CN1854754A - 基于卫星无线电的车辆定位系统 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的一种车辆定位系统结构,使用卫星无线电系统(“SRS”)向车辆传送全球定位系统(“GPS”)校正数据。具有兼容车载定位系统的车辆从GPS卫星接收标准GPS数据,以及从SRS卫星和/或SRS地面中继器接收SRS信号。该车载车辆定位系统通过该SRS信号利用所接收的GPS校正数据校正该GPS数据。
Description
技术领域
本发明一般涉及车辆远程信息处理系统。更特别地,本发明涉及使用全球定位系统(“GPS”)和卫星无线电系统(“SRS”)数据的车辆定位系统。
背景技术
现有技术都是GPS系统和有效利用GPS数据的车辆定位系统。使用未检验级(non-survey grade)GPS技术的车载远程信息处理系统在定位可靠性和精确性上具有实际限制。已知一个示例性限制是“城市峡谷”问题,当启用GPS的车辆位于高建筑物或其他结构附近时会出现这种问题。在这种环境中,由于这些结构对GPS卫星信号的反射,会产生高电平的多路径信号。此外,一些结构会引起GPS卫星信号的部分或全部阻挡(blockage)。这种阻挡是有问题的,因为GPS接收机必须从至少三个不同的GPS卫星接收GPS信号以获得位置读数。
为了改进位置确定,一些车辆定位系统依赖于航位推算(“DR”)技术。DR技术将GPS卫星测量与其他位置信息源相组合,该位置信息源可以是该车辆车载的。例如,DR技术可以利用惯性陀螺仪、加速计、罗盘信息和车轮转速传感器。现有技术包含多个GPS/DR系统,包括在车辆应用中使用的GPS/DR系统。遗憾的是,在车载车辆应用中使用DR技术会导致额外的成本和系统的复杂性。
军用级GPS系统使用其他GPS数据,例如差分GPS数据或广域增强系统(“WAAS”,Wide Area Augmentation System)数据,以改善位置确定。差分GPS数据和WAAS数据的使用减少了已知的GPS错误源,例如电离层、时钟、天文历、多路径、对流层和接收机错误。然而,差分GPS数据和WAAS数据对于低成本消费者应用是不容易获得的。
因此,希望有一种基于GPS的车辆定位系统,可以最小化依赖于DR技术来获得精确位置确定的需要。此外,希望有一种在城市峡谷环境中可靠和精确工作的、基于GPS的车辆定位系统。并且,根据随后的详细说明和所附权利要求,结合附图和前面的技术领域和背景技术,本发明的其他预期特征和特性将会变得清楚。
发明内容
根据本发明的车载车辆定位系统能够使用通过卫星无线电系统(“SRS”)的一个或多个部件传输的GPS数据和GPS校正数据来精确确定该车辆的当前位置。该车辆定位系统能够在最小化依赖DR技术的需要的同时生成精确的车辆位置数据。根据本发明的一个实际实施例,该车辆定位系统有效利用了SRS的地面中继器(terrestrialrepeater),其增强了在城市峡谷环境中的可靠性。
本发明的上述和其他方面可以通过一种车载车辆定位系统的形式来实现,该系统具有配置成接收来自GPS卫星的GPS信号的GPS接收机,其中该GPS信号包括GPS数据,配置成接收来自卫星无线电广播中心的SRS信号的SRS接收机,其中该SRS信号包括GPS校正数据,和耦合到该GPS接收机和SRS接收机的处理逻辑。该处理逻辑配置成响应于该GPS数据和GPS校正数据而生成当前车辆位置数据。
附图说明
下面将结合以下附图来描述本发明,其中相似的数字表示相似的元件,和
图1是根据本发明一个实施例的基于卫星的车辆定位系统的示意性表示;
图2是根据本发明一个实施例的车载车辆定位系统的示意性表示;
图3是根据本发明一个实施例的GPS校正数据传输过程的流程图;
图4是根据本发明一个实施例的车辆定位过程的流程图。
具体实施方式
以下详细说明实质上仅仅是示范性的,而不是用于限制本发明或本发明的应用和用途。而且,不希望被前面技术领域、背景技术、发明概述或以下详细说明中给出的任何明确的或隐含的原理所限制。
这里,可以通过功能性和/或逻辑模块部件和各种处理步骤的形式来描述本发明。应当理解,这种模块部件可以通过任意数量的配置成实现特定功能的硬件、软件和/或固件部件来实现。例如,本发明的一个实施例可以应用各种集成电路部件,例如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查询表等,它们可以在一个或多个微处理器或其他控制设备的控制下执行各种功能。此外,本领域普通技术人员将会理解,本发明可以实施为,结合任意数量的实际车辆计算机系统平台、体系结构和配置,任意数量的实际卫星定位系统平台、体系结构和配置,以及任意数量的实际卫星无线电系统平台、体系结构和配置,并且这里所述的特定系统仅是关于本发明的一个示范性应用。
为了简洁起见,这里不详细说明涉及车辆计算机模块、车辆定位数据处理、GPS数据和系统部件、SRS数据和系统部件、数字数据通信、和该系统的其他功能性方面(和该系统的单独操作部件)的常规技术。并且,这里所包含的各个附图中所示的连接线用于表示示例性的功能性关系和/或各个元件之间的物理耦合。应当注意的是,在实际实施例中可以给出许多可选的或附加的功能性关系或物理连接。
以下说明会涉及被“连接”或“耦合”在一起的部件或特征。如这里所使用的,除非明确声明,否则“连接”表示一个部件/特征被直接或间接连接到另一部件/特征,并且不必需是机械的。同样,除非明确声明,否则“耦合”表示一个部件/特征被直接或间接耦合到另一部件/特征,并且不必需是机械的。从而,虽然该示意性框图揭示了元件的示例性布置,但是在实际实施例中可以有其他的中间元件、设备、特征或部件(假定该系统或子系统的功能不会受到不利影响)。
在图1和图2中,各个系统部件可以通过物理硬件元件、虚拟机和/或逻辑元件来实施。这些系统部件可以使用通用的微处理器、控制器或微控制器,其适于配置成控制这里所述系统的工作或者至少控制这里所述的过程。根据计算机编程领域普通技术人员的实践,这里参照可以被各种处理或逻辑部件执行的操作的符号表示来说明本发明。这些操作有时被称为计算机执行的、计算机化、软件实施或计算机实施的。可以理解,符号表示的操作包括由各种微处理器设备对于表示该系统存储器中存储位置的数据位的电子信号的控制,以及对信号的其他处理。保存数据位的该存储位置是物理位置,具有与该数据位相对应的特定电、磁、光或组织特性。
当在软件中实现时,本发明的各个元件主要是执行各种任务的代码片段或指令。该程序或代码片段可以存储在处理器可读介质中或者由包含在载波中的计算机数据信号通过传输介质或通信路径来传输。该“处理器可读介质”或“机器可读介质”可以包括任何可以存储或传输信息的介质。处理器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤将诶之、射频(RF)链接等。该计算机数据信号可以包括能够在传输介质例如电子网络通道、光纤、空气、电磁路径或RF链接中传播的任何信号。该代码片段可以通过计算机网络例如因特网、内部网、LAN等下载。
图1是根据本发明一个示例性实施例配置的车辆定位系统100的示意性表示。系统100一般包括多个GPS卫星102,一个或多个SRS卫星104/106,一个或多个SRS上行链路站108/110,一个或多个地面中继器112/114,SRS广播中心116,GPS校正数据源118,和具有包括至少一个车载车辆定位子系统的车载远程信息处理系统的车辆120。在一个实际配置中,该远程信息处理系统也可以包括电话、数据传输、导航、车辆状态监视和介质特征。
GPS卫星102表示连续广播它们的位置以通过基于地面的GPS接收机部件接收的卫星。来自GPS卫星102的GPS信号包括指示该GPS卫星102位置的GPS数据。当前有24个配置在轨道中的GPS卫星102,这24个GPS卫星不需要被修改以支持车辆定位系统100。实际上,每个GPS卫星102以对地静止的方式绕地球运行。该GPS卫星102与基于地面的部件通信的方式是卫星通信领域技术人员所公知的,因而在这里不再详细说明。
SRS卫星104/106表示配置成与SRS供应商所提供的服务连接的卫星。一个这种供应商以XM Satellite Radio Inc.的名义提供商业SRS服务。这种供应商所维持的商业SRS系统使用了两个对地静止SRS卫星104/106,该SRS卫星104/106与多个地面中继器112/114组合以向具有兼容SRS接收机的订户广播SRS信号,该兼容SRS接收机包括车载车辆SRS接收机。如以下更详细说明的,该SRS信号可以包括与常规SRS无线电数据组合的GPS校正数据。该SRS卫星104/106与基于地面的部件通信的方式是卫星通信领域技术人员所公知的,因而在这里不再详细说明。
SRS广播中心116可以是为SRS系统其他部件提供SRS内容的基于地面的中心。应当理解,虽然在图1中表示为不同的模块,但是SRS广播中心116可以集成到一个或多个SRS上行链路站108/110中。SRS广播中心116可以通过适当的数据通信链接122/124(可以包括任意数量的有线和/或无线片断)为SRS上行链路站108/110提供SRS信号。相应地,SRS上行链路站108/110通过适当的上行链路数据通信链接126/128向SRS卫星104/106传输SRS信号。然后,SRS卫星104/106向基于地面的接收机部件传输SRS信号用于局部处理。在这一点上,SRS卫星104/106可以向车辆120传输直接SRS信号130/132,和/或通过地面中继器112/114向车辆120传输间接SRS信号134/136。
地面中继器,顾名思义,是用作SRS信号的中继站的基于地面的部件。一般地,地面中继器接收SRS信号并放大以用于在更高的传输功率转发。地面中继器还可以在转发之前对SRS信号进行滤波、误差校正或其他调节。因而,地面中继器112/114使得相对较高功率的SRS信号能够到达在来自GPS卫星102的相对较低功率的GPS信号被阻塞的环境中的车辆120。虽然在图1中没有显示,但是车辆定位系统100还可以包括从另一地面中继器接收SRS信号的中间地面中继器。在这一点上,中间地面中继器可以将该SRS信号转发到另一中间地面中继器和/或车辆120。在系统100中可以使用当前用于支持标准SRS系统的常规地面中继器而无需作修改。
根据本发明的示例性实施例,SRS信号包括GPS校正数据。如这里所使用的,“GPS校正数据”的含义是除了源自GPS卫星102的原始GPS数据之外的任何数据或信息,其中这种数据或信息补充了原始GPS数据。例如,GPS校正数据可以包括差分GPS数据例如WAAS数据。GPS校正数据源118表示向SRS广播中心116提供该GPS校正数据的处理逻辑、实体、部件、子系统、文件、设备或其他元件。虽然在图1中表示为不同的模块,但是GPS校正数据源118可以被集成到SRS广播中心116中。
实际上,该SRS信号还包括常规的SRS无线电数据。换句话说,该SRS信号包含GPS校正数据和SRS无线电数据。这两种数据类型可以由该接收部件使用促使数据分离或提取的任何适当的数据通信技术或协议传输。
在实际配置中,车辆定位系统100可以包括任意数量的GPS卫星102,任意数量的SRS卫星104/106,任意数量的地面中继器112/114,和任意数量的SRS上行链路站108/110。此外,系统100可以包括多于一个SRS广播中心116,例如一个为每个SRS卫星104/106服务。如图1所示的系统100仅是一个用于说明目的的简单的示例。
图2是根据本发明的一个示例性实施例配置的车载车辆定位系统200的示意性表示。系统200例如可以配置在图1所示的车辆120中。系统200一般包括GPS接收机202,SRS接收机204,耦合到GPS接收机202的车辆定位处理逻辑206,以及耦合到SRS接收机204和车辆定位处理逻辑206的数据提取处理逻辑208。系统200还可以包括耦合到GPS接收机202的GPS天线210,这里GPS天线210被适当配置成接收GPS信号,和耦合到SRS接收机204的SRS天线212,这里SRS天线212被适当配置成接收SRS信号。在本示例性实施例中,系统200配置成生成指示该车辆当前位置的车辆定位数据214,和表示适于由该车辆视听系统回放的音频和/或视频内容的SRS无线电数据216。实际上,系统200可以被集成到车载车辆远程信息处理系统中,并且可以通过任意数量的物理部件来实现系统200的元件。事实上,GPS接收机202、SRS接收机204、车辆位置处理逻辑206和数据提取处理逻辑208都可以实现为单个物理部件中的硬件、软件和/或固件。例如,GPS接收机202和SRS接收机204可以被组合到集成接收机组件中。并且,虽然图2显示了两个分离的天线部件,但是在一个实际实施例中,GPS天线210和SRS天线212也可以实现为单个天线装置。
GPS接收机202适当地配置成通过GPS天线210接收来自GPS卫星的GPS信号。如上所述,被GPS接收机202处理的GPS信号包括GPS数据。该GPS数据可以被当作“原始”或“基本”GPS数据,系统200根据该数据获取该车辆的当前位置。该GPS数据可以被传送到车辆位置处理逻辑206以用于如下所述的进一步处理。SRS接收机204适当地配置成通过SRS天线212接收来自SRS广播中心(例如SRS广播中心116)的SRS信号。依赖于特定的系统结构、该车辆的位置和其他实际考虑,由SRS接收机204接收的SRS信号可以通过SRS卫星104/106、地面中继器112/114、或系统100的其他部件或子系统来传输。如上所述,被SRS接收机204处理的SRS信号包括GPS校正数据(和可能的SRS无线电数据)。
数据提取处理逻辑208适当地配置成从接收的SRS信号中分离或提取GPS校正数据。在这一点上,数据提取处理逻辑208可以采用任意数量的数据通信技术来分离该GPS校正数据。该GPS校正数据(由参考数字218表示)可以被传输到车辆位置处理逻辑206以启动对于原始GPS数据的调节和/或校正。在一个实际实施例中,车辆位置处理逻辑206根据该GPS校正数据调节/校正该GPS数据以生成当前车辆位置数据214。该车辆位置处理逻辑206调节原始GPS数据的特定方式可以从一个系统变化为另一个。
图3是根据本发明一个示例性实施例的GPS校正数据通信过程的流程图。过程300一般用于由SRS供应商对GPS校正数据的处理。应当理解,与过程300相关联执行的各种任务可以通过软件、硬件、固件或其组合来执行。为了示例性目的,以下对于过程300的说明可以是指上面结合图1所述的元件。在实际实施例中,过程300的部分可以通过所述系统的不同元件执行,包括但不限于,SRS广播中心、SRS上行链路站或地面中继器。还应当理解,过程300可以包括任意数量的附加或可选的任务,图3所示的任务不需要以所示顺序进行,并且过程300可以被结合到更综合性的过程或者具有这里没有详细说明的其他功能的过程中。
GPS校正数据通信过程300通过获取SRS上行链路站的GPS校正数据(任务302)开始。如上所述,GPS校正数据可以是从任何可用源获得的差分GPS数据例如WAAS数据。实际上,该GPS校正数据被提供给SRS广播中心以用于与正常SRS无线电数据一起处理。最后,GPS校正数据被发送到SRS上行链路站,然后该SRS上行链路站将该GPS校正数据发送到一个或多个SRS卫星(任务304)。在一个实际实施例中,该GPS校正数据可以与SRS无线电数据组合(或包含)在适当格式的SRS信号中。SRS上行链路站可以使用卫星数据通信领域技术人员公知的技术和协议将SRS信号和/或GPS校正数据发送到SRS卫星。
SRS卫星执行SRS信号的下行链路传输(任务306),这里SRS信号包括GPS校正数据。SRS卫星可以使用卫星数据通信领域技术人员公知的技术和协议传输SRS信号和/或GPS校正数据。事实上,SRS卫星不需要被修改以支持GPS校正数据通信过程300。如上所述,可以将一些SRS信号从SRS卫星直接传输到接收车辆,而可以通过一个或多个地面中继器将其他SRS信号间接传输到接收车辆。
如果地面中继器被包含在数据传输路径中,那么包含GPS校正数据的下行链路SRS信号就由地面中继器接收(任务308)。地面中继器可以在转发该下行链路SRS信号之前对该接收的SRS信号进行调节或处理(任务310)。如上所述,这种转发可以被指向另一地面中继器和/或接收车辆。要注意的是,SRS信号的传输是以广播方式发生而不需要任何特定的接收车辆或部件作为目的地。
图4是根据本发明一个示例性实施例的车辆定位过程400的流程图。过程400一般用于由车载车辆远程信息处理系统例如上述车辆定位系统对基于卫星的定位数据进行处理。应当理解,与过程400相关联执行的各种任务可以通过软件、硬件、固件或其组合来执行。为了示例性目的,以下对于过程400的说明可以是指上面结合图2所述的元件。在实际实施例中,过程400的部分可以通过所述系统的不同元件执行,包括但不限于,GPS接收机202、SRS接收机204、车辆位置处理逻辑206或数据提取处理逻辑208。还应当理解,过程400可以包括任意数量的附加或可选的任务,图4所示的任务不需要以所示顺序进行,并且过程400可以被结合到更综合性的过程或者具有这里没有详细说明的其他功能的过程中。
车辆定位过程400可以由通过车载车辆子系统接收源自GPS卫星的GPS信号(任务402)而开始。如上所述,该GPS信号包括GPS数据。此外,该车载车辆子系统还接收源自SRS广播中心的SRS信号。该SRS信号包括GPS校正数据和SRS无线电数据,如上所述。实际上,该车载车辆子系统可以接收从SRS卫星传输的直接SRS信号(任务404)和/或从地面中继器传输的转发SRS信号(任务406)。
该车载车辆子系统可以处理该接收的SRS信号以从SRS信号中分离或提取GPS校正数据(任务408)和/或从SRS信号中分离或提取SRS无线电数据。然后可以以常规方式处理该SRS无线电数据以有助于通过车辆视听系统回放。然后可以使用适当的校正技术利用该提取的GPS校正数据来调节或校正原始GPS数据(任务410)。换句话说,根据GPS校正数据调节在任务402期间接收的原始GPS数据。此外,该车载车辆子系统基于校正的GPS数据生成当前车辆位置数据(任务412)。在这一点上,响应于该原始GPS数据和响应于GPS校正数据而生成当前车辆位置数据。
该车载车辆子系统可以使用后处理或实时定时方法来使GPS校正数据与原始GPS数据同步。简而言之,一种可能的后处理技术以如下方式进行:(1)SRS上行链路站计算范围校正和时间标记其上行链路传输;(2)车载车辆子系统时间标记当前测量的到SRS卫星的范围;和(3)在限定为稍后的时间点,SRS上行链路站和车载车辆子系统可以同时将它们各自的时间标识信息下载到车载远程信息处理系统以用于与增强的车辆定位相关联。
对于精确导航应用,优选使用实时技术来消除与该后处理技术相关的延时。实时处理的一个可能的例子通过SRS上行链路将GPS校正数据周期性(例如每秒)发送到车载车辆子系统而开始。这可以通过到该车辆的直接传输或通过SRS卫星来实现。一旦车载车辆子系统接收到该信息,它可以利用该实时GPS数据来处理以提供对于该车辆的改进的位置测量。
在本发明的一个实际实施例中,可以通过车载车辆子系统进一步处理当前车辆位置数据以有助于结合例如车载导航系统而再现或显示当前车辆位置。可选地(或附加地),可以通过车载车辆子系统进一步处理当前车辆位置数据以有助于传输到监视服务或有助于车载存储。如从任务412到任务402的箭头所示,车辆定位过程400可以是一个连续过程,重复这个过程以便能够对车辆位置进行实时更新。
总之,根据本发明的车载车辆定位系统有效利用了SRS系统的可靠覆盖范围和相对较高的传输功率以提供增强的基于GPS的位置确定。该系统能够在城市峡谷环境中提供增强的位置,在该环境中常规的GPS卫星信号传输会被高度反射和/或完全阻挡。而且,该系统使用SRS系统来传送GPS校正数据例如差分GPS数据,提高了标准GPS位置读出的精确性。
虽然在前面的详细说明中给出了至少一个示范性实施例,但是应当理解,存在大量的变体。还应当理解,该一个或多个示范性实施例仅仅是示例,而不是要以任何方式限制本发明的范围、应用或配置。相反地,前面的详细说明将为本领域普通技术人员提供用于实现该一个或多个示范性实施例的常规路线图。应当理解,对于元件的功能和布置可以作出各种改变而不脱离在所附权利要求及其法律等效物中所给出的本发明的范围。
Claims (20)
1.一种用于确定车辆位置的方法,所述方法包括:
通过车载车辆子系统接收来自GPS卫星的全球定位系统(“GPS”)信号,所述GPS信号包括GPS数据;
通过所述车载车辆子系统接收来自卫星无线电广播中心的卫星无线电系统(“SRS”)信号,所述SRS信号包括GPS校正数据;和
响应于所述GPS数据和所述GPS校正数据而生成当前车辆位置数据。
2.根据权利要求1所述的方法,其中接收SRS信号包括接收从至少一个SRS地面中继器传输的SRS信号。
3.根据权利要求1所述的方法,其中接收SRS信号包括接收从至少一个SRS卫星传输的SRS信号。
4.根据权利要求1所述的方法,其中生成当前车辆位置数据包括根据所述GPS校正数据调节所述GPS数据。
5.根据权利要求1所述的方法,所述GPS校正数据包括差分GPS数据。
6.根据权利要求5所述的方法,所述差分GPS数据包括广域增强系统(“WAAS”)数据。
7.根据权利要求1所述的方法,所述SRS信号还包括卫星无线电数据。
8.根据权利要求1所述的方法,还包括从所述SRS信号中分离所述GPS校正数据。
9.一种车载车辆定位系统,包括:
配置成接收来自GPS卫星的GPS信号的全球定位系统(“GPS”)接收机,所述GPS信号包括GPS数据;
配置成接收来自卫星无线电广播中心的SRS信号的卫星无线电系统(“SRS”)接收机,所述SRS信号包括GPS校正数据;和
耦合到所述GPS接收机和所述SRS接收机的处理逻辑,所述处理逻辑配置成响应于所述GPS数据和所述GPS校正数据而生成当前车辆位置数据。
10.根据权利要求9所述的系统,所述GPS接收机和所述SRS接收机被组合到一个集成接收机组件中。
11.根据权利要求9所述的系统,所述处理逻辑配置成,通过根据所述GPS校正数据调节所述GPS数据而生成所述当前车辆位置数据。
12.根据权利要求9所述的系统,所述GPS校正数据包括差分GPS数据。
13.根据权利要求12所述的系统,所述差分GPS数据包括广域增强系统(“WAAS”)数据。
14.根据权利要求9所述的系统,所述SRS信号还包括卫星无线电数据,并且所述SRS接收机配置成处理所述卫星无线电数据。
15.根据权利要求14所述的系统,还包括耦合到所述SRS接收机的数据提取处理逻辑,所述数据提取处理逻辑配置成从所述卫星无线电数据中分离所述GPS校正数据。
16.一种用于为由车辆定位系统所支持的车辆提供定位信息的方法,所述方法包括:
为卫星无线电系统(“SRS”)上行链路站获取全球定位系统(“GPS”)校正数据;
将所述GPS校正数据从所述SRS上行链路站上行链路传输到至少一个SRS卫星;和
从所述至少一个SRS卫星下行链路传输SRS信号,所述SRS信号包括所述GPS校正数据。
17.根据权利要求16所述的方法,还包括:
通过至少一个SRS地面中继器接收包含GPS校正数据的下行链路SRS信号;和
通过所述至少一个SRS地面中继器转发所述下行链路SRS信号。
18.根据权利要求16所述的方法,所述GPS校正数据包括差分GPS数据。
19.根据权利要求18所述的方法,所述差分GPS数据包括广域增强系统(“WAAS”)。
20.根据权利要求18所述的方法,所述SRS信号还包括卫星无线电数据。
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