CN107024705B - 用于交通工具姿态确定的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于交通工具姿态确定的系统和方法。在一个实施例中，一种用于交通工具取向检测的方法包括：基于来自机载GNSS接收器系统的测量结果生成差分载波相位测量结果；从机载辅助源接收姿态辅助测量结果和基线长度；作为差分载波相位测量结果、姿态辅助测量结果和基线长度的函数而计算具有相关联的协方差值的浮点模糊度值；从浮点模糊度值计算整数候选阵列的集合，其中整数候选阵列是从不相似的模糊度估计算法计算的；作为从差分载波相位测量结果和姿态辅助测量结果以及基线长度计算的残差的函数并且进一步基于比较所述多个残差与多个阈值，选择第一整数候选阵列作为经解析的整数值；以及向姿态和朝向计算器输出经解析的整数值。

Description

用于交通工具姿态确定的系统和方法

背景技术

交通工具的姿态和朝向可以是典型地由系统使用惯性传感器提供的必要信息。将全球导航卫星系统（GNSS）用于姿态感测提供了较低成本、较低重量、较小体积和较低功率消耗的可替换方案。GNSS姿态确定通过差分多个接收器/天线对的载波相位信号来工作。虽然载波相位是具有毫米量级上的误差的范围改变的非常准确的度量，但是因为其为积分器的输出，所以其还具有相关联的整周模糊度误差。整周模糊度是卫星与天线之间的载波信号的未知数目的整个周期。在许多应用中，诸如对于飞行中的客机，迅速且准确的姿态确定对于安全操作而言是至关重要的。为了利用载波相位来得到针对这样的快速移动交通工具的最佳朝向和姿态确定，迅速且准确地解析（resolve）整周模糊度是必要的。虽然现有整数估计算法（诸如LAMBDA（最小二乘模糊度去相关调整）算法）可以提供足以在精度耕作和挖掘应用中使用的模糊度解析，但是它们自身不提供所有条件中的足够可靠的高完整性解决方案使得它们可以用于飞行器机载的经飞行证明的系统。

出于以上陈述的原因以及出于对本领域技术人员来说在阅读和理解本说明书时将变得明显的以下陈述的其它原因，在本领域中存在对于用于交通工具姿态确定的改进的系统和方法的需要。

发明内容

本发明的实施例提供了用于交通工具姿态确定的方法和系统，且将通过阅读和研究以下说明书而被理解。

在一个实施例中，一种用于交通工具取向检测的方法包括：基于来自机载全球导航卫星系统（GNSS）接收器系统的载波相位测量结果来生成差分载波相位测量结果；从一个或多个机载辅助源接收姿态辅助测量结果和基线长度；作为差分载波相位测量结果、姿态辅助测量结果和基线长度的函数而计算具有相关联的协方差值的多个浮点模糊度值；从所述多个浮点模糊度值计算整数候选阵列的集合，其中整数候选阵列是从不相似的模糊度估计算法计算的；作为从差分载波相位测量结果和姿态辅助测量结果以及基线长度而计算的多个残差的函数并且进一步基于比较所述多个残差与多个阈值，从整数候选阵列的集合选择第一整数候选阵列作为经解析的整数值；以及当经解析的整数值被选择时，向姿态和朝向计算器输出经解析的整数值。

附图说明

当鉴于优选实施例的描述和以下附图来考虑时，本发明的实施例可以被更容易地理解并且其进一步优势和使用可以更加显而易见，在以下附图中：

图1是本公开的一个实施例的交通工具取向检测系统100的框图；

图2是图示了本公开的一个实施例的整周模糊度解析功能以及姿态和朝向估计器的一个实现方式的框图；

图3是图示了本公开的一个实施例的用于整周模糊度解析功能的验证逻辑的框图；

图3A-3C是图示了本公开的一个实施例的针对用于整周模糊度解析功能的验证逻辑的示例逻辑流程的流程图；以及

图4是图示了本公开的一个实施例的方法的流程图。

依照惯例，各种所描述的特征未按比例绘制，而是被绘制成强调与本发明相关的特征。遍及各图和文本，参考标记表示相似的元件。

具体实施方式

在以下详细描述中，参照附图，附图形成其部分，并且在附图中通过其中可实践本发明的具体说明性实施例的方式示出。以充足的细节描述这些实施例以使得本领域技术人员能够实践本发明，并且要理解的是，可以利用其它实施例，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下做出逻辑、机械和电气改变。以下详细描述因而不应在限制的意义上理解。

本发明的实施例提供了用于解析针对用于交通工具的基于GNSS的姿态确定的整周模糊度的解决方案。如以下更详细解释的那样，本文描述的解决方案利用来自与差分载波相位测量结果组合地处理的机载辅助源的数据，以实现与整数估计过程结合的初始化和验证逻辑。

图1是本发明的一个实施例的交通工具取向检测系统100的图。如本文使用该术语那样，交通工具的“取向”是指交通工具的朝向或姿态或者这二者。系统100包括：GNSS接收器系统105，其包括两个或更多GNSS接收器。图1示出了包括两个GNSS接收器102-1和102-2的实施例。在其它实现方式中，系统100可以包括三个或更多GNSS接收器。

当GNSS接收器102-1、102-2开始追踪来自至少一个卫星101的卫星信号时，它们开始追踪卫星信号的载波。例如，全球定位系统（GPS）信号可以具有1.575 GHz的载波频率，其转换成具有近似19cm的电磁波长的信号。接收器102-1、102-2中的任一个可以通过保持追踪19cm波形的多少个周期在一段时间内经过其相应天线103-1、103-2来追踪到卫星101的距离中的改变（例如在准确度方面到1mm内）。单独地，没有接收器可以确定其相关联的接收器天线103-1、103-2和卫星101之间的绝对距离。由此，每一个接收器102-1、102-2可以通过检测所接收到的信号中的亚波长变化来非常准确地检测和测量到卫星101的距离中的小改变。然而，它们不能检测出在天线与卫星101之间的距离中存在多少个完整波长的整数数目。该未知整数值被称为整周模糊度。该讨论也将适用于由GNSS接收器102-1和102-2追踪的每一个卫星。

当这两个GNSS接收器102-1、102-2二者正在追踪相同卫星101时，它们可以解析其到卫星101的相对亚波长分数范围。也就是说，它们一起可以通过差分载波相位测量结果确定一个天线103-1、103-2相对于另一个朝向或远离卫星101移动的波长的分数，即便仍旧将存在从每一个接收器天线103-1、103-2到卫星101的不清楚整数数目的波长。

如本公开所解释的那样，来自这两个接收器102-1、102-2的该差分载波相位测量结果数据可以连同基线长度104（被定义为针对每一个相应接收器102-1、102-2的天线103-1、103-2之间的距离）和机载感测到的姿态辅助测量结果一起被利用，以解析针对在天线103-1、103-2中的每一个与卫星101之间存在多少整数数目的波长的估计。利用针对天线103-1、103-2中的每一个而估计的经解析的整数，从这两个天线103-1、103-2中的每一个到卫星101的范围测量结果差异可以直接转换成定义交通工具相对于期望参考系的取向（朝向和姿态二者）的信息。

相应地，系统100还包括耦合到GNSS接收器系统105的整周模糊度解析功能114。在一些实施例中，GNSS接收器系统105从其从接收器102-1和102-2接收到的载波相位测量结果生成差分载波相位测量结果120。可替换地，在一些实施例中，GNSS接收器系统105输出载波相位测量结果，并且，产生差分载波相位测量结果的计算在机载计算设备110上发生。系统100还耦合到辅助源130以及姿态和朝向估计器118，辅助源130包括姿态辅助传感器132以及描述天线103-1和103-2之间的所勘测到的距离102的基线长度数据134（其可以存储在存储器中）。在图1中所示的实施例中，姿态辅助传感器132被实现为惯性辅助源或惯性导航传感器（INS），但在其它实施例中，使用其它姿态辅助传感器。使用从整周模糊度解析功能114提供到姿态和朝向估计器118的经解析的整数126，可以通过处理从卫星101接收到的载波信号来确定交通工具的取向。

关于本公开的实施例，整周模糊度解析功能114包括三个组件：初始化逻辑115、整数估计逻辑116和验证逻辑117。来自辅助源130的姿态和基线长度数据136的输入由初始化逻辑115和验证逻辑117二者利用，如以下更详细解释的那样。

初始化逻辑115起作用以使用基线长度数据133以及来自辅助传感器132的俯仰、横滚和朝向角度测量结果来约束整数估计逻辑116在其之上操作的搜索空间。也就是说，当由整数估计逻辑116执行的算法仅需要搜索小得多的空间以收敛在其整数候选上时，它们可以更快地这样做，并且那些算法收敛在假整数候选上的可能性被降低，这是因为已经从有效搜索空间消除许多假整数候选。更具体地，初始化逻辑115的输出122是还称为浮点值的多个浮点模糊度以及针对每一个浮点值的误差协方差值。

每一个浮点值包括处于两个整数之间的经估计的数字，而误差协方差提供浮点值的质量的指示（也就是说，有多可能浮点处于准确反映到卫星101的距离的未知部分的整数附近）。

在一个实施例中，初始化逻辑115利用辅助数据136以使用等效于下式的函数来计算导航框架中的基线：

其中

是导航框架中的基线，

是勘测基线长度102（即，如基线长度数据134所指示），并且

和

分别是来自辅助传感器132的角度俯仰和朝向辅助测量结果。由此，可以从下式估计被提供到整数估计逻辑116的浮点模糊度122：

其中H是用于映射坐标系的几何矩阵，并且

是由GNSS接收器系统105提供或以其它方式从由GNSS接收器系统105测量的载波相位生成的差分载波范围120（差分载波相位与信号波长相乘）。应当指出的是，在本文所描述的任何实施例中，差分载波相位120可以包括单差异载波相位值或可替换地包括双差分载波相位值。整数估计逻辑116将输入浮点模糊度122值

，并在那些浮点值周围开始其针对整数的搜索。代码的标准差和载波测量结果误差、基线勘测误差、俯仰、横滚和朝向误差可以根据以上计算和任何必要的坐标变换而传播，以便获取浮点模糊度的方差-协方差矩阵。如果辅助传感器132的误差特性改变，则其将更新其误差协方差。

虽然图1中的示例实现方式描述了使用俯仰和朝向辅助的单个基线的利用，但是应当领会的是，在其它实施例中，这可以被推广到使用来自辅助源130的所有欧拉角的两个或更多基线。使用以上信息的初始化向整数估计逻辑116输出用于搜索的初始点，其是模糊度的浮点（小数）集合，具有定义搜索空间边界的协方差矩阵。使用如本公开中所描述的基线长度和姿态辅助，搜索空间的大小收缩，且因而使整数估计逻辑116更可能以更大的准确度在更少的时间中完成。

整数估计逻辑116利用多个不同整数估计算法，其每一个分离地计算输出整数候选阵列的集合的候选解。在一个实施例中，至少一个整数估计算法包括使用搜索空间估计整数候选阵列的集合的任何其它算法的LAMBDA方法。包含在从整数估计逻辑116输出的整数候选阵列124的集合中的输出值在一些实例中可以与彼此一致，而在其它实例中它们可以不是这样。

应当领会的是，由整数估计逻辑116执行的整数估计算法即使在给定它们作为输入而接收到的浮点模糊度中的错误时仍可以找到正确的解，但是整数估计逻辑116在初始搜索空间首先由初始化逻辑约束时可以工作得更快并向更接近于浮点模糊度的经计算的整数候选阵列给出更多权重。

验证逻辑117操作成建立整数候选阵列之一以输出作为正确的解（也就是说，经解析的整数126）。当经解析的整数126被成功获取时，其可以作为向姿态和朝向估计器的输出而被提供。可替换地，当验证逻辑117不能有信心地选择任何解作为正确的解时，可以提供指示缺少解析的交替输出。验证逻辑117验证是否来自整数估计逻辑116的任何整数候选阵列124是在姿态解的质量方面可接受的整数阵列。应当指出的是，验证逻辑117独立于初始化逻辑115。也就是说，验证逻辑117在从整数估计逻辑116产生的整数候选阵列124上操作，且对初始化由初始化逻辑115执行的方式不敏感或者以其它方式取决于该方式。验证逻辑117不仅充当模糊度解析时的整数候选阵列的测试，而且其在新的测量结果随时间到达时保持测试经解析的整数126。这解决了诸如在性质上动态且随时间和运动而改变的周跳（cycle slip）和多径之类的误差源。与可调整阈值组合的验证逻辑117的优先化和模态提供了GNSS姿态的准确度、可用性和完整性之间的折衷。

图3是在300处总体图示了本公开的一个实施例的验证逻辑117的框图。图3中所示的验证逻辑117实现方式包括残差计算逻辑310、阈值比较逻辑312和模式（或状态）更新逻辑314。来自辅助源130的姿态和基线长度数据136连用来自整数估计逻辑116的整数候选阵列124的集合以及差分载波相位120一起被用作到残差计算逻辑310中的输入。如以上提到的，差分载波相位120可以直接来自GNSS接收器系统105，或者可替换地，它们可以通过另一机载系统而从来自GNSS接收器系统105的载波相位测量结果生成。例如，在一个实施例中，整周模糊度解析功能114（或由机载计算设备110执行的另一功能）在输入来自GNSS接收器系统105的载波相位测量结果之后生成差分载波相位120。使用这些输入，残差计算逻辑310计算残差的集合，包括：RMS测量结果残差（R1），其包括所测量到的差异载波相位120的均方根减去利用经解析的整数估计的载波相位；基线残差（R2），其包括所估计的基线长度与勘测基线长度134之间的差异；姿态残差（R3），其包括所估计的欧拉角与如辅助源130的姿态辅助传感器132所测量的欧拉角之间的差异；以及平方范数比（R4）。平方范数是浮点值到整数候选阵列的距离。R4是整数候选阵列的集合中的最小和第二小的平方范数之比。

在阈值比较逻辑312处，对照预定阈值比较由残差计算逻辑310产生的残差集合。例如，对照RMS阈值T1比较R1，对照基线阈值T2比较R2，对照姿态阈值T3比较R3，并且对照姿态阈值T4比较R4。例如，如果RMS测量结果残差大于RMS阈值T1，则T1阈值将被视为被超过。如果基线残差（R2）超过基线阈值T2，则T2阈值将被视为被超过。如果姿态残差（R3）超过基线阈值T3，则T3阈值将被视为被超过。如果平方范数比残差（R4）超过基线阈值T4，则T4阈值将被视为被超过。如本文使用术语那样，使阈值“被满足”意味着阈值测试是成功的，而使阈值“被超过”意味着阈值测试是失败的。

在用于不同应用的不同实现方式中，T1、T2、T3和T4阈值的优先级可以变化。例如，在一个实施例中，T2阈值具有最低优先级，这是因为基线大小是预期最不可信的变量。例如，在其中天线103-1和103-2安装在相对机翼上的飞行器上，可以预期某种机翼挠曲，其将取决于飞行条件或交通工具操纵而使天线103-1和103-2变得更靠近或更远离。照此，由整周模糊度功能114计算的所估计的基线长度与存储在基线长度数据134中的勘测基线长度之间的相当大的偏差不是对应整数候选已经收敛在不正确的答案上的指示。在故障的低可能性和来自辅助源130的姿态数据中的高准确度的情况下，不超过T3阈值可能具有最高优先级。在另一实施例中，T4可以被定义成具有最低优先级，这是因为浮点模糊度可能非常错误并且因而平方范数可能在其可以多清楚地指示整数候选阵列的有效性方面变化。在其它实施例中，取决于交通工具类型及其所设计的任务，阈值可以以另一次序优先化。也就是说，正是因为整数候选在一个应用中超过T1而致使其成为不可接受的解，所以一些其它应用可能仍能够接受解。例如，如果已知辅助源130包括相对低廉的惯性传感器132，则阈值比较逻辑可以给出较低优先级以满足阈值T3。最后，基于应用对达到错误答案有多敏感来设定阈值，使得值和优先级二者被相应地定义。还应当指出的是，由于不同整数候选是从不同整数估计算法计算的，因此针对T1、T2、T3和T4的不同阈值可以与每一个方法相关联。例如，T4阈值可以针对LAMBDA整数估计算法与针对另一整数估计算法不同地设定。

模式更新逻辑314操作成基于哪些阈值被满足或超过来定义整周模糊度解析功能114的操作模式。在一个实施例中，当阈值比较逻辑312未能将任何整数候选阵列识别为足够可接受以作为经解析的整数而输出时，模式更新逻辑314输出第一模式指示（例如模式M1或“未经解析”）。如果没有候选阵列满足阈值准则的可接受的组合，则验证逻辑117维持模式M1“未经解析”状态，直到整数估计逻辑116在下一出现时间（epoch）处生成整数候选阵列124的下一集合。在一个实施例中，当验证逻辑117已经从整数候选阵列124的当前集合识别出一个或多个可接受的整数候选阵列但尚未决定要解析时，则验证逻辑117输出第二模式指示（例如模式M2或“等待”）。当找到经解析的整数时，验证逻辑117输出第三模式指示（例如模式M3或“经解析”）连同经解析的整数（在图1中的126处示出）的值。针对所有基线的经解析的整数126然后连同差分载波相位120一起被输入到姿态和朝向估计器118中以计算交通工具的姿态和朝向（一旦整周模糊度被如以上所讨论的那样解析，该姿态和朝向可以通过本领域中已知的手段加以计算）。还应当指出的是，本文所描述的操作在每基线的基础上实施。也就是说，针对103-1、103-2之间的基线的经解析的整数126被如以上所描述的那样生成且被输出到姿态和朝向估计器118。

图3A-3C是图示了可由验证逻辑117实现的过程的示例实施例的流程图。如图3A中的350处总体示出的那样，图示了模式M1中的操作逻辑的示例。整数估计逻辑116生成整数候选阵列的集合，残差计算逻辑从其计算至少残差R2（基线）、R3（姿态）和R4（平方范数比）。如果恰恰一个整数候选阵列满足T2和T3，则该结果被接受为经解析的整数并且操作被切换到模式M3。如果多于一个整数候选阵列满足T2和T3并且R4满足T4，则与最低平方范数相关联的整数候选阵列被接受为经解析的整数，即便其不具有最低R2或R3，并且操作被切换到模式M3。然而，如果R4超过阈值T4，那么如果具有最低平方范数的整数候选阵列也具有最低R2和R3，其被接受为经解析的整数并且操作被切换到模式M3。否则，保存满足T2和T3的候选并且将操作切换到模式M2。如果没有整数候选阵列满足阈值T2和T3，则删除所有整数候选阵列并且操作模式停留在M1中以等待从下一出现时间计算的整数候选阵列的新集合。

模式M2中的操作逻辑的示例在图3B中的360处图示。如图3B中所示，整数候选阵列的处理以与在模式1中相同的方式执行，除了先前计算的可接受的整数候选阵列存储在存储器中且被新的整数候选阵列扩充之外。也就是说，残差计算逻辑计算针对由整数估计逻辑116新近提供的新候选的残差并重新计算针对先前存储的候选的新残差。整数候选阵列的该新组合的集合然后被阈值比较逻辑312以与在图3A中相同的方式与阈值比较。如果识别出整数的经解析的集合，则操作被切换到模式M3。如果候选集合部分地满足一些但并非所有期望的阈值准则，则它们被保存并且操作保持在模式M2中。如果没有候选满足最低要求，则操作切换到模式M1。

最后，在图3C中的370处图示了模式M3中的操作逻辑的示例。在每个新的出现时间处利用新的载波相位测量结果来重新计算针对经解析的整数的残差，并且将残差保存在存储器中。如果存储器中的某个数目的过去残差（z个中的z-k个）不再满足阈值的指定子集，则删除经解析的整数并且将操作切换到模式M1。如果它们继续满足阈值的指定子集，则维持经解析的整数并且维持模式M3中的操作。

图4是图示了本公开的一个实施例的方法的流程图。应当理解的是，方法400可以使用以上关于图1、2、3和3A-3C描述的任何实施例而实现。照此，方法400的要素可以与以上描述的那些实施例的要素结合、与其组合或取代其而使用。另外，以上描述的这样的实施例的要素的功能、结构和其它描述可以适用于方法400的相似命名的要素并且反之亦然。

该方法在410处开始，其中基于来自机载GNSS接收器系统的载波相位测量结果来生成差分载波相位测量结果。如以上所描述，载波相位测量结果将来自具有至少多个GNSS接收器的GNSS接收器系统，该多个GNSS接收器具有通过经勘测的基线长度而分离的交通工具安装的天线。载波相位测量结果可以被差分以产生单或双差分载波相位测量结果。在一些实施例中，差分载波相位测量结果可以由GNSS接收器系统从载波相位测量结果产生。在其它实施例中，将载波相位测量结果输出到另一设备，诸如例如机载计算设备110，其从载波相位测量结果生成差分载波相位测量结果。在一个这样的实现方式中，整周模糊度解析功能自身可以在从GNSS接收器系统接收到载波相位测量结果之后生成差分载波相位测量结果。

该方法进行到412，其中从一个或多个机载辅助源接收姿态辅助测量结果和基线长度。姿态辅助测量结果可以由诸如以上在132处图示的机载惯性测量传感器或其它姿态辅助传感器生成。基线长度将包括块410的交通工具安装的天线之间的基线长度距离的测量结果。接收姿态辅助测量结果可以例如包括来自机载惯性导航辅助传感器或来自另一姿态辅助源的欧拉角。

该方法进行到414，其中作为差分载波相位测量结果、姿态辅助测量结果和基线长度的函数而计算具有相关联的协方差值的多个浮点模糊度值。如以上所讨论，代码的标准差和载波测量结果误差、基线勘测误差、俯仰、横滚和朝向误差可以根据以上计算和任何必要的坐标变换而传播（例如，通过整周模糊度解析功能内的卡尔曼滤波器或其它统计预测和传播算法），以便获取浮点模糊度的方差-协方差矩阵。

该方法进行到416，其中从该多个浮点模糊度值计算整数候选阵列的集合，其中整数候选阵列是从不相似的模糊度估计算法计算的。也就是说，多个不同模糊度估计算法用于提供与所有所追踪的卫星与定义基线的两个GNSS天线之间的整数周期的数目中的差异相关联的整数候选阵列。因而，如果例如“n”个不同整周模糊度估计算法被整数估计逻辑116用于天线103-1和103-2之间的两个天线基线，则将计算的整数候选阵列的最小数目将至少为一，这是因为不同算法可以产生相同的最佳候选阵列。每一个不同的整周模糊度估计算法将生成的整数候选阵列的最大数目可以由用户定义。在具有至少两个基线的其它实施例中，块416处的相同计算将针对每一个附加基线而执行。

该方法进行到418，其中作为从差分载波相位测量结果和姿态辅助测量结果以及基线长度计算的多个残差的函数并且进一步基于比较该多个残差与多个阈值，从整数候选阵列的集合选择第一整数候选阵列作为经解析的整数值。在具有多于两个天线的实施例中，可以针对每一个附加基线类似地计算经解析的整数。在一些实现方式中，选择经解析的整数如关于图3所描述的那样通过计算与每一个整数候选阵列相关联的残差并且比较那些残差与对应阈值而执行。取决于哪些阈值被满足，整数候选可以变成作为经解析的整数的指派且被提供为输出。在一些实施例中，该方法还可以包括基于整数候选阵列的当前集合有多好地满足阈值来输出模式指示。如果多于一个整数候选阵列满足一个或多个阈值，则可以基于被满足的阈值的特定组合来选择经解析的整数值。

例如，在一个实施例中，当块418未能将任何整数候选阵列识别为足够可接受以作为经解析的整数值而输出时，该方法输出第一模式指示（例如模式M1或“未经解析”）。如果没有候选满足阈值准则的可接受的组合，则该方法维持模式M1“未经解析”状态，直到在416处从下一出现时间生成整数候选阵列的下一集合。在一个实施例中，当该方法在418处已经从整数候选阵列的当前集合识别出一个或多个可接受的整数候选阵列但尚未选择经解析的整数值时，则该方法在418处输出第二模式指示（例如模式M2或“等待”）。当识别出经解析的整数值时，该方法输出第三模式指示（例如模式M3或“经解析”）连同经解析的整数的值。该方法相应地进行到420，其中当经解析的整数值被选择时，向姿态和朝向计算器输出经解析的整数值。

示例实施例

示例1包括一种交通工具取向检测系统，该系统包括：全球导航卫星系统（GNSS）接收器系统，其包括至少两个GNSS接收器；由机载计算设备实现的整周模糊度解析功能，其中整周模糊度解析功能获取从由GNSS接收器系统测量的载波相位测量结果生成的差分载波相位测量结果；耦合到整周模糊度解析功能的多个辅助源，其中所述多个辅助源向整周模糊度解析功能发送来自姿态辅助传感器的姿态测量结果和与所述至少两个GNSS接收器的天线之间的距离相关联的基线长度数据；其中整周模糊度解析功能包括：初始化逻辑，基于差分载波相位、姿态测量结果和基线长度数据计算浮点模糊度和协方差；包括多个不同整数估计算法的整数估计逻辑，其中整数估计逻辑使用所述多个不同整数估计算法从浮点模糊度和协方差计算至少针对所述至少两个GNSS接收器之间的第一基线的整数候选阵列的集合；验证逻辑，至少部分地基于来自所述多个辅助源的姿态测量结果和基线长度数据从整数候选阵列的集合选择至少与所述至少两个GNSS接收器之间的第一基线相关联的经解析的整数值；以及耦合到整周模糊度解析的估计器，其中估计器基于来自GNSS接收器系统的测量结果和经解析的整数值生成姿态测量结果和朝向测量结果。

示例2包括示例1的系统，还包括：机载计算设备，包括处理器和存储器，其中机载计算设备通过执行存储在存储器中的指令代码来实现整周模糊度解析功能。

示例3包括示例2的系统，其中机载计算设备通过执行存储在存储器中的指令代码来实现估计器。

示例4包括示例1-3中任一项的系统，其中差分载波相位包括单差分载波相位或双差分载波相位。

示例5包括示例1-4中任一项的系统，其中整数估计算法中的至少一个包括最小二乘模糊度去相关调整（LAMBDA）算法。

示例6包括示例1-5中任一项的系统，其中验证逻辑包括：残差计算逻辑；阈值比较逻辑；以及模式更新逻辑。

示例7包括示例6的系统，其中残差计算逻辑计算至少包括以下各项的多个残差值：差分载波相位测量结果的均方根减去从经解析的整数估计的载波相位；从所估计的基线长度与基线长度数据之间的差异计算的基线残差；从所估计的欧拉角与如辅助源所测量的欧拉角之间的差异计算的姿态残差；以及平方范数比。

示例8包括示例7的系统，其中阈值比较逻辑对照对应阈值比较所述多个残差值中的每一个。

示例9包括示例8的系统，其中验证逻辑基于与候选整数阵列相关联的残差值的第一集合是否满足对应阈值中的一个或多个的预定组合来输出经解析的整数值的第一阵列。

示例10包括示例8-9中任一项的系统，其中模式更新逻辑基于阈值比较逻辑的输出生成指示是否验证逻辑的操作状态被解析的输出，且当确定验证逻辑的操作状态被解析时输出经解析的整数值。

示例11包括示例1-10中任一项的系统，其中初始化逻辑基于a）差分载波相位与b）从姿态测量结果和基线长度数据计算的基线乘以几何矩阵的乘积之间的差异计算浮点模糊度。

示例12包括一种用于交通工具取向检测的方法，所述方法包括：基于来自机载GNSS接收器系统的载波相位测量结果生成差分载波相位测量结果；从一个或多个机载辅助源接收姿态辅助测量结果和基线长度；作为差分载波相位测量结果、姿态辅助测量结果和基线长度的函数而计算具有相关联的协方差值的多个浮点模糊度值；从所述多个浮点模糊度值计算整数候选阵列的集合，其中整数候选阵列是从不相似的模糊度估计算法计算的；作为从差分载波相位测量结果和姿态辅助测量结果以及基线长度计算的多个残差的函数并且进一步基于比较所述多个残差与多个阈值，从整数候选阵列的集合选择第一整数候选阵列作为经解析的整数值；以及当经解析的整数值被选择时，向姿态和朝向计算器输出经解析的整数值。

示例13包括示例12的方法，其中差分载波相位包括单差分载波相位或双差分载波相位。

示例14包括示例12-13中任一项的方法，其中整数估计算法中的至少一个包括最小二乘模糊度去相关调整（LAMBDA）算法。

示例15包括示例12-14中任一项的方法，其中计算所述多个浮点模糊度值包括从a）差分载波相位与b）从姿态辅助测量结果和基线长度计算的基线乘以几何矩阵的乘积之间的差异计算所述多个浮点模糊度值。

示例16包括示例12-15中任一项的方法，其中从整数候选阵列的集合选择第一整数候选阵列包括：利用残差计算逻辑计算多个残差值；以及向阈值比较逻辑应用整数候选阵列的集合。

示例17包括示例16的方法，其中残差计算逻辑计算至少包括以下各项的多个残差值：差分载波相位测量结果的均方根减去从经解析的整数估计的估计载波相位；从所估计的基线长度与基线长度数据之间的差异计算的基线残差；从所估计的姿态角与如辅助源所测量的欧拉角之间的差异计算的姿态残差；以及平方范数比。

示例18包括示例17的方法，其中阈值比较逻辑对照对应阈值比较所述多个残差值中的每一个。

示例19包括示例18的方法，选择所述多个整数候选阵列中的第一整数候选阵列基于与第一整数候选阵列相关联的残差值的第一集合是否满足对应阈值中的一个或多个的预定组合。

示例20包括示例16-19中任一项的方法，还包括使用模式更新逻辑确定操作状态，其中模式更新逻辑基于阈值比较逻辑的输出生成指示是否验证逻辑的操作状态被解析的输出，且当确定验证逻辑的操作状态被解析时输出经解析的整数值。

在各种可替换的实施例中，遍及本公开描述的系统元件、方法步骤或示例（诸如例如整周模糊度解析功能、姿态和朝向估计器、初始化逻辑、整数估计逻辑和/或验证逻辑，和/或其子部分）可以使用一个或多个计算机系统、现场可编程门阵列（FPGA）或类似设备而实现，该类似设备包括耦合到存储器（诸如例如图2中所示）且执行用于实现那些元件、过程或示例的代码的处理器，所述代码存储在非暂时性数据储存设备上。因此，本公开的其它实施例可以包括包含驻留在计算机可读介质上的程序指令的元件，所述程序指令在由这样的计算机系统实现时使得它们能够实现本文所描述的实施例。如本文所使用，术语“计算机可读介质”是指具有非暂时性物理形式的有形存储器储存设备。这样的非暂时性物理形式可以包括计算机存储器设备，诸如但不限于打孔卡、磁盘或磁带、任何光学数据储存系统、闪速只读存储器（ROM）、非易失性ROM、可编程ROM（PROM）、可擦除可编程ROM（E-PROM）、随机存取存储器（RAM）或者具有物理有形形式的任何其它形式的永久、半永久或临时存储器储存系统或设备。程序指令包括但不限于由计算机系统处理器执行的计算机可执行指令和硬件描述语言，诸如甚高速集成电路（VHSIC）硬件描述语言（VHDL）。

尽管本文已经图示和描述了具体实施例，但是本领域普通技术人员将领会到，被预计实现相同目的的任何布置可以取代所示出的具体实施例。本申请旨在覆盖本发明的任何适配或变型。因此，清楚地意图在于本发明仅由权利要求及其等同物限制。

Claims (10)

1.一种交通工具取向检测系统，该系统包括：

全球导航卫星系统（GNSS）接收器系统（105），其包括至少两个GNSS接收器（102-1、102-2）；

由机载计算设备（110）实现的整周模糊度解析功能（114），其中整周模糊度解析功能（114）获取从由GNSS接收器系统（105）测量的载波相位测量结果生成的差分载波相位测量结果；

耦合到整周模糊度解析功能（114）的多个辅助源（130），其中所述多个辅助源（130）向整周模糊度解析功能（114）发送来自姿态辅助传感器的姿态测量结果和与所述至少两个GNSS接收器（102-1、102-2）的天线（103-1、103-2）之间的距离相关联的基线长度数据；

其中整周模糊度解析功能（114）包括：

初始化逻辑（115），基于差分载波相位、姿态测量结果和基线长度数据计算浮点模糊度和协方差；

包括多个不同整数估计算法的整数估计逻辑（116），所述多个不同整数估计算法中的每一个分离地从浮点模糊度和协方差计算输出至少针对所述至少两个GNSS接收器（102-1、102-2）之间的第一基线的整数候选阵列的集合的候选解；

验证逻辑（117），操作成至少部分地基于来自所述多个辅助源（130）的姿态测量结果和基线长度数据从整数候选阵列的集合建立整数候选阵列之一，以输出至少与所述至少两个GNSS接收器（102-1、102-2）之间的第一基线相关联的经解析的整数值；以及

耦合到整周模糊度解析的估计器（118），其中估计器（118）基于来自GNSS接收器系统（105）的测量结果和经解析的整数值生成姿态测量结果和朝向测量结果。

2.权利要求1的系统，还包括：

机载计算设备（110），包括处理器（210）和存储器（212），其中机载计算设备（110）通过执行存储在存储器（212）中的指令代码来实现整周模糊度解析功能（114），其中机载计算设备（110）通过执行存储在存储器（212）中的指令代码来实现估计器（118）。

3.权利要求1的系统，其中差分载波相位包括单差分载波相位或双差分载波相位。

4.权利要求1的系统，其中验证逻辑（117）包括：

残差计算逻辑（310）；

阈值比较逻辑（312）；以及

模式更新逻辑（314）。

5.权利要求4的系统，其中残差计算逻辑（310）计算至少包括以下各项的多个残差值：

差分载波相位测量结果的均方根减去从经解析的整数估计的载波相位；

从所估计的基线长度与基线长度数据之间的差异计算的基线残差；

从所估计的欧拉角与如辅助源（130）所测量的欧拉角之间的差异计算的姿态残差；以及

平方范数比；

其中阈值比较逻辑（312）对照对应阈值比较所述多个残差值中的每一个；并且

其中验证逻辑（117）基于与候选整数阵列相关联的残差值的第一集合是否满足对应阈值中的一个或多个的预定组合来输出经解析的整数值的第一阵列。

6.权利要求5的系统，其中模式更新逻辑（314）基于阈值比较逻辑（312）的输出生成指示是否验证逻辑（117）的操作状态被解析的输出，且当确定验证逻辑（117）的操作状态被解析时输出经解析的整数值。

7.一种用于交通工具取向检测的方法，所述方法包括：

基于来自机载GNSS接收器系统（105）的载波相位测量结果生成差分载波相位测量结果；

从一个或多个机载辅助源（130）接收姿态辅助测量结果和基线长度（136）；

作为差分载波相位测量结果、姿态辅助测量结果和基线长度（136）的函数而计算具有相关联的协方差值的多个浮点模糊度值（122）；

从所述多个浮点模糊度值（122）计算整数候选阵列（124）的集合，其中整数候选阵列的集合中的每一个整数候选阵列是分离地从不相似的模糊度估计算法计算的；

从整数候选阵列（124）的集合选择第一整数候选阵列以建立整数候选阵列之一作为经解析的整数值（126），其中第一整数候选阵列是使用从差分载波相位测量结果和姿态辅助测量结果以及基线长度计算的多个残差并且进一步基于比较所述多个残差与多个阈值来选择的；以及

当经解析的整数值（126）被选择时，向姿态和朝向计算器（118）输出经解析的整数值。

8.权利要求7的方法，其中计算多个浮点模糊度值包括从a）差分载波相位与b）从姿态辅助测量结果和基线长度计算的基线乘以几何矩阵的乘积之间的差异计算所述多个浮点模糊度值。

9.权利要求7的方法，其中从整数候选阵列的集合选择第一整数候选阵列包括：

利用残差计算逻辑（310）计算多个残差值；以及

向阈值比较逻辑（312）应用整数候选阵列的集合。

10.权利要求9的方法，其中残差计算逻辑（310）计算至少包括以下各项的多个残差值：

差分载波相位测量结果的均方根减去从经解析的整数估计的估计载波相位；

从所估计的基线长度与基线长度数据之间的差异计算的基线残差；

从所估计的姿态角与如辅助源（130）所测量的欧拉角之间的差异计算的姿态残差；以及

平方范数比。

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