[发明专利]定位系统、方法和介质

说明书

一种用于全球导航卫星系统(GNSS)的定位系统包括：接收器，其接收从一组GNSS卫星发送的载波信号和代码信号，载波信号包括载波相位模糊度作为在卫星与接收器之间传播的载波信号的未知整数个波长；以及处理器，其跟踪接收器的位置。处理器被配置为在由过程噪声和测量噪声之一或组合定义的范围内根据运动模型和测量模型之一或组合来确定与载波信号和代码信号的测量一致的载波相位模糊度的整数值的可能组合的集合，并执行使用从可能组合的集合选择的载波相位模糊度的整数值的不同组合来确定接收器的位置的一组位置估计器。接下来，处理器根据载波信号和代码信号的测量使用具有接收器的位置的最高联合概率的位置估计器来确定接收器的位置。

技术领域

本发明总体上涉及诸如全球定位系统(GPS)或准天顶卫星系统(QZSS)的定位系统，更具体地，涉及求解这些定位系统中接收器的载波相位测量中的整周模糊度(integerambiguity)。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS)是可用于确定移动接收器相对于地球的地理位置的卫星系统。GNSS包括GPS、Galileo、Glonass、QZSS和北斗。已知各种全球导航卫星(GNS)校正系统，其被配置用于从GNSS卫星接收GNSS信号数据，处理这些GNSS数据，从GNSS数据计算GNSS校正，并且将这些校正提供给移动接收器，目的是实现移动接收器的地理位置的更快更准确的计算。

已知各种位置估计方法，其中，位置计算基于由地面GNSS接收器重复地测量所谓的伪距和载波相位可观测量。“伪距”或“代码”可观测量表示GNSS卫星信号的发送时间与该卫星信号的本地接收时间之间的差，因此包括卫星的无线电信号所覆盖的几何距离。另外，所接收的GNSS卫星信号的载波与在接收器内生成的这种信号的副本之间的对准的测量提供另一信息源以用于确定卫星与接收器之间的视在距离。对应可观测量被称为“载波相位”，其表示由于发送卫星和接收器的相对运动而引起的多普勒频率的积分值。

任何伪距观测包括不可避免的误差贡献，其中有接收器时钟误差和发送器时钟误差以及由大气的非零折射率导致的附加延迟、仪器延迟、多径效应和检测器噪声。任何载波相位观测另外包括在获得对该信号对准的锁定之前逝去的未知整数个信号周期(即，整数个波长)。该数量被称为“载波相位模糊度”。通常，由接收器在离散的连续时间对可观测量进行测量(即，采样)。测量可观测量的时间的索引被称为“时期(epoch)”。已知位置确定方法通常涉及基于在连续的时期采样的可观测量的测量对距离和误差分量的动态数值估计和校正方案。

当连续地跟踪GNSS信号并且没有发生失锁时，可对整个GNSS定位跨度保持在跟踪阶段开始时求解的整周模糊度。然而，GNSS卫星信号可能偶尔被遮蔽(例如，由于“城市峡谷”环境中的建筑物)，或者短暂被阻挡(例如，当接收器经过桥下或穿过隧道时)。通常，在这样的情况下，整周模糊度值丢失并且必须重新确定。该过程可花费几秒至几分钟。事实上，在伪距或载波相位的一个或更多个测量中存在显著的多径误差或未建模的系统偏差可使得目前的商业定位系统难以求解模糊度。随着接收器分离(即，参考接收器与正确定位置的移动接收器之间的距离)增加，距离依赖偏差(例如，轨道误差以及电离层效应和对流层效应)增长，因此，可靠模糊度求解(或重新初始化)成为更大的挑战。此外，由于接收器对信号的连续锁相中的不连续性，也可发生失锁，这被称为周跳(cycle slip)。例如，可由功率损耗、接收器软件故障或失灵的卫星振荡器导致周跳。另外，可由变化的电离层条件导致周跳。

因此，需要一种用于整周模糊度求解的方法和系统。目前的方法使用各种线性估计方法来估计整周模糊度，参见例如U.S.7961143。然而，描述载波相位测量的方程是非线性的，通常多个模糊度值同样可能使得线性估计方法选择不正确的模糊度值。此外，各种方法基于模糊度的运动模型的特定选择，然而这实际上是未知的，因为周跳行为的物理建模很难处理。

因此，需要一种用于求解GNSS系统中的整周模糊度的方法和系统，其可用于改进位置估计的准确性。

发明内容