專利名稱：確定位置的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定GNSS接收器的位置的裝置和方法，特別涉及在不能解碼 GNSS導(dǎo)航消息的包含信號的發(fā)送時間的部分時確定接收器的位置。
背景技術(shù)：
全球定位系統(tǒng)(GPS)是接收器通過精確測量從多個衛(wèi)星接收的信令事件 (signalling event)的到達(dá)時間來確定接收器的位置的導(dǎo)航系統(tǒng)。各個衛(wèi)星發(fā)送導(dǎo)航消息，該消息包含其在什么時候被傳送的精確時間以及星歷信息(ephemeris information)。 這包括關(guān)于衛(wèi)星軌道的詳細(xì)資料以及與諸如GPS時間的國際標(biāo)準(zhǔn)時間或絕對時間比較用于衛(wèi)星自身時鐘的校正值(correction)。星歷及時鐘校正參數(shù)可以被總稱為星歷信息。GPS信號是由對直接序列擴(kuò)頻信號進(jìn)行二進(jìn)制相移調(diào)制后的導(dǎo)航消息構(gòu)成。擴(kuò)頻信號包括識別衛(wèi)星的唯一偽噪聲(PN)碼。對于使用LI頻率傳送的民用GPS信號，該碼被稱為C/A碼。C/A碼具有1023個碼元(chip)的序列長度，其用I. 023MHz碼元速率(chipping rate)擴(kuò)展(spreading，擴(kuò)頻)。因此，碼序列每隔毫秒而重復(fù)。當(dāng)衛(wèi)星中的兩個碼產(chǎn)生器轉(zhuǎn)變至全為“I’s”狀態(tài)時,碼序列具有識別啟動時刻(identified start instant)。該時刻被稱為碼歷元(code印och)。在衛(wèi)星中的各種傳送延遲后，碼出現(xiàn)時間被廣播。此事件被稱為信令事件并且能夠在適當(dāng)調(diào)整的接收器中通過將復(fù)制碼與從各個衛(wèi)星接收的碼校準(zhǔn)而被識別。導(dǎo)航消息具有50比特/秒的低數(shù)據(jù)速率，其啟動與C/A碼序列的啟動同步。每比特的導(dǎo)航消息持續(xù)20毫秒，由此結(jié)合C/A碼的20個副本(repetition)。導(dǎo)航消息用由5個 300比特子幀構(gòu)成的1500比特幀(frame)構(gòu)建。每個子幀持續(xù)6秒。衛(wèi)星使用10. 23MHz 的整數(shù)倍的載波頻率(對于LI載波，倍數(shù)為154)傳送導(dǎo)航消息和C/A碼。除了時間和星歷信息夕卜，數(shù)據(jù)消息還包括衛(wèi)星星群年歷(satellite constellation almanac)、表示電離層及對流層延遲的參數(shù)、健康參數(shù)以及由某些接收器使用的其他信息。有25個來自各個衛(wèi)星的不同幀。各個幀包含在子幀1-3中的識別信息 (時間除外)，但是通過在子幀4和5中的預(yù)分配序列的數(shù)據(jù)(包含年歷和其他信息)循環(huán)。如上所述，GPS接收器可以通過將復(fù)制碼與從各個衛(wèi)星接收的碼校準(zhǔn)而確定信令事件的到達(dá)時間。接收器也可以使用包含在導(dǎo)航消息中的TOW信息來確定信令事件被傳送時的時間。由此，接收器能夠確定信令事件的經(jīng)過時間(由此可以確定接收器和衛(wèi)星之間的距離)，以及在信令事件被傳送時衛(wèi)星的位置(使用星歷信息)。然后，接收器可以計算自己的位置。理論上講，如果接收器具有精確時間或知道部分位置(例如海拔)，可以使用來自三個衛(wèi)星的信號確定GPS接收器的位置。然而，在實踐中，GPS接收器使用來自四個以上的衛(wèi)星來確定準(zhǔn)確的三維位置解，因為在接收器時鐘與GPS時間之間的偏移將額外的未知量引入計算中。如果衛(wèi)星信號接收很差(通常稱為弱信號條件)，或者如果接收器僅接收短脈沖群信號，則接收器可能不能夠解碼TOW信息。沒有該信息，GPS接收器不能以足夠的精度確定其與衛(wèi)星之間的距離，因為接收器將不知道信令事件被傳送時的時間。在弱信號條件或者短暫閃現(xiàn)信號下，接收器可能也不能識別子幀的啟動，因為接收器不能解碼TLM。不過，即使在弱信號條件下或用短暫閃現(xiàn)信號，已不能解碼導(dǎo)航消息中的TOW信息的接收器也可能能夠推斷出部分定時信息。例如，接收器可能能夠確定在衛(wèi)星信號的擴(kuò)展(PN)碼和本地產(chǎn)生的擴(kuò)展碼(例如通過將接收到的信號與PN碼的本地產(chǎn)生的復(fù)制碼相關(guān)聯(lián)或者通過使用等效信號處理技術(shù))之間的時移。此時移表示衛(wèi)星信號的至少部分經(jīng)過時間。然而，由于信號中的PN碼與本地產(chǎn)生的復(fù)制碼均為空間中的有限長度(稱為碼波長)，關(guān)聯(lián)操作僅能識別總時移的一部分。該部分的總時移表示在減去碼重復(fù)間隔的整數(shù)后，在衛(wèi)星和用戶之間的信號經(jīng)過時間的小數(shù)部分。這導(dǎo)致不知道在衛(wèi)星和接收器之間傳播信號所花費的碼重復(fù)間隔的整數(shù)。為了計算精確計算接收器的位置，接收器還需要能夠分辨在系統(tǒng)中不同時鐘之間的差異。GPS時間由主要位于華盛頓的美國海軍天文臺的時鐘集合規(guī)定。每個衛(wèi)星有其自身的操作時鐘(通常三個中的一個載于空間飛行器)，它與GPS時間大致同步。然而，實際上，衛(wèi)星時鐘以較小量偏離GPS時間。接收器時鐘也很可能偏離GPS時間，至少在初始位置解之前。未被校正，這些時鐘偏移將明顯誤差弓I入位置計算。Peterson 等在“GPS Receiver Structures for the Urban Canyon，，中給出了一種在高深城市峽谷中計算GPS接收器的位置的方法，在城市峽谷中接收器可能短暫瞥見衛(wèi)星，但是幾乎不能同時看到三個以上的衛(wèi)星。該方法通過擴(kuò)展位置計算以包括額外衛(wèi)星范圍測量以及稱為“粗略時間”的額外未知參數(shù)來解決具有未知共同系統(tǒng)時間的問題。由此， Peterson的論文中提出了對于三維位置解需要五顆衛(wèi)星的信號的解。Lannelongue 等在“Fast Acquisition Techniques for GPS Receivers” 中也給出了一種計算GPS接收器的位置的方法，其中共同系統(tǒng)時間是未知的。整周毫秒模糊度(integermillisecond ambiguity)也由 US 6，417，801 解決，在該文獻(xiàn)中描述了一種通過計算接收器至衛(wèi)星的幾何偽距(geometric pseudorange)來估計整數(shù)毫秒的方式。利用GPS接收器的估計位置以及在估計的GPS時間的衛(wèi)星位置的幾何偽距來計算幾何偽距。US 6，417，801由估計的偽距來估計信號在衛(wèi)星與GPS之間傳播耗費的整數(shù)毫秒的數(shù)目，并將此加入測得的子毫秒偽距以獲得“完整”偽距。然后，將五顆衛(wèi)星的偽距用于計算GPS接受器的位置。在Frank Van Diggelen的“A-GPS Assisted GPS,GNSS and SBAS 72”(參見第4章)也描述了這種技術(shù)。數(shù)學(xué)方法可以用于改變由位置計算輸出的未知量。例如，US 7，064，709解釋了使用估計的偽距計算毫秒的整數(shù)數(shù)目并不總是足夠精確，而另外提供了一種方法，其中，作為位置計算的一部分，共同發(fā)送延遲(表示為整數(shù)毫秒的數(shù)目)作為待確定的未知量之一被插入。US 7，064，709還提出使用衛(wèi)星測量可以將差由五個等式用于創(chuàng)建四個等式和四個等式。US 6，191，731還描述了對五顆衛(wèi)星進(jìn)行五次距離測量，并且通過加權(quán)并從其余四個中減去一個來解五個所得等式，以消去一個未知項。這是一種純數(shù)學(xué)方法，在此例子中， 從五個線性位置等式消去用戶時鐘誤差項。這些技術(shù)類似于在一些土地測量實施中使用的差分法，其中GPS時間是未知的。 來自不同衛(wèi)星的信號在一個接收器上是不同的，然后將該差異從另一接收器計算的類似差異中減去。這種雙差技術(shù)允許諸如衛(wèi)星時鐘誤差以及接收器時鐘誤差的未知量從計算中消去。這些技術(shù)通常只在位置解匯聚低誤差的區(qū)域內(nèi)有效。當(dāng)GPS信號由衛(wèi)星傳送的時間是未知時，需要計算GPS接收器的位置的改良方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供一種裝置，用于根據(jù)信令事件從多顆衛(wèi)星傳播至接收器所耗費的時間來計算接收器位置，所述裝置被配置為對于各個衛(wèi)星獲得信令事件從衛(wèi)星傳播至接收器的經(jīng)過時間的指標(biāo)，經(jīng)過時間的指標(biāo)結(jié)合有整周模糊度；并且形成信令事件從衛(wèi)星傳播至接收器的預(yù)計經(jīng)過時間的指標(biāo)；所述裝置還被配置為指定多顆衛(wèi)星中的一顆作為參照衛(wèi)星；將各個非參照衛(wèi)星的所獲得的經(jīng)過時間的指標(biāo)和所述預(yù)計經(jīng)過時間的指標(biāo)與所述參照衛(wèi)星的所獲得的經(jīng)過時間的指標(biāo)和所述預(yù)計經(jīng)過時間的指標(biāo)相比較，以形成表示在這些預(yù)計經(jīng)過時間的指標(biāo)中的組合誤差的殘差；并且根據(jù)所述殘差，在不計算所獲得的經(jīng)過時間中的所述整周模糊度的情況下計算所述接收器的位置。所述裝置可被配置為在使用所述接收器的信令事件的到達(dá)時間作為該信令事件的所獲得的經(jīng)過時間的指標(biāo)。所述裝置可被配置為使用在接收器處的信令事件的到達(dá)時間的小數(shù)部分作為所獲得的信令事件的經(jīng)過時間的指標(biāo)。所述裝置可被配置為通過測量由參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件到達(dá)接收器與由非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件到達(dá)接收器之間的時間差，來比較所獲得的所述參照衛(wèi)星與各個非參照衛(wèi)星的經(jīng)過時間的指標(biāo)。所述裝置可被配置為對于各個衛(wèi)星通過估計該衛(wèi)星與GPS接收器之間的距離來形成所述預(yù)計經(jīng)過時間的指標(biāo)。所述裝置可被配置為對于各個衛(wèi)星通過以下方式來形成預(yù)計經(jīng)過時間的指標(biāo)估計接收器的位置；根據(jù)所估計的絕對時間和星歷信息來估計衛(wèi)星的位置；并且根據(jù)所估計的接收器和衛(wèi)星的位置來計算預(yù)計經(jīng)過時間的指標(biāo)。所述裝置可被配置為通過從各個所獲得的信令事件的經(jīng)過時間的指標(biāo)除去與發(fā)送該信令事件的衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的時鐘偏移來形成調(diào)整經(jīng)過時間。所述裝置可被配置為以距離或時間之一為單位來表示調(diào)整經(jīng)過時間和預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)這兩者，所述裝置被配置為對于各個非參照衛(wèi)星通過以下方式形成殘差從非參照衛(wèi)星的調(diào)整經(jīng)過時間的表示中減去非參照衛(wèi)星的預(yù)計經(jīng)過時間的表示；從參照衛(wèi)星的調(diào)整經(jīng)過時間的表示中減去參照衛(wèi)星的預(yù)計經(jīng)過時間的表示；計算關(guān)于非參照衛(wèi)星的減法結(jié)果與關(guān)于參照衛(wèi)星的減法結(jié)果之間的差。所述裝置可被配置為通過計算來形成各個殘差其中，$是由非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件的到達(dá)時間減去與非參照衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的時鐘偏移的小數(shù)部分；&是由參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件的到達(dá)時間減去與參照衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的時鐘偏移的小數(shù)部分；毛是接收器與非參照衛(wèi)星之間的估計距離；
&是接收器與參照衛(wèi)星之間的估計距離；并且c是光速。所述裝置可被配置為對各個殘差執(zhí)行模運算，以識別該殘差的小數(shù)部分，所述裝置被配置為根據(jù)這些小數(shù)部分來計算接收器的位置。所述多個衛(wèi)星中的每一個可被配置為在由重復(fù)間隔所分開的時刻(time instant)發(fā)送信令事件，所述裝置可被配置為通過識別各個殘差的亞部分、并且如果該結(jié)果大于te/2則從該亞毫秒部分減去tc，而在范圍土te/2內(nèi)重構(gòu)建殘差。所述裝置可被配置為通過識別各個殘差的亞毫秒部分、并且如果該結(jié)果大于半毫秒則從該亞毫秒部分減去一毫秒，而在-O. 5ms至O. 5ms的范圍內(nèi)重構(gòu)建殘差。所述裝置被配置為以距離為單位表示所重構(gòu)建的殘差，并且根據(jù)這些距離來計算接收器的位置。所述裝置可被配置為通過預(yù)測由該非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在接收器的到達(dá)時間，來形成該非參照衛(wèi)星的預(yù)計經(jīng)過時間的指標(biāo)。所述裝置可被配置為根據(jù)由參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在接收器的到達(dá)時間，來形成預(yù)測。信令事件由多個衛(wèi)星以規(guī)則間隔發(fā)送，所述裝置可被配置為通過以下方式獲得非參照衛(wèi)星的經(jīng)過時間的指標(biāo)識別由該衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在接收器的一個或多個到達(dá)時間；通過從各個信令事件除去與該衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的時鐘偏移來形成所識別的信令事件的調(diào)整到達(dá)時間；并且選擇與該衛(wèi)星的預(yù)測到達(dá)時間最接近的調(diào)整到達(dá)時間作為所獲得的經(jīng)過時間的指標(biāo)。所述裝置可被配置為根據(jù)與參照衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的時鐘，在第一時間獲得由參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在接收器處的到達(dá)時間，作為參照衛(wèi)星的經(jīng)過時間的指標(biāo)；并且根據(jù)與非參照衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的時鐘，在所述第一時間將非參照衛(wèi)星的預(yù)計經(jīng)過時間的指標(biāo)形成為由非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在接收器處的到達(dá)時間的預(yù)測。信令事件可以由多個衛(wèi)星以規(guī)則間隔發(fā)送，并且該裝置可以被配置為根據(jù)與參照衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的時鐘，在第一時間獲得由參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在接收器處的到達(dá)時間，作為參照衛(wèi)星的經(jīng)過時間的指標(biāo)；并且根據(jù)與非參照衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的時鐘，在與第一時間不同的第二時間選擇由非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在接收器處的到達(dá)時間，作為所獲得的非參照衛(wèi)星的經(jīng)過時間的指標(biāo)。該裝置可以被配置為選擇由非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件的到達(dá)時間以處于由參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在接收器處的到達(dá)時間的預(yù)定時間間隔內(nèi)。預(yù)定時間間隔可以小于等于多個衛(wèi)星中的一個的信令事件的規(guī)則發(fā)送之間的時間間隔的一半。該裝置可以被配置為通過在被選擇為所獲得的經(jīng)過時間的指標(biāo)的信令事件的調(diào)整到達(dá)時間與該信令事件的預(yù)測到達(dá)時間之間執(zhí)行減法而形成非參照衛(wèi)星的殘差。該裝置可以被配置為通過以下方式來形成非參照衛(wèi)星的殘差通過從各個到達(dá)時間除去與發(fā)送信令事件的衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的時鐘偏移來形成信令事件的調(diào)整到達(dá)時間；確定由參照衛(wèi)星與非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件的調(diào)整到達(dá)時間之間的差；確定由參照衛(wèi)星與非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件的預(yù)測到達(dá)時間之間的差；并且在所確定的差之間執(zhí)行減法。
該裝置被配置為通過將由參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件的到達(dá)時間與以下求和來預(yù)測由非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件的到達(dá)時間與非參照衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)地時鐘偏移和與參照衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)地時鐘偏移之間的差；以及信令事件傳播接收器和非參照衛(wèi)星間的估計距離與接收器和參照衛(wèi)星間的估計距離之間的差將花費的時間。該裝置可以被配置為通過將所獲得的參照衛(wèi)星的經(jīng)過時間與第一時間與第二時間之間的差求和來形成預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)。該裝置可以被配置為通過迭代處理來確定接收器的位置，裝置被配置為對于第一迭代，估計在同一預(yù)定時刻的根據(jù)多個衛(wèi)星的位置的接收器與多個衛(wèi)星中的一個之間的各個距離；對于隨后的迭代，估計在不同預(yù)定時刻的根據(jù)多個衛(wèi)星的位置的接收器與多個衛(wèi)星中的一個之間的各個距離。該裝置可以被配置為在隨后的迭代的過程中，估計在第一時間和第二時間的各個距離。該裝置可以被配置為通過迭代過程來確定接收器的位置，裝置被配置為通過根據(jù)與所獲得的用于計算殘差的經(jīng)過時間的指標(biāo)相關(guān)聯(lián)的可靠性而向各個殘差施加相對權(quán)重， 來確定接收器的位置。該裝置可以被配置為根據(jù)與接收器相關(guān)聯(lián)的時鐘偏移來計算DOP參數(shù)。該裝置可以被配置為確定根據(jù)殘差計算的接收器的位置是不正確的；識別最大的殘差，并且以與由多個衛(wèi)星中的一個的信令事件的規(guī)則發(fā)送之間的時間間隔相對應(yīng)的量來調(diào)整殘差；并且根據(jù)所調(diào)整的殘差來重新計算接收器的位置。該裝置可以被配置為對于多個衛(wèi)星確定平均視向速度，并且選擇具有最接近于平均視向速度的視向速度的衛(wèi)星，作為參照衛(wèi)星。該裝置被配置為確定與從接收器到多個衛(wèi)星中的各個的方向向量的平均值相對應(yīng)的方向向量，并且選擇從接收器到衛(wèi)星的方向向量最接近于平均方向向量的該衛(wèi)星，作為參照衛(wèi)星。該裝置被配置為根據(jù)接收器的位置的估計中的誤差和從衛(wèi)星發(fā)送信號的時間的估計中的誤差的相對大小，來選擇多個衛(wèi)星中具有以下之一的衛(wèi)星作為參照衛(wèi)星最接近于平均視向速度的視向速度；或者最接近于平均方向向量的朝向接收器的方向向量。該裝置可以被配置為選擇多個衛(wèi)星中具有與平均視向速度和平均方向向量相關(guān)的視向速度和方向向量的最優(yōu)組合的衛(wèi)星，作為參照衛(wèi)星。該裝置可以被配置為對于多個衛(wèi)星中的各個計算度量#，其通過以下等式給出
λ2占 ο do'= [1 姑 la. (fi - nj] + [Wmax \b. (fi — Qj)] + \&tMAX I其中，fi是接收器與多個衛(wèi)星之間的單位向量的平均數(shù)；Iij是接收器與第j個衛(wèi)星之間的單位向量；Rmax是在GPS接收器的位置的初始估計中的最大誤差；Δ tmx是從多個衛(wèi)星的一個的信號的發(fā)送時間的初始估計中的最大誤差；￥是多個衛(wèi)星的平均視向速度；
$是第j個衛(wèi)星的視向速度；2和h是在GPS接收器的切向平面中的正交單位向量；裝置被配置為選擇當(dāng)用作第j個衛(wèi)星時生成最小度量的衛(wèi)星，作為參照衛(wèi)星。該裝置可以被配置為對于多個衛(wèi)星中的各個計算度量，其通過以下等式給出 2=[味題|α.(η;- n0)f + [IRmax\b, (n； - H0)]2 十[_腿I其中，Iij是接收器與第j個衛(wèi)星之間的單位向量；n0是接收器與被測試為參照的衛(wèi)星之間的單位向量；$是被測試為參照的衛(wèi)星的視向速度；$是第j個衛(wèi)星的視向速度；Rmax是GPS接收器的位置的初始估計中的最大誤差；Δ tmx是從多個衛(wèi)星的一個的信號的發(fā)送時間的初始估計中的最大誤差；2和h是在GPS接收器的切向平面中的正交單位向量；裝置被配置為選擇在所有j個衛(wèi)星中當(dāng)被測試為參照衛(wèi)星時生成最小的最大度量的衛(wèi)星，作為參照衛(wèi)星。該裝置被配置為通過以下方式來選擇參照衛(wèi)星輪流選擇多個衛(wèi)星中的各個作為參照衛(wèi)星的候選；對于各個候選衛(wèi)星，形成表示候選衛(wèi)星和其他各個衛(wèi)星的預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)中的組合誤差的殘差；對于各個候選衛(wèi)星，識別殘差中的最大值；并且選擇與最大殘差的最小值相對應(yīng)的候選衛(wèi)星，作為參照衛(wèi)星。該裝置可以被配置為選擇對于接收器可見的衛(wèi)星的子集，作為計算出接收器的位置所根據(jù)的多個衛(wèi)星。該裝置可以被配置為指定衛(wèi)星的子集中的一個衛(wèi)星作為參照衛(wèi)星。該裝置可以被配置為在第一迭代的過程中，根據(jù)包括第一數(shù)量的衛(wèi)星的衛(wèi)星的子集來計算接收器的位置，并且在隨后的迭代的過程中，根據(jù)包括第二數(shù)量的衛(wèi)星的衛(wèi)星的子集來計算接收器的位置，第二數(shù)量大于第一數(shù)量。該裝置可以被配置為通過以下方式來選擇衛(wèi)星的子集形成對于接收器可見的衛(wèi)星的候選集合；連續(xù)識別候選集合中的哪個衛(wèi)星與最小收斂域相關(guān)聯(lián)，并且從候選集合中除去該衛(wèi)星，直到候選集合由預(yù)定數(shù)量的衛(wèi)星組成為止；并且選擇包括候選集合中的預(yù)定數(shù)量的衛(wèi)星的衛(wèi)星的子集。該裝置可以被配置為選擇這樣的衛(wèi)星的子集，其由可見衛(wèi)星的集合中相對于接收器具有最高仰角水平的預(yù)定數(shù)量的衛(wèi)星組成。該裝置可以被配置為選擇這樣的衛(wèi)星的子集，其由可見衛(wèi)星的集合中相對于接收器具有最低視向速度的預(yù)定數(shù)量的衛(wèi)星組成。該裝置可以被配置為通過對于所獲得的經(jīng)過時間測試不同的整周模糊度來計算接收器的位置。根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式，提供了一種裝置，其被配置為通過以下方式來確定接收器的位置在由第一衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在接收器處的到達(dá)時間的小數(shù)部分、由第二衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在接收器處的到達(dá)時間的小數(shù)部分與接收器和第一衛(wèi)星以及第二衛(wèi)星之間的估計距離之間執(zhí)行比較，并且根據(jù)比較結(jié)果的小數(shù)部分計算接收器的位置。根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式，提供了一種方法，用于根據(jù)信令事件從多個衛(wèi)星傳播到接收器所花費的時間來計算接收器的位置，方法包括對于各個衛(wèi)星獲得信令事件從衛(wèi)星傳播到接收器的經(jīng)過時間的指標(biāo)，經(jīng)過時間的指標(biāo)包含有整周模糊度；并且形成信令事件從衛(wèi)星傳播到接收器的預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)；該方法還包括指定多個衛(wèi)星中的一個作為參照衛(wèi)星；將各個非參照衛(wèi)星的所獲得的經(jīng)過時間的指標(biāo)和預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)與參照衛(wèi)星的所獲得的經(jīng)過時間的指標(biāo)和預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)相比較，以形成表示在這些預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)中的組合誤差的殘差；并且根據(jù)殘差，在不計算所獲得的經(jīng)過時間中的整周模糊度的前提下計算接收器的位置。根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式，提供了一種計算機(jī)可讀介質(zhì)，其編碼有這樣的指令， 當(dāng)其由用于根據(jù)信令事件從多個衛(wèi)星傳播到接收器所花費的時間來計算接收器的位置的裝置來執(zhí)行時，使得裝置對于各個衛(wèi)星獲得信令事件從衛(wèi)星傳播到接收器的經(jīng)過時間的指標(biāo)，經(jīng)過時間的指標(biāo)包含有整周模糊度；并且形成信令事件從衛(wèi)星傳播到接收器的預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)；并且還使得裝置指定多個衛(wèi)星中的一個作為參照衛(wèi)星；將各個非參照衛(wèi)星的所獲得的經(jīng)過時間的指標(biāo)和預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)與參照衛(wèi)星的所獲得的經(jīng)過時間的指標(biāo)和預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)相比較，以形成表示在這些預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)中的組合誤差的殘差；并且根據(jù)殘差，在不計算所獲得的經(jīng)過時間中的整周模糊度的前提下計算接收器的位置。


為了更好的理解本發(fā)明，以示例方式對以下附圖進(jìn)行參考，其中圖IA示出了 GPS衛(wèi)星的信令事件的發(fā)送；圖IB示出了從兩個衛(wèi)星接收信號的GNSS接收器；圖2示出了兩個GNSS信號相對于絕對時間的定時，其中信令事件從衛(wèi)星星群的每個?；旧弦酝粫r間發(fā)送；圖3示出了用于計算GNSS接收器的位置的方法的步驟；圖4不出了兩個GNSS信號相對于絕對時間以不同時間發(fā)送的定時；圖5示出了用于計算GNSS接收器的位置的迭代方法的步驟；圖6示出了用于計算GNSS接收器的位置的方法的步驟，其包括有關(guān)可以丟棄計算得到的位置的標(biāo)準(zhǔn)；圖7示出了可以用于選擇參照衛(wèi)星的方法的步驟；圖8示出了衛(wèi)星星群的視向速度；圖9示出了用于根據(jù)絕對平方殘差選擇參照衛(wèi)星的方法的步驟；圖10示出了用于根據(jù)衛(wèi)星的平均位置向量選擇參照衛(wèi)星的方法的步驟；圖11示出了用于根據(jù)基于平均位置向量和平均速度向量的度量選擇參照衛(wèi)星的方法的步驟；圖12示出了用于根據(jù)度量選擇參照衛(wèi)星的方法的步驟；圖13示出了用于根據(jù)是時間還是位置誤差占主導(dǎo)對參照衛(wèi)星選擇方法進(jìn)行選擇的方法的步驟；圖14示出了在六衛(wèi)星星群中的收斂域；圖15示出了根據(jù)仰角選擇衛(wèi)星子集的步驟；圖16示出了多個收斂域的等高線；以及圖17示出了用于計算GPS或GNSS接收器的位置的裝置的實例。
具體實施例方式裝置可以被配置為根據(jù)多個衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在接收器處的到達(dá)時間來計算接收器的位置。到達(dá)時間表示每個信令事件傳播到接收器所花費的經(jīng)過時間。然而，信令事件被發(fā)送的時刻是未知的，因此關(guān)于每個信令事件的經(jīng)過時間，到達(dá)時間含有模糊性。裝置可被配置為通過將衛(wèi)星之一設(shè)計為參照衛(wèi)星來解決這種模糊性。然后，從其他衛(wèi)星接收到的信令事件的到達(dá)時間以來自參照衛(wèi)星的一個或多個信令事件的到達(dá)時間為基準(zhǔn)。具體地，當(dāng)與那些信令事件的預(yù)期到達(dá)時間進(jìn)行比較時，裝置可以形成用于表示來自參照衛(wèi)星的信令事件的到達(dá)時間和其他衛(wèi)星之一的信令事件的到達(dá)時間的組合誤差的殘差。本發(fā)明的一個或多個實施方式可以以衛(wèi)星導(dǎo)航或GNSS系統(tǒng)(如，GPS、GL0NASS、伽利略等)來實施。因此，盡管以下將關(guān)于GPS系統(tǒng)來具體描述本發(fā)明的一個或多個實施方式，但是這僅僅是示例性的，而不應(yīng)當(dāng)理解為本發(fā)明的范圍局限于GPS系統(tǒng)。事件的示例是I毫秒經(jīng)過時間或碼歷元或數(shù)據(jù)符號或位跳變等的發(fā)生。每顆衛(wèi)星上的事件導(dǎo)致信令事件的幾乎立即發(fā)送。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員熟知許多這樣的信令事件。事件的規(guī)律重復(fù)在導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)中是正常的。因此，信令事件可以是重復(fù)的，例如，GPS 系統(tǒng)中的C/A碼的開始以I毫秒間隔重復(fù)。重復(fù)的信令事件可被認(rèn)為是穿過與鄰近事件隔開與載波信號的波長相近的波長距尚的空間。該波長表不為λ。，并且可以在事件被隔開碼重復(fù)間隔的情況下，以碼波長作為基準(zhǔn)。重復(fù)信令事件的示例在圖IA中示出。該圖示出了 GPS衛(wèi)星中碼重復(fù)周期。每顆衛(wèi)星時鐘是自由運轉(zhuǎn)的，但是是朝向普通絕對時間基準(zhǔn)(GPS時間)連續(xù)行進(jìn)的。因此，分別針對每顆衛(wèi)星確定事件發(fā)生的實際時間。在圖IA中，碼重復(fù)周期由內(nèi)部GPS時鐘101來確定。內(nèi)部GPS時鐘中的每Ims經(jīng)過時間102觸發(fā)事件，從而促使衛(wèi)星產(chǎn)生C/A碼103。所產(chǎn)生的碼具有數(shù)個碼重復(fù)周期104，其中每個碼重復(fù)周期開始于與內(nèi)部GPS時鐘中的Ims 經(jīng)過時間一致的內(nèi)部碼歷元105。所產(chǎn)生的碼在被發(fā)送(107)之前在衛(wèi)星內(nèi)經(jīng)歷小的延遲 106。碼產(chǎn)生與碼發(fā)送之間的小的內(nèi)部延遲導(dǎo)致內(nèi)部碼歷元105與外部碼歷元108之間的小的偏離。外部碼歷元以Ims間隔隔開，因此可被認(rèn)為是表示衛(wèi)星GPS時鐘的外部可見版本。然后，由于信號109的經(jīng)過時間，使得碼經(jīng)受另一延遲。然后，GPS接收器可以使內(nèi)部碼復(fù)制品111與所接收到的碼110對準(zhǔn)，以產(chǎn)生內(nèi)部碼歷元112，其中由那些碼歷元所表示的信令事件的到達(dá)時間根據(jù)這些內(nèi)部碼歷元來確定。通常，每顆衛(wèi)星將在其信號中包括信息，以使得接收器能夠計算出衛(wèi)星發(fā)送特定信令事件的絕對時間。實踐中，衛(wèi)星將根據(jù)其自身的時鐘來發(fā)送信令事件，其中衛(wèi)星自身的時鐘通常偏離于絕對時間。然而，由于接收器根據(jù)星歷表或一些其他源知悉該偏離是多少， 所以在與使各個信令事件從衛(wèi)星傳播到其位置處所花費的時間比較時，其可允許該偏離。 然而，當(dāng)接收器處于差的信號條件下時，其不能夠解碼發(fā)送時間信息。盡管該問題可通過估計發(fā)送時間來克服，但是其仍留下信令事件在接收器處的到達(dá)時間模糊的問題，而該問題
需要解決。接收器可以通過識別接收信號中的信令事件來測量衛(wèi)星信號的到達(dá)時間。接收器的一個選擇是執(zhí)行所接收到的信號與PN擴(kuò)頻碼的本地生成版本間的相關(guān)性操作或等價處理步驟。作為該處理的結(jié)果，接收器使內(nèi)部產(chǎn)生的復(fù)制碼與從衛(wèi)星接收到的擴(kuò)頻碼對準(zhǔn)。如此進(jìn)行，接收器能夠根據(jù)其自身的內(nèi)部時鐘識別何時其接收到特定事件(例如，特定碼序列的開始)。如果接收器估測出衛(wèi)星發(fā)送信號時的時刻，其可從到達(dá)時間減去該發(fā)送信號時的時刻來獲得估計的經(jīng)過時間。不幸地是，碼波長通常短于使用者與衛(wèi)星之間的距離，所以接收器可識別的“事件”不是唯一的，而是以每個碼重復(fù)間隔重復(fù)的。換言之，盡管接收器可識別出到達(dá)時間為tl的信號中的事件，但是類似的事件會在時間為tl-tc的信號中出現(xiàn)，并且另一類似的事件將會出現(xiàn)在ti+tc，其中tc是碼重復(fù)間隔。對于接收器，這些事件可彼此區(qū)分開來，特別是在低信號電平時。在不能夠?qū)Ω嗟男盘栠M(jìn)行解碼的情況下，接收器不能直接獲知哪個到達(dá)時間將與估測出的發(fā)送時間進(jìn)行比較。因此，盡管接收器知道到達(dá)時間的-tc部分，但是并不清楚哪個是正確的整數(shù)部分。這遺留下在信號經(jīng)過時間中碼重復(fù)間隔tc的數(shù)目是未知的問題。民用的GPS信號的C/A碼以I毫秒間隔重復(fù)。在弱或短暫微弱信號的情況下，接收器僅能夠完成于I毫秒C/A碼的同步。因此，經(jīng)過時間的不可識別整數(shù)部分將是整數(shù)個毫秒，而可識別的小數(shù)部分將是亞I毫秒。對于GPS，經(jīng)過時間的整數(shù)毫秒部分通常在衛(wèi)星的67毫秒至86毫秒間變化，這超過使用者的視野范圍，從而導(dǎo)致大量的模糊事件識別。在另一示例中，GPS接收器可以達(dá)到對GPS信號更大程度的同步，在這種情況下，經(jīng)過時間的小數(shù)部分將大于I毫秒。例如，如果GPS接收器設(shè)法獲得與GPS信號同步的數(shù)據(jù)位或數(shù)據(jù)符號，則經(jīng)過時間的余下小數(shù)部分將小于為20毫秒的數(shù)據(jù)符號或位間隔。因此，當(dāng)接收器處于弱或短暫微弱信號的條件下時，接收器僅僅能夠測出經(jīng)過時間的小數(shù)部分(由到達(dá)時間的模糊部分所表示的)。本文中所使用的術(shù)語“小數(shù)”指的是衛(wèi)星信令事件的經(jīng)過時間的細(xì)分的任一部分。 術(shù)語“小數(shù)”意指涵蓋衛(wèi)星導(dǎo)航信號現(xiàn)在或?qū)砜梢韵薅ǖ娜魏文Ｖ?。?jīng)過時間的小數(shù)部分通常小于碼重復(fù)間隔。整個經(jīng)過時間通常包括小數(shù)部分和整數(shù)部分，但在弱信號條件下， 整數(shù)部分會是模糊的且不可識別的。因此，詞語“整數(shù)”指的是經(jīng)過時間的任何不可見或模糊部分，并且意指涵蓋衛(wèi)星信號現(xiàn)在或?qū)砜梢韵薅ǖ娜魏紊讨怠Ｕ麛?shù)部分可以表示經(jīng)過時間中所包含整數(shù)個碼重復(fù)間隔。術(shù)語“到達(dá)時間”用于指代接收器接收到信令事件時的時刻。到達(dá)時間給出了信令事件的經(jīng)過時間的指標(biāo)?？稍诮邮掌鲀?nèi)相對于時間基測量信令事件的到達(dá)時間。接收器時鐘的已知時間尺度可用于形成來自不同衛(wèi)星的信令事件的到達(dá)時間之間的時間差的估計。接收器時間基相對于絕對時間(如，GPS時間)的校準(zhǔn)是未確定的接收器參數(shù)。校準(zhǔn)可以通過進(jìn)行計算來完成，從而求出接收器的坐標(biāo)。本文中所描述的本發(fā)明避免了對通過使用已知的接收器時鐘的時間尺度進(jìn)行任何的這種校準(zhǔn)從而形成對來自不同衛(wèi)星的信令事件的到達(dá)間的時間差的估計的需要。因此，接收器時鐘與絕對時間間的偏離或偏移會損害測量。通過詳細(xì)地設(shè)計接收器系統(tǒng)，時間尺度是已知的。通常，時間尺度與絕對時間相比會呈現(xiàn)出小的(時間)偏移率，這是由于在接收器制造期間組件的規(guī)定公差造成的。本發(fā)明的優(yōu)選實施方式通過選擇在彼此短時間內(nèi)到達(dá)的信令事件而使該部分可忽略，降低了對偏移率的依賴性。在沒有GPS時間的情況下，用于計算GPS接收器的位置的一些現(xiàn)有方法通過計算經(jīng)過時間的整數(shù)部分而解決了所測出的到達(dá)時間的模糊性。該計算通常使用對接收器位置的初始估計以及發(fā)送信號時的初始估計，來估計接收器與衛(wèi)星之間的距離。由于衛(wèi)星信號以已知的光速傳播，所以估計的距離可用于估計整個經(jīng)過時間，包括碼重復(fù)間隔tc的整數(shù)部分。本發(fā)明的一個或多個實施方式通過能夠在不計算該整數(shù)的值的情況下解決整數(shù)模糊的問題，而與這些現(xiàn)有的技術(shù)區(qū)別開來。裝置通?？墒褂脕碜?顆以上衛(wèi)星的信號來獲得關(guān)于接收器的3D位置固定。如果對算法設(shè)置附加約束(例如，通過固定接收器的高度)，則位置算法可以需要小于5顆衛(wèi)星。衛(wèi)星之一可被設(shè)計為參照衛(wèi)星。然后，可將其他四顆衛(wèi)星的估計距離和經(jīng)過時間與參照衛(wèi)星的等價值進(jìn)行比較。這具有兩方面的優(yōu)點首先，其解決了測出的到達(dá)時間中整數(shù)模糊的問題，其次，其消除了測量時刻時未知的接收器時鐘偏移，這是因為每個信令事件的到達(dá)與來自參照衛(wèi)星的信令事件的到達(dá)的參考值進(jìn)行比較。以此方式，接收器時鐘偏移不會損害測量并且不會進(jìn)入位置計算。然而，接收器時鐘用于提供用于測量各個信令事件的到達(dá)時間之間的時間差的時間尺度。本文中所描述的用于測量接收器的坐標(biāo)的裝置可被配置為使用絕對時間的初始估計和接收器位置計算接收器的坐標(biāo)。計算還可以使用星歷表信息，使得估計的絕對時間時的衛(wèi)星的估計位置可被確定。接收器位置的估計可基于例如之前算出的接收器的位置或基于對從另一源(例如，蜂窩網(wǎng)絡(luò)或手動輸入或從使用者設(shè)備上的數(shù)據(jù)輸入端口)接收到的位置的估計。絕對時間的估計類似地可基于之前算出的值(該值隨著逝去的時間而不斷地更新)，或從來自衛(wèi)星(例如，蜂窩網(wǎng)絡(luò))、來自接收器時鐘、通過手動輸入或來自數(shù)據(jù)端口的不同源接收到的絕對時間版本。星歷表信息可以是從之前的坐標(biāo)計算已存儲的，可以是從衛(wèi)星(例如，蜂窩網(wǎng)絡(luò))之外的源獲得的，或根據(jù)需要可從每顆衛(wèi)星直接獲得，或存在于連續(xù)的數(shù)據(jù)流或廣播星歷表信息的分離片段中。對于借助于接收到的信令事件準(zhǔn)確確定坐標(biāo)的解，衛(wèi)星與接收器之間的距離的初始估計應(yīng)精確在碼波長一半λ。/2的范圍內(nèi)。對于GPS C/A碼信號，其給出了 O. 5ms乘以光速的所需精確度，約為150km。如果估計的距離的誤差大于λ J2，則會存在誤差導(dǎo)致“整數(shù)滾轉(zhuǎn)(rollover)”的風(fēng)險，即導(dǎo)致所估計的經(jīng)過時間的整數(shù)部分的值不正確。整數(shù)滾轉(zhuǎn)也可由接收器時鐘偏移引起。具體地，如果在接收器時鐘偏移添加至估計的經(jīng)過時間時，結(jié)果接近于整數(shù)tC邊界，則接收器時鐘偏移會引起整數(shù)滾轉(zhuǎn)。本發(fā)明的一個或多個實施方式通過測量與根據(jù)來自衛(wèi)星的進(jìn)入信號的移動時間基有關(guān)的到達(dá)時間，可以消除對接收器時鐘的該依賴性。這可通過對每一到達(dá)時間或其部分與從參照衛(wèi)星接收到的信令時間的到達(dá)時間進(jìn)行比較來實現(xiàn)。用于計算接收器的位置的裝置可以包括接收器，或可以位于與接收器(從接收器可獲得經(jīng)過時間的測量部分)相同的設(shè)備片中。在優(yōu)選實施方式中，裝置可以是手持設(shè)備。 裝置還可以與接收器分離。例如，裝置可以是服務(wù)器。在該場景下，接收器適于通過通信鏈路向裝置發(fā)送到達(dá)時間。裝置可類似地將坐標(biāo)計算結(jié)果返回至接收器。通信鏈路可以采用本領(lǐng)域中通常熟知的若干形式中的一種，諸如無線通信、包通信、尋呼系統(tǒng)、因特網(wǎng)或通信鏈路的其他有線形式。每顆衛(wèi)星可以發(fā)送擴(kuò)頻碼序列，其是專屬于CDMA系統(tǒng)中的發(fā)射衛(wèi)星的位置偽噪聲碼。借助于接收器內(nèi)的同一碼復(fù)制品的對準(zhǔn)，碼序列的特征可被識別和提取。一個這樣的特征是被定義為碼序列的開始位置的碼歷元。對于GPS C/A碼，該狀態(tài)通常在兩個發(fā)生器觸發(fā)器(在IS GPS 200E或前一版本中定義的Gl和G2)轉(zhuǎn)變成觸發(fā)器包括“所有”條件下的狀態(tài)時發(fā)生。因此，碼序列的連續(xù)發(fā)送可表示為信令時間的重復(fù)系列，每個均等價于碼歷元的發(fā)送。信令事件的接收時間可根據(jù)接收器中的等價復(fù)制碼發(fā)生器來確定，在其也達(dá)到相同的至“所有”狀態(tài)的轉(zhuǎn)變的時刻，與從衛(wèi)星接收到的信號對準(zhǔn)。本文中所描述的各個實施方式涉及以距離和時間單位表示的值。這些值通常涉及 GPS信號的傳輸，GPS信號具有已知的速度(光速)，因此通?？扇菀椎貜囊跃嚯x表示的值轉(zhuǎn)換成以時間表示的值，反之亦然。以下給出的式子通常以時間表示，這是因為衛(wèi)星信號接收器對信令事件的到達(dá)的測量是基于時間進(jìn)行的。然而，等價的距離量可通過乘以光速來推導(dǎo)出。因此，以下的式子容易在以距離表示的和以時間表示的之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且不意指局限于以下所表達(dá)的特定形式的范圍內(nèi)。單差方法的介紹圖IB示出了 GPS接收器113從兩個GPS衛(wèi)星114和116接收GPS信號118和119。 每顆衛(wèi)星沿著各自的軌道(115和117)行進(jìn)。GPS接收器可以指定衛(wèi)星之一作為參照衛(wèi)星。 該衛(wèi)星設(shè)定測量所有其他信號所相對的時間基。首先，假設(shè)從單個衛(wèi)星114接收到信號的情況。信號119在GPS接收器113處的到達(dá)時間可表示為
權(quán)利要求
1.一種裝置，用于根據(jù)信令事件從多個衛(wèi)星傳播到接收器所花費的時間來計算所述接收器的位置，所述裝置被配置為對于各個衛(wèi)星獲得信令事件從所述衛(wèi)星傳播到所述接收器的經(jīng)過時間的指標(biāo)，所述經(jīng)過時間的指標(biāo)包含有整周模糊度；并且形成信令事件從所述衛(wèi)星傳播到所述接收器的預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)；所述裝置還被配置為指定所述多個衛(wèi)星中的一個作為參照衛(wèi)星；將各個非參照衛(wèi)星的所獲得的所述經(jīng)過時間的指標(biāo)和所述預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)與所述參照衛(wèi)星的所獲得的所述經(jīng)過時間的指標(biāo)和所述預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)相比較，以形成表示在這些預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)中的組合誤差的殘差；并且根據(jù)所述殘差，在不計算所獲得的所述經(jīng)過時間中的所述整周模糊度的前提下計算所述接收器的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述裝置被配置為使用所述接收器處的信令事件的到達(dá)時間作為所獲得的該信令事件的經(jīng)過時間的指標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的裝置，其中，所述裝置被配置為使用所述接收器處的信令事件的到達(dá)時間的小數(shù)部分作為所獲得的所述信令事件的經(jīng)過時間的指標(biāo)。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為通過測量由所述參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件到達(dá)所述接收器與由所述非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件到達(dá)所述接收器之間的時間差，來比較所獲得的所述參照衛(wèi)星與各個非參照衛(wèi)星的所述經(jīng)過時間的指標(biāo)。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為對于各個衛(wèi)星通過估計該衛(wèi)星與GPS接收器之間的距離來形成所述預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為對于各個衛(wèi)星通過以下方式來形成所述預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)估計所述接收器的位置；根據(jù)所估計的絕對時間和星歷信息來估計所述衛(wèi)星的位置；并且根據(jù)所估計的所述接收器和所述衛(wèi)星的位置來計算所述預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為通過從各個所獲得的信令事件的經(jīng)過時間的指標(biāo)除去與發(fā)送該信令事件的衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的時鐘偏移來形成調(diào)整經(jīng)過時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述裝置被配置為以距離或時間之一為單位來表示所述調(diào)整經(jīng)過時間和所述預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)這兩者，所述裝置被配置為對于各個非參照衛(wèi)星通過以下方式形成所述殘差從所述非參照衛(wèi)星的調(diào)整經(jīng)過時間的表示中減去所述非參照衛(wèi)星的預(yù)期經(jīng)過時間的表不;從所述參照衛(wèi)星的調(diào)整經(jīng)過時間的表示中減去所述參照衛(wèi)星的預(yù)期經(jīng)過時間的表示；計算對于所述非參照衛(wèi)星的減法的結(jié)果與對于所述參照衛(wèi)星的減法的結(jié)果之間的差。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為通過計算
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的裝置，其中，所述裝置被配置為對各個殘差執(zhí)行模運算，以識別該殘差的小數(shù)部分，所述裝置被配置為根據(jù)這些小數(shù)部分來計算所述接收器的位置。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述多個衛(wèi)星中的每一個被配置為在由重復(fù)間隔t。所分開的時刻發(fā)送信令事件，所述裝置被配置為通過識別各個殘差的亞-tc部分、并且如果結(jié)果大于te/2則從該亞毫秒部分減去tc，而在范圍土te/2內(nèi)重構(gòu)建所述殘差。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為通過識別各個殘差的亞毫秒部分、并且如果結(jié)果大于半毫秒則從該亞毫秒部分減去一毫秒，而在-O. 5ms至 O. 5ms的范圍內(nèi)重構(gòu)建所述殘差。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的裝置，其中，所述裝置被配置為以距離為單位表示所重構(gòu)建的殘差，并且根據(jù)這些距離來計算所述接收器的位置。
14.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為通過預(yù)測由非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在所述接收器處的到達(dá)時間，來形成該非參照衛(wèi)星的預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述裝置被配置為根據(jù)由所述參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在所述接收器處的到達(dá)時間，來形成預(yù)測。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的裝置，其中，所述信令事件由所述多個衛(wèi)星以規(guī)則間隔而發(fā)送，所述裝置被配置為通過以下方式獲得非參照衛(wèi)星的經(jīng)過時間的指標(biāo)識別由該衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在所述接收器處的一個或多個到達(dá)時間；通過從各個信令事件除去與該衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的時鐘偏移來形成所識別的信令事件的調(diào)整到達(dá)時間；并且選擇與該衛(wèi)星的預(yù)測到達(dá)時間最接近的調(diào)整到達(dá)時間作為所獲得的經(jīng)過時間的指標(biāo)。
17.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為根據(jù)與所述參照衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的時鐘，在第一時間獲得由所述參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在所述接收器處的到達(dá)時間，作為所述參照衛(wèi)星的經(jīng)過時間的指標(biāo)；并且根據(jù)與所述非參照衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的時鐘，在所述第一時間將所述非參照衛(wèi)星的預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)形成為由所述非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在所述接收器處的到達(dá)時間的預(yù)測。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的裝置，其中，所述信令事件由所述多個衛(wèi)星以規(guī)則間隔而發(fā)送，所述裝置被配置為根據(jù)與所述參照衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的時鐘，在第一時間獲得由所述參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在所述接收器處的到達(dá)時間，作為所述參照衛(wèi)星的經(jīng)過時間的指標(biāo)；并且根據(jù)與所述非參照衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的時鐘，在與所述第一時間不同的第二時間選擇由所述非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在所述接收器處的到達(dá)時間，作為所獲得的所述非參照衛(wèi)星的經(jīng)過時間的指標(biāo)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述裝置被配置為選擇由所述非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件的到達(dá)時間以處于由所述參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在所述接收器處的到達(dá)時間的預(yù)定時間間隔內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的裝置，其中，所述預(yù)定時間間隔小于等于所述多個衛(wèi)星中的一個的信令事件的規(guī)則發(fā)送之間的時間間隔的一半。
21.根據(jù)權(quán)利要求16至20中的任一項所述的裝置，其中，所述裝置被配置為通過在被選擇為所獲得的經(jīng)過時間的指標(biāo)的信令事件的調(diào)整到達(dá)時間與該信令事件的預(yù)測到達(dá)時間之間執(zhí)行減法而形成非參照衛(wèi)星的殘差。
22.根據(jù)權(quán)利要求17至19中的任一項所述的裝置，其中，所述裝置被配置為通過以下方式來形成所述非參照衛(wèi)星的殘差通過從各個到達(dá)時間除去與發(fā)送信令事件的衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的時鐘偏移來形成所述信令事件的調(diào)整到達(dá)時間；確定由所述參照衛(wèi)星與所述非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件的調(diào)整到達(dá)時間之間的差； 確定由所述參照衛(wèi)星與所述非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件的預(yù)測到達(dá)時間之間的差；并且在所確定的差之間執(zhí)行減法。
23.根據(jù)權(quán)利要求12至20中的任一項所述的裝置，其中，所述裝置被配置為通過將由所述參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件的到達(dá)時間與以下求和來預(yù)測由所述非參照衛(wèi)星發(fā)送的信令事件的到達(dá)時間與所述非參照衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)地時鐘偏移和與所述參照衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)地時鐘偏移之間的差；以及信令事件傳播所述接收器和所述非參照衛(wèi)星間的估計距離與所述接收器和所述參照衛(wèi)星間的估計距離之間的差將花費的時間。
24.根據(jù)引用權(quán)利要求18的權(quán)利要求23所述的裝置，其中，所述裝置被配置為通過將所獲得的所述參照衛(wèi)星的經(jīng)過時間與所述第一時間與所述第二時間之間的差求和來形成所述預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)。
25.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為通過迭代處理來確定所述接收器的位置，所述裝置被配置為對于第一迭代，估計在同一預(yù)定時刻的根據(jù)所述多個衛(wèi)星的位置的所述接收器與所述多個衛(wèi)星中的一個之間的各個距離；對于隨后的迭代，估計在不同預(yù)定時刻的根據(jù)所述多個衛(wèi)星的位置的所述接收器與所述多個衛(wèi)星中的一個之間的各個距離。
26.根據(jù)引用權(quán)利要求18的權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述裝置被配置為在所述隨后的迭代的過程中，估計在所述第一時間和所述第二時間的各個距離。
27.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為通過迭代過程來確定所述接收器的位置，所述裝置被配置為通過根據(jù)與所獲得的用于計算所述殘差的經(jīng)過時間的指標(biāo)相關(guān)聯(lián)的可靠性而向各個殘差施加相對權(quán)重，來確定所述接收器的位置。
28.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為根據(jù)與所述接收器相關(guān)聯(lián)的時鐘偏移來計算DOP參數(shù)。
29.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為確定根據(jù)所述殘差計算的所述接收器的位置是不正確的；識別最大的殘差，并且以與由所述多個衛(wèi)星中的一個的信令事件的規(guī)則發(fā)送之間的時間間隔相對應(yīng)的量來調(diào)整所述殘差；并且根據(jù)所調(diào)整的殘差來重新計算所述接收器的位置。
30.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為對于所述多個衛(wèi)星確定平均視向速度，并且選擇具有最接近于所述平均視向速度的視向速度的衛(wèi)星，作為所述參照衛(wèi)星。
31.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為確定與從所述接收器到所述多個衛(wèi)星中的各個的方向向量的平均值相對應(yīng)的方向向量，并且選擇從所述接收器到衛(wèi)星的方向向量最接近于平均方向向量的該衛(wèi)星，作為所述參照衛(wèi)星。
32.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為根據(jù)所述接收器的位置的估計中的誤差和從衛(wèi)星發(fā)送信號的時間的估計中的誤差的相對大小，來選擇所述多個衛(wèi)星中具有以下之一的衛(wèi)星作為所述參照衛(wèi)星最接近于所述平均視向速度的視向速度；或者最接近于所述平均方向向量的朝向所述接收器的方向向量。
33.根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的裝置，其中，所述裝置被配置為選擇所述多個衛(wèi)星中具有與所述平均視向速度和所述平均方向向量相關(guān)的視向速度和方向向量的最優(yōu)組合的衛(wèi)星，作為所述參照衛(wèi)星。
34.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為對于所述多個衛(wèi)星中的各個計算度量其通過以下等式給出
35.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為對于所述多個衛(wèi)星中的各個計算度量其通過以下等式給出
36.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為通過以下方式來選擇參照衛(wèi)星輪流選擇所述多個衛(wèi)星中的各個作為所述參照衛(wèi)星的候選；對于各個候選衛(wèi)星，形成表示所述候選衛(wèi)星和其他各個衛(wèi)星的預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)中的組合誤差的殘差；對于各個候選衛(wèi)星，識別所述殘差中的最大值；并且選擇與最大殘差的最小值相對應(yīng)的候選衛(wèi)星，作為所述參照衛(wèi)星。
37.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為選擇對于所述接收器可見的衛(wèi)星的子集，作為計算出所述接收器的位置所根據(jù)的所述多個衛(wèi)星。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的裝置，其中，所述裝置被配置為指定所述衛(wèi)星的子集中的一個衛(wèi)星作為所述參照衛(wèi)星。
39.根據(jù)權(quán)利要求34或35所述的裝置，其中，所述裝置被配置為在第一迭代的過程中， 根據(jù)包括第一數(shù)量的衛(wèi)星的衛(wèi)星的子集來計算所述接收器的位置，并且在隨后的迭代的過程中，根據(jù)包括第二數(shù)量的衛(wèi)星的衛(wèi)星的子集來計算所述接收器的位置，所述第二數(shù)量大于所述第一數(shù)量。
40.根據(jù)權(quán)利要求35至37中的任一項所述的裝置，其中，所述裝置被配置為通過以下方式來選擇所述衛(wèi)星的子集形成對于所述接收器可見的衛(wèi)星的候選集合；連續(xù)識別所述候選集合中的哪個衛(wèi)星與最小收斂域相關(guān)聯(lián)，并且從所述候選集合中除去該衛(wèi)星，直到所述候選集合由預(yù)定數(shù)量的衛(wèi)星組成為止；并且選擇包括所述候選集合中的預(yù)定數(shù)量的衛(wèi)星的衛(wèi)星的子集。
41.根據(jù)權(quán)利要求35至39中的任一項所述的裝置，其中，所述裝置被配置為選擇這樣的衛(wèi)星的子集，其由可見衛(wèi)星的集合中相對于所述接收器具有最高仰角水平的預(yù)定數(shù)量的衛(wèi)星組成。
42.根據(jù)權(quán)利要求35至39中的任一項所述的裝置，其中，所述裝置被配置為選擇這樣的衛(wèi)星的子集，其由可見衛(wèi)星的集合中相對于所述接收器具有最低視向速度的預(yù)定數(shù)量的衛(wèi)星組成。
43.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述裝置被配置為通過對于所獲得的經(jīng)過時間測試不同的整周模糊度來計算所述接收器的位置。
44.一種裝置，被配置為通過以下方式來確定接收器的位置在由第一衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在所述接收器處的到達(dá)時間的小數(shù)部分、由第二衛(wèi)星發(fā)送的信令事件在所述接收器處的到達(dá)時間的小數(shù)部分與所述接收器和所述第一衛(wèi)星以及所述第二衛(wèi)星之間的估計距離之間執(zhí)行比較，并且根據(jù)比較結(jié)果的小數(shù)部分計算所述接收器的位置。
45.一種方法，用于根據(jù)信令事件從多個衛(wèi)星傳播到接收器所花費的時間來計算所述接收器的位置，所述方法包括對于各個衛(wèi)星獲得信令事件從所述衛(wèi)星傳播到所述接收器的經(jīng)過時間的指標(biāo)，所述經(jīng)過時間的指標(biāo)包含有整周模糊度；并且形成信令事件從所述衛(wèi)星傳播到所述接收器的預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)；所述方法還包括指定所述多個衛(wèi)星中的一個作為參照衛(wèi)星；將各個非參照衛(wèi)星的所獲得的所述經(jīng)過時間的指標(biāo)和所述預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)與所述參照衛(wèi)星的所獲得的所述經(jīng)過時間的指標(biāo)和所述預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)相比較，以形成表示在這些預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)中的組合誤差的殘差；并且根據(jù)所述殘差，在不計算所獲得的所述經(jīng)過時間中的所述整周模糊度的前提下計算所述接收器的位置。
46.一種計算機(jī)可讀介質(zhì)，其編碼有這樣的指令，當(dāng)其由用于根據(jù)信令事件從多個衛(wèi)星傳播到接收器所花費的時間來計算所述接收器的位置的裝置來執(zhí)行時，使得所述裝置對于各個衛(wèi)星獲得信令事件從所述衛(wèi)星傳播到所述接收器的經(jīng)過時間的指標(biāo)，所述經(jīng)過時間的指標(biāo)包含有整周模糊度；并且形成信令事件從所述衛(wèi)星傳播到所述接收器的預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)；并且還使得所述裝置指定所述多個衛(wèi)星中的一個作為參照衛(wèi)星；將各個非參照衛(wèi)星的所獲得的所述經(jīng)過時間的指標(biāo)和所述預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)與所述參照衛(wèi)星的所獲得的所述經(jīng)過時間的指標(biāo)和所述預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)相比較，以形成表示在這些預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)中的組合誤差的殘差；并且根據(jù)所述殘差，在不計算所獲得的所述經(jīng)過時間中的所述整周模糊度的前提下計算所述接收器的位置。
47.本文中參照附圖所實質(zhì)描述的裝置。
48.本文中參照附圖所實質(zhì)描述的方法。
49.本文中參照附圖所實質(zhì)描述的計算機(jī)程序。
全文摘要
本發(fā)明提供了確定位置的裝置和方法，其中，該裝置用于根據(jù)信令事件從多個衛(wèi)星傳播到接收器所花費的時間來計算接收器的位置，其被配置為對于各個衛(wèi)星獲得信令事件從衛(wèi)星傳播到接收器的經(jīng)過時間的指標(biāo)，經(jīng)過時間的指標(biāo)包含有整周模糊度；并且形成信令事件從衛(wèi)星傳播到接收器的預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)；該裝置還被配置為指定多個衛(wèi)星中的一個作為參照衛(wèi)星；將各個非參照衛(wèi)星的所獲得的經(jīng)過時間的指標(biāo)和預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)與參照衛(wèi)星的所獲得的經(jīng)過時間的指標(biāo)和預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)相比較，以形成表示在這些預(yù)期經(jīng)過時間的指標(biāo)中的組合誤差的殘差；并且根據(jù)殘差，在不計算所獲得的經(jīng)過時間中的整周模糊度的前提下計算接收器的位置。
文檔編號G01S19/42GK102608634SQ20121000227
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月5日
發(fā)明者安東尼·理查德·普拉特, 默里·羅伯特·加爾維斯 申請人:劍橋硅無線電有限公司