CN103869348B - 用于减小全球导航卫星系统位置及速度解的不准确性的方法、系统及设备 - Google Patents

用于减小全球导航卫星系统位置及速度解的不准确性的方法、系统及设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于减小全球导航卫星系统位置及速度解的不准确性的方法、系统及设备。全球导航卫星系统GNSS接收器根据参考位置及与一组GNSS卫星的一组所测量伪距离确定测量误差协方差。根据所述测量误差协方差及所述组所测量伪距离确定位置及速度解。依据参考伪距离与所测量伪距离之间的差确定所述测量误差协方差。计算从所述参考位置到卫星的所述参考伪距离。仅在所述所测量伪距离大于所述参考伪距离的情况下依据所述差确定所述测量误差协方差。所述GNSS接收器还依据相关性峰形状、差、所接收信噪比及跟踪环路误差中的一者或一者以上确定测量误差协方差。

Description

用于减小全球导航卫星系统位置及速度解的不准确性的方 法、系统及设备
技术领域
本发明一般来说涉及全球导航卫星系统(GNSS)且更具体来说涉及一种用于减小GNSS位置及/或速度解的不准确性的方法、设备及系统。
背景技术
GNSS通常是指专用于传输/广播用于导航目的的信息的轨道卫星群组。术语“全球”是指来自导航时时需要的最少数目个卫星的信号的全球可用性。通常，卫星属于彼此共同操作的一个系统(本文中称为“GNSS卫星”)且从一个或一个以上地面站控制。一个以上GNSS目前在操作且美国全球定位系统(GPS)是GNSS的实例。每一GNSS卫星以含有其空间位置及时间参考的细节以及其它信息的无线电信号的形式传输信息。不同GNSS系统使用不同无线电信号格式及频率范围。
由于GNSS以类似方式工作，因此为简明起见本发明中的说明参照GPS系统进行。GPS卫星系统传输称作L1及L2的两个无线电信号。以频率1575.42MHz传输的L1信号含有粗略/获取(C/A)代码及P代码。
GNSS接收器通常是指从若干个GNSS卫星接收无线电信号以确定位置及速度解的电子装置。GNSS接收器执行计算(通常称作三角测量)以得出位置及速度解。GNSS接收器还经实施以使用来自其它增广系统(例如惯性导航系统、蜂窝式系统及类似系统)的信息以确定位置及速度解。
由GNSS接收器计算的位置及速度解通常包含特定坐标系统中的位置及速度，其具有相应不确定性。所述不确定性通常指示所计算位置及速度的不准确性的程度。不确定性参数通常以协方差或误差协方差的形式呈现。误差协方差帮助用户或GNSS应用(利用解)在数量上评估GNSS接收器输出/解的质量。
GNSS应用通常处理接收器输出/解以向用户提供一些所要功能性。GNSS应用(例如(但不限于)，公路运输应用、航空应用、车载导航应用、农业及渔业应用、消费者装置应用等)通常需要来自接收器的准确位置及速度。举例来说，使用GNSS接收器用于导航的导航助手(车载GNSS导航应用)通常需要小于10m(米)的位置准确性及不确定性以在街道间隔为20m的市区内导航。误差协方差帮助导航助手提供更好的用户体验且还帮助将其它增广信息与GNSS接收器输出混合。
通常，GNSS接收器基于信号特性(例如，所接收信号的信噪比(S/N)及GNSS接收器分量中的误差(例如，跟踪滤波器的环路误差))确定误差协方差。
发明内容
根据一个实施例，GNSS接收器根据参考位置确定测量误差协方差。在一个实施例中，依据参考伪距离与所测量伪距离之间的差确定测量误差协方差。所述参考伪距离计算为从所述参考位置到卫星的距离。根据测量误差协方差及一组所测量伪距离确定位置及速度解。根据另一方面，仅在所述所测量伪距离大于所述参考伪距离的情况下依据所述差确定测量误差协方差。
根据另一方面，所述GNSS接收器依据相关性峰形状、所接收信噪比中的差及/或跟踪环路误差确定测量误差协方差。
附图说明
图1A是其中可见本发明的各个方面的实例性装置；
图1B是描绘图1A的实例性装置中的处理器的实例的框图；
图2是图解说明图1的实例性GPS接收器系统的框图；
图3A到3D展示对应于图1的装置在实施例中的一者中操作的条件的实例性相关性峰形状特性；
图4是图解说明在本发明的一个实施例中确定测量误差的方式的框图；
图5是根据一个实施例描绘与四个卫星的伪距离的线图，其图解说明测量不一致性；
图6是展示多路径条件的实例性图示；
图7是图解说明根据一个实施例减小位置及速度解的不准确性的方式的流程图；及
图8是实例性卡尔曼(Kalman)滤波器的框图。
具体实施方式
图1A是其中可见本发明的各个方面的实例性装置。如所展示，在实施例中的一者中，装置100包含电力管理单元110、输入/输出(I/O)系统121、显示系统129、传感器系统130、音频系统140、处理器150、GPS接收器系统160、存储器系统170、惯性导航系统180及通信系统190。下文进一步详细描述每一元件。
电力管理单元110针对所要操作为装置100提供电力。电力管理单元110从电池、线电力或两者供应电力。举例来说，如果装置100用作移动装置，那么从电池供应电力。另一方面，如果装置100是固定的，那么通过将装置连接到电力线(例如，电力插座)从线电力对其进行操作。因此，电力管理单元110使得装置100能够在电池上及/或在电力线上操作。在一些实施例中，电力管理单元110进一步包含电路、集成电路及其它功能模块以根据相应组件的电力需要管理及分配电力到各个组件110到190。
I/O系统121实现去往及来自装置100的信息、数据或命令与外部系统或用户的交换。I/O系统121包含(但不限于)键盘/垫、触摸屏、USB端口、无线端口、智能卡接口、鼠标及/或其它控制装置。I/O系统121中的每一组件经配置以如一个或一个以上标准所规定的那样操作。
显示系统129经配置以将视觉输出提供到装置100的用户。显示系统129包含显示装置，例如(但不限于)能够显示图片、视频及3D图片、3D视频的显示屏幕、一个或一个以上LED状态指示器、投影仪、夜视灯连同其相关联驱动器及辅助组件。显示系统129接收预定格式的信息或数据且根据所述预定格式在一个或一个以上显示装置上显示所述数据。
传感器系统130经配置以确定装置100周围的状态及条件。传感器系统130包含遍及装置100部署的多个传感器以通过彼此共同工作或彼此独立工作而确定装置100周围的条件。在一个实施例中，传感器系统130经配置以确定使用装置100的背景。传感器系统130包括例如(但不限于)用于测量温度、湿度、运动、转矩、磁性定向及/或其它参数的传感器等传感器。在一个实施例中，传感器系统130包括传感器数据处理功能性、电路及组件。
音频系统140管理到装置100的音频接口。音频系统140经配置以从用户或从其它装置经由一个或一个以上麦克风(未展示)接收音频信号。将在装置100内产生的音频信号(例如，声音警告等)提供到一个或一个以上扬声器。在一个实施例中，音频系统140包括其它辅助功能性及组件(例如速度辨识)以使得装置100能够经由合适音频接口辨识所说的用户命令。
通信系统190经配置以经由一个或一个以上无线通信信道建立用户装置100与外部系统/装置之间的通信。在一个实施例中，通信系统190包含使得装置100能够根据例如(但不限于)GSM、CDMA、GPRS、Wi-Fi、LAN及蓝牙等通信标准中的一者或一者以上传输及接收数据的功能性及组件。因此，通过通信系统190经由一个或一个以上无线信道交换来自其它组件110到180的数据。
惯性导航系统180经配置以使用惯性导航技术确定装置100的位置、速度、加速度及/或方向。惯性导航系统180包含加速度计以确定速度，包含罗盘以确定方向，且视情况包含其它辅助传感器。惯性导航系统180经配置以通过监视至少加速度计及罗盘的输出根据已知(先前)位置确定装置100的位置。由惯性导航系统180提供的信息在其它系统中使用。
根据本发明的各个方面，GPS接收器系统160经配置以从多个GNSS卫星接收信号并执行信号处理、数据处理及计算以产生包含位置及速度解的输出。
存储器系统170经配置以存储数据及指令(例如，一个或一个以上程序)以由处理器150执行。存储器系统170提供与装置100中的其它系统的直接接口或经由处理器150。存储器系统170包含数据存储器及程序存储器中的一者或一者以上。举例来说，存储器系统170包括(但不限于)不同类型的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、外部存储器盘、可抽换式磁盘、快闪、高速缓存器及数据卡。
处理器150经配置以执行用以执行各种数学及控制操作的指令。处理器150包含共同操作以依序或同时执行多个指令的一个或一个以上处理器或者处理器核心。处理器150包含经定制以高效地执行特定任务的处理器或核心，例如一个或一个以上数字信号处理(DSP)核心、数学协处理器等。在一个实施例中，处理器150经配置以通过执行存储于(举例来说)存储器系统170中的一组相应指令(程序)而执行与系统110到140及160到190相关的操作。因此，处理器150将处理能力借给系统110到140及160到190且操作为相应系统的部分。在图1B中表示针对每一系统执行的操作。
图1B是根据一个实施例展示装置100中的处理器150的其它方面的框图。I/O引擎125经配置以执行与I/O系统121及与显示系统129相关的程序指令。传感器管理引擎135、音频系统引擎145、通信协议引擎195、惯性导航系统引擎185及GPS引擎165经配置以分别执行与传感器系统130、音频系统140、通信系统190、惯性导航系统180及GPS接收器系统160相关的程序指令。
核心引擎155经配置以执行与并入于装置100内的各种应用相关的程序指令，以为用户提供对应功能性。GNSS应用引擎169经配置以执行与各种GNSS应用(例如，汽车导航、地理围栏及/或其它导航及基于位置的应用)相关的程序指令。进程间通信引擎115经配置以执行用以交换数据及控制图1B中所展示的各种其它引擎的指令。每一程序(一般来说，当执行时产生所要有用结果/输出的一组计算机指令)存储于存储器系统170中的程序存储器中。
图2是根据一个实施例图解说明GPS接收器系统160的框图。如所展示，GPS接收器系统160包含模拟前端210、测量单元220、位置计算单元250及增广系统270。下文进一步描述每一单元。
模拟前端(AFE)210经配置以从多个GNSS卫星接收信号且将每一所接收信号转换成数字数据串流。举例来说，在GPS接收器系统的情况下，AFE 210经配置以在1575MHz的近似范围内接收扩展频谱信号且将所接收信号转换成伪代码(C/A或P代码)序列。AFE 210包含适当接收天线、模拟及数位滤波器、放大器级、RF及IF信号处理器、下变频转换器、自动增益控制器(AGC)、模拟/数字转换器及/或其它模拟及数字域信号处理单元。AFE 210经配置以在路径212上将每一卫星的数字数据串流提供到测量单元220。AFE 210可使用任何已知技术实施。
测量单元220经配置以经由路径212从AFE 210接收数字数据串流且经由路径225提供包含伪距离(ρ)、残余伪距离误差(Δρ)及每一卫星的测量的测量误差协方差(R)的距离参数。在一个实施例中，通过使相应卫星信号以光速到达接收器所花费的时间倍增来获得每一卫星的伪距离。然而，由于所测量时间的各种不准确性，所测量距离可不准确。如已知，残余伪距离通常是指所测量伪距离与已知位置之间的差。在一个实施例中，测量单元220使用任何已知技术计算/确定距离参数，例如伪距离(ρ)及残余伪距离误差(Δρ)。
在一种现有技术中，依据SNR(信噪比)及跟踪环路误差来确定误差协方差R的测量。基于每一卫星测量的SNR及跟踪环路误差而使用众所周知的数学计算来确定测量误差协方差。仅基于(或依据)SNR及跟踪环路误差的测量误差协方差的确定在本文中称作“Rold”。为简明起见此处不描述现有技术。
根据一个实施例，测量单元220经配置以依据SNR、跟踪环路误差、相关性峰形状及测量不一致性来确定R。因此，根据一个实施例，每一卫星的测量误差协方差(R)以数学方式表示为：
因此，在一个实施例中，N个卫星的误差协方差(R)的测量由列矩阵表示为：
其中R是表示N个卫星的测量误差协方差度量的列向量，且R1到RN分别表示根据方程式1计算的卫星1到N的测量误差协方差。尽管R展示为所有四个参数的函数，但在替代实施例中，对于一些或所有卫星，通过省略一个或一个以上参数来计算R(或设定为恒定值)。下文描述依据相关性峰形状(方程式1中的参数中的一者)计算R的方式。
在一个实施例中，测量单元220经配置以执行特定卫星的预定义伪代码与对应于所述卫星的数字数据串流的相关性以确定相关性峰。使用任何已知峰检测技术来确定相关性峰。使用相关性峰的时间参考来确定伪距离(ρ)及残余伪距离误差(Δρ)。使用相关性峰的形状来确定并量化测量中的可能误差。下文关于相关性峰形状的实例图解说明在一个实施例中考虑各种相关性峰形状以改变测量误差协方差(R)的方式。
在一个实例性实施方案中，测量单元220经配置以确定相关性峰形状的质量或特性。举例来说，基于例如(但不限于)峰形状的对称性、相关性峰形状中的峰的数目、峰形状中的峰的重复性等参数以及其它可能参数确定相关性峰形状的质量或特性。
图3A到3D图解说明根据各种实施例表示装置100的不同操作条件的相关性峰形状。
图3A中的相关性峰形状展现可对应于在不具有障碍物的开放且空旷天空下操作的装置100的良好界定的单个峰对称相关性峰形状。图3B中的相关性峰形状展现可表示嘈杂操作条件(例如，多云天空)或建筑物内部的具有低SNR的信号的模糊(扩展)相关性峰形状。图3C中所展示的相关性峰形状展现多个峰，其中一个主导相关性峰表示与高度城市的环境相关联的操作条件，其中多个多路径信号在装置100处会聚。图3D中的相关性峰形状展现相关性峰的不同重复，从而表示其中多路径信号从一个或一个以上物体反射的可能操作条件。因此，每一相关性峰形状展现对应于操作装置100的普遍条件的特性形状。然而，可了解，操作条件可展现图3A到3D中所展示的特性中的几个或全部。因此，应理解，图3A到3D中所展示的特性仅为易于理解而分开且单独展示。
根据一个实施例，测量单元220经配置以将测量误差协方差R的值确定为与相关性峰的形状中的一个或一个以上特性成比例。举例来说，在一个实施例中，测量单元220经配置以与峰的数目(如在图3C的情况下)及/或模糊的宽度(如在图3B的情况下)及/或第一与第二不同峰形状之间的距离(如在图3D的情况下)成比例地确定测量误差协方差R。
然而，3A到3D的相关性峰形状仅出于图解说明的目的而提供且不应被视为具有限制性。通过阅读本发明，相关领域的技术人员可提取相关性峰的各种其它特性并对其加以利用。
进一步继续，下文进一步描述测量单元220依据测量不一致性确定测量误差协方差(R)的方式。
图4是图解说明在本发明的一个实施例中确定测量误差的方式的框图。在框410中，测量单元220确定与一个或一个以上全球导航卫星系统(GNSS)卫星的伪距离。在框420中，测量单元220确定从参考位置到对应一个或一个以上GNSS卫星的一个或一个以上参考距离。在框430中，测量单元220通过使用所述对应一个或一个以上参考距离及一个或一个以上GNSS卫星的伪距离确定所述GNSS卫星中的每一者的测量误差。
在一个实施例中，与参考距离与GNSS卫星的所测量伪距离之间的差成比例地计算测量误差。在替代实施例中，测量单元220使用所述差作为参数中的一者连同参数SNR、跟踪环路误差及相关性峰形状来确定测量误差。由于参考距离的使用，增强测量误差的准确性。下文进一步图解说明本发明的实例性实施例中的测量误差的确定。
图5是描绘与四个卫星的伪距离的线图，以图解说明测量不一致性的确定的实例。参考S1、S2、S3及S5表示四个不同卫星。线510、520、530及550分别表示来自卫星S1、S2、S3及S5的信号路径。在图5中，仅为易于理解而将路径展示为不重叠的。然而，实际上，卫星的信号路径可重叠。在图5中，ρ1、ρ2、ρ3及ρ5表示在时间t处分别针对卫星S1、S2、S3及S5确定的伪距离(如由(例如)测量单元220确定)。
线501、502、503及505分别表示在距离卫星S1、S2、S3及S5的距离ρ1、ρ2、ρ3及ρ5处的假想等距离线。点Xr表示装置100的参考位置。参考伪距离ρr3及ρr5分别表示卫星S3及S5的从已知卫星位置到参考位置Xr的伪距离。在一个实施例中，参考伪距离计算为从卫星的历书获得的已知卫星位置与参考位置Xr之间的向量差。图5中未展示参考伪距离ρr1及ρr2，只是为了让线图理解起来简单。然而，所属领域的技术人员通过阅读本发明将容易地能够确定其它两个参考距离。
在路径252上将参考位置Xr从不同源提供到测量单元220。在一个实例中，从卡尔曼滤波器(位置计算单元250的部分，如下文稍后部分中所描述)的位置估计获得参考位置Xr。在替代实例中，从(GPS)增广系统270(例如，惯性导航系统、蜂窝式导航系统等)获得参考位置Xr。
在本发明的又一实例中，位置计算单元250根据伪距离ρ1、ρ2、ρ3及ρ5以及依据SNR及环路误差计算的旧测量误差协方差Rold确定位置。接着将使用Rold如此计算的位置发送到测量单元220作为参考位置Xr以重新计算及确定新测量误差协方差R。
测量单元220经配置以确定每一卫星的所测量距离ρ1、ρ2、ρ3及ρ5与参考距离ρr1、ρr2、ρr3及ρr5之间的差(表示测量不一致性)。因此，测量单元220经配置以依据所述差(测量不一致性)的绝对值/与所述差的绝对值成比例地确定测量误差协方差R，其表示为：
(3)R∝(ρ-ρr)2
卫星S1到S5的测量误差协方差表示为：
(4)R1∝(ρ1-ρr1)2，R2∝(ρ2-ρr2)2，Ra∝(ρ3-ρr3)2且R5∝(ρ5-ρr5)2
作为实例，参考图5，由于测量不一致性在卫星S3的情况下较高，因此与其它卫星S1、S2及S5的测量误差协方差相比将测量误差协方差R3设定为较高值。此外，基于装置100的操作条件选择性地应用以上技术。
图6图解说明实例性多路径条件。装置100(在汽车中)接收经反射信号680及直接信号660两者。直接信号660被建筑物691削弱。测量单元220经配置以基于信号强度及/或相关性峰形状测量与经反射信号的距离。因此，总的所测量距离是信号670与信号680的距离的和。因此，在图6的实例性多路径情形中，所测量距离大于实际距离。因此，差ρ-ρr对于受多路径影响的伪距离是正数。
因此，在一个实施例中，为减小由于多路径条件所致的接收器输出的不准确性，测量单元220经配置以在差ρ-ρr为正的情况下改变旧测量误差协方差Rold的值。如果差为负数，那么通过考虑SNR、环路误差及相关性峰的形状来计算协方差。因此，在图5中，由于差ρ2-ρr2为负数(从图5显而易见)，因此使用SNR、环路误差及/或相关性峰形状来计算卫星S2的测量误差协方差R2。
此外，测量单元220进一步经配置以检测多路径条件且切换测量误差协方差计算技术。测量单元220经配置以基于相关性峰形状检测操作条件。举例来说，如果相关性峰形状含有多个或重复峰，如图3D中所展示，那么测量单元220断定操作条件为多路径条件。
下文描述根据一个实施例在解空间(在其中计算位置解的坐标系统)中计算测量误差协方差R的方式。
考虑参考位置Xr，参考伪距离ρr表示为：
其中Xs表示卫星的位置，符号->表示向量，且下标x、y及z表示实例性坐标系统/解空间(例如笛卡尔(Cartesian)坐标系统)中的分量。
类似地，将装置100的真实位置表示为X，所测量伪距离ρ表达为：
其中e表示总测量误差。根据方程式5及6，经线性化差表示为：
(7)ρr-ρ＝H(Xr-X)+e
其中H是n×4矩阵，其由从近似用户位置指向所有(或n个)可见卫星的单位向量构成。
根据方程式7，通过如下执行运算来获得由E[eeT]表示的总测量误差的估计：
(8)E[(ρr-ρ)(ρr-ρ)T]＝E[(H(Xr-X)+e)(H(Xr-X)+e)T]
代入(ρr-ρ)＝Δρ，(Xr-X)＝ΔX，且假设X与e不相关，方程式8写为：
(9)E[(Δρ)(Δρ)T]＝E[H(ΔX)(ΔX)THT]+E[eeT]
在方程式9中，E[eeT]换算测量误差协方差(R)且方程式9重写为：
(10)R≌E[eeT]≌E[(Δρ)(Δρ)T]-HE[(ΔX)(ΔX)T]HT]
在方程式10中，项E[(ΔX)(ΔX)T]表示参考位置不确定性/误差协方差的估计。通过在时间周期内观察残余伪距离误差将方程式10中的另一项E[(ΔX)(ΔX)T]估计为：
其中N表示观察窗长度。因此，根据方程式10及11，依据测量不一致性将(新)测量误差协方差R计算为：
在以上方程式中，Δρ表示残余伪距离误差，H表示解矩阵，C表示根据项E[(ΔX)(ΔX)T]的误差协方差的估计，且算子“T”表示矩阵的转置，且算子E[.]表示期望算子。经由路径225将如以上部分中所描述的那样确定的测量误差协方差R提供到位置计算单元250。
根据一个实施例，位置计算单元250经配置以经由路径225接收伪距离(ρ)、残余伪距离误差(Δρ)及测量误差协方差(R)且确定位置、速度及状态误差协方差。下文进一步详细描述位置计算单元250与测量单元220协作计算位置解的方式。
图7是图解说明在本发明的一个实例中减小GNSS接收器输出的不准确性的方式的流程图。
在框710中，位置计算单元250发送用于计算测量误差(协方差)R的参考位置(Xr)。位置计算单元250将参考位置(Xr)发送到测量单元220。在一个实施例中，位置计算单元250将参考位置(Xr)发送到与测量单元220交互操作的另一单元以计算R。位置计算单元250经编程以从一个或一个以上选项合适地选择参考位置(Xr)，所述一个或一个以上选项例如(但不限于)：由卡尔曼滤波器产生的位置估计、第(t-t1)时刻处的先前位置计算的对应测量、来自惯性导航系统180的位置输入、来自蜂窝式系统的位置输入、从I/O系统121接收的参考位置及/或根据旧测量误差协方差Rold计算的位置。
在框720中，测量单元220基于所接收参考位置及在时间t处测量的第一组伪距离计算测量误差(协方差)R。测量单元220如以上部分中所描述的那样计算测量误差协方差R。在一个实例中，测量单元220根据与图4、5及/或方程式12相关联的说明计算测量误差协方差R。测量单元220将测量误差协方差R连同伪距离一起发送到位置计算单元250。
在框730中，位置计算单元250使用测量误差协方差R及在时间t处测量的伪距离组确定位置及/或速度。在一个实例中，位置计算单元250使用针对每一伪距离计算的测量误差协方差R(R1到RN)来给确定位置解时的相应贡献加权，因此给予较好质量的测量较高重要性且给予相对较差质量的测量较低重要性。
因此，在一个实施例中，测量单元220及位置计算单元250经配置以交互操作以产生准确位置输出。根据一个实施例参考卡尔曼滤波器技术描述位置及误差协方差的实例性计算。然而，通过阅读本发明，相关领域的技术人员可在其它位置计算技术中应用/使用本发明的教示内容。
图8是图解说明根据一个实施例使用卡尔曼滤波器确定GNSS接收器输出的框图。展示卡尔曼滤波器800接收先前位置(Xk-1)、先前速度(vK-1)、先前不确定性(Ck-1)、卫星测量(ρ)及测量误差协方差(R)。卡尔曼滤波器800展示为提供位置输出Xk、速度输出Vk及状态误差协方差Ck(误差协方差的实例)。
在一个实施例中，卡尔曼滤波器800以两个级操作。在第一级中，从时步K-1到时步K前向估计(先验)位置及速度。从K-1到K时步的实例性先验位置估计执行为：
对应地，状态协方差矩阵(误差协方差)从K-1时步到K时步更新为：
其中A表示卡尔曼滤波器的状态转移矩阵，且Qk及Pk表示过程噪声。在一个实例中，如在图7的框720中，将所估计位置状态作为参考位置提供到测量单元220。因此，测量单元220经配置以使用所估计先验计算测量误差协方差R。将所计算测量误差协方差R提供到卡尔曼滤波器800用于在第二级中计算位置Xk、速度Vk及误差协方差Ck。
在第二级中，将先验位置及所预测误差协方差与卫星测量及测量误差协方差R混合以确定第K状态位置、速度及误差协方差。出于图解说明的目的描述一个确定第k状态位置及误差协方差的方式。
在第二级中，首先，卡尔曼滤波器800使用先验位置及将卡尔曼增益Kk确定为：
使用以上方程式15的卡尔曼增益将第K状态位置(后验)计算为：
对应地，第K状态的误差协方差计算为：
在以上方程式中，I表示取决于所使用卡尔曼滤波器的大小及表示其通常运算的其它记号的幺矩阵。
测量单元220与位置计算单元250以各种方式一起交互工作。举例来说，测量单元220计算Rold且将其提供到位置计算单元250。位置计算单元250接着使用Rold取代方程式15、16及17中的R计算第K状态位置解。将所计算第K状态位置作为参考位置提供到测量单元220用于计算R。测量单元220接着使用所述参考位置计算测量误差协方差R。借助R重新运行卡尔曼滤波器(根据方程式15到17)以获得新第K状态位置。
作为另一替代方案，使用Rold计算方程式15及16，从而不影响卡尔曼滤波器状态。在方程式17中使用R以提供更准确误差协方差。因此，根据以上部分中所描述的本发明各个方面计算的位置及状态误差协方差减小由于装置100的操作条件所致的不准确性。
尽管参考位置Xk及状态误差协方差Ck的计算作出说明，但本文中所描述及展示的技术也经扩展以计算速度测量。举例来说，在以上方程式中，用多普勒(Doppler)频移测量取代伪距离测量以计算对应速度测量。
虽然上文已描述本发明的各种实例，但应理解，所述实例以举例方式而非限制方式提供。因此，本发明的广度及范围不应受上文所描述实例中的任一者限制，而应仅根据所附权利要求书及其等效内容来界定。

Claims (8)

1.一种用于减小全球导航卫星系统位置及速度解的不准确性的方法，其包含：
在全球导航卫星系统接收器电路中确定与第一全球导航卫星系统卫星的第一伪距离；
在所述全球导航卫星系统接收器电路中确定从参考位置到所述第一全球导航卫星系统卫星的参考距离；
在所述全球导航卫星系统接收器电路中根据所述参考距离及所述第一伪距离之间的差确定测量误差；
在所述全球导航卫星系统接收器电路中通过所述测量误差给所述第一伪距离加权；
自包含所述经加权的第一伪距离的一组伪距离计算位置解，所述位置解包含位置、速度及状态误差协方差中的至少一者，且所述参考位置是自先前位置确定的卡尔曼滤波器的先验位置估计；
在所述全球导航卫星系统接收器电路中，仅在所测量的伪距离大于所述参考伪距离的情况下根据所述差确定测量误差协方差；及
在所述全球导航卫星系统接收器电路中至少部分地根据下式来计算所述测量误差协方差：
<mrow> <mi>R</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mi>N</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>&amp;rho;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>&amp;rho;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>T</mi> </msup> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <msup> <mi>HCH</mi> <mi>T</mi> </msup> </mrow>
其中R表示所述测量误差协方差，Δρ表示第一组卫星的残余伪距离误差，H表示包含从近似用户位置指向n个可见卫星的单位向量的n×4矩阵，C表示根据项E[(ΔX)(ΔX)T]的误差协方差的估计，N是表示观察窗的整数，算子T表示转置运算，算子Σ表示求和运算，且ΔX＝(Xr-X)，Xr表示参考位置且X表示真实位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其包含：
将卡尔曼滤波器中的第K状态位置Xk确定为其中是所述卡尔曼滤波器的先前状态位置，ρ是表示伪距离组的向量，且Kk是确定为的卡尔曼增益，其中是所述卡尔曼滤波器的先前状态误差协方差。
3.根据权利要求2所述的方法，其包含：
将所述卡尔曼滤波器的第K状态误差协方差Ck确定为 其中表示卡尔曼滤波器的先验误差协方差，且I表示取决于所使用卡尔曼滤波器的大小及表示其通常运算的其它记号的幺矩阵。
4.根据权利要求1所述的方法，其包含：
在所述全球导航卫星系统接收器电路中依据相关性峰形状确定第二测量误差；及
在所述全球导航卫星系统接收器电路中基于所述第二测量误差修改所述测量误差。
5.一种全球导航卫星系统GNSS接收器，其包含：
测量单元，其经配置以根据参考位置及与第一组GNSS卫星的一组所测量伪距离确定测量误差协方差；
位置计算单元，其经配置以根据所述测量误差协方差及所述组所测量伪距离确定导航信息，所述参考位置包含自先前位置及先前不确定性度量估计的卡尔曼滤波器的所估计位置，且位置解包含位置、速度及状态误差协方差中的至少一者；
参考单元，其经配置以确定从所述参考位置到所述第一组GNSS卫星中的第一卫星的参考伪距离；
差单元，其经配置以确定所述参考伪距离与对应于所述第一卫星的所测量的伪距离之间的差；
所述测量单元经配置以依据所确定的差确定所述测量误差协方差；
所述测量单元进一步经配置以在所测量的伪距离大于所述参考伪距离的情况下依据所述差确定所述测量误差协方差；及
所述测量单元进一步经配置以至少部分地根据下式来确定所述测量误差协方差：
<mrow> <mi>R</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mi>N</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>&amp;rho;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>&amp;rho;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>T</mi> </msup> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <msup> <mi>HCH</mi> <mi>T</mi> </msup> </mrow>
其中R表示所述测量误差协方差，Δρ表示所述第一组GNSS卫星的残余伪距离误差，H表示从近似用户位置指向n个可见卫星的单位向量的n×4矩阵，C表示根据项E[(ΔX)(ΔX)T]的误差协方差的估计，N是表示观察窗的整数，算子T表示转置运算，算子Σ表示求和运算，且ΔX＝(Xr-X)，Xr表示参考位置且X表示真实位置。
6.根据权利要求5所述的GNSS接收器，其中所述测量单元进一步经配置以至少部分地根据下式来确定状态误差协方差：
<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>I</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>K</mi> <mi>k</mi> </msub> <mi>H</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mover> <mi>C</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>k</mi> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>I</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>K</mi> <mi>k</mi> </msub> <mi>H</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>T</mi> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>K</mi> <mi>k</mi> </msub> <msup> <msub> <mi>RK</mi> <mi>k</mi> </msub> <mi>T</mi> </msup> </mrow>
其中Ck表示状态误差协方差，Kk表示所述卡尔曼滤波器的增益，表示所述卡尔曼滤波器的先验误差协方差，且I表示取决于所使用卡尔曼滤波器的大小及表示其通常运算的其它记号的幺矩阵。
7.根据权利要求6所述的GNSS接收器，其中所述测量单元进一步经配置以依据相关性峰形状确定第二测量误差协方差，且进一步经配置以基于所述第二测量误差协方差的值修改所述测量误差协方差。
8.根据权利要求7所述的GNSS接收器，其中所述测量单元进一步经配置以依据所有所述差、所述相关性峰形状、所接收信噪比及跟踪环路误差确定所述测量误差协方差。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104463841A (zh) * 2014-10-21 2015-03-25 深圳大学 衰减系数自适应的滤波方法及滤波系统
CN104486836B (zh) * 2014-12-30 2018-01-19 电子科技大学 一种基于接收信号强度的接收机定位方法
US10408943B2 (en) 2017-02-09 2019-09-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for improving position-velocity solution in GNSS receivers
CN107515414B (zh) * 2017-09-13 2020-05-08 东南大学 一种电离层闪烁下基于矢量跟踪的自适应卡尔曼滤波方法
WO2019123558A1 (ja) * 2017-12-20 2019-06-27 株式会社日立製作所 自己位置推定システム
KR102609093B1 (ko) * 2018-10-26 2023-12-04 삼성전자주식회사 Gnss 신호의 다중 경로 상태를 검출하는 방법 및 이를 지원하는 전자 장치
US11513234B2 (en) * 2019-09-13 2022-11-29 Apple Inc. Estimating device position in multipath environments
US11960011B2 (en) * 2020-02-03 2024-04-16 Trx Systems, Inc. System and method for validating GNSS location input
CN112698368B (zh) * 2020-12-03 2023-08-01 湖北三江航天险峰电子信息有限公司 一种导航接收机的导航信号解析方法及计算机存可读介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101109805A (zh) * 2007-08-13 2008-01-23 北京航空航天大学 一种卫星导航增强系统的定位方法
US20090243920A1 (en) * 2008-04-01 2009-10-01 Seiko Epson Corporation Positioning method, program, and positioning apparatus
CN102033236A (zh) * 2010-10-22 2011-04-27 浙江大学 一种卫星导航位置速度联合估计方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5959575A (en) * 1997-11-04 1999-09-28 Nortrhop Grumman Corporation Interior GPS navigation
US6211817B1 (en) * 1999-07-27 2001-04-03 Trimble Navigation Limited Differential global positioning system using almanac data for a fast time to first fix
US6727848B2 (en) * 1999-07-27 2004-04-27 Ralph F. Eschenbach Global positioning system using almanac data for a fast time to first fix
US7170447B2 (en) * 2003-02-14 2007-01-30 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for processing navigation data in position determination
US7982667B2 (en) * 2006-04-17 2011-07-19 Trimble Navigation Limited Post-processed accuracy prediction for GNSS positioning
WO2008094087A1 (en) * 2007-01-30 2008-08-07 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Sbas correction information in ms based agps system
US7940210B2 (en) * 2008-06-26 2011-05-10 Honeywell International Inc. Integrity of differential GPS corrections in navigation devices using military type GPS receivers

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101109805A (zh) * 2007-08-13 2008-01-23 北京航空航天大学 一种卫星导航增强系统的定位方法
US20090243920A1 (en) * 2008-04-01 2009-10-01 Seiko Epson Corporation Positioning method, program, and positioning apparatus
CN102033236A (zh) * 2010-10-22 2011-04-27 浙江大学 一种卫星导航位置速度联合估计方法

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