[发明专利]用于在配置环境中定位的系统和方法

说明书

本申请要求2007年4月6日递交的美国申请No.11/697,575以及 2006年4月28日递交的美国临时申请No.60/745,928的优先权，上述申 请如在此处完整说明一样地通过引用整体合并于此。

技术领域

本发明总体涉及一种用于定位远程资产的系统和方法，更具体地， 本发明涉及一种用于在全球导航卫星系统(GNSS)不可用的局部环境下 运行的系统和方法。

背景技术

全球定位系统(GPS)已经从根本上改变了在世界范围内导航、追 踪定位及时间同步的方法。利用三十二颗在轨卫星，GPS在可以接收信 号的任何地方提供持续的定位服务。随着使用GPS、精确到数米的低成 本定位传感器的出现，该技术已经迅速扩大到包括动力系统、通信、运 输和军事的核心基础设施。这项性能作为国有资产的重要性不可低估且 由于以下事实而尤显重要，即许多其它国家此时正在运用或者开发它们 自身的GNSS，包括俄罗斯、日本、中国和欧盟。

尽管其存在诸多优点，GNSS具有一个显著的缺陷：典型地，基于 卫星的导航系统信号在到达定位接收器时非常弱。在一些情况下，如 GPS，这是其设计的关键部分，但实际上，很难操作大功率在轨传输器 (transmitter)。由于障碍物往往会减弱信号功率，并使其不能用于定 位，或者至少大大减弱整体测量能力，因此这些弱信号使得难以操作在 如室内的受阻环境中的定位接收器。

尽管已做出巨大努力来克服这些限制，具体是辅助GPS和高灵敏度 GPS，实际上，在受阻环境下使用GNSS的米级定位无法得到广泛应 用。为了提供受阻环境下的定位，已经开发了另一种名为实时定位系统 的定位技术，其源自射频识别(RFID)技术。

通过使用诸如到达时间差(TDOA)、接收信号强度(RSS)、固定 读取器和地标标记之类的多种方法，RTLS提供了多种定位能力和精度。 最先进和多用途系统趋向于使用TDOA，并且能够提供数米以内的定位 精度。一些系统甚至声称米级以下的精度，虽然这趋向于处于高度控制 的环境下。尽管有希望，但是RTLS系统的安装和运行非常昂贵。当需 要高精度时，除了有限的应用，设备的成本和复杂性使得其仅理论上能 够实现。RTLS提供多种可以处理以适于多种应用的方案；然而，当与基 于GNSS定位的相对简易性和广泛可用性相比时，它们都不尽如人意。

此外，对于需要在局域受阻和广域未受阻这两种环境下定位的组合 应用，由于GNSS或RTLS均不能单独实现需要，因此选择极端受限。 由于组合的RTLS和GNSS系统很大程度上不兼容并难以整合且因此非 常昂贵，所以组合的RTLS和GNSS系统是不切实际的。已做出数种努 力来使用伪卫星调整商用GPS接收器技术以提供RTLS能力。尽管在概 念上很诱人，但这些方案充其量太昂贵且功率太密集，因而在解决多个 RTLS应用中不可实现，最糟的是，由于它们趋向于阻塞正常GPS操 作，因而在世界大部分地方它们的运行是非法的。

因此，需要一种成本可取、高精度的定位技术，其在使用局部配置 的信标基准点的受阻环境下运行良好，且对于广域未受阻环境能够利用 诸如GPS卫星之类的GNSS基准点。

术语概要

以下某些术语的定义有帮于提供本发明的优选和备选实施例的讨论 的基础。

“历书”指描述基准点或物理状态传感器的配置、当前物理状态或预 测未来物理状态的信息。该信息可以由基准网络处理器在内部产生或由 外部源(例如用于GPS历书和精度星历的GPS接收器)提供。典型地， 历书信息具有适用时间，并以使其相对易于进行物理状态估计的格式来 存储。

“历书校正”指对于历书信息的校正。这些校正典型地是对于历书的 一个或更多个要素的调整，并且当与完全历书记录相比，其在尺寸上更 紧凑，因而减少了带宽和存储需求。

“配置数据”指定义了系统配置和与外部基准的关系的信息。配置数 据包括基准点的规格、坐标系变化、以及外部时间变换数据。该系统信 息也可以包括综合性能准则的安全属性、物理状态传感器登记和规格。

“坐标系统可靠基准”指坐标系统基准系中已知或接受的位置，其被 确定为比系统终端用户的性能需求的精度更好的精度。