CN101784908A

CN101784908A - 卫星定位系统中的独立高度测量

Info

Publication number: CN101784908A
Application number: CN200780100337A
Authority: CN
Inventors: Y·E·卡尔皮茨基
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2010-07-21
Also published as: US20100315287A1; WO2009041846A1; JP2010539452A

Abstract

用于卫星定位系统中的独立高度测量的装置和方法。

Description

卫星定位系统中的独立高度测量

背景技术

现今，许多设备使用卫星定位系统技术，例如含有全球定位系统(GPS)接收机的设备。GPS是一个基于二十四颗环绕地球轨道飞行的卫星星群的卫星定位系统，这些卫星广播精确的数据信号。在一个具体实施例中，一颗卫星可以发射两个信号：L1信号和L2信号。L1信号可以用两个伪随机噪声码调制，即，受保护码和粗捕获(C/A)码。根据具体实施例，卫星可以拥有属于它自己的唯一伪随机噪声码。GPS接收机可以通过生成卫星发射的伪随机噪声码的副本并精确同步这两组编码，来确定出卫星的编码用了多长时间到达GPS接收机，从而测量出信号从卫星传输至接收机所需的时间。位置确定方法可以包括：获取来自至少四个卫星的信号，以测量下列接收机坐标参数：时间、纬度、经度及高度。这样，GPS接收机可以在GPS卫星能直视到的地球上任意地点为自己定位。

使用GPS的定位设备可能是一种非常有效的寻找地点或确定位置的工具。但是，使用GPS的设备可能并不适用于城市中的户外或室内定位应用，这是由于卫星信号屏蔽和多径传播的原因。

附图说明

图1示出了一个卫星定位系统的具体实施例。

图2示出了一个卫星定位系统的具体实施例。

图3为框图，示出了一个卫星定位系统的具体实施例中确定位置的过程。

发明内容

下文的详细说明中，阐述了许多具体细节，以便为权利要求主体提供透彻的解释。但是，本领域的普通技术人员应该明白，不依据这些具体细节也可以实现权利要求主体。在其他情况中，本申请没有详细描述公知的方法、过程及元件，以免混淆权利要求主体。本申请常用的词语“地点”和“位置”可以互换使用，并都意指某人或某物所占据的物理位置。

图1示出了一个卫星定位系统(SPS)100的实施例。在一个具体实施例中，SPS 100可以是全球导航卫星系统，能够在全球范围内提供地理空间定位。全球导航卫星系统的两个例子是：美国NAVSTAR全球定位系统(GPS)和俄罗斯全球导航卫星系统(GLONASS)。在卫星定位系统100中，SPS设备101可以包括SPS接收机102。SPS接收机102可以接收卫星信号并根据卫星信号105、107、109和111来计算自己的位置。在一个具体实施例中，SPS接收机102可以通过确定诸如三个空间坐标和本地时移的多个参数来计算自己的位置。在一个具体实施例中，这样的计算可以利用从四颗卫星(例如，卫星104、106、108和110)收到的信号进行的。不过，以上仅仅是一个含有四颗卫星的卫星定位系统的示例，权利要求主体并不仅限于此。例如，在另一实施例中，用于位置确定的可以是另一组数量的卫星。通常，位置确定的精度随着所使用的卫星数量的增加而增大。

卫星定位系统在开阔露天环境中可以提供高精度定位。但是，由于诸如卫星信号屏蔽和多径传播之类的干扰，在城市中户外或室内环境的定位精度会降低。例如在一个具体实施例中，SPS接收机102在开阔露天环境的精度可能为几米。但在城市中的户外环境，SPS接收机102的精度可能在100米以上。而SPS接收机102的室内定位精度可能会非常低，例如在400米到1000米或更大范围内。不幸的是，室内精度的要求远比户外精度高得多。

在一个具体实施例中，城市户外环境中的建筑或其他结构可能导致信号干扰和多径传播，从而减小了SPS接收机102的定位精度。室内环境中，由于墙体和天花板之类的建筑结构产生干扰，而减弱了SPS接收机102的精度。卫星信号通常不能在这些结构中良好地传播。因此，SPS接收机只能稳定地接收来自一或两颗卫星的信号。

在一个具体实施例中，SPS接收机102可以计算纬度、经度、高度、速度、方向及精确的日时间。但是，对于SPS接收机102来说，准确地确定高度是有困难的，这是由于通常几何卫星分布很差而不适合垂直坐标测量。这是因为，接收机能收到信号的各个卫星总是位于SPS接收机102的下方。如果可以从不同方向接收到卫星信号，则水平坐标可能基本上不会受到几何卫星分布的影响。几何卫星分布对定位精度的影响可以用精度削减(DOP)因子进行测量。在一个具体实施例中，垂直DOP(VDOP)值会影响高度估计精度，水平DOP(HDOP)值会影响水平坐标精度。根据一个具体实施例，VDOP值会大于HDOP值。因此，水平面定位精度要大于垂直面定位精度。也就是说，部分地由于几何卫星分布的原因，纬度和经度测量值的精度要大于高度测量值的精度。

图2示出了一个卫星定位系统(SPS)200的实施例。在一个具体实施例中，SPS 200可以包括三颗卫星206、208、210及SPS设备201。例如，由于SPS接收机202位置周围较差的信号传播环境，SPS系统200中仅有三颗卫星的信号在SPS接收机202上可用。根据一个具体实施例，SPS设备201可以包括SPS接收机202、独立的高度计204和位置处理器212。在一个具体实施例中，SPS接收机202可以经天线(没有示出)接收卫星信号207、209和211。根据一个具体实施例，独立高度计204可以不使用卫星信号207、209和211，而独立地测定SPS设备201的高度。根据一个具体实施例，位置处理器212可以至少部分地根据收到的卫星信号207、209和211以及由独立高度计204测定的高度，计算出SPS设备201的位置。根据一个具体实施例，独立高度测定的精度大于根据收到的卫星信号数据计算的高度测定。在一个具体实施例中，提高高度测定精度会促使其他坐标的计算也更精确，因而提高了位置处理器212的整体定位精度。

在一个具体实施例中，独立高度测定可以由多种不同方法实现。例如，独立高度计204可以包括压力传感器芯片或另外的关于高度的检测设备。在一个具体实施例中，压力传感器可以非常精确。独立高度测定的精度可以通过多种方法进一步提高，例如，通过增加温度传感器(没有示出)和/或中间校准表(如图3所示)来与温度补偿测量相结合。此中间校准表可以用温度测量值对独立高度测定进行校准，以提高精度。不过，以上仅仅是不依赖经由卫星信号而接收到的数据来独立测定高度的方法的示例，权利要求主体并不仅限于此。

在一个具体实施例中，独立高度计204可以是小型的便宜的数字设备或传感器，并且可以集成在多种SPS设备中。根据一个具体实施例，SPS设备201可以是多种不同设备，例如，移动电话、个人数字助理(PDA)、膝上型电脑和/或各种便携式电子设备的一种。不过，以上仅仅是独立高度计和SPS设备的示例，权利要求主体并不仅限于此。

在一个具体实施例中，为定位获得独立高度测定可以在保持良好定位精度的同时，将定位需用到的最少卫星数从四颗减少到三颗。因此，利用独立的高度测定，用SPS接收机202视野内的三颗卫星即可实现定位，因为仅剩余三个未知参数(纬度、经度和时移)。在一个具体实施例中，减少卫星数量可以减少信号干扰和多径传播的影响，并可以明显地提高在室内和城市中的户外环境中的定位精确度。

在一个具体实施例中，获得独立高度测定，即使视野内卫星数量多于三颗，也可以增加定位精确度。例如，如果高度已测定，则可将其从需要根据从卫星接收的信号来确定的参数中排除。因此，所有收到的卫星信号都可以用于使三个剩余参数(例如，纬度、经度和时移)测定获得最大精度。

图3为框图，示出了将独立高度测量集成到SPS系统中的过程300的一个具体实施例。根据一个具体实施例，SPS接收机302将诸如伪距离和/或卫星信号强度之类的数据提供给位置处理器304。在一个具体实施例中，SPS接收机302可以不把位置坐标传送给位置处理器304，而是SPS接收机302可以把原始数据发送给位置处理器304。此原始数据可以包括：例如，伪距离、卫星信号强度等等。在另一具体实施例中，SPS接收机302可以计算位置坐标并传送给位置处理器304。不过，以上仅仅是SPS系统中传送和处理位置数据的方法的示例，权利要求主体并不仅限于此。

根据一个具体实施例，在高度计306中，高度数据可由包括气压测量在内的多种方法生成，并传送给位置处理器304。或者，可以将高度数据发送至中间校准表308。根据一个具体实施例，校准数据可由温度传感器310生成，并且也是提供给中间校准表308。此校准数据可以是，例如，温度数据。根据一个具体实施例，高度数据可以根据中间校准表308中的温度数据进行校准。不过，以上仅仅是SPS系统中传送和处理位置数据和校正数据的方法的示例，权利要求主体并不仅限于此。

在一个具体实施例中，位置处理器304可以至少部分地根据来自SPS接收机302的输入数据和由高度计306生成的独立高度数据，来计算位置坐标。根据一个具体实施例，定位算法可以实现为在通用处理器314中运行的软件算法。或者，在一个具体实施例中，位置处理器304可以至少部分地根据来自SPS接收机302的输入数据和校准过的独立高度数据，来计算位置坐标。如上所述，高度数据可由中间校准表308根据温度数据进行校准。根据一个具体实施例，高度校准算法可以实现为在通用处理器314中运行的软件算法。或者，SPS接收机302与位置处理器304可以包含共用定位设备(没有示出)。因此，可以通过多种方式实现基于卫星信号处理和单独高度测量的定位算法。不过，以上仅仅是卫星定位系统中利用独立的高度数据计算位置坐标的方法的示例，权利要求主体并不仅限于此。

尽管权利要求主体的某些特征已在本说明中示出，本领域普通技术人员仍将发现很多改变、替换、变化及等效。因此应该指明，所附权利要求目的是涵盖属于权利要求主旨之内的所有这类实施例和变化。

Claims

1.一种在卫星定位系统中用于确定位置的装置，包括：

卫星定位设备，包括：

卫星数据信号接收机，其与定位处理器耦合；

高度测定设备，其与所述定位处理器耦合，其中，所述高度测定设备能够独立地测定所述卫星定位设备的高度，而不依赖于收到的卫星数据信号；并且

其中，所述高度测定设备能够生成高度数据，以作为对来自所述卫星数据信号接收机的定位数据的补充。

2.如权利要求1所述的装置，还包括：

传感器，其与校准表耦合，其中，所述校准表作为中间单元而与所述处理器和所述高度测定设备耦合，并且其中，所述高度测定设备通过所述校准表而与所述处理器耦合。

3.如权利要求2所述的装置，其中，所述传感器包括：气压传感器或温度传感器、或其组合。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述卫星数据信号接收机包括：能够从所述卫星定位系统接收卫星数据信号的天线。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述卫星定位设备包括：便携式电子设备、移动电话、归航设备、便携式数字助理或膝上型电脑、或其组合。

6.一种方法，包括：

接收来自一个或多个卫星的原始卫星数据；

独立地测定卫星定位设备的高度，而不依赖于从所述一个或多个卫星收到的所述原始卫星数据；

至少部分地根据所述独立测定的卫星定位设备的高度，生成高度数据；并且

至少部分地根据高度数据，确定所述卫星定位设备的位置。

7.如权利要求6所述的方法，其中，确定所述卫星定位设备的位置进一步包括：

生成温度数据；

利用所述温度数据校准所述高度数据；并且

至少部分地根据所述校准过的高度数据，确定所述卫星定位设备的更新后的位置。

8.如权利要求6所述的方法，其中，确定所述卫星定位设备的位置进一步包括：

接收来自卫星数据信号接收机的所述原始卫星数据；

至少部分地根据所述接收到的原始数据，确定一个或多个位置坐标；并且

其中，至少部分地根据所述一个或多个位置坐标，确定所述卫星定位设备的位置。

9.如权利要求6所述的方法，其中，确定所述卫星定位设备的位置进一步包括：

在卫星数据信号接收机处理器中，处理所述原始卫星数据，以确定一个或多个位置坐标；

在位置处理器中，接收来自所述卫星数据信号接收机处理器的所述一个或多个位置坐标；并且

10.如权利要求6所述的方法，其中，确定所述卫星定位设备的位置进一步包括：

接收来自卫星数据信号接收机的所述原始卫星数据；并且

其中，至少部分地根据所述原始数据，确定所述卫星定位设备的位置。

11.如权利要求6所述的方法，还包括：

气压数据；并且

其中，高度数据至少部分地基于所述气压数据。