專利名稱：衛(wèi)星定位系統(tǒng)中使用距變率量測確認(rèn)位置的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星定位系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種衛(wèi)星定位系統(tǒng)中使用距變率量測(range-rate measurement)確認(rèn)位置的方法和裝置。

背景技術(shù)：
衛(wèi)星定位系統(tǒng)(SPS)接收器使用來自多個(gè)衛(wèi)星的測量數(shù)據(jù)計(jì)算位置。SPS接收器通常通過計(jì)算從衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)的發(fā)送時(shí)間和由地球上或靠近地球的接收器接收到的該信號(hào)的接收時(shí)間之間的時(shí)延(time delay)來確定其所在位置。上述時(shí)延與光速的乘積給出了從接收器到位于所述接收器范圍內(nèi)的每個(gè)衛(wèi)星之間的距離。典型的衛(wèi)星定位系統(tǒng)包括全球定位系統(tǒng)(GPS)、歐洲伽利略(GALILEO)系統(tǒng)和俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位系統(tǒng)(GLONASS)。
在GPS中，具有商業(yè)用途的每個(gè)信號(hào)使用由唯一的偽隨機(jī)噪聲(PN)碼(即粗捕獲(C/A)碼)定義的具有1.023MHz擴(kuò)展率的直序擴(kuò)頻信號(hào)。每個(gè)PN碼雙相調(diào)制1575.42MHz的載波信號(hào)(即L1載波)并唯一地標(biāo)識(shí)特定衛(wèi)星。PN碼序列長度是1023個(gè)碼片(chip)，對(duì)應(yīng)于1毫秒時(shí)間段。1023個(gè)碼片的一個(gè)循環(huán)周期被稱為一個(gè)PN幀或PN元。
GPS接收器通過比較接收到的PN碼信號(hào)序列和內(nèi)部生成時(shí)的PN碼信號(hào)序列之間的時(shí)移(time shifts)來確定信號(hào)的發(fā)射和接收之間的時(shí)延。測量所得的時(shí)延被稱為“亞毫秒偽距”，因?yàn)橐阎鰰r(shí)延以1毫秒PN幀邊界為模。如果針對(duì)特定衛(wèi)星標(biāo)識(shí)出了數(shù)據(jù)位邊緣(date bit edges)，則已知該偽距以數(shù)據(jù)位周期為模，例如在當(dāng)前的GPS系統(tǒng)中數(shù)據(jù)位周期為20ms。不同的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，以及GPS系統(tǒng)中將有的變化可提供不同的數(shù)據(jù)位周期。一般而言，如果已知偽距以N ms為模，則將其稱做“分?jǐn)?shù)偽距(fractional pseudorange)”。通過求解與每個(gè)衛(wèi)星的每次時(shí)延相關(guān)聯(lián)的毫秒的整數(shù)位，便可獲得真正的、準(zhǔn)確的偽距。一組4個(gè)偽距，加上已知的GPS信號(hào)發(fā)送的絕對(duì)時(shí)間和與這些絕對(duì)時(shí)間相關(guān)的衛(wèi)星位置，足以用于求出GPS接收器的位置。為了確定在發(fā)送時(shí)GPS衛(wèi)星的位置，進(jìn)而確定GPS接收器的位置，發(fā)送(或接收)的絕對(duì)時(shí)間時(shí)是必需的。
因此，每個(gè)GPS衛(wèi)星廣播衛(wèi)星軌道模型和時(shí)鐘數(shù)據(jù)作為衛(wèi)星導(dǎo)航電文(satellite navigation message)。該衛(wèi)星導(dǎo)航電文是50位每秒(bps)的數(shù)據(jù)流，所述數(shù)據(jù)流以2為模加入PN碼，且位邊界(bit boundary)與PN幀的頭部對(duì)準(zhǔn)。每個(gè)數(shù)據(jù)位周期(20毫秒)有20個(gè)PN幀。衛(wèi)星導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，又稱做“星歷(ephemeris)”數(shù)據(jù)，其用于標(biāo)識(shí)衛(wèi)星和它們的軌道，以及與衛(wèi)星信號(hào)相關(guān)的絕對(duì)時(shí)間信息(在此稱做“GPS系統(tǒng)時(shí)間”)。GPS系統(tǒng)時(shí)間信息采用第二星期信號(hào)(week signal)的形式，被稱做星期時(shí)間(TOW)。這一絕對(duì)時(shí)間信號(hào)允許接收器明確地確定每個(gè)接收到的信號(hào)分別何時(shí)由各個(gè)衛(wèi)星發(fā)送的時(shí)間標(biāo)簽。
GPS衛(wèi)星以約3.9km/s的速率移動(dòng)，這樣從地面上看，衛(wèi)星的距離最大以±800m/s改變。絕對(duì)定時(shí)誤差導(dǎo)致針對(duì)每個(gè)毫秒的定時(shí)誤差有高達(dá)0.8m的距離誤差。這些距離誤差在GPS接收器位置上產(chǎn)生類似的尺寸誤差。因此，針對(duì)大約10m的位置精度，10ms的絕對(duì)時(shí)間精度已經(jīng)足夠。多于10ms的絕對(duì)時(shí)間誤差將導(dǎo)致很大的位置誤差，因此典型的GPS接收器所需的絕對(duì)時(shí)間要具有大約10毫秒的精度或更好的精度。
與GPS定位密切相關(guān)的另一時(shí)間參數(shù)是在用于測量亞毫秒偽距的時(shí)間基準(zhǔn)中的亞毫秒偏移量。這個(gè)偏移量平等地影響所有的測量，并因此被稱作“共模誤差”。該共模誤差不能與絕對(duì)時(shí)間誤差混淆。如上所述，1毫秒的絕對(duì)誤差導(dǎo)致高達(dá)0.8m的距離誤差，而1微秒的絕對(duì)誤差將導(dǎo)致小于1毫米的難以察覺的距離誤差。然而，1微秒的共模誤差導(dǎo)致的誤差為1微秒的偽距與光速的乘積(也就是300米)。共模誤差對(duì)偽距計(jì)算具有很大的影響，而且實(shí)際上很難校準(zhǔn)共模誤差。因此，一旦在特定的接收器測得的偽距數(shù)量足夠多時(shí)，傳統(tǒng)的GPS接收器把共模誤差當(dāng)作未知的，并將其和位置一起求解。
傳統(tǒng)地，求解偽距的整數(shù)部分(“整數(shù)模糊度算法(integer ambiguityresolution)”)的過程一般要求針對(duì)唯一定義的整數(shù)，接收器位置的初始估計(jì)值與接收器的實(shí)際位置足夠接近。特別地，初始估計(jì)位置在實(shí)際位置的150km范圍以內(nèi)，便可實(shí)現(xiàn)整數(shù)的明確求解。在某些例子中，接收器的初始位置估計(jì)的唯一選擇是最近計(jì)算出的位置，其存儲(chǔ)在位置高速緩沖存儲(chǔ)器內(nèi)。例如，接收器可能不能與可提供位置估計(jì)的任何外部源(如移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò))通信。然而，如果接收器已從上一次計(jì)算的位置移動(dòng)超出了150km，則算出的偽距整數(shù)將不再可靠。如果某位置是使用具有不正確的整數(shù)的偽距計(jì)算出來的，則這個(gè)位置是無效的。
因此，在這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中需要有一種在衛(wèi)星定位系統(tǒng)中確認(rèn)位置的方法和系統(tǒng)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了遠(yuǎn)端接收器定位的方法和裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，測量從遠(yuǎn)端接收器到多個(gè)衛(wèi)星的分?jǐn)?shù)偽距。在遠(yuǎn)端接收器處獲得初始位置。例如，可選擇存儲(chǔ)在遠(yuǎn)端接收器的位置高速緩沖存儲(chǔ)器中的最新計(jì)算的位置作為初始位置。使用分?jǐn)?shù)偽距和初始位置可計(jì)算出遠(yuǎn)端接收器的位置。在遠(yuǎn)端接收器處可獲得關(guān)于衛(wèi)星的距變率測量值。計(jì)算出的位置使用距變率測量值來確認(rèn)是否有效。
在另一個(gè)實(shí)施例中，測量從遠(yuǎn)端接收器到多個(gè)衛(wèi)星的分?jǐn)?shù)偽距。在遠(yuǎn)端接收器處獲得初始位置。例如，可選擇存儲(chǔ)在遠(yuǎn)端接收器的位置高速緩沖存儲(chǔ)器中的最新計(jì)算的位置作為初始位置。在遠(yuǎn)端接收器處可獲得關(guān)于多個(gè)衛(wèi)星的距變率測量值。使用該距變率測量值來確認(rèn)初始位置是否有效。響應(yīng)該初始位置被認(rèn)為有效，使用分?jǐn)?shù)偽距和該初始位置計(jì)算出遠(yuǎn)端接收器的位置。特別地，如果該初始位置被認(rèn)為是有效的，則可使用該初始位置來確定分?jǐn)?shù)偽距的整數(shù)部分。



因此，通過參照實(shí)施例和用于描述某些實(shí)施例的附圖，對(duì)以上簡要介紹的本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述的方式，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的上述各種特征。需要注意的是，雖然附圖僅僅描述了本發(fā)明的典型實(shí)施例，但不能因此被看作是本發(fā)明范圍的限定，本發(fā)明也可允許其它等效實(shí)施例。
圖1是描繪定位系統(tǒng)實(shí)施例的典型框圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于描述遠(yuǎn)端接收器的定位位置的方法的典型流程圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于描述在遠(yuǎn)端接收器確認(rèn)初始位置的方法的典型流程圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于描述在遠(yuǎn)端接收器確認(rèn)位置的方法400的典型流程圖；以及 圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于描述定位遠(yuǎn)端接收器的位置的方法500的典型流程圖。
為了便于理解，在此使用同一參考數(shù)字以指定所有附圖共用的同一部件。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明公開了一種在衛(wèi)星定位系統(tǒng)(SPS)中使用距變率量測確認(rèn)位置的方法和系統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，本發(fā)明可使用“可定位的”不同類型的移動(dòng)或無線設(shè)備，如移動(dòng)電話、尋呼機(jī)、膝上型電腦、個(gè)人數(shù)字助理(PDAs)，以及本領(lǐng)域其它已知無線設(shè)備。一般地，可定位移動(dòng)設(shè)備中包括有處理衛(wèi)星定位系統(tǒng)(SPS)的衛(wèi)星信號(hào)的功能以實(shí)現(xiàn)定位。
圖1是描繪定位系統(tǒng)100的典型框圖。系統(tǒng)100包括遠(yuǎn)端接收器102和服務(wù)器108。設(shè)置遠(yuǎn)端接收器102從衛(wèi)星群集中的多個(gè)衛(wèi)星112接收衛(wèi)星信號(hào)。遠(yuǎn)端接收器102處理接收到的信號(hào)以生成與衛(wèi)星112相關(guān)的衛(wèi)星測量數(shù)據(jù)(例如，偽距、距變率測量值)。在一個(gè)實(shí)施例中，遠(yuǎn)端接收器102接收來自服務(wù)器108的輔助數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)端接收器102可通過無線網(wǎng)絡(luò)110、有線網(wǎng)絡(luò)111、或兩者的結(jié)合與服務(wù)器108通信。特別地，可設(shè)置遠(yuǎn)端接收器102用于與有線網(wǎng)絡(luò)111的直接通信或用于通過計(jì)算機(jī)113的間接通信。無線網(wǎng)絡(luò)110可包括本領(lǐng)域中已知的任何類型的無線網(wǎng)絡(luò)，如移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)。有線網(wǎng)絡(luò)111可包括本領(lǐng)域中已知的任何類型的有線網(wǎng)絡(luò)，如因特網(wǎng)。
遠(yuǎn)端接收器102可使用該輔助數(shù)據(jù)以協(xié)助獲得衛(wèi)星信號(hào)和/或計(jì)算位置。該輔助數(shù)據(jù)可包括衛(wèi)星位置信息(例如，星歷數(shù)據(jù)或其它類型的衛(wèi)星軌道模型)、期望得到的碼相、期望得到的多普勒模型、偽距模型和本領(lǐng)域已知的類似的輔助數(shù)據(jù)以及這些數(shù)據(jù)的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，遠(yuǎn)端接收器102使用衛(wèi)星測量數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)來計(jì)算其自身的位置。這樣的設(shè)置類似于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“基于移動(dòng)基站(Mobile Station Based)”模式，但是與該標(biāo)準(zhǔn)的不同之處在于，其無需來自服務(wù)器的初始位置。遠(yuǎn)端接收器對(duì)初始位置的管理是本發(fā)明的一部分。在另一實(shí)施例中，遠(yuǎn)端接收器102將衛(wèi)星測量數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器108且由服務(wù)器108計(jì)算遠(yuǎn)端接收器的位置(例如，移動(dòng)基站輔助或MS-輔助的配置)。
雖然示出的定位系統(tǒng)100為具有服務(wù)器的輔助GPS(A-GPS)系統(tǒng)，需要了解的是，遠(yuǎn)端接收器102可在不接收來自服務(wù)器108的輔助數(shù)據(jù)的情況下自主運(yùn)行。更確切地說，在另一實(shí)施例中，遠(yuǎn)端接收器102和服務(wù)器108之間沒有通信，并且遠(yuǎn)端接收器102不接收輔助數(shù)據(jù)。替代地，遠(yuǎn)端接收器102通過解碼衛(wèi)星信號(hào)接收衛(wèi)星位置信息，并使用眾所周知的解碼方法恢復(fù)衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)。接著遠(yuǎn)端接收器102使用衛(wèi)星測量數(shù)據(jù)和衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)計(jì)算其自身的位置。
在一個(gè)實(shí)施例中，遠(yuǎn)端接收器102包括衛(wèi)星信號(hào)接收器104、無線收發(fā)器106、處理器122、支持電路124、通信收發(fā)器107和存儲(chǔ)器120。衛(wèi)星信號(hào)接收器104使用天線116接收來自衛(wèi)星112的衛(wèi)星信號(hào)。衛(wèi)星信號(hào)接收器104可包括傳統(tǒng)的A-GPS接收器。2007年9月17日公告的美國專利6453237公開了一種典型的A-GPS接收器，在此全文引用以作參考。無線收發(fā)器106通過天線118接收來自無線通信網(wǎng)絡(luò)110的無線信號(hào)。通信收發(fā)器107可包括調(diào)制解調(diào)器或其它相似部件以用于與有線網(wǎng)絡(luò)111直接通信，或可包括一系列收發(fā)器或其它相似部件以用于與計(jì)算機(jī)113通信。雖然示出的遠(yuǎn)端接收器102具有無線收發(fā)器和通信收發(fā)器兩者，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)知悉，可設(shè)置遠(yuǎn)端接收器102使之僅具有無線收發(fā)器106或僅具有通信收發(fā)器107。衛(wèi)星信號(hào)接收器104、無線收發(fā)器106和通信收發(fā)器107可由處理器122控制。為了通過舉例來達(dá)到清楚解釋的目的，示出的遠(yuǎn)端接收器102為輔助-SPS接收器。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在此描述的本發(fā)明可在傳統(tǒng)的自主SPS接收器中使用(例如，不具備無線收發(fā)器或通信收發(fā)器的接收機(jī))。
處理器122可包括微處理器、指令表處理器(舉例來說，微控制器)、或本領(lǐng)域已知的其它類型的處理元件。處理器122與存儲(chǔ)器120和支持電路124相連。存儲(chǔ)器120可為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、可移動(dòng)存儲(chǔ)、硬盤存儲(chǔ)或這些存儲(chǔ)設(shè)備的任意組合。存儲(chǔ)器120可用于存儲(chǔ)最近計(jì)算出的位置(“位置高速緩沖存儲(chǔ)器130”)的高速緩存。在此描述的各種過程和方法可通過處理器122執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器120中的軟件來實(shí)現(xiàn)。或者，這些過程和方法可使用專門的硬件(如特定用途集成電路(ASIC))來執(zhí)行，或由硬件和軟件的結(jié)合來執(zhí)行。支持電路124包括傳統(tǒng)的高速緩沖存儲(chǔ)器、電源、時(shí)鐘電路、數(shù)據(jù)寄存器、I/O電路和相似設(shè)備以方便遠(yuǎn)端接收器102的運(yùn)行。
衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)，如至少用于衛(wèi)星112的星歷數(shù)據(jù)，可由跟蹤站網(wǎng)絡(luò)(“參考網(wǎng)絡(luò)114”)收集。參考網(wǎng)絡(luò)114可包括多個(gè)跟蹤站，用于收集來自衛(wèi)星群集中所有衛(wèi)星的衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)，或者只包括有少數(shù)跟蹤站或單個(gè)跟蹤站，用于僅收集世界上特定區(qū)域的衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)。2002年6月25日公告的美國專利6411892公開了一種用于收集和分布星歷的典型系統(tǒng)，在此全文引用以作參考。參考網(wǎng)絡(luò)114可向服務(wù)器108提供收集到的衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于描述定位遠(yuǎn)端接收器的位置的方法200的典型流程圖。所述方法200始于步驟202。在步驟204中，從遠(yuǎn)端接收器102到多個(gè)衛(wèi)星(衛(wèi)星112)的分?jǐn)?shù)偽距被測得。在一個(gè)實(shí)施例中，通過測量接收器102處的亞毫秒偽距來獲得分?jǐn)?shù)偽距。在另一實(shí)施例中，通過同步到導(dǎo)航數(shù)據(jù)位邊緣來獲得分?jǐn)?shù)偽距(例如，在GPS中，每20毫秒出現(xiàn)一次導(dǎo)航數(shù)據(jù)位邊緣)。通過標(biāo)識(shí)導(dǎo)航數(shù)據(jù)位邊緣，可確定偽距以導(dǎo)航數(shù)據(jù)位周期為模(舉例來說，在GPS中以20毫秒為模，以提供亞20毫秒偽距)。在又一實(shí)施例中，分?jǐn)?shù)偽距可從用于某些衛(wèi)星的亞毫秒偽距中獲得，并以這些數(shù)據(jù)位周期為模用于其它衛(wèi)星。在步驟206，獲得遠(yuǎn)端接收器102的初始位置。例如，遠(yuǎn)端接收器102可將一個(gè)或多個(gè)最近計(jì)算的位置存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器120中(舉例來說，位置高速緩沖存儲(chǔ)器130)。這些位置中最新的一個(gè)可選擇用作初始位置。在步驟208，可在遠(yuǎn)端接收器102獲得距變率測量值以確認(rèn)步驟206中獲得的初始位置是否有效。使用距變率測量值確認(rèn)位置的典型過程將參照下圖3和4給出描述。
在步驟210，對(duì)于初始位置是否有效做出判定。在步驟210中執(zhí)行的確認(rèn)過程用于判定初始位置是否位于遠(yuǎn)端接收器的實(shí)際位置的150km以內(nèi)(舉例來說，半個(gè)PN碼元)。如果是，可使用該初始位置確定分?jǐn)?shù)偽距的整數(shù)部分。如果不是，所述初始位置不能用于精確確定分?jǐn)?shù)偽距的整數(shù)部分。這樣的話，如果在步驟210初始位置被認(rèn)為是有效的，方法200將進(jìn)行到步驟212。在步驟212，可使用在步驟206獲得初始位置求出偽距的整數(shù)部分。如果在步驟210初始位置被認(rèn)為是無效的，方法將進(jìn)行到步驟214。在步驟214，在不使用初始位置的情況下求出偽距整數(shù)部分。2004年5月11日公告的美國專利6734821公開了一種無需使用初始位置執(zhí)行的整數(shù)部分模糊典型計(jì)算方法，在此全文引用以作參考。然而，如美國專利6734821所述，為了求出該整數(shù)部分而不使用150km內(nèi)的初始位置，需要使用4個(gè)以上的分?jǐn)?shù)偽距測量值。相反地，在步驟212，對(duì)于使用初始位置確定的整數(shù)部分，僅僅使用三個(gè)或四個(gè)偽距可對(duì)其進(jìn)行確定。在某些情況下，遠(yuǎn)端接收器102不能接收多于4個(gè)衛(wèi)星信號(hào)用于計(jì)算偽距(舉例來說，低信噪比環(huán)境)。這樣，如果可能的話，優(yōu)選在步驟212使用初始位置求解偽距整數(shù)部分。
在步驟216，遠(yuǎn)端接收器102的位置可使用完整的偽距和導(dǎo)航模型用眾所周知的方法計(jì)算出來。特別地，在一般衛(wèi)星導(dǎo)航問題中，存在9個(gè)未知量 三個(gè)未知位置X，Y Z 三個(gè)未知速率
三個(gè)未知時(shí)鐘tc，ts，fc 在此，tc是共模定時(shí)誤差(一般是GPS中的亞毫秒值)，ts是絕對(duì)時(shí)間標(biāo)簽誤差，而fc是遠(yuǎn)端接收器102內(nèi)的本機(jī)振蕩中的頻率誤差?；谙闰?yàn)信息，可知道或估計(jì)出上述變量中的一個(gè)或多個(gè)(舉例來說，如果遠(yuǎn)端接收器102校準(zhǔn)為精確的GPS時(shí)間，ts可為已知)。以眾所周知的方式，針對(duì)偽距和衛(wèi)星軌道/時(shí)鐘數(shù)據(jù)(例如星歷)，可以計(jì)算出上述未知變量中的一個(gè)或多個(gè)。
圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于描述定位遠(yuǎn)端接收器的位置的方法500的另一實(shí)施例的典型流程圖。方法500始于步驟502。在步驟504，從遠(yuǎn)端接收器102到多個(gè)衛(wèi)星的分?jǐn)?shù)偽距被測出(舉例來說，亞毫秒偽距、以20毫秒為模的偽距)。在步驟506，獲得遠(yuǎn)端接收器102的初始位置(舉例來說，來自位置高速緩沖存儲(chǔ)器的位置)。在步驟508，可使用初始位置計(jì)算出偽距整數(shù)部分。在步驟510，使用整個(gè)偽距和上述導(dǎo)航模型計(jì)算出遠(yuǎn)端接收器102的位置。在步驟512，可在遠(yuǎn)端接收器102獲得距變率測量值，用于確認(rèn)步驟510中計(jì)算出的位置。使用距變率測量值確認(rèn)位置的典型過程參考下圖3和4所示。在步驟514，判定計(jì)算出的位置是否有效。如果有效，方法500結(jié)束于步驟518。否則，方法500前進(jìn)到步驟516。在步驟516，不使用初始位置直接計(jì)算出偽距整數(shù)部分，并且使用所述偽距再次計(jì)算遠(yuǎn)端接收器102的位置。接著方法500結(jié)束于步驟518。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于描述確認(rèn)遠(yuǎn)端接收器的位置的方法300的典型流程圖。方法300可在圖2中的定位方法200的步驟208執(zhí)行以確認(rèn)初始位置，還可在圖5的定位方法的步驟512執(zhí)行以確認(rèn)計(jì)算出的位置。方法300始于步驟302。在步驟304，可在遠(yuǎn)端接收器102獲得關(guān)于衛(wèi)星112的距變率測量值。針對(duì)特定衛(wèi)星j的距變率表示為

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可通過獲得關(guān)于衛(wèi)星112的多普勒測量值以獲得距變率測量值。多普勒測量可由衛(wèi)星信號(hào)接收器104以眾所周知的方式做出?；蛘?，可通過計(jì)算兩個(gè)不同的時(shí)間測量得到的分?jǐn)?shù)偽距組的差值來獲得距變率測量值(即，通過計(jì)算偽距的變化速率或“偽距率”來獲得)。
在步驟306，使用步驟305中獲得的位置計(jì)算期望的距變率。例如，在步驟305獲得的位置可為在圖2的步驟206獲得的初始位置或在圖5的步驟510獲得的計(jì)算出的位置。期望的距變率可基于在兩個(gè)不同的時(shí)間獲得的位置，通過計(jì)算衛(wèi)星112的預(yù)期偽距組的差值來計(jì)算出。在初始位置Pi計(jì)算出的針對(duì)特定衛(wèi)星j的期望距變率可表示為

在步驟308，從衛(wèi)星112中選擇參考衛(wèi)星，用于單差(single-difference)計(jì)算。在一個(gè)實(shí)施例中，選擇具有最大信噪比的衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星。下標(biāo)0用于表示參考距變率測量值和參考期望距變率。這樣的話，參考距變率測量值表示為

參考期望距變率表示為
在步驟310，計(jì)算參考衛(wèi)星的距變率測量值和其余衛(wèi)星的距變率測量值之間的單差。單差表示為德爾塔符號(hào)(Δ)，在下面用于表示

(第j個(gè)距變率測量值)和

(參考衛(wèi)星的距變率測量值)之間的差值。這樣的話，測得的第j個(gè)衛(wèi)星的距變率單差可表示為 在步驟312，計(jì)算出參考衛(wèi)星的期望距變率和其余衛(wèi)星的期望距變率之間的單差。第j個(gè)衛(wèi)星的期望距變率單差可表示為 在步驟314，計(jì)算出單差余值(single-difference residuals)。針對(duì)第j個(gè)衛(wèi)星(dj)的單差余值可表示為 在步驟316，每個(gè)單差余值與閾值比較，判定每個(gè)單差余值是否滿足閾值。在一個(gè)實(shí)施例中，將每個(gè)單差余值的絕對(duì)值(單位為米/秒)與閾值比較。例如，可制定20米/秒(m/s)的閾值，對(duì)應(yīng)于實(shí)際位置和初始位置之間大約100km的誤差。如果選擇數(shù)量(舉例來說，至少一個(gè))的單差余值的絕對(duì)值大于閾值(舉例來說，20m/s)，則該位置被認(rèn)為是無效的。相反地，如果選擇數(shù)量(舉例來說，所有的)的單差余值的絕對(duì)值小于閾值，則該位置被認(rèn)為是有效的。同樣的，如果遠(yuǎn)端接收器在移動(dòng)，則每次距變率測量中可能存在不期望有的偏差。20m/s的閾值對(duì)應(yīng)于大約72km/h的速度。這樣的話，如果遠(yuǎn)端接收器102的速度是未知的且高于72km/h，則在步驟316完成的檢測結(jié)果將是模糊的(例如，初始位置可能有效，但是由于遠(yuǎn)端接收器102的速度未知，將生成錯(cuò)誤警報(bào))。在這個(gè)例子中，這個(gè)問題這樣來解決使用距變率測量重新計(jì)算速度，直到速度已知是小于20m/s。需要了解的是，可選擇其它小于20m/s或更加保守的閾值。
在步驟316如果單差余值滿足閾值，方法300前進(jìn)到步驟318，在此該位置被標(biāo)記為有效。如果單差余值不滿足閾值，方法300前進(jìn)到步驟320，在此該位置被標(biāo)記為無效。方法300結(jié)束于步驟322。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于描述確認(rèn)遠(yuǎn)端接收器處的位置的方法400的典型流程圖。方法400可在圖2的定位方法200的步驟208執(zhí)行以確認(rèn)初始位置，在圖5的定位方法500的步驟512執(zhí)行以確認(rèn)計(jì)算出的位置。方法400始于步驟402。在步驟404，在遠(yuǎn)端接收器102獲得關(guān)于衛(wèi)星112的距變率測量值。如上所述，可通過獲取多普勒測量制或測量偽距變化率獲得該距變率。在步驟410，使用在步驟406獲得的位置和在步驟408獲得的時(shí)鐘誤差數(shù)據(jù)計(jì)算期望的距變率。例如，在步驟406獲得的位置可以是在圖2的步驟206獲得的初始位置，或在圖5的步驟510獲得的計(jì)算出的位置。在步驟408獲得的時(shí)鐘誤差數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星信號(hào)接收器104中的時(shí)鐘頻率和衛(wèi)星112中的時(shí)鐘頻率之間的相對(duì)時(shí)鐘誤差差值。時(shí)鐘誤差數(shù)據(jù)對(duì)于遠(yuǎn)端接收器102來說，可以是從在先計(jì)算出的有效位置和速率中已經(jīng)知悉的。
在步驟412，可通過求出在步驟410計(jì)算的期望距變率和在步驟404獲得的測量的距變率之間的差值來獲得距變率余值。既然時(shí)鐘誤差為已知，在圖3方法300中執(zhí)行的單差計(jì)算是不必要的。在步驟414，將每個(gè)距變率余值與閾值比較，并判定是否每個(gè)距變率均滿足閾值。在一個(gè)實(shí)施例中，如果選擇數(shù)量(舉例來說，至少一個(gè))的距變率余值的絕對(duì)值大于閾值，則該位置被認(rèn)為是無效的。相反地，如果選擇數(shù)量(舉例來說，所有的)的距變率余值的絕對(duì)值小于閾值，則該位置被認(rèn)為是有效的。如果在步驟414距變率余值滿足閾值，方法400前進(jìn)到步驟416，在此這個(gè)位置標(biāo)記為有效。否則，方法400前進(jìn)到步驟418，在此該位置被標(biāo)記為無效。方法400結(jié)束于步驟420。
在前述的討論中，本發(fā)明是結(jié)合美國全球定位系統(tǒng)(GPS)中的應(yīng)用來描述的。顯而易見地，這些方法同樣可以用于類似的衛(wèi)星系統(tǒng)，特別是俄國GALILEO系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的相互組合、以及這些系統(tǒng)和其它提供類似信號(hào)的衛(wèi)星的組合，如提供GPS-類似信號(hào)的廣域增強(qiáng)系統(tǒng)和SBAS。在此使用的術(shù)語“GPS”包括可選的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，包括俄國GLONASS系統(tǒng)、歐洲GALILEO系統(tǒng)、WAAS系統(tǒng)和SBAS系統(tǒng)，以及它們的組合。
雖然前面直接描述了本發(fā)明的實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可設(shè)計(jì)本發(fā)明的其它的和進(jìn)一步的實(shí)施例，本發(fā)明的范圍由后面的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種定位遠(yuǎn)端接收器的位置的方法，其特征在于，包括
測量從所述遠(yuǎn)端接收器到多個(gè)衛(wèi)星的分?jǐn)?shù)偽距；
獲取所述遠(yuǎn)端接收器處的初始位置；
使用所述分?jǐn)?shù)偽距和所述初始位置計(jì)算所述遠(yuǎn)端接收器的位置；
獲取所述遠(yuǎn)端接收器處關(guān)于所述多個(gè)衛(wèi)星的距變率測量值；以及
使用所述距變率測量值確認(rèn)所述位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，從所述遠(yuǎn)端接收器的存儲(chǔ)器中獲得所述初始位置，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有至少一個(gè)最新計(jì)算出的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取距變率測量值的步驟包括
獲取關(guān)于所述多個(gè)衛(wèi)星的多普勒測量值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取距變率測量值的步驟包括
在另一時(shí)間測量從所述遠(yuǎn)端接收器到多個(gè)衛(wèi)星的其它分?jǐn)?shù)偽距；以及
計(jì)算所述分?jǐn)?shù)偽距和所述其它分?jǐn)?shù)偽距之間的差值以生成所述距變率測量值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確認(rèn)的步驟包括
使用所述位置計(jì)算關(guān)于所述多個(gè)衛(wèi)星的期望距變率；
使用所述距變率測量值計(jì)算單差；
使用所述期望距變率計(jì)算期望單差；
計(jì)算所述單差和所述期望單差之間的單差余值；以及
將所述單差余值與閾值比較。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述比較的步驟包括
判定每個(gè)所述單差余值的絕對(duì)值是否滿足所述閾值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括
標(biāo)識(shí)所述位置有效以響應(yīng)每個(gè)所述單差余值的絕對(duì)值小于所述閾值；以及
標(biāo)識(shí)所述位置無效以響應(yīng)所述單差余值中的至少一個(gè)的絕對(duì)值大于所述閾值。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算所述單差和計(jì)算所述期望單差的步驟包括
從所述多個(gè)衛(wèi)星中選擇參考衛(wèi)星，在所述距變率測量值和所述參考距變率中，所述參考衛(wèi)星分別具有相關(guān)的參考距變率測量值和參考期望距變率；
計(jì)算所述參考距變率測量值和其余的每個(gè)所述距變率測量值之間的差值以計(jì)算所述單差；以及
計(jì)算所述參考期望距變率和其余的每個(gè)所述期望距變率之間的差值以計(jì)算所述期望單差。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述參考衛(wèi)星在所述遠(yuǎn)端接收器上的信噪比大于所述多個(gè)衛(wèi)星中其余任何一個(gè)衛(wèi)星的信噪比。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確認(rèn)的步驟包括
使用所述位置和時(shí)鐘誤差數(shù)據(jù)計(jì)算關(guān)于所述多個(gè)衛(wèi)星的期望距變率；
計(jì)算所述距變率測量值和所述期望距變率之間的距變率余值；以及
將所述距變率余值與閾值比較。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述比較的步驟包括
判定每個(gè)所述距變率余值的絕對(duì)值是否滿足所述閾值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包括
標(biāo)識(shí)所述位置有效以響應(yīng)每個(gè)所述距變率余值的絕對(duì)值均小于所述閾值；以及
標(biāo)記所述位置無效以響應(yīng)所述距變率余值的至少一個(gè)的絕對(duì)值大于所述閾值。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，計(jì)算所述位置的步驟包括
使用所述初始位置確定所述分?jǐn)?shù)偽距的整數(shù)部分。
14.一種定位遠(yuǎn)端接收器的位置的方法，其特征在于，包括
測量從所述遠(yuǎn)端接收器到多個(gè)衛(wèi)星的分?jǐn)?shù)偽距；
或缺所述遠(yuǎn)端接收器處的初始位置；
獲取所述遠(yuǎn)端接收器處關(guān)于所述多個(gè)衛(wèi)星的距變率測量值；
使用所述距變率測量值確認(rèn)所述初始位置；以及
作為對(duì)所述初時(shí)位置有效的響應(yīng)，使用所述分?jǐn)?shù)偽距和所述初始位置計(jì)算所述遠(yuǎn)端接收器的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述方法，其特征在于，從所述遠(yuǎn)端接收器的存儲(chǔ)器中獲得所述初始位置，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有至少一個(gè)最新計(jì)算出的位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述獲取距變率測量值的步驟包括
獲取關(guān)于所述多個(gè)衛(wèi)星的多普勒測量值。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述獲取距變率測量值的步驟包括
在另一時(shí)間測量從所述遠(yuǎn)端接收器到多個(gè)衛(wèi)星的其它分?jǐn)?shù)偽距；以及
計(jì)算所述分?jǐn)?shù)偽距和所述其它分?jǐn)?shù)偽距的差值以生成所述距變率測量值。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述確認(rèn)的步驟包括
使用所述初始位置計(jì)算關(guān)于所述多個(gè)衛(wèi)星的期望距變率；
使用所述距變率測量值計(jì)算單差；
使用所述期望距變率計(jì)算期望單差；
計(jì)算所述單差和所述期望單差之間的單差余值；以及
將所述單差余值與閾值比較。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述比較的步驟包括
判定每個(gè)所述單差余值的絕對(duì)值是否滿足所述閾值。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括
標(biāo)識(shí)所述初始位置有效以響應(yīng)每個(gè)所述單差余值的絕對(duì)值小于所述閾值；以及
標(biāo)識(shí)所述初始位置無效以響應(yīng)所述單差余值中的至少一個(gè)的絕對(duì)值大于所述閾值。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，計(jì)算所述單差和計(jì)算所述期望單差的步驟包括
從所述多個(gè)衛(wèi)星中選擇參考衛(wèi)星，在所述距變率測量值和所述參考距變率中，所述參考衛(wèi)星分別具有相關(guān)的參考距變率測量值和參考期望距變率；
計(jì)算所述參考距變率測量值和其余的每個(gè)所述距變率測量值之間的差值以計(jì)算所述單差；以及
計(jì)算所述參考期望距變率和其余的每個(gè)期望距變率之間的差值以計(jì)算所述期望單差。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述參考衛(wèi)星在所述遠(yuǎn)端接收器上的信噪比大于所述多個(gè)衛(wèi)星中其余任何一個(gè)衛(wèi)星的信噪比。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述確認(rèn)的步驟包括
使用所述初始位置和時(shí)鐘誤差數(shù)據(jù)計(jì)算關(guān)于所述多個(gè)衛(wèi)星的期望距變率；
計(jì)算所述距變率測量值和所述期望距變率之間的距變率余值；以及
將所述距變率余值與閾值比較。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述比較的步驟包括
判定每個(gè)所述距變率余值的絕對(duì)值是否滿足所述閾值。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述方法，進(jìn)一步包括
標(biāo)識(shí)所述初始位置有效以響應(yīng)所述距變率余值的每一個(gè)的絕對(duì)值均小于所述閾值；以及
標(biāo)記所述初始位置無效以響應(yīng)所述距變率余值的至少一個(gè)的絕對(duì)值大于所述閾值。
26.根據(jù)權(quán)利要求14所述方法，其特征在于，計(jì)算所述位置的步驟包括
使用所述初始位置確定所述分?jǐn)?shù)偽距的整數(shù)部分。
27.一種用于定位的裝置，其特征在于，包括
衛(wèi)星信號(hào)接收器，用于測量多個(gè)衛(wèi)星的分?jǐn)?shù)偽距以及用于獲取關(guān)于所述多個(gè)衛(wèi)星的距變率測量值；
存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)初始位置；以及
處理器，用于使用所述分?jǐn)?shù)偽距和所述初始位置計(jì)算位置，以及使用所述距變率測量值確認(rèn)所述位置。
28.一種用于定位的裝置，其特征在于，包括
衛(wèi)星信號(hào)接收器，用于測量多個(gè)衛(wèi)星的分?jǐn)?shù)偽距以及用于獲取關(guān)于所述多個(gè)衛(wèi)星的距變率測量值；
存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)初始位置；以及
處理器，用于使用所述距變率測量值確認(rèn)所述初始位置，以及在所述初時(shí)位置有效時(shí)使用所述分?jǐn)?shù)偽距和所述初始位置計(jì)算位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星定位系統(tǒng)中使用距變率量測確認(rèn)初始位置的方法和裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，在遠(yuǎn)端接收器獲得關(guān)于多個(gè)衛(wèi)星的距變率測量值。使用初始位置計(jì)算出關(guān)于多個(gè)衛(wèi)星的期望距變率。使用所述距變率計(jì)算出單差。使用所述期望距變率計(jì)算出期望的單差。計(jì)算出所述單差和所述期望單差之間的單差余值。將所述單差余值與閾值比較。如果每個(gè)單差余值的絕對(duì)值都小于或等于所述閾值，則認(rèn)為所述初始位置有效。有效的初始位置可用于確定偽距整數(shù)部分。
文檔編號(hào)G01S19/42GK101185008SQ200680019112
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月1日
發(fā)明者弗蘭克·范迪格倫 申請(qǐng)人:全球定位有限公司