[發明專利]相對定位

有效

• 申請號: 200680055874.0
• 申請日: 2006-09-19
• 公開（公告）號: CN101512376A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: L·維羅拉;K·阿拉南
• 申請（專利權）人: 諾基亞公司
• 主分類號: G01S5/14
• 分類號: G01S5/14
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所
• 代理人: 吳立明

技術領域

本申請涉及設備相對于其他設備的定位。

背景技術

各種全球導航衛星系統(GNSS)支持對設備的絕對定位。這些 GNSS例如包括美國的全球定位系統(GPS)，俄羅斯全球導航衛星 系統(GLONASS)，未來的歐洲系統伽利略，基于空間的增強系統 (SBAS)，日本的GPS增強準天頂(Quasi-Zenith)衛星系統(QZSS)， 局部區域增強系統(LAAS)，以及混合型系統。

GPS中的衛星星座例如包括繞地運行的多于20顆衛星。每個衛 星傳輸兩個載波信號L1和L2。這些載波信號之一L1用于攜帶標準 定位服務(SPS)的導航消息和編碼信號。每個衛星利用不同的C/A (粗捕獲)碼對L1載波相位進行調制。由此，獲得了不同的信道以 用于不同衛星的傳輸。C/A碼是偽隨機噪聲(PRN)碼，其在1MHz 帶寬上擴展頻譜。C/A碼每1023個比特重復一次，碼的歷元(epoch) 是1毫秒。進一步利用比特率為50比特/秒的導航信息對L1信號的 載波頻率進行調制。該導航信息特別包括星歷表和歷書參數。星歷表 參數描述各衛星軌道的短區段。基于這些星歷表參數，當衛星位于所 描述的各區段內時，算法可以估計任意時刻衛星的位置。歷書參數是 類似的，但其是較為粗糙的軌道參數，其對于長于星歷表參數的時間 是有效的。導航信息例如還包括時鐘模型，其使衛星時間與GPS的 系統時間相關，并使系統時間與協調世界時(UTC)相關。

位置待確定的GPS接收機接收由當前可用的衛星所傳輸的信號， 并且基于所包括的不同C/A碼來檢測和跟蹤不同衛星使用的信道。繼 而，接收機通常根據已解碼導航消息中的數據以及C/A碼的歷元和碼 片數目來確定由每個衛星傳輸的碼的傳輸時間。傳輸時間和所測量的 信號到達接收機的時間允許確定衛星和接收機之間的偽距。術語“偽 距”表示衛星與接收機之間的幾何距離，該距離因衛星和接收機相對 于GPS系統時間的未知偏移而有所偏斜。

在一個可能的求解策略中，假設衛星和系統時鐘之間的偏移是已 知的，則問題簡化為求解4個未知量(3個接收機位置坐標，以及接 收機與GPS系統時間之間的偏移)的非線性方程組。因此，為了能 夠求解該方程組，需要至少4個測量。該過程的結果是接收機位置。

類似地，GNSS定位的總體思想是在待定位的接收機處接收衛星 信號，以測量接收機與各衛星之間的偽距以及接收機的當前位置，此 外還利用所估計的衛星位置。通常，如上文關于GPS所述，對用于 調制載波信號的PRN信號進行評估，以用于定位。

在公知為實時動態(RTK)的另一方法中，對兩個GNSS接收機 處測量的載波相位和/或碼相進行評估，以非常精確地(通常是以厘米 甚至毫米級的精度)確定兩個接收機之間的距離和姿態。兩個接收機 之間的距離和姿態的結合也稱為基線。在GNSS接收機處執行的用于 RTK定位的載波相位測量可以實時交換，或者可以存儲以備稍后交換 (稱為“后處理”)。通常，GNSS接收機之一被布置在已知地點， 并稱為參考接收機，而另一接收機要相對于參考接收機進行定位，并 稱為用戶接收機或者移動接收機(rover)。如果準確地知道參考位置 的地點，則可以將所確定的相對位置進一步轉換為絕對位置。然而， RTK計算實際上需要兩個接收機的位置都是至少近似已知的。這些位 置可以根據所確定的偽距來獲得。備選地，僅近似知道參考地點也是 足夠的，因為通過將基線估計與參考地點相加，移動接收機地點可以 從其獲得。

例如由于多路徑傳播以及電離層和對流層的影響，衛星信號在其 從衛星到接收機的路途中發生失真。而且，衛星信號具有偏斜，這歸 因于衛星時鐘偏斜和其載波相位具有未知的初始相位。當在接收機中 測量衛星信號時，其進一步失真。除了之前的誤差之外，信號測量包 含例如由于接收機噪聲和接收機時間偏斜所引起的誤差。在傳統RTK 中，假設全部或者多數這些誤差在接收機與衛星之間彼此相關，在這 種情況下，誤差在二重差分中消失。