用于全球定位系統(tǒng)(gps)接收機的濾波的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本公開總體上涉及全球定位系統(tǒng)(GPS)的領(lǐng)域，具體地說，涉及在GPS接收機中估 計位置的濾波技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于標(biāo)準(zhǔn)移動或動態(tài)GPS設(shè)備，例如使用載波相位測量進(jìn)行增量（delta)距離 (range)定位的典型方法使用一秒的增量距離間隔，其與用戶速度和位置的常規(guī)Kalman濾 波器狀態(tài)的典型更新步驟一致。
【附圖說明】
[0003] 圖1描述根據(jù)本公開各個方面和原理的方位/位置估計信息系統(tǒng)的概述。
[0004] 圖2示出根據(jù)本公開各個方面和原理的示例性增量距離測量模塊的框圖。
[0005] 圖3描繪根據(jù)本公開各個方面和原理的在不同時間處用戶的位置與移動衛(wèi)星之間 的幾何關(guān)系的不例。
[0006] 圖4示出根據(jù)本公開各個方面和原理的一個估計濾波器的實現(xiàn)架構(gòu)的示例。
[0007] 圖5示出根據(jù)本公開各個方面和原理的另一估計濾波器的實現(xiàn)架構(gòu)的示例。
【具體實施方式】
[0008] 在以下的描述中，相同組件已經(jīng)給定相同標(biāo)號，而無論它們是否示出于不同實施 例中。為了以清楚并且簡明的方式示出本公開實施例，附圖可以不一定按比例，并且可以通 過稍微示意性形式示出特定特征。關(guān)于一個實施例所描述和/或示出的特征可以通過相同 方式或通過相似方式用在一個或多個其它實施例中和/或與其它實施例的特征的組合中或 替代其它實施例的特征。
[0009] 根據(jù)本公開的各個方面和實施例，描述一種用于增量距離和濾波器(或濾波技術(shù)） 的測量模型。可以基于與具有比用于增量距離測量的典型時間段(例如，一秒)更長或延長 (例如，達(dá)N個時期(epoch)或時刻）的時間段有關(guān)的載波信號相位值來測量增量距離或距離 差值。因此，根據(jù)各個實施例的增量距離可以看作"延長的增量距離"。此外，增量距離可以 是"在時間上重疊的"，因為:距離或相位值可以存儲在移位寄存器中，然后從移位寄存器訪 問距離或相位值作為延遲的相位值，以用于增量距離計算?？梢酝ㄟ^來自PLL的新的相位測 量，每個時期(例如，一秒)更新移位寄存器，由此按例如一秒的定期更新速率計算增量距離 并且將其提供給濾波器。
[0010]此外，根據(jù)各個實施例，濾波器或濾波技術(shù)可以基于Kalman濾波器或濾波技術(shù)，但 與濾波器關(guān)聯(lián)的狀態(tài)可以不同于用于GPS接收機的Kalman濾波器中所使用的典型位置和速 度狀態(tài)。例如，可以使用具有兩個位置狀態(tài)或位置狀態(tài)和擴展的速度狀態(tài)的濾波器。該濾波 器可以包括或關(guān)聯(lián)于用于存儲多個后驗狀態(tài)值的移位寄存器以及用于存儲后驗誤差協(xié)方 差值的移位寄存器，并且濾波器的每個時期或每個估計周期傳播所述移位寄存器。該增量 距離測量模型和濾波器已經(jīng)表現(xiàn)出性能優(yōu)于使用一秒間隔的常規(guī)濾波器并且其改善的狀 態(tài)與常規(guī)用戶速度和單個位置一致。
[0011] 根據(jù)本公開一個方面，所提出的是一種包括增量距離測量(DRM)模塊和濾波器的 設(shè)備。DRM模塊可以被配置為:測量與第一時刻有關(guān)的第一距離值和與第二時刻有關(guān)的第二 距離值之間的距離差值，其中，第一距離值和第二距離值指示分別在第一時刻和第二時刻 時的設(shè)備與導(dǎo)航衛(wèi)星之間的空間關(guān)系。第一時刻與第二時刻之間的時間段(例如，N個時期 或秒)可以大于更新距離值的周期間隔（例如，等于一個時期或秒）。此外，距離差值可以至 少部分地基于與衛(wèi)星關(guān)聯(lián)的載波信號在第一時刻時的相位與該載波信號在第二時刻時的 相位的差。在多個相繼時刻處確定的載波信號的相位可以存儲在移位寄存器中。更新距離 值的周期間隔可以包括對載波信號的新的相位進(jìn)行采樣的周期間隔，并且第一時刻與第二 時刻之間的時間段大于對載波信號的新的相位進(jìn)行采樣的周期間隔。
[0012] 濾波器可以被配置為:對于第一（估計或濾波）周期，至少基于距離差值和設(shè)備的 位置的先前估計來計算設(shè)備的位置的當(dāng)前估計。例如，對于該第一周期，濾波器可以至少基 于距離差值以及第一位置和第二位置的先驗估計以及衛(wèi)星與第一位置之間的視線(LOS)距 離矢量（即，LOS距離和角度)和/或衛(wèi)星與第二位置之間的LOS距離矢量，來計算設(shè)備的第一 位置的當(dāng)前估計和設(shè)備的第二位置的當(dāng)前估計。濾波器也可以利用與第一位置和第二位置 有關(guān)的誤差協(xié)方差的先驗估計來計算第一位置當(dāng)前估計和第二位置當(dāng)前估計，并且提供與 第一位置和第二位置有關(guān)的誤差協(xié)方差的當(dāng)前估計。
[0013] 在另一示例中，對于第一周期，濾波器被配置為:至少基于距離差值以及位置差和 第二位置的先驗估計以及衛(wèi)星與第一位置之間的視線（LOS)距離矢量和/或衛(wèi)星與第二位 置之間的LOS距離矢量，來計算設(shè)備的第一位置與設(shè)備的第二位置之間的位置差的當(dāng)前估 計以及設(shè)備的第二位置的當(dāng)前估計。濾波器可以進(jìn)一步基于與位置差和第二位置有關(guān)的誤 差協(xié)方差的先驗估計來計算位置差的當(dāng)前估計和第二位置的當(dāng)前估計。濾波器還可以被配 置為:提供與位置差和第二位置有關(guān)的誤差協(xié)方差的當(dāng)前估計。
[0014] 根據(jù)本公開另一方面，提出一種可以由處理器實現(xiàn)或執(zhí)行的方法，并且所述方法 可以包括:測量與第一時刻有關(guān)的第一距離值和與第二時刻有關(guān)的第二距離值之間的距離 差值，其中，第一距離值和第二距離值指示分別在第一時刻和第二時刻時的設(shè)備與導(dǎo)航衛(wèi) 星之間的空間關(guān)系。第一時刻與第二時刻之間的時間段可以大于更新距離值的周期間隔。 距離差值可以至少基于與衛(wèi)星關(guān)聯(lián)的載波信號在第一時刻時的相位與該載波信號在第二 時刻時的相位的差。在多個相繼時刻處確定的載波信號的相位可以存儲在移位寄存器中。 更新距離值的周期間隔可以包括對載波信號的新的相位進(jìn)行采樣的周期間隔，并且第一時 刻與第二時刻之間的時間段大于對載波信號的新的相位進(jìn)行采樣的周期間隔。
[0015] 所述方法還可以包括:對于第一估計周期，至少基于距離差值以及設(shè)備的位置的 先驗估計來計算設(shè)備的位置的當(dāng)前估計。例如，對于第一估計周期，對當(dāng)前估計的計算可以 包括:計算設(shè)備的第一位置的當(dāng)前估計和設(shè)備的第二位置的當(dāng)前估計，其中，至少基于距離 差值以及第一位置和第二位置的先驗估計來計算第一位置當(dāng)前估計和第二位置當(dāng)前估計。
[0016] 在另一示例中，對于第一估計周期，對當(dāng)前估計的計算可以包括:計算設(shè)備的第一 位置與設(shè)備的第二位置之間的位置差的當(dāng)前估計以及設(shè)備的第二位置的當(dāng)前估計，其中， 至少基于距離差值以及位置差和第二位置的先驗估計來計算位置差的當(dāng)前估計和第二位 置的當(dāng)前估計。
[0017] 根據(jù)本公開另一方面，提供一種包括計算機可執(zhí)行指令的計算機可讀介質(zhì)。指令 當(dāng)由處理器執(zhí)行時使得處理器實現(xiàn)本公開中所提出的一個或多個方法和/或設(shè)備功能。
[0018] 這些和其它特征和特性以及操作方法、結(jié)構(gòu)和各部分的組合的有關(guān)要素的功能以 及制造的經(jīng)濟(jì)性將在參照附圖考慮以下描述和所附權(quán)利要求時變得更清楚，所有附圖形成 該說明書的一部分，其中，相同標(biāo)號在各個附圖中指定對應(yīng)部分。然而，應(yīng)明確理解，附圖的 目的僅是說明和描述，而非意圖作為權(quán)利要求的限制的限定。如說明書和權(quán)利要求中使用 的那樣，單數(shù)形式"一個"、"某個"以及"這個"包括復(fù)數(shù)指代，除非上下文另外清楚地明令。
[0019] 圖1描繪根據(jù)本公開各個方面和原理的位置估計和跟蹤系統(tǒng)100的概述。系統(tǒng)100 的架構(gòu)包括:無線設(shè)備102;以及存儲與方位有關(guān)的輔助/協(xié)助信息的多個輔助/協(xié)助數(shù)據(jù) 源，被配置為:使用射頻(RF)信號或經(jīng)由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(例如，基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)的網(wǎng)絡(luò)(例如 互聯(lián)網(wǎng)））與設(shè)備102進(jìn)行通信。在一些實施例中，協(xié)助數(shù)據(jù)源中的一個或多個可以是一個或 多個蜂窩網(wǎng)絡(luò)的一部分并且部署在一個或多個蜂窩網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，一個或多個蜂窩網(wǎng)絡(luò)使用來自 協(xié)助數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)將基于方位的服務(wù)提供給它們的訂戶/用戶。此外，在系統(tǒng)100中，設(shè)備 102和協(xié)助數(shù)據(jù)源能夠與GPS衛(wèi)星或GPS衛(wèi)星106a-106x("衛(wèi)星106"）的星座進(jìn)行通信，以接 收具有與位置/方位有關(guān)的信息的RF信號，基于此，設(shè)備102能夠根據(jù)需要計算其位置(例 如，對于基于方位的服務(wù)和應(yīng)用）。通常，系統(tǒng)100及其部件以及在其中執(zhí)行的基于方位的服 務(wù)和應(yīng)用可以與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)（例如，GNSS、GPS、GLONASS、Galileo、 C0MPASS、BEID0U等）、基于輔助的衛(wèi)星/定位系統(tǒng)(例如，安全用戶平面方位(SUPL)系統(tǒng))和/ 或不同的增強系統(tǒng)(例如，基于衛(wèi)星的增強系統(tǒng)(SBAS)等)有關(guān)。
[0020] 在本公開的上下文中，輔助或協(xié)助數(shù)據(jù)源可以包括能夠存儲并且（向無線設(shè)備)提 供關(guān)聯(lián)的（蜂窩）網(wǎng)絡(luò)和/或一個或多個衛(wèi)星的與方位和時間有關(guān)的信息（例如，衛(wèi)星106的 星歷信息）的任何設(shè)備或裝置。在一些實施例中，源可以是使用協(xié)助數(shù)據(jù)和衛(wèi)星106將基于 方位的服務(wù)提供給它們的訂戶/用戶的無線網(wǎng)絡(luò)(例如，全球移動通信系統(tǒng)(GSM)網(wǎng)絡(luò)、通用 分組無線電服務(wù)(GPRS)網(wǎng)絡(luò)、第三代(3G)網(wǎng)絡(luò)、包括長期演進(jìn)(LTE)網(wǎng)絡(luò)或WiMAX網(wǎng)絡(luò)的第 四代(4G)網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)或任何另外蜂窩/無線網(wǎng)絡(luò)）的一部分并且部署在其內(nèi)。因此，系 統(tǒng)100的協(xié)助數(shù)據(jù)源可以實現(xiàn)為蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的輔助GPS(A-GPS)或輔助GNSS(A-GNSS)服務(wù)器 (下文中稱為"A-GPS服務(wù)器"），其通過與A-GPS服務(wù)器集成的基準(zhǔn)GPS接收機(未示出)接收、 監(jiān)控、處理并且存儲來自衛(wèi)星106的GPS信號。
[0021] 在一些實施例中，與方位有關(guān)的輔助信息包括基準(zhǔn)(或粗略或原始)位置信息、基 于網(wǎng)絡(luò)時間的基準(zhǔn)(或粗略或原始)時間信息、GPS數(shù)據(jù)和時間信息、衛(wèi)星的軌道信息(例如， 星歷數(shù)據(jù)）、一組衛(wèi)星的基準(zhǔn)和狀態(tài)信息（例如，歷書-軌道方位和偽隨機二進(jìn)制序列(PN或 PRN碼））、電離層參數(shù)或其組合。
[0022] 在本公開的上下文中，設(shè)備102指代可以經(jīng)由無線信號與其它設(shè)備進(jìn)行通信并且 可以通過無線方式(或經(jīng)由有線網(wǎng)絡(luò))與協(xié)助數(shù)據(jù)源和衛(wèi)星106進(jìn)行連接并且通信的任何設(shè) 備。這些設(shè)備可以包括(例如具有GPS接收機的）定位設(shè)備，并且可以實現(xiàn)為例如膝上型設(shè) 備、移動設(shè)備、蜂窩/智能電話、游戲設(shè)備、平板計算機、啟用無線的病患監(jiān)控設(shè)備、個人通信 系統(tǒng)(PCS)設(shè)備、個人數(shù)字助理(PDA)、個人音頻設(shè)備(PAD)、便攜式導(dǎo)航設(shè)備和/或被配置為 傳遞包括與方位有關(guān)的信號的無線信號的任何其它電子啟用無線的設(shè)備，或?qū)崿F(xiàn)于其內(nèi)。
[0023]因此，設(shè)備102可以被配置有各種部件，例如處理器、存儲器、顯示屏、相機、輸入設(shè) 備以及基于通信的元件?；谕ㄐ诺脑梢园ɡ绫慌渲脼榻?jīng)由無線連接或有線連接 傳遞并且發(fā)送/接收信息的天線、接口、收發(fā)機、調(diào)制/解調(diào)和另外電路?；谕ㄐ诺脑?以被配置為支持各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和協(xié)議，包括但不限于GSM、GPRS、CDMA、WCDMA、3G、4G(LTES WiMAX)、藍(lán)牙、定位/導(dǎo)航(GPS)技術(shù)、Wi-Fi、以太網(wǎng)、近場通信(NFC)和/或其它網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和 協(xié)議。設(shè)備102還可以包括總線基礎(chǔ)架構(gòu)和/或其它互連手段，以在上述各個部件與通信元 件之間進(jìn)行連接并且傳遞信息。
[0024]設(shè)備102(和/或其它系統(tǒng)部件）的處理器可以是內(nèi)核處理或計算單元的一部分，被 配置為接收并且處理輸入數(shù)據(jù)、信號和指令，提供輸出和/或控制根據(jù)本公開實施例的設(shè)備 102的其它部件。這些處理元件可以包括微處理器、存儲器控制器、存儲器和其它部件。微處 理器可以還包括緩存存儲器(例如SRAM)，其連同存儲器一起可以是用于存儲指令和數(shù)據(jù)的 存儲器層級的一部分。微處理器還可以包括一個或多個邏輯模塊(例如，現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)或其它邏輯陣列）。
[0025] 設(shè)備102(和/或系統(tǒng)100的其它部件）的存儲器可以采取動態(tài)存儲設(shè)備的形式，所 述動態(tài)存儲設(shè)備耦合到總線基礎(chǔ)架構(gòu)并且被配置為存儲信息、指令以及待由各個設(shè)備/部 件的關(guān)聯(lián)處理器或控制器執(zhí)行的應(yīng)用程序。一些或所有存儲器可以實現(xiàn)為雙列直插式存儲 器模塊（DIMM)，并且可以是以下類型的存儲器中的一個或多個：靜態(tài)隨機存取存儲器 (SRAM)、突發(fā)SRAM或同步突發(fā)SRAM(BSRAM)、動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)、快速頁面模式 DRAM(FPM DRAM)、增強DRAM(EDRAM)、擴展數(shù)據(jù)輸出RAM(ED0 RAM)、擴展數(shù)據(jù)輸出DRAM(ED0 DRAM)、突發(fā)擴展數(shù)據(jù)輸出DRAM(ffiD0 DRAM)、增強DRAM(EDRAM)、同步DRAM(SDRAM)、 JEDECSRAM、PCI00 SDRAM、雙數(shù)據(jù)率SDRAM(DDR SDRAM)、增強SDRAM(ESDRAM)、同步鏈路DRAM (SLDRAM)、直接Rambus DRAM(DRDRAM)、鐵電RAM(FRAM)或任何另外類型的存儲器設(shè)備。設(shè)備 1