CN108885266A - 用于利用蜂窝cdma信号导航的sdr - Google Patents

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察克·M·卡塞斯
乔·哈里发
吉米亚·沙梅
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Abstract

一种使用机会信号(SOP)增强的GNSS为GNSS实施方案面临的技术问题提供各种技术解决方案。SOP可增强或以其它方式启用不可用导航，例如每当GNSS信号变得不可访问或不可信时。地面SOP丰富多样且在不同几何配置下可用，且可用于通过减小VDOP来改进GNSS。VDOP可通过采用具有固有地低仰角且可自由使用的现有地面SOP，尤其是蜂窝码分多址(CDMA)信号来减小。

Description

用于利用蜂窝CDMA信号导航的SDR
相关申请和优先权要求
本申请是2016年2月12日申请且标题为《导航蜂窝CDMA软件定义无线电(NAVIGATION CELLULAR CDMA SOFTWARE-DEFINED RADIO)》的美国临时申请案第62/294,758号的相关和权利要求优先权，所述申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
政府资助声明
本文中的主题在政府支持下根据授权(或合同)第N00014-16-1-2305号进行研发，所述授权标题为《在GPS挑战环境中用于弹性和精确导航的合作机会框架(ACollaborative Opportunistic Framework for Resilient and Accurate Navigationin GPS-Challenged Environments)》，由海军研究办公室资助。政府对本文中的主题享有某些权利。
背景技术
全球导航卫星系统(Global navigation satellite system；GNSS)位置解决方案由于缺乏人造卫星(satellite vehicle；SV)角度分集而遭受高垂直精度衰减(verticaldilution of precision；VDOP)。用于分析GNSS SV的空间几何结构的质量的普遍量度是几何精度衰减(geometric dilution of precision；GDOP)的参数，即水平精度衰减(horizontal dilution of precision；HDOP)、时间精度衰减(time dilution ofprecision；TDOP)以及VDOP。GNSS导航解决方案可通过选择GNSS SV配置得到改进以减小或最小化所述GDOP。虽然GNSS SV的额外可观测量通常改进GNSS导航解决方案，但解决方案的VDOP通常比HDOP质量更差。GNSS解决方案可通过地面发射器来扩增，所述地面发射器例如通过使用LocataLites来发射减小VDOP的GPS类信号。然而，这些地面发射器通常需要安装额外的专有基础设施。期望提供改进GNSS解决方案而不需要安装专有基础设施。
附图说明
图1是根据至少一个实施例的机会信号(signal of opportunity；SOP)GNSS系统的图式。
图2包含根据至少一个实施例的VDOP减小曲线图。
图3包含根据至少一个实施例的DOP曲线图。
图4包含根据至少一个实施例的无人机(unmanned aerial vehicle；UAV)轨迹。
图5描绘根据至少一个实施例的现场实验配置。
图6描绘根据至少一个实施例的实验设定GPS SV空中分布图。
图7描绘根据至少一个实施例的实验设定塔位置和椭圆体。
图8是根据至少一个实施例的前向链路调制器的框图。
图9是根据至少一个实施例的前向链路同步信道编码器的框图。
图10是根据至少一个实施例的同步消息结构的框图。
图11是根据至少一个实施例的前向链路寻呼信道编码器的框图。
图12是根据至少一个实施例的寻呼信道消息结构的框图。
图13是根据至少一个实施例的载波消除和相关阶段的图形的框图。
图14包含根据至少一个实施例的同步代码相关度峰值的曲线图。
图15包含根据至少一个实施例的CDMA信号获取前面板。
图16是根据至少一个实施例的自相关函数的曲线图。
图17是根据至少一个实施例的导航蜂窝CDMA接收器中的跟踪回路的图形。
图18包含根据至少一个实施例的蜂窝CDMA信号跟踪的曲线图。
图19包含根据至少一个实施例的同步和寻呼信道定时的曲线图。
图20包含根据至少一个实施例的长码掩码结构。
图21描绘根据至少一个实施例的同步信道位。
图22描绘根据全少一个实施例的LabVIEW阶段。
图23描绘根据至少一个实施例的SOP环境。
图24描绘根据至少一个实施例的多单元解决方案。
图25描绘根据至少一个实施例的实验配置。
图26描绘根据至少一个实施例的所得导航映射。
图27是根据实施例的计算装置的框图。
具体实施方式
图1是根据至少一个实施例的机会信号(SOP)GNSS系统100的图式。SOP GNSS系统100为GNSS实施方案面临的技术问题提供各种技术解决方案。系统100包含车辆110，例如无人机或其它移动车辆。系统100包含至少第一GNSS卫星120和第二GNSS卫星130，但可使用额外GNSS卫星。类似地，系统100包含至少一个SOP收发器140，但可使用额外SOP收发器。SOP可增强或以其它方式启用不可用导航，例如每当GNSS信号变得不可访问或不可信。
地面SOP丰富多彩且在不同几何配置下可用，且可用于通过减小VDOP来改进GNSS。车辆110从第一GNSS卫星120接收GNSS信号且计算第一范围125，其中第一范围提供第一范围弧线125的估计半径。类似地，车辆110基于第二GNSS卫星来计算第二范围弧线135，且基于SOP收发器140来计算第三范围弧线145。VDOP可理解为第一范围弧线125与第二范围弧线135之间的重叠。虽然第一范围弧线125和第二范围弧线135展示为窄虚线，但这些估计范围内的不确定性产生较宽范围弧线，所述较宽范围弧线形成第一范围弧线125与第二范围弧线135之间的实质垂直重叠。可通过利用现有地面SOP，尤其是蜂窝码分多址(codedivision multiple access；CDMA)信号来减小这一VDOP，所述现有地面SOP具有固有低仰角且可自由使用。虽然本发明主题相对于CDMA而描述，但可使用其它SOP，例如其它蜂窝信号(例如，4G LTE等)铱星信号、数字电视信号、Wi-Fi信号或其它SOP信号。如图1中所展示，第三范围弧线145与车辆110的位置处的第一范围弧线125和第二范围弧线135相交，其可明显减小估计的VDOP。
在基于GNSS的导航中，可容易地获得SV的状态。对于SOP，然而，即使位置状态可凭经验得知，但时钟误差状态是动态的，且因此必须持续地估计时钟误差状态。SOP的状态可通过导航接收器附近的一或多个接收器来获得。每一GNSS接收器得出关于多个GNSS人造卫星和多个地面SOP的伪距观测结果，且通过估计器来组合这些观测结果。可通过添加不同数目的蜂窝SOP来减小GNSS VDOP，其中所述SOP处于低仰角。额外GNSS可观测量的使用在减小VDOP方面比添加GNSS SV可观测量更有效。
为供应额外SOP可观测量，可使用地面蜂窝信号。软件定义的接收器(software-defined receiver；SDR)体系结构可用于处理可易于获得的地面蜂窝信号，其中SDR可提供基于可用蜂窝CDMA信号的GNSS可观测量。SDR使用针对所发射和所接收到的信号的模型，其中所述模型基于蜂窝前向链路信号结构。SDR使用可提取且随后用于导航和定时目的的蜂窝信息。
典型的GPS接收器与本文中所展示并描述的所提出蜂窝CDMA接收器之间存在差异。在一实施例中，GNSS框架基于在蜂窝CDMA环境中提供改进导航的映射或导航接收器方案。接收器采用由于估计不同单元区段中的基站收发器台时钟偏差而产生的位置和定时误差的分析。SDR接收器提供VDOP改进，其中相比于仅GPS导航解决方案，改进可包含5.51m的平均距离差。虽然相对于仅GPS导航解决方案的改进来描述导航解决方案改进，但通过集成额外传感器，进一步导航改进可以是可能的，所述额外传感器例如惯性传感器(例如，加速计、陀螺仪)、局部测距传感器(例如，LIDAR)、光学传感器(例如，相机)或其它传感器。
设想环境包括接收器、M个GNSS SV以及N个地面SOP。将假设每一SOP从空间固定发射器发出，且其状态向量将由其位置状态
和时钟误差状态组成
其中，c是光速，是时钟偏差，且是时钟漂移，其中n＝1、...N。
接收器绘制来自GNSS SV的伪距观测结果，表示为且绘制来自SOP的伪距观测结果，表示为这些观测结果通过估计器融合，所述估计器的作用是估计接收器xr的状态向量，其中rr、[xr，yr，zr]以及δtr分别是接收器的位置和时钟偏差。在第m个GNSS SV上的由接收器得到的伪距观测结果在补偿电离层和对流层时延后，与接收器状态有以下相关
其中，rsvm和δtsvm分别是第m个GNSS SV的位置和时钟偏差状态；δtiono和δttropo分别是电离层和对流层时延；以及vsvm是观测噪声，其模型化为零均值高斯随机变量，具有方差σsv2m。在第n个SOP上的由接收器得到的伪距观测结果在文中所论述的温和近似后，与接收器状态有以下相关
其中vsopn是观测噪声，其模型化为零均值高斯随机变量，具有方差
由估计器计算的测量残差具有关于接收器的状态向量的估计的其泰勒级数展开(Taylor series expansion)的一阶近似，由以下给出
Δz＝HΔxr+v，
其中Δz，即观测向量z，
与其估计值之间的差值；
Δx，即接收器的状态向量xr与其估计值之间的差值；
v，且H是在估计值处评估的雅克布矩阵(Jacobain matrix)。在不损失一般性的情况下，假设东-北-上(East，North，UP；ENU)坐标系处于中心。那么，雅可比矩阵在这一ENU坐标系中可表示为
其中
和
其中c(·)和s(·)分别是余弦函数和正弦函数，elsvm和azsvm分别是第m个GNSS SV的仰角和方位角，且elsopn和azsopn分别是从接收器角度观测时的第n个地面SOP的仰角和方位角。为简化论述，假设伪距观测噪声是独立同分布的，即cov(v)＝σ2，那么加权最小二乘估计值和相关联的估计误差协方差由以下给出
矩阵通过接收器-SV和接收器-SOP几何结构来确定。因此，估计值的质量取决于这一几何结构和伪距观测噪声方差。的对角元素(表示为)是精度衰减(dilution of precision；DOP)因子的参数：
因此，DOP值直接与估计误差协方差相关；因此，几何结构越有利，DOP值越低。如果观测噪声不是独立同分布的，那么必须使用加权DOP因子。
可通过使用SOP来减小VDOP。除了安装于高空飞行器和航天器上的GNSS接收器之外，GNSS SV通常在接收器上方，即Hsv°中的仰角理论上限制于0°≤elsvm≤90°之间。GNSS接收器通常将最低仰角限制到一些仰角掩码(elsv，min)，因此忽略由于电离层、对流层以及多路径而很大程度上衰减的GNSS SV信号。因此，GNSS SV可观测量缺乏仰角分集，且基于GNSS的导航解决方案的VDOP降低。对于地面车辆，elsv，min通常在10°与20°之间。这些仰角掩码还应用于低空飞行器，例如小的无人机系统(unmanned aircraft systems)，所述低空飞行器的飞行高度由联邦航空管理局(Federal Aviation Administration；FAA)限制在500ft(大致152m)。
当GNSS和SOP信号在导航中组合时，仰角跨度可有效地加倍，具体地说-90°≤elsopn≤90°。对于地面车辆，有用的观测结果可基于在仰角elsopn＝0°处存在的地面SOP来得到。对于飞行器，地面SOP可在仰角低到elsopn＝-90°(例如如果车辆在SOP发射器正上方飞行)处存在。
图2包含根据至少一个实施例的VDOP减小曲线图200。为了通过并入额外GNSS SV观测结果与额外SOP观测结果来说明VDOP减小，引入elnew处的额外观测结果，且评估所得VDOP(elnew)。为此目的，使用来自的GPS档案馆(Garner GPS Archive)的从加利福尼亚尤凯帕站获取的GPS星历文件来计算M个SV方位角和仰角，所述GPS星历文件列于下表1中：
表1：SV方位角和仰角(度)
对于每一组GPS SV，选择额外观测结果的方位角作为来自0°与360°之间的均匀分布的随机样本，即aznew～U(0°，360°)。对于引入全面仰角-90°≤elnew≤90°处的额外测量值，对应VDOP分别绘制于图2中的子图中，对应于M＝4、...7。
VDOP减小曲线图200展现GNSS与SOP的组合的各种优势。首先，虽然通过引入额外测量值始终改进VDOP，但添加SOP测量值的改进比添加额外GPS SV测量值更为显著。其次，对于仅地面SOP固有的仰角，即-90°≤elsopn≤0°，VDOP随着仰角减小而单调递减。
图3包含根据至少一个实施例的DOP曲线图300。确切地说，DOP曲线图300展示(a)相关联的可用GPS SV数目，(b)VDOP，(c)HDOP，以及(d)从2015年9月1日午夜开始二十四小时时段的GDOP。每一曲线图展示使用仅GPS、GPS+1个SOP、GPS+2个SOP以及GPS+3个SOP的导航解决方案。DOP曲线图300表明利用蜂窝CDMA SOP减小VDOP的潜力。为了比较仅GNSS导航解决方案与GNSS+SOP导航解决方案的VDOP，将地心-地固(Earth-Centered-Earth-Fixed；ECEF)坐标系中所表示的接收器位置设置成rr≡(106)[-2.431171，-4.696750，3.553778]T。使用来自GPS档案馆的GPS SV星历文件来计算在二十四小时时段内接收器上方的GPS SV星座的仰角和方位角。
将仰角掩码设置成elsv，min≡20°。将根据接收器附近的勘测的地面蜂窝CDMA塔位置来计算的三个SOP的方位角和仰角设置成azsop≡[42.4°，113.4°，230.3°]T和elsop≡[3.53°，1.98°，0.95°]T。从2015年9月1日开始二十四小时时段的所得VDOP、HDOP、GDOP以及相关联的可用GPS SV数目绘制于图3中。这些结果对于不同接收器位置和对应GPS SV配置是一致的。
从图3可推断以下结论。第一，预期使用GPS+N个SOP(N≥1)的所得VDOP比仅使用GPS的所得VDOP更小。第二，当GPS SV数目下降时，使用GPS+N个SOP(n≥1)减小或防止VDOP中的大峰值。第三，使用GPS+N个SOP(N≥1)还减少HDOP和GDOP两者。
图4包含根据至少一个实施例的无人机(UAV)轨迹400。将空中接收器的初始位置设置成rr≡(106)·[-2.504728，-4.65991，3.551203]T，所述空中接收器例如安装于UAV上的接收器。接收器的真实轨迹根据速度随机游走动力学(velocity random walkdynamics)而演变。使用基于MATLAB-的模拟器来产生关于高于设置成elsv，min≡20°的仰角掩码的所有可用GPS SV和三个地面SOP的伪距观测结果。模拟器使用SV轨迹，所述SV轨迹使用2015年9月1日10:00AM到10:03AM的GPS SV星历文件来计算。将SOP的位置设置成
rsop1≡(106)·[-2.504953，-4.659550，3.551292]T，
rsop2≡(106)·[-2.503655，-4.659645，3.552050]T，以及
rsop3≡(106)·[-2.504124，-4.660430，3.550646]T，
其是在UAV附近的所勘测蜂窝塔的位置。UAV的真实轨迹、根据仅使用GPS SV伪距的导航解决方案以及根据使用GPS和SOP伪距的导航解决方案说明于图4的上部部分中。用于导航解决方案的样本集的对应第95-百分位不确定性椭圆体说明于图4的下部部分中，其中仅GPS导航解决方案的不确定性椭圆体实质上大于随后的GPS+SOP导航解决方案的对应不确定性椭圆体。
从UAV轨迹400可指出以下内容。第一，仅GPS-导航解决方案的垂直分量的准确度比GPS+SOP导航解决方案的垂直分量的准确度更差。第二，仅GPS-导航解决方案的垂直分量的不确定性大于GPS+SOP导航解决方案的垂直分量的不确定性，所述垂直分量的不确定性分别通过黄色和蓝色不确定性椭圆体来捕捉。第三，通过将蜂窝SOP伪距观测结果与GPS SV伪距观测结果并入在一起还改进导航解决方案的水平分量的准确度。
图5描绘根据至少一个实施例的现场实验配置500。使用软件定义的接收器(SDR)来进行现场实验以说明由将SOP伪距包含在GPS伪距一起获得的VDOP减小，以估计接收器状态。为此目的，两个天线安装于车辆上以获得和跟踪：(i)多个GPS信号和(ii)三个蜂窝基地收发站(base transceiver stations；BTS)，所述蜂窝基地收发站的信号通过CDMA来调制。GPS和蜂窝信号经由两个国家仪器R通用软件定义无线电外设(universal software radioperipherals；USRP)来同时降混且同步取样。这些前端将其数据馈送到在LabVIEW中实施的SDR以及三个蜂窝BTS，所述SDR根据视图中的五个GPS L1C/A信号来产生伪距可观测量。
伪距根据位于rr＝(106)·[-2.430701，-4.697498，3.553099]T处的接收器来绘制，在ECEF系中表示，所述ECEF系使用Trimble 5700载波相位差分GPS接收器来勘测。对应SOP状态估计值
通过导航接收器附近的接收器来合作地估计。将伪距和SOP估计值馈送到最小二乘估计器，从而产生和相关联的根据其计算M个GPS SV和N个蜂窝CDMA SOP的VDOP、HDOP以及GDOP且列于表2中：
表II：M个Sv+N个SOP的DOP值
图6描绘根据至少一个实施例的实验设定GPS SV空中分布图600。左边的空中分布图描绘四SV配置，其包含GPS SV 14、21、22以及27的空中分布图。右边的空中分布图描绘五SV配置，其包含GPS SV 14、18、21、22以及27的空中分布图。
图7描绘根据至少一个实施例的实验设定塔位置和椭圆体700。图7的上部部分描绘蜂窝CDMA SOP塔位置和接收器位置。图7的下部部分描绘根据使用来自五个GPS SV的伪距的导航解决方案的较大不确定性椭圆体，且描绘根据使用来自五个GPS SV和三个蜂窝CDMA SOP的伪距的导航解决方案的较小不确定性椭圆体。不确定性椭圆体表示对于{M，N}＝{5，0}和{5，3}的的第95百分位估计不确定性椭圆体。对应垂直误差分别是1.82m和0.65m。在这个实施例中，添加三个SOP到使用五个GPS SV的导航解决方案，从而使垂直误差减小64.5％。尽管这是优于仅使用GPS可观测量的显著改进，但预期飞行器的改进甚至更为显著，这是因为其可利用如在模拟部分中所展示的满跨度的可观测仰角。
在计算导航解决方案中，可通过选择和处理特定个SOP来进一步改进SOP和GNSSSV的组合。在一实施例中，可使用用于处理蜂窝CDMA SOP的软件定义的接收器(SDR)体系结构来改进SOP导航解决方案。SOP信号通常可包含AM/FM无线电信号、铱星信号、蜂窝信号、数字电视信号、Wi-Fi信号或其它信号。在选择用于导航的SOP中存在各种考虑因素，包含估计用于不同数目个接收器、不同数目个SOP以及各种先验知识情形的信号景观图的能观性和能力。还可基于预期接收器定位和定时导航解决方案来选择SOP。
与使用导航所用的SOP相关联的两个主要挑战是：(1)用于最佳地提取用于导航和定时目的的所关注状态和参数的大致精确、低水平的信号模型的不可用性，和(2)不存在能够产生导航可观测量的公开接收器体系结构。如本文中所描述的使用蜂窝CDMA信号提供对这些技术问题的技术解决方案。
CDMA信号丰富多彩，在大功率下发射，且具有类似于所熟知的GPS信号的结构，所述结构使其作为导航的良好候选。不同于GNSS，蜂窝CDMA基站收发器台(BTS)的状态对导航接收器来说是未知的且需要加以估计。尽管在IS-95标准状态下CDMABTS应发射其位置，但本地无线供应商通常不发射此类信息。因此，BTS的位置需要人工地勘测或单独地或合作地进行实时估计。然而，虽然BTS的位置状态是静态的，但BTS的时钟误差状态是动态的且需要经由以下来持续地估计：(1)映射接收器，其与导航接收器共享此类估计值，或(2)通过导航接收器自身，通过采用同时定位与映射方法。
如本文中所描述，无论是否用于导航或映射目的，专用接收器可用于处理所接收到的蜂窝CDMA信号且提取相关定位和定时可观测量。蜂窝CDMA接收器可在移动电话中以硬件来实施；然而，硬件实施方案限制在接收器内提取或修改信息的能力。如此，当实施蜂窝CDMA接收器以用于导航目的时，如本文中所描述的软件定义无线电(SDR)的使用提供各种优势。举例来说，SDR的使用提供若干优势：(1)灵活性：设计是硬件独立的，(2)模块化：可独立地实施不同函数，以及(3)可升级性：需要最小改变以改进设计。尽管一些SDR用于后处理应用中，但本文中所描述的处理器专用优化技术允许实时操作。如所展示和所描述，图形编程语言(例如LabVIEW和Simulink)提供SDR的体系结构概念化与软件实施方案之间的一对一对应的优势。
如本文中所描述的SDR体系结构提供各种优势。这一SDR体系结构呈现详细和可再现的导航蜂窝CDMA SDR体系结构以及用于从所接收到的信号最佳地提取相关导航和定时信息的精确、低水平的信号模型。这一SDR体系结构还提供导航框架，其中映射接收器估计BTS的状态且与排他地利用蜂窝CDMA信号来导航的导航接收器共享此类估计值。这一SDR体系结构减少在导航解决方案中由于使映射和导航接收器侦听BTS单元内的不同区段而引发的误差。如下文所描述，对应于根据GPS的导航解决方案的轨迹与所提出蜂窝CDMA SDR的轨迹的比较的实验结果展示具有4.01m标准差和11.11m最大差值的5.51m轨迹之间的平均距离差(例如，位置改进)。
图8是根据至少一个实施例的前向链路调制器800的框图。在蜂窝CDMA通信系统中，64个逻辑信道基于以下前向链路信道来进行复用：导频信道、同步信道、7个传呼信道以及55个业务信道。将在蜂窝CDMA系统中的前向链路信道(即BTS到移动电话)上发射的输入数据m(t)数据馈送到前向链路调制器800中。数据通过正交相移键控(quadrature phaseshift keying；QPSK)来调制且接着使用直接序列CDMA(direct-sequence CDMA；DS-CDMA)来扩频。对于所关注信道，同相和正交分量(分别是I和Q)可携载如前向链路调制器800中所展示的同一消息m(t)。在一实施例中，扩频序列cI和cQ(称作短码)是使用15个线性反馈移位寄存器(linear feedback shift register；LFSR)产生的最大长度伪随机噪声(pseudorandom noise；PN)序列，其中CI和cQ的长度是215-1＝32,767个码片。短码I和Q分量的特征多项式(PI(D)和PQ(D))由下式给出
PI(D)＝D15+D13+D9+D8+D7+D5+1
PQ(D)＝D15+D12+D11+D10+D6+D5+D4+D3+1，
其中D是延迟运算子。在出现14个连续零后，可添加额外的零，以使短码长度为二的幂数。为了区分来自不同BTS的所接收到的数据，每个站可使用PN代码的移位版本。这种移位称为导频偏移，对于每一BTS是独特的且是64个码片的整数倍数。同一PN序列与不同导频偏移的互相关可显示为可忽略的。每一单独逻辑信道通过独特的64码片Walsh码来进行扩频。因此，在每一BTS处至多可复用64个逻辑信道。通过短码进行扩频使得用于BTS的多址能够优于同一载波频率，而通过Walsh码进行的正交扩频使得用于用户的多址能够优于同一BTS。随后使用数字脉冲整形滤波器来过滤CDMA信号，所述数字脉冲整形滤波器根据IS-95标准限制所发射CDMA信号的带宽。最后通过载波频率ωc来调制信号以产生s(t)。
图9是根据至少一个实施例的前向链路同步信道编码器900的框图。在一实施例中，通过导频信道发射的消息包含二进制零的持续流，且通过由64个二进制零组成的Walsh码零进行扩频。因此，调制导频信号包含短码。所提出的接收器使用导频信号以检测CDMA信号的存在且接着对其进行跟踪，如下文所论述。由于导频信号数据较少，因此可使用较长积分时间。接收器基于其导频偏移来在BTS之间进行区分。
同步信道可用于将时间和帧同步提供到接收器。蜂窝CDMA系统使用GPS作为参考定时源，且BTS通过同步信道将系统时间发送到接收器。其它信息，例如导频PN偏移和长码状态，也提供于同步信道上。长码可包含用于对后向链路信号(即，接收器到BTS)和寻呼信道消息进行扩频的PN序列。长码具有1.2288Mcps的码片速率且可使用42个LFSR来产生。对寄存器的输出进行掩码且模2添加在一起，以形成长码。后者具有大于41天的周期；因此，将42个LFSR的状态和掩码发射到接收器，使得可易于实现长码同步。
前向链路同步信道编码器900展示发射前的同步消息编码。在1.2Kbps下的初始消息在速率r＝(1/2)下利用生成器函数g0＝753(八进制)和g1＝561(八进制)以卷积方式进行编码。编码器的状态并不在消息体(message capsule)的发射期间进行复位。重复所得符号两次，且128个符号长的所得帧是使用位反转方法交错的块。速率为4.8Ksps的调制信号利用Walsh码32进行扩频。
图10是根据至少一个实施例的同步消息结构1000的框图。将同步消息结构1000划分成80ms超帧，且将每一超帧划分成三个帧。每一帧的第一位称作消息起始符(start-of-message；SOM)。将同步消息的开始设置成每一超帧的第一帧，且将这一帧的SOM设置成一。BTS将另一SOM设置为零。同步信道消息体由消息长度、消息主体、循环冗余检查(cyclicredundancy check；CRC)以及级补零构成。补零的长度使得消息体延伸直到下一超帧的开始。利用生成器多项式来计算每一同步信道消息的30位CRC
g(x)＝x30+x29+x21+x20+x15+x13+x12+x11+x8+x7+x6+x2+x+1。
通过接收器减小SOM位，且使帧主体组合以形成同步信道消息体。
图11是根据至少一个实施例的前向链路寻呼信道编码器1100的框图。寻呼信道发射用于接收器的所有必要开销参数以登记到网络中。一些移动运营商还发射寻呼信道上的BTS经纬度，其可用于导航。美国的Sprint和Verizon的主要蜂窝CDMA供应商不发射BTS经纬度。美国蜂窝供应商曾经发射BTS经纬度，但这个供应商不再运营。
将寻呼信道消息输入到前向链路寻呼信道编码器1100，其中寻呼信道消息的初始位速率是9.6Kbps或4.8Kbps且提供于同步信道消息中。接下来，以与同步信道数据相同的方式来卷积地编码数据。仅在位速率小于9.6Kbps时才重复输出符号两次。在符号重复后，384个符号长的所得帧是每次与一个帧交错的块。交错器不同于用于同步信道的交错器，这是因为其对384个符号而不是128个符号进行操作。但这两种交错器都使用位反转方法。最后，寻呼信道消息通过模2添加长码序列来加扰。
图12是根据至少一个实施例的寻呼信道消息结构1200的框图。将寻呼信道消息结构1200划分成80ms时隙，其中每一时隙由八个半帧(half-frames)构成。所有半帧以同步消息体指示(capsule indicator；SCI)位开始。消息体可以同步和非同步两种方式发射。同步消息体在SCI后完全开始。在这种情况下，BTS将第一SCI的值设置成一，且将其余SCI的值设置成零。如果在通过寻呼消息体的结尾，仍剩余小于8位，那么在下一SCI前，将消息补零到下一SCI。否则，紧接在先前消息结束之后发送非同步消息体。
在一实施例中，导频信号(即，PN序列)用于获得和跟踪蜂窝CDMA信号。解调另一信道成为开环问题，这是由于没有从同步、传呼或用于跟踪的其它信道中的任一个获取反馈。由于所有其它信道与导频同步，因此仅需要跟踪导频。实际上，IS-95标准规定编码信道与导频在±50ns内同步。尽管可同时接收来自多个BTS的信号，但接收器可使每一单独信号与对应BTS相关联，这是由于所发射的PN序列之间的偏移比一个码片大很多。通过特定BTS的标准化发射导频信号s(t)可表示为
其中c1(t)＝c1(t)*h(t)和cQ(t)＝cQ(t)*h(t)是脉冲整形滤波器的连续时间冲激响应；cI和cQ分别是同相和正交PN序列；ωc＝2πfc，fc是载波频率；
以及Δ是根据的绝对时钟偏差。总时钟偏差Δ定义为
Δ(t)＝64·(PNoffsetTc)+δts(t)，
其中PNoffset是BTS的PN偏移，是码片间隔，且δts是BTS时钟偏差。由于码片间隔已知且PN偏移可由接收器解码，因此仅需要估计δts。cdma2000标准表示BTS时钟将与GPS在10μs内(其转化成大致3km的范围(平均单元大小))同步。这种限制足以减小或消除从不同BTS发射的短码之间的干扰，且使得能够维持CDMA系统的执行软切换(soft hand-offs)的能力。出于通信目的，可因此忽略BTS的时钟偏差。然而，在导航应用中忽略δts可明显降低定位精度，因此本解决方案规定接收器知道BTS时钟偏差。
在一实施例中，发射信号已通过加性高斯白噪声(additive white Gaussiannoise)信道传播。在射频(radio frequency；RF)前端处理后所接收到的离散时间信号r[k]的模型包含降混(带通取样的正交方法)和量化。量化可表达为
其中ts(tk)，δtTOF+Δ(tk-δtTOF)是BTS的PN码相位，tk＝kTs是以接收器时间表示的样本时间，Ts是采样周期，δtTOF是从BTS到接收器的飞行时间(time-of-flight；TOF)，θ(tk)是所接收到的信号的拍频载波相位，且n[k]＝nI[k]+jnQ[k]，其中nI[k]和nQ[k]是具有零均值和方差σn 2的独立同分布的(independent，identically-distributed；i.i.d.)高斯随机序列。
图13是根据至少一个实施例的载波消除和相关阶段1300的图形的框图。假设RF前端射出基带信号的样本，定义于(1)中，蜂窝CDMA接收器首先消除残差载波相位和匹配滤波器合成信号。匹配滤波器的输出可表示为
x[k]＝hr[k]·e-jθ^(tk)i*h[-k]， (2)
其中θ^是拍频载波相位估计值且h[k]是脉冲整形滤波器，其是用于对发射信号的频谱进行整形的离散时间版本，具有规定有限冲激响应。接下来，x[k]与扩展PN序列的本地复本相关。所得相关性用作码相位的质量的量度和拍频载波相位估计值。在本发明数字接收器中，相关性操作可表达为
其中Si是第i次亚累积，Ns是每次亚累积的样本数目，且是经过第i次亚累积的代码开始时间估计值。可假设码相位经过短暂亚累积间隔Tsub为大致持续的；因此，值得提到的是可使得Tsub为任意大，理论上，这是由于在导频信道上无发射数据。实际上，Tsub主要受BTS和接收器振荡器的稳定性限制。在一实施例中，将Tsub设置成一个PN码周期。将载波相位估计值模型化为 其中是经过第i次亚累积的视在多普勒频率(apparent Doppler frequency)估计值，且θ0是所接收到的信号的初始拍频载波相位。如在GPS接收器中，θ0的值可在获取阶段中设置成零且随后在跟踪阶段中加以维持。可假设视在多普勒频率在短暂Tsub内持续。将(1)到(2)中定义的r[k]和x[k]替换到(3)中，其可展示
其中Rc是PN序列CI和cQ的自相关函数，Δti，是码相位误差，Δθ(tk)，θ(tk)-θ^(tk)是载波相位误差，且ni，nIi+jnQi，其中nIi和nQi是具有零均值和方差Nsσn 2的独立同分布的高斯随机序列。Si在(4)中的表达式假定本地产生的CI和cQ具有相同码相位。为了确保这个，两个序列可选择以15个连续零后出现的第一二进制一开始；否则，|Si|将减半。
图14包含根据至少一个实施例的同步码相关峰值1400的曲线图。蜂窝CDMA接收器由三个主要阶段组成：信号获取、跟踪以及解码。同步码相关峰值1400由蜂窝CDMA导航接收器中的相关性处理产生。同步码相关峰值1400包含(a)用于非同步CI和cQ代码的|Si|2和(b)用于同步CI和cQ代码的|Si|2。这些码相位可移位34个码片。如图14所展示，同步代码的相关峰值可近似非同步情况下的峰值的四倍。
图15包含根据至少一个实施例的CDMA信号获取前面板1500。前面板1500对应于展示用于特定BTS的|Si|2以及PN偏移以及载波噪音比率C/N0的LabVIEW蜂窝CDMA SDR的获取阶段的前面板。在一实施例中，SDR体系结构确定BTS在接收器邻近且获得其对应代码起始时间和多普勒频率的粗略估计值。对于特定PN偏移，进行在代码开始时间和多普勒频率内的搜索以检测信号的存在。为了确定搜索经历的多普勒频率的范围，本发明SDR补偿接收器与BTS之间的相对运动和接收器振荡器的稳定性。举例来说，对于822.75MHz的蜂窝CDMA载波频率，将在具有150km/h的接收器-BTS视向速度的移动接收器处观测到122Hz多普勒移位。此外，对于配备有不佳温度补偿晶体振荡器(temperature-compensated crystaloscillator；TCXO)固定接收器，以实验方式观测到多达250Hz的多普勒移位。因此，在882.75MHz载波频率下选择多普勒频率搜索窗为500与500Hz之间。可选择频率间隔ΔfD为1/Tsub一部分，这意味着如果假设Tsub是一个PN码周期，则ΔfD＜＜37.5Hz。在实施例中，将ΔfD选择为8与12Hz之间。可将代码开始时间搜索窗口选择为具有一个样本的延迟间隔的一个PN代码间隔。
类似于GPS信号采集，搜索可以串行或并行实现，这又可以在代码相位或多普勒频率上执行。所提出的接收器通过利用快速傅里叶变换(FFT)的优化效率来执行并行代码相位搜索。如果存在信号，则图|Si|2的分布图将在相应的代码开始时间和多普勒频率估计值处显示高峰值。可执行假设测试以确定峰值是否与期望的信号或噪声相对应。由于只有一个PN序列，因此需要执行一次搜索。随后，所得表面在时间轴上被细分为64个码片的间隔，每一分区与特定PN偏移相对应。用于导频、同步和寻呼信道的PN序列可以离线产生并存储在二进制文件中以提高处理速度。
图16是根据至少一个实施例的自相关函数1600的图。具体地说，图16示出了由IS-95标准规定的蜂窝CDMAPN代码的自相关函数和GPS中的C/A代码的自相关函数。从图9中可看出，对于tem1≤0.5个码片，IS-95标准中的Rc(τ)具有近似恒定的值，这对于精确跟踪是非所要的。在一实施例中，选择1至1.2个码片的tem1。
在获得代码开始时间和多普勒频率的初始粗略估计之后，接收器通过跟踪循环来细化并维持这些估计。在当前的SDR架构中，锁相环(PLL)可用以跟踪载波相位，且载波辅助延迟锁定环(DLL)用于跟踪代码相位。
在一实施例中，PLL由相位鉴别器，环路滤波器和数控振荡器(NCO)组成。由于接收器正在跟踪无数据导频信道，因此可以在不引入相位模糊的风险的情况下，使用在±π的整个输入误差范围内保持线性的atan2鉴别器。相反，除非已知导航消息的所发送数据比特值，否则GPS接收器不使用此鉴别器。此外，由于GPS卫星车辆(SV)的高动态性，因此GPS接收器需要二阶或更高阶PLL，而低阶PLL可用于蜂窝CDMA导航接收器中。本SDR接收器使用具有由以下所给的环路滤波器传递函数的二阶PLL轻松跟踪载波相位
其中是阻尼比且ωn是无阻尼固有频率，这可以由Bn，PLL与PLL噪声等效带宽Bn，相关。环路滤波器vPLL的输出是载波相位误差的变化率，以rad/s表示。多普勒频率通过vPLL除以2π来推导。(5)中的环路滤波器传递函数被离散化并在状态空间中实现。噪声等效带宽选择在4与8Hz之间的范围。
载波辅助DLL采用非相干点积鉴别器。为了计算代码相位误差，点积鉴别器使用分别由早期与晚期相关的Spi、Sei和Sli表示的提示。通过将接收到的信号分别与提示PN序列的早期和延迟版本相关联来计算早期与晚期相关性。Sei和Sli之间的时移由早-后-晚时间teml定义，以码片表示。由于发送的蜂窝CDMA脉冲的自相关函数不像GPS的情况那样是三角形，因此为了在Spi、Sei和Sli之间具有显着差异，更优选更宽的teml。
图17是根据至少一个实施例的导航蜂窝CDMA接收机1700中的跟踪回路的曲线图。在DLL回路滤波器是一个简单的增益K，与噪声等效带宽DLL回路滤波器vDLL的输出是代码阶段的变化率，以s/s表示。假设低侧混合后，将码开始时间根据 更新。
图18包括根据至少一个实施例的蜂窝CDMA信号跟踪1800的图。特别地，图18描绘了(a)码相位误差(码片)，(b)载波相位误差(度)，(c)多普勒频率估计(Hz)，(d)提示，早期和晚期相关，(e)测量伪距(m)和(f)相关函数。在GPS接收器中，基于导航消息子帧开始的时间来计算伪距，以便消除由于GPS SV之间的相对距离引起的模糊。这需要解码导航消息以便检测子帧的开始。这些模糊性在蜂窝CDMA系统中不存在。这是因为一个PN偏移转换为BTS之间大于15km的距离，这超出了典型小区的大小。因此，可以通过将代码开始时间乘以光速来推导出伪距。
图19包括根据至少一个实施例的同步和寻呼信道定时1900的图。解调同步和寻呼信道信号的方式与导频信号类似，但有两个主要区别：(1)本地生成的PN序列还通过相应的沃尔什码扩展，(2)子累积周期受数据符号间隔的限制。与其中数据比特超过二十个C/A码的GPS信号相反，同步数据符号仅包括256个PN码片，而寻呼信道数据码元包括128个码片。在载波擦除之后，以与图9和图11所示的步骤相反的顺序分别地处理同步和寻呼信号。
如图19所示，同步消息的开始与PN码的开始一致，并且相应的寻呼信道消息在320ms减去PN偏移(以秒表示)之后开始。从同步消息解码的长码状态在相应的寻呼信道消息的开始处是有效的。可以通过屏蔽42个寄存器的输出并计算结果位的模2和来生成长码。与蜂窝CDMA中的短码生成器和GPS中的C/A码生成器相比，42个长码生成器寄存器被配置为满足由下式给出的线性递归：
p(x)＝x42+x35+x33+x31+x27+x25+x22+x21+x19+x18+x17+x16+x10+x7+x6+x5+x3+x2+x+1.
图20包括根据至少一个实施例的长码掩码结构2000。通过组合PN偏移和寻呼信道号p来获得长码掩码，如图20所示。随后，首先解码同步消息，然后使用PN偏移，寻呼信道号和长码状态对寻呼消息进行解扰和解码。在一个实施例中，首先以1/64的速率抽取长码以匹配寻呼信道符号速率。
图21描绘根据至少一个实施例的同步信道位2100。确切地说，图21的左侧部分包含解调同步信道信号，且图21的右侧部分包含从同步和寻呼信道解码的BTS和系统信息。应注意，不广播威瑞森BTS位置信息(经纬度)。如应注意，BTS ID中的最后一个数字对应于BTS单元之区段号。
图22描绘根据至少一个实施例的LabVIEW阶段2200。在LabVIEW中开发蜂窝CDMA导航SDR之获得、跟踪和信号解码阶段。图22展示(a)获得、(b)跟踪和(c)信号解码。每个阶段表示为单独的虚拟仪器(VI)，其的输入和输出如图22中所说明。
图23描绘根据至少一个实施例的SOP环境2300。确切地说，环境2300包含映射接收器和导航接收器。通过经由蜂窝CDMA导航SDR对4个或更多个BTS进行伪距观测，本SDR体系结构可估计SDR的位置和时钟偏差其限制条件为BTS位置和其时钟偏差为已知的。本SDR体系结构考虑了包括多个接收器的环境的可观测性，所述多个接收器对地面SOP进行伪距观测，以及考虑了未知蜂窝CDMA SOP状态的估计。
在一实施例中，SDR体系结构构架包含两个接收器：映射接收器和导航接收器，各自配备有所提出的蜂窝CDMA SDR。假设映射接收器具有其自身状态向量的知识(例如，通过获取GPS信号)且估计未知SOP BTS的状态。这些估计与导航接收器共享，所述导航接收器不具有其自身状态知识。
接收器的状态被定义为xr，其中rr＝[xr，yr，zr]T为接收器的位置向量，δtr为接收器的时钟偏差，且c为光速。类似地，ith BTS的状态被定义为
xsi，其中rsi＝[xsi，ysi，zsi]T为ith BTS的位置向量且δtsi为时钟偏差。因此对ith BTS(ρi)的伪距测量可表述为ρi＝hi(xr，xsi)+vi，其中hi(xr，xsi)、krr-rsik2+c·[δtr-δtsi]和vi为观测噪声，其模型化为零均值高斯随机变量，具有方差σi 2。假设接收器正在绘制具有已知状态的N≥4BTS的伪距，接收器状态可通过求解经加权非线性最小平方(WNLS)问题来估计。
SOP环境2300包含具有其自身状态向量的知识的映射接收器(例如，通过获取GPS信号)。映射接收器的目标是估计BTS的位置和时钟偏差状态且通过中心数据库将这些估计与导航接收器共享。如果映射接收器已估计SOP BTS的状态充分长的时段，位置状态估计不确定性将为可忽视的。此外，位置状态估计为实体上可验证的(例如，通过勘察或卫星图像)，在所述点处假设这些估计匹配真实状态且随后存储在数据库中。不同于位置状态估计，时钟偏差状态估计为更难以验证的且为时变的。因此，在续集中，假设映射接收器仅估计BTS的时钟偏差状态。
使用M映射接收器和N SOP BTS，jth接收器的状态向量可由xrj表示，jth接收器对ith BTS的伪距测量由表示，且对应的测量噪声由vi (j)表示。假设vi (j)与所有i和j无关，所述i和j具有对应的方差
(j)2σi。通过ith BTS上的所有接收器进行的测量集合可定义为
其中
和
时钟偏差δtsi通过求解经加权最小平方(WLS)问题来估计，得到估计
和其相关联误差方差其中W＝diag为加权矩阵。ith BTS的真实时钟偏差现在可表述为其中wi为零均值高斯随机变量，具有方差
因为导航接收器正在使用BTS时钟偏差的估计(其通过映射接收器产生)，导航接收器在ith BTS上进行的伪距测量变为
其中且ηi(vi-wi)模型化伪距测量中的整体不确定性。因此，向量η([η1，...，ηN]T)为零均值高斯随机向量，其具有协方差矩阵∑＝C+R，其中为w([w1，...，wN])的协方差矩阵，且为测量噪声向量v＝[v1，...，vN]T的协方差。相对于xr的观测函数 的集合的雅可比矩阵H由H＝[G 1N]给出，其中
导航接收器的状态现在可通过求解WNLS问题来估计，其中每次迭代的状态向量估计的增量变化通过δxr＝T给定，其中δrr和δ(cδtr)分别为位置和时钟偏差状态中的增量变化，且 其中ρ([ρ1，ρ2，...，ρN])和H和h在状态估计和BTS状态估计的当前迭代处进行估计。
图24描绘根据至少一个实施例的多个单元解决方案2400。多个单元解决方案2400描绘(a)放置在单元的两个区段的边界处的接收器，在两个区段天线上上同时进行伪距观测。接收器具有其自身状态(来自GPS信号)的知识且具有BTS位置状态的知识。多个单元解决方案2400亦描绘(b)两个区段的所观测BTS时钟偏差(在针对PN偏移进行校正之后)。
典型的CDMA BTS发射到特定单元内的三个不同区段。理想地，所有区段的时钟应通过相同振荡器驱动，所述振荡器暗示相同时钟偏差(在针对PN偏移进行校正之后)应在相同单元的所有区段中观测。然而，例如领域天线阶段中心之间的未知距离，由RF连接件及其它组件(例如，电缆线、过滤器、放大器等)引起的延迟等因素导致对应于不同BTS区段的时钟偏差略微不同。这种行为始终实验上观测且描绘于图24中。
ith BTS的分别地区段p和q的时钟偏差和是相关的
其中为随机变量，其模型化区段时钟偏差之间的差异。如果映射和导航接收器收听相同BTS单元的两个不同区段，那么差异∈ip，q可为尤其有害的。这可通过限定由于区段时钟差异导致的引入导航解决方案中的误差来减轻，如下文所描述。
通过导航接收器在ith BTS的区段q中测量的伪距通过下式得出：
如果导航接收器使用其通过映射接收器在区段p中产生，作为的估计，那么伪距模型变为
将此表达式一般化到N SOP BTS单元的案例，其中收听与导航接收器不同的不同区段的每个映射接收器产生ρ′＝ρ+∈，其中
和∈，∈对增量变化δxr的影响为
一般来说，差异向量∈可表达为
∈＝b1N+ψ， (6)
其中b，
和 项b被称作常见误差且向量ψ作为不常见误差。其遵循这一定义，通过在WNLS步骤中替换表达式∈，接收器状态估计中的增量变化可表达为 其中为常见误差的影响且 为不常见误差的影响。
在一实施例中，常见误差项仅影响接收器时钟偏差估计。此可由以下展示
He4＝[G 1N]e4＝1N， (7)
其中e4＝[0，0，0，1]T。接着，使用(7)，由于常见项的增量变化变为
δx(rb)＝b HT∑-1H)-1HT∑-11N＝b HT∑-1H)-1HT∑-1He4＝be4，
(8)
其具有仅在时钟偏差状态中的非零组分。因此，如果个别误差 恰好都相等，接收器位置估计将受到影响。
不同于常见误差，不常见误差将影响所有接收器状态。接着，推导出对通过不常见误差在接收器位置估计中引入的误差的约束。接收器位置状态中的增量变化可表达为其中
T＝[I3×303×1]。通过用来自(8)的其表达式替换位置变化变为
δrr＝bTe4+Tδx(rψ)＝Tδx(rψ)。 (9)
取(9)两边的2范数得到
因为kTk＝1。通过其表达在WNLS更新替换δX(Rψ)，(10)变为
其中因此，为了确定上限的(11)，项k∈-b1Nk，或等效地它的平方，必须最大化，从而导致
受到在不同BTS单元区段和各种单元中收集的实验数据的推动，可以合理地假设
其中α是一些正常数。因此，(12)中的最大化问题变得受(13)的约束。(12)中的函数是凸的，因为它是具有线性映射的范数的组合，并且(13)中的框约束形成凸集。因此，受约束(13)约束的(12)的最大值位于可行性区域的极值点，即
如果N是偶数，则每当时达到最大值；因此，最大化是如果N是奇数，则每当时达到最大值；因此，最大化是对于i＝1，...，N-1和因此，接收器位置引入的最大误差受限于
图25描绘了根据至少一个实施例的实验配置2500。使用上面讨论的建议的映射器和导航器框架的导航用本发明的蜂窝CDMA SDR架构进行了实验测试。如图25所示，实验配置2500包含(1)车载接收器，(2)GPS和蜂窝CDMA天线，(3)USRP，(4)存储设备，(5)基于LabVIEW的蜂窝CDMA SDR，(6)广义无线电导航融合设备(GRID)GPS SDR，以及(7)基于MATLAB的估算器。映射接收器和导航接收器配备有两个天线，每个天线用于获取和跟踪：1)GPS信号和2)来自附近蜂窝CDMA BTS的信号。用于该实验的接收机CDMA天线是消费级800/1900MHz蜂窝天线，且GPS天线是测量级徕卡天线。GPS和蜂窝信号同时通过由相同的GPS训练振荡器驱动的两个通用软件无线电外围设备(USRP)进行下混和同步采样。接收器被调谐到882.75MHz载波频率，这是为Verizon Wireless分配的信道。存储接收信号的样本以进行离线后处理。GPS信号由GRID SDR处理，蜂窝CDMA信号由提出的基于LabVIEW的SDR处理。
在一实施例中，实验配置2500使用两个接收器来接收来自3个BTS的数据，其中3个BTS的位置状态先前被映射。映射接收器和导航接收器正在监听相同的区段；因此，由于区段时钟之间的差异，没有其它误差。映射接收器在实验期间是静止的，并且正在估计3种已知BTS的时钟偏差。映射和导航接收器的测量噪声方差根据以下计算
其中(C/N0)i是第ith BTS的测量载波噪声比，且是预检测相干积分时间。相应地计算WNLS的加权矩阵。
图26描绘了根据至少一个实施例的结果导航地图2600。特别地，导航地图包含导航接收器轨迹和映射接收器以及BTS位置。由于仅使用了3个BTS，因此将测量和轨迹投影到二维(2-D)空间。随后，仅估计导航接收器的水平位置和时钟偏差。结果导航地图2600示出了环境布局以及真实和估计的接收器轨迹。
如图26所示，从蜂窝CDMA信号获得的导航解决方案紧跟使用GPS信号获得的导航解决方案。沿GPS和CDMA导航解决方案之间的横穿轨迹的平均距离差计算为5.51m，标准偏差为4.01m，最大误差为11.11m。GPS和CDMA导航解决方案之间的平均接收机时钟估计差异被计算为-45ns，标准偏差为23.03ns。
图27是根据实施例的计算设备2700的框图。在一个实施例中，在分布式网络中使用多个这样的计算机系统以在基于事务的环境中实现多个组件。面向对象，面向服务或其它体系结构可用于实现这些功能并在多个系统和组件之间进行通信。在一些实施例中，图27的计算设备是可以通过网络调用本文描述的方法的客户端设备的实例。在其它实施例中，计算设备是可以包含在运动交互式视频投影系统中或连接到运动交互式视频投影系统的计算设备的实例，如本文其它地方所述。在一些实施例中，图27的计算设备是个人计算机，智能电话，平板电脑或各种服务器中的一个或多个的实例。
计算机2710的一个实例计算设备可包含处理单元2702、存储器2704、可移动存储2712和不可移动存储2714。虽然实例计算设备被示出并描述为计算机2710，但是计算设备在不同实施例中可以是不同形式。举例来说，计算设备可以替代地是智能电话、平板电脑或其它计算设备，包含与关于图27所示出和描述的相同或相似的元件此外，尽管各种数据存储元件被示为计算机2710的一部分，但是存储可以包括可通过例如因特网的网络访问的基于云的存储。
返回到计算机2710，存储器2704可以包含易失性存储器2706和非易失性存储器2708。计算机2710可以包含或可以访问包含各种计算机可读介质的计算环境，例如易失性存储器2706和非易失性存储器2708，可移动存储器2712和不可移动存储器2714。计算机存储包含随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存或其它存储器技术、光盘只读存储器(CD ROM)、数字通用盘(DVD)或其它光盘存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其它磁存储设备，或能够存储计算机可读指令的任何其它介质。计算机2710可以包含或可以访问包含输入2716、输出2718和通信连接2720的计算环境。输入2716可以包含触摸屏、触摸板、鼠标、键盘、相机和其它输入设备中的一个或多个。输入2716可以包含导航传感器输入，例如GNSS接收器、SOP接收器、惯性传感器(例如，加速计、陀螺仪)、局部测距传感器(例如，LIDAR)、光学传感器(例如，相机)，或其它传感器。计算机可以使用通信连接2720在联网环境中操作以连接到一个或多个远程计算机，例如数据库服务器、web服务器和其它计算设备。实例远程计算机可以包含个人计算机(PC)、服务器、路由器、网络PC、对等设备或其它公共网络节点等。通信连接2720可以是网络接口设备，例如以太网卡和可以连接到网络的无线卡或电路中的一个或两个。网络可以包含局域网(LAN)、广域网(WAN)、因特网和其它网络中的一个或多个。
存储在计算机可读介质上的计算机可读指令可由计算机2710的处理单元2702执行。硬盘驱动器(磁盘或固态)、CD-ROM和RAM是包含非暂时性计算机可读介质的物品的一些实例。举例来说，各种计算机程序2725或应用程序，例如实现本文所示和所描述的一种或多种方法的一个或多个应用程序和模块，或者在移动设备上执行或可通过网络浏览器访问的应用程序或应用程序可存储在非暂时性计算机可读介质上。
为了更好地说明本文中所公开的方法和设备，此处提供实施例的非限制性列表。
实例1是一种导航系统，其包括：全球导航卫星解决方案(GNSS)接收器，其用以从多个GNSS卫星接收多个GNSS信号；机会信号(SOP)接收器，其用以从至少一个SOP收发器台接收SOP信号；以及处理器，其用以：基于所接收到的多个GNSS信号来确定多个GNSS伪距测量值；基于所接收到的SOP信号来确定SOP伪距离测量值；以及基于SOP伪距离测量值和多个GNSS伪距测量值来确定估计接收器位置。
在实例2中，实例1的主题任选地包含其中确定SOP伪距离测量值进一步基于SOP基站收发器台时钟误差估计。
在实例3中，实例2的主题任选地包含其中接收SOP信号包含从至少一个SOP收发器台接收时钟误差估计。
在实例4中，实例2到实例3中的任何一个或多个的主题任选地包含固定映射接收器，其中接收SOP信号包含在SOP接收器处从固定映射接收器接收时钟误差估计。
在实例5中，实例2到实例4中的任何一个或多个的主题任选地包含其中处理器另外配置成基于对所接收到的SOP信号应用同时定位与映射算法来产生时钟误差估计。
在实例6中，实例1到实例5中的任何一个或多个的主题任选地包含其中SOP接收器包含硬件无线电。
在实例7中，实例1到实例6中的任何一个或多个的主题任选地包含其中SOP接收器包含软件无线电(SDR)。
实例8是一种导航方法，其包含：在全球导航卫星解决方案(GNSS)接收器处从多个GNSS卫星接收多个GNSS信号；在机会信号(SOP)接收器处从至少一个SOP收发器台接收SOP信号；基于所接收到的多个GNSS信号来确定多个GNSS伪距测量值；基于所接收到的SOP信号来确定SOP伪距离测量值；以及基于SOP伪距离测量值和多个GNSS伪距测量值来确定估计接收器位置。
在实例9中，实例8的主题任选地包含其中确定SOP伪距离测量值进一步基于SOP基站收发器台时钟误差估计。
在实例10中，实例9的主题任选地包含其中接收SOP信号包含从至少一个SOP收发器台接收时钟误差估计。
在实例11中，实例9到实例10中的任何一个或多个的主题任选地包含其中接收SOP信号包含在SOP接收器处从固定映射接收器接收时钟误差估计。
在实例12中，实例9到实例11中的任何一个或多个的主题任选地包含基于对所接收到的SOP信号应用同时定位与映射算法来产生时钟误差估计。
在实例13中，实例8到实例12中的任何一个或多个的主题任选地包含其中接收SOP信号包含以硬件无线电来接收SOP信号。
在实例14中，实例8到实例13中的任何一个或多个的主题任选地包含其中接收SOP信号包含以软件无线电(SDR)来接收SOP信号。
实例15是至少一种机器可读媒体，其包含指令，所述指令在由计算系统执行时，使得计算系统执行实例8到实例14的方法中的任一种。
实例16是一种设备，其包括用于执行实例8到实例14的方法中的任一种的构件。
实例17是至少一种机器可读存储媒体，其包括多个指令，所述多个指令响应于由计算机控制装置的处理器电路执行，而使得计算机控制装置进行以下操作：在全球导航卫星解决方案(GNSS)接收器处从多个GNSS卫星接收多个GNSS信号；在机会信号(SOP)接收器处从至少一个SOP收发器台接收SOP信号；基于所接收到的多个GNSS信号来确定多个GNSS伪距测量值；基于所接收到的SOP信号来确定SOP伪距离测量值；以及基于SOP伪距离测量值和多个GNSS伪距测量值来确定估计接收器位置。
在实例18中，实例17的主题任选地包含指令，所述指令进一步使得计算机控制装置基于SOP基站收发器台时钟误差估计来确定SOP伪距离测量值。
在实例19中，实例18的主题任选地包含指令，所述指令进一步使得计算机控制装置从至少一个SOP收发器台接收时钟误差估计。
在实例20中，实例18到实例19中的任何一个或多个的主题任选地包含指令，所述指令进一步使得计算机控制装置在SOP接收器处从固定映射接收器接收时钟误差估计。
在实例21中，实例18到实例20中的任何一个或多个的主题任选地包含指令，所述指令进一步使得计算机控制装置基于对所接收到的SOP信号应用同时定位与映射算法来产生时钟误差估计。
在实例22中，实例17到实例21中的任何一个或多个的主题任选地包含指令，所述指令进一步使得计算机控制装置以硬件无线电来接收SOP信号。
在实例23中，实例17到实例22中的任何一个或多个的主题任选地包含指令，所述指令进一步使得计算机控制装置以软件无线电(SDR)来接收SOP信号。
实例24是一种互连没备，其包含：用于将导电层安置在第一介电层上的构件，所述导电层包含导电互连件；用于将金属保护层安置在导电互连件的第一部分上的构件，其中所述金属保护层不安置在导电互连件的第二部分上；用于将第二介电层安置在金属保护层上和导电互连件的第二部分上的构件；用于去除第二介电层的部分以暴露出金属保护层的构件；以及用于去除金属保护层以暴露出导电互连件的第一部分的构件。
在实例25中，实例24的主题任选地包含其中用于确定SOP伪距离测量值的构件进一步基于SOP基站收发器台时钟误差估计。
在实例26中，实例25的主题任选地包含其中用于接收SOP信号的构件包含用于从至少一个SOP收发器台接收时钟误差估计的构件。
在实例27中，实例25到实例26中的任何一个或多个的主题任选地包含其中用于接收SOP信号的构件包含用于在SOP接收器处从固定映射接收器接收时钟误差估计的构件。
在实例28中，实例25到实例27中的任何一个或多个的主题任选地包含用于基于对所接收到的SOP信号应用同时定位与映射算法来产生时钟误差估计的构件。
在实例29中，实例24到28中的任何一个或多个的主题任选地包含其中用于接收SOP信号的构件包含用于以硬件无线电来接收SOP信号的构件。
在实例30中，实例24到实例29中的任何一个或多个的主题任选地包含其中用于接收SOP信号的构件包含用于以软件无线电(SDR)来接收SOP信号的构件)。
这些非限制性实例中的每一个可以独立存在，或可以各种排列或组合形式与其它实例中的一个或多个相组合。
本文中已使用计算机视觉领域中的常规术语。所述术语在本领域中已知且出于方便的目的，仅提供为非限制性实例。因此，除非另外说明，否则技术方案中的相应术语的解释不限于任何特定定义。因此，技术方案中所使用的术语应给予其最广泛的合理解释。
尽管本文中已说明且描述具体实施例，但本领域普通技术人员将了解，计算出实现相同目的的任何布置可以取代所示出的具体实施例。本领域普通技术人员将对许多修改显而易见。因此，本申请案意图覆盖任何修改或变型。
以上详细描述包含对随附图式的参考，所述随附图式形成详细描述的部分。图式借助于说明来示出可以实践的具体实施例。这些实施例在本文中也称作“实例”。这类实例可包含除了所示出或描述的那些元件之外的元件。然而，本发明人还考虑其中仅提供所示出或描述的那些元件的实例。此外，本发明人还预期使用相对于特定实例(或其一个或多个方面)或相对于本文中所示出或描述的其它实例(或其一个或多个方面)而示出或描述的那些元件的任何组合或排列的实例(或其一个或一个以上方面)。
在此文献中参考的所有公开案、专利和专利文献以全文引用的方式并入本文中，就如同以引用的方式分别地并入一般。在此文献与以引用方式并入的那些文献之间发生用法不一致的情况下，所并入的参考文献中的用法应被视为补充此文件的用法；对于不可调和的不一致，此文献中的用法起主导作用。
在本文献中，术语如专利文献中所常见而使用术语“一(a/an)”以包含一个或多于一个，其独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其它情况或用法。在本文献中，术语“或”用以指代非排它性，或使得除非另有指示，否则“A或B”包含“A而非B”、“B而非A”以及“A和B”。在本文献中，术语“包含”和“其中(in which)”用作对应术语“包括”和“其中(wherein)”的通俗等效用语。此外，在以下技术方案中，术语“包含”和“包括”为开放式的，也就是说，包含除权利要求书中在这种术语之后所列出的那些元件之外的元件的系统、装置、物品或过程仍被视为在技术方案的范围内。此外，在以下技术方案中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，且并不在于对其对象施加数字要求。
本文中所描述的方法实例可至少部分地由机器或计算机实施。一些实例可包含编码有指令的计算机可读媒体或机器可读媒体，所述指令可操作为配置电子装置以执行如在以上实例中所描述的方法。这类方法的实施方案可包含代码，如微码、汇编语言代码、高级语言代码或类似物。这类代码可包含用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可形成计算机程序产品的部分。此外，在一实例中，代码可如在执行期间或在其它时间有形地存储在一个或多种易失性、非暂时性或非易失性有形计算机可读媒体上。这些有形计算机可读媒体的实例可包含但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如光盘和数字视频磁盘)、盒式磁带、存储卡或存储棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和类似物。
以上描述意图为说明性而非限制性的。举例来说，上述实例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。如一般技术人员在查阅以上描述后可以使用其它实施例。提供发明摘要以遵循37C.F.R.§1.72(b)，以使得读者快速地确认技术公开的本质，且所述摘要由以下理解来提供：其将不用以解释或限制技术方案的范围或含义。另外，在以上详细描述中，可将各种特征分组在一起以简化本公开。不应将此情况解释为意图未要求的公开特征对任何技术方案来说是必需的。实情为，本发明主题可在于比特定所公开实施例的所有特征更少。因此，特此将以下技术方案并入到详细描述中，其中每一技术方案作为一单独实施例而独立存在，且预期这类实施例可以各种组合或排列形式彼此组合。实施例的范围应通过参考所附权利要求书以及这类权利要求所授予的等效物的所有范围来确定。

Claims (20)

1.一种导航系统，其包括：
全球导航卫星解决方案(GNSS)接收器，其从多个GNSS卫星接收多个GNSS信号；
机会信号(SOP)接收器，其从至少一个SOP收发器台接收SOP信号；以及
处理器，其进行以下操作：
基于所接收到的多个GNSS信号来确定多个GNSS伪距测量值；
基于所接收到的SOP信号来确定SOP伪距测量值；以及
基于所述SOP伪距测量值和所述多个GNSS伪距测量值来确定估计接收器位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中确定所述SOP伪距测量值进一步基于SOP基站收发器台时钟误差估计。
3.根据权利要求2所述的系统，其中接收所述SOP信号包含从所述至少一个SOP收发器台接收所述时钟误差估计。
4.根据权利要求2所述的系统，其进一步包含固定映射接收器，其中接收所述SOP信号包含在SOP接收器处从所述固定映射接收器接收所述时钟误差估计。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述处理器进一步配置成基于对所述所接收到的SOP信号应用同时定位与映射算法来产生所述时钟误差估计。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述SOP接收器包含硬件无线电。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述SOP接收器包含软件定义无线电(SDR)。
8.一种导航方法，其包括：
在全球导航卫星解决方案(GNSS)接收器处从多个GNSS卫星接收多个GNSS信号；
在机会信号(SOP)接收器处从至少一个SOP收发器台接收SOP信号；
基于所接收到的多个GNSS信号来确定多个GNSS伪距测量值；
基于所接收到的SOP信号来确定SOP伪距测量值；以及
基于所述SOP伪距测量值和所述多个GNSS伪距测量值来确定估计接收器位置。
9.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述SOP伪距测量值进一步基于SOP基站收发器台时钟误差估计。
10.根据权利要求9所述的方法，其中接收所述SOP信号包含从所述至少一个SOP收发器台接收所述时钟误差估计。
11.根据权利要求9所述的方法，其中接收所述SOP信号包含在所述SOP接收器处从固定映射接收器接收所述时钟误差估计。
12.根据权利要求9所述的方法，其进一步包含基于对所述所接收到的SOP信号应用同时定位与映射算法来产生所述时钟误差估计。
13.根据权利要求8所述的方法，其中接收所述SOP信号包含以硬件无线电来接收所述SOP信号。
14.根据权利要求8所述的方法，其中接收所述SOP信号包含以软件定义无线电(SDR)来接收所述SOP信号。
15.至少一种机器可读存储媒体，其包括多个指令，所述多个指令响应于由计算机控制装置的处理器电路执行，而使得所述计算机控制装置进行以下操作：
在全球导航卫星解决方案(GNSS)接收器处从多个GNSS卫星接收多个GNSS信号；
在机会信号(SOP)接收器处从至少一个SOP收发器台接收SOP信号；
基于所述所接收到的多个GNSS信号来确定多个GNSS伪距测量值；
基于所述所接收到的SOP信号来确定SOP伪距测量值；以及
基于所述SOP伪距测量值和所述多个GNSS伪距测量值来确定估计接收器位置。
16.根据权利要求15所述的机器可读存储媒体，所述指令进一步使得所述计算机控制装置基于SOP基站收发器台时钟误差估计来确定所述SOP伪距测量值。
17.根据权利要求16所述的机器可读存储媒体，所述指令进一步使得所述计算机控制装置从所述至少一个SOP收发器台接收所述时钟误差估计。
18.根据权利要求16所述的机器可读存储媒体，所述指令进一步使得所述计算机控制装置在所述SOP接收器处从固定映射接收器接收所述时钟误差估计。
19.根据权利要求16所述的机器可读存储媒体，所述指令进一步使得所述计算机控制元件基于对所述所接收到的SOP信号应用同时定位与映射算法来产生所述时钟误差估计。
20.根据权利要求15所述的机器可读存储媒体，所述指令进一步使得所述计算机控制元件以硬件无线电来接收所述SOP信号。
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