本發(fā)明涉及用于在動(dòng)態(tài)位置網(wǎng)絡(luò)中在時(shí)間上同步定位信號的方法和設(shè)備，其中定位信號的源中的一個(gè)或多個(gè)相對于彼此移動(dòng)。然而應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限制于這種具體的使用領(lǐng)域。

相關(guān)申請

本申請要求來自2014年7月25日提交的澳大利亞臨時(shí)專利申請No 2014902899的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)專利申請的內(nèi)容通過引用整體結(jié)合于本文之中。

背景技術(shù)：

貫穿本說明書的現(xiàn)有技術(shù)的任何討論不應(yīng)該以任何方式被看作是承認(rèn)這些現(xiàn)有技術(shù)是眾所周知的或者形成本領(lǐng)域公知常識的一部分。

標(biāo)題為“A Method and Device for Chronologically Synchronizing a Location Network(用于在時(shí)間上同步位置網(wǎng)絡(luò)的方法和設(shè)備)”的已公布PCT申請No WO 03/038469 A1(其內(nèi)容通過引用結(jié)合于本文之中)公開了用于使用從被稱為定位單元設(shè)備的陸基發(fā)射機(jī)的同步網(wǎng)絡(luò)所發(fā)射的定位信號而為移動(dòng)裝置生成精確的方位確定的方法和系統(tǒng)。這些方法和系統(tǒng)的關(guān)鍵是所謂的鎖時(shí)環(huán)(Time Lock Loop，TLL)，其直接地測量和校正每一個(gè)定位單元設(shè)備中的定時(shí)誤差，從而建立和維護(hù)發(fā)射定位信號的定位單元設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，這些定位信號在時(shí)間上同步到指定的參考發(fā)射機(jī)的時(shí)間基準(zhǔn)。一旦給定的定位單元設(shè)備已經(jīng)同步到指定的參考發(fā)射機(jī)的時(shí)間基準(zhǔn)，它就能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)時(shí)間基準(zhǔn)中繼到不具有指定的參考發(fā)射機(jī)的清晰視域(view)的另外的定位單元設(shè)備，從而通過定位單元設(shè)備的擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)傳播時(shí)間基準(zhǔn)。鎖時(shí)環(huán)一旦建立就極其魯棒，諸如溫度與電壓改變的擾動(dòng)不會影響同步。

然而WO 03/038469 A1中所公開的TLL方法論要求參考發(fā)射機(jī)和定位單元設(shè)備處在相對于參考坐標(biāo)系已知并且固定的位置中。通常參考發(fā)射機(jī)和定位單元設(shè)備是陸基的，盡管定位單元設(shè)備接收來自地球靜止軌道中的衛(wèi)星(諸如，廣域增強(qiáng)系統(tǒng)(WAAS)衛(wèi)星)的參考定位信號也是有可能的。如果參考發(fā)射機(jī)和定位單元設(shè)備相對于彼此移動(dòng)，那么多普勒頻移將被施加在由定位單元設(shè)備所接收的參考定位信號上。該多普勒效應(yīng)將與時(shí)鐘漂移不能區(qū)分，因?yàn)槎嗥绽招?yīng)和時(shí)鐘漂移這兩者都表現(xiàn)為頻率改變。因此在試圖將它自己同步到參考發(fā)射機(jī)中，定位單元設(shè)備將錯(cuò)誤地?cái)[動(dòng)它的時(shí)鐘，嚴(yán)重地降低由移動(dòng)裝置所計(jì)算的方位解決方案的準(zhǔn)確度。因此非常期望用于同步動(dòng)態(tài)位置網(wǎng)絡(luò)的方法和設(shè)備，以使得能夠?qū)τ诮邮諄碜远ㄎ粏卧O(shè)備的網(wǎng)絡(luò)的信號的移動(dòng)裝置計(jì)算準(zhǔn)確的方位解決方案，其中定位單元設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)相對于其它定位單元設(shè)備移動(dòng)。

發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是克服或改善現(xiàn)有技術(shù)中的至少一個(gè)缺點(diǎn)，或者提供有用的替代。

在優(yōu)選形式中本發(fā)明的目的是提供用于在參考發(fā)射機(jī)與定位單元設(shè)備相對于彼此移動(dòng)的情形中將定位單元設(shè)備同步到參考發(fā)射機(jī)的時(shí)間基準(zhǔn)的方法。

在優(yōu)選形式中本發(fā)明的另一目的是提供用于在參考發(fā)射機(jī)與定位單元設(shè)備相對于彼此移動(dòng)的情形中，在由參考發(fā)射機(jī)與由定位單元設(shè)備發(fā)射的定位信號之間生成頻率相干(frequency coherence)的方法。

在優(yōu)選形式中本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供能夠?yàn)榻邮諄碜远ㄎ粏卧O(shè)備的網(wǎng)絡(luò)的信號的移動(dòng)裝置生成準(zhǔn)確方位解決方案的定位系統(tǒng)，其中定位單元設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)相對于其它定位單元設(shè)備移動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了將由定位單元設(shè)備生成的獨(dú)特定位信號在時(shí)間上同步到由參考發(fā)射機(jī)生成的參考定位信號的方法，其中所述定位單元設(shè)備和所述參考發(fā)射機(jī)相對于彼此移動(dòng)，所述方法包括以下步驟：

a)所述定位單元設(shè)備接收和解釋所述參考定位信號；

b)所述定位單元設(shè)備生成和發(fā)射獨(dú)特定位信號，其中所述獨(dú)特定位信號與引導(dǎo)(steered)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘對準(zhǔn)；

c)所述定位單元設(shè)備接收和解釋所述獨(dú)特定位信號；

d)所述定位單元設(shè)備測量接收的參考定位信號與接收的獨(dú)特定位信號之間的頻率差；

e)所述定位單元設(shè)備估計(jì)與相對移動(dòng)相關(guān)聯(lián)的多普勒效應(yīng)；

f)所述定位單元設(shè)備通過從測量的頻率差和估計(jì)的多普勒效應(yīng)所得到的量調(diào)整所述引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘的頻率；

g)所述定位單元設(shè)備測量接收的參考定位信號與接收的獨(dú)特定位信號之間的時(shí)間差；

h)所述定位單元設(shè)備估計(jì)所述參考接收機(jī)與所述定位單元設(shè)備之間的參考信號傳播延遲；以及

i)所述定位單元設(shè)備的根據(jù)測量的時(shí)間差和估計(jì)的參考信號傳播延遲調(diào)整所述獨(dú)特定位信號的生成，

其中所述定位單元設(shè)備從所述參考發(fā)射機(jī)的軌跡數(shù)據(jù)、或者它自己的軌跡數(shù)據(jù)、或者這兩者估計(jì)所述多普勒效應(yīng)和所述參考信號傳播延遲，使得所述獨(dú)特定位信號在時(shí)間上同步到所述參考定位信號。

優(yōu)選地，步驟d)到f)被重復(fù)地執(zhí)行。在某些實(shí)施例中步驟g)到i)被重復(fù)地執(zhí)行。

參考發(fā)射機(jī)優(yōu)選地使用下述中的一個(gè)或多個(gè)測量它自己的軌跡數(shù)據(jù)，并且廣播該軌跡數(shù)據(jù)：慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；來自全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星的定位信號；或者來自同步的定位單元設(shè)備的本地網(wǎng)絡(luò)的定位信號。優(yōu)選地，定位單元設(shè)備使用下述中的一個(gè)或多個(gè)測量它自己的軌跡數(shù)據(jù)：慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；來自全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星的定位信號；或者來自同步的定位單元設(shè)備的本地網(wǎng)絡(luò)的定位信號。軌跡數(shù)據(jù)優(yōu)選地包括位置信息、速度信息和加速度信息中的一個(gè)或多個(gè)。在某些實(shí)施例中，軌跡數(shù)據(jù)包括位置、速度和加速度中的一個(gè)或多個(gè)的預(yù)測。

在某些實(shí)施例中，定位單元設(shè)備利用預(yù)測性例程估計(jì)多普勒效應(yīng)或參考信號傳播延遲。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了在由參考發(fā)射機(jī)生成的參考定位信號與由定位單元設(shè)備生成的獨(dú)特定位信號之間生成頻率相干的方法，其中所述定位單元設(shè)備和所述參考發(fā)射機(jī)相對于彼此移動(dòng)，所述方法包括以下步驟：

a)所述定位單元設(shè)備接收和解釋所述參考定位信號；

b)所述定位單元設(shè)備生成和發(fā)射獨(dú)特定位信號，其中所述獨(dú)特定位信號與引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘對準(zhǔn)；

c)所述定位單元設(shè)備接收和解釋所述獨(dú)特定位信號；

d)所述定位單元設(shè)備測量接收的參考定位信號與接收的獨(dú)特定位信號之間的頻率差；

e)所述定位單元設(shè)備估計(jì)與相對移動(dòng)相關(guān)聯(lián)的多普勒效應(yīng)；以及

f)所述定位單元設(shè)備通過從測量的頻率差和估計(jì)的多普勒效應(yīng)所得到的量調(diào)整所述引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘的頻率，

其中所述定位單元設(shè)備從所述參考發(fā)射機(jī)的軌跡數(shù)據(jù)、或者它自己的軌跡數(shù)據(jù)、或者這兩者估計(jì)所述多普勒效應(yīng)，使得所述獨(dú)特定位信號與所述參考定位信號頻率相干。

步驟d)到f)優(yōu)選地被重復(fù)地執(zhí)行。

參考發(fā)射機(jī)優(yōu)選地使用下述中的一個(gè)或多個(gè)測量它自己的軌跡數(shù)據(jù)，并且廣播該軌跡數(shù)據(jù)：慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；來自全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星的定位信號；或者來自同步的定位單元設(shè)備的本地網(wǎng)絡(luò)的定位信號。優(yōu)選地，定位單元設(shè)備使用下述中的一個(gè)或多個(gè)測量它自己的軌跡數(shù)據(jù)：慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；來自全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星的定位信號；或者來自同步的定位單元設(shè)備的本地網(wǎng)絡(luò)的定位信號。優(yōu)選地，軌跡數(shù)據(jù)包括位置信息、速度信息和加速度信息中的一個(gè)或多個(gè)。在某些實(shí)施例中，軌跡數(shù)據(jù)包括位置、速度和加速度中的一個(gè)或多個(gè)的預(yù)測。

在某些實(shí)施例中，定位單元設(shè)備利用預(yù)測性例程估計(jì)多普勒效應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了用于將由定位單元設(shè)備生成的獨(dú)特定位信號在時(shí)間上同步到由參考發(fā)射機(jī)生成的參考定位信號的所述定位單元設(shè)備，其中所述定位單元設(shè)備和所述參考發(fā)射機(jī)相對于彼此移動(dòng)，所述定位單元設(shè)備包括：

a)用于接收和解釋所述參考定位信號的構(gòu)件；

b)用于生成和發(fā)射所述獨(dú)特定位信號的構(gòu)件，其中所述獨(dú)特定位信號與引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘對準(zhǔn)；

c)用于接收和解釋所述獨(dú)特定位信號的構(gòu)件；

d)用于測量接收的參考定位信號與接收的獨(dú)特定位信號之間的頻率差的構(gòu)件；

e)用于估計(jì)與相對移動(dòng)相關(guān)聯(lián)的多普勒效應(yīng)的構(gòu)件；

f)用于通過從測量的頻率差和估計(jì)的多普勒效應(yīng)所得到的量調(diào)整所述引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘的頻率的構(gòu)件；

g)用于測量接收的參考定位信號與接收的獨(dú)特定位信號之間的時(shí)間差的構(gòu)件；

h)用于估計(jì)所述參考接收機(jī)與所述定位單元設(shè)備之間的參考信號傳播延遲的構(gòu)件；以及

i)用于根據(jù)測量的時(shí)間差和估計(jì)的參考信號傳播延遲調(diào)整所述獨(dú)特定位信號的生成的構(gòu)件，

其中所述定位單元設(shè)備從所述參考發(fā)射機(jī)的軌跡數(shù)據(jù)、或者它自己的軌跡數(shù)據(jù)、或者這兩者估計(jì)所述多普勒效應(yīng)和所述參考信號傳播延遲，使得所述獨(dú)特定位信號在時(shí)間上同步到所述參考定位信號。

優(yōu)選地，定位單元設(shè)備適合于重復(fù)地執(zhí)行步驟d)到f)。在某些實(shí)施例中，定位單元設(shè)備適合于重復(fù)地執(zhí)行步驟g)到i)。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，定位單元設(shè)備適合于使用下述中的一個(gè)或多個(gè)測量它自己的軌跡數(shù)據(jù)：慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；來自全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星的定位信號；或者來自同步的定位單元設(shè)備的本地網(wǎng)絡(luò)的定位信號。軌跡數(shù)據(jù)優(yōu)選地包括位置信息、速度信息和加速度信息中的一個(gè)或多個(gè)。在某些實(shí)施例中，軌跡數(shù)據(jù)包括位置、速度和加速度中的一個(gè)或多個(gè)的預(yù)測。

在某些實(shí)施例中，用于估計(jì)多普勒效應(yīng)的構(gòu)件、或者用于估計(jì)參考信號傳播延遲的構(gòu)件適合于利用預(yù)測性例程。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了用于在由參考發(fā)射機(jī)生成的參考定位信號與由定位單元設(shè)備生成的獨(dú)特定位信號之間生成頻率相干的所述定位單元設(shè)備，其中所述定位單元設(shè)備和所述參考發(fā)射機(jī)相對于彼此移動(dòng)，所述定位單元設(shè)備包括：

a)用于接收和解釋所述參考定位信號的構(gòu)件；

b)用于生成和發(fā)射所述獨(dú)特定位信號的構(gòu)件，其中所述獨(dú)特定位信號與引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘對準(zhǔn)；

c)用于接收和解釋所述獨(dú)特定位信號的構(gòu)件；

d)用于測量接收的參考定位信號與接收的獨(dú)特定位信號之間的頻率差的構(gòu)件；

e)用于估計(jì)與相對移動(dòng)相關(guān)聯(lián)的多普勒效應(yīng)的構(gòu)件；

f)用于通過從測量的頻率差和估計(jì)的多普勒效應(yīng)所得到的量調(diào)整所述引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘的頻率的構(gòu)件，

其中所述定位單元設(shè)備從所述參考發(fā)射機(jī)的軌跡數(shù)據(jù)、或者它自己的軌跡數(shù)據(jù)、或者這兩者估計(jì)所述多普勒效應(yīng)，使得所述獨(dú)特定位信號與所述參考定位信號頻率相干。

定位單元設(shè)備優(yōu)選地適合于重復(fù)地執(zhí)行步驟d)到f)。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，定位單元設(shè)備適合于使用下述中的一個(gè)或多個(gè)測量它自己的軌跡數(shù)據(jù)：慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；來自全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星的定位信號；或者來自同步的定位單元設(shè)備的本地網(wǎng)絡(luò)的定位信號。軌跡數(shù)據(jù)優(yōu)選地包括位置信息、速度信息和加速度信息中的一個(gè)或多個(gè)。在某些實(shí)施例中，軌跡數(shù)據(jù)包括位置、速度和加速度中的一個(gè)或多個(gè)的預(yù)測。

在某些實(shí)施例中，用于估計(jì)多普勒效應(yīng)的構(gòu)件適合于利用預(yù)測性例程。

根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了用于在包括一個(gè)或多個(gè)參考發(fā)射機(jī)和一個(gè)或多個(gè)定位單元設(shè)備的位置網(wǎng)絡(luò)中確定流動(dòng)方位接收機(jī)的方位的方法，其中，所述定位單元設(shè)備中的至少一個(gè)定位單元設(shè)備作為它自己的移動(dòng)結(jié)果或者參考發(fā)射機(jī)的移動(dòng)結(jié)果相對于參考發(fā)射機(jī)移動(dòng)，所述方法包括以下步驟：

a)所述一個(gè)或多個(gè)參考發(fā)射機(jī)中的每一個(gè)根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)參考發(fā)射機(jī)的時(shí)間基準(zhǔn)生成和發(fā)射參考定位信號；

b)相對于參考發(fā)射機(jī)移動(dòng)的所述至少一個(gè)定位單元設(shè)備中的每一個(gè)：

i)接收和解釋一個(gè)或多個(gè)參考定位信號；

ii)生成和發(fā)射獨(dú)特定位信號，其中所述獨(dú)特定位信號與引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘對準(zhǔn)；

iii)接收和解釋所述獨(dú)特定位信號；

iv)測量接收的一個(gè)或多個(gè)參考定位信號中的每一個(gè)與接收的獨(dú)特定位信號之間的頻率差；

v)估計(jì)與相對移動(dòng)相關(guān)聯(lián)的多普勒效應(yīng)；

vi)通過從測量的頻率差和估計(jì)的多普勒效應(yīng)所得到的量調(diào)整所述引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘的頻率；

vii)測量接收的一個(gè)或多個(gè)參考定位信號中的每一個(gè)與接收的獨(dú)特定位信號之間的時(shí)間差；

viii)估計(jì)所述一個(gè)或多個(gè)參考接收機(jī)中的每一個(gè)與該定位單元設(shè)備自己之間的參考信號傳播延遲；以及

ix)根據(jù)測量的時(shí)間差和估計(jì)的參考信號傳播延遲調(diào)整所述獨(dú)特定位信號的生成，

其中相對于參考發(fā)射機(jī)移動(dòng)的所述至少一個(gè)定位單元設(shè)備中的每一個(gè)從所述參考發(fā)射機(jī)的軌跡數(shù)據(jù)、或者它自己的軌跡數(shù)據(jù)、或者這兩者估計(jì)所述多普勒效應(yīng)和所述參考信號傳播延遲，使得所述獨(dú)特定位信號在時(shí)間上同步到所述一個(gè)或多個(gè)參考定位信號；以及

c)所述流動(dòng)方位接收機(jī)：

接收在時(shí)間上同步的獨(dú)特定位信號、或者所述一個(gè)或多個(gè)參考定位信號、或者這兩者；以及

隨后計(jì)算它自己的方位。

優(yōu)選地，步驟b)iv)到b)vi)被重復(fù)地執(zhí)行。在某些實(shí)施例中步驟b)vii)到b)ix)被重復(fù)地執(zhí)行。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，移動(dòng)的每一個(gè)參考發(fā)射機(jī)或定位單元設(shè)備使用下述中的一個(gè)或多個(gè)測量它自己的軌跡數(shù)據(jù)，并且廣播該軌跡數(shù)據(jù)：慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；來自全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星的定位信號；或者來自同步的定位單元設(shè)備的本地網(wǎng)絡(luò)的定位信號。軌跡數(shù)據(jù)優(yōu)選地包括位置信息、速度信息和加速度信息中的一個(gè)或多個(gè)。在某些實(shí)施例中，軌跡數(shù)據(jù)包括位置、速度和加速度中的一個(gè)或多個(gè)的預(yù)測。

在某些實(shí)施例中，相對于參考發(fā)射機(jī)移動(dòng)的至少一個(gè)定位單元設(shè)備中的每一個(gè)利用預(yù)測性例程估計(jì)多普勒效應(yīng)或參考信號傳播延遲。在某些實(shí)施例中，流動(dòng)方位接收機(jī)利用預(yù)測性例程估計(jì)移動(dòng)的每一個(gè)定位單元設(shè)備或參考發(fā)射機(jī)的位置或速度。

根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了用于使得流動(dòng)方位接收機(jī)能夠確定它自己的方位的定位系統(tǒng)，所述定位系統(tǒng)包括位置網(wǎng)絡(luò)和流動(dòng)方位接收機(jī)，所述位置網(wǎng)絡(luò)包括：

a)一個(gè)或多個(gè)參考發(fā)射機(jī)，每一個(gè)被配置為根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)參考發(fā)射機(jī)的時(shí)間基準(zhǔn)生成和發(fā)射參考定位信號；以及

b)一個(gè)或多個(gè)定位單元設(shè)備，所述一個(gè)或多個(gè)定位單元設(shè)備中的至少一個(gè)定位單元設(shè)備作為它自己的移動(dòng)結(jié)果或參考發(fā)射機(jī)的移動(dòng)結(jié)果相對于參考發(fā)射機(jī)移動(dòng)，這些定位單元設(shè)備中的每一個(gè)包括：

i)用于接收和解釋一個(gè)或多個(gè)參考定位信號的構(gòu)件；

ii)用于生成和發(fā)射獨(dú)特定位信號的構(gòu)件，其中所述獨(dú)特定位信號與引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘對準(zhǔn)；

iii)用于接收和解釋所述獨(dú)特定位信號的構(gòu)件；

iv)用于測量接收的參考定位信號中的每一個(gè)與接收的獨(dú)特定位信號之間的頻率差的構(gòu)件；

v)用于估計(jì)與相對移動(dòng)相關(guān)聯(lián)的多普勒效應(yīng)的構(gòu)件；

vi)用于通過從測量的頻率差和估計(jì)的多普勒效應(yīng)所得到的量調(diào)整所述引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘的頻率的構(gòu)件；

vii)用于測量接收的參考定位信號中的每一個(gè)與接收的獨(dú)特定位信號之間的時(shí)間差的構(gòu)件；

viii)用于估計(jì)所述至少一個(gè)參考接收機(jī)與該定位單元設(shè)備自己之間的參考信號傳播延遲的構(gòu)件；以及

ix)用于根據(jù)測量的時(shí)間差和估計(jì)的參考信號傳播延遲調(diào)整所述獨(dú)特定位信號的生成的構(gòu)件，

其中該定位單元設(shè)備從所述參考發(fā)射機(jī)的軌跡數(shù)據(jù)、或者它自己的軌跡數(shù)據(jù)、或者這兩者估計(jì)所述多普勒效應(yīng)和所述參考信號傳播延遲，使得所述獨(dú)特定位信號在時(shí)間上同步到所述一個(gè)或多個(gè)參考定位信號；

c)所述流動(dòng)方位接收機(jī)包括：

i)用于接收在時(shí)間上同步的獨(dú)特定位信號或者參考定位信號或者這兩者的構(gòu)件；以及

ii)用于隨后計(jì)算它自己的方位的構(gòu)件。

優(yōu)選地，相對于參考發(fā)射機(jī)移動(dòng)的每一個(gè)定位單元設(shè)備適合于重復(fù)地執(zhí)行步驟b)iv)到b)vi)。在某些實(shí)施例中，相對于參考發(fā)射機(jī)移動(dòng)的每一個(gè)定位單元設(shè)備適合于重復(fù)地執(zhí)行步驟b)vii)到b)ix)。

優(yōu)選地，移動(dòng)的每一個(gè)參考發(fā)射機(jī)或定位單元設(shè)備適合于使用下述中的一個(gè)或多個(gè)測量它自己的軌跡數(shù)據(jù)，并且廣播該軌跡數(shù)據(jù)：慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；來自全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星的定位信號；或者來自同步的定位單元設(shè)備的本地網(wǎng)絡(luò)的定位信號。軌跡數(shù)據(jù)優(yōu)選地包括位置信息、速度信息和加速度信息中的一個(gè)或多個(gè)。在某些實(shí)施例中，軌跡數(shù)據(jù)包括位置、速度和加速度中的一個(gè)或多個(gè)的預(yù)測。

在某些實(shí)施例中，用于估計(jì)多普勒效應(yīng)的構(gòu)件、或者用于估計(jì)參考信號傳播延遲的構(gòu)件適合于利用預(yù)測性例程。在某些實(shí)施例中，流動(dòng)方位接收機(jī)適合于利用預(yù)測性例程估計(jì)移動(dòng)的每一個(gè)定位單元設(shè)備或參考發(fā)射機(jī)的位置或速度。

根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了根據(jù)第三方面的定位單元設(shè)備，當(dāng)在位置網(wǎng)絡(luò)中使用時(shí)用于確定流動(dòng)方位接收機(jī)的方位。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖僅通過示例的方式描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中：

圖1圖示出使得定位單元設(shè)備能夠?qū)⑺亩ㄎ恍盘柾降絽⒖及l(fā)射機(jī)時(shí)間基準(zhǔn)的靜止參考發(fā)射機(jī)向靜止定位單元設(shè)備廣播的傳統(tǒng)情形；

圖2圖示出包括向多個(gè)靜止定位單元設(shè)備廣播的靜止參考發(fā)射機(jī)、與能夠使用接收的定位信號確定單點(diǎn)方位解決方案的流動(dòng)方位接收機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)定位系統(tǒng)；

圖3圖示出參考發(fā)射機(jī)向定位單元設(shè)備廣播的動(dòng)態(tài)情形，其中參考發(fā)射機(jī)和定位單元設(shè)備相對于彼此移動(dòng)；

圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于在動(dòng)態(tài)位置網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)平臺的同步過程的步驟的流程圖；

圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的用于動(dòng)態(tài)位置網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)平臺的同步過程的步驟的流程圖；以及

圖6圖示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的定位系統(tǒng)，包括以下形式的動(dòng)態(tài)位置網(wǎng)絡(luò)：多個(gè)定位單元設(shè)備相對于彼此移動(dòng)，以及流動(dòng)方位接收機(jī)能夠使用接收的定位信號計(jì)算單點(diǎn)方位解決方案。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)有技術(shù)同步過程的概述

將參考圖1簡單地討論上述WO 03/038469 A1中詳細(xì)公開的鎖時(shí)環(huán)(TLL)過程。處在關(guān)于參考坐標(biāo)系(諸如，地心地固(ECEF)坐標(biāo)系)的固定與已知的位置中的定位單元設(shè)備2接收由處在另一個(gè)固定與已知的位置中的參考發(fā)射機(jī)6發(fā)射的參考定位信號4，并且將它自己同步到由參考發(fā)射機(jī)的內(nèi)部生成的時(shí)鐘8所確定的時(shí)間基準(zhǔn)。定位單元設(shè)備2包含有接收機(jī)10、發(fā)射機(jī)12、引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘14和CPU 16，以及為其他部件提供共同時(shí)間基準(zhǔn)的振蕩器18。一旦定位單元設(shè)備接收到參考定位信號4，它就從它的發(fā)射機(jī)12發(fā)射獨(dú)特定位信號20的從版本，該從版本由它的接收機(jī)10接收。參考定位信號4和從定位信號20中的每一個(gè)具有載波成分、偽隨機(jī)碼成分和數(shù)據(jù)成分，偽隨機(jī)碼成分和數(shù)據(jù)成分對于每一個(gè)設(shè)備是獨(dú)特的。接收機(jī)10同時(shí)接收和采樣參考定位信號4與從定位信號20并且測量這兩個(gè)信號之間的集成載波相位(ICP)差。CPU 16使接收機(jī)10內(nèi)的參考定位信號4與從定位信號20兩者的ICP測量結(jié)果歸零，然后參與向引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘14不斷地施加校正的控制回路以將ICP差維持在零，使得從定位信號20實(shí)現(xiàn)和維持與參考定位信號4的頻率相干。

頻率相干是TLL同步過程中的重要階段，因?yàn)橐坏﹨⒖级ㄎ恍盘柵c從定位信號的載波頻率被對準(zhǔn)，這兩個(gè)信號的偽隨機(jī)成分與數(shù)據(jù)成分之間所觀察到的時(shí)間差就變成恒定。這個(gè)時(shí)間差包括根據(jù)定位單元設(shè)備天線21與參考發(fā)射機(jī)天線23之間的已知幾何距離22所計(jì)算的傳播時(shí)間延遲、和定位單元設(shè)備引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘14與參考發(fā)射機(jī)時(shí)鐘8之間的時(shí)間基準(zhǔn)偏移(或時(shí)間偏置)。這個(gè)計(jì)算允許這兩個(gè)信號進(jìn)入時(shí)間上的對準(zhǔn)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，定位單元設(shè)備在兩階段過程中實(shí)現(xiàn)時(shí)間偏置校正，該兩階段過程包括關(guān)于偽隨機(jī)碼的粗?jǐn)[動(dòng)(即，暫時(shí)地以更快或更慢的速率對其發(fā)射機(jī)12的偽隨機(jī)碼生成器計(jì)時(shí))，之后將附加頻率偏移施加到引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘14達(dá)預(yù)定時(shí)間段。傳播時(shí)間延遲可以在任何一個(gè)階段被考慮。

當(dāng)從定位信號20具有與參考定位信號4的頻率相干并且與參考發(fā)射機(jī)的時(shí)間基準(zhǔn)在時(shí)間上對準(zhǔn)時(shí)，它完全同步到參考發(fā)射機(jī)的時(shí)間基準(zhǔn)并且由發(fā)射的獨(dú)特定位信號24所表示。重要地，TLL中的差分過程消除了由接收機(jī)電子器件或溫度變化所引起的任何接收機(jī)線偏置或組延遲。參考圖2，位于包括參考發(fā)射機(jī)6與在時(shí)間上同步的定位單元設(shè)備2-1、2-2的位置網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的、流動(dòng)方位接收機(jī)26形式的移動(dòng)裝置能夠接收來自定位單元設(shè)備的獨(dú)特定位信號24-1、24-2、或者能夠接收來自參考發(fā)射機(jī)6的參考定位信號4、或者能夠接收這兩者，并且自主地計(jì)算基于碼和載波的方位解決方案這兩者。更通常地，流動(dòng)方位接收機(jī)能夠利用來自視域內(nèi)的任何同步的定位單元設(shè)備(可能包括指定的參考發(fā)射機(jī))的定位信號來計(jì)算方位解決方案。典型地要求來自三個(gè)或更多個(gè)定位單元設(shè)備和/或參考發(fā)射機(jī)的信號，盡管在某些情形中有可能從少于三個(gè)定位信號計(jì)算方位解決方案。例如，如果流動(dòng)方位接收機(jī)具有與位置網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間基準(zhǔn)有已知關(guān)系的高度準(zhǔn)確的時(shí)鐘，那么它能夠僅從兩個(gè)定位信號計(jì)算二維方位解決方案。

定位單元設(shè)備從兩個(gè)或更多個(gè)時(shí)間同步的參考發(fā)射機(jī)接收參考定位信號也是有可能的。在這種配置中，能夠在參考發(fā)射機(jī)之間平均參考信號誤差源(諸如，多徑和對流層延遲)以提高時(shí)間基準(zhǔn)準(zhǔn)確度。在時(shí)間上同步的定位系統(tǒng)的進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)(例如，關(guān)于CDMA定位信號的發(fā)射和解釋的細(xì)節(jié)以及關(guān)于設(shè)備硬件的細(xì)節(jié))在上述PCT公布WO 03/038469 A1中描述。如這里所描述的，定位信號典型地是射頻(RF)信號。

現(xiàn)有技術(shù)同步過程的局限性

圖3示出了動(dòng)態(tài)情形，其中參考發(fā)射機(jī)6和定位單元設(shè)備2相對于彼此移動(dòng)，如通過表示參考發(fā)射機(jī)和/或定位單元設(shè)備相對于參考坐標(biāo)系的移動(dòng)的箭頭28、29所描繪的那樣。這個(gè)相對運(yùn)動(dòng)對以上描述的TLL同步過程具有兩個(gè)有害效果。首先并且更顯然的，參考發(fā)射機(jī)天線23與定位單元設(shè)備天線21之間的距離22以及因此參考定位信號4的傳播時(shí)間延遲變?yōu)槭强勺兊?。這影響將定位單元設(shè)備2的獨(dú)特定位信號24在時(shí)間上對準(zhǔn)參考發(fā)射機(jī)6的時(shí)間基準(zhǔn)所要求的時(shí)間基準(zhǔn)校正。其次，相對運(yùn)動(dòng)在參考定位信號4上施加多普勒頻移，從定位單元設(shè)備2的角度來看該多普勒頻移與它的振蕩器18的漂移不能區(qū)分。通常，相對運(yùn)動(dòng)將引起接收的參考定位信號4的頻率變化，阻礙ICP差分過程在兩個(gè)定位信號之間正確地建立頻率相干。在如圖2所示的定位系統(tǒng)的上下文中，作為結(jié)果的同步誤差，連同定位單元設(shè)備2-1、2-2或參考發(fā)射機(jī)6中的一個(gè)或多個(gè)的時(shí)變位置，嚴(yán)重地劣化由流動(dòng)方位接收機(jī)26計(jì)算的方位解決方案。

動(dòng)態(tài)同步過程

于是，結(jié)果是在有移動(dòng)平臺的動(dòng)態(tài)環(huán)境(諸如，包括多個(gè)移動(dòng)定位單元設(shè)備的位置網(wǎng)絡(luò)，多個(gè)移動(dòng)定位設(shè)備中的一個(gè)可以被指定為參考發(fā)射機(jī))中，必須修改以上描述的同步過程以考慮定位單元設(shè)備和/或參考發(fā)射機(jī)之間的相對運(yùn)動(dòng)。動(dòng)態(tài)環(huán)境的一個(gè)示例是安裝在車輛上的多個(gè)定位單元設(shè)備，例如用于緊急服務(wù)或執(zhí)法目的。在另一個(gè)示例中，移動(dòng)平臺(諸如，飛行器)可以在以傳統(tǒng)方式使用來自固定的陸基定位單元設(shè)備的同步網(wǎng)絡(luò)的定位信號確定它的方位后，通過將它自己的獨(dú)特定位信號與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間基準(zhǔn)同步而尋求加入網(wǎng)絡(luò)。在這種情況中，移動(dòng)平臺能夠?qū)⑼降年懟ㄎ粏卧O(shè)備中的任何一個(gè)、或者關(guān)于另一個(gè)移動(dòng)平臺的同步的定位單元設(shè)備視為參考發(fā)射機(jī)。在又一個(gè)示例中，一個(gè)或多個(gè)固定的陸基定位單元設(shè)備能夠使用來自與地球旋轉(zhuǎn)不同步的衛(wèi)星(諸如，GPS衛(wèi)星)的定位信號作為參考。

出于本說明書的目的，我們將會把修改的同步過程稱作“動(dòng)態(tài)鎖時(shí)環(huán)”(動(dòng)態(tài)TLL)過程。將在下述方面描述這個(gè)過程：在時(shí)間上將由定位單元設(shè)備生成的獨(dú)特定位信號同步到由參考發(fā)射機(jī)生成的參考定位信號，其中定位單元設(shè)備和參考發(fā)射機(jī)相對于彼此移動(dòng)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，參考發(fā)射機(jī)本身是定位單元設(shè)備。一旦給定的定位單元設(shè)備與位置網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間基準(zhǔn)同步，它就能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)時(shí)間基準(zhǔn)中繼到不具有指定的參考發(fā)射機(jī)的清晰視域的另外的定位單元設(shè)備。

顯而易見的應(yīng)該是，術(shù)語“相對于彼此移動(dòng)”、“相對移動(dòng)”、“相對運(yùn)動(dòng)”等，當(dāng)應(yīng)用到參考發(fā)射機(jī)和定位單元設(shè)備時(shí)，包含多種情形。例如，相對于參考坐標(biāo)系，參考發(fā)射機(jī)可以是在固定的位置中并且定位單元設(shè)備在移動(dòng)，或者反之，或者兩者可以獨(dú)立地移動(dòng)。

參考圖3和圖4的流程圖描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的動(dòng)態(tài)TLL過程，圖4的流程圖示出由定位單元設(shè)備所執(zhí)行的一系列步驟，該定位單元設(shè)備尋求將它的定位信號同步到參考發(fā)射機(jī)的定位信號，定位單元設(shè)備與參考發(fā)射機(jī)處于相對運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)中。在步驟30中，定位單元設(shè)備2接收和解釋由參考發(fā)射機(jī)6生成的參考定位信號4。在步驟32中，定位單元設(shè)備生成與它的引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘14對準(zhǔn)的獨(dú)特定位信號20的從版本。在這樣做之前，定位單元設(shè)備CPU 16優(yōu)選地將發(fā)射機(jī)時(shí)鐘引導(dǎo)到與接收的參考定位信號4對準(zhǔn)的大致時(shí)間與頻率。在步驟34中，由定位單元設(shè)備的接收機(jī)10接收和解釋從定位信號20。在步驟36中，測量接收的參考定位信號4與接收的從定位信號20之間的頻率差，例如通過對在預(yù)定時(shí)段上測量的兩個(gè)信號的集成載波相位測量結(jié)果進(jìn)行差分處理，或者通過測量瞬時(shí)的頻率偏移。在步驟38中，定位單元設(shè)備估計(jì)與參考發(fā)射機(jī)和它自己之間的相對運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的多普勒效應(yīng)，如下面在“估計(jì)多普勒效應(yīng)”部分所描述的那樣。隨后在步驟40中校正頻率差以考慮多普勒效應(yīng)，例如，通過從測量的頻率差中移除估計(jì)的多普勒效應(yīng)。這產(chǎn)生校正的頻率差，其指示定位單元設(shè)備2的頻率漂移，并因此指示參考定位信號4與從定位信號20之間的頻率與相位差。定位單元設(shè)備的頻率漂移可以例如由它自己的振蕩器18的漂移所引起或者由溫度或電壓波動(dòng)所引起。在步驟42中，定位單元設(shè)備通過從在步驟40中所計(jì)算的校正的頻率差得到的量來調(diào)整它的引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘14的頻率，其從而調(diào)整定位單元設(shè)備的從定位信號20的生成。

兩個(gè)定位信號4、20現(xiàn)在以由多普勒效應(yīng)估計(jì)的準(zhǔn)確度所限制的準(zhǔn)確度在頻率上對準(zhǔn)(即，它們頻率相干)。為了防止頻率通過定位單元設(shè)備的后續(xù)漂移而變得失準(zhǔn)，即，為了維護(hù)頻率相干，應(yīng)該如控制回路44所表示的那樣重復(fù)地執(zhí)行步驟36、38、40和42。在優(yōu)選的實(shí)施例中，經(jīng)由定位單元設(shè)備的CPU 16內(nèi)的閉合回路執(zhí)行頻率對準(zhǔn)，其基于重復(fù)的ICP差分測量和多普勒效應(yīng)估計(jì)而重復(fù)地向引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘14施加校正。

可替代地，通過測量在接收機(jī)10處接收的參考定位信號4與從定位信號20之間的頻率偏差、對于估計(jì)的多普勒效應(yīng)校正它、然后將它直接供應(yīng)給引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘14來執(zhí)行頻率對準(zhǔn)以創(chuàng)建所謂的“頻率跟蹤系統(tǒng)(FTS)”。引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘簡單地仿真對于多普勒效應(yīng)估計(jì)校正的進(jìn)入的參考定位信號的頻率偏差。這個(gè)方法要求定位單元設(shè)備的振蕩器18在接收機(jī)10和發(fā)射機(jī)12之間是共同的(如圖3中的情況)，并且通常沒有優(yōu)選的閉合回路方法準(zhǔn)確，因?yàn)楣餐Ｊ秸`差(例如由溫度變化引起)沒有被差分掉。

一旦頻率相干已經(jīng)建立，參考定位信號4與從定位信號20之間的時(shí)間差就能夠被準(zhǔn)確地測量以消除參考發(fā)射機(jī)6與定位單元設(shè)備2之間的任何時(shí)間偏置。在步驟46中，定位單元設(shè)備測量分別在步驟30和34中接收和解釋的參考定位信號與從定位信號之間的時(shí)間差，并且在步驟47中，定位單元設(shè)備估計(jì)參考發(fā)射機(jī)天線23與定位單元設(shè)備天線21之間的當(dāng)前距離22。根據(jù)這個(gè)距離估計(jì)，定位單元設(shè)備2在步驟48中通過將距離估計(jì)除以光速來計(jì)算參考信號傳播延遲的估計(jì)(即，飛行時(shí)間)。用于估計(jì)距離22的方法在下面的部分“估計(jì)傳播延遲”中討論。在某些實(shí)施例中，考慮到大氣的影響(即，對流層延遲，其通常降低真空光速大約300ppm)而確定光速的值。在一種具體的實(shí)施例中，使用在參考發(fā)射機(jī)處和在定位單元設(shè)備處的溫度、壓力和相對濕度的測量結(jié)果來估計(jì)對流層延遲。

應(yīng)當(dāng)理解的是，通過估計(jì)的參考信號傳播延遲偏移的測量的時(shí)間差，提供了將定位單元設(shè)備2與參考發(fā)射機(jī)6的時(shí)間基準(zhǔn)對準(zhǔn)所要求的時(shí)鐘校正的估計(jì)。因此在步驟50中，根據(jù)測量的時(shí)間差和估計(jì)的傳播延遲調(diào)整從定位信號的生成以實(shí)現(xiàn)參考定位信號4與從定位信號20之間的時(shí)間上的對準(zhǔn)。在一種實(shí)施例中，通過在根據(jù)時(shí)間差與估計(jì)的傳播延遲所得到的時(shí)間段內(nèi)偏移定位單元設(shè)備的引導(dǎo)時(shí)鐘14的頻率而執(zhí)行調(diào)整，同時(shí)多普勒效應(yīng)校正的鎖頻控制回路44暫時(shí)不參加。這有效地在時(shí)間上擺動(dòng)從定位信號20。我們注意到，在控制回路不參加時(shí)仍然應(yīng)該測量和校正多普勒效應(yīng)估計(jì)。在替代的實(shí)施例中，通過擺動(dòng)定位單元設(shè)備發(fā)射機(jī)12的PRN碼生成器必要量的碼相位(碼片)(即，暫時(shí)地以更快或更慢的速率定時(shí)PRN碼生成器來執(zhí)行調(diào)整)，同時(shí)維護(hù)多普勒效應(yīng)校正的鎖頻回路44。在其他實(shí)施例中，通過這些過程的組合(例如，涉及到PRN碼生成器的粗?jǐn)[動(dòng)，之后是頻率偏移)來執(zhí)行調(diào)整。

一旦已經(jīng)建立頻率相干和時(shí)間上的對準(zhǔn)，從定位信號20就被聲明為與參考定位信號4在時(shí)間上同步并且變成定位單元設(shè)備的發(fā)射的獨(dú)特定位信號24。定位單元設(shè)備2然后變成同步的位置網(wǎng)絡(luò)的一部分，使得它的定位信號能夠如下面所描述的那樣由流動(dòng)方位接收機(jī)使用以確定準(zhǔn)確的單點(diǎn)方位解決方案。同步的定位單元設(shè)備還能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)時(shí)間基準(zhǔn)中繼到尋求進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的其他定位單元設(shè)備。

如上面提到的，為了維護(hù)參考定位信號與從定位信號之間的頻率相干，應(yīng)該如由控制回路44所示的那樣重復(fù)地執(zhí)行同步過程的頻率對準(zhǔn)部分(即，圖4中的步驟36、38、40和42)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，過程的時(shí)間上對準(zhǔn)部分(即，圖4中的步驟46、47、48和50)僅執(zhí)行一次。然而重復(fù)地執(zhí)行時(shí)間上對準(zhǔn)可能是有利的，如控制回路52所表示的那樣，例如以維護(hù)對時(shí)間上對準(zhǔn)的檢查或者修復(fù)周跳(cycle slip)。

為了完整性，我們注意到同步過程的時(shí)間上對準(zhǔn)部分在頻率對準(zhǔn)部分之前執(zhí)行是有可能的。

如現(xiàn)有技術(shù)中的鎖時(shí)環(huán)同步過程那樣，定位單元設(shè)備從兩個(gè)或更多個(gè)時(shí)間同步的參考發(fā)射機(jī)接收參考定位信號也是有可能的。此外，這個(gè)配置使得參考信號誤差源(諸如多徑和對流層延遲)能夠在參考發(fā)射機(jī)之間被平均以提高時(shí)間基準(zhǔn)的準(zhǔn)確度。然而在本發(fā)明的上下文中，其還使得移動(dòng)引起的多普勒頻移與傳播延遲變化的估計(jì)中的誤差能夠平均化。

回到圖4中的流程圖，將理解的是能夠在步驟40中頻率差被校正之前的任何時(shí)間執(zhí)行多普勒效應(yīng)估計(jì)步驟38。例如，其可以在頻率差測量步驟36之前執(zhí)行，或者甚至在步驟30中參考定位信號被接收和解釋之前執(zhí)行。一旦在步驟42中首次對準(zhǔn)了頻率，為了使用控制回路44維護(hù)頻率鎖定的目的，緊接在頻率差測量步驟36之前或之后估計(jì)多普勒效應(yīng)將是方便的。

類似地，在如圖4所示的動(dòng)態(tài)TLL過程的時(shí)間對準(zhǔn)部分中的步驟的順序方面存在相當(dāng)大的靈活性。例如，距離估計(jì)步驟47能夠在時(shí)間差測量步驟46之前執(zhí)行，或者甚至在頻率調(diào)整步驟42之前執(zhí)行。

參考圖5中示出的流程圖與圖3中示出的裝置描述根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例的動(dòng)態(tài)TLL過程。與圖4一樣，圖5的流程圖示出由尋求將其定位信號同步到參考發(fā)射機(jī)6的定位信號的定位單元設(shè)備2所執(zhí)行的一系列步驟，定位單元設(shè)備2與參考發(fā)射機(jī)6處于相對運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。在步驟30中，定位單元設(shè)備2接收和解釋由參考發(fā)射機(jī)6生成的參考定位信號4。在步驟32中，定位單元設(shè)備生成與它的引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘14對準(zhǔn)的獨(dú)特定位信號20的從版本，優(yōu)選地在發(fā)射機(jī)時(shí)鐘已經(jīng)被引導(dǎo)到與接收的參考定位信號4大致時(shí)間與頻率對準(zhǔn)之后，并且在步驟34中，由定位單元設(shè)備的接收機(jī)10接收和解釋從定位信號20。在步驟38中，定位單元設(shè)備估計(jì)與參考發(fā)射機(jī)和它自己之間的相對運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的多普勒效應(yīng)，如下面在“估計(jì)多普勒效應(yīng)”部分所描述的那樣，然后在步驟54中對于多普勒效應(yīng)校正參考定位信號。在步驟56中，測量經(jīng)多普勒效應(yīng)校正的參考定位信號與接收的從定位信號之間的頻率差，例如通過對在預(yù)定的時(shí)段上測量的兩個(gè)信號的集成載波相位測量結(jié)果進(jìn)行差分，或者通過測量瞬時(shí)的頻率偏移。在步驟58中，定位單元設(shè)備通過從步驟56中計(jì)算的頻率差所得到的量調(diào)整它的引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘14的頻率，其從而調(diào)整定位單元設(shè)備的從定位信號20的生成。

兩個(gè)定位信號4、20現(xiàn)在在頻率上對準(zhǔn)，即，頻率相干。為了防止頻率通過定位單元設(shè)備的后續(xù)漂移而變得失準(zhǔn)，應(yīng)該如控制回路60所表示的那樣重復(fù)地執(zhí)行步驟38、54、56和58。動(dòng)態(tài)TLL過程的時(shí)間上對準(zhǔn)部分(即，步驟46、47、48和50)連同可選的控制回路52以與參考圖4所描述的相同的方式進(jìn)行。

關(guān)于圖5的頻率對準(zhǔn)部分中的步驟的順序存在相當(dāng)大的靈活性。例如，多普勒效應(yīng)估計(jì)步驟38能夠在步驟30中接收和解釋參考定位信號之前發(fā)生，或者多普勒效應(yīng)估計(jì)和校正(步驟38和54)能夠在步驟32和34中生成、接收和解釋從定位信號之前執(zhí)行。

在圖5示出的實(shí)施例中，在步驟56中測量頻率差之前，將多普勒效應(yīng)估計(jì)應(yīng)用于接收的參考定位信號，而在圖4示出的實(shí)施例中，多普勒效應(yīng)估計(jì)應(yīng)用于頻率差。然而重要的是最終結(jié)果是相同的：通過從多普勒效應(yīng)估計(jì)和測量的頻率差所得到的量而調(diào)整引導(dǎo)時(shí)鐘14的頻率，以將它與參考發(fā)射機(jī)時(shí)鐘8的頻率對準(zhǔn)。在另一個(gè)示例中，通過如圖5中所示的那樣多普勒效應(yīng)校正接收的參考定位信號而初始地實(shí)現(xiàn)頻率對準(zhǔn)，然后通過如圖4中的控制回路44所示的那樣重復(fù)地多普勒效應(yīng)校正頻率差而維護(hù)頻率對準(zhǔn)。然后以通常形式，頻率對準(zhǔn)通過定位單元設(shè)備2的以下步驟繼續(xù)：

(i)接收和解釋參考定位信號4；

(ii)生成和發(fā)射從定位信號20；

(iii)接收和解釋從定位信號；

(iv)測量接收的參考定位信號與接收的從定位信號之間的頻率差；

(v)估計(jì)與參考發(fā)射機(jī)6和定位單元設(shè)備2之間的相對運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的多普勒效應(yīng)；以及

(vi)通過從測量的頻率差和估計(jì)的多普勒效應(yīng)得到的量調(diào)整引導(dǎo)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘14的頻率。

估計(jì)多普勒效應(yīng)

因?yàn)橥ǔ６嗥绽招?yīng)與時(shí)鐘漂移不能區(qū)分，所以上述動(dòng)態(tài)的時(shí)間上同步過程的頻率相干方面依賴于對象定位單元設(shè)備能夠估計(jì)由它自己與參考發(fā)射機(jī)之間的相對運(yùn)動(dòng)而施加在參考定位信號上的多普勒效應(yīng)(圖4或圖5中的步驟38)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，定位單元設(shè)備從參考發(fā)射機(jī)的軌跡數(shù)據(jù)、或者它自己的軌跡數(shù)據(jù)、或者這兩者估計(jì)這個(gè)多普勒效應(yīng)，其中軌跡數(shù)據(jù)典型地包括關(guān)于位置、速度和加速度中的一個(gè)或多個(gè)的信息。在最通常的情況中，定位單元設(shè)備和參考發(fā)射機(jī)都將相對于參考坐標(biāo)系(諸如，ECEF坐標(biāo)系)移動(dòng)，例如，如果被安裝在參加搜索和救援操作的車輛上，在這種情況中定位單元設(shè)備要求參考發(fā)射機(jī)和它自己這兩者的軌跡數(shù)據(jù)。

在某些實(shí)施例中，其中參考發(fā)射機(jī)6和定位單元設(shè)備2都在移動(dòng)平臺上，每一個(gè)單元優(yōu)選地包含用于測量位置、速度和加速度中的一個(gè)或多個(gè)的如圖3所示的跟蹤設(shè)備62。每一個(gè)跟蹤設(shè)備62可以是例如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)、用于接收來自全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星的定位信號的GPS接收機(jī)、或者用于接收來自同步的定位單元設(shè)備的本地網(wǎng)絡(luò)的定位信號的接收機(jī)，其可以是靜止的或在移動(dòng)平臺上。可替代地，跟蹤設(shè)備可以是這些或其他系統(tǒng)的組合，諸如，GPS引導(dǎo)的INS。參考圖3，我們注意到定位單元設(shè)備2的接收機(jī)10能夠被編程以計(jì)算方位解決方案，并且對于上述動(dòng)態(tài)同步過程有貢獻(xiàn)。在這種情況中接收機(jī)10能夠用作跟蹤設(shè)備62。類似地，如果參考發(fā)射機(jī)6本身是定位單元設(shè)備，那么它的接收機(jī)能夠被編程以計(jì)算方位解決方案(例如，使用GPS信號)，并因此用作跟蹤設(shè)備62。在這種上下文中我們注意到由定位接收機(jī)計(jì)算的方位解決方案(也被稱為PVT解決方案)通常包括位置、速度和時(shí)間信息。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有在外部定位信號不可靠或不可用的環(huán)境中工作的優(yōu)勢。然而，即使是最好的這種系統(tǒng)也經(jīng)歷隨著時(shí)間的漂移，因此在外部定位信號可用時(shí)(例如，來自GPS衛(wèi)星或定位單元設(shè)備的同步網(wǎng)絡(luò))的情況下將優(yōu)選地由定位接收機(jī)或類似物支持以重新校準(zhǔn)INS。作為內(nèi)部跟蹤設(shè)備62的替代，外部跟蹤構(gòu)件(諸如，基于激光的系統(tǒng))能夠被用于測量參考發(fā)射機(jī)和/或定位單元設(shè)備的軌跡數(shù)據(jù)并且向定位單元設(shè)備提供該數(shù)據(jù)。在廣泛的方面中，可以使用用于測量軌跡數(shù)據(jù)并且向定位單元設(shè)備提供該數(shù)據(jù)的任何合適的構(gòu)件。

在某些實(shí)施例中，在參考發(fā)射機(jī)與定位單元設(shè)備中的一個(gè)或另一個(gè)上不要求跟蹤設(shè)備。例如，如果定位單元設(shè)備接收來自GPS衛(wèi)星(其有效地是移動(dòng)平臺上的參考發(fā)射機(jī))的參考定位信號，那么由衛(wèi)星例行地發(fā)射的星歷表數(shù)據(jù)將足夠定位單元設(shè)備確定衛(wèi)星的軌跡數(shù)據(jù)?？商娲?，定位單元設(shè)備可以先驗(yàn)地知道指定的參考接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)。在其中僅定位單元設(shè)備2在移動(dòng)平臺上(例如，尋求加入固定的陸基位置網(wǎng)絡(luò)的飛行器)的實(shí)施例中，參考發(fā)射機(jī)6不需要包含跟蹤設(shè)備。同樣地，如果定位單元設(shè)備將總是靜止的，那么定位單元設(shè)備將不要求跟蹤設(shè)備。

在其中參考發(fā)射機(jī)6在移動(dòng)平臺上的某些實(shí)施例中，參考發(fā)射機(jī)6使用它的跟蹤設(shè)備62以某個(gè)速率(第一測量速率)測量它的軌跡數(shù)據(jù)，并且將該信息作為它的參考定位信號4的數(shù)據(jù)成分的一部分以某個(gè)更新速率(第一更新速率)廣播。定位單元設(shè)備2經(jīng)由它自己的跟蹤設(shè)備62以某個(gè)速率(第二測量速率)測量它自己的軌跡數(shù)據(jù)，并且根據(jù)參考定位信號4解調(diào)參考發(fā)射機(jī)6的對應(yīng)數(shù)據(jù)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，為了使用獨(dú)特定位信號以用于其方位解決方案計(jì)算的流動(dòng)方位接收機(jī)、或者尋求加入網(wǎng)絡(luò)的其他單位單元設(shè)備的利益，定位單元設(shè)備還將它的軌跡數(shù)據(jù)作為它的獨(dú)特定位信號24的數(shù)據(jù)成分的一部分以某個(gè)更新速率(第二更新速率)廣播。如果定位信號的數(shù)據(jù)成分的帶寬不足以以要求的更新速率廣播軌跡數(shù)據(jù)，那么參考發(fā)射機(jī)和/或定位單元設(shè)備能夠經(jīng)由單獨(dú)的數(shù)據(jù)鏈路(圖3中未示出)廣播它們各自的軌跡數(shù)據(jù)。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，參考發(fā)射機(jī)6或定位單元設(shè)備2或者這兩者以10Hz或更高的速率(更優(yōu)選地以100Hz或更高的速率)測量它們的軌跡數(shù)據(jù)，并且例行地用最近測量的軌跡數(shù)據(jù)更新它們的定位信號4、24的數(shù)據(jù)成分。更高的測量與更新速率對于參考發(fā)射機(jī)與定位單元設(shè)備的更準(zhǔn)確的跟蹤是優(yōu)選的，特別是在它們中的任一者快速地或不規(guī)律地移動(dòng)的情形中。在某些實(shí)施例中，測量與更新速率是可調(diào)整的；例如，如果參考發(fā)射機(jī)或定位單元設(shè)備感覺到它的運(yùn)動(dòng)變得更不規(guī)律/不太不規(guī)律，那么它能夠增加/減小它測量它的軌跡數(shù)據(jù)的速率，或者增加/減小它更新它的定位信號的數(shù)據(jù)成分的速率。在某些實(shí)施例中，各自的測量和更新速率是相等的，而在其他實(shí)施例中，各自的更新速率低于各自的測量速率。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，由各自的跟蹤設(shè)備62測量的參考發(fā)射機(jī)或定位單元設(shè)備或這兩者的軌跡數(shù)據(jù)包括至少位置與速度信息?；叵胍幌滤俣仁窍蛄?即速率和方向)，速度信息通常足夠定位單元設(shè)備2獲得用于它自己與參考發(fā)射機(jī)6之間的相對運(yùn)動(dòng)的估計(jì)，并因此獲得施加在參考定位信號4上的多普勒效應(yīng)的估計(jì)。然而，因?yàn)閰⒖及l(fā)射機(jī)與定位單元設(shè)備之間的距離22所引起的傳播延遲，由參考發(fā)射機(jī)發(fā)射并由定位單元設(shè)備接收的速度信息可能不在與定位單元設(shè)備自己最近測量的速度相同的時(shí)間間隔中測量。因此，以足夠的準(zhǔn)確度估計(jì)多普勒效應(yīng)可能要求更復(fù)雜的過程。在一個(gè)示例中，參考發(fā)射機(jī)能夠基于例如卡曼(Kalman)濾波器或者最小二乘算法來利用預(yù)測性例程，以計(jì)算它的位置和/或速度的預(yù)測，并且在它的參考定位信號的數(shù)據(jù)成分中或者經(jīng)由單獨(dú)的數(shù)據(jù)鏈路廣播這些預(yù)測。類似地，定位單元設(shè)備能夠利用預(yù)測性例程來計(jì)算它的位置和/或速度的預(yù)測以用于廣播。在另一個(gè)示例中，在給定的瞬間，定位單元設(shè)備能夠接收瞬時(shí)的(即，非預(yù)測的)位置或速度信息并且利用預(yù)測性例程估計(jì)它自己與參考發(fā)射機(jī)之間的相對速度，并因此估計(jì)施加在接收的參考定位信號上的多普勒效應(yīng)。

在某些實(shí)施例中，參考發(fā)射機(jī)或者定位單元設(shè)備或者這兩者的軌跡數(shù)據(jù)還包括加速度信息。在某些實(shí)施例中，參考發(fā)射機(jī)或者定位單元設(shè)備或者這兩者使用它們各自的跟蹤設(shè)備62測量加速度并且將該信息合并在它們的軌跡數(shù)據(jù)中。在其他實(shí)施例中，定位單元設(shè)備從最近測量或接收的速度信息推斷加速度。應(yīng)該理解的是，其他信息(例如，加速度的時(shí)間變化率)能夠被測量并且作為參考發(fā)射機(jī)或者定位單元設(shè)備或者這兩者的軌跡數(shù)據(jù)的一部分而廣播。

相反地，在其中參考發(fā)射機(jī)或定位單元設(shè)備的運(yùn)動(dòng)是逐漸的或者是高度可預(yù)測的情形中，軌跡數(shù)據(jù)只包含位置信息、以合適的更新速率廣播可能是足夠的，在這種情況中定位單元設(shè)備從最近測量的或接收的位置信息推斷各自的速度。在某些實(shí)施例中，參考發(fā)射機(jī)或定位單元設(shè)備監(jiān)視它們自己的運(yùn)動(dòng)，并且決定在它們的軌跡數(shù)據(jù)中需要包括多少信息(例如，只有位置，或者位置與速度，或者位置、速度與加速度)、需要多久測量軌跡數(shù)據(jù)、或者需要多久更新軌跡數(shù)據(jù)以用于廣播。

為了完整性，我們注意到上述方法包含參考發(fā)射機(jī)或者定位單元設(shè)備相對于參考坐標(biāo)系處在固定的位置中的特別情況。例如，如果參考發(fā)射機(jī)靜止在對于定位單元設(shè)備已知的位置中，那么參考發(fā)射機(jī)可能沒有必要測量或廣播任何軌跡數(shù)據(jù)，或者它可以僅以緩慢的更新速率(例如，0.1Hz)這樣做。在這種情況中，只從定位單元設(shè)備的軌跡數(shù)據(jù)確定多普勒效應(yīng)。相反地，如果定位單元設(shè)備靜止在已知的位置中，那么能夠只從參考發(fā)射機(jī)的軌跡數(shù)據(jù)估計(jì)多普勒效應(yīng)，并且就算需要的話定位單元設(shè)備也僅需要以緩慢的更新速率測量和廣播軌跡數(shù)據(jù)。然而，在最通常的情況中兩個(gè)設(shè)備將移動(dòng)，并且使用來自兩者的軌跡數(shù)據(jù)估計(jì)多普勒效應(yīng)。

估計(jì)傳播延遲

在參考圖4和5的如上所述的動(dòng)態(tài)TLL過程的時(shí)間同步部分中，在步驟48中，定位單元設(shè)備基于光速和在步驟47中獲得的參考發(fā)射機(jī)天線與定位單元設(shè)備天線之間的估計(jì)的距離22來估計(jì)參考信號傳播延遲(即，飛行時(shí)間)。通常，這要求參考發(fā)射機(jī)和定位單元設(shè)備的位置的知識，其可以形成例如使用跟蹤設(shè)備62測量的軌跡數(shù)據(jù)的一部分。類似于具有多普勒效應(yīng)估計(jì)的情形，參考發(fā)射機(jī)或定位單元設(shè)備能夠利用預(yù)測性例程(諸如，卡曼濾波器或者最小二乘)計(jì)算它們的位置的預(yù)測以用于廣播?？商娲?，定位單元設(shè)備能夠從參考發(fā)射機(jī)接收瞬時(shí)的(即，非預(yù)測的)位置信息，并且利用預(yù)測性例程估計(jì)它自己與參考發(fā)射機(jī)之間的距離22。在某些實(shí)施例中，參考發(fā)射機(jī)的軌跡數(shù)據(jù)除了位置信息還包括速度信息，以使得定位單元設(shè)備能夠估計(jì)參考發(fā)射機(jī)的瞬時(shí)位置。在其他實(shí)施例中，定位單元設(shè)備基于最近接收的位置信息計(jì)算估計(jì)。如前面解釋的，能夠考慮到對流層延遲而確定光速的值。

方位解決方案

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6，其圖示出了包括如下形式的動(dòng)態(tài)位置網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)，該形式是多個(gè)同步的定位單元設(shè)備2-1、2-2和2-3(它們中的至少一個(gè)如箭頭29-1、29-2和29-3所示的那樣相對于諸如地心地固(ECEF)坐標(biāo)系的參考坐標(biāo)系移動(dòng))以及能夠接收來自定位單元設(shè)備的定位信號24-1、24-2和24-3的流動(dòng)方位接收機(jī)26。移動(dòng)的定位單元設(shè)備的定位信號經(jīng)由上述動(dòng)態(tài)TLL過程在時(shí)間上同步到一個(gè)或多個(gè)參考發(fā)射機(jī)的參考定位信號，并且在優(yōu)選的實(shí)施例中，每一個(gè)參考發(fā)射機(jī)本身是定位單元設(shè)備，其信號能夠被流動(dòng)方位接收機(jī)所利用。通常，流動(dòng)方位接收機(jī)當(dāng)然也將是移動(dòng)的。流動(dòng)方位接收機(jī)也需要能夠接收來自相對于參考坐標(biāo)系移動(dòng)的這些定位單元設(shè)備的軌跡數(shù)據(jù)，使得它能夠確定或者預(yù)測根據(jù)定位信號的偽隨機(jī)碼成分和/或載波成分計(jì)算基于碼和/或載波的方位解決方案所要求的定位單元設(shè)備位置。這類似于傳統(tǒng)的GPS系統(tǒng)，其中流動(dòng)方位接收機(jī)在它們的方位解決方案計(jì)算中利用衛(wèi)星星歷表。軌跡數(shù)據(jù)可以包括例如關(guān)于位置、速度和加速度中的一個(gè)或多個(gè)的信息，或者它們的預(yù)測。在某些實(shí)施例中，定位單元設(shè)備將它們的軌跡數(shù)據(jù)合并到它們的定位信號的數(shù)據(jù)成分中，而在其他實(shí)施例中，它們經(jīng)由單獨(dú)的數(shù)據(jù)鏈路廣播它們的軌跡數(shù)據(jù)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，流動(dòng)方位接收機(jī)26例如基于卡曼濾波器或最小二乘利用預(yù)測性例程(來估計(jì)定位單元設(shè)備和/或參考發(fā)射機(jī)在給定瞬間的位置、速度和/或加速度。

盡管已經(jīng)參考特定示例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明可以用很多其他形式實(shí)現(xiàn)。