高反射環(huán)境中的交通工具定位的制作方法
【專利摘要】公開了一種高反射環(huán)境中的交通工具定位。一種定位系統(tǒng)例如從諸如陀螺儀或加速度計之類的航向傳感器獲得要估計其位置或速度的主體的航向的估計。跟蹤來自多個發(fā)射機(jī)的相應(yīng)的信號,并且從所述被跟蹤信號中的每個獲得相應(yīng)的多普勒測量結(jié)果。針對被跟蹤信號中的每個,使用主體的航向的估計和相應(yīng)的多普勒測量結(jié)果來估計主體的速度。然后確定估計的主體速度是否與已經(jīng)沿著直接路徑從發(fā)射機(jī)接收到的信號一致。然后當(dāng)估計主體的位置或速度時忽視提供關(guān)于與已沿著直接路徑從發(fā)射機(jī)接收到的信號不一致的主體速度的信息的信號。
【專利說明】高反射環(huán)境中的交通工具定位
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種定位系統(tǒng),并且特別地涉及用于交通工具的定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)航和定位系統(tǒng)被常常使用,例如使用可用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中的一個, 諸如全球定位系統(tǒng)(GPS)。在此系統(tǒng)中,用戶設(shè)備從多個人造衛(wèi)星(satellitevehicle)接 收信號,其中的每一個具有預(yù)定軌道。因此,用戶設(shè)備能夠?qū)邮招盘栠M(jìn)行測量,并且能夠 使用這些來提供用戶位置和速度的估計。
[0003] 此系統(tǒng)的一個眾所周知的問題是來自人造衛(wèi)星的信號可能在被在人造衛(wèi)星與用 戶設(shè)備之間的視線路徑中或接近視線路徑的障礙物反射出去或折射之后到達(dá)用戶設(shè)備。這 些障礙物還可能具有直接視線信號被顯著衰減的效果,可能達(dá)到用戶設(shè)備實際上不能將其 接收的程度。
[0004] 此問題的效果可能是用戶設(shè)備不能進(jìn)行用戶位置和速度的良好估計。
[0005] US-7, 702, 459描述了供在其中系統(tǒng)可能由于反射而接收到多路徑信號的環(huán)境中 使用的定位系統(tǒng)。在所述系統(tǒng)中,將GPS測量結(jié)果與如當(dāng)前基于較早GPS測量結(jié)果而估計 的設(shè)備的位置和速度相比較??梢詫⑴c當(dāng)前估計不一致的測量結(jié)果(例如由于其是基于 反射信號)視為異常值(outlier),并且在生成設(shè)備的位置和速度的下一估計時將其忽視 (disregard)。這假設(shè)系統(tǒng)可以不具有潛在障礙物的知識并且由此的接收信號上的反射的 影響的知識。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面,提供了一種定位系統(tǒng)的操作方法。獲得要估計其位置或 速度的主體(body)的航向(heading)的估計。跟蹤來自多個發(fā)射機(jī)相應(yīng)的信號,并且從所 述被跟蹤信號中的每個獲得相應(yīng)的多普勒測量結(jié)果。針對被跟蹤信號中的每個,使用主體 的航向估計和相應(yīng)的多普勒測量結(jié)果來估計主體的速度,并且確定主體的估計速度是否與 已沿著直徑路徑從發(fā)射機(jī)接收到的信號一致。然后當(dāng)估計主體的位置或速度時忽視提供關(guān) 于與已沿著直接路徑從發(fā)射機(jī)接收到的信號不一致的主體速度的信息的信號。
[0007] 該方法可包括通過確定估計的主體速度是否暗示著經(jīng)由反射而從發(fā)射機(jī)獲得相 應(yīng)的信號來確定估計的主體速度是否與已沿著直接路徑從發(fā)射機(jī)接收到的信號一致。
[0008] 該方法可包括通過將在所述估計航向的方向上的估計的主體速度與閾值速度相 比較來確定估計的主體速度是否與已沿著直接路徑從發(fā)射機(jī)接收到的信號一致。
[0009] 閾值速度可以是零,使得如果在所述估計航向的方向上估計的主體速度為負(fù),則 確定估計的主體速度并不與已沿著直接路徑從發(fā)射機(jī)接收到的信號一致。
[0010] 基于要估計其位置或速度的估計的主體航向與從發(fā)射機(jī)的直接路徑之間的角度, 閾值速度可以是可修改的。
[0011] 主體航向的估計可基于從在主體上提供的航向傳感器接收到的信號。
[0012] 來自航向傳感器的信號還可包括關(guān)于主體速度的信息,并且其中該方法包括通過 將使用主體航向估計和相應(yīng)的多普勒測量結(jié)果獲得的所述主體的所述估計速度與關(guān)于從 航向傳感器獲得的主體的速度的信息相比較來確定使用主體的航向估計和相應(yīng)的多普勒 測量結(jié)果獲得的估計的主體速度是否與已沿著直接路徑從發(fā)射機(jī)接收到的信號一致。
[0013] 可在確定主體在被確定固定不動之后已開始移動之后立即獲得主體航向的估計。
[0014] 該方法還可以包括防止被忽視信號的進(jìn)一步跟蹤。
[0015] 來自未被忽視的信號的測量結(jié)果可用來更新用于主體的位置/速度/時間解 (timesolution)。
[0016] 航向傳感器可包括具有已知的與主體的位置關(guān)系的陀螺儀,用于指示主體的取 向,并且然后還可包括溫度傳感器,用于對陀螺儀的輸出進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0017] 航向傳感器可包括用于指示主體的運動方向的加速度計或磁力計。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面,提供了一種定位系統(tǒng),具有用于生成要估計其位置或速 度的主體的航向估計的航向傳感器以及用于檢測來自多個發(fā)射機(jī)的信號的接收機(jī)。該系統(tǒng) 還包括用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法的處理器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 現(xiàn)在將參考附圖僅作為示例來描述優(yōu)選實施例,在所述附圖中: 圖1是包括導(dǎo)航和定位系統(tǒng)的電子設(shè)備的示意性框圖。
[0020] 圖2圖示出圖1的系統(tǒng)的可能部署。
[0021] 圖3圖示出一個特殊情況下的由導(dǎo)航和定位系統(tǒng)接收到的信號上的反射效果。
[0022] 圖4圖示出更一般情況下的由導(dǎo)航和定位系統(tǒng)接收到的信號上的反射效果。
[0023] 圖5圖示出由導(dǎo)航和定位系統(tǒng)接收到的信號上的反射的更多的效果。
[0024] 圖6是圖示出由導(dǎo)航和定位系統(tǒng)執(zhí)行的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0025] 圖1圖示出在電子設(shè)備10中提供的導(dǎo)航和定位系統(tǒng)。作為示例,電子設(shè)備10可 能是智能電話、平板電腦或筆記本電腦等。作為另一示例,電子設(shè)備10可能是提供有用于 安裝到交通工具的裝置的專業(yè)化衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備。
[0026] 導(dǎo)航和定位系統(tǒng)在圖1中被示為被分配在多個單獨處理設(shè)備之間。在一個示例 中,電子設(shè)備10包括例如全球定位系統(tǒng)(GPS)芯片組12的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)和也 用來提供電子設(shè)備10的其它所需功能的主處理器14。然而,能夠在單一集成電路中提供所 有處理也是可能的。
[0027] 電子設(shè)備10還包括至少一個附加傳感器16,如下面更詳細(xì)地描述的。
[0028] GNSS芯片組12包括用于接收由人造衛(wèi)星發(fā)射的信號的射頻(RF)前端電路22。接 收信號被傳遞至以測量引擎24形式的軟件,其可以被認(rèn)為包括跟蹤控制器26和測量處理 器28。跟蹤控制器26控制RF前端電路的操作,使得其從人造衛(wèi)星接收預(yù)期信號,并且由測 量處理器28提取用于確定設(shè)備的位置和速度所需的測量結(jié)果。
[0029] 主處理器14運行以定位引擎32形式的軟件,其包括控制器34和位置速度時間 (PVT)處理器36??刂破?4協(xié)調(diào)定位引擎32和測量引擎24,而PVT處理器36使用從GNSS 芯片組12且從附加傳感器16接收到的測量結(jié)果來計算設(shè)備的位置和速度的估計以及時 間。雖然在本文中參考其在GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)中的使用來描述本發(fā)明,但其能夠 同樣地在其中設(shè)備從發(fā)射機(jī)接收信號的其它系統(tǒng)中使用,所述發(fā)射機(jī)的位置(和速度,如果 適當(dāng)?shù)脑挘┦且阎摹@?,此發(fā)射機(jī)可能采取GNSS偽衛(wèi)星(pseudolite)、室內(nèi)通訊系統(tǒng) (MES)發(fā)射機(jī)、藍(lán)牙發(fā)射機(jī)、WiFi發(fā)射機(jī)、蜂窩式無線發(fā)射機(jī)或近場通信(NFC)發(fā)射機(jī)的形 式。
[0030] 如一般地理解的,控制RF前端電路22,使得其從多個發(fā)射機(jī)(諸如所示示例中的 人造衛(wèi)星)接收信號。由測量引擎24從這些信號中提取測量結(jié)果,并且供應(yīng)給定位引擎32, 其然后計算設(shè)備的位置和速度的估計以及時間。
[0031] 通常,測量結(jié)果涉及由接收機(jī)接收信號所處的時間。如果接收機(jī)具有被已知完全 與衛(wèi)星時間同步的時鐘,則接收信號所處的時間將指示接收機(jī)與人造衛(wèi)星的距離,即范圍。 通過從三個或更多人造衛(wèi)星獲得范圍測量結(jié)果,能夠計算接收機(jī)的位置。實際上,大多數(shù)導(dǎo) 航設(shè)備不具有此時鐘,并且因此時間偏移是通過使用關(guān)于接收到信號所處時間的附加測量 結(jié)果而尋求計算的參數(shù)中的一個。使用非同步接收機(jī)時鐘計算的范圍測量結(jié)果被稱為偽距 離。通常,從四個或更多人造衛(wèi)星的偽距離測量結(jié)果連同接收機(jī)時鐘時間偏移被用來計算 接收機(jī)的三維位置。
[0032] 測量結(jié)果還可以涉及從衛(wèi)星接收到的每個信號的載波的相位。這提供能夠在計算 設(shè)備的位置和速度以及時間時使用的附加信息。
[0033] 設(shè)備10的移動引起由接收機(jī)接收到的信號中的多普勒效應(yīng)。也就是說,可以將接 收信號的頻率與RF前端電路22中的本地振蕩器的頻率相比較。接收信號的表觀頻率以取 決于設(shè)備朝向或遠(yuǎn)離衛(wèi)星的移動速度的分量的量而移位。其還取決于本地振蕩器相對于衛(wèi) 星的時間幀的頻率誤差。本地振蕩器的頻率誤差對多普勒測量結(jié)果的影響類似于接收機(jī) 的時間偏移對范圍測量結(jié)果的影響。然而,多普勒測量結(jié)果通常還被稱為'多普勒'而不是 '偽多普勒'。多普勒測量結(jié)果可以用來計算設(shè)備10的移動速度。通常,來自四個或更多人 造衛(wèi)星的多普勒測量結(jié)果連同接收機(jī)時鐘頻率偏移被用來計算接收機(jī)的三維速度。還可能 使用重復(fù)多普勒測量結(jié)果來確定設(shè)備10的位置。例如,如果使用在一個時間下的多普勒測 量結(jié)果來計算設(shè)備10的速度,則這可以被用來估計該時段中的設(shè)備移動,直至進(jìn)行下一多 普勒測量為止,并且可以使用此過程的連續(xù)重復(fù)來獲得設(shè)備所遵循的路徑的估計。
[0034] 圖2圖示出其中可使用電子設(shè)備10的情況。
[0035] 具體地,圖2 (a)是包含建筑物52、54的城市環(huán)境中的以速度S移動的交通工具 50的側(cè)視圖,而圖2 (b)是從上面看的視圖。在這里假設(shè)交通工具50包含圖1中所示類型 的電子設(shè)備10。出于某些目的,如下面更詳細(xì)地描述的,假設(shè)電子設(shè)備10以其相對于交通 工具的取向?qū)⒁话愕仉S著交通工具正在移動而保持相同的此方式固定于交通工具50是有 用的。圖2示出了用戶50處在將從兩個人造衛(wèi)星60、62接收信號的位置中。將認(rèn)識到的 是通常必須從至少四個人造衛(wèi)星接收信號以便能夠獲得設(shè)備的位置和速度的準(zhǔn)確估計以 及接收機(jī)時鐘時間和頻率偏移,但是為了明了起見在圖2中僅不出了兩個人造衛(wèi)星,并且 因為這足以舉例說明本發(fā)明的操作。
[0036] 圖2示出了由交通工具50從第一人造衛(wèi)星60接收視線信號70,并且還示出了由 交通工具50在反射離開建筑物52之后從第一人造衛(wèi)星60接收信號72。圖2還示出了由 交通工具50從第二人造衛(wèi)星62接收視線信號74,并且還示出了由交通工具50在反射離開 建筑物54之后從第二人造衛(wèi)星62接收信號76。
[0037] 如上所述,交通工具50正在以速度S在處于建筑物52與第一人造衛(wèi)星62之間的 直線上的方向上朝著第一人造衛(wèi)星62移動。
[0038] 交通工具50的移動在由GNSS芯片組12接收到的信號上引起多普勒效應(yīng),并且這 些效應(yīng)可以用來生成多普勒測量結(jié)果。
[0039] -般而言將多普勒測量結(jié)果理解成意指用戶與人造衛(wèi)星的偽矩離的變化速率。本 討論假設(shè)由人造衛(wèi)星的移動引起的多普勒效應(yīng)已被去除。然而,假設(shè)每個多普勒測量結(jié)果 將仍受到由GNSS芯片組的RF前端電路中的振蕩器所生成的信號的頻率的偏移而引起的誤 差的影響。
[0040] 圖3圖示出特殊情況下的多普勒測量結(jié)果上的多路徑的影響。具體地,圖3圖示 出在圖2中所示的情況下能夠由交通工具50從第一人造衛(wèi)星60獲得的多普勒測量結(jié)果中 的誤差。
[0041] 如上所述,圖2示出了其中交通工具50正在沿著在人造衛(wèi)星60與反射器52之間 延伸的直線以速度S移動的情況。(在示圖中,S的正值表示朝向人造衛(wèi)星60的移動,而S 的負(fù)值表示遠(yuǎn)離人造衛(wèi)星60朝向反射信號的建筑物52的移動。)多普勒測量結(jié)果涉及信號 在連續(xù)測量之間行進(jìn)的距離的變化。
[0042] 因此,當(dāng)交通工具50正在朝著人造衛(wèi)星60、即在圖2中向右移動時,交通工具50 與第一人造衛(wèi)星60之間的實際距離正在減小。然而,反射信號72所行進(jìn)的距離正在增加, 其正常地將暗示著交通工具50正在遠(yuǎn)離人造衛(wèi)星60移動。更具體地,當(dāng)交通工具50正在 以速度S朝著人造衛(wèi)星60移動時,多普勒測量結(jié)果指示交通工具50正在以速度S遠(yuǎn)離人 造衛(wèi)星60移動。因此在從多普勒測量結(jié)果中獲得的速度符號方面存在由此的誤差,并且在 從多普勒測量結(jié)果中獲得的速度量值方面存在2s的誤差。
[0043] 圖3針對在從-1至+1范圍內(nèi)的速度(用適當(dāng)單位表示)以圖形方式圖示出這種情 況。針對任何給定速度,從多普勒測量結(jié)果中獲得的速度誤差具有相反符號,并具有兩倍速 度的量值。
[0044] 圖3適用于其中交通工具50正在沿著在人造衛(wèi)星60與反射器52之間延伸的直 線移動的特殊情況。在更一般情況下,反射器的位置將不是已知的。
[0045] 圖4圖示出更一般情況下的可從多普勒測量結(jié)果獲得的速度的誤差。
[0046] 圖4假設(shè)電子設(shè)備10包括能夠用來估計交通工具50的速度的至少一個附加傳感 器16。該附加傳感器可包括加速度計,并且可另外包括陀螺儀和/或磁力計。因此,能夠估 計交通工具50的速度。
[0047] 因此,圖4示出了其中已知交通工具正在以速度S移動但未將交通工具的運動方 向假設(shè)為已知的情況。具體地,未關(guān)于交通工具相對于人造衛(wèi)星位置的移動方向或關(guān)于反 射器相對于人造衛(wèi)星與交通工具之間的視線的位置進(jìn)行假設(shè)。(出于圖示的目的,這對應(yīng)于 圖2 (b)中的情況,其中,交通工具正在從第二人造衛(wèi)星62接收反射信號76。)這還適用于 其中反射器為三維和/或具有曲面的情況。
[0048] 在圖4中,水平軸線表示交通工具在朝著正在從其接收反射信號的人造衛(wèi)星的方 向上的速度的分量。因此,如果交通工具正在以速度S朝著人造衛(wèi)星移動,則這表示+S的 速度,而如果交通工具正在以速度S直接地遠(yuǎn)離人造衛(wèi)星行進(jìn),則這表示-S的速度。在其 它方向上的移動將表示中間速度。例如,如果交通工具正在垂直于人造衛(wèi)星方向的方向上 以速度S行進(jìn),則其在朝向人造衛(wèi)星的方向上的速度將是零。
[0049] 在圖4中,垂直軸線表示由反射引起的多普勒測量結(jié)果中的誤差。假設(shè)多普勒測 量結(jié)果指示交通工具相對于人造衛(wèi)星的位置的變化。然而,當(dāng)其是正在被跟蹤的反射信號 時,多普勒測量結(jié)果實際上正在指示交通工具相對于反射器的位置的變化。因此,由這樣的 事實引起誤差,即交通工具的移動引起交通工具相對于反射器的位置的變化,其不同于交 通工具相對于人造衛(wèi)星的位置的變化。
[0050] 圖4示出了用于交通工具的不同行進(jìn)方向和用于反射器的不同位置的可能誤差 的范圍。例如,線80對應(yīng)于圖3中所示的特殊情況,其中交通工具直接位于人造衛(wèi)星與反 射器之間,并且因此存在從多普勒測量結(jié)果獲得的速度的符號方面的誤差以及從多普勒測 量結(jié)果獲得的速度的量值方面的誤差,并且該誤差的量值等于在朝向人造衛(wèi)星的方向上的 速度的分量的兩倍。
[0051] 作為另一示例,線82對應(yīng)于其中交通工具正在直接地朝著反射器移動的情況的 范圍,并且因此交通工具的速度具有在朝向人造衛(wèi)星的方向上的分量(在從0至S的范圍 內(nèi)),但是在朝向反射器的方向上具有S的速度,并且因此多普勒測量結(jié)果過高估計了交通 工具的速度。
[0052] 作為另一示例,線84對應(yīng)于針對反射器的不同位置的其中交通工具正在直接地 朝著人造衛(wèi)星移動(且因此在該方向上具有速度S)的情況。因此,直接在交通工具"后面" (如從人造衛(wèi)星看)的反射器引起多普勒測量結(jié)果中的-2S的誤差,而直接鄰近于人造衛(wèi)星 與交通工具之間的視線路徑的反射器引起多普勒測量結(jié)果中的非常小的誤差。
[0053] 出于本文所述方法的目的,重要的是認(rèn)識到當(dāng)交通工具的速度為零時,反射器的 存在不引起多普勒測量結(jié)果中的誤差。(這忽略了由于由衛(wèi)星運動產(chǎn)生的衛(wèi)星-反射器-接 收機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)方面的變化而引起的小的效果。)認(rèn)識到無論交通工具的移動方向如何且 無論反射器的形狀和位置如何、多普勒測量結(jié)果中的誤差落在圖4中的陰影平行四邊形內(nèi) 也是重要的。
[0054] 在本發(fā)明的一個實施例中,假設(shè)電子設(shè)備10被以大體上固定的取向安裝到交通 工具50。還可以假設(shè)交通工具的運動方向一般地將基本上向前或基本上向后,并且側(cè)向移 動是不可能的。
[0055] 因此,可以使用至少一個附加傳感器16來估計交通工具50的運動方向,并且因此 充當(dāng)航向傳感器。該附加傳感器可包括加速度計,并且可另外包括陀螺儀和/或磁力計。該 附加傳感器因此可以用來提供交通工具50的速度的估計。
[0056] 圖5圖示出使用從反射信號導(dǎo)出的多普勒測量結(jié)果來估計交通工具的速度的效 果,其中,我們假設(shè)影響多普勒測量結(jié)果的所有其它誤差是零,并且我們假設(shè)接收機(jī)時鐘的 頻率偏移是零。在圖5中,水平軸線表示交通工具相對于人造衛(wèi)星的移動方向,并且0°表 示直接地朝向人造衛(wèi)星的移動且180°表示直接地遠(yuǎn)離人造衛(wèi)星的移動。該效果關(guān)于視線 是對稱的,并且因此圖5僅示出了用于0°和180°之間的方向的效果,因為180°和360° 之間的方向產(chǎn)生相同效果。在圖5中,垂直軸線表示能夠根據(jù)反射器的位置基于多普勒測 量結(jié)果來估計的用戶速度。圖5呈現(xiàn)了通過考慮處于非常低的高度的人造衛(wèi)星的情況且通 過假設(shè)我們知道交通工具的垂直速度是零的略微簡化的分析。
[0057] 在圖5中,將用戶的速度取為一個單位,如由線130所示。在這種情況下,陰影區(qū)域 132指示根據(jù)反射器位置能夠從用于交通工具的給定移動方向的單一多普勒測量結(jié)果導(dǎo)出 的速度范圍。
[0058] 因此,如先前所述,如果交通工具正在直接地朝著人造衛(wèi)星移動(S卩,處在水平軸 線上的0°的位置處),并且直接在交通工具"后面"存在反射器(如從人造衛(wèi)星看),則多普 勒測量結(jié)果將導(dǎo)致-1單位的估計速度,而直接地鄰近于人造衛(wèi)星與交通工具之間的視線 路徑的反射器將僅導(dǎo)致多普勒測量結(jié)果中的非常小的誤差。在其它位置上的反射器將導(dǎo)致 在從-1至+1單位范圍內(nèi)的估計速度。
[0059] 針對交通工具的其它移動方向(S卩,在水平軸線上的其它位置處),反射信號的使 用能夠引起估計速度中的甚至更大誤差。特別地,當(dāng)交通工具正在與到人造衛(wèi)星的其視線 路徑成90°的方向上行進(jìn)時,針對某些反射器位置,從反射信號獲得的單一多普勒測量結(jié) 果的使用能夠產(chǎn)生趨向于無窮大的估計速度。
[0060] 然而,將注意到的是在大多數(shù)情況下速度估計將是負(fù)的,或者其量值將被低估。因 此,如果使用反射信號來估計用戶的速度,并且又使用此估計來估計移動用戶的位置,則這 具有用戶看起來"被推回"的效果,即看起來比實際情況已行進(jìn)更短的距離,因為速度的估 計量值低于實際值或者因為運動方向相反。
[0061] 將特別地注意的是,對于許多反射器位置而言,使用從反射信號獲得的多普勒測 量結(jié)果估計的速度是負(fù)的(即其在與交通工具的實際移動方向相反的方向上)。
[0062]因此,如果例如根據(jù)在交通工具上提供的單獨航向傳感器從而交通工具的實際移 動方向是已知的,則容易認(rèn)識到使用此多普勒測量結(jié)果估計的速度與已知移動方向不一 致。因此,能夠根據(jù)圖5確定多普勒測量結(jié)果可能是從反射信號獲得的。
[0063]如果在交通工具上還提供了單獨速度傳感器,則可能識別其中能夠認(rèn)識到使用單 一多普勒測量結(jié)果估計的速度與根據(jù)附加傳感器估計的速度不一致的其它情況(對應(yīng)于反 射器位置的更寬范圍)。在這種情況下,根據(jù)圖5能夠確定多普勒測量結(jié)果大概是從反射信 號獲得的。
[0064]圖6是圖示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的流程圖。圖6中所示的過程可以在測 量引擎與定位引擎之間分裂,或者可以在單一設(shè)備中執(zhí)行,或者可以以不同的方式在不同 的設(shè)備之間分裂。例如,能夠主要地在定位引擎中執(zhí)行圖6中所示的過程,并且測量引擎在 定位引擎的控制下簡單地向定位引擎提供所需測量結(jié)果。
[0065]該過程在其中確定交通工具是正在移動還是固定不動的步驟140中開始。此確定 可以基于GNSS測量結(jié)果和/或從諸如陀螺儀、加速度計或磁力計之類的附加傳感器接收到 的信號。
[0066]如果確定交通工具正在移動,則GNSS測量結(jié)果和陀螺儀信號在順序估計過程中 被組合以提供交通工具航向的估計。如果傳感器包括加速度計,則還可以在該估計過程中 使用從那里接收到的信號。該測量結(jié)果還在步驟142中被用來更新各種功能或校準(zhǔn)參數(shù)。 例如,傳感器還可包括溫度傳感器,在這種情況下,可以使用溫度測量結(jié)果以便改善陀螺儀 '零級'偏移的溫度相關(guān)模型的系數(shù)估計以及GNSS振蕩器頻率偏移的溫度相關(guān)模型的系數(shù)。 [0067]更具體地,陀螺儀可能產(chǎn)生隨溫度而變的輸出信號,并且能夠?qū)Υ诉M(jìn)行建模的其 中(在許多之中的)一個方式是: Rt = (G-A0-A1*T)*S + e 其中 Rt是實際旋轉(zhuǎn)速率, G是陀螺儀輸出, T是溫度, S是縮放因數(shù),e是殘余誤差,以及 AO和Al是校準(zhǔn)系數(shù)。
[0068] 通過在不同溫度下測量陀螺儀輸出值,可能獲得用于系數(shù)AO和Al的值,使得能夠 在后續(xù)測量的場合獲得用于實際旋轉(zhuǎn)速率的更準(zhǔn)確值。
[0069] 類似地,RF前端電路中的振蕩器可以在隨溫度而變的頻率下產(chǎn)生輸出信號,并且 能夠?qū)Υ诉M(jìn)行建模的其中(在許多之中的)一個方式是: Ft = Fa + BO + BH + e 其中 Ft是實際頻率, Fa是標(biāo)稱頻率, T是溫度, e是殘余誤差,以及BO和Bl是校準(zhǔn)系數(shù)。
[0070] 通過將輸出頻率值與不同溫度下的接收信號的頻率相比較,可能獲得用于系數(shù)BO 和Bl的值,使得能夠在后續(xù)測量場合獲得用于實際頻率的更準(zhǔn)確值。
[0071] 因此,在交通工具正在移動的時候,以這樣的方式(即相對于交通工具對陀螺儀進(jìn) 行校準(zhǔn))來將GNSS和傳感器測量結(jié)果組合。也就是說,估計參數(shù),使得來自陀螺儀的數(shù)據(jù)單 獨地可以用來估計交通工具的航向。更具體地,系統(tǒng)獲悉哪些陀螺儀信號與交通工具的移 動相關(guān)聯(lián)。如上文所討論的,情況通常將是交通工具將正在相對于其自己的軸線向前或向 后行進(jìn),具有移動的相對小的側(cè)向分量。將不一定最初知道設(shè)備10被如何安裝在交通工具 中或其上面,并且因此陀螺儀的輸出最初將不會與交通工具的任何特定方向上的移動相關(guān) 聯(lián),但是這將在此校準(zhǔn)之后變成可能。
[0072] 如果在步驟140中確定交通工具是固定不動的,則過程轉(zhuǎn)到步驟144,其中,利用 此'零速度'知識,執(zhí)行陀螺儀零級偏移和GNSS振蕩器頻率偏移的'快照(snapshot)'校準(zhǔn)。
[0073] 因此,通過在當(dāng)已知實際旋轉(zhuǎn)速率是零時的時間下測量陀螺儀輸出值,可能獲得 如上文所定義的用于系數(shù)AO和Al的值,使得能夠在后續(xù)測量場合獲得用于實際旋轉(zhuǎn)速率 的更準(zhǔn)確值。
[0074] 類似地,通過將輸出頻率值與在當(dāng)交通工具已知固定不動并且因此沒有多普勒誤 差時的時間下接收信號的已知頻率相比較,可能獲得用于系數(shù)BO和Bl的值,使得能夠在后 續(xù)測量場合獲得用于實際頻率的更準(zhǔn)確值。
[0075] 在此校準(zhǔn)之后,過程轉(zhuǎn)到步驟146,其中確定交通工具是否已開始移動。如果沒有, 則過程重復(fù)步驟144,直至檢測到移動為止,并且過程轉(zhuǎn)到步驟148。
[0076] 在步驟148中,使用來自陀螺儀或諸如磁力計之類的其它航向傳感器的數(shù)據(jù)連同 來自交通工具航向和各種功能或校準(zhǔn)參數(shù)的先前更新的估計來預(yù)測當(dāng)前時間下的交通工 具航向。還可以根據(jù)加速度計數(shù)據(jù)來估計交通工具速度。
[0077] 另外,同時地或單獨地,使用GNSS和(可選地)溫度數(shù)據(jù)連同來自各種功能或校準(zhǔn) 參數(shù)的先前更新的估計來預(yù)測在當(dāng)前時間下的GNSS振蕩器頻率偏移。來自先前更新的估 計可以是來自在步驟144中執(zhí)行的最近固定不動的快照校準(zhǔn)的估計,但是其它實施方式是 可能的。
[0078] 因此,在當(dāng)前更新時間下,進(jìn)行用戶航向、時鐘漂移和可選地速度的估計,并且這 些估計獨立于或者僅微弱地取決于當(dāng)前GNSS測量結(jié)果。
[0079] 該過程然后轉(zhuǎn)到步驟150,其中考慮最近GNSS測量結(jié)果。例如,在其中該處理被分 裂在這兩個模塊之間的情況下,可以將這些測量結(jié)果從測量引擎發(fā)送到定位引擎。
[0080] 如將顯而易見的是,RF前端將從多個人造衛(wèi)星接收信號。在反射是因素的情況下, RF前端將從至少一些人造衛(wèi)星接收多于一個的信號。每個信號能夠被用來生成多普勒測量 結(jié)果。
[0081] 如先前所討論的,多普勒測量結(jié)果受到接收機(jī)的振蕩器的假定頻率中的誤差的影 響。通過檢查當(dāng)已知接收機(jī)為固定不動時接收到的信號的頻率,能夠?qū)Ρ镜卣袷幤餍盘柕?頻率進(jìn)行校準(zhǔn)。然后,可以假設(shè)本地振蕩器的已知頻率與當(dāng)已知接收機(jī)正在移動時接收到 的信號的頻率之間的任何差異是由于該移動而引起的。因此,可以使用多普勒測量結(jié)果來 估計水平面中的交通工具的速度在人造衛(wèi)星方向上的分量,假設(shè)交通工具的任何垂直速度 是小的。然后可以將其與用戶相對于衛(wèi)星方向的航向方向的知識組合,以便生成用戶在其 航向方向上的速度估計。將認(rèn)識到的是由于多普勒測量結(jié)果中的誤差的影響,此速度估計 不可能是特別準(zhǔn)確的。還將認(rèn)識到的是此速度估計的準(zhǔn)確度將高度取決于用戶相對于衛(wèi)星 方向的航向的方向。然而,應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是此估計并不是接收機(jī)速度的最終估計。更確切地說, 其是判定哪些測量結(jié)果可能已經(jīng)從反射信號導(dǎo)出的手段的一部分,使得能夠?qū)⒋藴y量結(jié)果 從接收機(jī)位置和速度的后續(xù)、最終估計中排除。
[0082] 該過程然后轉(zhuǎn)到步驟152,其中檢查交通工具速度的這些單獨估計中的每一個以 確定其是否與已被反射的衛(wèi)星信號一致。例如,這可以簡單地涉及到確定速度估計是否是 負(fù)的。也就是說,將速度估計與在步驟148中獲得的運動方向相比較。如果當(dāng)在步驟148 中找到的運動方向具有遠(yuǎn)離人造衛(wèi)星的分量(或者反之亦然)時發(fā)現(xiàn)從多普勒測量結(jié)果導(dǎo) 出的速度估計具有朝向人造衛(wèi)星的分量,則確定該測量結(jié)果可能已經(jīng)從反射信號中導(dǎo)出。 [0083] 更一般地,交通工具速度的每個單獨估計的檢查可能涉及到將該估計與閾值相比 較。
[0084] 因此,測試是否 S<X 其中: S是基于用戶相對于衛(wèi)星方向的測量航向從單一多普勒測量結(jié)果獲得的交通工具速度 的估計,并且X是閾值值。
[0085]在上述的一個示例中,可將閾值值X設(shè)置成零,使得交通工具速度的單獨估計被 確定成與當(dāng)速度估計為負(fù)時已經(jīng)被反射的衛(wèi)星信號一致。
[0086] 在另一示例中,可將閾值值X設(shè)置成負(fù)常數(shù),使得交通工具速度的單獨估計被確 定成與當(dāng)速度估計比該常數(shù)更加為負(fù)時已經(jīng)被反射的衛(wèi)星信號一致。
[0087] 在另一示例中,可將閾值值X設(shè)置成負(fù)常數(shù)與表示測量結(jié)果不確定性的值的和, 使得基于測量結(jié)果的預(yù)期準(zhǔn)確度來修改閾值。
[0088] 作為另一示例,閾值值X可被修改以考慮這樣的事實,即當(dāng)交通工具正在以接近 于垂直于其到衛(wèi)星的方向的航向移動時,交通工具的速度估計可能是質(zhì)量相對差的。這能 夠用來設(shè)置閾值以改變(增加或降低)交通工具速度的估計被確定為與已被反射的衛(wèi)星信 號一致的可能性。
[0089] 如果發(fā)現(xiàn)從特定信號導(dǎo)出的多普勒測量結(jié)果與已沿著直接路徑從衛(wèi)星接收到 的不一致(即其與已沿著反射路徑接收到的更加一致),則該特定多普勒測量結(jié)果被標(biāo)記 (flag),以由所有后續(xù)處理拒絕。
[0090] 具體地,當(dāng)計算交通工具的位置和速度且可能還計算時間(即PVT解的分量)時,在 后續(xù)步驟154中忽視該多普勒測量結(jié)果。該計算步驟一般是常規(guī)的,并且將從多個接收信 號獲得的測量結(jié)果組合,以便達(dá)到交通工具的位置和/或速度的估計,但是忽視從被確定 為可能已經(jīng)被反射的信號獲得的測量結(jié)果。
[0091] 另外,還可忽視從同一信號獲得的偽距離測量結(jié)果。此外,定位引擎可指令測量引 擎停止跟蹤該信號,因此沒有進(jìn)一步的測量結(jié)果從反射信號中被導(dǎo)出。
[0092] 因此,執(zhí)行反射聚焦的異常值拒絕過程。已知當(dāng)使用GNSS測量結(jié)果以及傳感器輸 入等來計算PVT解時拒絕異常值測量結(jié)果。此已知過程通常考慮在一個時間接收到的一組 測量結(jié)果,并且假設(shè)這些測量結(jié)果中的僅小的比例將是錯誤的。因此其假設(shè)可以通過與其 它測量結(jié)果不一致來識別錯誤的測量結(jié)果。在這里所述的異常值拒絕過程中,與其它GNSS 測量結(jié)果隔離地考慮每個GNSS測量結(jié)果,以確定其是否與從其它源、特別是從航向傳感器 獲得的信息一致。如果測量結(jié)果通過此測試,則然后將其在PVT解的計算中使用,認(rèn)識到此 計算可包括另外的異常值拒絕步驟。
[0093] 圖6中所示的過程然后轉(zhuǎn)到步驟156,其中考慮到所計算的PVT解,以與參考步驟 144所述的相同方式來更新參數(shù)估計。
[0094] 因此描述了特別是交通工具在其中GNSS信號高度易于受到來自建筑物等的反射 的影響的環(huán)境中的情況下,允許以更大的精確度來確定用戶的位置和/或速度的過程。
【權(quán)利要求】
1. 一種定位系統(tǒng)的操作方法,該方法包括: 獲得要估計其位置或速度的主體的航向的估計, 跟蹤來自多個發(fā)射機(jī)的相應(yīng)的信號; 從所述被跟蹤信號中的每個中獲得相應(yīng)的多普勒測量結(jié)果; 針對所述被跟蹤信號中的每個,使用主體的航向估計和相應(yīng)的多普勒測量結(jié)果來估 計所述主體的速度,確定估計的主體速度是否與已沿著直接路徑從發(fā)射機(jī)接收到的信號一 致;以及 當(dāng)估計主體的位置或速度時,忽視提供關(guān)于與已沿著直接路徑從發(fā)射機(jī)接收到的信號 不一致的主體速度的信息的信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法,進(jìn)一步包括: 通過確定估計的主體速度是否暗示著經(jīng)由反射而從發(fā)射機(jī)獲得相應(yīng)的信號來確定估 計的主體速度是否與已沿著直接路徑從發(fā)射機(jī)接收到的信號一致。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法,進(jìn)一步包括: 通過將在所述估計航向的方向上的估計的主體速度與閾值速度相比較來確定估計的 主體速度是否與已沿著直接路徑從發(fā)射機(jī)接收到的信號一致。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法,其中所述閾值速度是零,使得如果在所述估計航向的方 向上估計的主體速度是負(fù)的,則確定估計的主體速度與已沿著直接路徑從發(fā)射機(jī)接收到的 信號不一致。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法,其中,基于要估計其位置或速度的估計的主體航向與從 發(fā)射機(jī)的直接路徑之間的角度,所述閾值速度是可修改的。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中,主體航向的估計是基于從在主體上提供的航向傳 感器接收到的信號。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法,其中,來自航向傳感器的信號還包括關(guān)于主體速度的信 息,該方法進(jìn)一步包括通過將使用主體航向的估計和相應(yīng)的多普勒測量結(jié)果獲得的所述主 體的所述估計速度與從航向傳感器獲得的關(guān)于主體速度的信息相比較來確定使用主體航 向的估計和相應(yīng)多普勒測量結(jié)果獲得的估計的主體速度是否與已沿著直接路徑從發(fā)射機(jī) 接收到的信號一致。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法,進(jìn)一步包括在確定主體已在被確定為固定不動之后開始 移動之后立即獲得主體的航向的估計。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法,還包括: 防止被忽視信號的進(jìn)一步跟蹤。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法,還包括: 使用來自未被忽視的信號的測量結(jié)果來更新用于主體的位置/速度/時間解。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述航向傳感器包括陀螺儀,其具有已知的與主 體的位置關(guān)系,用于指示主體的取向。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法,其中,所述航向傳感器還包括用于對陀螺儀的輸出進(jìn) 行校準(zhǔn)的溫度傳感器。
13. 如權(quán)利要求10所述的方法,還包括用于指示主體的運動方向的加速度計。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中,航向傳感器包括用于指示主體的運動方向的磁力 計。
15. -種定位系統(tǒng),包括: 航向傳感器,用于生成要估計其位置或速度的主體的航向的估計; 接收機(jī),用于跟蹤來自多個發(fā)射機(jī)的相應(yīng)的信號;以及 處理器,用于從所述被跟蹤信號中的每個導(dǎo)出相應(yīng)的多普勒測量結(jié)果; 其中從所述被跟蹤信號中的每個的所述多普勒測量結(jié)果所導(dǎo)出的相應(yīng)的速度針對與 所述航向的一致性被測試。
16. 權(quán)利要求15的定位系統(tǒng),其中與已沿著直接路徑從所述多個發(fā)射機(jī)中的相應(yīng)的發(fā) 射機(jī)接收到的信號一致的具有多普勒測量結(jié)果導(dǎo)出的速度的信號是與所述航向一致的。
17. 權(quán)利要求16的定位系統(tǒng),其中與已沿著直接路徑從所述多個發(fā)射機(jī)中的相應(yīng)的發(fā) 射機(jī)接收到的信號不一致的具有多普勒測量結(jié)果導(dǎo)出的速度的信號被忽視。
18. 權(quán)利要求15的定位系統(tǒng),其中航向傳感器包括陀螺儀,該陀螺儀具有已知的與所 述主體的位置關(guān)系,用于指示主體的取向。
19. 權(quán)利要求18的定位系統(tǒng),其中航向傳感器進(jìn)一步包括溫度傳感器,用于校準(zhǔn)陀螺 儀的輸出。
20. 權(quán)利要求19的定位系統(tǒng),其中航向傳感器包括磁力計,用于指示主體的運動的方 向。
【文檔編號】G01S19/45GK104237920SQ201410279249
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月20日
【發(fā)明者】弗萊明 P., 福克斯-瓊斯 G., 張強(qiáng) 申請人:英特爾公司