背景技術(shù)：
交通工具的姿態(tài)和朝向可以是典型地由系統(tǒng)使用慣性傳感器提供的必要信息。將全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（gnss）用于姿態(tài)感測(cè)提供了較低成本、較低重量、較小體積和較低功率消耗的可替換方案。gnss姿態(tài)確定通過(guò)差分多個(gè)接收器/天線對(duì)的載波相位信號(hào)來(lái)工作。雖然載波相位是具有毫米量級(jí)上的誤差的范圍改變的非常準(zhǔn)確的度量，但是因?yàn)槠錇榉e分器的輸出，所以其還具有相關(guān)聯(lián)的整周模糊度誤差。整周模糊度是衛(wèi)星與天線之間的載波信號(hào)的未知數(shù)目的整個(gè)周期。在許多應(yīng)用中，諸如對(duì)于飛行中的客機(jī)，迅速且準(zhǔn)確的姿態(tài)確定對(duì)于安全操作而言是至關(guān)重要的。為了利用載波相位來(lái)得到針對(duì)這樣的快速移動(dòng)交通工具的最佳朝向和姿態(tài)確定，迅速且準(zhǔn)確地解析（resolve）整周模糊度是必要的。雖然現(xiàn)有整數(shù)估計(jì)算法（諸如lambda（最小二乘模糊度去相關(guān)調(diào)整）算法）可以提供足以在精度耕作和挖掘應(yīng)用中使用的模糊度解析，但是它們自身不提供所有條件中的足夠可靠的高完整性解決方案使得它們可以用于飛行器機(jī)載的經(jīng)飛行證明的系統(tǒng)。
出于以上陳述的原因以及出于對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)在閱讀和理解本說(shuō)明書(shū)時(shí)將變得明顯的以下陳述的其它原因，在本領(lǐng)域中存在對(duì)于用于交通工具姿態(tài)確定的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法的需要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于交通工具姿態(tài)確定的方法和系統(tǒng)，且將通過(guò)閱讀和研究以下說(shuō)明書(shū)而被理解。
在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于交通工具取向檢測(cè)的方法包括：基于來(lái)自機(jī)載全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（gnss）接收器系統(tǒng)的載波相位測(cè)量結(jié)果來(lái)生成差分載波相位測(cè)量結(jié)果；從一個(gè)或多個(gè)機(jī)載輔助源接收姿態(tài)輔助測(cè)量結(jié)果和基線長(zhǎng)度；作為差分載波相位測(cè)量結(jié)果、姿態(tài)輔助測(cè)量結(jié)果和基線長(zhǎng)度的函數(shù)而計(jì)算具有相關(guān)聯(lián)的協(xié)方差值的多個(gè)浮點(diǎn)模糊度值；從所述多個(gè)浮點(diǎn)模糊度值計(jì)算整數(shù)候選陣列的集合，其中整數(shù)候選陣列是從不相似的模糊度估計(jì)算法計(jì)算的；作為從差分載波相位測(cè)量結(jié)果和姿態(tài)輔助測(cè)量結(jié)果以及基線長(zhǎng)度而計(jì)算的多個(gè)殘差的函數(shù)并且進(jìn)一步基于比較所述多個(gè)殘差與多個(gè)閾值，從整數(shù)候選陣列的集合選擇第一整數(shù)候選陣列作為經(jīng)解析的整數(shù)值；以及當(dāng)經(jīng)解析的整數(shù)值被選擇時(shí)，向姿態(tài)和朝向計(jì)算器輸出經(jīng)解析的整數(shù)值。
附圖說(shuō)明
當(dāng)鑒于優(yōu)選實(shí)施例的描述和以下附圖來(lái)考慮時(shí)，本發(fā)明的實(shí)施例可以被更容易地理解并且其進(jìn)一步優(yōu)勢(shì)和使用可以更加顯而易見(jiàn)，在以下附圖中：
圖1是本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的交通工具取向檢測(cè)系統(tǒng)100的框圖；
圖2是圖示了本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的整周模糊度解析功能以及姿態(tài)和朝向估計(jì)器的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的框圖；
圖3是圖示了本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的用于整周模糊度解析功能的驗(yàn)證邏輯的框圖；
圖3a-3c是圖示了本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的針對(duì)用于整周模糊度解析功能的驗(yàn)證邏輯的示例邏輯流程的流程圖；以及
圖4是圖示了本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的方法的流程圖。
依照慣例，各種所描述的特征未按比例繪制，而是被繪制成強(qiáng)調(diào)與本發(fā)明相關(guān)的特征。遍及各圖和文本，參考標(biāo)記表示相似的元件。
具體實(shí)施方式
在以下詳細(xì)描述中，參照附圖，附圖形成其部分，并且在附圖中通過(guò)其中可實(shí)踐本發(fā)明的具體說(shuō)明性實(shí)施例的方式示出。以充足的細(xì)節(jié)描述這些實(shí)施例以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，并且要理解的是，可以利用其它實(shí)施例，并且可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下做出邏輯、機(jī)械和電氣改變。以下詳細(xì)描述因而不應(yīng)在限制的意義上理解。
本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于解析針對(duì)用于交通工具的基于gnss的姿態(tài)確定的整周模糊度的解決方案。如以下更詳細(xì)解釋的那樣，本文描述的解決方案利用來(lái)自與差分載波相位測(cè)量結(jié)果組合地處理的機(jī)載輔助源的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)與整數(shù)估計(jì)過(guò)程結(jié)合的初始化和驗(yàn)證邏輯。
圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的交通工具取向檢測(cè)系統(tǒng)100的圖。如本文使用該術(shù)語(yǔ)那樣，交通工具的“取向”是指交通工具的朝向或姿態(tài)或者這二者。系統(tǒng)100包括：gnss接收器系統(tǒng)105，其包括兩個(gè)或更多gnss接收器。圖1示出了包括兩個(gè)gnss接收器102-1和102-2的實(shí)施例。在其它實(shí)現(xiàn)方式中，系統(tǒng)100可以包括三個(gè)或更多gnss接收器。
當(dāng)gnss接收器102-1、102-2開(kāi)始追蹤來(lái)自至少一個(gè)衛(wèi)星101的衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，它們開(kāi)始追蹤衛(wèi)星信號(hào)的載波。例如，全球定位系統(tǒng)（gps）信號(hào)可以具有1.575ghz的載波頻率，其轉(zhuǎn)換成具有近似19cm的電磁波長(zhǎng)的信號(hào)。接收器102-1、102-2中的任一個(gè)可以通過(guò)保持追蹤19cm波形的多少個(gè)周期在一段時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)其相應(yīng)天線103-1、103-2來(lái)追蹤到衛(wèi)星101的距離中的改變（例如在準(zhǔn)確度方面到1mm內(nèi)）。單獨(dú)地，沒(méi)有接收器可以確定其相關(guān)聯(lián)的接收器天線103-1、103-2和衛(wèi)星101之間的絕對(duì)距離。由此，每一個(gè)接收器102-1、102-2可以通過(guò)檢測(cè)所接收到的信號(hào)中的亞波長(zhǎng)變化來(lái)非常準(zhǔn)確地檢測(cè)和測(cè)量到衛(wèi)星101的距離中的小改變。然而，它們不能檢測(cè)出在天線與衛(wèi)星101之間的距離中存在多少個(gè)完整波長(zhǎng)的整數(shù)數(shù)目。該未知整數(shù)值被稱為整周模糊度。該討論也將適用于由gnss接收器102-1和102-2追蹤的每一個(gè)衛(wèi)星。
當(dāng)這兩個(gè)gnss接收器102-1、102-2二者正在追蹤相同衛(wèi)星101時(shí)，它們可以解析其到衛(wèi)星101的相對(duì)亞波長(zhǎng)分?jǐn)?shù)范圍。也就是說(shuō)，它們一起可以通過(guò)差分載波相位測(cè)量結(jié)果確定一個(gè)天線103-1、103-2相對(duì)于另一個(gè)朝向或遠(yuǎn)離衛(wèi)星101移動(dòng)的波長(zhǎng)的分?jǐn)?shù)，即便仍舊將存在從每一個(gè)接收器天線103-1、103-2到衛(wèi)星101的不清楚整數(shù)數(shù)目的波長(zhǎng)。
如本公開(kāi)所解釋的那樣，來(lái)自這兩個(gè)接收器102-1、102-2的該差分載波相位測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)可以連同基線長(zhǎng)度104（被定義為針對(duì)每一個(gè)相應(yīng)接收器102-1、102-2的天線103-1、103-2之間的距離）和機(jī)載感測(cè)到的姿態(tài)輔助測(cè)量結(jié)果一起被利用，以解析針對(duì)在天線103-1、103-2中的每一個(gè)與衛(wèi)星101之間存在多少整數(shù)數(shù)目的波長(zhǎng)的估計(jì)。利用針對(duì)天線103-1、103-2中的每一個(gè)而估計(jì)的經(jīng)解析的整數(shù)，從這兩個(gè)天線103-1、103-2中的每一個(gè)到衛(wèi)星101的范圍測(cè)量結(jié)果差異可以直接轉(zhuǎn)換成定義交通工具相對(duì)于期望參考系的取向（朝向和姿態(tài)二者）的信息。
相應(yīng)地，系統(tǒng)100還包括耦合到gnss接收器系統(tǒng)105的整周模糊度解析功能114。在一些實(shí)施例中，gnss接收器系統(tǒng)105從其從接收器102-1和102-2接收到的載波相位測(cè)量結(jié)果生成差分載波相位測(cè)量結(jié)果120?？商鎿Q地，在一些實(shí)施例中，gnss接收器系統(tǒng)105輸出載波相位測(cè)量結(jié)果，并且，產(chǎn)生差分載波相位測(cè)量結(jié)果的計(jì)算在機(jī)載計(jì)算設(shè)備110上發(fā)生。系統(tǒng)100還耦合到輔助源130以及姿態(tài)和朝向估計(jì)器118，輔助源130包括姿態(tài)輔助傳感器132以及描述天線103-1和103-2之間的所勘測(cè)到的距離102的基線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)134（其可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中）。在圖1中所示的實(shí)施例中，姿態(tài)輔助傳感器132被實(shí)現(xiàn)為慣性輔助源或慣性導(dǎo)航傳感器（ins），但在其它實(shí)施例中，使用其它姿態(tài)輔助傳感器。使用從整周模糊度解析功能114提供到姿態(tài)和朝向估計(jì)器118的經(jīng)解析的整數(shù)126，可以通過(guò)處理從衛(wèi)星101接收到的載波信號(hào)來(lái)確定交通工具的取向。
關(guān)于本公開(kāi)的實(shí)施例，整周模糊度解析功能114包括三個(gè)組件：初始化邏輯115、整數(shù)估計(jì)邏輯116和驗(yàn)證邏輯117。來(lái)自輔助源130的姿態(tài)和基線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)136的輸入由初始化邏輯115和驗(yàn)證邏輯117二者利用，如以下更詳細(xì)解釋的那樣。
初始化邏輯115起作用以使用基線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)133以及來(lái)自輔助傳感器132的俯仰、橫滾和朝向角度測(cè)量結(jié)果來(lái)約束整數(shù)估計(jì)邏輯116在其之上操作的搜索空間。也就是說(shuō)，當(dāng)由整數(shù)估計(jì)邏輯116執(zhí)行的算法僅需要搜索小得多的空間以收斂在其整數(shù)候選上時(shí)，它們可以更快地這樣做，并且那些算法收斂在假整數(shù)候選上的可能性被降低，這是因?yàn)橐呀?jīng)從有效搜索空間消除許多假整數(shù)候選。更具體地，初始化邏輯115的輸出122是還稱為浮點(diǎn)值的多個(gè)浮點(diǎn)模糊度以及針對(duì)每一個(gè)浮點(diǎn)值的誤差協(xié)方差值。
每一個(gè)浮點(diǎn)值包括處于兩個(gè)整數(shù)之間的經(jīng)估計(jì)的數(shù)字，而誤差協(xié)方差提供浮點(diǎn)值的質(zhì)量的指示（也就是說(shuō)，有多可能浮點(diǎn)處于準(zhǔn)確反映到衛(wèi)星101的距離的未知部分的整數(shù)附近）。
在一個(gè)實(shí)施例中，初始化邏輯115利用輔助數(shù)據(jù)136以使用等效于下式的函數(shù)來(lái)計(jì)算導(dǎo)航框架中的基線：
其中
其中h是用于映射坐標(biāo)系的幾何矩陣，并且
雖然圖1中的示例實(shí)現(xiàn)方式描述了使用俯仰和朝向輔助的單個(gè)基線的利用，但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)的是，在其它實(shí)施例中，這可以被推廣到使用來(lái)自輔助源130的所有歐拉角的兩個(gè)或更多基線。使用以上信息的初始化向整數(shù)估計(jì)邏輯116輸出用于搜索的初始點(diǎn)，其是模糊度的浮點(diǎn)（小數(shù)）集合，具有定義搜索空間邊界的協(xié)方差矩陣。使用如本公開(kāi)中所描述的基線長(zhǎng)度和姿態(tài)輔助，搜索空間的大小收縮，且因而使整數(shù)估計(jì)邏輯116更可能以更大的準(zhǔn)確度在更少的時(shí)間中完成。
整數(shù)估計(jì)邏輯116利用多個(gè)不同整數(shù)估計(jì)算法，其每一個(gè)分離地計(jì)算輸出整數(shù)候選陣列的集合的候選解。在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)整數(shù)估計(jì)算法包括使用搜索空間估計(jì)整數(shù)候選陣列的集合的任何其它算法的lambda方法。包含在從整數(shù)估計(jì)邏輯116輸出的整數(shù)候選陣列124的集合中的輸出值在一些實(shí)例中可以與彼此一致，而在其它實(shí)例中它們可以不是這樣。
應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)的是，由整數(shù)估計(jì)邏輯116執(zhí)行的整數(shù)估計(jì)算法即使在給定它們作為輸入而接收到的浮點(diǎn)模糊度中的錯(cuò)誤時(shí)仍可以找到正確的解，但是整數(shù)估計(jì)邏輯116在初始搜索空間首先由初始化邏輯約束時(shí)可以工作得更快并向更接近于浮點(diǎn)模糊度的經(jīng)計(jì)算的整數(shù)候選陣列給出更多權(quán)重。
驗(yàn)證邏輯117操作成建立整數(shù)候選陣列之一以輸出作為正確的解（也就是說(shuō)，經(jīng)解析的整數(shù)126）。當(dāng)經(jīng)解析的整數(shù)126被成功獲取時(shí)，其可以作為向姿態(tài)和朝向估計(jì)器的輸出而被提供?？商鎿Q地，當(dāng)驗(yàn)證邏輯117不能有信心地選擇任何解作為正確的解時(shí)，可以提供指示缺少解析的交替輸出。驗(yàn)證邏輯117驗(yàn)證是否來(lái)自整數(shù)估計(jì)邏輯116的任何整數(shù)候選陣列124是在姿態(tài)解的質(zhì)量方面可接受的整數(shù)陣列。應(yīng)當(dāng)指出的是，驗(yàn)證邏輯117獨(dú)立于初始化邏輯115。也就是說(shuō)，驗(yàn)證邏輯117在從整數(shù)估計(jì)邏輯116產(chǎn)生的整數(shù)候選陣列124上操作，且對(duì)初始化由初始化邏輯115執(zhí)行的方式不敏感或者以其它方式取決于該方式。驗(yàn)證邏輯117不僅充當(dāng)模糊度解析時(shí)的整數(shù)候選陣列的測(cè)試，而且其在新的測(cè)量結(jié)果隨時(shí)間到達(dá)時(shí)保持測(cè)試經(jīng)解析的整數(shù)126。這解決了諸如在性質(zhì)上動(dòng)態(tài)且隨時(shí)間和運(yùn)動(dòng)而改變的周跳（cycleslip）和多徑之類的誤差源。與可調(diào)整閾值組合的驗(yàn)證邏輯117的優(yōu)先化和模態(tài)提供了gnss姿態(tài)的準(zhǔn)確度、可用性和完整性之間的折衷。
圖3是在300處總體圖示了本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的驗(yàn)證邏輯117的框圖。圖3中所示的驗(yàn)證邏輯117實(shí)現(xiàn)方式包括殘差計(jì)算邏輯310、閾值比較邏輯312和模式（或狀態(tài)）更新邏輯314。來(lái)自輔助源130的姿態(tài)和基線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)136連用來(lái)自整數(shù)估計(jì)邏輯116的整數(shù)候選陣列124的集合以及差分載波相位120一起被用作到殘差計(jì)算邏輯310中的輸入。如以上提到的，差分載波相位120可以直接來(lái)自gnss接收器系統(tǒng)105，或者可替換地，它們可以通過(guò)另一機(jī)載系統(tǒng)而從來(lái)自gnss接收器系統(tǒng)105的載波相位測(cè)量結(jié)果生成。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，整周模糊度解析功能114（或由機(jī)載計(jì)算設(shè)備110執(zhí)行的另一功能）在輸入來(lái)自gnss接收器系統(tǒng)105的載波相位測(cè)量結(jié)果之后生成差分載波相位120。使用這些輸入，殘差計(jì)算邏輯310計(jì)算殘差的集合，包括：rms測(cè)量結(jié)果殘差（r1），其包括所測(cè)量到的差異載波相位120的均方根減去利用經(jīng)解析的整數(shù)估計(jì)的載波相位；基線殘差（r2），其包括所估計(jì)的基線長(zhǎng)度與勘測(cè)基線長(zhǎng)度134之間的差異；姿態(tài)殘差（r3），其包括所估計(jì)的歐拉角與如輔助源130的姿態(tài)輔助傳感器132所測(cè)量的歐拉角之間的差異；以及平方范數(shù)比（r4）。平方范數(shù)是浮點(diǎn)值到整數(shù)候選陣列的距離。r4是整數(shù)候選陣列的集合中的最小和第二小的平方范數(shù)之比。
在閾值比較邏輯312處，對(duì)照預(yù)定閾值比較由殘差計(jì)算邏輯310產(chǎn)生的殘差集合。例如，對(duì)照rms閾值t1比較r1，對(duì)照基線閾值t2比較r2，對(duì)照姿態(tài)閾值t3比較r3，并且對(duì)照姿態(tài)閾值t4比較r4。例如，如果rms測(cè)量結(jié)果殘差大于rms閾值t1，則t1閾值將被視為被超過(guò)。如果基線殘差（r2）超過(guò)基線閾值t2，則t2閾值將被視為被超過(guò)。如果姿態(tài)殘差（r3）超過(guò)基線閾值t3，則t3閾值將被視為被超過(guò)。如果平方范數(shù)比殘差（r4）超過(guò)基線閾值t4，則t4閾值將被視為被超過(guò)。如本文使用術(shù)語(yǔ)那樣，使閾值“被滿足”意味著閾值測(cè)試是成功的，而使閾值“被超過(guò)”意味著閾值測(cè)試是失敗的。
在用于不同應(yīng)用的不同實(shí)現(xiàn)方式中，t1、t2、t3和t4閾值的優(yōu)先級(jí)可以變化。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，t2閾值具有最低優(yōu)先級(jí)，這是因?yàn)榛€大小是預(yù)期最不可信的變量。例如，在其中天線103-1和103-2安裝在相對(duì)機(jī)翼上的飛行器上，可以預(yù)期某種機(jī)翼?yè)锨?，其將取決于飛行條件或交通工具操縱而使天線103-1和103-2變得更靠近或更遠(yuǎn)離。照此，由整周模糊度功能114計(jì)算的所估計(jì)的基線長(zhǎng)度與存儲(chǔ)在基線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)134中的勘測(cè)基線長(zhǎng)度之間的相當(dāng)大的偏差不是對(duì)應(yīng)整數(shù)候選已經(jīng)收斂在不正確的答案上的指示。在故障的低可能性和來(lái)自輔助源130的姿態(tài)數(shù)據(jù)中的高準(zhǔn)確度的情況下，不超過(guò)t3閾值可能具有最高優(yōu)先級(jí)。在另一實(shí)施例中，t4可以被定義成具有最低優(yōu)先級(jí)，這是因?yàn)楦↑c(diǎn)模糊度可能非常錯(cuò)誤并且因而平方范數(shù)可能在其可以多清楚地指示整數(shù)候選陣列的有效性方面變化。在其它實(shí)施例中，取決于交通工具類型及其所設(shè)計(jì)的任務(wù)，閾值可以以另一次序優(yōu)先化。也就是說(shuō)，正是因?yàn)檎麛?shù)候選在一個(gè)應(yīng)用中超過(guò)t1而致使其成為不可接受的解，所以一些其它應(yīng)用可能仍能夠接受解。例如，如果已知輔助源130包括相對(duì)低廉的慣性傳感器132，則閾值比較邏輯可以給出較低優(yōu)先級(jí)以滿足閾值t3。最后，基于應(yīng)用對(duì)達(dá)到錯(cuò)誤答案有多敏感來(lái)設(shè)定閾值，使得值和優(yōu)先級(jí)二者被相應(yīng)地定義。還應(yīng)當(dāng)指出的是，由于不同整數(shù)候選是從不同整數(shù)估計(jì)算法計(jì)算的，因此針對(duì)t1、t2、t3和t4的不同閾值可以與每一個(gè)方法相關(guān)聯(lián)。例如，t4閾值可以針對(duì)lambda整數(shù)估計(jì)算法與針對(duì)另一整數(shù)估計(jì)算法不同地設(shè)定。
模式更新邏輯314操作成基于哪些閾值被滿足或超過(guò)來(lái)定義整周模糊度解析功能114的操作模式。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)閾值比較邏輯312未能將任何整數(shù)候選陣列識(shí)別為足夠可接受以作為經(jīng)解析的整數(shù)而輸出時(shí)，模式更新邏輯314輸出第一模式指示（例如模式m1或“未經(jīng)解析”）。如果沒(méi)有候選陣列滿足閾值準(zhǔn)則的可接受的組合，則驗(yàn)證邏輯117維持模式m1“未經(jīng)解析”狀態(tài)，直到整數(shù)估計(jì)邏輯116在下一出現(xiàn)時(shí)間（epoch）處生成整數(shù)候選陣列124的下一集合。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)驗(yàn)證邏輯117已經(jīng)從整數(shù)候選陣列124的當(dāng)前集合識(shí)別出一個(gè)或多個(gè)可接受的整數(shù)候選陣列但尚未決定要解析時(shí)，則驗(yàn)證邏輯117輸出第二模式指示（例如模式m2或“等待”）。當(dāng)找到經(jīng)解析的整數(shù)時(shí)，驗(yàn)證邏輯117輸出第三模式指示（例如模式m3或“經(jīng)解析”）連同經(jīng)解析的整數(shù)（在圖1中的126處示出）的值。針對(duì)所有基線的經(jīng)解析的整數(shù)126然后連同差分載波相位120一起被輸入到姿態(tài)和朝向估計(jì)器118中以計(jì)算交通工具的姿態(tài)和朝向（一旦整周模糊度被如以上所討論的那樣解析，該姿態(tài)和朝向可以通過(guò)本領(lǐng)域中已知的手段加以計(jì)算）。還應(yīng)當(dāng)指出的是，本文所描述的操作在每基線的基礎(chǔ)上實(shí)施。也就是說(shuō)，針對(duì)103-1、103-2之間的基線的經(jīng)解析的整數(shù)126被如以上所描述的那樣生成且被輸出到姿態(tài)和朝向估計(jì)器118。
圖3a-c是圖示了可由驗(yàn)證邏輯117實(shí)現(xiàn)的過(guò)程的示例實(shí)施例的流程圖。如圖3a中的350處總體示出的那樣，圖示了模式m1中的操作邏輯的示例。整數(shù)估計(jì)邏輯116生成整數(shù)候選陣列的集合，殘差計(jì)算邏輯從其計(jì)算至少殘差r2（基線）、r3（姿態(tài)）和r4（平方范數(shù)比）。如果恰恰一個(gè)整數(shù)候選陣列滿足t2和t3，則該結(jié)果被接受為經(jīng)解析的整數(shù)并且操作被切換到模式m3。如果多于一個(gè)整數(shù)候選陣列滿足t2和t3并且r4滿足t4，則與最低平方范數(shù)相關(guān)聯(lián)的整數(shù)候選陣列被接受為經(jīng)解析的整數(shù)，即便其不具有最低r2或r3，并且操作被切換到模式m3。然而，如果r4超過(guò)閾值t4，那么如果具有最低平方范數(shù)的整數(shù)候選陣列也具有最低r2和r3，其被接受為經(jīng)解析的整數(shù)并且操作被切換到模式m3。否則，保存滿足t2和t3的候選并且將操作切換到模式m2。如果沒(méi)有整數(shù)候選陣列滿足閾值t2和t3，則刪除所有整數(shù)候選陣列并且操作模式停留在m1中以等待從下一出現(xiàn)時(shí)間計(jì)算的整數(shù)候選陣列的新集合。
模式m2中的操作邏輯的示例在圖3b中的360處圖示。如圖3b中所示，整數(shù)候選陣列的處理以與在模式1中相同的方式執(zhí)行，除了先前計(jì)算的可接受的整數(shù)候選陣列存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中且被新的整數(shù)候選陣列擴(kuò)充之外。也就是說(shuō)，殘差計(jì)算邏輯計(jì)算針對(duì)由整數(shù)估計(jì)邏輯116新近提供的新候選的殘差并重新計(jì)算針對(duì)先前存儲(chǔ)的候選的新殘差。整數(shù)候選陣列的該新組合的集合然后被閾值比較邏輯312以與在圖3a中相同的方式與閾值比較。如果識(shí)別出整數(shù)的經(jīng)解析的集合，則操作被切換到模式m3。如果候選集合部分地滿足一些但并非所有期望的閾值準(zhǔn)則，則它們被保存并且操作保持在模式m2中。如果沒(méi)有候選滿足最低要求，則操作切換到模式m1。
最后，在圖3c中的370處圖示了模式m3中的操作邏輯的示例。在每個(gè)新的出現(xiàn)時(shí)間處利用新的載波相位測(cè)量結(jié)果來(lái)重新計(jì)算針對(duì)經(jīng)解析的整數(shù)的殘差，并且將殘差保存在存儲(chǔ)器中。如果存儲(chǔ)器中的某個(gè)數(shù)目的過(guò)去殘差（z個(gè)中的z-k個(gè)）不再滿足閾值的指定子集，則刪除經(jīng)解析的整數(shù)并且將操作切換到模式m1。如果它們繼續(xù)滿足閾值的指定子集，則維持經(jīng)解析的整數(shù)并且維持模式m3中的操作。
圖4是圖示了本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的方法的流程圖。應(yīng)當(dāng)理解的是，方法400可以使用以上關(guān)于圖1、2、3和3a-3c描述的任何實(shí)施例而實(shí)現(xiàn)。照此，方法400的要素可以與以上描述的那些實(shí)施例的要素結(jié)合、與其組合或取代其而使用。另外，以上描述的這樣的實(shí)施例的要素的功能、結(jié)構(gòu)和其它描述可以適用于方法400的相似命名的要素并且反之亦然。
該方法在410處開(kāi)始，其中基于來(lái)自機(jī)載gnss接收器系統(tǒng)的載波相位測(cè)量結(jié)果來(lái)生成差分載波相位測(cè)量結(jié)果。如以上所描述，載波相位測(cè)量結(jié)果將來(lái)自具有至少多個(gè)gnss接收器的gnss接收器系統(tǒng)，該多個(gè)gnss接收器具有通過(guò)經(jīng)勘測(cè)的基線長(zhǎng)度而分離的交通工具安裝的天線。載波相位測(cè)量結(jié)果可以被差分以產(chǎn)生單或雙差分載波相位測(cè)量結(jié)果。在一些實(shí)施例中，差分載波相位測(cè)量結(jié)果可以由gnss接收器系統(tǒng)從載波相位測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生。在其它實(shí)施例中，將載波相位測(cè)量結(jié)果輸出到另一設(shè)備，諸如例如機(jī)載計(jì)算設(shè)備110，其從載波相位測(cè)量結(jié)果生成差分載波相位測(cè)量結(jié)果。在一個(gè)這樣的實(shí)現(xiàn)方式中，整周模糊度解析功能自身可以在從gnss接收器系統(tǒng)接收到載波相位測(cè)量結(jié)果之后生成差分載波相位測(cè)量結(jié)果。
該方法進(jìn)行到412，其中從一個(gè)或多個(gè)機(jī)載輔助源接收姿態(tài)輔助測(cè)量結(jié)果和基線長(zhǎng)度。姿態(tài)輔助測(cè)量結(jié)果可以由諸如以上在132處圖示的機(jī)載慣性測(cè)量傳感器或其它姿態(tài)輔助傳感器生成。基線長(zhǎng)度將包括塊410的交通工具安裝的天線之間的基線長(zhǎng)度距離的測(cè)量結(jié)果。接收姿態(tài)輔助測(cè)量結(jié)果可以例如包括來(lái)自機(jī)載慣性導(dǎo)航輔助傳感器或來(lái)自另一姿態(tài)輔助源的歐拉角。
該方法進(jìn)行到414，其中作為差分載波相位測(cè)量結(jié)果、姿態(tài)輔助測(cè)量結(jié)果和基線長(zhǎng)度的函數(shù)而計(jì)算具有相關(guān)聯(lián)的協(xié)方差值的多個(gè)浮點(diǎn)模糊度值。如以上所討論，代碼的標(biāo)準(zhǔn)差和載波測(cè)量結(jié)果誤差、基線勘測(cè)誤差、俯仰、橫滾和朝向誤差可以根據(jù)以上計(jì)算和任何必要的坐標(biāo)變換而傳播（例如，通過(guò)整周模糊度解析功能內(nèi)的卡爾曼濾波器或其它統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)和傳播算法），以便獲取浮點(diǎn)模糊度的方差-協(xié)方差矩陣。
該方法進(jìn)行到416，其中從該多個(gè)浮點(diǎn)模糊度值計(jì)算整數(shù)候選陣列的集合，其中整數(shù)候選陣列是從不相似的模糊度估計(jì)算法計(jì)算的。也就是說(shuō)，多個(gè)不同模糊度估計(jì)算法用于提供與所有所追蹤的衛(wèi)星與定義基線的兩個(gè)gnss天線之間的整數(shù)周期的數(shù)目中的差異相關(guān)聯(lián)的整數(shù)候選陣列。因而，如果例如“n”個(gè)不同整周模糊度估計(jì)算法被整數(shù)估計(jì)邏輯116用于天線103-1和103-2之間的兩個(gè)天線基線，則將計(jì)算的整數(shù)候選陣列的最小數(shù)目將至少為一，這是因?yàn)椴煌惴梢援a(chǎn)生相同的最佳候選陣列。每一個(gè)不同的整周模糊度估計(jì)算法將生成的整數(shù)候選陣列的最大數(shù)目可以由用戶定義。在具有至少兩個(gè)基線的其它實(shí)施例中，塊416處的相同計(jì)算將針對(duì)每一個(gè)附加基線而執(zhí)行。
該方法進(jìn)行到418，其中作為從差分載波相位測(cè)量結(jié)果和姿態(tài)輔助測(cè)量結(jié)果以及基線長(zhǎng)度計(jì)算的多個(gè)殘差的函數(shù)并且進(jìn)一步基于比較該多個(gè)殘差與多個(gè)閾值，從整數(shù)候選陣列的集合選擇第一整數(shù)候選陣列作為經(jīng)解析的整數(shù)值。在具有多于兩個(gè)天線的實(shí)施例中，可以針對(duì)每一個(gè)附加基線類似地計(jì)算經(jīng)解析的整數(shù)。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，選擇經(jīng)解析的整數(shù)如關(guān)于圖3所描述的那樣通過(guò)計(jì)算與每一個(gè)整數(shù)候選陣列相關(guān)聯(lián)的殘差并且比較那些殘差與對(duì)應(yīng)閾值而執(zhí)行。取決于哪些閾值被滿足，整數(shù)候選可以變成作為經(jīng)解析的整數(shù)的指派且被提供為輸出。在一些實(shí)施例中，該方法還可以包括基于整數(shù)候選陣列的當(dāng)前集合有多好地滿足閾值來(lái)輸出模式指示。如果多于一個(gè)整數(shù)候選陣列滿足一個(gè)或多個(gè)閾值，則可以基于被滿足的閾值的特定組合來(lái)選擇經(jīng)解析的整數(shù)值。
例如，在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)塊418未能將任何整數(shù)候選陣列識(shí)別為足夠可接受以作為經(jīng)解析的整數(shù)值而輸出時(shí)，該方法輸出第一模式指示（例如模式m1或“未經(jīng)解析”）。如果沒(méi)有候選滿足閾值準(zhǔn)則的可接受的組合，則該方法維持模式m1“未經(jīng)解析”狀態(tài)，直到在416處從下一出現(xiàn)時(shí)間生成整數(shù)候選陣列的下一集合。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)該方法在418處已經(jīng)從整數(shù)候選陣列的當(dāng)前集合識(shí)別出一個(gè)或多個(gè)可接受的整數(shù)候選陣列但尚未選擇經(jīng)解析的整數(shù)值時(shí)，則該方法在418處輸出第二模式指示（例如模式m2或“等待”）。當(dāng)識(shí)別出經(jīng)解析的整數(shù)值時(shí)，該方法輸出第三模式指示（例如模式m3或“經(jīng)解析”）連同經(jīng)解析的整數(shù)的值。該方法相應(yīng)地進(jìn)行到420，其中當(dāng)經(jīng)解析的整數(shù)值被選擇時(shí)，向姿態(tài)和朝向計(jì)算器輸出經(jīng)解析的整數(shù)值。
示例實(shí)施例
示例1包括一種交通工具取向檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（gnss）接收器系統(tǒng)，其包括至少兩個(gè)gnss接收器；由機(jī)載計(jì)算設(shè)備實(shí)現(xiàn)的整周模糊度解析功能，其中整周模糊度解析功能獲取從由gnss接收器系統(tǒng)測(cè)量的載波相位測(cè)量結(jié)果生成的差分載波相位測(cè)量結(jié)果；耦合到整周模糊度解析功能的多個(gè)輔助源，其中所述多個(gè)輔助源向整周模糊度解析功能發(fā)送來(lái)自姿態(tài)輔助傳感器的姿態(tài)測(cè)量結(jié)果和與所述至少兩個(gè)gnss接收器的天線之間的距離相關(guān)聯(lián)的基線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)；其中整周模糊度解析功能包括：初始化邏輯，基于差分載波相位、姿態(tài)測(cè)量結(jié)果和基線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)計(jì)算浮點(diǎn)模糊度和協(xié)方差；包括多個(gè)不同整數(shù)估計(jì)算法的整數(shù)估計(jì)邏輯，其中整數(shù)估計(jì)邏輯使用所述多個(gè)不同整數(shù)估計(jì)算法從浮點(diǎn)模糊度和協(xié)方差計(jì)算至少針對(duì)所述至少兩個(gè)gnss接收器之間的第一基線的整數(shù)候選陣列的集合；驗(yàn)證邏輯，至少部分地基于來(lái)自所述多個(gè)輔助源的姿態(tài)測(cè)量結(jié)果和基線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)從整數(shù)候選陣列的集合選擇至少與所述至少兩個(gè)gnss接收器之間的第一基線相關(guān)聯(lián)的經(jīng)解析的整數(shù)值；以及耦合到整周模糊度解析的估計(jì)器，其中估計(jì)器基于來(lái)自gnss接收器系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果和經(jīng)解析的整數(shù)值生成姿態(tài)測(cè)量結(jié)果和朝向測(cè)量結(jié)果。
示例2包括權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括：機(jī)載計(jì)算設(shè)備，包括處理器和存儲(chǔ)器，其中機(jī)載計(jì)算設(shè)備通過(guò)執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的指令代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)整周模糊度解析功能。
示例3包括權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中機(jī)載計(jì)算設(shè)備通過(guò)執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的指令代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)估計(jì)器。
示例4包括權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中差分載波相位包括單差分載波相位或雙差分載波相位。
示例5包括權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中整數(shù)估計(jì)算法中的至少一個(gè)包括最小二乘模糊度去相關(guān)調(diào)整（lambda）算法。
示例6包括權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中驗(yàn)證邏輯包括：殘差計(jì)算邏輯；閾值比較邏輯；以及模式更新邏輯。
示例7包括權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中殘差計(jì)算邏輯計(jì)算至少包括以下各項(xiàng)的多個(gè)殘差值：差分載波相位測(cè)量結(jié)果的均方根減去從經(jīng)解析的整數(shù)估計(jì)的載波相位；從所估計(jì)的基線長(zhǎng)度與基線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)之間的差異計(jì)算的基線殘差；從所估計(jì)的歐拉角與如輔助源所測(cè)量的歐拉角之間的差異計(jì)算的姿態(tài)殘差；以及平方范數(shù)比。
示例8包括權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中閾值比較邏輯對(duì)照對(duì)應(yīng)閾值比較所述多個(gè)殘差值中的每一個(gè)。
示例9包括權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中驗(yàn)證邏輯基于與候選整數(shù)陣列相關(guān)聯(lián)的殘差值的第一集合是否滿足對(duì)應(yīng)閾值中的一個(gè)或多個(gè)的預(yù)定組合來(lái)輸出經(jīng)解析的整數(shù)值的第一陣列。
示例10包括權(quán)利要求8-9中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中模式更新邏輯基于閾值比較邏輯的輸出生成指示是否驗(yàn)證邏輯的操作狀態(tài)被解析的輸出，且當(dāng)確定驗(yàn)證邏輯的操作狀態(tài)被解析時(shí)輸出經(jīng)解析的整數(shù)值。
示例12包括權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中初始化邏輯基于a）差分載波相位與b）從姿態(tài)測(cè)量結(jié)果和基線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)計(jì)算的基線乘以幾何矩陣的乘積之間的差異計(jì)算浮點(diǎn)模糊度。
示例12包括一種用于交通工具取向檢測(cè)的方法，所述方法包括：基于來(lái)自機(jī)載gnss接收器系統(tǒng)的載波相位測(cè)量結(jié)果生成差分載波相位測(cè)量結(jié)果；從一個(gè)或多個(gè)機(jī)載輔助源接收姿態(tài)輔助測(cè)量結(jié)果和基線長(zhǎng)度；作為差分載波相位測(cè)量結(jié)果、姿態(tài)輔助測(cè)量結(jié)果和基線長(zhǎng)度的函數(shù)而計(jì)算具有相關(guān)聯(lián)的協(xié)方差值的多個(gè)浮點(diǎn)模糊度值；從所述多個(gè)浮點(diǎn)模糊度值計(jì)算整數(shù)候選陣列的集合，其中整數(shù)候選陣列是從不相似的模糊度估計(jì)算法計(jì)算的；作為從差分載波相位測(cè)量結(jié)果和姿態(tài)輔助測(cè)量結(jié)果以及基線長(zhǎng)度計(jì)算的多個(gè)殘差的函數(shù)并且進(jìn)一步基于比較所述多個(gè)殘差與多個(gè)閾值，從整數(shù)候選陣列的集合選擇第一整數(shù)候選陣列作為經(jīng)解析的整數(shù)值；以及當(dāng)經(jīng)解析的整數(shù)值被選擇時(shí)，向姿態(tài)和朝向計(jì)算器輸出經(jīng)解析的整數(shù)值。
示例13包括權(quán)利要求12的方法，其中差分載波相位包括單差分載波相位或雙差分載波相位。
示例14包括權(quán)利要求12-13中任一項(xiàng)的方法，其中整數(shù)估計(jì)算法中的至少一個(gè)包括最小二乘模糊度去相關(guān)調(diào)整（lambda）算法。
示例15包括權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)的方法，其中計(jì)算所述多個(gè)浮點(diǎn)模糊度值包括從a）差分載波相位與b）從姿態(tài)輔助測(cè)量結(jié)果和基線長(zhǎng)度計(jì)算的基線乘以幾何矩陣的乘積之間的差異計(jì)算所述多個(gè)浮點(diǎn)模糊度值。
示例16包括權(quán)利要求12-15中任一項(xiàng)的方法，其中從整數(shù)候選陣列的集合選擇第一整數(shù)候選陣列包括：利用殘差計(jì)算邏輯計(jì)算多個(gè)殘差值；以及向閾值比較邏輯應(yīng)用整數(shù)候選陣列的集合。
示例17包括權(quán)利要求16的方法，其中殘差計(jì)算邏輯計(jì)算至少包括以下各項(xiàng)的多個(gè)殘差值：差分載波相位測(cè)量結(jié)果的均方根減去從經(jīng)解析的整數(shù)估計(jì)的估計(jì)載波相位；從所估計(jì)的基線長(zhǎng)度與基線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)之間的差異計(jì)算的基線殘差；從所估計(jì)的姿態(tài)角與如輔助源所測(cè)量的歐拉角之間的差異計(jì)算的姿態(tài)殘差；以及平方范數(shù)比。
示例18包括權(quán)利要求17的方法，其中閾值比較邏輯對(duì)照對(duì)應(yīng)閾值比較所述多個(gè)殘差值中的每一個(gè)。
示例19包括權(quán)利要求18的方法，選擇所述多個(gè)整數(shù)候選陣列中的第一整數(shù)候選陣列基于與第一整數(shù)候選陣列相關(guān)聯(lián)的殘差值的第一集合是否滿足對(duì)應(yīng)閾值中的一個(gè)或多個(gè)的預(yù)定組合。
示例20包括權(quán)利要求16-19中任一項(xiàng)的方法，還包括使用模式更新邏輯確定操作狀態(tài)，其中模式更新邏輯基于閾值比較邏輯的輸出生成指示是否驗(yàn)證邏輯的操作狀態(tài)被解析的輸出，且當(dāng)確定驗(yàn)證邏輯的操作狀態(tài)被解析時(shí)輸出經(jīng)解析的整數(shù)值。
在各種可替換的實(shí)施例中，遍及本公開(kāi)描述的系統(tǒng)元件、方法步驟或示例（諸如例如整周模糊度解析功能、姿態(tài)和朝向估計(jì)器、初始化邏輯、整數(shù)估計(jì)邏輯和/或驗(yàn)證邏輯，和/或其子部分）可以使用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（fpga）或類似設(shè)備而實(shí)現(xiàn)，該類似設(shè)備包括耦合到存儲(chǔ)器（諸如例如圖2中所示）且執(zhí)行用于實(shí)現(xiàn)那些元件、過(guò)程或示例的代碼的處理器，所述代碼存儲(chǔ)在非暫時(shí)性數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備上。因此，本公開(kāi)的其它實(shí)施例可以包括包含駐留在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的程序指令的元件，所述程序指令在由這樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)使得它們能夠?qū)崿F(xiàn)本文所描述的實(shí)施例。如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”是指具有非暫時(shí)性物理形式的有形存儲(chǔ)器儲(chǔ)存設(shè)備。這樣的非暫時(shí)性物理形式可以包括計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器設(shè)備，諸如但不限于打孔卡、磁盤(pán)或磁帶、任何光學(xué)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存系統(tǒng)、閃速只讀存儲(chǔ)器（rom）、非易失性rom、可編程rom（prom）、可擦除可編程rom（e-prom）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ram）或者具有物理有形形式的任何其它形式的永久、半永久或臨時(shí)存儲(chǔ)器儲(chǔ)存系統(tǒng)或設(shè)備。程序指令包括但不限于由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令和硬件描述語(yǔ)言，諸如甚高速集成電路（vhsic）硬件描述語(yǔ)言（vhdl）。
盡管本文已經(jīng)圖示和描述了具體實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)到，被預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)相同目的的任何布置可以取代所示出的具體實(shí)施例。本申請(qǐng)旨在覆蓋本發(fā)明的任何適配或變型。因此，清楚地意圖在于本發(fā)明僅由權(quán)利要求及其等同物限制。