CN102713674A - 使用低成本单频gnss接收器的厘米级定位 - Google Patents

Abstract

一种全球定位系统包括确定可见GNSS卫星的载波相位测量和位置的基础GNSS接收器和是单频接收器的在捕获窗口期间从多个GNSS卫星在单频带中发送的GNSS卫星信号，所述多个足够多以提供用于超定对于关联的整数载波相位模糊度的解的载波相位数据集。该系统根据捕获的信号、与可见卫星关联的搜索空间、码相位延迟和关联的位置不确定度进行确定。该系统使用与超过预定阈值的信号功率值关联的双差载波相位测量解算整数载波周期模糊度。该系统将捕获窗口的载波周期模糊度解算到单解集并且使用解算的载波相位测量将流动站GNSS接收器的位置确定到厘米以内的精度。

Description

使用低成本单频GNSS接收器的厘米级定位

相关申请的交叉引用

本申请要求Patrick C.Fenton在2009年11月3日提交的“CENTIMETERPOSITIONING USING LOW COST SINGLE FREQUENCY GNSS RECEIVER”的美国临时专利申请No.61/257492的优先权并且通过引用将其并入这里。

技术领域

本发明一般地涉及GNSS接收器，并且更具体地涉及低成本单频GNSS接收器。

背景技术

低成本单频GNSS接收器（例如，在蜂窝电话、PDA和其它消费电子产品中使用的接收器）通常提供精度为10米左右的全球位置。对于这些装置通常使用位置来例如引导到本地餐馆、确定朋友位于附近的地方、导航到兴趣地标等等的应用类型来说，10米的精度是可以接受的。

低成本单频GNSS接收器通常从蜂窝电话基站GNSS接收器接收与可见卫星有关的信息、关联的多普勒偏移以及卫星导航数据（视情况而定）的形式的跟踪辅助。跟踪辅助信息通过消除接收器将不得不执行的很多卫星信号搜索处理来允许接收器更容易地获取卫星信号。接收器因此能够更快速地获取卫星信号并且还能够获取较弱的卫星信号和/或可能受到多径影响的信号。以该方式，接收器能够获取确定位置所需的最少数目的卫星信号。接收器可以因此能够在例如接收器位于室内或其中某些卫星信号可能不可用的诸如都市高楼群等等的其它位置中时将位置确定到数十米以内的精度。

GNSS卫星信号包含用于确定位置的PRN码。一般来说，在接收器确定其位置之前，接收器跟踪来自至少4个GNSS卫星的信号中的PRN码。通过使发送的PRN码的本地生成的版本与该码的接收到的版本同步来执行PRN码跟踪。本地和接收到的RRN码的同步花费时间，甚至当利用跟踪辅助信息时也会花费一定时间。

一旦接收器正在跟踪给定卫星信号上的PRN码，则接收器能够基于本地生成的码的码相位延迟（即，基于本地生成的码的相对于已知发送时间的延迟）确定该码从卫星到接收器的经过时间。接收器然后能够以已知的方式确定其到该卫星的伪距，并且基于相对于至少四个GNSS卫星的伪距以已知方式计算其位置。或者，接收器可以将伪距发送给计算接收器的位置的基站。

伪距确定的其它方法包括通过FFT处理执行的卷积。在已知的现有技术的系统中，通过在PRN码历元上取平均来对接收到的信号进行预处理并且然后通过FFT处理来分析该接收到的信号以确定与可见卫星关联的PRN码的PRN码相位延迟。该码相位延迟信息被进一步处理以确定关联的伪距。接收器或基站根据情况基于伪距确定接收器的位置。使用相关或卷积处理方法的最终结果是根据伪距确定的具有数十米左右的精度的位置。

为了在接收器处节省电池功率，已知的现有技术的系统记录接收到的卫星信号大约1秒并且使其射频（R/F）前端断电。接收器然后通过如上所述地在PRN码历元上对信号取平均等等来对记录的信号进行预处理，并且确定与各卫星信号关联的码相位延迟。接收器因此基于预处理的具有PRN码的卫星信号的FFT处理以及由基站提供的关联的多普勒偏移来确定与各卫星信号关联的码相位延迟。流动站然后计算到卫星的伪距并且将该伪距提供给基站，基站将接收器的位置确定到数十米以内的精度。

对于精度小于数十米的更复杂的位置，并且因此，使用更昂贵的GNSS接收器，其具有更大的处理功率并且使用多径抑制技术。这些接收器也可以具有跟踪双频率的能力，具有更宽的RF频带前端，并且/或者利用载波相位信息来确定位置。然而，为了利用载波相位信息，必须首先解算整数载波周期模糊度。

利用双频率，接收器使用已知的宽巷技术来限制可能的模糊度解，以允许在更少的时间内进行模糊度解算，这是因为计算需要检查更少的可能解。使用利用L1和L2GPS卫星信号的宽巷技术，接收器测试间隔为86厘米的可能解，而对于单频GPS L1模糊度解算来说，可能解间隔为19厘米。此外，利用双频率，减少了与电离层等等对于卫星信号的不利影响有关的不确定度。因此，与单频接收器相比，用于模糊度解算的宽巷双频技术在更少的时间内和/或在更少的处理之后提供了整数载波周期。

如已知的单频技术一样，使用宽巷技术的载波周期模糊度的解算要求GNSS接收器持续地跟踪卫星信号PRN码和载波，并且因此R/F前端在相对较长的时间段（例如，20分钟或更长时间）内持续地操作以跟踪信号。如果在该时间期间，GNSS接收器丢失了对于GNSS卫星信号的锁定，则接收器必须再次开始持续地跟踪卫星并且执行解算关联的整数载波周期模糊度所需的计算，并且之后才能够使用载波相位信息来计算位置。

因此，较复杂且/或双频GNSS接收器不是非常适合于在例如具有有限的可用电池功率的蜂窝电话或PDA中使用，即使这样的接收器的成本没有成为这样的使用的阻碍。

发明内容

一种用于使用低成本单频GNSS接收器（“流动站”）将位置确定到厘米级精度的系统包括：一个或多个基站，该一个或多个基站具有单独或一起具有清晰的天空视野的基础GNSS接收器。基站与一个或多个流动站通信，例如，内置在蜂窝电话中的单频GNSS接收器。流动站捕获或保持在相对较短的时间接收的GNSS卫星信号，即在例如1秒的捕获窗口内接收到的GNSS卫星信号。窗口的长度仅需要足以在模数处理之后产生能够用于确定码相位延迟、载波相位测量和信号功率估计的适当数目的信号采样。一旦在捕获窗口产生了数字信号采样，则流动站可以使R/F前端断电以节省电池功率。或者，流动站可以在已经捕获卫星信号之后并且在对信号进行处理之前使R/F前端断电。然后可以在以后的时间进行处理以例如将具有厘米级精度的位置提供到由容纳该流动站的蜂窝电话或PDA记录的照片或文档。

流动站中或例如流动站将采样发送到的基站中的处理器处理来自多个可见GNSS卫星（例如，来自十个或更多卫星）的具有PRN码的采样，并且确定码相位延迟、载波相位测量和信号功率测量。根据情况，流动站将码相位延迟或对应的伪距、载波相位测量和功率值发送到基站以进行进一步的处理。

基站对与超过预定阈值的信号功率估计关联的载波相位测量和码相位延迟进行处理以确定用于整数载波周期模糊度解算的搜索空间。该搜索空间可以例如为其中可见卫星的几何图形彼此正交的空间并且该空间内的搜索球也基于关联的位置不确定度。

为了移除来自载波相位测量的时钟误差，基站处的处理器对从流动站接收的载波相位测量与来自一个或多个基础GNSS接收器的对应的载波相位测量进行求差并且进一步对不同卫星之间的测量进行求差，以产生载波相位双差测量。处理器然后对载波相位双差测量进行处理以确定搜索空间内的可应用的搜索球内的整数模糊度解的所有可能组合，并且通过识别模糊度解的正确组来解算整数载波周期模糊度。基于所述解，基站然后基于载波相位测量提供具有厘米级精度的流动站位置。

基站因此基于与用于超定解的足够多的卫星关联的载波相位双差来在单测量或捕获窗口解算整数载波周期模糊度，而无需持续地跟踪卫星或使用双频。

附图说明

本发明的下面的描述参考附图，在附图中：

图1是根据本发明构造的系统的功能框图；

图2是作为图1的系统的一部分的流动站的功能框图；

图3是由图1的系统的FFT处理器产生的I和Q相关信号的图；以及

图4是作为图1的系统的一部分的基站的功能框图。

具体实施方式

下面描述的实施方式利用可以并入在蜂窝电话或PDA中的类型的低成本单频GNSS接收器（下面称为“流动站”）。流动站可以替代地为独立的接收器或并入到其它通信装置中。流动站可以（但不限于）接收可见卫星的列表和关联的多普勒偏移的形式的跟踪辅助信息。下面首先描述的示例利用跟踪辅助。还描述了其它不利用跟踪辅助的示例。

参考图1，基站100包括：基础GNSS接收器102，其通过GNSS天线104接收由GNSS卫星150发送的GNSS信号。GNSS接收器以已知的方式操作以获取和跟踪来自可见GNSS卫星的信号，确定关联的多普勒频率并且计算全球位置。GNSS天线104具有基本上清晰的天空视野并且接收来自所有可见卫星的直视信号。可见卫星可以都来自一个卫星星座或者可以来自多个不同的卫星星座，例如GPS、伽利略、北斗星、GLONAS（格洛纳斯）等等。在示例中，基础GNSS接收器接收来自至少十个GNSS卫星的信号。

一个或多个流动站112通过GNSS天线114接收卫星信号。在示例中，流动站处理在1575.42MHz+/-2MHz的频带上接收到的信号（包括在该频带中发送的L1GPS信号、E1伽利略信号、C1北斗星信号等等）。根据情况，流动站可以进一步或替代地处理包括来自GLONAS卫星的信号的来自某一频带的信号，如下面所述。

在示例中，基站100进一步包括天线106，其用于广播包括可见卫星列表、关联的多普勒频率、当前时间等等的跟踪辅助信息。基站可以例如是蜂窝电话基站，并且广播可以在600MHz的蜂窝电话发送频率进行。

流动站112通过天线116接收广播的跟踪辅助信息，其中天线116可以例如为伸缩天线和/或设计为接收蜂窝电话发送的天线。给定的流动站可以并入在蜂窝电话中并且以已知方式利用电话射频（R/F）信号处理电路（未示出）来处理跟踪辅助信息。或者，流动站可以包括处理跟踪辅助信息的专用信号处理器120。通过PRN码生成器130在流动站处利用跟踪辅助信息，该PRN码生成器130生成由GNSS卫星在流动站操作的单频带上发送的PRN码的本地版本。

流动站112在存储器134中捕获（即保持）在非常短持续时间的捕获窗口接收的GNSS信号。该窗口仅需要具有下述长度，该长度足以在模数处理之后产生适当数目的信号采样以提供足够的信号处理增益以产生足以提供所需的测量精度的信噪比。在示例中，捕获窗口的长度为1秒。如下面详细讨论的，窗口的大小与处理和/或要求之间存在着权衡。捕获窗口的长度可以为了其中预计流动站处于具有清晰的天空视野的位置中的应用而变得较短，例如为1毫秒，或者一个GPS L1 PRN码历元。

流动站112使用接收到的跟踪辅助信息来确定可见卫星和关联的多普勒频率所要求的偏移。流动站然后以已知的方式处理捕获的信号与关联的偏移PRN码以对于可见卫星中的每一个确定各码相位延迟、信号功率值和载波相位测量。根据情况，流动站还基于码相位延迟来计算伪距。

流动站然后使用天线116将伪距、功率值和载波相位测量发送回基站100。或者，流动站发送码相位延迟而不是伪距，并且因此，流动站不需要计算伪距。如果流动站并入在蜂窝电话中，则流动站利用蜂窝电话电路来将信息发送回基站。或者，流动站包括能够将信号发送到基站并且能够从基站接收信号的收发器（未示出）。

基站100在处理器108中处理接收到的码相位延迟或伪距和载波相位延迟以确定流动站112的位置。更具体地，处理器对载波相位测量进行双差处理，即计算流动站和基础GNSS接收器处的对应的载波相位测量之间的差以及卫星的测量的差，以消除来自测量的时钟误差。处理器接下来通过在适当的搜索空间中处理对应于捕获窗口的双差载波相位测量来解算关联的整数载波周期模糊度，如下面详细描述的。然后，基于载波相位测量和伪距，基站确定精度为1或数厘米以内的流动站的位置，同时无需如使用已知的现有技术的系统所要求的那样在流动站处持续地跟踪GNSS卫星信号。因此，并入在例如蜂窝电话或PDA中的流动站（即，低成本单频GNSS接收器）能够用于将全球位置确定到厘米级精度以内。

现在还参考图2，将详细讨论由流动站112对于在捕获窗口接收的信号执行的处理操作。流动站具有GNSS R/F前端122，其包括下转换器124和模数（A/D）转换器128。下转换器以已知方式操作以根据来自振荡器126的信号对通过天线114接收到的GNSS卫星信号进行下转换以产生中频或基带信号。A/D转换器128对中频信号进行采样并且对采样进行数字化以产生对应的同相（I）和正交（Q）采样。该采样然后被提供给存储器134。R/F前端也可以使用下转换器124和A/D转换器128并且根据情况还使用信号处理器120以已知的方式对通过天线116接收的跟踪辅助信息进行处理，以产生由PRN码生成器130使用的对应信号。

如果流动站并入在蜂窝电话中，则蜂窝电话R/F前端对接收到的跟踪辅助信息进行处理以产生用于PRN码生成器的信号。蜂窝电话R/F前端也可以处理GNSS卫星信号以产生I和Q采样。

跟踪辅助信息由PRN码生成器130使用来为各可见GNSS卫星产生为多普勒偏移的本地生成的PRN码。PRN码生成器因此使用由基站100提供的卫星标识和多普勒频率信息作为跟踪辅助信息来确定产生哪个PRN码并且还确定用于各码的适合的多普勒偏移。本地生成的（偏移）PRN码被与由A/D转换器128产生的I和Q采样一起提供给FFT处理器132。

还参考图3，以公知的方式，FFT处理器132利用捕获的信号采样的FFT对本地生成的PRN码的FFT进行卷积并且获取卷积的反FFT并且根据反FFT的结果为捕获窗口的每个PRN码确定码相位延迟dT和载波相位测量，即载波相位角θ=arctan（I/Q）。卷积基本上同时地针对捕获的信号中的同一PRN码测试给定的本地生成的PRN码的各码相位延迟。FFT处理器通过确定与同时出现的最大I相关值（在附图中由附图标记310表示）和最大Q相关值（在附图中由附图标记320表示）关联的码相位延迟来识别对应于接收到的码的码相位延迟dT。

流动站112还为振荡器126确定频率偏移或关联的时钟误差。环境条件的改变（例如，容纳流动站的蜂窝电话的温度的改变）影响用于通常在流动站中使用的低成本振荡器的频率偏移。例如，蜂窝电话的温度在蜂窝电话处于外套口袋中时会比在蜂窝电话被握在温暖的手中一段时间时更低，并且流动站处的环境条件的这样的变化导致振荡器的频率偏移的改变。为了确定频率偏移，流动站利用振荡器误差的各种估计来对最大I和Q码延迟相关的功率进行采样并且选择提供最大功率输出值的频率偏移。频率偏移将对于其信号在同一采样组期间（即在同一捕获窗口）被处理的所有卫星来说是公共的，并且将与在短时间段内收集的采样高度相关。因此，计算连续的捕获窗口中的振荡器频率偏移所要求的振荡器误差的估计的数目将被最小化。

流动站112因此产生了为多普勒和振荡器频率误差偏移的本地生成的PRN码。接下来，流动站112以已知的方式基于识别出的码相位延迟确定其距离发送PRN码的GNSS卫星的伪距。流动站进一步计算关联的功率值I²+Q²并且确定功率值是否大于预定阈值，这表示相关峰与直视信号（相对于多径信号）相关。

阈值被设置为与噪声关联的级别之上，以保持被处理以将位置确定到厘米级以内的精度的载波相位数据组中的与反射的信号（例如，多径信号）关联的载波相位数据值。在设置阈值时存在权衡，这是因为较高的阈值减少了用于超定模糊度解的载波相位数据组中的观察的数目，而较低的阈值在数据组中包括了引入定位误差的更多反射信号数据。因此，在假设足够多的直视观察包括在捕获窗口中并且可以用于进行处理的情况下，阈值被设置为在噪声以上，从而包括在数据组中的损坏的载波相位数据的大部分能够通过残余离群值测试来移除。

如果功率值超过阈值，则流动站112向基站100发送伪距、载波相位测量或角度θ和功率值。或者，流动站可以直接向基站提供码相位延迟dT而无需确定对应的伪距。流动站使用由剩余的可见GNSS卫星发送的PRN码执行相同的计算，并且向基站提供关联的伪距或者码相位延迟、载波相位角和功率值。如果功率值低于阈值，则流动站不进一步处理或使用关联的码相位延迟和/或载波相位测量。

现在参考图4，更详细地解释基站100的操作。基站GNSS接收器102以已知的方式进行操作以跟踪由可见卫星发送的信号的PRN码和载波，确定关联的多普勒偏移，并且基于通过GNSS天线114接收的GNSS信号计算其全球位置。基站然后通过天线106广播可见卫星的列表、其关联的多普勒偏移等等作为跟踪辅助信息。例如，如果流动站并入在蜂窝电话中，则在600MHz的蜂窝电话频率上广播跟踪辅助信息。

GNSS接收器102向处理器108提供用于每个卫星信号的载波相位测量。处理器108还通过天线106从流动站112接收信息。处理器因此为捕获窗口中的可见卫星中的每一个接收确定为超过预定阈值的功率测量、关联的伪距或码相位延迟信息dT以及载波相位测量θ。如上所述，捕获窗口很短（在示例中为1秒）并且对于捕获窗口中存在的每个直视卫星信号，码相位延迟和载波相位测量被提供给基站。

处理器108处理对应于给定捕获窗口的基站和流动站载波相位测量以解算整数载波周期模糊度。由于流动站仅从单GNSS频带（例如，L1频带）获取数据，因此处理器必须利用载波频率的非常短的波长（在示例中为19cm）来在非常大的搜索空间（10m³的数量级）解算整数模糊度，这产生了非常多的可能解。如上所述，系统利用来自较多可见GNSS卫星（在示例中为十个卫星）的测量来提供用于在捕获窗口确定针对模糊度组（每个模糊度用于每个双差的卫星对）的解（即，确定单解）的足够的信息。

为了基于cm级位置解算载波相位，系统在捕获窗口使用在持续跟踪卫星信号的现有技术的系统中使用的已知的RTK（实时动态）处理。下面简要描述该处理。

为了相对快速地解算整数载波周期模糊度，处理器108首先计算载波相位双差，即处理器对于多个卫星的来自基站GNSS接收器和流动站的载波相位测量进行双差处理，以消除时钟误差的不利影响。处理器然后利用Lamda或Z变换，其将双差载波相位测量从捕获窗口变换到其中可见卫星的几何图形彼此正交的变换空间中的测量。例如，参见A New Method For Fast Carrier Phase Ambiguity Estimation,P.J.GTeunissen,IEEE PLANS'94，1994年4月，pp.562-573。处理器108然后基于关联的位置不确定度在该变换空间中解算载波周期模糊度。

基于该变换空间中的卫星的正交几何图形，解算整数载波周期模糊度中涉及更少不知道的维度。因此，使用与相对较多的卫星（在示例中为十个卫星）关联的双差载波相位测量，超定Z变换空间中的解，并且处理器能够基于对应的残差的行为断言何时在变换空间中正确地解算了模糊度。当正确地解算了模糊度时，来自该处理的残差处于流动站的预计的载波相位测量噪声内，即，残差处于为零的选择统计几率内，并且搜索空间内的所有其它整数模糊度组合产生非零的残差组内，即超过基于预计的测量噪声的为零的选择统计几率。在卫星相对较少的情况下，可以存在很多模糊度选择的组合，其中残差接近为零但是随着观察的数目的增加，可能的整数组合的数目动态地减少。因此在其中可见卫星的数目相对较大（例如，10个卫星）的给定捕获窗口相对快速地解算整数载波周期模糊度。统计几率可以被选择为99%，这是由于需要在所要求的位置精度与解算整数载波周期模糊度所要求的卫星数目之间进行权衡。

一旦解算了模糊度，处理器将解变换回为对应于实际的卫星几何图形，以提供用于GNSS卫星信号的整数载波周期信息。利用解算的载波周期模糊度，处理器使用解算的载波相位测量以已知的方式确定流动站的全球位置。全球位置因此被基于在捕获窗口的短时间段接收的单频GNSS卫星信号确定为厘米以内的精度，而无需要求流动站持续地跟踪GNSS卫星。系统可以根据情况（例如，在流动站移动时）对于下一捕获窗口等等执行相同的计算。

为了在流动站处节省电池功率，一旦短的捕获窗口中的GNSS信号已经被处理为数字I和Q信号采样，则关闭GNSS R/F前端122。流动站然后操作FFT处理器132来产生被提供给基站100的载波和码信息。操作处理器要求的电池功率要远少于操作R/F前端来接收和采样GNSS信号所要求的电池功率，并且因此，这里描述的系统完全兼容具有有限的可用电池功率的现有的蜂窝电话和PDA技术。

FFT处理器132可以使用响应于捕获窗口中的可见卫星产生的PRN码加多普勒偏移加振荡器频率偏移信号和捕获的GNSS信号的数字信号采样以及之前的振荡器频率、或时钟、偏移估计来进行操作。或者，本地产生的PRN码可以通过FFT处理器进行预处理从而多普勒偏移和振荡器时钟偏移能够然后添加到捕获窗口中可见卫星的本地生成的PRN码的进一步处理中，并且利用接收到的信号采样的FFT对结果进行卷积。

流动站可以向基站100发送用于采样和FFT处理的捕获信号，或者替代地，流动站可以处理捕获信号并且向基站发送I和Q信号采样用于FFT处理。虽然向基站发送用于FFT处理的信息要求流动站向基站发送更多信息，但是代价是在流动站处的进行较少的处理。流动站优选地处于某种相对于基站100的短的基线（例如，10公里）上，以避免两个接收器处的不同的电离层和对流层条件的问题。捕获窗口中任何数目的GNSS卫星信号可以替代地为直视伪卫星信号，并且PRN码生成器生成关联的伪卫星PRN码并且基站GNSS接收器还处理伪卫星信号。

或者，基站可以向流动站发送其载波相位测量、伪距、卫星广播信息与跟踪辅助信息，并且流动站然后能够计算它们自己的厘米级位置。然而，这将要求流动站处的更多的处理能力。可以使用多于一个的基础GNSS接收器，特别是在天空的一部分在基础GNSS接收器的各种位置中被阻挡的情况下。如果使用多于一个的基础GNSS接收器，则与这些GNSS接收器关联的基站中的选择的一个将从其它基础GNSS接收器接收进行处理以解算整数载波周期模糊度所需的信息。基站可以接收与其它基础GNSS接收器关联的双差值或者可以替代地接收计算双差所需的载波相位测量。或者，诸如蜂窝电话基站（未示出）的基站可以从各基础GNSS接收器和流动站接收所有信息，并且基站中的处理器执行计算以解算整数载波周期模糊度。

如果流动站正在将捕获的信号信息或数字I和Q值发送到基站以进行处理，则不需要基站将跟踪辅助信息发送到流动站。相反地，基站将具有处理捕获的卫星信号并且基于整数载波周期模糊度的计算将流动站位置确定到厘米级精度以内所需的所有信息。

用于执行各种操作来确定码相位延迟、载波相位测量并且（根据情况）解算整数载波周期模糊度的处理器可以位于流动站处、基站处或者处理器中的一些可以位于流动站处并且其它位于基站处。例如，流动站处的处理器可以确定码相位延迟、载波相位测量和位置，并且基站处的处理器使用在流动站处确定的计算出的码相位延迟或伪距、载波相位延迟等等来确定整数载波相位模糊度。或者，基础GNSS接收器和流动站可以将信息中的一些或全部提供给能够对数据进行组合的其它位置。

在示例中，模糊度解算所要求的卫星的数目为十个或更多。然而，根据可见卫星的几何图形，例如，如果卫星在天空中充分地间隔开，则可以使用较少的卫星（例如8个卫星）。或者，如果卫星没有被充分间隔开，则可以要求超过10个卫星。为了解算整数载波周期模糊度，卫星的数目必须足以提供用于在捕获窗口确定用于模糊度的单个解的信息。

根据情况，捕获的信号可以通过已知的下转换处理处理为基带数字I和Q采样。此外，码相位延迟的确定可以执行为循环地（相对于同时）测试不同的码相位和频率。

如果通过协定或考虑广播频带、时钟同步和坐标框架关系确保了卫星星座的兼容性，则系统可以利用来自捕获窗口内的各卫星星座的单频信号。如上所述，流动站不需要跟踪卫星信号并且系统可以使用在各卫星星座中使用的频率之间的差来减少使用现有技术中要求持续跟踪的宽巷技术的可能解的数目。如果不同的卫星星座不兼容，例如，在GPS和格洛纳斯不兼容时，如果每个星座中足够数目的卫星可用于解算这两个星座之间的时钟不确定度，则可以使用来自这两个星座的信号。

在其中低成本单频流动站处于固定位置已知时间段的系统中（例如，在勘测应用中），系统可以将给定捕获窗口的整数载波周期模糊度解算到小数目的可能解以内。系统然后可以对于相对较小数目的捕获窗口进行相同的处理并且比较解以确定单解。在这样的应用中，每个捕获窗口可以要求来自相对较少卫星的信号。然而，对于其中用户例如在行走或者携带流动站（例如，携带配备有流动站的蜂窝电话或PDA）的应用来说，期望的是，必须在单个捕获窗口计算解。然而，对于静态或移动应用来说，不要求卫星信号的持续跟踪。

另外，对于其中流动站处于静止或以定义的方式缓慢移动（例如，重型船或火车的移动）的应用来说，可以针对为其它捕获窗口确定的模糊度来检查为一个捕获窗口确定的整数模糊度以确保计算了正确的解。由于系统设计者已经为整数确定设置了等于或接近99%的几率阈值，因此系统可以通过检查连续的位置来确定给定捕获窗口计算的解是否正确。如果系统确定具有不正确的整数的计算的位置，则这些位置将与正确的位置相差相对较大的距离，这能够是搜索空间内的位置不确定度内的任何地方。

如果采样被按时通过R/F无线电发送到基站，则捕获窗口的大小是处理增益（窗口越大则处理增益越大）和诸如RAM的量、CPU功率、广播带宽的硬件需求之间权衡的结果，上述所有都倾向于较小的窗口大小。此外，在窗口较大的情况下，振荡器必须具有更大的频率稳定性并且用户运动将必须限制在窗口内。因此，使用1秒左右的窗口大小。如果流动站将在具有清晰的天空视野的位置操作并且具有非常好的天线，则捕获窗口可以小至1毫秒。

Claims (23)

1.一种用于确定全球位置的方法，所述方法包括以下步骤：

操作一个或多个流动站GNSS接收器以捕获直视GNSS卫星信号，所述直视GNSS卫星信号是在给定单频带中在捕获窗口从多个卫星发送的并且足以提供用于超定对于关联的整数载波相位模糊度的载波相位数据集；

处理所述卫星信号的采样以确定码相位延迟、载波相位测量和关联的信号功率；

确定搜索空间，在所述搜索空间中，基于可见卫星、码相位延迟和位置不确定度解算整数载波周期模糊度；

通过操作载波相位双差测量来识别所述搜索空间中所述捕获窗口的整数载波周期模糊度的单组解，使用来自所述流动站GNSS接收器的所述载波相位测量和功率测量和来自单独或一起具有清晰的天空视野的一个或多个基础GNSS接收器的载波相位测量解算整数载波周期模糊度；以及

使用解算的载波相位测量将所述流动站GNSS接收器的位置确定到厘米以内的精度。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括所述流动站GNSS接收器在捕获所述卫星信号之后关闭无线前端。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，解算整数载波周期模糊度的步骤使用对应于来自10个或更多可见卫星的信号的所述码相位延迟和载波相位测量。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述捕获窗口具有1秒或更小的长度。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个流动站GNSS接收器使用由所述一个或多个基础GNSS接收器提供的跟踪辅助信息确定码相位延迟、载波相位测量和信号功率。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，使用的所述码相位延迟和载波相位测量对应于超过预定阈值的信号功率值。

7.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：在来自所述捕获窗口的所述信号已经被处理以产生对应的数字同相和正交采样并且所述采样被发送给所述处理器之后，关闭所述流动站GNSS接收器的射频前端。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述搜索空间是其中所述可见卫星的卫星几何图形正交的空间。

9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述流动站GNSS接收器进一步确定伪距并且将所述伪距提供给所述基础GNSS接收器中的一个或多个基础GNSS接收器。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，确定码相位延迟和载波相位测量的步骤包括：

对捕获的信号中包含的码的本地生成的版本和所述捕获的信号的快速傅立叶变换（FFT）进行卷积，

获取所述卷积的反FFT，以及

确定同时出现的最大I和Q相关值。

11.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：在所述模糊度解算中使用与超过预定阈值的功率值关联的所述载波相位测量。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流动站GNSS接收器将捕获的信号提供给所述基础GNSS接收器中的一个或多个基础GNSS接收器以进行处理，并且关闭无线前端。

13.一种用于确定全球位置的系统，所述系统包括：

一个或多个基础GNSS接收器，所述一个或多个基础GNSS接收器单独或一起具有至少一部分天空的清晰视野，所述基础GNSS接收器确定可见卫星的载波相位测量和位置；

流动站GNSS接收器，所述流动站GNSS接收器用于在捕获窗口期间捕获在给定频带中由多个可见GNSS卫星发送的GNSS卫星信号，所述多个足够多以提供用于超定对于关联的整数载波相位模糊度的解的载波相位数据集，

一个或多个处理器，所述一个或多个处理器用于确定捕获的GNSS卫星信号的码相位延迟、载波相位测量和信号功率值，

通过操作为可见卫星确定的搜索空间上的双差载波相位测量并且基于所述流动站GNSS接收器处的码相位延迟和关联的位置不确定度，所述一个或多个处理器使用来自所述流动站GNSS接收器的所述码相位延迟、载波相位测量和信号功率值和来自基础GNSS接收器的所述位置和载波相位测量解算整数载波周期模糊度，以及

使用解算的载波相位测量将所述流动站GNSS接收器的位置确定到厘米以内的精度。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，各流动站GNSS接收器在捕获所述卫星信号之后关闭无线前端。

15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述一个或多个处理器使用对应于来自10个或更多可见卫星的信号的所述码相位延迟和载波相位测量。

16.根据权利要求13所述的系统，其中，所述捕获窗口的长度小于或等于1秒。

17.根据权利要求13所述的系统，其中，所述一个或多个基站将跟踪辅助信息提供给所述流动站GNSS接收器的确定码相位延迟和载波相位测量的所述一个或多个处理器。

18.根据权利要求13所述的系统，其中，各流动站GNSS接收器在来自所述捕获窗口的所述信号已经被处理以产生对应的数字同相和正交采样之后关闭射频前端。

19.根据权利要求16所述的系统，其中，所述一个或多个处理器中确定码相位延迟和载波相位测量的处理器处于所述流动站GNSS接收器中，并且所述一个或多个处理器中解算整数载波周期模糊度的其它处理器处于与所述基础GNSS接收器关联的一个或多个基站中，并且所述流动站GNSS接收器将码相位延迟和载波测量信息提供给所述一个或多个基站。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述流动站GNSS接收器中的所述处理器进一步确定伪距并且将所述伪距提供给所述基础GNSS接收器中的一个或多个基础GNSS接收器作为位置信息。

21.根据权利要求13所述的系统，其中，所述一个或多个处理器通过以下步骤确定码相位延迟和载波相位测量：

对捕获的信号中包含的码的本地生成的版本和所述捕获的信号的FFT进行卷积，

获取所述卷积的反FFT，以及

确定同时出现的最大I和Q相关值。

22.根据权利要求13所述的系统，其中，所述一个或多个处理器在解算所述整数载波周期模糊度中使用与超过预定阈值的信号功率值关联的所述码相位延迟和载波相位测量。

23.根据权利要求13所述的系统，其中，所述一个或多个处理器处于与所述基础GNSS接收器关联的一个或多个基站中并且所述流动站GNSS接收器将捕获的信号提供给所述基础GNSS接收器用于进一步的处理。

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