專利名稱：定位方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在很多應(yīng)用中，必須估計(jì)對象在其環(huán)境中的位置。至今，已經(jīng)提出了用于這種任務(wù)的多種定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)(GPS)就是這種系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)包含圍繞地球運(yùn)行的多個衛(wèi)星。它還包含地球上的GPS接收機(jī)、監(jiān)測站和差分GPS接收機(jī)。
背景技術(shù)：
GPS衛(wèi)星發(fā)送信號，GPS接收機(jī)能夠根據(jù)這些信號估計(jì)其在地球上的位置。GPS衛(wèi)星信號典型地包含以下組成部分(1)載波信號，(2)偽隨機(jī)噪聲(PRN，pseudorandom noise)碼和(3)導(dǎo)航數(shù)據(jù)。GPS衛(wèi)星在兩個載波頻率上發(fā)送信號。第一個載波頻率大約是1575.42MHz，第二個大約是1227.60MHz。第二個載波頻率主要用于軍事應(yīng)用。
每顆衛(wèi)星使用兩種PRN碼來調(diào)制第一載波信號。第一種碼是粗捕獲(C/A，coarse acquisition)碼，該碼以每1023比特進(jìn)行重復(fù)，并且在1MHz速率進(jìn)行調(diào)制。第二種碼是精確(P，precise)碼，該碼以每七天為周期進(jìn)行重復(fù)，并且在10MHz速率進(jìn)行調(diào)制。不同的PRN碼被分配給不同的衛(wèi)星，以便區(qū)分由不同的衛(wèi)星發(fā)送的GPS信號。
導(dǎo)航數(shù)據(jù)被疊加到第一載波信號和PRN碼之上。導(dǎo)航數(shù)據(jù)被作為幀序列發(fā)送。該數(shù)據(jù)指定衛(wèi)星發(fā)送當(dāng)前導(dǎo)航序列的時間。導(dǎo)航數(shù)據(jù)還提供關(guān)于衛(wèi)星的時鐘錯誤、衛(wèi)星的軌道(即星歷表(ephemeris)數(shù)據(jù))和其他系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)的信息。GPS衛(wèi)星從監(jiān)測站接收其星歷表數(shù)據(jù)，該監(jiān)測站監(jiān)測GPS衛(wèi)星的高度、位置和速度中的星歷表錯誤。
基于由GPS衛(wèi)星發(fā)送的信號，當(dāng)前GPS技術(shù)典型地通過三角測量法來估計(jì)GPS接收機(jī)的位置。這種方法典型地需要捕獲和跟蹤至少四個1.57542GHz頻率的衛(wèi)星信號。
傳統(tǒng)GPS捕獲技術(shù)試圖通過在各種碼相位和多普勒頻移頻率，執(zhí)行由GPS接收機(jī)接收的GPS信號與每顆衛(wèi)星的C/A碼之間的IQ相關(guān)性計(jì)算，從而識別強(qiáng)的衛(wèi)星信號。對于每顆衛(wèi)星，捕獲技術(shù)記錄計(jì)算出的最大IQ值以及計(jì)算出此值的碼相位和多普勒頻移頻率。在完成IQ計(jì)算之后，傳統(tǒng)捕獲技術(shù)選擇得出所記錄的最高IQ值的至少四顆衛(wèi)星，用來在與所記錄的IQ值相關(guān)的碼相位和多普勒值進(jìn)行跟蹤。
在捕獲信號之后，信號跟蹤方法提取由選擇的衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，以便估計(jì)所選衛(wèi)星的偽距(pseudo range)，即接收機(jī)和所選衛(wèi)星之間的距離。如上所述，每個被跟蹤衛(wèi)星的導(dǎo)航數(shù)據(jù)指定了該衛(wèi)星的發(fā)送時間。因此，通過從接收機(jī)接收到衛(wèi)星信號的時間中減去衛(wèi)星的發(fā)送時間，就能夠計(jì)算出衛(wèi)星信號的傳輸延遲(即信號從衛(wèi)星發(fā)送到接收機(jī)的時間)。依次地，通過將所選擇衛(wèi)星的傳輸延遲乘以光速，就能夠計(jì)算出接收機(jī)和所選衛(wèi)星之間的距離。
傳統(tǒng)的三角測量技術(shù)基于選擇衛(wèi)星的偽距和位置來計(jì)算GPS接收機(jī)的位置。這些技術(shù)能夠根據(jù)星歷表數(shù)據(jù)來計(jì)算每個所選擇衛(wèi)星的位置。理論上，三角測量僅需要計(jì)算三顆衛(wèi)星的偽距和位置。但是，由于時間測量的不精確，GPS系統(tǒng)通常計(jì)算四顆衛(wèi)星的偽距和位置。
一些GPS系統(tǒng)還通過使用差分GPS技術(shù)來提高其精確度。該技術(shù)需要已知位置的差分GPS接收機(jī)的操作。與使用定時信號來計(jì)算其位置的一般GPS接收機(jī)不同，差分GPS接收機(jī)使用其已知位置來計(jì)算由于信號傳輸路徑引起的定時錯誤。這些差分GPS接收機(jī)確定GPS信號的發(fā)送時間應(yīng)該是多少，然后將其與實(shí)際上的發(fā)送時間進(jìn)行比較?；谶@些比較結(jié)果，差分GPS接收機(jī)產(chǎn)生“糾錯”因子，并且將其發(fā)送給鄰近的GPS接收機(jī)。GPS接收機(jī)然后將這些錯誤因子用于其傳輸延遲的計(jì)算。
現(xiàn)有GPS技術(shù)具有幾種缺陷。例如，為了執(zhí)行其三角測量計(jì)算，這些技術(shù)典型地需要從四顆衛(wèi)星捕獲信號。但是，在某些位置不能夠總是捕獲到四顆衛(wèi)星的信號。例如，在裝置內(nèi)部或植被下面，衛(wèi)星信號會衰減到傳統(tǒng)信號捕獲技術(shù)不能夠檢測到的電平。
同樣，傳統(tǒng)技術(shù)以去耦方式來檢測GPS衛(wèi)星的碼相位(即它們單獨(dú)檢測每顆衛(wèi)星的碼相位)。這種方法也考慮了很多不可能的碼相位候選者。此外，這種方法不能夠降低由于衛(wèi)星之間的干擾而引起的寄生峰值。當(dāng)一些衛(wèi)星信號被極大地衰減而其他信號未被衰減時，這種干擾尤其存在問題。
因此，需要一種具有提高的靈敏度的全球定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在引起高的信號衰減的環(huán)境中操作。還需要一種能夠降低由于衛(wèi)星之間的干擾而引起的寄生峰值的全球定位系統(tǒng)。此外，還需要一種能夠以相對少量的數(shù)據(jù)來執(zhí)行其位置檢測操作的全球定位系統(tǒng)。更一般地說，需要一種能夠滿足一些或全部上述需要的定位系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的幾個實(shí)施例提供了一種包含多個發(fā)射機(jī)和至少一個接收機(jī)的定位系統(tǒng)?；谟山邮諜C(jī)接收到的參考信號，該定位系統(tǒng)在某區(qū)域內(nèi)識別接收機(jī)的估計(jì)位置。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)在該區(qū)域內(nèi)選擇一個或多個位置。對于每一個特定的選擇位置，該系統(tǒng)在沒有或存在干擾的情況下，計(jì)算量化接收信號和接收機(jī)期待在特定位置處接收到的信號之間的相似性的度量值。然后，基于計(jì)算出的度量值或值，該系統(tǒng)識別接收機(jī)的估計(jì)位置。


本發(fā)明的新穎特征在所附權(quán)利要求中闡述。但是，以說明為目的，以下附圖中說明了本發(fā)明的幾個實(shí)施例。
圖1示出接收GPS信號并且產(chǎn)生該GPS信號的數(shù)字抽點(diǎn)的信號處理電路；圖2示出根據(jù)由該信號處理電路產(chǎn)生的數(shù)字抽點(diǎn)來估計(jì)GPS接收機(jī)位置的處理；圖3示出一種定位系統(tǒng)；圖4示出計(jì)算GPS衛(wèi)星在特定發(fā)送時間的近似位置的處理；圖5示出一個“經(jīng)過”近似位置的衛(wèi)星和另一個未“經(jīng)過”近似位置的衛(wèi)星；圖6示出識別近似位置上空的衛(wèi)星的處理；圖7示出計(jì)算由于衛(wèi)星的運(yùn)動而引起的多普勒頻移值的處理；圖8示出如何根據(jù)衛(wèi)星的總速度來計(jì)算衛(wèi)星朝向近似位置的速度；圖9-11示出本發(fā)明的實(shí)施例中考察的三種類型的區(qū)域；和圖12示出計(jì)算對于不同假設(shè)的對數(shù)似然比以及識別導(dǎo)致最大對數(shù)似然比的位置的處理。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種定位方法和裝置。在以下的說明中，將以說明為目的闡述大量細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，在不利用這些特定細(xì)節(jié)的情況下，也能夠?qū)嵺`本發(fā)明。例如，以下將參照全球定位系統(tǒng)來說明本發(fā)明的一些實(shí)施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明的其他實(shí)施例可用于其他類型的定位系統(tǒng)中。在其他示例中，以方框圖形式示出已知結(jié)構(gòu)和裝置，以便不使不必要的細(xì)節(jié)模糊對本發(fā)明的說明。
本發(fā)明的一些實(shí)施例是能夠根據(jù)由接收機(jī)接收到的“參考信號”來確定接收機(jī)位置的定位系統(tǒng)。正如在本實(shí)施例中所使用的一樣，參考信號是指可以從中得到位置信息的任何類型的信號。因此，參考信號可以是GPS(“全球定位系統(tǒng)”)信號、CDMA(“碼分多址”)信號、GSM(“全球移動通信系統(tǒng)”)信號、TDMA(“時分多址”)信號、CDPD(“蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)”，cellular digitalpacket data)信號，或者能夠得出位置信息的任何其他信號。
在以下說明的實(shí)施例中，參考信號是能夠用于估計(jì)GPS接收機(jī)位置的GPS信號。在地球上，GPS接收機(jī)通常接收GPS信號，該信號是由圍繞地球運(yùn)行的GPS衛(wèi)星發(fā)送的幾個信號組成的。以上，已經(jīng)在背景部分中說明了這種GPS信號的特性。
一些實(shí)施例通過以下步驟來估計(jì)GPS接收機(jī)的位置(1)開始，數(shù)字化由接收機(jī)接收到的參考GPS信號，然后(2)使用數(shù)字化的GPS參考數(shù)據(jù)來估計(jì)GPS接收機(jī)的位置。GPS接收機(jī)典型地執(zhí)行數(shù)字化操作。同樣，在一些實(shí)施例中，GPS接收機(jī)僅數(shù)字化接收到的GPS信號的一部分，以便獲取該信號的數(shù)字“抽點(diǎn)”。以下參照圖1來說明GPS接收機(jī)能夠用來產(chǎn)生這種數(shù)字抽點(diǎn)的信號處理電路的示例。
一些實(shí)施例使用定位處理來根據(jù)數(shù)字化的GPS參考數(shù)據(jù)估計(jì)GPS接收機(jī)的位置。在一些實(shí)施例中，該定位處理在包含GPS接收機(jī)的區(qū)域內(nèi)選擇多個位置。然后，對于每一個特定的選擇位置，該處理計(jì)算一個度量值，該度量值量化GPS參考數(shù)據(jù)和接收機(jī)期待在特定位置處接收到的信號的抽樣之間的相似性?；谶@些計(jì)算結(jié)果，該處理識別GPS接收機(jī)的估計(jì)位置。
在某些情況下，估計(jì)的接收機(jī)位置與準(zhǔn)確的接收機(jī)位置相匹配。在其他情況下，估計(jì)的接收機(jī)位置以高度精確度與準(zhǔn)確的接收機(jī)位置相匹配，以致于觀察者不能將其與實(shí)際位置區(qū)分開來。然而，在另外一些情況下，估計(jì)的位置與GPS接收機(jī)的實(shí)際位置差距特定的錯誤量；在這些情況下，一些實(shí)施例采取措施來確保這種錯誤(估計(jì)的和實(shí)際的接收機(jī)位置之間的)對于特定的定位應(yīng)用是可容許的。將參照圖2-12來說明幾個更具體的定位處理。
這些定位處理能夠(1)完全由GPS接收機(jī)、(2)完全由與GPS接收機(jī)通信的另一設(shè)備或計(jì)算機(jī)、或者(3)部分由GPS接收機(jī)且部分由與GPS接收機(jī)通信的另一設(shè)備或計(jì)算機(jī)來執(zhí)行。
GPS接收機(jī)可以是獨(dú)立的設(shè)備，可以是另一移動設(shè)備(例如個人數(shù)字助理(PDA)，無線電話等)的一部分，或者能夠通信連接到另一移動設(shè)備(例如通過其專用的Springboard連接到Handspring Visor PDA)。在名稱為“Method andApparatus for Determining Location Using a ThinClient Device”的美國專利申請中，說明了幾個GPS接收機(jī)的這種結(jié)構(gòu)，該申請于2000年12月4日提交，其序列號為09/730,324。該申請(即名稱為“Method and Apparatus forDetermining Location Using a ThinClient Device”的美國專利申請，于2000年12月4日提交，其序列號為09/730,324)的內(nèi)容以引用方式包含在本文的內(nèi)容中。
I.產(chǎn)生數(shù)字參考數(shù)據(jù)圖1示出接收GPS信號并且產(chǎn)生該GPS信號的數(shù)字抽點(diǎn)的信號處理電路100。如圖所示，該信號處理電路100包括GPS天線105、GPS調(diào)諧器110、時鐘115、下變頻器120和模數(shù)(A/D)變換器125。
GPS天線105接收GPS信號 該信號實(shí)際上是由噪聲以及由圍繞地球運(yùn)行的幾個GPS衛(wèi)星發(fā)送的幾個信號組成的。配置天線105及其相關(guān)電路來接收GPS載波頻率的參考GPS信號 該載波頻率目前是大約1.57吉赫茲(GHz)。RF調(diào)諧器110從天線105接收該GPS信號 該調(diào)諧器110可被調(diào)諧成捕獲GPS信號的近似頻率的信號。因此，該調(diào)諧器捕獲由天線105接收到的GPS參考信號 。
RF調(diào)諧器與時鐘115通信連接，以便接收時鐘信號。時鐘115產(chǎn)生一個或多個時鐘信號，以便同步信號處理電路100的各部件的操作。該時鐘還接收同步時鐘信號130。該同步信號允許時鐘初始設(shè)置其內(nèi)部時間，并使其時鐘信號與GPS時鐘同步。時鐘115能夠從各種信號源接收同步信號130。例如，在一些實(shí)施例中，信號處理電路100包含RF處理電路，該電路能夠(1)捕獲帶有同步信號的無線信號，并且(2)將該信號提供給時鐘115。
在一些實(shí)施例中，使時鐘信號與GPS時鐘同步。但是，在以下說明的實(shí)施例中，接收到的時鐘同步信號130不同步時鐘信號和GPS時鐘。在這些實(shí)施例中，接收機(jī)的時鐘可以距GPS時鐘有幾個微妙或毫秒之差。接收機(jī)時鐘的不精確度將依賴于(1)從何處以及怎樣獲取同步信號130，和(2)同步信號源如何精確地保持其時間。
如圖1所示，下變頻器120接收調(diào)諧器的輸出(即接收捕獲的GPS參考信號 )。下變頻器120將捕獲的GPS參考信號變換成中頻(IF)參考信號x(t)。為了完成此功能，一些實(shí)施例中的下變頻器包含IF混頻器，可將捕獲的GPS信號的頻率變換成IF頻率，例如50MHz。在一些實(shí)施例中，下變頻器也包含一個或多個帶通和放大級，以便過濾和放大IF混頻器的輸入和/或輸出。
信號處理電路100利用下變頻器，以便A/D變換器125能夠抽樣與射頻不同的中頻的參考信號。普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，其他實(shí)施例能夠在其信號處理電路中包含不只一個下變頻器。同樣，一些實(shí)施例使用一個或多個下變頻器，以便將GPS參考信號變換成基帶參考信號，然后由A/D變換器對其進(jìn)行抽樣。
在一些實(shí)施例中，A/D變換器的抽樣率至少是頻帶大小的兩倍，而在其他實(shí)施例中，抽樣率低于該最小量。A/D變換器125對從下變頻器120接收的IF參考GPS信號x(t)進(jìn)行抽樣，并且輸出IF GPS信號x(t)的K抽樣數(shù)字抽點(diǎn)。該數(shù)字抽點(diǎn)僅僅是所接收到的GPS信號的一部分。該抽點(diǎn)用作以下說明的定位處理能夠使用的數(shù)字GPS參考數(shù)據(jù)x1，...，xK。A/D變換器還輸出其產(chǎn)生數(shù)字抽點(diǎn)中的第一個抽樣時的時間t1。
在該文件中，通常將“～”置于變量之上，以指示該變量的值是該變量所表示的項(xiàng)目的實(shí)際值的近似。因此，變量 其上帶有“～”以指示其表示產(chǎn)生第一個抽樣的近似時間。該時間是近似時間，這是因?yàn)樗歉鶕?jù)接收機(jī)的時鐘來測量的，而在以下說明的實(shí)施例中接收機(jī)的時鐘不與GPS時間完全同步。由于第一抽樣時間 不是精確依據(jù)GPS時間的，因此定位處理必須解決在估計(jì)GPS接收機(jī)的位置過程中的不精確性。
II.估計(jì)GPS接收機(jī)的位置圖2示出根據(jù)由信號處理電路100所產(chǎn)生的數(shù)字抽點(diǎn)來估計(jì)GPS接收機(jī)位置的處理200。在以下說明的實(shí)施例中，由與GPS接收機(jī)分離的定位服務(wù)器來執(zhí)行該處理200。普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，在其他實(shí)施例中，處理200可以(1)全部由GPS接收機(jī)來執(zhí)行，或者(2)部分由GPS接收機(jī)，部分由與GPS接收機(jī)通信的其他設(shè)備或計(jì)算機(jī)(例如定位服務(wù)器)來執(zhí)行。
圖3示出執(zhí)行處理200的定位服務(wù)器300。在一些實(shí)施例中，該服務(wù)器僅僅是一臺計(jì)算機(jī)，而在其他實(shí)施例中，由多臺計(jì)算機(jī)構(gòu)成該服務(wù)器。在一些實(shí)施例中，這些多臺計(jì)算機(jī)在地理上可以是分布的。該服務(wù)器可以是單獨(dú)的設(shè)備或者能夠是其他設(shè)備的一部分。
如圖3所示，定位服務(wù)器300通過一個或多個基站310、從GPS接收機(jī)305接收數(shù)字GPS參考數(shù)據(jù)x1，...，xK。每個基站檢測特定區(qū)域內(nèi)的GPS接收機(jī)的信號發(fā)送，并且將該信息轉(zhuǎn)接給定位服務(wù)器。普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，基站能夠使用各種通信結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)，來將信號從GPS接收機(jī)轉(zhuǎn)接給定位服務(wù)器。
只要定位服務(wù)器300從特定GPS接收機(jī)接收到數(shù)字GPS參考數(shù)據(jù)x1，...，xK，它就為該特定GPS接收機(jī)執(zhí)行處理200。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，除了接收機(jī)的參考GPS數(shù)據(jù)，服務(wù)器300還使用幾個其他數(shù)據(jù)項(xiàng)目來執(zhí)行處理200。例如，在一些實(shí)施例中，服務(wù)器300考慮由接收機(jī)時鐘的漂移Dc引起的多普勒頻移和根據(jù)GPS時鐘的第一抽樣時間t1。
同樣，在一些實(shí)施例中，服務(wù)器使用GPS接收機(jī)的近似位置 不同的實(shí)施例不同地指定近似位置。在以下說明的實(shí)施例中，近似位置是轉(zhuǎn)接由接收機(jī)產(chǎn)生的GPS參考數(shù)據(jù)的基站的位置。該近似位置信息可以是由基站發(fā)送的信號的一部分?？商鎿Q地，服務(wù)器300能夠使用基站的標(biāo)識符，從存儲所有基站位置的存儲結(jié)構(gòu)(例如圖3的數(shù)據(jù)庫315)中檢索基站位置信息。
普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，其他實(shí)施例可以不同地指定近似位置。例如，近似位置可以被指定為由基站覆蓋的區(qū)域中的指定扇形區(qū)內(nèi)的位置?？商鎿Q地，近似位置可以被定義為在當(dāng)前第一抽樣時間的預(yù)定時間間隔內(nèi)記錄的GPS接收機(jī)的前一個位置。
此外，在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器需要訪問每個GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航比特、星歷表數(shù)據(jù)、差分GPS數(shù)據(jù)和時鐘校正數(shù)據(jù)。服務(wù)器可以從各種信息源接收這種信息。例如，如圖3所示，服務(wù)器能夠通過一個或多個通信網(wǎng)絡(luò)325，例如Internet，從一個或多個參考GPS接收機(jī)320接收這種信息。
為了對于特定GPS接收機(jī)執(zhí)行處理200，定位服務(wù)器300初始計(jì)算在所有GPS衛(wèi)星發(fā)送得出GPS參考數(shù)據(jù)的第一抽樣x1的信號時，這些衛(wèi)星的近似位置(步驟205)。以下將參照圖4進(jìn)一步說明該計(jì)算步驟。
該處理接下來識別位于GPS接收機(jī)的近似位置 上空的GPS衛(wèi)星(步驟210)。以下將參照圖5和6進(jìn)一步說明該識別步驟。在識別出近似位置 上空的過頂衛(wèi)星之后，處理200計(jì)算每個過頂衛(wèi)星的多普勒頻移值(步驟215)。以下將參照圖7和8進(jìn)一步說明該計(jì)算步驟。
然后，該處理識別近似位置 周圍的區(qū)域(步驟220)。如下所述，該處理搜索該區(qū)域以便估計(jì)GPS接收機(jī)的位置。以下將參照圖9-11進(jìn)一步說明該區(qū)域識別步驟。
一旦識別出該區(qū)域，處理200識別在該區(qū)域中包含GPS接收機(jī)的位置(步驟225)。以下將參照圖12進(jìn)一步說明該識別步驟。在一些實(shí)施例中，該識別處理一般需要(1)在該區(qū)域內(nèi)選擇多個候選位置，(2)對于每個特定的選擇位置，計(jì)算一個度量值，該度量值量化GPS參考數(shù)據(jù)和接收機(jī)期待在特定位置處接收到的信號的抽樣之間的相似性，以及(3)基于這些計(jì)算結(jié)果，估計(jì)GPS接收機(jī)的位置。
一些實(shí)施例通過使用劃分網(wǎng)格來標(biāo)識區(qū)域內(nèi)的多個候選位置，然后選擇一些或所有標(biāo)識出的候選位置，從而選擇候選位置。一些實(shí)施例通過僅僅選擇一些標(biāo)識出的候選位置用于度量值計(jì)算，來增加定位處理的速度。同樣，不同的實(shí)施例以不同的間隔尺寸來劃分區(qū)域。其中一些使用比其它更粗劃分的網(wǎng)格。
當(dāng)對于選擇的候選位置計(jì)算度量值之后，一些實(shí)施例將得出最佳計(jì)算度量值的選擇位置識別為GPS接收機(jī)的位置。在計(jì)算出這些值并識別出得出最佳值的位置(即最佳初始位置)之后，其他實(shí)施例在該最佳初始位置周圍使用更精細(xì)網(wǎng)格，以便指定在此位置周圍的附加候選位置。然后，這些實(shí)施例對于一些或全部指定的附加候選位置計(jì)算度量值。接下來，這些實(shí)施例或者(1)選擇得出最佳度量值的附加候選位置，作為GPS接收機(jī)的位置，或者(2)使用更精細(xì)網(wǎng)格來遞歸重復(fù)該處理，以提高估計(jì)的GPS接收機(jī)位置的精確度。
在對于所選候選位置計(jì)算度量值之后，其他實(shí)施例通過使用解析技術(shù)，可以估計(jì)出識別位置周圍的更精確的GPS接收機(jī)位置。具體地說，一些實(shí)施例可以識別出得出最佳計(jì)算度量值的選擇位置，然后使用解析技術(shù)(例如內(nèi)插技術(shù))，根據(jù)識別出的選擇位置來計(jì)算接收機(jī)的位置。
A.計(jì)算衛(wèi)星位置如上所述，定位處理200初始計(jì)算在衛(wèi)星發(fā)送得出所產(chǎn)生的數(shù)字抽點(diǎn)中的第一抽樣的信號時，這些衛(wèi)星的近似位置。接收機(jī)在時間t1產(chǎn)生該第一抽樣。
給定星歷表和差分?jǐn)?shù)據(jù)，衛(wèi)星的位置s(t)實(shí)際上就是GPS時間t的確定性函數(shù)。在Elliott Kaplan所著的“Understanding GPS Principles andApplications”中，第38頁的表2.3中提供了根據(jù)星歷表和差分?jǐn)?shù)據(jù)得出衛(wèi)星位置的一組公式，該書由Artech House于1996年出版。
為了計(jì)算衛(wèi)星i的位置，處理200需要首先計(jì)算出衛(wèi)星i發(fā)送得出第一抽樣的信號的近似時間。該處理計(jì)算近似發(fā)送時間，是因?yàn)殡y以計(jì)算出準(zhǔn)確的發(fā)送時間。
每顆衛(wèi)星i的準(zhǔn)確的發(fā)送時間等于第一抽樣的實(shí)際時間t1減去衛(wèi)星的實(shí)際信號轉(zhuǎn)接延遲τi。信號轉(zhuǎn)接延遲τi是衛(wèi)星發(fā)送其信號和接收機(jī)產(chǎn)生第一抽樣之間的時間。公式(1)指定計(jì)算衛(wèi)星i的準(zhǔn)確的信號轉(zhuǎn)接延遲τi的函數(shù)H。
τi=H(l,si(t1-τi))=||l-si(t1-τi)||c+τia+τr---(1)]]>在此公式中，l是接收時間t1時接收機(jī)的準(zhǔn)確位置，si(t1-τi)是準(zhǔn)確發(fā)送時間(t1-τi)時衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置，c是光速，τia是由于大氣條件引起的延遲，τr是由接收機(jī)進(jìn)行模擬處理而引起的延遲。
定位處理200能夠通過使用差分?jǐn)?shù)據(jù)來確定大氣延遲τia。它還能夠從存儲結(jié)構(gòu)中檢索與每個GPS接收機(jī)相關(guān)的處理延遲τr。但是，很難確定(1)第一抽樣的準(zhǔn)確時間t1，(2)在第一抽樣的準(zhǔn)確時間t1時接收機(jī)的準(zhǔn)確位置l，或(3)在準(zhǔn)確發(fā)送時間(t1-τi)時衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置si(t1-τi)。所以，難以通過求解公式(1)來獲取信號轉(zhuǎn)接延遲τi的準(zhǔn)確值。
因此，在一些實(shí)施例中，定位處理200對于每顆衛(wèi)星i計(jì)算衛(wèi)星的近似信號轉(zhuǎn)接延遲 (步驟205)。以下的公式(2)說明了計(jì)算近似信號轉(zhuǎn)接延遲 的一種方式。該公式假設(shè)(1)第一抽樣時間是 (2)接收機(jī)位于近似位置 處，和(3)發(fā)送時間的衛(wèi)星位置等于其在第一抽樣的近似時間 時的位置。
τ~i=H(l~,si(t1~))=||l~-si(t1~)1||c+τia+τr---(2)]]>一些實(shí)施例(1)使用基站塔的位置作為GPS接收機(jī)的近似位置 和(2)通過使用以地球?yàn)橹行那夜潭ㄓ诘厍蛏系淖鴺?biāo)系來定義位置矢量 和 同樣，一些實(shí)施例通過使用接收到的小區(qū)塔標(biāo)識符，從數(shù)據(jù)庫中檢索塔位置。
對于每顆衛(wèi)星i，該處理能夠基于近似第一抽樣時間 和衛(wèi)星的近似信號轉(zhuǎn)接延遲 來計(jì)算近似發(fā)送時間 因此，對于每顆衛(wèi)星i，該處理通過使用星歷表和差分?jǐn)?shù)據(jù)，來計(jì)算在計(jì)算出的近似發(fā)送時間 時衛(wèi)星的近似位置 如上所述，在Elliott Kaplan所著的“Understanding GPSPrinciples and Applications”中，第38頁的表2.3中提供了給定星歷表和差分?jǐn)?shù)據(jù)得出衛(wèi)星位置的一組公式，該書由Artech House于1996年出版。
可以看出，使用這種方法計(jì)算出的近似衛(wèi)星位置距離發(fā)送時真正的衛(wèi)星位置不超過數(shù)米。在該文件的其他部分，符號si用作近似衛(wèi)星位置 的簡寫。
圖4示出處理400，該處理使用上述方法來計(jì)算近似時間 時每個GPS衛(wèi)星i的近似位置，其中近似時間 是衛(wèi)星i發(fā)送得出產(chǎn)生的第一抽樣的信號的時間。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該處理用于處理200的步驟205。
如圖4所示，處理400從其具有的GPS衛(wèi)星列表中初始選擇第一顆GPS衛(wèi)星i(步驟405)。然后，該處理確定與接收機(jī)有關(guān)的信號處理延遲τr(步驟410)。一些實(shí)施例在存儲結(jié)構(gòu)中存儲與每個GPS接收機(jī)有關(guān)的處理延遲τr，上述各GPS接收機(jī)可與處理200和定位服務(wù)器300一起使用。因此，在這些實(shí)施例中，處理400從存儲結(jié)構(gòu)中檢索與特定GPS接收機(jī)有關(guān)的處理延遲τr。
接下來，對于所選擇的衛(wèi)星，該處理計(jì)算大氣延遲τia(步驟415)。能夠根據(jù)接收到的差分GPS數(shù)據(jù)和近似接收機(jī)位置 得出該大氣延遲。在ElliottKaplan所著的“Understanding GPS Principles and Applications”中，第8章中公開了一種從接收到的差分GPS數(shù)據(jù)得出某位置的大氣延遲的方式，該書由Artech House于1996年出版。
在步驟420中，該處理計(jì)算在接收機(jī)產(chǎn)生第一抽樣的時間 時，所選擇衛(wèi)星的近似位置 在一些實(shí)施例中，該處理使用Artech House于1996年出版的Elliott Kaplan所著的“Understanding GPS Principles and Applications”中第38頁的表2.3中提供的一組公式，根據(jù)星歷表和差分?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算時間 時的位置。
在計(jì)算出衛(wèi)星在時間 時的近似位置之后，處理400計(jì)算所選擇衛(wèi)星的近似信號轉(zhuǎn)接延遲 (步驟425)。該處理使用上述公式(2)，根據(jù)近似衛(wèi)星位置 (在步驟420中計(jì)算出)、信號處理和大氣延遲τr和τia(分別在步驟410和415中計(jì)算出)和近似接收機(jī)位置 來計(jì)算近似信號轉(zhuǎn)接延遲
接下來，該處理通過從近似第一抽樣時間 中減去近似信號轉(zhuǎn)接延遲 (在步驟425中計(jì)算出)，來計(jì)算所選擇衛(wèi)星的近似發(fā)送時間 (步驟430)。然后，該處理計(jì)算在步驟435中計(jì)算出的近似發(fā)送時間 時所選擇衛(wèi)星的位置 在一些實(shí)施例中，該處理使用Artech House于1996年出版的Elliott Kaplan所著的“Understanding GPS Principles and Applications”中第38頁的表2.3中提供的一組公式，根據(jù)星歷表和差分?jǐn)?shù)據(jù)來計(jì)算該位置。
在計(jì)算出近似發(fā)送時間時所選擇衛(wèi)星的位置之后，該處理確定所選擇衛(wèi)星是否是其GPS衛(wèi)星列表中的最后一顆GPS衛(wèi)星(步驟440)。如果不是，該處理從該列表中選擇另一顆GPS衛(wèi)星(步驟445)，并且重復(fù)步驟415至435，以便確定新選擇衛(wèi)星的近似位置。否則，該處理確定它已經(jīng)計(jì)算出在所有GPS衛(wèi)星發(fā)送得出產(chǎn)生的第一抽樣的信號的近似時間時，這些GPS衛(wèi)星的位置。因此，該處理終止。
B.識別過頂衛(wèi)星在識別出所有GPS衛(wèi)星的位置之后，處理200識別出那些當(dāng)前“過頂”的衛(wèi)星(步驟210)。在一些實(shí)施例中，處理200通過進(jìn)行簡化假設(shè)，來識別“過頂”衛(wèi)星，即當(dāng)且僅當(dāng)衛(wèi)星相對于近似位置 過頂時，它們就相對于手持裝置過頂。
因此，在這些實(shí)施例中，處理200考察每顆衛(wèi)星i，并且確定該衛(wèi)星是否位于近似位置 的上空。在一些實(shí)施例中，當(dāng)且僅當(dāng)l~′l~≤l~′si]]>時，該處理指定該衛(wèi)星i作為過頂衛(wèi)星。換句話說，當(dāng)且僅當(dāng)該衛(wèi)星的近似位置矢量si與近似位置矢量 的內(nèi)積大于或等于近似位置矢量與其自身的內(nèi)積時，該處理指定該衛(wèi)星i作為過頂衛(wèi)星。
這種指定規(guī)則實(shí)質(zhì)上確定衛(wèi)星近似位置矢量si投影到近似位置矢量 上的幅度是否大于或等于近似位置矢量 的幅度。如果是這樣，該衛(wèi)星就是過頂衛(wèi)星。
圖5圖示出該指定規(guī)則。該圖表示地球510上的近似位置 處的GPS接收機(jī)505，和圍繞地球運(yùn)行的兩顆衛(wèi)星515和520。由于衛(wèi)星515位于位置 的水平線525之下，所以它不是過頂衛(wèi)星。相應(yīng)地，其位置矢量s515投影到近似位置矢量 上的幅度小于近似位置矢量 的幅度。
另一方面，由于衛(wèi)星520位于位置 的水平線525之上，所以它是過頂衛(wèi)星。因此，其位置矢量s520投影到近似位置矢量 上的幅度大于近似位置矢量 的幅度。
圖6示出使用上述方法來識別過頂衛(wèi)星的處理600。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該處理用于處理200的步驟210中。如圖6所示，處理600初始計(jì)算近似位置矢量 與其自身的內(nèi)積(步驟605)。
接下來，處理600從其具有的GPS列表中選擇一顆GPS衛(wèi)星(步驟610)。然后，該處理計(jì)算近似位置矢量 與所選擇衛(wèi)星的近似位置矢量si的內(nèi)積(步驟615)，該近似位置矢量si已在步驟205中計(jì)算出。
在步驟620中，處理600確定步驟615中產(chǎn)生的內(nèi)積是否大于或等于步驟605中產(chǎn)生的內(nèi)積。如果不是，則該處理轉(zhuǎn)到步驟630，以下將說明該步驟。否則，該處理將步驟610中選擇的衛(wèi)星指定為過頂衛(wèi)星(步驟625)，然后轉(zhuǎn)到步驟630。
在步驟630中，該處理確定它是否已經(jīng)考察了其GPS衛(wèi)星列表上的所有GPS衛(wèi)星。如果沒有，該處理返回到步驟610，從列表中選擇另一顆GPS衛(wèi)星，并且重復(fù)上述操作，以便確定新選擇的衛(wèi)星是否是過頂衛(wèi)星。
當(dāng)該處理確定它已經(jīng)考察了所有GPS衛(wèi)星時(步驟630)，該處理終止。典型地，到處理600終止時，該處理已經(jīng)識別出整數(shù)N顆GPS衛(wèi)星作為過頂衛(wèi)星。在以下的討論中，用整數(shù)1至N來標(biāo)記這些指定的過頂衛(wèi)星。
C.計(jì)算衛(wèi)星多普勒值在識別出過頂衛(wèi)星之后，處理200計(jì)算每個過頂衛(wèi)星的附加多普勒頻移值(步驟215)。圖7示出一些實(shí)施例中處理200用于計(jì)算這些多普勒頻移值的處理700。如圖7所示，處理700通過選擇一顆在步驟210中識別出的過頂GPS衛(wèi)星(步驟705)來開始。
衛(wèi)星的附加多普勒頻移值fi依賴于衛(wèi)星朝向GPS手持裝置的速度。因此，處理700計(jì)算所選過頂衛(wèi)星朝向近似位置 的速度(步驟710)。該速度是衛(wèi)星的總速度的分量。
圖8示出如何根據(jù)衛(wèi)星的總速度計(jì)算出該衛(wèi)星朝向近似位置 的速度。該圖示出位于近似位置810上空的衛(wèi)星805。該衛(wèi)星的位置由位置矢量s來定義，并且該衛(wèi)星的速度由速度矢量ν來定義，其中，速度矢量ν是位置矢量s的導(dǎo)數(shù)(即ν＝ds/dt)。一些實(shí)施例根據(jù)位置矢量從算術(shù)上計(jì)算該速度矢量。例如，一些實(shí)施例通過(1)計(jì)算短時間長度的開始和結(jié)束時的衛(wèi)星位置，(2)計(jì)算衛(wèi)星位置之差，和(3)用時間長度除以該差值，來計(jì)算位置矢量的導(dǎo)數(shù)。采用這種方法，能夠根據(jù)Artech House于1996年出版的Elliott Kaplan所著的“Understanding GPS Principles and Applications”中第38頁的表2.3中提供的公式，來計(jì)算衛(wèi)星位置。
從衛(wèi)星到近似位置的方向由矢量(l~-s~)/||l~-s~||]]>來定義，這是對近似位置矢量 與衛(wèi)星位置矢量s之間的差值利用該差值幅度進(jìn)行歸一化所得。該方向上的衛(wèi)星速度νR等于衛(wèi)星的總速度ν與該方向的內(nèi)積。因此，可以根據(jù)以下公式(3)來計(jì)算所求速度。
vR=v′(l~-s~)||l~-s~||·········(3)]]>因此，在步驟710中，處理700使用公式(3)來計(jì)算所選過頂衛(wèi)星朝向相近似位置 的速度。
在步驟715中，該處理然后通過使用以下公式(4)來定義所選擇衛(wèi)星i的附加多普勒頻移值fi。
fi=vRcfRF······(4)]]>在該公式中，c是光速，fRF是GPS載波頻率。
在步驟720中，該處理確定它是否已經(jīng)產(chǎn)生其過頂GPS衛(wèi)星列表中的所有過頂GPS衛(wèi)星的附加多普勒頻移值。如果沒有，該處理返回到步驟705，從該列表中選擇另一顆GPS衛(wèi)星，并且重復(fù)上述操作，以便產(chǎn)生新選擇衛(wèi)星的附加多普勒頻移值。當(dāng)該處理確定它已經(jīng)產(chǎn)生所有過頂GPS衛(wèi)星的附加多普勒頻移值時，該處理終止。
D.識別區(qū)域在計(jì)算出所有過頂衛(wèi)星的附加多普勒頻移值之后，處理200識別近似位置周圍的區(qū)域(步驟220)。如下所述，該處理搜索該區(qū)域，以便估計(jì)GPS接收機(jī)的位置。
圖9-11示出在本發(fā)明的不同實(shí)施例中由處理200搜索的三種類型的區(qū)域。如圖9所示，在一些實(shí)施例中，該處理識別近似位置 周圍的圓形區(qū)域905。這種區(qū)域能夠由垂直于近似位置矢量 的矢量r來定義。
圖10示出該處理能夠識別的近似位置 周圍的圓柱區(qū)域1005。這種圓柱體能夠通過定義圓形區(qū)域905之上和之下的區(qū)域來標(biāo)識?？商鎿Q地，圖11示出該處理能夠識別的近似位置 周圍的球形區(qū)域1105。這種區(qū)域能夠由具有表示球體半徑的特定幅度的矢量r來定義。
一些實(shí)施例通過從存儲結(jié)構(gòu)中檢索關(guān)于該區(qū)域的信息，來識別近似位置周圍的區(qū)域(例如圓形、圓柱體或球體區(qū)域)。例如，一些實(shí)施例存儲關(guān)于每個基站塔周圍的區(qū)域的信息(即每個可能的近似位置)。當(dāng)定位服務(wù)器300從特定基站接收信號時，這些實(shí)施例就從存儲器中檢索關(guān)于特定基站塔的位置的周圍區(qū)域的信息。一些實(shí)施例通過使用基站塔的標(biāo)識符，來檢索存儲結(jié)構(gòu)(即從存儲結(jié)構(gòu)中搜索和檢索位置和區(qū)域信息)。
E.估計(jì)GPS接收機(jī)位置在識別出GPS接收機(jī)的區(qū)域之后，處理200估計(jì)該區(qū)域中GPS接收機(jī)的位置(步驟225)。以下說明的實(shí)施例通過初始選擇該區(qū)域內(nèi)的多個候選位置來估計(jì)GPS接收機(jī)的位置。對于每個特定的選擇位置，這些實(shí)施例計(jì)算一個度量函數(shù)M，該度量函數(shù)量化GPS參考數(shù)據(jù)和接收機(jī)期待在特定位置處接收到的信號的抽樣值之間的相似性。這些實(shí)施例然后識別出得出最佳的計(jì)算度量值的位置，作為GPS接收機(jī)的位置。
一些實(shí)施例不僅對該區(qū)域內(nèi)的一組候選位置計(jì)算度量值M，也對一組其他未知參數(shù)的候選值計(jì)算度量值M。例如，一些實(shí)施例將度量值M作為以下5個未知參數(shù)的函數(shù)來計(jì)算(1) 表示指定該區(qū)域內(nèi)的候選位置的矢量，(2) 表示候選的第一抽樣時間，(3) 表示從N個過頂衛(wèi)星接收到的信號的候選功率電平的N值矢量，(4) 表示來自N個過頂衛(wèi)星的信號的候選載波相位的N值矢量，和(5) 表示由于接收機(jī)時鐘漂移而引入到接收信號中的多普勒頻移的候選值。
在該文件中，將“帽子”置于變量之上，以指示變量值是該變量值范圍內(nèi)的候選值。同樣，將度量值M作為變量第一抽樣時間 的函數(shù)來計(jì)算，以便解決接收機(jī)時鐘的不精確性。此外，如上所述，將度量值M作為多普勒頻移 的函數(shù)來計(jì)算，以便解決接收機(jī)時鐘的漂移Dc(例如由于溫度等引起的漂移)。
一些實(shí)施例通過初始列舉每個變量 的一組候選值，來計(jì)算度量值M。候選值的每種組合(即特定的候選 候選 候選 候選 和候選 的每種組合)表示關(guān)于參數(shù)l，t1，α，φ，f0的真實(shí)值的各種假設(shè) 對于每種假設(shè) (即對于每組假設(shè)的候選值 )和每顆過頂衛(wèi)星i，這些實(shí)施例計(jì)算假設(shè)信號 該信號表示當(dāng)該假設(shè)為真時(即當(dāng)一組假設(shè)的候選值 是其相應(yīng)變量的實(shí)際值時)，GPS接收機(jī)期望從衛(wèi)星i接收到的信號(沒有噪聲)。以下在子部分1中將說明假設(shè)參考信號 的建模。
然后，對于每種假設(shè) 這些實(shí)施例計(jì)算度量值M。假設(shè) 的度量值M量化接收到的GPS參考信號和如果假設(shè) 為真時接收機(jī)期待從所有過頂衛(wèi)星接收的假設(shè)信號(即 )之間的相似性。然后，這些實(shí)施例識別能夠得出最佳計(jì)算度量值的位置，作為GSP接收機(jī)的位置。
為了計(jì)算每種假設(shè) 的度量值M，一些實(shí)施例對所產(chǎn)生的假設(shè)信號 求和，對求和信號抽樣，并且比較抽樣和與接收到的GPS參考數(shù)據(jù)。其他實(shí)施例通過對每個產(chǎn)生的假設(shè)信號(即每個 )抽樣，比較每個產(chǎn)生的抽樣值與GPS參考數(shù)據(jù)，并且合并比較結(jié)果(例如求和)，來計(jì)算每種假設(shè) 的度量值M。
本發(fā)明的不同實(shí)施例使用不同的度量函數(shù)。一些實(shí)施例計(jì)算接收到的GPS參考信號和如果假設(shè) 為真時接收機(jī)期待從所有過頂衛(wèi)星接收的假設(shè)信號(即 )之間的差值。為了計(jì)算該差值，不同的實(shí)施例使用不同的差分函數(shù)。例如，一些實(shí)施例使用以下公式(5)所示的差分函數(shù)δ。
在該公式中，變量xk表示GPS參考數(shù)據(jù)的抽樣值。變量 表示合并相應(yīng)于所有過頂衛(wèi)星的分量的總假設(shè)參考信號的抽樣值。換句話說，差分公式(5)通過首先對所產(chǎn)生的所有衛(wèi)星的假設(shè)信號 求和，產(chǎn)生求和信號的抽樣值 從接收到的GPS參考數(shù)據(jù)中的相應(yīng)抽樣值中減去所產(chǎn)生的每個抽樣值，對相減結(jié)果求平方，并且將所得平方值相加，來計(jì)算特定假設(shè) 的差分值。
另一種計(jì)算假設(shè) 的差分值的方法是，對所產(chǎn)生的每顆衛(wèi)星的假設(shè)信號 進(jìn)行抽樣，從接收到的GPS參考數(shù)據(jù)中減去每顆衛(wèi)星的假設(shè)信號的抽樣值，然后合并(例如求和)對各衛(wèi)星的差分操作的結(jié)果。以下差分函數(shù)給出一種實(shí)施該方法的方式 采用任一方法，所產(chǎn)生的差分值量化接收信號和如果假設(shè)為真時接收機(jī)期待接收的信號之間的差值。最小值為最佳差分值。因此，計(jì)算差分度量值的實(shí)施例搜索候選空間，以便找到最小化該度量值的假設(shè)或者能夠使該度量值較小的假設(shè)。
一些實(shí)施例使用對數(shù)似然比作為其度量函數(shù)。例如，以下說明的實(shí)施例使用以下公式(6)提供的對數(shù)似然比。
最大化該函數(shù)等價于最小化公式(5)的差分函數(shù)δ。尤其是，能夠通過以下步驟從差分函數(shù)獲取對數(shù)似然比(1)將 分解成多項(xiàng)式 (2)丟棄xk2項(xiàng)，(3)將剩余兩項(xiàng)乘以-1/2。在公式(6)中，變量xk表示GPS參考數(shù)據(jù)的抽樣值，變量 表示所有過頂衛(wèi)星的總假設(shè)參考信號的抽樣值。換句話說，對數(shù)似然比公式(6)通過首先對所產(chǎn)生的所有衛(wèi)星的假設(shè)信號 求和，產(chǎn)生求和信號的抽樣值 使抽樣值與接收到的GPS參考數(shù)據(jù)相關(guān)，然后減去 與其自身的相關(guān)值，從而來計(jì)算特定假設(shè) 的對數(shù)似然比。
計(jì)算前述的假設(shè) 的對數(shù)似然比的另一種方法，對所產(chǎn)生的每顆衛(wèi)星的假設(shè)信號 進(jìn)行抽樣，使每顆衛(wèi)星的假設(shè)信號的抽樣值與接收到的GPS參考數(shù)據(jù)相關(guān)，然后合并(例如求和)相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果。以下公式給出一種實(shí)施該方法的方式 采用任一方法，最大值為所產(chǎn)生的最佳對數(shù)似然比，如以下公式(7)所示。
maxl^,t^1,α^,φ^,f^0L(l^,t^1,α^,φ^,f^0)---(7)]]>因此，計(jì)算對數(shù)似然比的實(shí)施例搜索候選空間，以便找到最大化該值或者使該值較大的一組候選值。能夠得出最大對數(shù)似然比的假設(shè) 的位置是GPS接收機(jī)的估計(jì)位置。
最大化處理能夠被分解成兩個獨(dú)立的最大化處理，如下所示。
maxl^,t^1,f^0maxα^,φ^L(l^,t^1,α^,φ^,f^0)---(8)]]>
因此，一些實(shí)施例以兩個循環(huán)來執(zhí)行該最大化操作(1)外環(huán)，搜索并選擇 和(2)內(nèi)環(huán)，對于所選 及其相應(yīng)的最佳值 計(jì)算對數(shù)似然比L。一些使用該兩環(huán)方法的實(shí)施例在對假設(shè)GPS參考信號 建模中采取確定的近似方法。以下子部分1中說明了一種假設(shè)參考信號的模型。
1.假設(shè)參考信號的建模如上所述，定位服務(wù)器300從參考GPS接收機(jī)接收每顆衛(wèi)星的導(dǎo)航比特，作為GPS時間的函數(shù)。因此，該服務(wù)器能夠再現(xiàn)由每顆衛(wèi)星發(fā)送的信號。以下公式(在反映發(fā)射功率的常量乘法因子內(nèi))給出由衛(wèi)星i在時間t發(fā)送的信號ai(t)=ξ-i(t)cos(2π(fRFt+φi(1)))---(9)]]>其中，ξ-i(t)=vi(t)ζi(t)]]>是衛(wèi)星i的“基帶”信號。在公式(9)和(10)中，νi(t)是作為GPS時間函數(shù)的導(dǎo)航比特值，ζi(t)是衛(wèi)星i的PRN處理(代碼)，φi(1)是衛(wèi)星上行傳輸?shù)妮d波相位，以及fRFt是GPS頻率。
GPS接收機(jī)接收來自N顆過頂衛(wèi)星的信號加噪聲的線性組合。如在II.A部分中所述，由衛(wèi)星i發(fā)送的信號引起延遲 并且接收信號具有如下形式ai(t-H(l^,si))=α^iξ‾i(t-H(l^,si))cos(2π((fRF+fi)t+φi(2)))---(11)]]>其中 代表接收功率。
在抽樣之前，接收機(jī)對接收信號執(zhí)行帶通濾波和混頻。這兩個操作都是線性操作。因此，這些操作能夠獨(dú)立地作用于來自不同衛(wèi)星的部分接收信號。混頻的目的是將公式(11)的余弦項(xiàng)中的載波頻率fRF從fRF變換到中頻fIF。但是，由于衛(wèi)星的運(yùn)動引起的多普勒效應(yīng)反映在(已知)頻率誤差fi中。而且，驅(qū)動混頻器的接收機(jī)時鐘中的不精確性反映在附加頻率誤差f0中。
為此，用cos(2π((fIF+fi+f^0)t+φi(3)))]]>項(xiàng)來代替cos(2π((fRF+fi)t+φi(2)))。
帶通濾波的效應(yīng)能夠通過對基帶發(fā)送信號 進(jìn)行低通濾波來近似。因此，用ξi(t)=(g*ξ‾i)(t)]]>來代替 其中g(shù)(·)是低通濾波器的脈沖響應(yīng)，以及“*”表示卷積。
簡而言之，僅在抽樣之前，能夠以如下形式對相應(yīng)于衛(wèi)星i的部分接收信號進(jìn)行建模α^iξi(t-H(l^,si))cos(2π((fIF+fi+f^0)t+φi(3)))]]>通過適當(dāng)?shù)刂匦露x載波相位，就能夠得到如下形式的最終模型α^iξi(t-H(l^,si))cos(2π((fIF+fi+f^0)(t-t^1)+φ^i))]]>其中， 是接收第一抽樣的假設(shè)時間。
根據(jù)以上說明，以下公式概括了(1)能夠用于表示關(guān)于多組假設(shè)候選值的假設(shè)參考信號 的模型，(2)在一組假設(shè)候選值的條件下，對于接收信號的抽樣值的結(jié)果模型，和(3)在特定假設(shè)條件下，對于對數(shù)似然比的結(jié)果公式。
·PRN代碼，及導(dǎo)航比特ξ‾i(t)=vi(t)ζi(t)---(12)]]>·低通濾波ξi(t)=(g*ξ‾i)(t)---(13)]]>·時間漂移和余弦調(diào)制 ·衛(wèi)星i對于產(chǎn)生的假設(shè)信號的作用(contribution) ·將各衛(wèi)星的作用相加 ·抽樣 ·似然計(jì)算
一些實(shí)施例通過首先對所產(chǎn)生的所有衛(wèi)星的假設(shè)信號 求和，對求和信號進(jìn)行抽樣，然后使抽樣和與接收到的GPS參考數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)，從而計(jì)算特定假設(shè) 的對數(shù)似然比 其中一些實(shí)施例分別使用公式(14)、(16)和(17)對來自每顆衛(wèi)星的假設(shè)信號 總假設(shè)信號 和總抽樣信號 進(jìn)行建模，并且使用公式(20)來計(jì)算對數(shù)似然比 但是，以下子部分3中說明的實(shí)施例通過對產(chǎn)生的每個假設(shè)信號(即每個 )進(jìn)行抽樣，使產(chǎn)生的每個抽樣值與GPS參考數(shù)據(jù)相關(guān)(例如相乘)，并且合并相關(guān)結(jié)果(例如求和)，來計(jì)算假設(shè) 的對數(shù)似然比 其中一些實(shí)施例分別使用公式(14)和(18)，對來自每顆衛(wèi)星的假設(shè)信號 和每個假設(shè)信號的各抽樣值 進(jìn)行建模，然后使用公式(20)來計(jì)算對數(shù)似然比 上述對 建模的特定方法僅僅是產(chǎn)生假設(shè)參考信號的模型的一種方法。普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，能夠構(gòu)造假設(shè)參考信號的不同模型，以便捕獲更多或更少的細(xì)節(jié)。例如，一種模型可能省略了低通濾波操作。另一種模型可能通過將抽樣值劃分成段，并對每段采用不同的延遲H(l，si)，來考慮由于衛(wèi)星運(yùn)動而引起的信號轉(zhuǎn)接延遲H(l，si)的改變。
2.對數(shù)似然比計(jì)算處理如上所述，一些實(shí)施例將GPS接收機(jī)的位置識別為與假設(shè) (即多組候選值 的假設(shè))相關(guān)的位置，該假設(shè)最大化由公式(21)表示的對數(shù)似然比。此外，如上關(guān)于公式(8)所述，一些實(shí)施例通過使用嵌套循環(huán)來執(zhí)行該識別，其中外環(huán)搜索和選擇 和內(nèi)環(huán)對于所選 及其相應(yīng)的最佳值計(jì)算對數(shù)似然比L。
圖12示出使用這種嵌套循環(huán)方法的處理1200。處理1200開始將變量LMAX初始化為0(步驟1205)。接下來，該處理對于位置矢量 第一抽樣時間 和附加時鐘多普勒頻移 列舉多個離散的候選值。為了列舉候選位置矢量，一些實(shí)施例在步驟220中識別出的區(qū)域之上加網(wǎng)格。一些實(shí)施例使用比其它更粗的網(wǎng)格來定義識別區(qū)域中的候選位置。
在列舉候選位置矢量 第一抽樣時間 和附加時鐘多普勒頻移 之后，處理1200選擇一組候選值 (即一個候選位置矢量 一個第一抽樣時間 和一個附加時鐘多普勒頻移 )(步驟1215)。接下來，該處理執(zhí)行公式(8)的嵌套循環(huán)處理的內(nèi)環(huán)(1220)。具體地說，在步驟1220中，該處理對于所選 及其最佳功率矢量 和載波相位矢量 計(jì)算對數(shù)似然比L。
以下子部分3將說明一種在不搜索功率和相位候選空間以找到最佳功率和相位矢量的情況下執(zhí)行內(nèi)環(huán)的方法。如下所述，該方法引入兩個新變量，它們使對數(shù)似然比成為二次函數(shù)，然后將該二次函數(shù)的導(dǎo)數(shù)設(shè)置成0，以便獲取新變量的最佳值。然后，對于這些最佳值，基于(1)GPS信號抽點(diǎn)，和(2)如果當(dāng)前假設(shè)為真且不存在噪聲時接收機(jī)期望接收的假設(shè)信號的相應(yīng)抽點(diǎn)，來計(jì)算對數(shù)似然比L。
在對于所選 及其最佳功率矢量 和載波相位矢量 計(jì)算出對數(shù)似然比L之后，該處理確定關(guān)于所選候選值的對數(shù)似然比L是否大于變量LMAX(步驟1225)。如果大于，當(dāng)前候選值就得到目前為止所計(jì)算出的最大對數(shù)似然比。所以，該處理存儲當(dāng)前候選值作為最佳候選值(步驟1230)，定義對數(shù)似然比L為最大對數(shù)似然比LMAX，并且轉(zhuǎn)到步驟1235，以下將說明該步驟。
如果該處理確定關(guān)于所選候選值的對數(shù)似然比L不大于LMAX(步驟1225)，該處理轉(zhuǎn)到步驟1235。在步驟1235中，該處理確定它是否已經(jīng)遍歷列舉的候選位置矢量 第一抽樣時間 和時鐘多普勒頻移 的所有組合。如果沒有，則該處理轉(zhuǎn)回到步驟1215，以選擇另一組候選值 并且關(guān)于新選擇的候選值重復(fù)上述操作。
當(dāng)該處理確定它已經(jīng)考察了列舉的候選位置矢量 第一抽樣時間 和時鐘多普勒頻移 的所有組合時，該處理將一組最佳候選值(在步驟1230中記錄)的位置 識別為GPS接收機(jī)的估計(jì)位置。然后該處理結(jié)束。
3.執(zhí)行內(nèi)環(huán)現(xiàn)在將說明一種執(zhí)行公式(8)的嵌套循環(huán)處理的內(nèi)環(huán)(步驟1220)的方式。直到處理1200執(zhí)行到步驟1220時，它已經(jīng)選擇了一組候選值 因此，在以下的說明中，這些變量被作為已知、確定的變量對待。
一些實(shí)施例通過使用從上述公式(21)推導(dǎo)出的一組公式來執(zhí)行內(nèi)環(huán)。這組公式包括以下將說明的公式(26)-(32)。在說明這些公式之前，首先說明這些公式的推導(dǎo)。
a.推導(dǎo)公式(26)-(32)為了推導(dǎo)出公式(26)-(32)，引入一組新變量。這些變量是A^i=α^icos2πφ^i]]>
B^i=α^isin2πφ^i]]>引入這些變量是因?yàn)樗鼈兡軌驅(qū)⒐?21)分解成這些新變量的二次函數(shù)。通過將其導(dǎo)數(shù)設(shè)置為0，并且求解具有2N個未知量的2N個公式的結(jié)果，就能夠最優(yōu)化該二次函數(shù)。因此，該二次函數(shù)提供了一種在不搜索功率和相位候選空間的情況下，越過功率電平和載波相位，最大化對數(shù)似然比的方式。
具體地說，能夠通過將變量 和 代入公式(15)中而獲得以下公式(24)，從而能夠重新表示各第i顆過頂衛(wèi)星對于所產(chǎn)生的假設(shè)信號的作用。
=A^iξi(t-H(l^,si))cos(2π(fIF+f^0+fi)(t-t^1))-]]>B^iξi(t-H(l^,si))sin(2π(fIF+f^0+fi)(t-t^1))---(24)]]>為了使對時間的依賴更清楚，可以改變符號。通過定義Θ為PRN代碼重復(fù)之前的長度(PRN代碼典型地每1ms重復(fù))，可以將第k個抽樣值的假設(shè)時間 表示為 其中， 是表示自衛(wèi)星i的名義上的0 GPS時間起PRN代碼循環(huán)的假設(shè)次數(shù)的正整數(shù)，以及 是 范圍內(nèi)的實(shí)數(shù)，表示為第一抽樣假設(shè)的代碼相位偏移。 指定導(dǎo)航比特是否能夠自其識別出給定衛(wèi)星的發(fā)送位置起發(fā)生改變。由于重復(fù)PRN代碼，用導(dǎo)航比特改變能夠引起讀出翻轉(zhuǎn)的信號點(diǎn)來識別其起始點(diǎn)(即其中代碼相位 )。
通過定義以下的I和Q分量， 能夠利用以下公式很好地近似對數(shù)似然比L=Σi=1N(AiI0,i-BiQ0,i)-14Σi=1NΣj=1N[(AjAi+BiBj)Ii,j+(BjAi-AjBi)Qi,j]---(30)]]>
公式(30)是關(guān)于變量 和 的二次函數(shù)。通過將該公式的導(dǎo)數(shù)設(shè)置為0，能夠獲取對于每個k≤N的如下公式組I0,k=14ΣiAi(Ii,k+Ik,i)+Bi(Qk,i-Qi,k)---(31)]]>-Q0,k=14ΣiBi(Ii,k+Ik,i)+Ai(Qi,k-Qk,i)---(32)]]>該導(dǎo)數(shù)可被求解作為具有2N個未知量的2N個公式系統(tǒng)，以便獲取關(guān)于這些變量 和 的最佳值。
b.計(jì)算對數(shù)似然比為了對于每組候選值計(jì)算對數(shù)似然比，首先基于公式(13)和(26)-(29)計(jì)算出I和Q分量。接下來，通過求解以上公式(31)-(32)來計(jì)算變量 和 的最佳值。最后，通過在公式(30)中應(yīng)用計(jì)算出的I和Q分量和計(jì)算出的變量 和 來計(jì)算對數(shù)似然比。
普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，上述實(shí)施例具有幾方面的優(yōu)點(diǎn)。例如，這些實(shí)施例不執(zhí)行三角測量操作，而三角測量操作需要來自三個或更多衛(wèi)星的強(qiáng)信號。相反地，它們通過解析關(guān)于能夠影響該數(shù)據(jù)的所有衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，來執(zhí)行其位置檢測操作。
解析所有可能衛(wèi)星的作用能夠提高這些實(shí)施例的靈敏度。提高的靈敏度尤其有利于衛(wèi)星信號衰減的環(huán)境(例如室內(nèi)或植被下)。換句話說，這些實(shí)施例能夠允許比傳統(tǒng)GPS技術(shù)更大的信號衰減，因此它們能夠在使傳統(tǒng)GPS技術(shù)失敗的環(huán)境中執(zhí)行定位。
即使在衛(wèi)星信號沒有很大衰減的環(huán)境中，解析所有可能衛(wèi)星的作用的優(yōu)點(diǎn)在于，它能夠減少數(shù)據(jù)量，該數(shù)據(jù)是這些實(shí)施例需要考慮以便獲取可與傳統(tǒng)GPS技術(shù)相比擬的結(jié)果。該解析同時考慮GPS衛(wèi)星的代碼相位。因此，這種解析不考慮不可能的代碼相位候選組合，因此在統(tǒng)計(jì)上更加有效。
同樣，解析所有可能衛(wèi)星的作用允許在定位計(jì)算中排除衛(wèi)星之間的干擾，這就能夠更精確地估計(jì)位置。例如，在對數(shù)似然比公式(20)和(21)中，衛(wèi)星間干擾相應(yīng)于這些公式中的第二項(xiàng)，并且被從這些公式的第一項(xiàng)中減去；在這些公式中，第一項(xiàng)提供接收到的GPS參考數(shù)據(jù)和假設(shè)參考信號的抽樣值之間的內(nèi)積。
在已經(jīng)參照幾個細(xì)節(jié)說明了本發(fā)明時，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，能夠以其他特定方式體現(xiàn)本發(fā)明。例如，如上所述，定位處理200(1)在包含GPS接收機(jī)的區(qū)域內(nèi)，選擇多個位置，(2)對于每個特定的選擇位置，計(jì)算量化GPS參考數(shù)據(jù)和接收機(jī)期望在特定的選擇位置接收到的信號之間的相似性的度量值，和(3)基于計(jì)算結(jié)果，估計(jì)GPS接收機(jī)的位置。
但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，其他實(shí)施例能夠以不同的方式估計(jì)GPS接收機(jī)的位置。例如，一個實(shí)施例每次選擇一個位置，計(jì)算所選位置的度量值，并且比較計(jì)算的度量值和閾值。如果計(jì)算的度量值好于閾值，該實(shí)施例將所選位置識別為估計(jì)的GPS接收機(jī)位置。否則，該實(shí)施例繼續(xù)在包含GPS接收機(jī)的區(qū)域內(nèi)選擇位置，直到某個位置結(jié)果產(chǎn)生好于閾值的度量值。不同的實(shí)施例定義不同的閾值。在一些實(shí)施例中，該值依賴于環(huán)境，而在其他實(shí)施例中，該值依賴于關(guān)于接收信號的一定統(tǒng)計(jì)。
同樣，即使上述實(shí)施例使用商用GPS頻率，其他實(shí)施例使用軍用GPS頻率，而其他實(shí)施例既使用商用頻率又使用軍用頻率。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于上述示例性細(xì)節(jié)，而是由所附權(quán)利要求進(jìn)行規(guī)定。
權(quán)利要求
1.一種方法，用于根據(jù)由接收機(jī)接收到的參考信號，識別所述接收機(jī)在某區(qū)域內(nèi)的估計(jì)位置，所述方法包括以下步驟a)選擇所述區(qū)域內(nèi)的一個位置；b)計(jì)算一個度量值，該度量值量化所述接收信號和對于所選位置的期望信號之間的相似性；以及c)基于計(jì)算結(jié)果，確定是否將所選位置識別為所述估計(jì)位置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，計(jì)算對于所選位置的所述度量值的步驟包括計(jì)算所述接收信號和對于所選位置的期望信號之間的差值。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，計(jì)算對于所選位置的所述度量值的步驟包括基于所述接收信號和對于所選位置的期望信號，計(jì)算對數(shù)似然比。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括a)確定所述計(jì)算的度量值是否好于一個閾值；以及b)如果所述計(jì)算的度量值好于所述閾值，則將所選位置識別為所述接收機(jī)的估計(jì)位置。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，如果所述計(jì)算的度量值比所述閾值差，則所述方法還包括a)選擇所述區(qū)域內(nèi)的第二個位置；b)計(jì)算第二個度量值，該第二個度量值量化所述接收信號和對于所述第二個位置的期望信號之間的相似性；以及c)確定所述計(jì)算的第二個度量值是否好于所述閾值；以及d)如果所述計(jì)算的第二個度量值好于所述閾值，則將所述第二個所選位置識別為所述接收機(jī)的估計(jì)位置。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法用于具有多個發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的定位系統(tǒng)，其中，所述期望信號是所述接收機(jī)從一組發(fā)射機(jī)接收到的信號。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括a)產(chǎn)生所述接收信號的抽樣值；b)其中對于所選位置計(jì)算所述度量值的步驟包括1)產(chǎn)生對于所述發(fā)射機(jī)組中的每個發(fā)射機(jī)的假設(shè)信號；2)當(dāng)所述發(fā)射機(jī)組具有一個以上的發(fā)射機(jī)時，組合所產(chǎn)生的假設(shè)信號以產(chǎn)生所述期望信號；3)產(chǎn)生所述期望信號的抽樣值；4)基于所述接收信號和期望信號的抽樣值，計(jì)算所述度量值。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括a)產(chǎn)生所述接收信號的抽樣值；b)其中對于所選位置計(jì)算所述度量值的步驟包括1)產(chǎn)生對于所述發(fā)射機(jī)組中的每個發(fā)射機(jī)的假設(shè)信號；2)產(chǎn)生每個假設(shè)信號的抽樣值；3)對于每個特定抽樣值，基于所述接收信號和所述特定假設(shè)信號的所述抽樣值，計(jì)算一個度量值，該度量值量化所述接收信號和所述特定假設(shè)信號之間的相似性；以及4)當(dāng)所述發(fā)射機(jī)組具有一個以上的發(fā)射機(jī)時，組合對于所有假設(shè)信號而計(jì)算的度量值，以產(chǎn)生對于所選位置的所述度量值。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法用于全球定位系統(tǒng)(GPS)，并且所述接收機(jī)是GPS接收機(jī)。
10.一種方法，用于根據(jù)由接收機(jī)接收到的參考信號，確定所述接收機(jī)在某區(qū)域內(nèi)的估計(jì)位置，所述方法包括以下步驟a)選擇所述區(qū)域內(nèi)的多個位置；b)對于每個所選位置，計(jì)算一個度量值，該度量值量化所述接收信號與對于所選位置的期望信號之間的相似性；以及c)基于計(jì)算結(jié)果，識別所述接收機(jī)的估計(jì)位置。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，識別所述接收機(jī)的估計(jì)位置的步驟包括a)識別所述計(jì)算度量值中是最佳值的所述度量值；b)識別得出所述最佳度量值的所述位置，作為所述接收機(jī)的估計(jì)位置。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，對于每個所選位置計(jì)算所述度量值的步驟包括計(jì)算所述接收信號與對于所選位置的期望信號之間的差值。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，識別所述估計(jì)位置的步驟包括識別得出所述最小的計(jì)算差值的所選位置，作為所述接收機(jī)的估計(jì)位置。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，對于每個所選位置計(jì)算所述度量值的步驟包括基于所述接收信號和對于所選位置的期望信號，計(jì)算對數(shù)似然比。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，識別所述估計(jì)位置的步驟包括識別得出所述最大的計(jì)算對數(shù)似然比的所選位置，作為所述接收機(jī)的估計(jì)位置。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，識別所述估計(jì)位置的步驟包括a)識別得出所述最佳的計(jì)算度量值的所選位置；b)選擇所述識別位置周圍的多個附加位置；c)對于每個特定附加位置，計(jì)算一個度量值，該度量值量化所述接收信號和對于所述特定附加位置的期望信號之間的相似性；以及d)基于附加計(jì)算結(jié)果，識別所述接收機(jī)的估計(jì)位置。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，識別所述估計(jì)位置的步驟包括a)識別得出所述最佳的計(jì)算度量值的多個所選位置；b)使用解析技術(shù)，根據(jù)所述識別出的所選位置，來計(jì)算所述估計(jì)位置。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述解析技術(shù)是內(nèi)插技術(shù)。
19.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述方法用于具有多個發(fā)射機(jī)和所述接收機(jī)的定位系統(tǒng)，其中，所述期望信號是所述接收機(jī)從發(fā)射機(jī)組接收到的信號。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括a)產(chǎn)生所述接收信號的抽樣值；b)其中對于所選位置計(jì)算所述度量值的步驟包括1)產(chǎn)生對于所述發(fā)射機(jī)組中的每個發(fā)射機(jī)的假設(shè)信號；2)當(dāng)所述發(fā)射機(jī)組具有一個以上的發(fā)射機(jī)時，組合所產(chǎn)生的假設(shè)信號，以產(chǎn)生所述期望信號；3)產(chǎn)生所述期望信號的抽樣值；4)基于所述接收信號和期望信號的抽樣值，計(jì)算所述度量值。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，還包括a)產(chǎn)生所述接收信號的抽樣值；b)其中對于所選位置計(jì)算所述度量值的步驟包括1)產(chǎn)生對于所述發(fā)射機(jī)組中的每個發(fā)射機(jī)的假設(shè)信號；2)產(chǎn)生每個假設(shè)信號的抽樣值；3)對于每個特定抽樣值，基于所述接收信號和所述特定假設(shè)信號的所述抽樣值，計(jì)算一個度量值，該度量值量化所述接收信號和所述特定假設(shè)信號之間的相似性；以及4)當(dāng)所述發(fā)射機(jī)組具有一個以上的發(fā)射機(jī)時，組合對于所有假設(shè)信號而計(jì)算的所述度量值，以產(chǎn)生對于所選位置的所述度量值。
22.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述方法用于全球定位系統(tǒng)(GPS)，并且所述接收機(jī)是GPS接收機(jī)。
23.一種全球定位方法，包括以下步驟a)使用全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)來接收GPS信號；以及b)在不執(zhí)行三角測量的情況下，根據(jù)所述GPS信號來識別所述GPS接收機(jī)的估計(jì)位置。
24.一種方法，用于具有多顆衛(wèi)星的全球定位系統(tǒng)(GPS)，該方法根據(jù)由GPS接收機(jī)接收到的GPS信號來估計(jì)所述接收機(jī)在某區(qū)域內(nèi)的位置，所述方法包括以下步驟a)識別所述區(qū)域上空的至少一些衛(wèi)星；b)識別所述區(qū)域內(nèi)的多個位置；c)對于每個特定識別位置，計(jì)算一個度量值，該度量值量化所述接收的GPS信號和期望信號之間的相似性，對于每個特定識別位置的所述期望信號是所述接收機(jī)期望在該特定位置從識別出的衛(wèi)星接收的信號；以及d)基于計(jì)算結(jié)果，估計(jì)所述接收機(jī)的位置。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，識別所述衛(wèi)星的步驟包括識別所述區(qū)域上空的所有衛(wèi)星。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，識別所述衛(wèi)星的步驟包括識別所述區(qū)域上空的一些而不是所有衛(wèi)星。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述接收信號包含來自每顆所述識別出的衛(wèi)星的信號，所述方法還包括a)對于每顆識別出的衛(wèi)星，計(jì)算由于所述衛(wèi)星的運(yùn)動而引起的衛(wèi)星信號中的多普勒頻移；以及b)在對于每個位置計(jì)算所述度量值的過程中，使用計(jì)算出的多普勒頻移。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，通過使用依賴于未知參數(shù)的度量值函數(shù)，對于每個特定位置計(jì)算所述度量值，其中，識別多個位置的步驟包括指定多種假設(shè)，每種假設(shè)識別所述區(qū)域內(nèi)的位置及未知參數(shù)的值；以及其中，對于每個特定位置計(jì)算所述度量值的步驟包括對于每個特定假設(shè)，計(jì)算一個度量值，該度量值量化所述接收信號和一個期望信號之間的相似性，所述期望信號是當(dāng)所述接收機(jī)位于由所述特定假設(shè)指定的位置上而且所述未知參數(shù)具有由所述特定假設(shè)指定的值時，所述接收機(jī)期望從識別的衛(wèi)星接收的信號。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述未知參數(shù)與所述GPS接收機(jī)的操作有關(guān)。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述接收機(jī)具有帶有特定漂移的時鐘，其中所述時鐘的漂移引入所述接收信號中的多普勒頻移，其中，所述未知參數(shù)是由所述時鐘的漂移引入的所述多普勒頻移。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，還包括產(chǎn)生所述接收的GPS信號的抽樣值，其中，第一抽樣是在根據(jù)所述接收機(jī)的時鐘測量的第一抽樣時間產(chǎn)生的；其中，每個假設(shè)指定一個位置、多普勒頻移值和第一抽樣時間值，并且所述計(jì)算出的對于每個假設(shè)的度量值是由所述假設(shè)指定的所述位置、多普勒頻移值和第一抽樣時間值的函數(shù)。
32.如權(quán)利要求24所述的方法，還包括識別包含所述GPS接收機(jī)的區(qū)域的步驟。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，還包括識別GPS接收機(jī)的近似位置的步驟，其中，識別所述區(qū)域的步驟包括識別已識別出的近似位置周圍的區(qū)域。
34.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，對于每個識別位置計(jì)算所述度量值的步驟包括計(jì)算所述接收的GPS信號和對于所述識別位置的所述期望信號之間的差值。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中，估計(jì)所述接收機(jī)的位置的步驟包括將得出最小的計(jì)算差值的位置識別為所述接收機(jī)的位置。
36.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，對于每個識別位置計(jì)算所述度量值的步驟包括基于所述接收的GPS信號和對于所述識別位置的期望信號，計(jì)算對數(shù)似然比。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，估計(jì)所述接收機(jī)的位置的步驟包括將得出最大的計(jì)算對數(shù)似然比的位置識別為所述接收機(jī)的位置。
38.一種方法，用于具有多顆衛(wèi)星的全球定位系統(tǒng)(GPS)，該方法根據(jù)由GPS接收機(jī)接收到的GPS信號來估計(jì)所述接收機(jī)在某區(qū)域內(nèi)的位置，所述方法包括以下步驟a)定義多種假設(shè)，其中，每種假設(shè)指定所述區(qū)域內(nèi)的一個位置以及與所述GPS接收機(jī)的操作有關(guān)的一個未知參數(shù)的值；b)對于每個特定假設(shè)，計(jì)算一個度量值，該度量值量化所述接收的GPS信號和期望信號之間的相似性，所述期望信號是當(dāng)所述接收機(jī)位于由所述特定假設(shè)指定的位置上，而且所述未知參數(shù)具有由所述假設(shè)指定的值時，所述接收機(jī)期望從一組衛(wèi)星接收的信號；以及c)基于所述計(jì)算結(jié)果，估計(jì)所述接收機(jī)的位置。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述衛(wèi)星組包括所述區(qū)域上空的所有衛(wèi)星。
40.如權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述衛(wèi)星組包括所述區(qū)域上空的一些而不是所有衛(wèi)星。
41.如權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述接收機(jī)包含具有特定漂移的時鐘，其中，所述時鐘的漂移引入所述接收信號中的多普勒頻移，其中，所述未知參數(shù)是由所述時鐘漂移引入的所述多普勒頻移。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，還包括產(chǎn)生所述接收的GPS信號的抽樣值，其中，第一抽樣是在根據(jù)所述接收機(jī)的時鐘測量的第一抽樣時間產(chǎn)生的；其中，每個假設(shè)指定位置、多普勒頻移值和第一抽樣時間值，并且所述計(jì)算出的對于每個假設(shè)的度量值是由所述假設(shè)指定的所述位置、多普勒頻移值和第一抽樣時間值的函數(shù)。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中，來自所述組中的每顆衛(wèi)星的所述信號以特定功率電平和載波相位到達(dá)所述接收機(jī)，其中，對于每個假設(shè)計(jì)算所述度量值的步驟包括同時最優(yōu)化來自所述衛(wèi)星組的所述信號的所述功率電平和載波相位。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其中，同時最優(yōu)化所述衛(wèi)星組的所述功率電平和載波相位的步驟包括使用二次最優(yōu)化技術(shù)。
45.如權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述接收機(jī)包含具有特定漂移的時鐘，其中，所述時鐘的漂移引入所述接收信號中的多普勒頻移，所述方法還包括以下步驟從所述GPS信號產(chǎn)生多個抽樣值，其中，第一抽樣是在根據(jù)所述接收機(jī)的時鐘測量的第一抽樣時間產(chǎn)生的；其中，每個假設(shè)指定一個位置、多普勒頻移值和第一抽樣時間值，并且所述對于每個假設(shè)計(jì)算出的度量值是由所述假設(shè)指定的所述位置、多普勒頻移值和第一抽樣時間值的函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明的幾個實(shí)施例提供了一種包含多個發(fā)射機(jī)和至少一個接收機(jī)的定位系統(tǒng)?；谟山邮諜C(jī)接收到的參考信號，該定位系統(tǒng)識別某區(qū)域內(nèi)接收機(jī)的估計(jì)位置。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)在該區(qū)域內(nèi)選擇一個或多個位置。對于每一個特定的選擇位置，該系統(tǒng)在不存在或存在干擾的情況下，計(jì)算一個度量值，該度量值量化接收信號和接收機(jī)期待在特定位置處接收到的信號之間的相似性。然后，基于計(jì)算出的度量值或值，該系統(tǒng)識別接收機(jī)的估計(jì)位置。
文檔編號G01S1/00GK1636146SQ02807470
公開日2005年7月6日 申請日期2002年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月12日
發(fā)明者本杰明·范羅伊, 約翰·奇奇克里斯, 安德魯·喬 申請人:SiRF技術(shù)公司