫星在第一时段内的各时间点对应的位置，以得到导航卫星的预报轨道数据；服务器对预报轨道数据按照第二时段进行分段，以获得多段预报轨道数据，并通过多项式模型对多段预报轨道数据中的每一段预报轨道数据进行拟合，确定与每一段预报轨道数据对应的多项式模型的基函数系数，其中，第二时段小于第一时段；服务器将基函数系数和拟合后的钟差参数发送给终端设备，并存储在终端设备的存储器中，在终端设备的gnss芯片需要计算时，从存储器中获取这些参数，并基于基函数系数、拟合后的钟差参数、以及由其获取的导航卫星伪距和载波相位确定终端设备的与时间关联的位置和速度。本技术的实施例能够大幅度简化服务器端预报轨道参数拟合过程，以及简化终端设备的gnss芯片计算导航卫星位置、速度的过程，从而有效降低gnss芯片功耗，能够在确保卫星轨道拟合误差在允许范围内情况下，将拟合时长延长至8-12小时，使得gnss芯片实现更低的参数更新频率。此外，在降低终端设备的首次定位时间，提升用户体验情况下，降低了网络请求频率及对网络质量的依赖。
9.在上述第一方面的一种可能的实现中，该方法还包括：服务器获取并基于广播星历参数、导航卫星伪距和载波相位计算得到eop参数和导航卫星的精密星历。
10.在上述第一方面的一种可能的实现中，终端设备确定自身位置和速度，具体包括：终端设备的gnss芯片基于基函数系数和基函数计算导航卫星的与时间关联的位置和速度；终端设备的gnss芯片基于导航卫星的位置和速度，钟差参数，以及其获取的导航卫星伪距和载波相位计算终端设备的与时间关联的位置和速度。
11.在上述第一方面的一种可能的实现中，多项式模型为切比雪夫多项式。采用该模型能够大幅度简化服务器端卫星轨道参数拟合过程，以及简化终端设备的gnss芯片计算导航卫星位置、速度的过程。
12.在上述第一方面的一种可能的实现中，服务器确定与每一段预报轨道数据对应的多项式模型的基函数系数，包括：服务器在每一段预报轨道数据内，按照以第三时段为间隔，等间隔地采集预报轨道数据中的导航卫星的位置，其中第三时段小于第二时段；设定基函数的阶数，基于基函数对采集的每个预报轨道数据中的导航卫星的位置进行拟合，以确定每一段预报轨道数据对应的基函数系数，本技术中，第二时段可以被第三时段整除。该拟合过程与现有广播星历参数拟合过程相比，计算过程大大简化，服务器可快速完成轨道参数拟合，且该方案大大简化了gnss芯片计算导航卫星位置、速度的过程，以便于gnss芯片快速计算导航卫星位置、速度，从而实现自身定位、测速。
13.在上述第一方面的一种可能的实现中，采用最小二乘算法，对预报轨道数据中的导航卫星的位置进行拟合。该拟合算法拟合速度快，计算过程简单。
14.第二方面，本技术提供一种利用导航卫星确定终端设备的位置和速度的方法，应用于终端设备，包括：终端设备获取服务器发送的钟差参数，与预报轨道数据对应的多项式模型的基函数系数，并存储在存储器中，在终端设备的gnss芯片需要计算时，从存储器中获取这些参数并基于多项式模型的基函数和基函数系数确定导航卫星的位置和速度；终端设备的gnss芯片基于导航卫星的位置和速度，拟合的钟差参数，以及其获取的导航卫星伪距
和载波相位确定其自身的位置和速度。本技术的实施例能够大幅度简化服务器端预报轨道参数拟合过程，以及简化终端设备的gnss芯片计算导航卫星位置、速度的过程，从而有效降低gnss芯片功耗，能够在确保卫星轨道拟合误差在允许范围内情况下，将拟合时长延长至8-12小时，使得gnss芯片实现更低的参数更新频率。此外，在降低终端设备的首次定位时间，提升用户体验情况下，降低了网络请求频率及对网络质量的依赖。
15.在上述第二方面的一种可能的实现中，多项式模型为切比雪夫多项式。采用该模型能够大幅度简化服务器端卫星轨道参数拟合过程，以及简化终端设备的gnss芯片计算导航卫星位置、速度的过程。
16.第三方面，本技术还提供一种导航卫星的轨道的预报方法，应用于服务器，包括：服务器基于eop参数和导航卫星的精密星历对卫星轨道、钟差参数进行拟合，获得拟合后的卫星轨道和拟合后的钟差参数；服务器基于拟合后的卫星轨道参数确定导航卫星在第一时段内的各时间点对应的位置，以得到预报轨道数据；服务器对预报轨道数据按照第二时段进行分段，以获得多段预报轨道数据，并通过多项式模型对多段预报轨道数据中的每一段预报轨道数据进行拟合，确定与每一段预报轨道数据对应的多项式模型的基函数系数，其中第二时段小于第一时段；服务器输出基函数系数和钟差参数，基函数系数和钟差参数用于与服务器通信连接的终端设备确定该终端设备与时间关联的位置和速度。本技术的实施例，大幅度的简化了服务器端预报轨道参数拟合过程，以及简化了终端设备的gnss芯片计算导航卫星位置、速度的过程，从而有效降低gnss芯片功耗，能够在确保卫星轨道拟合误差在允许范围内情况下，将拟合时长延长至8-12小时，使得gnss芯片实现更低的参数更新频率。此外，在降低终端设备的首次定位时间，提升用户体验情况下，降低了网络请求频率及对网络质量的依赖。
17.在上述第三方面的一种可能的实现中，该方法还包括：服务器获取并基于广播星历参数、导航卫星伪距和载波相位计算得到eop参数和导航卫星的精密星历。
18.在上述第三方面的一种可能的实现中，多项式模型为切比雪夫多项式。采用该模型能够大幅度简化服务器端卫星轨道参数拟合过程，以及简化终端设备的gnss芯片计算导航卫星位置、速度的过程。
19.服务器确定与每一段预报轨道数据对应的多项式模型的基函数系数，包括：服务器在每一段预报轨道数据内，按照以第三时段为间隔，等间隔地采集预报轨道数据中的导航卫星的位置，其中第三时段小于第二时段；设定基函数的阶数，基于基函数对采集的每个预报轨道数据中的导航卫星的位置进行拟合，以确定每一段预报轨道数据对应的基函数系数。其中，第二时段可以被第三时段整除。该方法大幅度简化了服务器端卫星轨道参数拟合过程，以及简化了终端设备的gnss芯片计算导航卫星位置、速度的过程。
20.在上述第一方面的一种可能的实现中，采用最小二乘算法，对预报轨道数据中的导航卫星的位置进行拟合。
21.第四方面，本技术还公开一种电子装置，包含一个或多个存储器，与存储器耦合的一个或多个处理器，以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储在存储器中，电子设备用于执行第二方面所述的方法。
22.在上述第四方面的一种可能的实现中，电子装置为手机，电子装置所在的系统为手机；或者电子装置为芯片，电子装置所在系统为芯片所在移动终端。
23.第五方面，本技术还提供一种电子装置，包含一个或多个存储器，与存储器耦合的一个或多个处理器，以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储在存储器中，电子设备用于执行第三方面所述的方法。
24.在上述第五方面的一种可能的实现中，电子装置为服务器，电子装置所在的系统为服务器；或者电子装置为芯片，电子装置所在系统为芯片所在服务器。
25.第六方面，本技术还提供一种包含指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品在电子设备上运行时，使得处理器执行第二方面和第三方面所述的方法。
26.第七方面，本技术还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时，使得处理器第二方面和第三方面所述的方法。
附图说明
27.图1为本技术一个实施例的利用导航卫星确定终端设备的位置的场景图；
28.图2为现有技术中标准agnss技术确定终端设备位置的场景图；
29.图3为本技术一个实施例的手机的结构示意图；
30.图4为本技术一些实施例的一种服务器的框图；
31.图5为本技术一个实施例的用于确定终端设备的位置和速度的流程图；
32.图6为本技术一个实施例的导航卫星轨道的拟合过程的轨迹图；
33.图7为本技术一些实施例的电子设备的结构图；
34.图8为本技术一些实施例的一种片上系统(soc)的框图。
具体实施方式
35.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
36.可以理解的是，如本文所使用的，术语“模块
””
可以指代或者包括专用集成电路(asic)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用、或群组)和/或存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述的功能的其他适当硬件组件，或者可以作为这些硬件组件的一部分。
37.可以理解的是，在本技术各实施例中，处理器可以是微处理器、数字信号处理器、微控制器等，和/或其任何组合。根据另一个方面，所述处理器可以是单核处理器，多核处理器等，和/或其任何组合。
38.可以理解的是，本技术的终端设备可以是手机、平板电脑、桌上型电脑、个人数字助理(personal digital assistant，pda)、可穿戴设备、导航仪、车载设备等装具有导航功能的设备。
39.目前，为了提升用户的体验，需提高用户设备首次定位时间，而提出了辅助全球导航卫星系统(auxiliary-global navigation satellite system，agnss)技术，agnss技术主要分为两种形式，第一种形式为标准agnss服务，通过实时的网络连接为用户提供当前可见卫星的广播星历，用户设备在每次发起定位过程中，通过网络请求的方式从agnss服务器获取所需星历数据，从而辅助gnss芯片实现快速定位、测速。标准agnss服务需实时从agnss服务器获取星历数据，因此需要较高的网络连接频率，而且对网络质量有一定的要求；在每
次定位过程中，gnss芯片需频繁的使用星历参数计算导航卫星位置、速度，这一过程涉及较多浮点运算，使得gnss芯片的计算量较大，功耗较高。
40.另一种形式为星历扩展(extended ephemeris)服务,即pgnss服务，可为用户提供有效期更长的卫星轨道的预报星历，其星历有效期通常可达7-28天，该服务方式可以降低频繁从服务器中获取星历数据，进而降低用户设备在定位过程中网络请求频率和对网络质量的依赖，但是在此种服务方式中，gnss芯片基于开普勒轨道参数计算所有可见gnss卫星位置、速度，当可见星数目较多时，会存在运算量大、功率过高的风险。
41.为此，本技术提出了利用导航卫星(gnss卫星)确定终端设备位置和速度的方法以解决上述技术问题。
42.下面结合附图对本技术的实施方式进行详细描述。
43.图1示出了一种利用导航卫星确定终端设备的位置的场景图。
44.本技术的技术方案基于全球导航卫星系统(global navigation satellite system,gnss)。gnss系统是泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，如美国的gps、俄罗斯的glonass、欧洲的galileo、中国的北斗卫星导航系统，以及相关的增强系统，如美国的广域增强系统(wide area augmentation system，waas)、欧洲的欧洲静地导航重叠系统(european geostationary navigation overlay service，egnos)和日本的多功能运输卫星增强系统、印度的区域导航卫星系统(indian regional navigation sstellite system,irnss)等，还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。国际gnss系统是个多系统、多层面、多模式的复杂组合系统等。这些系统可以实现用户设备的定位。系统主要包括三部分组成，分别为导航卫星星座(发射入轨能正常工作的卫星的集合)、地面监控站和用户设备，其中，地面监控站可由用于导航卫星观测站(gnss观测站)、主控站和地面天线站组成。
45.全球导航卫星系统的基本原理是测量出已知位置的导航卫星到用户接收机之间的距离，综合多颗卫星的卫星轨道数据就可知道用户端的终端设备的具体位置。其中，卫星的位置可以根据卫星导航信号发射时刻和卫星星历计算得到。而用户终端设备到导航卫星的距离则通过记录导航卫星信号传播到用户终端设备所经历的时间，再将其乘以光速得到，由于对流层、电离层、多路径、用户钟差误差等的干扰，这一距离并不是用户终端设备与导航卫星之间的真实距离，而是伪距。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。当用户终端设备接受到导航电文时，提取出卫星导航信号发射时刻，将其与本地时钟表征的信号接收时刻做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户终端设备便可得知在大地坐标系中的位置速度等信息。
46.参考图1，该场景中，包括发射入轨能正常工作的导航卫星101，导航卫星观测站102，轨道服务器103、预报星历服务器104、数据交换中心105和用户的终端设备106。能否简单的说哈每个设备的作用，其中，导航卫星观测站102(gnss观测站)从导航卫星101获取导航电文，从导航电文中提取出卫星星历，同时收集导航卫星伪距和载波相位，并将这些数据发送至轨道服务器103，轨道服务器103通过卫星星历、导航卫星伪距和载波相位进行计算得到导航卫星精密星历和地球轨道平面(earth orbit plane，eop)参数，并将导航卫星的精密星历和eop参数发送至预报星历服务器104(pgnss服务器)，预报星历服务器104基于精
密星历和eop参数对导航卫星的卫星轨道、钟差进行参数拟合，并基于拟合的卫星轨道和钟差参数对卫星轨道进行长期预报(一般7-28天)，利用多项式模型对预报轨道数据分段拟合，以得到基函数系数，并将该基函数系数和拟合的钟差参数发送给终端设备105，并存储在终端设备105的存储器中，终端设备105的gnss芯片从存储器中获取这些参数，并基于该基函数系数、拟合后的钟差参数、以及由自身获取的导航卫星伪距和载波相位计算出终端设备105的与时间关联的位置和速度。
47.本技术的实施例与现有技术agnss和星历扩展服务方案相比，在预报星历服务器104采用多项式模型对预报轨道数据分段拟合，由于在拟合过程中，星历拟合误差会随着拟合时长的增加而变大，在保证轨道拟合精度的条件下，本技术的方法可以将预报轨道数据的每一段拟合时长延长至8-12小时，由于每套参数有效期为8-12小时，gnss芯片仅需要8-12小时更新一次参数即可，而在现有技术中，gnss芯片更新参数的时间间隔小于4小时，与现有技术相比，本技术能够使得gnss芯片实现更低的参数更新频率。本技术实施例能够大幅度简化服务器端预报轨道参数拟合过程，以及简化终端设备的gnss芯片计算导航卫星位置、速度的过程，从而有效降低gnss芯片功耗。此外，在降低终端设备的首次定位时间，提升用户体验情况下，降低了网络请求频率及对网络质量的依赖。
48.下面对现有技术中的两种形式中的几种方案进行描述。
49.图2示出了标准agnss技术确定终端设备位置的场景图，如图2所示，gnss观测站202实时从导航电文(gnss信号)中解调广播星历参数，并将其发送至agnss服务器203，用户的终端设备204在每次发起定位过程中，例如，终端设备204接收用户打开定位服务的操作，又例如，终端设备204接收用户打开地图软件的操作等等，通过网络请求的方式从agnss服务器203获取所需星历数据，从而辅助gnss芯片实现快速定位、测速。具体步骤如下：
50.step1，gnss观测站202实时或者周期性地获取gnss信号，并从gnss信号中解调出广播星历参数，并将该广播星历参数发送至agnss服务器203；
51.step2，agnss服务器203接收并存储导航卫星的广播星历参数；
52.step3，终端设备204在每次定位过程中，通过请求的方式从agnss服务器203获取当前广播星历参数，并由终端设备204的gnss芯片基于广播星历参数计算可见gnss卫星的位置、运行速度、运行状态等参数；
53.step4，gnss芯片基于gnss卫星位置、速度以及gnss观测数据计算出终端设备与时间关联的位置、速度。
54.该标准agnss技术，用户的终端设备在每次定位过程中，都需要从agnss服务器获取广播星历参数，因此需要较高的网络连接频率，且对网络质量要求较高。且频繁的通过广播星历参数解算gnss卫星的位置和速度，该计算过程涉及到较多的浮点运算，会占用处理器较多的资源。计算量大，解算时间长，对gnss芯片的功耗较高。而本技术，通过对卫星轨道进行长期预报，得到7-28天的预报轨道数据，终端设备不需要频繁的从服务器中获取广播星历参数，对网络的依赖降低，且采用多项式模型对预报轨道数据进行分段拟合，简化了服务器端预报轨道参数拟合过程，以及简化了终端设备的gnss芯片计算导航卫星位置、速度的过程，从而有效降低gnss芯片功耗，能够在确保卫星轨道拟合误差在允许范围内情况下，将拟合时长延长至8-12小时，使得gnss芯片实现更低的参数更新频率。
55.下面结合图1对现有技术的星历扩展服务的三种方案进行描述。
56.第一种方案的具体步骤如下：
57.step1，gnss观测站102获取gnss卫星的广播星历参数、gnss伪距和载波相位观测量，并送至轨道服务器103；
58.step2.轨道服务器103基于广播星历参数、gnss伪距和载波相位计算eop参数和gnss卫星精密星历；
59.step3.pgnss服务器104基于eop参数和精密星历对卫星轨道和钟差参数进行拟合；
60.step4.pgnss服务器104基于step3中拟合的卫星轨道参数对卫星轨道进行长期预报(7-28天)，以得到预报轨道参数；
61.step5.pgnss服务器104采用开普勒轨道参数对预报轨道参数进行分段拟合(通常4小时一组)；
62.step6.pgnss服务器104对拟合的预报轨道参数以及step3拟合的钟差参数(统称为广播星历参数)进行压缩或编码后发送至终端设备；
63.step7.终端设备105通过解压缩或解码即可恢复广播星历参数，由终端设备的gnss芯片基于预报轨道参数计算可见gnss卫星的位置、速度；
64.step8.gnss芯片基于gnss卫星位置、速度、拟合的钟差参数以及gnss伪距和载波相位计算自身位置、速度。
65.第二种方案的具体步骤如下：
66.step1-step5与第一种方案相同，具体可参见第一种方案的相关步骤。step6，pgnss服务器104将拟合的预报轨道参数随时间变化情况拟合成曲线，并将各预报轨道参数对应的曲线系数，以及step3拟合的钟差参数发送至终端设备105；step7，终端设备105根据曲线系数恢复出预报轨道参数，并由终端设备的gnss芯片基于预报轨道参数计算可见gnss卫星的位置、速度；step8，gnss芯片基于gnss卫星位置、速度、钟差参数以及gnss伪距和载波相位计算自身位置、速度。
67.第三种方案的具体步骤如下：
68.step1-step3与第一种方案相同。
69.step4，pgnss服务器104将step3拟合的卫星轨道、钟差参数直接发送至终端设备105；
70.step5.终端设备105基于拟合的卫星轨道参数对卫星轨道进行长期预报，以得到预报轨道参数；
71.step6，终端设备105将预报轨道参数拟合成开普勒轨道参数，并由终端设备105的gnss芯片基于拟合的开普勒轨道参数计算可见gnss卫星的位置、速度；
72.step7，gnss芯片基于gnss卫星位置、速度、钟差参数以及gnss伪距和载波相位计算自身位置、速度。
73.现有的上述三种方案中，终端设备在每次定位过程中，gnss芯片需要基于开普勒轨道参数计算所有可见gnss卫星位置、速度，当可见星数目较多时，会存在运算量大、功率过高的风险。此外，在第三种方案中，用户的终端设备还需自主预报卫星轨道，该过程运算量很大，对用户的终端设备的处理器来说是一种挑战。而本技术，在pgnss服务器侧，该服务器采用多项式模型对导航卫星的预报轨道参数进行分段拟合，在确保拟合精度的条件下，
每一段拟合合时长可以延长8-12小时，远大于现有技术的4小时，使得gnss芯片实现更低的参数更新频率。且通过对预报轨道拟合获得基函数系数，终端设备侧基于基函数系数计算终端设备的与时间关联的位置和速度，该方法够大幅度简化服务器端预报轨道参数拟合过程，以及简化终端设备的gnss芯片计算导航卫星位置、速度的过程，从而有效降低gnss芯片功耗。
74.下面以手机作为终端设备的实例，对终端设备在上述应用场景中对自身的位置和速度进行确定的过程进行描述。
75.图3示出了手机的结构示意图。参考图3，手机100可以包括处理器110，外部存储器接口120，内部存储器121，通用串行总线(universal serial bus，usb)接头130，充电管理模块140，电源管理模块141，电池142，天线1，天线2，移动通信模块150，无线通信模块160，音频模块170，扬声器170a，受话器170b，麦克风170c，耳机接口170d，传感器模块180，按键190，马达191，指示器192，摄像头193，显示屏194，以及用户标识模块(subscriber identification module，sim)卡接口195等。其中传感器模块180可以包括压力传感器180a，陀螺仪传感器180b，气压传感器180c，磁传感器180d，加速度传感器180e，距离传感器180f，接近光传感器180g，指纹传感器180h，温度传感器180j，触摸传感器180k，环境光传感器180l，骨传导传感器180m等。
76.可以理解的是，本技术实施例示意的结构并不构成对手机100的具体限定。在本技术另一些实施例中，手机100可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件，软件或软件和硬件的组合实现。
77.处理器110可以包括一个或多个处理单元，例如：处理器110可以包括应用处理器(application processor，ap)，调制解调处理器，图形处理器(graphics processing unit，gpu)，图像信号处理器(image signal processor，isp)，控制器，视频编解码器，数字信号处理器(digital signal processor，dsp)，基带处理器，和/或神经网络处理器(neural-network processing unit，npu)等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。
78.在一些实施例中，处理器110中的存储器可以存储用于计算手机100的位置和速度的指令，以便于处理器可以从存储器中直接调取这些指令，实现对手机100位置和速度的快速计算。
79.在一些实施例中，处理器110可以包括一个或多个接口。接口可以包括集成电路(inter-integrated circuit，i2c)接口。
80.i2c接口还可以耦合gnss芯片，该gnss芯片可以用于计算手机100的位置和运行速度。
81.手机100的无线通信功能可以通过天线1，天线2，移动通信模块150，无线通信模块160，调制解调处理器以及基带处理器等实现。
82.天线1和天线2用于发射和接收电磁波信号。手机100中的每个天线可用于覆盖单个或多个通信频带。不同的天线还可以复用，以提高天线的利用率。例如：可以将天线1复用为无线局域网的分集天线。在另外一些实施例中，天线可以和调谐开关结合使用。
83.在一些实施例中，手机100的天线1和移动通信模块150耦合，天线2和无线通信模
块160耦合，使得手机100可以通过无线通信技术与网络以及其他设备通信。所述无线通信技术可以包括全球移动通讯系统(global system for mobile communications，gsm)，通用分组无线服务(general packet radio service，gprs)，码分多址接入(code division multiple access，cdma)，宽带码分多址(wideband code division multiple access，wcdma)，时分码分多址(time-division code division multiple access，td-scdma)，长期演进(long term evolution，lte)，bt，gnss，wlan，nfc，fm，和/或ir技术等。所述gnss可以包括全球卫星定位系统(global positioning system，gps)，全球导航卫星系统(global navigation satellite system，glonass)，北斗卫星导航系统(beidou navigation satellite system，bds)，准天顶卫星系统(quasi-zenith satellite system，qzss)和/或星基增强系统(satellite based augmentation systems，sbas)。
84.在一个实施例中，手机100可以通过天线1和天线2从预报星历服务器获取与预报卫星轨道对应的多项式模型的基函数系数和拟合的导航卫星的钟差参数。且通过天线1和天线2手机100可以获取的伪距和载波相位，以便于gnss芯片基于这些数据计算出手机100的位置和速度。
85.手机100通过gpu，显示屏194，以及应用处理器等实现显示功能。gpu为图像处理的微处理器，连接显示屏194和应用处理器。gpu用于执行数学和几何计算，用于图形渲染。处理器110可包括一个或多个gpu，其执行程序指令以生成或改变显示信息。
86.在本技术的一个实施例中，显示屏194可以通过地图的形式显示出手机100所在的位置和移动速度，可以显示地图导航界面，以便于用户更加直观的观察自身的位置以及周边的路况，给用户更好的体验。
87.内部存储器121可以用于存储计算机可执行程序代码，所述可执行程序代码包括指令。内部存储器121可以包括存储程序区和存储数据区。
88.在本技术的一些实施例中，内部存储器121可以存储多项式模型的基函数系数、拟合的导航卫星的钟差参数、伪距和载波相位等数据，存储用于参与计算的多项式的基函数，以及用于处理并计算这些数据的计算机指令，通过这些指令使得gnss芯片可以对这些数据进行处理并计算出手机100的位置和速度。
89.手机100可以通过音频模块170，扬声器170a，受话器170b，麦克风170c，耳机接口170d，以及应用处理器等实现音频功能。例如音乐播放，录音等。
90.扬声器170a，也称“喇叭”，用于将音频电信号转换为声音信号。手机100可以通过扬声器170a收听音乐，或收听免提通话。
91.在本技术的一个实施例中，可以通过扬声器170a导航播报，用户可以不需要观看手机100的界面直接听到自己所处的位置，当用户在开车或不便于观看手机时，通过扬声器170a播报的方式告知用户当前所处的位置及路况信息，使驾驶更加安全，提高用户的体验。
92.手机100的软件系统可以采用分层架构，事件驱动架构，微核架构，微服务架构，或云架构。本技术实施例以分层架构的android系统为例，示例性说明手机100的软件结构。
93.图4是本技术一个实施例的服务器1200的结构框图。
94.现在参考图4，服务器1200可以包括耦合到控制器中枢1203的一个或多个处理器1201。对于至少一个实施例，控制器中枢1203经由诸如前端总线(front side bus，fsb)之类的多分支总线、诸如快速通道互连(quick path interconnect，qpi)之类的点对点接口、
或者类似的连接1206与处理器1201进行通信。处理器1201执行控制一般类型的数据处理操作的指令。在一实施例中，控制器中枢1203包括，但不局限于，图形存储器控制器中枢(graphics memory controller hub，gmch)(未示出)和输入/输出中枢(input output hub，ioh)(其可以在分开的芯片上)(未示出)，其中gmch包括存储器和图形控制器并与ioh耦合。
95.在本技术的一个实施例，处理器1201可以耦合gnss芯片，服务器1200的gnss芯片基于精密星历和eop参数对导航卫星的卫星轨道、钟差参数进行拟合，并基于拟合的卫星轨道和钟差参数对卫星轨道进行长期预报(一般7-28天)，利用多项式模型对预报轨道数据分段拟合，以得到基函数系数。
96.设备1200还可包括耦合到控制器中枢1203的协处理器1202和存储器1204。或者，存储器和gmch中的一个或两者可以被集成在处理器内(如本技术中所描述的)，存储器1204和协处理器1202直接耦合到处理器1201以及控制器中枢1203，控制器中枢1203与ioh处于单个芯片中。存储器1204可以是例如动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)、相变存储器(phase change memory，pcm)或这两者的组合。在一个实施例中，协处理器1202是专用处理器，诸如例如高吞吐量mic处理器(many integerated core，mic)、网络或通信处理器、压缩引擎、图形处理器、通用图形处理器(general purpose computing on gpu，gpgpu)、或嵌入式处理器等等。协处理器1202的任选性质用虚线表示在图4中。
97.存储器1204作为计算机可读存储介质，可以包括用于存储数据和/或指令的一个或多个有形的、非暂时性计算机可读介质。例如，存储器1204可以包括闪存等任何合适的非易失性存储器和/或任何合适的非易失性存储设备，例如一个或多个硬盘驱动器(hard-disk drive，hdd(s))，一个或多个光盘(compact disc，cd)驱动器，和/或一个或多个数字通用光盘(digital versatile disc，dvd)驱动器。
98.在本技术的一个实施例中，存储器1204可以用于存储精密星历和eop参数等数据，以及用于计算导航卫星的位置和速度的指令，处理器1201通过调取这些指令和数据，并通过gnss芯片执行并计算出导航卫星位置的和速度。同时，存储器还可以存储由gnss芯片计算出的导航卫星的位置、速度等数据。
99.在一个实施例中，服务器1200可以进一步包括网络接口(network interface controller，nic)1206。网络接口1206可以包括收发器，用于为服务器1200提供无线电接口，进而与任何其他合适的设备(如前端模块，天线等)进行通信。在各种实施例中，网络接口1206可以与服务器1200的其他组件集成。网络接口1206可以实现上述实施例中的通信单元的功能。
100.在本技术的一个实施例中，网络接口1206中的收发器可以接收通过广播星历参数、导航卫星伪距和载波相位计算得到的导航卫星精密星历和eop参数，并存储于存储器1204中，以便处理器1201对这些数据进一步处理。将处理器1201处理后得到的与预报卫星轨道对应的基函数系数和拟合的钟差参数发送给用户的终端设备，以便用户的终端的gnss芯片进一步通过这些数据计算出自身的位置和速度。
101.值得注意的是，图4仅是示例性的。即虽然图4中示出了服务器1200包括处理器1201、控制器中枢1203、存储器1204等多个器件，但是，在实际的应用中，使用本技术各方法
的设备，可以仅包括服务器1200各器件中的一部分器件，例如，可以仅包含处理器1201和nic206。图4中可选器件的性质用虚线示出。
102.根据本技术的一些实施例，下面以具体的实施例来介绍利用导航卫星确定终端设备位置和速度的过程。其中，图5示出了用于确定终端设备的位置和速度的流程图。
103.参考图5所示，在步骤s500，gnss观测站获取导航电文，所述导航电文包括广播星历参数、gnss伪距和载波相位观测量等数据，并送至轨道服务器。gnss观测站从导航卫星发出的导航信号中解调广播星历参数，并收集gnss伪距和载波相位观测量，并将这些数据传输至轨道服务器。
104.在步骤s510，轨道服务器基于步骤s500发送的广播星历参数、gnss伪距和载波相位数据计算eop参数和导航卫星的精密星历。其中，eop参数计算，可以基于gnss伪距和载波相位进行计算得到，例如，在轨道服务器得到gnss伪距和载波相位观测量后，基于对gnss伪距和载波相位观测量给定eop初始值，将地面gnss观测站位置转换到惯性系，采用最小二乘批处理算法，结合卫星动力学模型，即可解算出导航卫星精密星历和eop参数改正数，基于eop改正数即可得到精确的eop参数。轨道服务器将eop参数和精密星历发送给pgnss服务器，以使pgnss服务器执行以下步骤。
105.在步骤s520，pgnss服务器基于eop参数和精密星历对卫星轨道、钟差参数进行拟合。其中，对钟差参数的拟合可以采用一次项模型和二次项模型对卫星钟差进行建模，在采用基于最小二乘算法拟合一次项或二次项系数，进而实现对钟差参数的拟合。在本技术的一个实施例中可通过以下方法对卫星轨道参数和钟差参数的进行拟合。
106.首先，基于eop参数将卫星位置转换到惯性系，对导航卫星轨道进行拟合。
107.下面参考图6对导航卫星轨道的拟合过程进行描述，图6示出了导航卫星轨道的拟合过程的轨迹图，在图6中，包括预报卫星轨道1、预报卫星轨道2和预报卫星轨道3，其中，圆形的点代表精密星历数据，方形的点代表选取的参考时刻导航卫星所处的位置。选取合适的光压模型，例如，rock模型、ecom模型、gspm模型等，对光压参数进行初始化，根据初始化的光压参数和轨道初值可以对卫星轨道进行向前和向后预报，由于初始化参数存在误差，因此预报卫星轨道可以如图5中的预报卫星轨道1，预报卫星轨道1和精密星历之间存在明显的轨道残差，根据这些轨道残差可完成对卫星轨道初值和光压参数的修正，利用修正后的轨道初值和光压参数重新对卫星轨道进行预报可得到预报卫星轨道2，利用预报卫星轨道2的残差继续修正轨道初值和光压参数，直至预报轨道残差小于门限值，得到预报卫星轨道3，从而完成卫星轨道拟合。
108.在本技术中，钟差参数和卫星轨道参数的具体拟合算法可采用最小二乘法进行拟合。其中该步骤中的钟差参数和卫星轨道参数的具体拟合算法可采用现有的常用的拟合算法，在此不在详细介绍。
109.在步骤s530，pgnss服务器基于拟合后的卫星轨道参数确定预报轨道数据。基于卫星轨道参数，pgnss服务器可对卫星加速度进行建模，在预报过程中，通过对导航卫星加速度积分得到卫星运动速度的预报值，再次对速度预报值进行积分就得到导航卫星位置预报值。以得到在未来7-28天或更长时间一段时间内，导航卫星在各个时间点对应的位置和速度，即预报轨道数据。
110.步骤s540,pgnss服务器通过多项式模型对预报轨道数据进行分段拟合，以确定与
每段预报轨道数据对应的多项式模型的基函数系数。其中，多项式模型由基函数和其对应的系数组成，多项式模型可以为第一类切比雪夫多项式或第二类第一类切比雪夫多项式。
111.根据本技术的具体实施方式，除了利用切比雪夫多项式对预报轨道数据进行拟合，也可以采用其他的通用多项式。
112.步骤s550,服务器将步骤s540中得到的基函数系数和步骤s520中拟合后的钟差参数发送给终端设备，终端设备将该基函数系数和钟差参数预存在本地存储器。
113.步骤s560,终端设备的gnss芯片定期通过数据请求的方式从存储器中获取当前所需的基函数系数和钟差参数。也就是说，当终端设备接收到基函数系数和钟差参数，将这些参数存储在存储器中，在gnss芯片计算时，由于每套参数有效期为8-12小时，gnss芯片仅需要8-12小时更新一次参数即可，而在现有技术中，gnss芯片更新参数间隔小于4小时，与现有技术相比，本技术能够使得gnss芯片实现更低的参数更新频率。步骤s570,在终端设备发起定位的过程中，终端设备的gnss芯片基于该基函数系数和基函数计算出导航卫星在发射信号时的t1时刻的位置和速度。
114.步骤s580,终端设备的gnss芯片根据导航卫星发射信号时的t1时刻的位置和速度，拟合后的钟差参数以及由该终端设备获取的导航卫星伪距和载波相位计算得到终端设备的在t2时刻的位置和速度。
115.步骤s590，终端设备通过显示屏显示自身的位置和速度或者通过语音播报的方式播报自身的位置和速度，以提高用户的体验。
116.下面以第一类切比雪夫多项式为例，对上述步骤s540中的pgnss服务器通过多项式模型对预报轨道数据进行分段拟合过程进行进一步更具体的描述。
117.第一类切比雪夫多项式，其基函数为：
118.t0(x)＝1
119.t1(x)＝x
120.t
n
(x)＝2xt
n-1
(x)-t
n-2
(x)
121.也可用母函数表示：
[0122][0123]
其中n代表基函数阶数。导航卫星在一段时间t的位置可以表示为：
[0124][0125][0126][0127]
其中x(t)、y(t)、z(t)分别代表卫星三维位置，a代表基函数系数。gnss服务器对预报轨道数据按照设定拟合时长进行分段，其中拟合时长可以在12小时之内，本技术的实施例可以设定拟合时长为8-12小时之间，例如，预报轨道数据对应的时长为7天，一天24小时，
若设定拟合时长为8小时，则在一天内的预报轨道数据可以被分为3段，7天内的轨道数据可以分为21段。进一步地，每一段中可以等间隔时间采集一次导航卫星的位置和速度，例如，每间隔5分钟采集一次等。当选定合适的阶数n，对每一段卫星轨道数据进行拟合，拟合后的卫星轨道即可得到多项式所对应的一组基函数系数，由于每一段的基函数相同，而每段基函数对应的基函数系数不同，因为可以通过基函数系数来表征拟合的预报轨道数据。
[0128]
在本技术的实施例中，为了标准化基于切比雪夫多项式的卫星轨道拟合过程，首先需要将时间区间转换到[-1,1]区间，转换公式为：
[0129][0130]
其中t0代表起始时刻，δt代表拟合时间间隔。
[0131]
在拟合过程中分别考虑不同阶数的多项式，并采用最小二乘算法对基函数系数进行拟合。与广播星历参数模型相比，基于切比雪夫多项式的模型是一个线性模型，因此状态转移矩阵的计算方法相对简单，即：
[0132][0133]
其中，n代表切比雪夫多项式阶数，m代表采样点个数。
[0134]
此外，在拟合过程中，仅对导航卫星的三维位置进行拟合，导航卫星的三维速度可通过对位置多项式求导得出。
[0135]
下面在结合步骤s540来描述步骤s570。
[0136]
在步骤s570中，当需要计算t1时刻导航卫星的位置时，终端设备的gnss芯片从存储器中获取将该t1时刻的预报轨道数据对应的基函数系数，gnss芯片将该基函数系数代入上述三维位置计算的公式中，即可求出导航卫星的三维位置。通过对该t1时刻对应的多项式进行求导，得到t1时刻对应的导航卫星的速度。
[0137]
例如，终端设备的gnss芯片在每次定位过程中，基于上述基函数及其对应的基函数系数即可计算出gnss卫星的位置，采用相同的基函数系数以及基函数导数即可计算出gnss卫星的速度，其中基函数导数为：
[0138]
f0(x)＝0
[0139]
f1(x)＝1
[0140]
f
n
(x)＝2t
n-1
(x) 2xf
n-1
(x)-f
n-2
(x)
[0141]
计算gnss卫星速度过程为：
[0142]
[0143][0144][0145]
其中，vx(t)、vy(t)、vz(t)分别代表导航卫星在t时刻的三维的速度。
[0146]
本技术中，当基函数阶数n为18时，在相同确保卫星轨道精度情况下，每一段预报卫星轨道参数有效期可长达12小时，与现有gps系统的采用4小时进行分段拟合相比，本技术的预报卫星轨道参数有效期更长，使得gnss芯片实现更低的参数更新频率。
[0147]
下面以本身申请利用多项式模型以12小时为例的拟合残差与现有技术中利用18参数广播星历以4小时拟合残差进行比较。如下表1所示：
[0148]
表1
[0149]
数据精度r方向误差/mt方向误差/mn方向误差/m
20
多项式拟合误差0.0390.0360.045广播星历拟合误差0.0520.0520.020
[0150]
由表1可知，本技术采用12小时对预报轨道参数分段拟合的拟合误差与现有技术中采用4小时对预报轨道参数分段拟合的拟合误差相当，该误差均可以满足对拟合误差的要求。因而，本技术可以使预报轨道拟合时长延长至12小时。并且能够确保卫星轨道的拟合精度。
[0151]
同时，本技术采用多项式模型的拟合方式可以快速的计算出gnss卫星的位置和速度，而现有技术中采用16参数或18参数广播星历模型对每段gnss卫星位置进行拟合算法，计算导航卫星的位置、速度的过程涉及到很多复杂的浮点运算，会占用处理器较多的资源，且频繁的拟合，运算量大，完成运算的时间长，因而对gnss芯片的功耗较高。由此，与现有技术相比，本技术大幅度简化服务器端预报轨道参数拟合过程，以及简化客户端终端设备的gnss芯片计算导航卫星位置、速度的过程，从而有效降低gnss芯片功耗，能够在确保卫星轨道拟合误差在允许范围内情况下，将拟合时长延长至8-12小时，使得gnss芯片实现更低的参数更新频率。此外，在降低终端设备的首次定位时间，提升用户体验情况下，降低了网络请求频率及对网络质量的依赖。
[0152]
本技术还提供了一种服务器，应用于如图1所示的定位系统，其中在服务器104中，本技术采用了一种区别于现有技术的、基于多项式模型的预报轨道数据拟合方法，大大简化了服务器端预报轨道数据拟合过程，同时也大大简化了gnss芯片计算gnss卫星位置、速度的过程。
[0153]
根据本技术的一个实施例，本技术还公开一种利用导航卫星确定终端设备的位置和速度的方法，应用于终端设备，该方法包括：
[0154]
终端设备获取服务器发送的钟差参数，与预报轨道数据对应的多项式模型的基函数系数，以及获取导航卫星伪距和载波相位；
[0155]
终端设备的gnss芯片基于多项式模型的基函数和基函数系数确定导航卫星的位置和速度；
[0156]
终端设备的gnss芯片基于导航卫星的位置和速度，钟差参数，以及导航卫星伪距和载波相位确定其自身的位置和速度。
[0157]
在本技术的一个实施例中，多项式模型为切比雪夫多项式。
[0158]
由于本技术中的终端设备利用导航卫星确定自身的位置和速度的方法，在上述实施例中已经详细的说明，具体可参见上述方法中的步骤s560-s580，在此不在赘述。
[0159]
根据本技术的一个实施例，本技术还公开一种利用导航卫星确定终端设备的位置和速度的方法，应用于服务器，包括：
[0160]
服务器基于eop参数和导航卫星的精密星历对卫星轨道、钟差参数进行拟合，获得拟合后的卫星轨道和拟合后的钟差参数；
[0161]
服务器基于拟合后的卫星轨道参数确定导航卫星在第一时段内的各时间点对应的位置，以得到预报轨道数据；
[0162]
服务器对预报轨道数据按照第二时段进行分段，以获得多段预报轨道数据，并通过多项式模型对多段预报轨道数据中的每一段预报轨道数据进行拟合，确定与每一段预报轨道数据对应的多项式模型的基函数系数，其中第二时段小于第一时段；
[0163]
服务器输出基函数系数和钟差参数，基函数系数和钟差参数用于与服务器通信连接的终端设备确定终端设备与时间关联的位置和速度。
[0164]
在本技术的一个实施例中，该方法还包括：服务器获取并基于广播星历参数、导航卫星伪距和载波相位计算得到eop参数和导航卫星的精密星历。
[0165]
在本技术的一个实施例中，多项式模型为切比雪夫多项式。
[0166]
在本技术的一个实施例中，服务器确定与每一段预报轨道数据对应的多项式模型的基函数系数，包括：服务器在每一段预报轨道数据内，按照以第三时段为间隔，等间隔地采集预报轨道数据中的导航卫星的位置，其中第三时段小于第二时段；
[0167]
设定基函数的阶数，基于基函数对采集的每个预报轨道数据中的导航卫星的位置进行拟合，以确定每一段预报轨道数据对应的基函数系数。
[0168]
在本技术的一个实施例中，第二时段被第三时段整除。
[0169]
在本技术的一个实施例中，采用最小二乘算法，对预报轨道数据中的导航卫星的位置进行拟合。
[0170]
由于本技术中的终端设备利用导航卫星确定自身的位置和速度的方法，在上述实施例中已经详细的说明，具体可参见上述方法中的步骤s520-s550，在此不在赘述。
[0171]
本技术还公开了一种电子设备，图7示出了该电子设备的结构示意图，如图7所示，该电子设备包括：
[0172]
存储器701，用于存储由设备的一个或多个处理器执行的指令，以及
[0173]
处理器702，用于执行上述步骤s520-s580的方法。
[0174]
本技术还公开了一种电子装置，包含一个或多个存储器，与存储器耦合的一个或多个处理器，以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储在存储器中，电子设备用于执行上述步骤s560-s580的方法。
[0175]
在本技术的一个实施例中，电子装置为手机，电子装置所在的系统为手机；或者电子装置为芯片，电子装置所在系统为芯片所在移动终端。
[0176]
本技术还公开了一种电子装置，包含一个或多个存储器，与存储器耦合的一个或
memory，rom)、随机存取存储器(ram)、可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read only memory，eprom)、电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable read only memory，eeprom)、磁卡或光卡、闪存、或用于利用因特网以电、光、声或其他形式的传播信号来传输信息(例如，载波、红外信号数字信号等)的有形的机器可读存储器。因此，机器可读介质包括适合于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输电子指令或信息的任何类型的机器可读介质。
[0186]
在附图中，可以以特定布置和/或顺序示出一些结构或方法特征。然而，应该理解，可能不需要这样的特定布置和/或排序。而是，在一些实施例中，这些特征可以以不同于说明书附图中所示的方式和/或顺序来布置。另外，在特定图中包括结构或方法特征并不意味着暗示在所有实施例中都需要这样的特征，并且在一些实施例中，可以不包括这些特征或者可以与其他特征组合。
[0187]
需要说明的是，本技术各设备实施例中提到的各单元/模块都是逻辑单元/模块，在物理上，一个逻辑单元/模块可以是一个物理单元/模块，也可以是一个物理单元/模块的一部分，还可以以多个物理单元/模块的组合实现，这些逻辑单元/模块本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元/模块所实现的功能的组合才是解决本技术所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本技术的创新部分，本技术上述各设备实施例并没有将与解决本技术所提出的技术问题关系不太密切的单元/模块引入，这并不表明上述设备实施例并不存在其它的单元/模块。
[0188]
需要说明的是，在本专利的示例和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0189]
虽然通过参照本技术的某些优选实施例，已经对本技术进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本技术的精神和范围。