CN114814898A - 对载具安装的gnss天线进行校准 - Google Patents

Abstract

本公开涉及对载具安装的GNSS天线进行校准。提供了一种对载具安装的GNSS天线进行校准的方法。该方法包括：在天线安装在载具上时测量该天线的响应。基于所测量的响应，计算表征天线的群延迟变化的数据。该数据可以用于校正从经由载具安装的天线接收到的GNSS信号得出的测距测量结果。另选地或附加地，数据可以用于估计定位点的完整性。

Description

对载具安装的GNSS天线进行校准

技术领域

本发明涉及适用于全球导航卫星系统(GNSS)接收器的天线。特别是，它涉及载具安装的GNSS天线。

背景技术

已知适用于全球导航卫星系统(GNSS)接收器的天线。GNSS接收器通过这种天线获取从GNSS卫星星座发送的卫星信号。GNSS天线通常被安装在载具上，以便提供载具定位数据。天线可以作为载具导航系统、收费标签或其他需要精确载具定位信息的基于载具的系统的一部分而被安装在载具上。

通常，低成本的GNSS天线被安装至载具以提高成本效益。GNSS天线通常可以被安装到载具顶部，例如，以便提供良好的天空视野。

发明内容

根据第一方面，提供了一种对载具安装的GNSS天线进行校准的方法，该方法包括：

当所述天线被安装在所述载具上时，针对第一角尺寸中的第一多个角度中的每一者并且针对第二角尺寸中的第二多个角度中的每一者，测量所述天线的响应；以及

基于所测量的响应，计算所述天线针对所述第一角尺寸和所述第二角尺寸的群延迟变化。

这能够更准确地表征天线的响应，从而考虑到载具对辐射方向图的影响以及因此天线在不同方向上表现出的群延迟。这还可以使得对载具安装的GNSS天线进行校准的方法能够校正或补偿群延迟变化。

天线可以直接安装至载具的机体板。这对于低成本GNSS天线可能是期望的，并且从载具设计的角度来看也可能是期望的。它可以使机体板(通常是金属的)充当天线的接地面。同时，它可以避免需要更大的天线结构，例如，包含在从载具机体突出的整流罩中。然而，发明人已经认识到，将低成本天线安装到载具的机体可以系统地以特定于特定载具和天线的特定安装位置的方式影响群延迟变化。他们进一步认识到，期望表征这些群延迟变化，以用于提高定位点(position fix)准确性和/或提高可以估计定位点完整性的准确性。

第一角尺寸和第二角尺寸可以彼此独立，或者优选地彼此正交。第一角尺寸和第二角尺寸可以分别是仰角和方位角。第一角尺寸和第二角尺寸可以分别是θ和

第一角尺寸可以表示竖直面中的角度(例如θ或仰角)。第二角尺寸可以表示水平面中的角度(例如，

或方位角)。

在测量天线的响应时，优选地，在第一多个角度的每个角度下针对第二多个角度中的每一者测量响应(反之亦然)。因此，测量的输出是二维函数。

测量可以包括至少在两个不同频率下测量响应。

测量可以包括确定在所述第一多个角度中的每一者和所述第二多个角度中的每一者下在所述天线处接收到的信号的相位。

相位可以包括信号的电场的相位。特别地，它可以包括圆极化电场的相位，例如右旋圆极化电场。

计算可以包括解缠所述信号的所述相位，以产生经解缠相位。

解缠相位可以包括沿着所述第一角尺寸解缠所述相位，然后沿着所述第二角尺寸解缠所述相位。

计算可以包括计算所述天线的相位中心偏移。

可以针对给定的空间载具的星座(例如，针对GPS星座)和针对给定的频带来计算相位中心偏移(PCO)。可以针对第一频带计算第一PCO，并且可以针对第二频带计算第二PCO。

PCO可以被计算为使相位中心在所有方向上的变化最小的相位中心。该变化可以根据最小二乘准则来最小化。

PCO可以基于经解缠相位来计算。

计算可以包括针对至少一个关注频率，计算针对所述第一角尺寸和所述第二角尺寸的相位中心变化。

相位中心变化(PCV)可以至少在两个不同的频率下计算。至少两个不同的频率可以以至少一个关注频率为中心。可以基于经解缠相位来计算相位中心变化。

计算可以包括针对至少一个关注频率，基于相位中心变化相对于频率的变化来计算群延迟变化。

群延迟变化可以基于相位中心变化相对于频率的导数或梯度来计算。特别地，可以基于在至少一个关注频率下的相位中心变化(相对于频率)的导数或梯度来计算群延迟变化。

计算可以包括基于以关注频率为中心的两个不同频率下的相位中心变化之间的差来计算群延迟变化。

两个不同的频率以关注频率(例如天线要接收的信号的载波频率)为中心。即，可以在高于关注频率的第一频率下计算第一相位中心变化；可以在低于关注频率的第二频率下计算第二相位中心变化。可以基于第一相位中心变化与第二相位中心变化之间的差来计算群延迟变化。

关注频率可以是GNSS载波频率。

测量可以在消声室中进行。载具可以被布置在消声室中的转台上。这尤其有利于测量在第二多个角度中的每一者下的响应。

校准的方法可以在天线被安装在不同的载具(例如，同一制造商制造的不同载具型号，或不同制造商制造的不同载具型号)上的情况下重复。

还提供了一种当天线被安装在载具上时表征所述天线的群延迟变化的数据，其中，所述群延迟变化是针对所述第一角尺寸和所述第二角尺寸来表征的。

该数据可以通过上面总结的方法来生成。

该数据可以存储在计算机可读存储介质上，例如非暂时性计算机可读存储介质上。

数据可以包括表征当天线被安装在第一载具上时的群延迟变化的第一数据，以及表征当天线被安装在第二载具上时的群延迟变化的第二数据。第一载具可以是第一型号的载具；第二载具可以是第二不同型号的载具。第一型号和第二型号可以是由相同或不同载具制造商生产的型号。当计算第一载具或第二载具的定位点时，可酌情使用第一数据或第二数据。当天线被安装在特定载具上时使用表征天线的数据可以提高定位的准确性和/或可以使得能够更准确地估计定位点的完整性。

另选地或附加地，该数据可以包括表征当天线被安装在载具上的第一位置时的群延迟变化的第一数据，以及表征当天线被安装在载具上的第二位置时的群延迟变化的第二数据。

还提供了估计根据经由载具安装的GNSS天线接收到的GNSS信号的测距测量结果得出的定位点的完整性的方法，各个测距测量结果与相应空间载具的GNSS信号有关，该方法包括以下步骤：

获得测距测量结果；

基于测距测量结果来计算定位点；

获得表征天线针对第一角尺寸和第二角尺寸的群延迟变化的数据；

获得载具的姿态估计；

对于各个测距测量结果，

确定始发GNSS信号的相应空间载具在第一角尺寸和第二角尺寸中的角坐标，并且

基于空间载具的姿态估计和所确定的角坐标，使用表征群延迟变化的数据来校正测距测量结果；以及

基于所校正的测距测量结果来估计定位点的完整性。

估计定位点的完整性可以包括对所校正的测距测量结果的误差分布进行建模。

还提供了一种对从经由载具安装的GNSS天线接收到的GNSS信号得出的测距测量结果进行校正的方法，各个测距测量结果与相应空间载具的信号有关，该方法包括以下步骤：

获得测距测量结果；

获得表征天线针对第一角尺寸和第二角尺寸的群延迟变化的数据；

获得载具的姿态估计；并且

对于各个测距测量结果，

确定始发GNSS信号的相应空间载具在第一角尺寸和第二角尺寸中的角坐标，并且

基于空间载具的姿态估计和所确定的角坐标，使用表征群延迟变化的数据来校正测距测量结果。

校正测距测量可以包括：基于群延迟变化在信号到达方向上的值，将校正值加入测距测量结果，或从测距测量结果减去校正值。到达方向是根据空间载具相对于该载具的姿态估计的角坐标(例如，仰角和方位角)计算得出的。

该方法还可以包括基于经校正测距测量结果来计算定位点。

该方法还可以包括基于空间载具的姿态估计和所确定的角坐标，使用表征群延迟变化的数据来估计定位点的完整性。

估计定位点的完整性可以包括对经校正测距测量结果的误差分布进行建模。

测距测量结果可以包括例如码相位伪距和/或载波相位伪距。

优选地，表征的天线群延迟变化的数据表征了当天线被安装在载具上时的群延迟。即，该数据不仅优选地特定于天线，而且特定于天线与载具的组合。该数据还可以特定于载具上天线的特定位置，其中所述天线被安装在该特定位置中。

表征天线群延迟变化的数据可以通过上面总结的方法获得。

载具可以是陆地载具，特别是公路载具，例如轿车、厢式货车、公共汽车、长途汽车或卡车。获得姿态估计可以包括至少部分地基于以下项中的一者或两者来计算姿态估计：惯性测量；以及基于GNSS测量的载具速度估计。惯性测量可以由安装在载具中的一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪和/或指南针提供。

天线可以是贴片天线。已经发现上面总结的方法对低成本天线(例如贴片天线)特别有益，因为这些天线的响应更可能受到电场与载具零件的相互作用的影响。例如，安装在载具顶部上的贴片天线可能具有对顶部形状和/或顶部上天线位置敏感的响应。因此，基于测量结果来表征(并可选地补偿)天线的响应是有利的。

还提供了一种包括计算机程序代码的计算机程序，所述计算机程序代码被配置为：当所述计算机程序由一个或更多个物理计算设备执行时使所述一个或更多个物理计算设备执行以上总结的方法的所有步骤。

该计算机程序可以存储在计算机可读介质上，可选地，存储在非暂时性计算机可读介质上。

特别是，关于对测距测量结果的完整性进行估计或对测距测量结果进行校正的方法，一个或更多个物理计算设备可以包括GNSS接收器的处理器。因此可以在GNSS接收器上执行所述估计或所述校正。

附图说明

现在将参考附图以示例方式描述本发明，其中：

图1是在消声室中转台上的载具示意图；

图2是示例性计算机系统的框图；

图3是例示出根据示例的对载具安装的GNSS天线进行校准的方法的流程图；

图4是根据示例的GNSS接收器的框图；

图5是例示出根据示例的对测距测量进行校正的方法的流程图；以及

图6是例示出根据示例的对定位点完整性进行估计的方法的流程图。

应注意，这些图是概略的并且不是按比例绘制的。为了图的清楚和方便起见，这些图的部分的相对尺寸和比例已被夸大或缩小示出。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施方式，其示例在附图中例示出。所描述的实施方式不应被解释为限于本节中给出的描述；实施方式可以有不同的形式。

发明人已经认识到，载具的特征以及GNSS天线在载具上的位置会影响天线的性能。由于载具机体板通常是金属的，并因此具有导电性，它们可以与天线的电场相互作用。例如，对于安装在载具顶部上的天线，顶部板可以充当天线的接地。因此，顶部的形状和天线在顶部上的位置可能会影响天线的辐射特性。载具顶部可以充当大的非对称接地。

特别是，可能会发生群延迟变化(GDV)，它可能会根据每个传入卫星信号的仰角和方位角(以及根据信号的频率)而变化。当天线被放置在大的非对称接地上时，群延迟变化可能会对定位准确性产生更大的影响。这样的接地可能包含像天线一样起作用的表面电流，从而引入显著的群延迟变化。

本发明人已经认识到，由天线在载具上的布置引入的变化在很大程度上是系统性的且可预测的。如果可以对它们进行表征，则可以在进行定位计算时对其进行补偿或校正。然而，为了使补偿/校正有效，所述表征应考虑天线和载具的组合属性，即，孤立地表征天线是不够的。

图1示意性地例示了在消声室中的转台30上的载具10。GNSS天线22被安装在载具10的顶部12上。GNSS天线被联接到接收器20(图1中未示出)。发送器40被联接到消声室内的天线42。经由GNSS天线22来接收经由天线42发送的信号。当GNSS天线22被安装在载具上的适当位置时，通过旋转转台30并改变天线42的高度，可以在方位角和仰角的全角度范围内表征GNSS天线22的行为。

载具参考系的轴线在图中标出。y轴指向载具前方方向；x轴指向从载具的左侧到右侧的方向；而z轴指向竖直向上。应理解，可以使用其他轴线或参考系。可选地，为方便起见，参考系的原点可以被定位在天线参考点(ARP)处。

在下面的数学公式中，角度

是指方位角角度，即，水平的x-y面中的角度。角度θ是指与竖直面中的正z轴的角度。因此，角度θ＝0是指指向竖直向上的方向。根据这个定义，角度θ与仰角角度的关系为θ＝(90°-仰角)。然而，应理解，球坐标系的选择并不是关键的。落入本公开范围内的示例可以用任何其他合适的球坐标选择来实践，包括但不限于直接使用方位角和仰角角度。

图2示意性地例示了示例性计算机系统1100，根据本公开的示例性方法可以在该示例性计算机系统1100上运行。示例性计算机系统1100包括计算机可读存储介质1102、存储器1104、处理器1106和一个或更多个接口1108，它们通过一个或更多个通信总线1110链接在一起。示例性计算机系统1100可以采用以下形式常规计算机系统，例如台式计算机、个人计算机、膝上型计算机、服务器、大型计算机等。

计算机可读存储介质1102和/或存储器1104可以存储一个或更多个计算机程序(或软件、或代码)和/或数据。存储在计算机可读存储介质1102中的计算机程序可以包括供处理器1106执行以使计算机系统1100运行的操作系统。存储在计算机可读存储介质1102和/或存储器1104中的计算机程序可以包括根据本公开的示例的计算机程序或当由处理器1106执行时使处理器1106执行根据示例的方法的计算机程序。

处理器1106可以是适合于执行一个或更多个计算机可读程序指令(例如属于存储在计算机可读存储介质1102和/或存储器1104中的计算机程序的那些计算机可读程序指令)的任何数据处理单元。作为执行一个或更多个计算机可读程序指令的一部分，处理器1106可以将数据存储到计算机可读存储介质1102和/或存储器1104和/或从计算机可读存储介质1102和/或存储器1104读取数据。处理器1106可以包括单个数据处理单元或并行或相互协作运行的多个数据处理单元。作为执行一个或更多个计算机可读程序指令的一部分，处理器1106可以将数据存储到计算机可读存储介质1102和/或存储器1104和/或从计算机可读存储介质1102和/或存储器1104读取数据。

一个或更多个接口1108包括到接收器20的接口，接收器20被配置为经由天线22接收信号。根据示例，接收器20接收天线42发送的信号，并且处理器1106处理接收到的信号，以校准天线22。

图3是根据示例由处理器1106执行的方法的流程图。在以关注频率f为中心的(至少)两个不同频率

和

下测量天线22的响应。关注频率是GNSS载波频率。

在步骤50a中，处理器1106和接收器20协作以确定在天线22处接收到的信号的相位。在步骤50a中，在第一频率

下确定信号的相位。在步骤50b中，在第二频率

下确定信号的相位。在步骤50c中，在关注频率f下确定信号的相位。由于与信号的带宽相比Δf较小，因此在GNSS载波频率下经由天线42进行发送的发送器40将在两个频率下在GNSS天线22中产生相位响应。实际上，处理器1106和接收器20可以确定在多于这两个频率下接收到的信号的相位，特别是在期望计算针对若干不同GNSS载波频率的群延迟变化(GDV)时。以下描述将集中于测量单载波频率的GDV的情况。相同的方法可以扩展到附加的载波频率。

在各个步骤50a、50b和50c中，在每一个角度

和每一个角度θ下测量相位，以根据到达方向建立相位的完整二维表征。如上所述，这是通过转台30的增量旋转和天线42高度的增量变化来完成的。

在步骤52a中，处理器1106解缠(unwrap)在步骤50a中确定的相位。在步骤50a中确定的相位通常将在360°范围(例如-180°至+180°的范围)内。然而，相位是循环的。当相位越过范围的边界中的一者时，它将会出现从(例如)+180°到-180°的突变或跃变。相位解缠消除了相位中的这些不连续性。因此经解缠相位不再包含在360°范围内。

在步骤52b中，处理器1106以相同的方式解缠在步骤50b中确定的相位。类似地，在步骤52c中，处理器1106解缠在步骤50c中确定的相位。

在步骤54中，处理器1106基于在步骤52c中获得的经解缠相位来计算天线在关注频率下的相位中心偏移(PCO)。

在步骤56a中，处理器1106基于在步骤52a中获得的经解缠相位和在步骤54中计算的PCO来计算相位中心变化(PCV)。这产生在第一频率

下的PCV。在步骤56b中执行对应的计算，以产生第二频率

下的PCV。

在步骤58中，处理器1106计算两个PCV之间的差；并且在步骤59中，处理器1106基于此差来计算所讨论的载波频率下的GDV。

现在将更详细地描述这些步骤中的每一者。应注意，由于无论是发送还是接收，天线的响应都是相似的，因此测量的方向可能是相反的。也即，发送器40可以被联接到载具安装的GNSS天线，并且接收器20可以被联接到消声室中的天线42。

假设群延迟变化主要来自组合的天线与载具的右旋圆极化(RHCP)分量。在本示例中未对多路径建模。它可以通过其他方式处理，并且往往会因射频环境而异。

当测量载具安装的天线22的响应时，所接收(或辐射)的电场可以从近场或远场测量中提取。在实践中，角度和频率的分辨率有限。期望约1°的高角分辨率，以便提高相位中心偏移的估计质量。期望约1MHz的高频分辨率，以良好地估计得出的群延迟变化。

在下文中，描述计算群延迟变化的方法论。

在步骤50中，从测量中提取电场的θ分量

和

分量

右旋圆极化电场计算如下：

对于相位中心偏移计算，仅考虑地平线以上的电场：

从右旋圆极化电场中提取相位：

在步骤52中，相位被解缠，以避免相位突变。本示例中采用的方法是：首先沿着θ解缠，然后再沿着

解缠：

接下来，在步骤54中，针对各个关注频率来计算PCO。至少针对各个关注信号的载波执行此操作，例如，对于GPS L1CA和Galileo E1而言是1575.42MHz，对于北斗B1I、对于各个GLONASS信道载波等而言是1561.098MHz。

为了计算PCO，创建一个矩阵，其中包含针对

的所有N个样本点和针对θ的所有M个样本点：

此矩阵的大小为(M·N)x4。

然后，用相位建立向量(单位为米)：

此向量的长度为(M·N)。

然后，相位中心偏移(和相位偏移)可以计算如下：

这可以使用最小二乘(LS)求解器来解算。PCO由该向量的前三个分量组成：

相位偏移φ₀(f)与后续计算有关，但一般不需要单独使用或报告。注意，相位中心偏移和相位偏移是专门针对关注频率f而计算的。

在步骤56中，基于在步骤54中计算的PCO来计算PCV。相位中心变化可以简单地计算为被转换成相位中心偏移的相位与测量相位之间的差：

此处，PCV的单位为弧度，因为它是以

来重新缩放的。这在下式中是假定的。然而，PCV也可以以米为单位报告。

为了计算群延迟变化，计算以关注频率f为中心的PCV：

所述PCV是以关注频率为中心的，以便计算关注频率下的GDV：

该计算依赖于群延迟是相位相对于频率的导数这一事实。该表达式中的分子由图3中的步骤58表示。计算GDV的最后步骤59是除以2πΔf。

应注意，由于测量通常以规则的步长扫描频率，因此可能无法完美地捕获所有载波频率。当发生这种情况时，可以选择最接近载波频率的采样频率来作为合适的近似值。

如上所述，GDV表征了群延迟至少在一个关注频率下、在全角度

范围内的变化。它可以被存储为GDV值的数组，例如，具有360×90维的二维数组，其中在方位角

的360°范围内分辨率为1°，在仰角(或θ)的90°范围内分辨率为1°。然后，这种对安装在特定载具上的特定位置中的特定GNSS天线的GDV的离散表征可以用于提高所述载具与所述GNSS天线的该特定配置的定位计算的准确性。已根据消声室中的测量结果计算的数据数组可以被分发到安装在该类型载具中的GNSS接收器以及安装在同一位置的相同GNSS天线。然后，这些GNSS接收器可以将由于天线与载具之间的相互作用而导致的群延迟系统变化的知识纳入这些GNSS接收器的计算中。

GDV数据可以多种方式提供给GNSS接收器。例如，如果GNSS接收器在制造时被集成在载具中，则载具制造商可以用GDV数据来预加载GNSS接收器的存储器。另选地，如果载具具有移动(例如，蜂窝)连接，则GDV数据可以被下载到GNSS接收器，例如，借助于经由蜂窝网络的固件更新。

例如，GDV可以用于改进载具的定位点的计算。它还可以用于改进对定位点完整性的估计。在许多应用中，完整性是定位解决方案的一个重要方面。它是指可靠地估计定位点误差界限的能力。

图4是根据示例的GNSS模块100的框图。模块100联接到天线22。特别地，模块100包括联接到天线22的接收器104、处理器106、存储器108、本地时钟110和输入/输出设备112。

注意，天线22是与图3的方法中表征的天线22安装在同一位置的相同天线。天线22被配置为接收GNSS信号。GNSS信号可以从单个卫星接收，也可以从多个卫星在多个频带中分别发送的多个卫星信号接收。GNSS信号还可以包括源自反射和/或散射卫星信号的一个或更多个虚拟源的信号。然而，天线22接收的信号不限于卫星信号，并且可以是从任何源发送的任何电磁波，例如无线蜂窝信号。天线22可以是任何类型的天线，例如贴片天线、螺旋天线、交叉弓形天线、正交放置的单极天线等。天线22可以是天线阵列。

接收器104联接到天线22并被配置为经由天线22接收GNSS信号。天线22接收到的GNSS信号可以经由同轴RF电缆或任何其他适合发送RF信号的电缆发送到接收器104。在实施方式中，接收器104可以是收发器调制解调器的一部分，该收发器调制解调器包括被配置为向外部设备发送数据的发送器。

接收器104可以对接收到的GNSS信号进行放大、滤波、混频、数字化等操作。接收器104还可以处理数字化信号并产生测量结果，例如伪距测量结果和载波相位测量结果。接收器104还可以确定测量质量指标，也称为质量度量。质量度量可以提供关于执行测量的环境质量的信息。质量度量的示例包括但不限于载波噪声密度比、卫星仰角、锁相时间、锁码时间和周跳。接收器104进行的测量的准确性可以与和测量结果相关联的质量度量相关。接收器104还被配置为与时钟110通信。

处理器106可以包括一个或更多个专用处理单元、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或各种其他类型的处理器或处理单元。处理器106可以从接收器104接收伪距和载波相位测量的结果，以及与测量结果相关联的质量度量。处理器106还可以处理该信息以估计模块100的当前位置和该位置估计的保护等级。处理器106也可以提供其自身的测量结果质量度量。在实施方式中，处理器106可以包括用于确定保护等级的导航滤波器(例如，卡尔曼滤波器或递归LS滤波器)。

处理器106可以联接到外部运动传感器，例如加速度计、陀螺仪或轮速传感器，以从运动传感器获得位置跟踪信息并有助于确定保护等级。另选地，这些传感器中的一些传感器(例如加速度计或陀螺仪)可以集成在模块100本身中。处理器106还被配置为与输入/输出设备112和存储器108通信。在实施方式中，接收器104可以包括执行处理器106的全部或部分功能的内置处理器(未示出)。在实施方式中，例如，接收器104的内置处理器可以是控制接收器104中的信号处理的前端处理器，并且处理器106可以是基于接收器104中的信号处理执行另外的计算的后端处理器。在实施方式中，处理器106可以将计算任务指派到远程计算机(未示出)，使得远程计算机执行部分计算并将计算结果发送到处理器106。

存储器108可以是任何类型的计算机可读存储介质，包括易失性存储设备或非易失性存储设备或其组合。存储器108可以存储与模块100的标识有关的信息和天线22接收到的GNSS信号。存储器108还可以存储后处理信号。存储器108还可以存储伪距和载波相位测量结果以及与该测量结果和来自其他传感器的测量结果相关联的质量度量。存储器108还可以存储用于接收器104中的信号处理和处理器106中的计算的计算机可读程序指令、数学模型和算法。存储器108还可以存储计算机可读程序指令，以供处理器106执行来操作模块100。

本地时钟110提供设置模块100的本地时间。本地时钟110可以用于确定在伪距测量和位置估计中使用的信号的到达时间。输入/输出设备112可以用于将信号处理和计算的结果传送给用户或另一设备。输入/输出设备112可以包括用户接口，该用户接口包括显示器和用于将用户命令发送到处理器106的输入设备。显示器可以被配置为显示模块100处的信号接收状态、存储在存储器108中的数据、信号处理状态和计算结果等。例如，显示器可以向用户显示确定的保护等级的结果，使得用户可以更好地理解模块100的位置。显示器可以包括但不限于阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)、气体等离子显示器、触摸屏或用于向用户显示信息的其他图像投影设备。输入设备可以是用于从用户接收数据和控制信号的任何类型的计算机硬件设备。输入设备可以包括但不限于键盘、鼠标、扫描仪、数码相机、操纵杆、轨迹球、光标方向键、触摸屏监视器或音频/视频命令器等。输入/输出设备112还可以包括机器接口，例如电总线连接或无线通信链路。

图5是例示了基于GDV数据来校正测距测量结果的方法的流程图。根据示例，该方法可以由模块100的处理器106执行。

在步骤60中，处理器106从接收器104获得测距测量结果(例如，码相位伪距或载波相位伪距)。在步骤61中，处理器106从存储器108中获得GDV数据。GDV数据是提前准备的(例如，使用图3的方法)，并且在将模块100安装在载具中时或经由稍后的固件更新而被存储在存储器108中。

在步骤62中，处理器获得载具的姿态估计。姿态估计可以从速度估计得出(例如，由处理器作为导航解决方案的一部分来计算)。姿态描述了载具指向的方向。即，它可以包括与速度方向相同的单位矢量。速度估计和/或姿态估计可以至少部分地基于由诸如加速度计和陀螺仪之类的一个或更多个传感器提供的惯性测量结果。在一些示例中，这些惯性测量结果被纳入到导航解决方案中，并因此被纳入到速度估计中。

在步骤63中，处理器106确定接收到各个GNSS信号(并基于其得出的各个测距测量结果)的相应空间载具(SV：space vehicle)的角坐标。换言之，处理器确定视线方向，相应GNSS信号沿该视线方向到达天线22。这可以通过比较各个SV的当前位置(例如，从GNSS导航消息中的星历中得出)与载具的当前姿态估计来完成。

然后，在获知各个SV相对于载具参考系的角坐标

的情况下，处理器106可以在GDV数据数组中查找该方向的GDV。在步骤64中，处理器106基于在数组中找到的相关的相应GDV值来校正各个测距测量结果。校正可以包括：将相关方向的GDV值加入伪距/从伪距中减去相关方向的GDV值(这取决于GDV值被存储为正校正值还是负校正值)。

在步骤65中，处理器106使用在步骤64中确定的经校正测距测量结果来计算定位点。可以根据这些经校正测距测量结果，通过三边测量以标准方式来计算定位点。

在步骤66中，处理器还计算在步骤65中计算的定位点的完整性估计。完整性估计可以被提供为保护等级，所述保护等级基于一些预定义的概率阈值来描述预期的最大位置误差。例如，所报告的2m的保护等级可能表明定位点位于真实地理位置的2m范围内的概率为(例如)99％。所报告的0.5m的保护等级可能同样表明定位点位于真实位置的0.5m范围内的概率为99％

计算完整性估计可以包括对每个测距测量结果中的残余误差的概率分布进行建模。“残余误差”可以被定义为接收器104报告的伪距与被计算为定位点与相关SV之间距离的几何范围(geometric range)之间的差。如果残差大，这表明各个伪距与定位点之间的一致性差。相反，如果残差小，这表明伪距与定位点之间的一致性好。如果所有的残差都小，那么系统对于确定定位点是准确的置信度更高。残留误差与保护等级之间的关系可以用概率的方式量化。特别地，可以基于将测量的残差与已知参考位置数据相关联的实验数据预先得出概率模型。例如，可在2020年4月17日提交的EP 20170246.1中以及WO 2018/121879 A1中(两者均通过引用并入本文)中找到用于对残差的概率分布进行建模的合适方法的示例。

注意，如果残差是基于未校正的伪距，那么群延迟变化的系统效应将改为表现成残差中的附加噪声。这将使残差概率分布的分散性更大。进而，这将导致完整性估计不太准确。为了(例如)对保护等级有99％的置信度，必须为保护等级报告更大的值，以便适应由未校正的伪距及其更大噪声残差引入的增加的方差。

简言之，通过基于使用GDV数据来校正的伪距的完整性估计，本示例可以为定位点提供更大的置信度(例如，以更小保护等级的形式)。由于在定位点计算中使用了经校正的伪距，这可以是对定位点准确性增加的补充。

应注意，即使在定位点计算中不使用GDV数据，也可以在完整性估计的计算中使用它。图6是例示此示例的流程图。图6中的步骤60、61、62、63、64和66与图5的方法中的对应步骤相同，并且为简洁起见，将不再赘述。图5和图6的方法之间的差异与定位点的计算有关。在图5的示例中，定位点是基于在步骤64中产生的校正测距测量结果来计算的(参见步骤65)，即，在基于GDV数据的校正已经被应用于伪距之后。相较而言，在图6的示例中，使用在步骤60中获得的原始、未校正的测距测量结果来计算定位点(在步骤65a中)。实际上，如果有足够数量的卫星可用，则基于未校正的测距测量结果计算的定位点(如步骤65a中的)可能足够准确而有用，即使在某些情况下它可能不如基于经校正的测距测量结果计算的定位点(如步骤65中的)那么准确。对于实际的GNSS应用，这两种方法都可以是可行的另选方案。

应注意，上述实施方式例示而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计许多另选实施方式。在权利要求中，被置于括号之间的任何参考标记都不应被解释为限制权利要求。“包括”一词不排除权利要求中列出的元素或步骤之外的元素或步骤的存在。一个元素之前的单词“一”或“一个”不排除多个这样的元素的存在。实施方式可以借助于包括若干不同元件的硬件来实现。在列举若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干装置可以由一个或同一项硬件来实施。在相互不同的从属权利要求中引述了某些度量这一事实并不表明这些度量的组合不能有利地使用。此外，在所附权利要求中，包括“A；B；和C中的至少一者”的列项应被解释为(A和/或B)和/或C。

在与方法有关的流程图、发明内容、权利要求和描述中，列出步骤的顺序通常并不旨在限制它们的执行顺序。这些步骤可以以与所示顺序不同的顺序执行(除非特别指出，或后续步骤依赖于先前步骤的产物)。然而，描述步骤的顺序在某些情况下可能反映了优选的操作序列。

此外，一般而言，各种实施方式可以在硬件或专用电路、软件、逻辑或其任何组合中实现。例如，一些方面可以在硬件中实现，而其他方面可以在固件或软件中实现，固件或软件可以由控制器、微处理器或其他计算设备执行，尽管这些不是限制性示例。虽然本文描述的各个方面可以被例示和描述为框图、流程图或使用一些其他图形表示，但是很好理解的是，本文描述的这些框、装置、系统、技术或方法可以作为非限制性示例在硬件、软件、固件、专用电路或逻辑通用硬件或控制器或其他计算设备或其某种组合中实施。

本文描述的实施方式可以通过可由装置的数据处理器(例如在处理器实体中)执行的计算机软件、或者通过硬件、或者通过软件和硬件的组合来实现。此外，在这点上，应注意，附图中逻辑流程的任何框可以表示程序步骤，或互连的逻辑电路、框和功能，或程序步骤与逻辑电路、框和功能的组合。该软件可以存储在物理介质上，诸如存储器芯片或在处理器内实现的存储器块、诸如硬盘或软盘之类的磁性介质以及诸如DVD及其数据变体CD之类的光学介质。

存储器可以是适合本地技术环境的任何类型，并且可以使用任何适合的数据存储技术来实现，例如基于半导体的存储设备、磁存储设备和系统、光存储设备和系统、固定存储器和可移动存储器。数据处理器可以是适合本地技术环境的任何类型，并且作为非限制性示例，可以包括通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、基于多核处理器架构的门级电路和处理器中的一者或更多者。

如本文所讨论的实施方式可以在诸如集成电路模块之类的各种部件中实施。集成电路的设计通常是一个高度自动化的过程。复杂而强大的软件工具可以用于将逻辑级设计转换为准备在半导体衬底上蚀刻和形成的半导体电路设计。

Claims (15)

1.一种对载具安装的GNSS天线(22)进行校准的方法，所述方法包括以下步骤：

当所述天线被安装在所述载具上时，针对第一角尺寸中的第一多个角度中的每一者并且针对第二角尺寸中的第二多个角度中的每一者，测量(50)所述天线的响应；以及

针对所述第一角尺寸和所述第二角尺寸，基于所测量的响应，计算(52、54、56、58、59)所述天线的群延迟变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量的步骤包括以下步骤：确定(50)在所述第一多个角度中的每一者和所述第二多个角度中的每一者下在所述天线处接收到的信号的相位。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述计算(52、54、56、58、59)的步骤包括以下步骤：解缠(52)所述信号的所述相位，以产生经解缠相位。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，解缠(52)所述相位的步骤包括以下步骤：沿着所述第一角尺寸解缠所述相位，然后沿着所述第二角尺寸解缠所述相位。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述计算(52、54、56、58、59)的步骤包括以下步骤：计算(54)所述天线的相位中心偏移。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述计算(52、54、56、58、59)的步骤包括以下步骤：针对至少一个关注频率，计算(56)针对所述第一角尺寸和所述第二角尺寸的相位中心变化。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述计算(52、54、56、58、59)的步骤包括以下步骤：针对所述至少一个关注频率，基于相位中心变化相对于频率的变化来计算(59)所述群延迟变化。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述计算(52、54、56、58、59)的步骤包括以下步骤：基于以所述关注频率为中心的两个不同频率下的相位中心变化之间的差来计算(58)所述群延迟变化。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，所述关注频率是GNSS载波频率。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述测量的步骤是在消声室中进行的。

11.一种当天线被安装在载具上时表征所述天线的群延迟变化的数据，其中，所述群延迟变化是针对第一角尺寸和第二角尺寸来表征的。

12.一种估计根据经由载具安装的GNSS天线接收到的GNSS信号的测距测量结果得出的定位点的完整性的方法，各个测距测量结果与相应空间载具的所述GNSS信号有关，所述方法包括以下步骤：

获得(60)所述测距测量结果；

基于所述测距测量结果来计算(65a)所述定位点；

获得(61)表征所述天线针对第一角尺寸和第二角尺寸的群延迟变化的数据；

获得(62)所述载具的姿态估计；

对于各个测距测量结果，

确定(63)始发所述GNSS信号的所述相应空间载具在所述第一角尺寸和所述第二角尺寸中的角坐标，并且

基于所述空间载具的所述姿态估计和所确定的角坐标，使用表征所述群延迟变化的所述数据来校正(64)所述测距测量结果；以及

基于所校正的测距测量结果来估计(66)所述定位点的所述完整性。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，估计所述定位点的所述完整性包括：对所校正的测距测量结果的误差分布进行建模。

14.一种对根据经由载具安装的GNSS天线接收到的GNSS信号得出的测距测量结果进行校正的方法，各个测距测量结果与相应空间载具的信号有关，所述方法包括以下步骤：

获得(60)所述测距测量结果；

获得(61)表征所述天线针对第一角尺寸和第二角尺寸的群延迟变化的数据；

获得(62)所述载具的姿态估计；以及

对于各个测距测量结果，

确定(63)始发所述GNSS信号的所述相应空间载具在所述第一角尺寸和所述第二角尺寸中的角坐标，并且

基于所述空间载具的所述姿态估计和所确定的角坐标，使用表征所述群延迟变化的所述数据来校正(64)所述测距测量结果。

15.一种包括计算机程序代码的计算机程序，所述计算机程序代码被配置为：当所述计算机程序由一个或更多个物理计算设备执行时使所述一个或更多个物理计算设备执行前述权利要求中任一项的方法的所有步骤。

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