[发明专利]多历元GNSS载波相位整数解析

说明书

各种实施例均包括用于GNSS/IMU数据的时间窗口上的整数模糊性解析方法的系统、方法、设备或软件。处理数据窗口的一个目的是使用载波相位测量来提高获得高精度位置估计的可靠性，即使在具有挑战性的环境中也是如此。

相关申请和优先权要求

本申请于2015年8月17日提交的标题为“MULTIPLE EPOCH GNSS CARRIER PHASEINTEGER RESOLUTION INCORPORATING IMU”的美国临时申请No.62/206,058相关并要求其优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

当前的全球导航卫星系统(GNSS)，例如全球定位系统(GPS)，必须补偿多个误差源。实时动态(RTK)GNSS导航中存在的一个具有挑战性的技术问题是整数模糊性解析。一旦整数矢量被解析，就可以使用GNSS载波相位测量来实现厘米级的定位估计精度。最近，提出了用于RTK GNSS和惯性导航的实时、滑动窗口、贝叶斯估计方法，以在时间窗口内通过利用先前信息的整数模糊性解析以及所有惯性测量单元(IMU)和GNSS测量来提供可靠的厘米精度状态估计。在实践中实施这种方法面临的一个挑战是计算成本高。

GNSS和辅助惯性导航系统(INS)的整合由于它们的互补性而被证明是有用的。INS提供连续的高带宽状态矢量估计。GNSS辅助校正由综合的INS过程累积的误差并校准IMU。GNSS辅助INS的整体精度取决于GNSS测量的精度、频率和可靠性。例如，精心设计的GPS接收器通常可以达到3米至8米的独立定位精度。为了可靠地实现更高精度的定位，使用差分GPS(DGPS)。基站在几十公里范围内的情况下，DGPS精度约为1米，每隔150公里的距离以1米的速率增长。用户可以自行设置基站，也可以使用来自公众可用的更正服务(例如，持续运行参考站(CORS)、全国差分全球定位系统(NDGPS)和欧洲区域参考框架小组委员会(EUREF))的数据。随着移动通信网络(例如，4G或WiFi)变得容易获得，DGPS技术将变得普遍存在。

GNSS接收器提供被未知的整数个波长偏置的载波相位测量。当接收器通道的锁相环(PLL)保持相位锁定时，被跟踪的卫星的未知整数保持不变。当最终发生失锁(例如，发生周跳)时，新的整数可能会不同。整数模糊性解析的基本思想依赖于将问题重新构造为整数最小二乘(ILS)方法，例如，最小二乘模糊解相关调整(LAMBA)、修改的LAMBDA(MLAMBDA)或混合整数最小二乘(MILES)。RTK应用同时实时地解决了ILS和位置估计问题。当双频接收器可用时，RTK问题的解决方案得以简化，但仍然具有挑战性，因为整数可以通过形成宽巷相位测量来解决。当整数矢量可以被解析时，可以在移动平台上实时地实现厘米定位精度。传统单历元(single-epoch)解析的性能受可用卫星数量、接收卫星星座的几何形状以及测量质量的强烈影响。如果存在嘈杂或错误的测量，则整数解析可能是错误的，没有足够的测量冗余来检测错误。对于单频接收器，由于不能形成宽巷测量和较小数目(例如，一半)的测量，因此整数模糊性解析更具挑战性。

测量冗余增强了以额外计算为代价来识别正确整数的能力。对于单频或双频接收器，可以通过在多历元窗口上累积GNSS测量来增强冗余度。当惯性测量单元(IMU)可用于在历元测量时间提供状态矢量之间的运动学约束时，冗余度得到进一步增强。实时应用所需要的是用于组合了GNSS、IMU以及状态信息的先验知识(例如，先验状态信息)的整数模糊性解析的计算有效的解决方案。

在用于载波相位整数解析的系统和方法的以下详细描述中，参考形成详细描述的一部分的附图，其中通过说明性方式示出可以实践本发明主题的具体实施例。以充分的细节来描述这些实施例，使得本领域技术人员能够实现实施例，并且应理解，在不脱离本发明主题的范围的情况下，可以使用其他实施例，且可以做出结构、逻辑、电学和其他改变。本发明主题的这些实施例在本文中被单独地和/或统一地由术语“发明”或“主题”来指代，其仅是为了方便，而不是旨在主动将本申请的范围限制为任意单个发明或发明构思(如果实际上不止一个被公开的话)。因此，以下描述不应被视为限制意义，且本发明主题的范围由所附权利要求限定。

附图说明