CN107850671B - 用于汽车全球导航卫星系统接收器的天线方向图数据挖掘 - Google Patents

Abstract

系统提供一种在车辆中的全球导航卫星系统GNSS接收器。所述GNSS接收器包含：射频RF接收电路，其经配置以在相应的方位角和仰角处从围绕地球轨道运行的多个GNSS卫星中接收GNSS信号；存储器装置，其存储包含相应的方位角和仰角中的每一个的初始信噪比SNR值的预定天线方向图；以及处理器。所述处理器经配置以进行以下操作：计算接收到的GNSS信号的SNR值；通过组合计算出的SNR值与初始SNR值而迭代地计算更新后的天线方向图；比较进一步接收到的GNSS信号的进一步的SNR值与更新后的天线方向图中的SNR值以执行以下项中的至少一个：1)检测和减少多路径信号；2)估计车辆前进方向；以及3)确定天线在车辆内的位置。

Description

用于汽车全球导航卫星系统接收器的天线方向图数据挖掘

技术领域

本申请一般来说涉及用于天线方向图数据挖掘的系统和方法。更具体地说，本申请涉及用于位于车辆中的GNSS天线的天线方向图数据挖掘。

背景技术

放置在车辆中的常规的全球导航卫星系统(GNSS)接收器通过从GNSS卫星中接收GNSS信号能够确定车辆的位置。这些常规的GNSS接收器还可以尝试使用由于缺乏测量数据而可能不太有效的方法消除多路径信号。

因此，这些常规的方法可能无法正确地消除多路径信号，并且其结果是GNSS导航解决方案受到不利地影响。举例来说，计算出的位置可以是错误的，传感器的校准可以是错误的等等。

发明内容

为了满足这个和其它需要，并且鉴于其目的，所描述的系统包含车辆中的全球导航卫星系统(GNSS)接收器，所述接收器包含：射频(RF)接收电路，其经配置以在相应的方位角和仰角处从围绕地球轨道运行的多个GNSS卫星中接收GNSS信号；存储器装置，其存储包含相应的方位角和仰角中的每一个的初始信噪比(SNR)值的预定天线方向图；以及处理器。所述处理器经配置以进行以下操作：计算接收到的GNSS信号的SNR值；通过组合计算出的SNR值与初始SNR值而迭代地计算更新后的天线方向图；比较进一步接收到的GNSS信号的进一步的SNR值与存储在存储器装置中的更新后的天线方向图中的SNR值以执行以下项中的至少一个：1)检测和减少多路径信号；2)估计车辆前进方向；以及3)确定天线在车辆内的位置。

还包含的是用于估计全球导航卫星系统(GNSS)接收器的方法，其包含以下步骤：通过射频(RF)接收电路在相应的方位角和仰角处从围绕地球轨道运行的多个GNSS卫星中接收GNSS信号；通过处理器计算接收到的GNSS信号的信噪比(SNR)值；通过处理器通过组合存储器装置中的计算出的SNR值与存储在存储器装置中的预定天线方向图的初始SNR值来迭代地计算更新后的天线方向图；并且通过处理器比较进一步接收到的GNSS信号的进一步的SNR值与存储在存储器装置中的更新后的天线方向图中的SNR值以执行以下项中的至少一个：1)检测和减少多路径信号；2)估计车辆前进方向；以及3)确定天线在车辆内的位置。

还包含的是车辆中的全球导航卫星系统(GNSS)接收器，所述接收器包含：射频(RF)接收电路，其经配置以从围绕地球轨道运行的多个GNSS卫星中接收GNSS信号；存储器装置，其存储包含相应的方位角和仰角中的每一个的初始信号强度值的预定天线方向图；以及处理器。所述处理器经配置以进行以下操作：计算接收到的GNSS信号的信号强度值；通过组合计算出的信号强度值与初始信号强度值来计算更新后的天线方向图；比较进一步接收到的GNSS信号的进一步的信号强度值与存储在存储器装置中的更新后的天线方向图中的信号强度值以执行以下项中的至少一个：1)检测和减少多路径信号；2)估计车辆前进方向；以及3)确定天线在车辆内的位置。

应理解上述通用描述和以下详细描述是示例性的，而非限制性的。

附图说明

图1是根据实例实施例的卫星/车辆GNSS系统的图式。

图2是根据实例实施例的图1中所示的智能电话/车载装置的硬件的图式。

图3是根据实例实施例的图2中的智能电话/车载装置中所示GNSS接收器的硬件的图式。

图4是示出根据实例实施例卫星与从卫星中接收信号的车辆之间的位置定向的图式。

图5是根据实例实施例用于绘制天线方向图的轴。

图6是根据实例实施例的简化实例天线方向图的曲线。

图7是根据实例实施例描述用于挖掘天线方向图的步骤的流程图。

图8是根据实例实施例描述基于挖掘的天线方向图检测和移除多路径信号的步骤的流程图。

图9是根据实例实施例描述用于基于挖掘的天线方向图确定车辆的近似前进方向的步骤的流程图。

图10是根据实例实施例描述用于基于挖掘的天线方向图确定天线在车辆内的位置的步骤的流程图。

具体实施方式

如下文所述，所述实例实施例提供用于确定位于车辆中的全球导航卫星系统(GNSS)接收器的天线的天线方向图(即，辐射方向图)的系统和方法。在一个实例中，GNSS接收器和GNSS天线可以直接地集成到车辆内部的车辆(例如，导航/通信系统)中以用于向驱动器提供逐向引导。在另一实例中，GNSS接收器和GNSS天线可以集成到用户(例如，车辆的驾驶员/乘客)在车辆中时可以拥有的移动车载装置(例如，平板计算机、智能电话等)中。在任一情境中，系统(通过信号测量值)确定GNSS天线的天线方向图并且在某些应用中利用此天线方向图。

一般来说，GNSS接收器(例如，全球定位卫星(GPS)接收器)是通过测量从地球轨道中的多个卫星接收到的信令事件的到达时间来确定其位置(并且因此确定车辆或移动电话的位置)的导航系统。每一卫星传输包含消息被传输的时间的导航消息和包含关于卫星的轨道的细节的星历信息以及与通用或绝对时间(例如，GNSS时间)相比的卫星时钟的校正。星历和时钟校正参数可共同地被称为星历信息。从轨道信息中，GNSS接收器可以确定每一卫星的仰角(即，卫星位置相对于水平线的角度)和方位角(即，卫星位置相对于大地北的角度)。

一般来说，GNSS信号可以由二进制相移调制(BPSK)到直接序列扩频信号上的导航消息形成。扩频信号包括可针对每一卫星不同的唯一伪噪音(PN)代码。代码序列可以重复其本身，例如，每毫秒。当卫星中的两个代码产生器过渡到完全状态时，代码序列具有识别出的开始瞬间。此瞬间被称为代码出现时间。在各种输送在卫星中延迟之后，代码出现时间被播发。此事件被称为信令事件并且在适合的经调适的GNSS接收器中可以通过将GNSS接收器中的复制代码与从每一卫星接收的代码对齐的过程被识别。

除时间和星历信息之外，数据消息还可以包含卫星星座年历、表示电离层和对流层延迟的参数、多普勒移位、健康状况参数和由一些GNSS接收器使用的其它信息。

如上文所提到，GNSS接收器可以通过将复制代码与从每一卫星接收的代码对齐的过程来确定信令事件的到达时间(TOA)。GNSS接收器还可以使用包含于导航消息中的周时间(TOW)信息来确定信令事件被传输的时间。由此，GNSS接收器可以确定信令事件的时间(由此它可以确定它与卫星之间的距离)以及在信令事件被传输(使用星历信息)的时间处卫星的位置。GNSS接收器随后可以计算其自身的位置固定估计值。

理论上，GNSS接收器的位置可以使用来自三个卫星的信号确定。然而，实际上，由于GNSS接收器时钟与GNSS时间之间的偏差，GNSS接收器通常使用来自四个或大于四个卫星的信号来精确地确定三维位置解决方案和精确时间值。

如上文所述，GNSS接收器可以直接地集成到车辆中或集成到位于车辆中的用户所拥有的移动装置中。图1示出了车辆/卫星系统的实例，其中GNSS接收器/天线是示出(在一个实例中)为直接地集成到车辆中并且(在另一实例中)示出为集成到位于车辆中的用户所拥有的移动装置(例如，智能电话)中。

一般来说，图1示出了包含传输GNSS信号的GNSS卫星100、102、104和106的卫星星座。在一个实例中，车辆108可以包含车辆集成(例如，仪表盘)装置110，所述车辆集成装置包含用于接收GNSS信号的GNSS接收器和GNSS天线两者。在另一实例中，GNSS天线可以位于车辆中的其它地方(例如，车顶)(即，装置110可以电连接到GNSS天线112)。在又另一实例中，用户(即，驾驶员/乘客)可以拥有包含GNSS接收器和GNSS天线两者的移动装置114。在任一实例中，GNSS卫星传输GNSS信号。GNSS接收器随后接收并且处理GNSS信号以便确定其位置并且确定GNSS天线的实际天线方向图(即，射频方向图)。

图2中示出可实施为包含GNSS接收器206的智能电话/车载装置200的图1的实例车载装置110、112和114的进一步的硬件细节。智能电话/车载装置200可以包含硬件处理器202、存储器装置204、电力管理系统214、电池216、触摸屏显示器218、麦克风220、扬声器222、任选的蜂窝式收发器208、任选的Wi-Fi收发器210、任选的IR接收器212、任选的航位推算传感器218等等。

如上文所述，智能电话/车载装置200可以是智能电话或可集成到车辆中的车载装置(例如，车辆导航/通信系统)，或可能并没有集成到车辆中(例如，外部导航装置、平板计算机等)。虽然并不是决定性的，但是智能电话/车载装置200的实施方案可以确定包含/不包含图2中的任选的组件。

以下实例出于说明的目的。在第一实例中，当智能电话/车载装置200是智能电话或其它移动装置(例如，平板计算机)时，可以包含任选的蜂窝式收发器208、Wi-Fi收发器210、IR接收器212和航位推算传感器218(例如，加速度计和/或陀螺仪)。在第二实例中，当智能电话/车载装置200是集成到车辆的内部导航/通信系统中的系统时，可以包含任选的航位推算传感器218(例如，加速度计、转向角度传感器、车轮速度传感器、指南针、倾角传感器、刹车传感器、光传感器、声音传感器、海拔传感器等)和可能的任选的蜂窝式收发器208。

在上文所述的任一实例中，处理器202控制智能电话/车载装置200内的各种组件。存储器204可以包含软件和存储用于由处理器202存取的其它数据。电力管理系统214可以包含用于确保电池216或车辆的电池(未示出)所供应的电压具有用于智能电话/车载装置200内的处理器202和其它组件的充足的品质的电力电路。触摸屏显示器218可以允许用户与智能电话/车载装置200交互。此外，麦克风220可以允许用户对智能电话/车载装置说话，并且扬声器222可以允许智能电话/车载装置输出音频给用户。

除GNSS接收器206之外，智能电话/车载装置200还可包含用于相应地经由蜂窝射频传输、Wi-Fi传输和IR传输接收无线通信的任选的蜂窝式收发器208、任选的Wi-Fi收发器210、任选的蓝牙收发器211和任选的IR收发器212。这三个收发器可以允许智能电话/车载装置200使用各种无线通信格式发射和接收来自其它无线装置的信号两者。除这些收发器之外，航位推算传感器(例如，加速度计、陀螺仪、转向角度传感器、车轮速度传感器、指南针等)还可包含于装置200中或包含于车辆中使得来自传感器的信号被提供给装置200。这些传感器可以用于其自身上或与GNSS接收器结合使用以估计车辆位置。

此外，图2示出了可直接地集成到智能电话/车载装置200中的GNSS天线224。替代地，智能电话/车载装置200可以电连接到位于(安装在)车辆内的一些其它位置处的GNSS天线224。在任一情境中，GNSS接收器206将从GNSS天线中接收GNSS信号，并且随后相应地处理信号。

图3中所示的是图2中的GNSS接收器206的进一步硬件细节。具体地说，图3中的GNSS接收器300包含射频(RF)电路302、相关器304、跟踪环路306、处理器308和存储器310。虽然图3中未示出，但是射频电路连接到GNSS天线并且从GNSS天线中接收信号。射频电路可以执行射频功能，例如，降频转换所传输的射频信号，使得它可由相关器304处理。

根据年历数据，GNSS接收器可以确定哪些卫星应当是可见的。GNSS接收器随后选择这些卫星中的一个。考虑到卫星的识别，GNSS接收器知晓通过卫星所传输的代码，并且因此尝试获取信号。在获取信号之后，GNSS接收器跟踪随时间推移信号中的变化。为了获取信号，GNSS接收器可以生成复制代码并且通过及时滑动复制代码且在相关器304中计算相关度而尝试将其与传入的接收到的代码对齐。相关器304的输出随后被输入到跟踪环路306，所述跟踪环路可实施为连续地调节复制代码以保持它与传入信号中的代码对齐的延迟锁定环路。在完成对齐之后，可从信号中移除代码，留下通过导航消息所调制的载波。

此信号可随后通过跟踪环路306中的锁相环路来跟踪。由于跟踪代码在根据卫星时钟的情形处生成，所以GNSS接收器可以读取卫星时钟时间以确定代码何时生成并且随后利用在GNSS接收器处的计算出的时间以确定代码何时被接收到。用针对多普勒移位和电离层延迟校正的光速乘以明显的过渡时间，给出了卫星的伪范围。这些伪范围随后被传递到处理器308，所述处理器实施定位算法(例如，卡尔曼滤波、最小平方估计等)以计算GNSS接收器300的位置、速度和时间。处理器308可以通过驻留在存储器310中的软件代码编程，所述软件代码指导处理器如何利用伪范围和速率测量值以便计算GNSS接收器300的位置。

在一个实例中，处理器308可以利用来自存储器310的代码以通过使用基于计算出的伪范围的最小平方估计来估计GNSS接收器300的位置、速度和时间。在另一实例中，处理器308利用来自存储器310的代码来实施卡尔曼滤波，卡尔曼滤波通过使用伪范围测量的时间序列和任选的航位推算传感器来估计GNSS接收器的位置、速度和时间。在任一情境中，GNSS接收器300的所估计的位置可随后由处理器308输出到车辆的导航系统(即，假定GNSS接收器集成在车辆内)，或输出到移动装置的其它组件(即，假定GNSS接收器集成在移动装置中，例如，智能电话或平板计算机)。

如上文所述，车辆108内GNSS接收器能够确定传输GNSS信号的卫星的仰角和方位角两者。在图4中示出了卫星的仰角和方位角的图示。

具体地说，图4示出了从车辆向外到水平线绘制的线406。图4还示出了从车辆向上到达GNSS卫星100绘制的线404。线404和406之间的角度被视为仰角400(即，卫星相对于车辆和水平线的角度)。

此外，图4还示出从车辆到大地北绘制的线408。一般来说，GNSS卫星100的方位角通常是参考大地北的。为了确定相对于车辆108内的GNSS天线的方位角，GNSS接收器基于车辆的前进方向使GNSS卫星100的所确定的方位角偏移。当确定车辆内的GNSS天线的辐射方向图时这可以是有益的。相对于图5和6描述如何确定辐射方向图的更详细的解释。

应注意GNSS接收器天线可以安装(即，在制造期间)在车辆内的不同位置中。举例来说，GNSS天线可以安装在仪表盘、车顶或车辆的一些其它部分中。

天线制造商可以针对给定GNSS天线提供理论辐射天线方向图。然而，由于在计算理论天线方向图时并未考虑的各种因素天线的实际辐射方向图通常偏离此理论方向图。具体地说，由于车辆金属部分的阻抗误配、障碍物、覆盖天线的材料的射频吸收等等对天线的辐射方向图有影响。

由于理论天线方向图不是安装之后的实际天线方向图的精确表示，所以有益的是能够确定实际天线方向图。确定GNSS天线的实际辐射方向图的一个方法是挖掘可供GNSS接收器使用的数据。具体地说，在GNSS跟踪期间GNSS接收器能够确定卫星的方位角、卫星的仰角以及待从卫星传输的信号的信噪比(SNR)。这三条信息可以存储在数据库(例如，存储器装置310)中并且被利用以确定(例如，经由处理器308)天线的实际辐射方向图(即，每个方位角和仰角组合具有可以存储在数据库中的相关联的SNR值)。应注意其它指标(例如，跟踪环路参数，如同同步状况、环路带宽和跟踪时间的持续时间)可以与SNR一起使用或替代SNR使用。

当尝试确定实际辐射方向图时，辐射方向图通过由天线制造商提供的预定理论方向图初始化，或基于车辆内的天线的位置通过已知的(即，先前挖掘的)另一通用天线方向图初始化。一般来说，理论天线方向图和通用天线方向图可以包含用于各种卫星的每个方位角/仰角组合的平均、中值等SNR值。还应注意方位角/仰角的量化也是可能的。举例来说，平均SNR值可以存储用于10°范围(例如，0°到10°将具有共用SNR值)。在任一情况下，SNR值和它们的对应的方位角/仰角和/或方位/高度范围存储在GNSS接收器的存储器装置310中并且由处理器308用作初始SNR值。

随着GNSS接收器接收GNSS信号(随时间推移)，进一步的SNR值以及它们的相应的方位角和仰角也被计算出并且存储在存储器装置310。处理器308随后组合(例如，平均、取中值等)初始SNR值和计算出的SNR值(用于相应的方位角/仰角)以便更新存储在数据库中的辐射方向图。

如上文已经描述的，GNSS卫星的方位角朝向大地北定向。然而，可以生成实际辐射方向图使得方向图与车辆的轴对齐(即，方向图可以基于车辆的定向来绘制)。为了参考车辆前进方向(即，车辆的前方)生成天线辐射方向图，通过以车辆的已知的前进方向偏移方位角而转换方位角。

举例来说，如果卫星的方位角(相对于大地北)是65°，并且车辆的前进方向(相对于大地北)是45°，那么GNSS接收器以45°(即，两个角度之间的差值)偏移卫星的方位角以获取20°的所得方位角。此过程提供从卫星到车辆的前方(不是大地北)的方位角。

此方位角偏移过程可以通过以所得方位角的天线方向图(例如，图6中所示的方向图)的2维旋转可视化。举例来说，如果卫星的方位角与车辆前进方向的方位角之间的所得角度差值被确定为如以上实例中所描述的20°，那么测量的SNR值被插入在2维天线方向图中如同对应于20°的所得方位角。

在硬件或软件中，在一个实例中，旋转可以通过以对应于前进方向角度与卫星角度之间的差值的方位角(在存储器中)存储SNR值(在存储器中)来执行。举例来说，如果在旋转之前针对65°的对应的方位角计算出的SNR值是20dB，那么此20dB值在45°的旋转之后将以20°的对应的方位角存储在存储器。每个SNR值的卫星方位角将基本上以车辆前进方向的方位角移位。

图5中所示的是说明如何可以绘制天线辐射方向图的轴(即，用于给定方位角和仰角的SNR值)。一般来说，车辆的前方朝向曲线的顶部定向，而车辆的后方朝向曲线的底部定向。方位角是以逆时针方向从车辆的前方(即，曲线的顶部)测量的。仰角被测量为从曲线的起点朝向曲线的外环降低的值(即，仰角在起点处是90度并且随着数据变得更接近外环而降低到0度)。

在图5中所示的实例中，向量长度指示卫星的高度。举例来说，如果方位/高度向量延伸到第一内环，那么卫星将具有高于水平线的60°的仰角。然而，如图5中所示，向量一直向外延伸到曲线的外环，这指示卫星具有相对于水平线的0°的仰角(即，卫星是直接地在头顶上的)。因此，如果SNR值绘制在外环上的向量指向处，那么仰角将是0°并且方位角将是近似地315°。

出于澄清的目的，在图6中说明天线辐射方向图的简化实例(使用图5中的轴)。如图6中所示，GNSS接收器已经确定用于卫星信号的SNR值，并且将这些值绘制到三个可能的仰角区段(0°、30°、60°和90°)以及八个可能的方位角区段(0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°)中。

如图6中所示，当卫星的仰角小于30°时SNR值是20dB(参见外环)。然而，当卫星在30°与60°之间时SNR值增大到高达50dB(参见第二个环)。最后，当卫星的仰角增大到高于水平线60°与90°之间时，SNR值再次降低到10dB(参见内环)。

应注意这是简化实例，其中在不考虑方位角的情况下SNR是相同的。然而，在实际实践中，仰角和方位角两者将影响SNR值。预期每个仰角/方位角对可具有其自身的唯一SNR。

还应注意在此简化的实例中，仅利用了三个不同的可能仰角和八个不同的可能方位角。然而，在实际实践中，对于90个不同仰角度和360个不同方位角度中的每一个来说可存在一个SNR值。

当安装在车辆的车顶中时图6中所示的简化实例可以是天线的实际辐射方向图。然而，应注意如果天线安装在车辆的另一部分中，那么此辐射方向图可能显著地改变，例如，安装在仪表盘中或安装在引擎盖之下(即，图6中所示的SNR值将基于天线在车辆内的安置而改变)。

为了生成图6中的数据曲线，GNSS接收器针对每个可能仰角/方位角组合挖掘SNR值。举例来说，在相同仰角/方位角处的多个SNR值可以得到测量、存储并且随后平均以产生每个仰角/方位角组合的平均SNR值。在图7的流程图中描述此挖掘过程的进一步的细节。

具体地说，在步骤700中，初始化天线方向图。此初始化可基于由制造商提供且预先存储在存储器310中的预定理论方向图执行，或者通过预先存储在存储器310中的先前挖掘的方向图执行。在步骤704中，在GNSS接收器从各种卫星中接收GNSS信号时，初始化模型随后在可被称为训练阶段的阶段中更新。在此训练阶段期间，GNSS接收器计算和存储接收到的GNSS信号的实际SNR值以用于随着汽车沿着道路行进且随着卫星在它们的轨道中行进而改变的相应的方位角和仰角。这些SNR值中的每一个随后存储在数据库中(即，每个仰角和方位角组合具有由GNSS接收器测量的相关联的SNR值)。这些SNR值可随后随时间推移而组合(例如，平均)(例如，初始SNR值可以与进一步的SNR测量值平均)。

由于车辆前进方向的精确性取决于车辆的速度，所以这可以是有益的。一般来说，随着车辆以较高速度行进和测量SNR值，与在车辆以较低速度行进时测量的SNR值相比这些SNR值可以给出较高置信度值(即，较高速度产生更精确的前进方向结果并且因此被分配有较高置信度值)。在任一情况下，当在某些应用中利用GNSS接收器的更新后的辐射方向图时置信度值可以在稍后时间点处由GNSS接收器利用。

一般来说，一旦已经确定更新后的天线辐射方向图，则此更新后的(即，实际)辐射方向图在不同应用中可以是有益的。相对于图8、9和10中的流程图描述这些应用中的三个。

如图8中所示，可以利用更新后的辐射天线方向图以检测和减少(例如，加权、移除等)可能影响GNSS接收器的导航解决方案的多路径信号。具体地说，在步骤800中，对于给定方位角/仰角，GNSS接收器能够比较当前计算出的SNR值与来自更新后的天线方向图的存储的SNR值。GNSS接收器(参见步骤802)可以确定信号的当前计算出的SNR值是否在存储在更新后的天线方向图中的SNR值的一定范围内。如果两个SNR值接近彼此，那么GNSS接收器可能分配高权重到当前接收到的GNSS信号测量值、伪范围、载波相位、德耳塔范围等，如步骤804中所示。然而，如果当前SNR值不在更新后的天线方向图SNR的范围内，那么GNSS接收器可能分配低权重到当前GNSS信号，如步骤806中所示。

基本上，如果当前接收到的GNSS信号的SNR值不在存储在更新后的天线方向图中的SNR值的一定范围内，那么当确定导航解决方案时可假定当前接收到的GNSS信号是将被忽略或被分配较低权重的多路径信号。此过程是在试图最小化由于多路径信号带来误差时执行的。

还应注意GNSS接收器还经配置以区分多路径环境(例如，城市丛林)和低SNR环境(例如，隧道)。举例来说，如果来自一个卫星的信号具有低SNR值而来自另一卫星的信号具有高SNR值，那么GNSS接收器可确定车辆位于多路径环境中。然而，如果来自多个卫星的信号在给定时间处全部示出低SNR值，那么GNSS接收器可确定车辆位于低SNR环境中。

在图9中示出利用存储的更新后的天线方向图的另一应用，其中车辆的前进方向可得到更精确地确定。在图9中示出的是两个不同的可能前进方向计算方法。在步骤900中，系统可选择特定前进方向计算方法。如果方向图匹配前进方向计算方法被计算出，那么在步骤902中，仰角是固定的并且系统保留方位角中的相对差值而无论前进方向如何。在步骤904中，GNSS接收器比较接收到的信号的SNR值的方向图与预先存储的(即，先前开采的)天线辐射方向图的全部前进方向可能性，方法是旋转接收到的SNR值的方向图，并且在每个旋转处计算SNR值的方向图与预先存储的天线方向图的SNR值之间的差值。在步骤906中，GNSS接收器选择产生接收到的SNR值的方向图与预先存储的天线方向图的SNR值之间的最佳匹配(例如，最高相关度)的旋转角。此角度随后用于确定车辆的前进方向。

然而，如果在步骤900中GNSS接收器选择几何前进方向计算方法，那么在步骤908中GNSS接收器基于SNR和仰角的函数计算方位角SNR值的加权圆形平均值。为了计算出加权圆形平均值，对全部可见卫星的方位角(在使用挖掘方向图的有效性检查之后)进行平均。每个前进方向的权重被计算为SNR和仰角以及可从卫星测量值中获得的其它信息的函数。在步骤910中，GNSS接收器随后使用此加权圆形平均值来确定车辆的前进方向。加权圆形平均值可以尤其适用于近似对称方向图或当天线在车辆的车顶上时。

在又一应用中，存储的更新后的天线辐射方向图可用于确定车辆内的天线的位置(例如，天线是否安装在车顶、仪表盘中、在引擎盖之下等)。举例来说，在步骤1000中，GNSS接收器比较存储的更新后的天线方向图与存储在数据库中的其它已知的天线方向图。这些已知的天线方向图是用于位于已知的位置处的天线的。这些已知的天线方向图可具有相对于方位角和仰角的数据库内的独特的形状和SNR分布。在步骤1002中，当更新后的天线方向图类似于存储在数据库中的已知的天线方向图中的一个时GNSS接收器随后将当前GNSS天线的位置(例如，仪表盘、车顶等)设置为已知的位置中的一个(例如，如果天线的SNR分布匹配车顶安装的天线的已知的SNR分布，那么可以确定天线安装在车顶中)。知晓车辆内的天线位置，则可以确定接收到的多路径信号的本质。举例来说，天线位于车辆仪表盘的内部与天线位于车辆的车顶上相比具有更多的多路径的机会。

在确定车辆内的天线的位置中，在更新后的天线方向图与预先存储在存储器310中的天线方向图(例如，在车辆中的对应的位置处的先前挖掘的天线方向图)之间执行比较。此比较可以通过确定更新后的天线方向图与多个预先存储的天线方向图之间的在它们的相应的方位角/仰角处的每个SNR值之间的差值获得。这些差值可用于确定更新后的天线方向图与多个预先存储的天线方向图之间的总体差值(例如，相关度)。提供最低总体差值(即，最高相关度)的预先存储的天线方向图可以被选择为最佳候选。一旦选择最佳候选，则天线的位置被确定为与对应于预先存储的天线方向图的位置相同。

通过能够确定实际天线辐射，GNSS接收器能够以许多有益的方式利用此信息。检测和减少(例如，移除/加权)多路径信号、确定前进方向和确定天线在车辆内的位置仅仅是知晓实际天线辐射方向图相较于由制造商提供的理论方向图的许多可能的有益的用途中的三个。

虽然在本文中参考特定实施例说明且描述系统，但本发明并不意图限于所示出的细节。实际上，可以在权利要求书的等效物的范畴和范围内在细节上获得各种修改。

Claims (20)

1.一种在车辆中的全球导航卫星系统GNSS接收器，其包括：

射频RF接收电路，其配置为从以各自的方位角和仰角绕地球轨道运行的多个GNSS卫星接收GNSS信号；

存储器装置，其存储包含针对各方位角和仰角的初始信噪比SNR值的预定天线方向图；以及

处理器，其经配置以：

计算所接收的GNSS信号的SNR值，

通过组合所计算的SNR值与所述初始SNR值来迭代地计算更新后的天线方向图，

将进一步接收到的GNSS信号的进一步的SNR值与所述存储器装置中存储的更新后的天线方向图中的SNR值进行比较以执行：

1)检测和减少多路径信号，或

2)估计车辆前进方向，或

3)确定天线在所述车辆内的位置，或

上述的任意组合。

2.根据权利要求1所述的GNSS接收器，

其中所述预定天线方向图基于所述存储器装置中存储的制造商SNR规范。

3.根据权利要求1所述的GNSS接收器，

其中所述处理器进一步经配置以将所述存储器装置中存储的置信度值分配到所述更新后的天线方向图中所计算的SNR值中的每一个。

4.根据权利要求1所述的GNSS接收器，

其中所述处理器进一步经配置以基于所述车辆的前进方向来偏移卫星的方位角以使得更新后的天线方向图与所述车辆的方位角轴对齐。

5.根据权利要求1所述的GNSS接收器，其中，在计算所述更新后的天线方向图时，所述处理器进一步经配置以：

针对给定方位角/仰角比较所计算的SNR值和来自所述更新后的天线方向图的SNR值，

确定所计算的SNR值是否在来自所述更新后的天线方向图的所述SNR值的范围内，

在所计算的SNR值在所述范围内时将所述存储器装置中存储的第一权重分配到所接收的信号，以及

在所计算的SNR值在所述范围外时将所述存储器装置中存储的第二权重分配到所接收的信号，

其中所述第一权重大于所述第二权重。

6.根据权利要求1所述的GNSS接收器，其中所述处理器进一步经配置以通过如下来估计所述车辆的前进方向：

针对多个前进方向可能性比较所述存储器装置中存储的所述更新后的方向图的SNR值和所述存储器装置中存储的另一天线方向图的相应的SNR值，并选择产生最佳匹配的前进方向可能性，或

基于所述存储器装置中存储的SNR值以及仰角的函数来计算方位角的加权圆均值。

7.根据权利要求1所述的GNSS接收器，其中所述处理器进一步经配置以通过如下来确定所述天线在所述车辆内的位置：

将所述更新后的天线方向图与在所述存储器装置中存储的已知位置处的天线的已知天线方向图进行比较，以及

在更新后的天线方向图类似于所述已知天线方向图时将所述天线的位置设为所述已知位置。

8.一种用于全球导航卫星系统GNSS接收器的估计的方法，其包括：

经由射频RF接收电路从以各自的方位角和仰角绕地球轨道运行的多个GNSS卫星接收GNSS信号，

经由处理器计算所接收的GNSS信号的信噪比SNR值，

经由所述处理器通过组合存储器装置中的所计算的SNR值和所述存储器装置中存储的预定天线方向图的初始SNR值来迭代地计算更新后的天线方向图，

经由所述处理器来将进一步接收到的GNSS信号的进一步的SNR值与所述存储器装置中存储的所述更新后的天线方向图中的SNR值进行比较以执行：

1)检测和减少多路径信号，或

2)估计车辆前进方向，或

3)确定天线在所述车辆内的位置，或

上述的任意组合。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述预定天线方向图基于所述存储器装置中存储的制造商SNR规范。

10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：

经由所述处理器将所述存储器装置中存储的置信度值分配到所述存储器装置中存储的更新后的天线方向图中所计算的SNR值中的每一个。

11.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括：

经由所述处理器基于所述车辆的前进方向来偏移卫星的方位角以使得所述更新后的天线方向图与所述车辆的方位角轴对齐。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，在计算所述更新后的天线方向图时，所述处理器进一步经配置以：

针对给定方位角/仰角比较所计算的SNR值和来自所述更新后的天线方向图的SNR值，

确定所计算的SNR值是否在来自所述更新后的天线方向图的SNR值的范围内，

在所计算的SNR值在所述范围内时将所述存储器装置中存储的第一权重分配到所接收的信号，以及

在所计算的SNR值在所述范围外时将所述存储器装置中存储的第二权重分配到所接收的信号，

其中所述第一权重大于所述第二权重。

13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述处理器进一步经配置以通过如下来估计所述车辆的前进方向：

针对多个前进方向可能性比较所述存储器装置中存储的所述更新后的方向图的SNR值和所述存储器装置中存储的另一天线方向图的相应SNR值，并选择产生最佳匹配的前进方向可能性，或

基于所述存储器装置中存储的SNR值以及仰角的函数来计算方位角的加权圆均值。

14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述处理器进一步经配置以通过如下来确定所述天线在所述车辆内的位置：

将所述更新后的天线方向图与所述存储器装置中存储的已知位置处的天线的已知天线方向图进行比较，以及

在更新后的天线方向图类似于所述已知天线方向图时将所述天线的位置设为所述已知位置。

15.一种车辆中的全球导航卫星系统GNSS接收器，其包括：

射频RF接收电路，其配置为从以各自的方位角和仰角绕地球轨道运行的多个GNSS卫星接收GNSS信号；

存储器装置，其存储包含针对各方位角和仰角的初始信号强度值的预定天线方向图；以及

处理器，其经配置以：

计算所接收的GNSS信号的信号强度值，

通过组合所计算的信号强度值和所述初始信号强度值来计算更新后的天线方向图，

将进一步接收到的GNSS信号的进一步的信号强度值与所述存储器装置中存储的所述更新后的天线方向图中的信号强度值进行比较以执行：

1)检测和减少多路径信号，或

2)估计车辆前进方向，或

3)确定天线在所述车辆内的位置，或

上述的任意组合。

16.根据权利要求15所述的接收器，其中，所述信号强度值是信噪比SNR值。

17.根据权利要求15所述的接收器，其中，所述处理器进一步经配置以：

基于所述存储器装置中存储的制造商规范初始化所述天线方向图，以及

将所述存储器装置中存储的置信度值分配到所述更新后的天线方向图中的所计算的信号强度值中的每一个。

18.根据权利要求15所述的接收器，其中，在计算所述更新后的天线方向图时，所述处理器进一步经配置以：

针对给定方位角/仰角比较所计算的信号强度值和来自所述更新后的天线方向图的信号强度值，

确定所计算的信号强度值是否在来自所述更新后的天线方向图的信号强度值范围内，

在所计算的信号强度值在所述范围内时将所述存储器装置中存储的第一权重分配到所接收的信号，以及

在所计算的信号强度值在所述范围外时将所述存储器装置中存储的第二权重分配到所接收的信号，

其中所述第一权重大于所述第二权重。

19.根据权利要求15所述的接收器，其中所述处理器进一步经配置以通过如下来估计所述车辆的前进方向：

针对多个前进方向可能性比较所述存储器装置中存储的所述更新后的方向图的信号强度值和所述存储器装置中存储的另一天线方向图的相应信号强度值，并选择产生最佳匹配的前进方向可能性，或

基于所述存储器装置中存储的信号强度值以及仰角的函数来计算方位角的加权圆均值。

20.根据权利要求15所述的接收器，其中所述处理器进一步经配置以通过如下来确定所述天线在所述车辆内的位置：

比较所述更新后的天线方向图和所述存储器装置中存储的已知位置处的天线的已知天线方向图，以及

在更新后的天线方向图类似于所述已知天线方向图时将所述天线的位置设为所述已知位置。

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