CN107436442A - 用于提高在扰动环境中的gnss接收机的精确度的自适应天线组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包括一个或多个传感器的天线组件，所述传感器可能是生成天线之上的天空的图像的鱼眼摄像机，处理所述图像以识别开放天空和被遮蔽的天空区域，所述识别用于生成天线增益方向图形状，其中零区放置在被遮蔽的天空区域上，以便消除受多路径反射影响的GNSS信号。本发明的天线组件可以与现有技术的任何GNSS接收机一起使用。不需要关于接收机的位置或它的取向的特定数据来执行本发明的方法，虽然在一些实施例中，发送关于在开放天空的视野中的卫星的数量的一些信息可能是有用的。

Description

用于提高在扰动环境中的GNSS接收机的精确度的自适应天线 组件
发明领域
本发明涉及一种用于GNSS接收机的天线组件。更具体地，在天线组件中的天线的辐射方向图可以被调整或重新配置成向标准GNSS接收机提供更高比例的视线(LOS)信号，所述标准GNSS接收机于是将被更好地保护以免受能够降低导航系统的总体精确度的非LOS信号。
背景技术
导航接收机的使用在日常生活中变得越来越普遍。汽车车载电子设备、智能电话、平板计算机包括导航接收机以及在其上运行的应用捕获关于终端的用户的位置和轨迹的信息作为输入是更加常见的。
导航接收机依赖于由通常被包括在星座中的中等地球轨道卫星发射的L频带RF(射频)信号，所述星座包括数十个地球轨道卫星以覆盖地球的大部分表面，例如GPSTM(美国)、GAlileoTM(欧洲)、GlonassTM(俄罗斯)和BeidouTM(中国)。这些星座根据GNSS(全球导航卫星系统)的一般首字母缩略词来命名。
GNSS载波信号由允许计算接收机和确定的卫星之间的伪距的伪随机码和导航消息进行调制。使用最少四个伪距，能够计算接收机的位置、速度和时间(PVT)。在由消费者使用的类型的接收机中，位置信息是直接应用于计算导航解决方案的信息。
PVT测量受到多个误差的影响，其中一些误差是所使用的测量的原理内在的(即，由于在通过大气——电离层和对流层——的RF信号的轨迹中的偏差，由于卫星的轨道中的变化)、接收机和卫星瑕疵内在的(例如时钟偏差)或在一个时刻在视野中的卫星的一些配置内在的(即，在地平线上的卫星的高度；看得见的卫星的低分散——高精度因子或DOP)。很多校正可用于减轻这些误差，使用只有某些类型的接收机可用的特定的处理技术(即，双频接收机可减轻电离层误差，得到从几十米到几米或更好的精度，取决于校正的质量)。这被称为精确单点定位或PPP。由于外部信息(相对于具有已知位置的多个固定参考站的相对定位)的整合，微分GPS(DGPS)或实时运动学(RTK)提供几十厘米的精度。
以一致且有效的方式减轻依赖于接收机的位置的一些误差更难，尤其是当这个位置由反射导航RF信号和/或掩蔽在一个时刻应在视线(LOS)中的多个卫星的多个物体围绕时。在这样的条件下，PVT的计算的精度可能相当差，误差的所有其它原因是同等的，都在获取GNSS信号的时间和在跟踪所述信号的时间。
在市区峡谷(即，在摩天大楼之间的街道)中，多路径将不仅增加在卫星的伪距的确定中的误差(用户等距误差或UERE)，而且增加(几何)精度因子(GDOP或DOP)，因为天线的视场将更窄，因此由于额外的卫星的使用而限制精度的增加。
UERE的降低是由于通过跟踪环获取或跟踪的有限卫星的信号损失。卫星的跟踪依赖于在所获取的代码信号和由每个卫星所特有的代码信号的接收机生成的本地副本的数量之间的相关函数的最大化。相关函数将被多路径破坏，且卫星可能不正确地被获取或可能丢失。即使信号跟踪仍然是可实现的，但是信号损失将影响相关函数的形状，因而降低伪距估计和UERE。
大部分缓解技术因此依赖于在相关阶段应用的特定处理。对于可被应用的这些现有技术的一般概述，例如参见Bhuiyan等人的“Advanced Multipath MitigationTechniques for Satellite-Based Positioning Application”(International Journalof Navigation and Observation,Volume 2010,Article ID 412393)。在这些技术当中：使用窄相关器(即，间隔得比芯片或码长小得多的相关器)；使用每跟踪通道多个相关器而不是三的标准数量以及执行双增量计算；多路径估计延迟锁环，其使用相关函数的输出来估计包括LOS和非LOS信号的有限卫星的全导航信号。
所有这些解决方案在硬件级或在软件级实现起来是复杂和昂贵的。在任何情况下，它们目前不能在智能电话或汽车导航系统中使用的标准消费者接收机中实现。
进行了在缓解多路径方面的其它尝试，例如由Neuenschwander的“SatelliteTracking from Camera:The Inverse GPS Problem”(Swiss Federal Institute ofTechnology,Zurich,2009)描述的解决方案。在这种方法中，获取接收机的环境的图像；使用相对于GNSS接收机固定的惯性导航系统(INS)的输出来将图像转换成以地球为中心的地球固定坐标，以及从在图像处理的输出和根据在位置处的时间给出星座的卫星的位置的卫星日历之间的比较推断出LOS中的卫星。
这种解决方案实现起来相当复杂，因为它们需要INS平台和外部数据且需要相当大的处理能力。
因此找到在一般公众可得到的标准接收机中可实现的减轻多路径的效应的解决方案很重要。
本发明公开了一种克服了前面提到的缺点的解决方案。
发明内容
本发明的目的是满足这种需要。为此，本发明特别公开了一种天线组件，其辐射方向图可以基于由传感器确定的在接收机之上的LOS视场的确定来重新配置。
为此，本发明公开了一种用于接收GNSS信号的天线组件，所述天线组件包括：适于接收GNSS信号的多个RF天线元件；适于驱动所述天线元件以生成限定的辐射方向图的驱动电路；被配置成捕获表示在所述天线组件之上的视场中的体积的部分的一个或多个特性的数据的传感器；至一个或多个GNSS接收机的RF端口；计算逻辑，其被配置成在第一表面上输出所述体积的部分的第一投影以及在参照第一表面的第二表面上输出限定的辐射方向图的第二投影，所述第一投影基于所述数据被分类为离散数量的类；处理逻辑，其被配置成生成驱动电路的命令信号，以基于所分类的第一投影使所限定的辐射方向图成形并且通过RF端口将GNSS信号发送到一个或多个GNSS接收机。
有利地，所述类之一限定了用于天线组件的LOS视场，并且所述驱动电路限定了限定LOS视场的类的辐射方向图中的最大增益。
有利地，所述驱动电路是移相器。
有利地，所述体积的部分是限定所述天线组件的增益的值的立体角。
有利地，所述体积的部分的一个或多个特性包括它们对电磁辐射的透明度。
有利地，表示所述体积的所述部分对电磁辐射的透明度的数据包括限定了至所述表面之上的开放天空的LOS/非LOS的两态变量。
有利地，所述传感器包括鱼眼摄像机、热感摄像机、雷达或激光雷达中的一个或多个。
有利地，所述分类由处理鱼眼摄像机的输出中的一个或多个图像和参数以将建筑物和物体与开放天空区分开的计算逻辑来执行。
有利地，所述分类由处理热感摄像机的输出中的一个或多个参数以区分热辐射物体的计算逻辑来执行。
有利地，所述分类由处理雷达或激光雷达的输出中的一个或多个参数以区分视场中的返回-回波物体的计算逻辑来执行。
有利地，一个或多个计算逻辑或处理逻辑访问存储在天线组件的存储器中的增益方向图成形因子的表格，所述增益方向图成形因子应用于第一投影的每一类，所述增益方向图成形因子用于驱动所述驱动电路。
有利地，一个或多个计算逻辑或处理逻辑由最小立体角控制并且如果所述类的视场低于所述最小立体角，则延伸限定LOS视场的类。
有利地，本发明的天线组件还包括来自一个或多个GNSS接收机的返回路径，所述返回路径被配置成获取由一个或多个GNSS接收机计算的PVT。
有利地，一个或多个所述计算逻辑或所述处理逻辑由在所限定的时间和位置处在视场中找到最少四个GNSS卫星的概率的表格来控制，并且一个或多个所述计算逻辑或所述处理逻辑被配置成如果在所述LOS视场中翟找到最少四个GNSS卫星的概率低于在测量时处在天线组件的位置处的表格中的最小概率，则延伸限定所述LOS视场的类。
本发明还公开了包括一个或多个GNSS接收机的定位系统，所述一个或多个GNSS接收机通过RF输入端获取GNSS信号，所述RF输入端接收来自天线组件的GNSS信号，所述天线组件包括：适于接收GNSS信号的RF天线元件；适于驱动天线元件以生成限定的辐射方向图的驱动电路；被配置成捕获表示在所述天线组件的视场中的体积的部分的一个或多个特性的数据的传感器；连接到一个或多个GNSS接收机的RF电路；计算逻辑，其被配置成在第一表面上输出所述体积的部分的第一投影以及在参照第一表面的第二表面上输出所限定的辐射方向图的第二投影，所述第一投影基于所述数据被分类为离散数量的类；处理逻辑，其被配置成生成驱动电路的命令信号，以基于所分类的第一投影使天线组件的所限定的辐射方向图成形并且将GNSS信号发送到一个或多个GNSS接收机。
本发明还公开了使天线组件的辐射方向图成形以用于GNSS信号的方法，所述方法包括：经由天线组件接收GNSS信号，所述天线组件包括RF天线元件；驱动天线元件以生成限定的辐射方向图；捕获表示在天线组件之上的视场中的体积的部分的一个或多个特性的数据；将GNSS信号从RF输出端输出到一个或多个GNSS接收机；在第一表面上输出所述体积的所述部分的第一投影以及在参照第一表面的第二表面上输出所限定的辐射方向图的第二投影，所述第一投影基于所述数据被分类为离散数量的类；生成驱动电路的命令信号，以基于所分类的投影使天线组件的所限定的辐射方向图成形并且通过RF输出端将GNSS信号发送到一个或多个GNSS接收机。
本发明容易在任何GNSS接收机上实现。甚至不需要修改接收机。本发明的天线组件可以与任何接收机耦合且不需要接收机的任何改造。天线组件可以使用辐射方向图成形的已知方法，待生成的形状从预先建立的曲线图获取，基于通过处理传感器的输出确定接收机之上的自由空间来选择曲线图中的点。本发明能够适用于高端、中点或消费者应用(即，直升飞机、专业无人驾驶飞机、海军舰艇；卡车或公共汽车；汽车导航系统；平板计算机和可能的智能电话)。
根据应用的类别和符合本申请的市场的成本/利益比，可有利地规定目标精度，且这将规定天线组件的规范，即天线元件的尺寸和数量、天线处理和存储器单元的性能。由于它的通用性，本发明因此可有利地在范围广泛的应用中实现。基本上，可以用标准、未修改的接收机实现本发明。但它也可以使用来自PVT计算的反馈回路来实现，以在给定时间和位置选择最佳可用的测量。本发明带来在严峻和温和的环境中的明确的位置准确度提高。为了这么做，它不需要额外的数据，例如增强数据、实时运动学或关于接收机的环境的拓扑的信息。
此外，本发明提供保护而免受诈骗和堵塞，因为在地面上诱骗设备和干扰机通常位于低高度处。
此外，可以利用小尺寸、重量和功率的设备来实现本发明。
附图说明
当阅读纯粹作为非限制性的例子给出的特定实施方式的详细描述时，将更好地理解本发明及其优点，该描述参考了附图，其中：
图1a和1b示出了由本发明解决的现有技术中的LOS/非LOS通信的问题；
图2显示了根据本发明的一些实施例的天线组件的示意图；
图2a和2b分别描述了本发明的实施例中的天线组件的示意图和相应的波束形成图；
图3显示了根据一些实施例用于实施本发明的方法的流程图；
图4a和4b示出了根据本发明的一些实施例用于确定开放天空区域的过程；
图5a和5b示出了根据本发明的一些实施例用于驱动天线增益方向图成形以过滤来自开放天空区域的波束的过程；
图6显示了根据本发明的一些实施例具有驱动电路的天线元件的示例；
图7显示了图6的天线组件的可能配置的表格；
图8a、8b、8c、8d、8e和8f表示在图7的表格上显示的不同配置的图6的天线组件的辐射方向图；
图9示出了在本发明的一些实施例中适于天线增益方向图成形的反馈回路。
具体实施方式
图1a和1b示出了本发明所解决的现有技术中的LOS/非LOS通信的问题。
在图1a中，接收机110a位于两个建筑物120a之间。某些信号130a以直线到达接收机。其它信号140a从建筑物反射之后到达接收机。标准接收机不能够区分直接信号130a和反射信号140a，从而导致定位误差。接收机110a的给定位置处的多路径误差取决于所述位置处的障碍物的特性(高度、它们表面的粗糙度等)，但也取决于视野中的卫星的高度，并且因此取决于一天的时间并取决于气象条件。
校正多路径误差非常困难，特别是因为它们是位置和时间相关的，并且因此需要相当大的存储器和/或处理能力。此外，被配置成或帮助容易对付其它类型的误差、特别是电离层误差的接收机(象双频接收机)在多路径环境中不是有效的，特别是需要冷启动时。
因此，对于影响导航解决方案的误差预算的其它类型的损坏来说，找到解决这个问题的方案总是个问题。在能够利用标准GNSS接收机应用的简单方式方面甚至更是个问题。
如可以在图1b上所看到的，垂直地看GNSS接收机上方，天空可以被分成LOS可见的开放视野区域110b和非LOS可见的反射区域120b、130b、140b、150b、160b。来自区域110b的GNSS信号可被处理而没有多路径减轻，而来自其它区域的信号将包括直接RF信号和反射信号，这将需要复杂的处理，但并不总是有效的。
本发明的思想因此是消除从不在LOS中的卫星接收的信号，这个结果通过使GNSS接收机的天线的辐射方向图成形以匹配接收机上方的天空的LOS/非LOS分割来获得。
图2显示了根据本发明的一些实施例的天线组件的示意图。
图2的天线布置是可以具有几个形状因子并且可相对于GNSS接收机位于不同地方的组件的风格化视图。它包括用于保护天线元件220免受雨或雪的天线罩210。
天线元件被成形为接收L频带(即，对于一般公众可得到的当前标准化服务的大约1.5GHz)中的GNSS信号。它们还被布置成生成可变辐射方向图，如将在以下描述中进一步解释的。为了这么做，多个寄生元件、移相器和/或驱动电路可以被设置成靠近天线组件。
天线罩还有利地包括DC输入端230、RF输出端240以将信号发射到GNSS接收机。在一些实施例中，还可以提供与接收机的数据链路(在附图中未示出)。
根据本发明，它还包括在天线罩的顶部的开放部分之下或刚好在所述顶部之上的一个或多个传感器250，所述传感器被配置成遮蔽天线布置之上的天空以确定所述天空的区域划分。传感器可以不与天线布置在一起，然而假设它们的相对位置是已知的。
足以遮蔽天空的传感器可以是具有鱼眼透镜的摄像机。鱼眼透镜提供宽视场(FOV)，即在至少一个方向上180o。鱼眼摄像机可以是圆形的，即生成将不覆盖图像格式的整个帧或全帧的圆形图像，即生成将覆盖图像格式的整个帧且将在大于帧的圆中内接的图像。作为可选方案，布置在半球形天线罩上的具有不同高度和方位角取向的CCD/CMOS图像传感器可以提供相同的组合FOV。在实施例中，每个这样的图像传感器可以连接到各天线元件，以基于在各对图像传感器和天线元件的FOV内接收的光的量来驱动天线元件的增益。下面将参考图2a和2b来描述这样的实施例。
图像传感器可能不仅对可见光而且对紫外(UV)或红外(IR)光也是敏感的。可见光和IR传感器的组合可能对能够在夜间操作的接收机是必要的。
在一些实施例中，图像传感器可以由多个雷达、LIDAR或热传感器代替。这些类型的传感器也允许基于传感器的FOV中的障碍物的检测来区分开放天空和遮蔽的天空。
在其它实施例中，一个或多个传感器可以包括图像传感器和雷达、LIDAR或热传感器的组合。这样的配置可能对提供夜间/白天能力和还有当GNSS接收机接收具有“干净的”多路径反射、即可能有用地被利用的反射的信号时是有用的。例如，在多路径反射是镜面的使用情况下，即如果表面作为反射镜对电磁辐射做出反应，则能够处理到反射表面的距离和所述反射的取向。在这种情况下，雷达或LIDAR传感器将提供距离和反射表面的取向的测量结果。
根据本发明，天线布置通常包括天线控制单元(ACU，260)。ACU包括计算逻辑以通过处理传感器250的输出来区分开放天空区域与反射区域。这种类型的处理在本领域中是已知的，如将在描述中进一步证明的。ACU还包括处理逻辑以生成天线元件220的驱动电路的命令，所述命令被配置成使得天线布置的辐射方向图匹配开放天空/遮蔽的区域，即，高增益应用于开放天空区域，而低增益或零应用于遮蔽的区域。
因此，在变形中，只有在LOS中被接收且不受多路径反射影响的卫星的信号通过RF输出240发射到GNSS接收机。在另一变形中，一些反射信号可以连同表征反射表面的参数一起被发射到GNSS接收机(“干净”反射)。
在另一变形中，还有从GNSS接收机到处理单元的输入端口，其中输入端口接收数据，例如视野中的卫星的数量。当开放天空中的视野中的卫星的数量下降到低于4时，处理单元可以被配置成放宽限定开放天空的条件，并因此驱动天线元件以生成较宽的FOV来获取更多卫星的信号，使得所获取的天线的数量可以增加到4或多于4。
在其它变形中，其它数据可以通过输入端口从GNSS接收机发射到处理单元，特别是使天线组件增益方向图的选择适应其它因素，例如伪距测量的UERE或PVT确定。
在本发明的所有变形中，必须在被馈送到处理单元的数据提供的定位的准确度的提高以及在需要提供到处理单元/ACU的额外功率中的成本之间确定基于应用的折衷。
图2a和2b分别描述了在本发明的实施例中的天线组件的示意图和相应的波束形成图。
图2a是波束形成网络(BFN)的示意图。BFN可以例如由位于平面中的n个Luneburg透镜形成。一般Luneburg透镜的折射率i从中心到外表面径向减小。因此，BFN的n个元件的辐射方向图可以彼此独立生成，以使得它们接收的信号独立地匹配在它们的平面上方天空的p个区域。
图2b示出了BFN的波束形成图，其可以因此对应于天空的各个区域，一些区域受多路径反射影响而其它区域不受多路径反射影响，这将相应地被处理。
图3显示了根据一些实施例用于实施本发明的方法的流程图。
在步骤310，从传感器250获取表示天线布置周围的环境的数据。如在该描述早些时候开始时解释的，该数据可以是由圆形或全帧鱼眼摄像机拍摄的图片。它也可以是在不同的方位角/高度值处由不同的图像传感器拍摄的不同图像。它也可以被限制到像素亮度值。它也可以是到在多个方位角/高度处的障碍物的距离的雷达或LIDAR测量结果。当障碍物被检测到时，RF信号的吸收系数可能与障碍物相关。这样的系数可以用于确定仍然可被处理的非LOS GNSS信号，因为它们是“干净的”多路径反射。这可以是如果多路径反射是镜面的时的情况。
在步骤320，在ACU 260中的计算逻辑执行在基于从传感器获取的数据而分类的区域中划分天空。当数据是天空的图像时，它可使用本领域技术人员已知的图像分割算法之一来处理数据。例如在P.V.Gakne和alii的“Assessing Image Segmentation Algorithmsfor Sky identification in GNSS”(International Conference on IndoorPositioning and Indoor Navigation,2015年10月,Banff,Alberta,加拿大)中提出了这样的算法。它们特别包括Otsu、均值漂移、图像分割和隐马尔科夫随机场期望最大化(HMRF-EM)方法。
在本发明的变形中，分类可以是二进制的，即只有开放天空和非开放天空被确定。在本发明的另一变形中，天空的分类可以包括多于两个类别，例如三个类别：开放天空；干净的多路径反射器；脏的多路径反射器。
用作天空的分类的基础的分割的分辨率可以根据天线布置的空间分辨率来改变。它也必须根据接收机的性能来改变以实现RF链路的所需功率预算。天空的分割将基于限定天线布置的增益的基本值的基本角。
在步骤330，ACU 260中的处理逻辑执行天线增益方向图成形。下面在描述中进一步给出了方向图成形如何工作的一些例子。方向图成形可以通过命令来实现，以通过驱动电路发送到天线元件220。
在由增益方向图成形步骤配置的天线元件处接收的RF信号被组合并发送到GNSS接收机。
过程以可以根据GNSS接收机行进的速度而改变的频率重复(350)。例如，以30km/h在市区环境中行进的汽车覆盖大于每秒8米的范围(bit)。每一秒或两秒更新可能就足够了。
在一些实施例中，来自GNSS接收机的返回环允许(360)天空分隔的分类的修改以放宽开放天空条件，使得可以获取最小数量的卫星。这只需要从ACU 260处的接收机接收多个卫星信号的指示，这些卫星信号在由天线方向图成形过滤之后被接收。但其它数据可被认为对需要更大的准确度的应用、特别是专业应用是有用的。
图4a和4b示出了确定根据本发明的一些实施例用于确定开放天空区域的过程。
图4a显示了天空的两个不同圆形鱼眼图像410a、420a，建筑物高过接收机。
图4b是分别在所述图像的两个分割块410b和420b中的两幅图像的转换。所述分割块包括开放天空区域411b和421b以及非开放天空区域412b和422b。
基于这个简单的分割，将生成天线增益方向图成形。
将根据应用、天线的分辨率以及可用的处理能力来选择足够的天线增益方向图成形过程。因为天线的分辨率通常随着它的尺寸而增加，需要高精度的应用是不可能的，且因此高分辨率天线对独立智能电话将是可能的。然而，可能提供例如位于购物中心的屋顶上的天线的阵列以重新分布户内的定位信号。天线的阵列也可以位于街道十字路口处，以将定位信号重新分布到汽车的导航系统或经过的行人的智能电话。
图5a和5b示出了根据本发明的一些实施例用于驱动天线增益方向图成形以过滤来自开放天空区域的波束的过程。
图5a示出图4b的左图像。使天线增益成形以消除受多路径反射影响的大部分GNSS信号的有利的简单方式是将开放天空扇区411b转换成接通状态辐射区域511b，并将遮蔽的天空扇区412b转换成断开状态辐射区域512b，以形成天线增益方向图510b。扇区的数量由天线的分辨率确定。
然后，存在两种用于生成图5b的天线增益方向图的可能方法。第一种方法是在表格式数据库中选择最接近期望方向图的方向图，有限天线的增益方向图存储在该数据库中。第二种方法是使用天线阵列的相位定理以通过反转来计算阵列的配置，其将在所需位置512b处生成零。相位定理将取决于天线配置，且天线阵列领域中的普通技术人员将知道哪个定理适用以及如何反转它。下面在本描述中结合图7进一步给出了可以用于实现本发明的相位定理的示例，它们的辐射方向图结合图8a到8f来进行讨论。在这两种方法之间进行选择取决于计算能力以及ACU处可用的存储器。在大部分情况下，表格式数据库就足够了。在一些情况下，在数据库中可提供不同的表格，以便可在数据库中的表格之一中选择增益方向图成形配置的特定子集以匹配根据GNSS接收机所位于的区域而确定的特定环境条件，所述区域通过输入端口从GNSS接收发送到ACU。
图6显示了根据本发明的一些实施例的具有驱动电路的天线元件的示例。
附图的天线布置是图2的天线布置的示例性实施例，其中天线阵列220包括4个辐射元件621、622、623、624。
这四个辐射元件可以是例如螺旋形元件。它们也可以是螺旋天线。它们也可以是可能的堆叠配置的贴片天线。贴片天线可以被构建在金属材料、可能人工磁导体(AMC)中。
辐射元件可以被布置在具有100mm间隔的正方形格子中，该间隔为1,575GHz的GPSL1频率的波长的大约一半。可以通过提供特定的接地平面构造来保护辐射元件免受相互耦合。
4个辐射元件由4个移相器631、632、633、634驱动。移相器可以是双态移相器(0o-180o)。相位移动可由寄生元件、有源透镜或可调谐部件执行。寄生元件可以是由致动器控制的微机电系统(MEMS)。通常，移相器从ACU 260接收电压或电流命令。命令被配置成生成相应于开放天空检测算法的输出的辐射方向图，开放天空检测算法从传感器250接收开放天空/遮蔽天空图像/方向图。
这样的配置在高度和方位角上将具有大约π/8的分辨率。如果需要更好的分辨率，则可以增加辐射元件的数量和/或移相器的状态的数量。针对天线组件的辐射的给定到达方向选择天线组件及其辐射方向图，本领域技术人员理解如何设计组件以找到最佳配置。对在空间上区分信号所需的性能特别给予考虑，以用于寄生信号的给定目标衰减。
天线元件的输出在组合器641中组合以通过输出端240发送到GNSS接收机。
图7显示了图6的天线组件的可能配置的表格。
4个天线元件621、622、623、624均具有两种可能的相位状态(0-180℃)，可能配置的总数是42或16。但这些配置中的一些生成相同的辐射方向图，因为它们只相差组合的π移位。在表格中，情况是这样：
-配置1和16，其生成第一相同的方向图(方向图I)；
-配置2、5、14和15，其生成第二相同的方向图(方向图II)；
-配置3、4、12和13，其生成第三相同的方向图(方向图III)；
-配置6和11，其生成第四相同的方向图(方向图IV)；
-配置7和10，其生成第五相同的方向图(方向图V)；
-配置8和9，其生成第六相同的方向图(方向图VI)。
存储在ACU的存储器中的表格于是包括具有相应的移相器命令的6种可能的方向图。对于每种可能的方向图，还存储在表面，例如天线布置的平面上的天线方向图的增益的零和非零值的图。基于这些天线方向图和开放天空检测算法的输出处的接通/断开状态图510b之间的最佳拟合来做出开放天空的给定图的方向图的选择。一种选择是将传感器的空间域分成大量元素，以便能够得到朝着最佳拟合的收敛。
图8a、8b、8c、8d、8e和8f表示在图7的表格上显示的不同配置中的图6的天线组件的辐射方向图。
对于上面列出的6个天线增益方向图中的每个，附图提供：
-3D辐射图，其增益标度作为辐射到达方向和多个参数(频率、辐
射效率、增益…)的函数；
-辐射图的2D投影。
这些辐射方向图可以由模拟工具(例如CSTTM、HFSSTM、FekoTM或ComsolTM或其它外围软件)生成，只要在工具中输入天线组件的参数(几何尺寸、材料、相位状态等)。作为表格的可选方案，天线组件的相位定理可在ACU中被输入，用于接通/断开图的直接计算。
在本发明的某些实施例中，能够基于关于接收机的环境所收集的信息来激活/去激活多个天线元件，所述信息由可选的返回路径发射到天线组件。
图9示出了在本发明的一些实施例中的适应天线增益方向图成形的反馈回路。
在某些情况下，在生成多路径反射的卫星的过滤之后，在GNSS接收机的视野中的卫星的数量可能下降到4以下，这将在从卫星伪距计算PVT通常所需的以下。虽然如果不计算z，3个卫星可能就足够了。为了处理这种情况，可能提供回路以放大图5b的“接通”区511b，如图9所示。然后一些区912、913、914、915可以被添加到最初接通区以增加获取和跟踪4个(或3个)卫星的概率。执行这个步骤假设ACU接收表示卫星的数量的信息，处理距离这些卫星的伪距以计算PVT。这可以通过提供从GNSS接收机到ACU的返回路径来实现。该过程可重复地运行，直到卫星的数量达到设定的最小值4或3为止，来自所述卫星的定位信号被处理。
在本发明的多个实施例中，能够保持信号被多路径反射影响到某个程度并将不同的权重应用于被这样影响的信号。
在本发明的多个实施例中，能够驱动天线组件以周期性地在标准模式下(即，被接收的所有信号发送到GNSS接收机而未被传感器过滤)操作，以便计算基线PVT，所述基线PVT可以不时地与从由传感器过滤的信号计算的PVT进行比较。
在开放天空中获取的卫星的数量落在设定阈值之下时，还能够传播在最大持续时间内的损失之前计算的PVT。这可以使用被添加到标准接收机的简单逻辑来实现。
在本说明书中公开的示例仅说明了本发明的一些实施例。它们不以任何方式限制由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (16)

1.一种用于接收GNSS信号的天线组件，所述天线组件包括：
-多个RF天线元件(220)，所述RF天线元件适于接收所述GNSS信号；
-驱动电路(260)，所述驱动电路适于驱动所述天线元件以生成限定的辐射方向图；
传感器(250)，所述传感器被配置成捕获表示在所述天线组件的视场中的体积的部分的一个或多个特性的数据；
至一个或多个GNSS接收机的RF端口(240)；
计算逻辑，所述计算逻辑被配置成在第一表面(410b、420b)上输出所述体积的所述部分的第一投影以及在参照所述第一表面的第二表面(510b)上输出所限定的辐射方向图的第二投影，所述第一投影基于所述数据被分类为离散数量的类；
处理逻辑，所述处理逻辑被配置成生成所述驱动电路的命令信号，以基于所分类的第一投影使所限定的辐射方向图成形并且通过所述RF端口将所述GNSS信号发送到所述一个或多个GNSS接收机。
2.如权利要求1所述的天线组件，其中所述类之一限定所述天线组件的LOS视场，并且所述驱动电路限定了用于限定LOS视场的所述类的所述辐射方向图中的最大增益。
3.如权利要求1或2所述的天线组件，其中所述驱动电路是移相器。
4.如权利要求1到3中任一项所述的天线组件，其中所述体积的所述部分是限定所述天线组件的增益的值的立体角。
5.如权利要求1到4中任一项所述的天线组件，其中所述体积的所述部分的所述一个或多个特性包括它们对电磁辐射的透明度。
6.如权利要求4所述的天线组件，其中表示所述体积的所述部分对电磁辐射的所述透明度的数据包括限定了至所述表面之上的开放天空的LOS/非LOS的两态变量。
7.如权利要求5所述的天线组件，其中所述传感器包括鱼眼摄像机、热感摄像机、雷达或激光雷达中的一个或多个。
8.如权利要求7所述的天线组件，其中所述分类由处理鱼眼摄像机的输出中的一个或多个图像和参数以将建筑物和物体与所述开放天空区分开的所述计算逻辑来执行。
9.如权利要求7所述的天线组件，其中所述分类由处理热感摄像机的输出中的一个或多个参数以区分热辐射物体的所述计算逻辑来执行。
10.如权利要求7所述的天线组件，其中所述分类由处理雷达或激光雷达的输出中的一个或多个参数以区分所述视场中的返回-回波物体的所述计算逻辑来执行。
11.如权利要求1到10中任一项所述的天线组件，其中一个或多个所述计算逻辑或所述处理逻辑访问存储在所述天线组件的存储器中的增益方向图成形因子的表格，所述增益方向图成形因子应用于所述第一投影的每一类，所述增益方向图成形因子用于驱动所述驱动电路。
12.如权利要求11所述的天线组件，其中一个或多个所述计算逻辑或所述处理逻辑由最小立体角控制并且如果所述类的视场低于所述最小立体角，则延伸限定LOS视场的类。
13.如权利要求2到12中任一项所述的天线组件，还包括来自所述一个或多个GNSS接收机的返回路径，所述返回路径被配置成获取由所述一个或多个GNSS接收机计算的PVT。
14.如权利要求13所述的天线组件，其中一个或多个所述计算逻辑或所述处理逻辑由在所限定的时间和位置处在视场中找到最少四个GNSS卫星的概率的表格来控制，并且一个或多个所述计算逻辑或所述处理逻辑被配置成如果在所述LOS视场中找到最少四个GNSS卫星的概率低于在测量时处在所述天线组件的位置处的所述表格中的最小概率，则延伸限定所述LOS视场的类。
15.一种包括一个或多个GNSS接收机的定位系统，所述一个或多个GNSS接收机通过RF输入端获取GNSS信号，所述RF输入端接收来自天线组件的GNSS信号，所述天线组件包括：
-RF天线元件，所述RF天线元件适于接收所述GNSS信号；
-驱动电路，所述驱动电路适于驱动所述天线元件以生成限定的辐射方向图；
-传感器，所述传感器被配置成捕获表示在所述天线组件的视场中的体积的部分的一个或多个特性的数据；
-连接至一个或多个GNSS接收机的RF电路；
-计算逻辑，所述计算逻辑被配置成在第一表面上输出所述体积的所述部分的第一投影以及在参照所述第一表面的第二表面上输出所限定的辐射方向图的第二投影，所述第一投影基于所述数据被分类为离散数量的类；
-处理逻辑，所述处理逻辑被配置成生成所述驱动电路的命令信号，以基于所分类的第一投影使所述天线组件的所限定的辐射方向图成形并且将所述GNSS信号发送至所述一个或多个GNSS接收机。
16.一种针对GNSS信号使天线组件的辐射方向图成形的方法，所述方法包括：
-经由所述天线组件接收GNSS信号，所述天线组件包括RF天线元件；
-驱动所述天线元件以生成限定的辐射方向图；
-捕获表示所述天线组件之上的视场中的体积的部分的一个或多个特性的数据；
-将所述GNSS信号从RF输出端输出到一个或多个GNSS接收机；
-在第一表面上输出所述体积的所述部分的第一投影并且在参照所述第一表面的第二表面上输出所限定的辐射方向图的第二投影，所述第一投影基于所述数据被分类为离散数量的类；
-生成所述驱动电路的命令信号，以基于所分类的投影使所述天线组件的所限定的辐射方向图成形并且通过所述RF输出端将所述GNSS信号发送到所述一个或多个GNSS接收机。
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