[发明专利]使用低成本单频GNSS接收器的厘米级定位

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求Patrick C.Fenton在2009年11月3日提交的“CENTIMETER POSITIONING USING LOW COST SINGLE FREQUENCY GNSS RECEIVER”的美国临时专利申请No.61/257492的优先权并且通过引用将其并入这里。

技术领域

本发明一般地涉及GNSS接收器，并且更具体地涉及低成本单频GNSS接收器。

背景技术

低成本单频GNSS接收器（例如，在蜂窝电话、PDA和其它消费电子产品中使用的接收器）通常提供精度为10米左右的全球位置。对于这些装置通常使用位置来例如引导到本地餐馆、确定朋友位于附近的地方、导航到兴趣地标等等的应用类型来说，10米的精度是可以接受的。

低成本单频GNSS接收器通常从蜂窝电话基站GNSS接收器接收与可见卫星有关的信息、关联的多普勒偏移以及卫星导航数据（视情况而定）的形式的跟踪辅助。跟踪辅助信息通过消除接收器将不得不执行的很多卫星信号搜索处理来允许接收器更容易地获取卫星信号。接收器因此能够更快速地获取卫星信号并且还能够获取较弱的卫星信号和/或可能受到多径影响的信号。以该方式，接收器能够获取确定位置所需的最少数目的卫星信号。接收器可以因此能够在例如接收器位于室内或其中某些卫星信号可能不可用的诸如都市高楼群等等的其它位置中时将位置确定到数十米以内的精度。

GNSS卫星信号包含用于确定位置的PRN码。一般来说，在接收器确定其位置之前，接收器跟踪来自至少4个GNSS卫星的信号中的PRN码。通过使发送的PRN码的本地生成的版本与该码的接收到的版本同步来执行PRN码跟踪。本地和接收到的RRN码的同步花费时间，甚至当利用跟踪辅助信息时也会花费一定时间。

一旦接收器正在跟踪给定卫星信号上的PRN码，则接收器能够基于本地生成的码的码相位延迟（即，基于本地生成的码的相对于已知发送时间的延迟）确定该码从卫星到接收器的经过时间。接收器然后能够以已知的方式确定其到该卫星的伪距，并且基于相对于至少四个GNSS卫星的伪距以已知方式计算其位置。或者，接收器可以将伪距发送给计算接收器的位置的基站。

伪距确定的其它方法包括通过FFT处理执行的卷积。在已知的现有技术的系统中，通过在PRN码历元上取平均来对接收到的信号进行预处理并且然后通过FFT处理来分析该接收到的信号以确定与可见卫星关联的PRN码的PRN码相位延迟。该码相位延迟信息被进一步处理以确定关联的伪距。接收器或基站根据情况基于伪距确定接收器的位置。使用相关或卷积处理方法的最终结果是根据伪距确定的具有数十米左右的精度的位置。

为了在接收器处节省电池功率，已知的现有技术的系统记录接收到的卫星信号大约1秒并且使其射频（R/F）前端断电。接收器然后通过如上所述地在PRN码历元上对信号取平均等等来对记录的信号进行预处理，并且确定与各卫星信号关联的码相位延迟。接收器因此基于预处理的具有PRN码的卫星信号的FFT处理以及由基站提供的关联的多普勒偏移来确定与各卫星信号关联的码相位延迟。流动站然后计算到卫星的伪距并且将该伪距提供给基站，基站将接收器的位置确定到数十米以内的精度。

对于精度小于数十米的更复杂的位置，并且因此，使用更昂贵的GNSS接收器，其具有更大的处理功率并且使用多径抑制技术。这些接收器也可以具有跟踪双频率的能力，具有更宽的RF频带前端，并且/或者利用载波相位信息来确定位置。然而，为了利用载波相位信息，必须首先解算整数载波周期模糊度。

利用双频率，接收器使用已知的宽巷技术来限制可能的模糊度解，以允许在更少的时间内进行模糊度解算，这是因为计算需要检查更少的可能解。使用利用L1和L2GPS卫星信号的宽巷技术，接收器测试间隔为86厘米的可能解，而对于单频GPS L1模糊度解算来说，可能解间隔为19厘米。此外，利用双频率，减少了与电离层等等对于卫星信号的不利影响有关的不确定度。因此，与单频接收器相比，用于模糊度解算的宽巷双频技术在更少的时间内和/或在更少的处理之后提供了整数载波周期。

如已知的单频技术一样，使用宽巷技术的载波周期模糊度的解算要求GNSS接收器持续地跟踪卫星信号PRN码和载波，并且因此R/F前端在相对较长的时间段（例如，20分钟或更长时间）内持续地操作以跟踪信号。如果在该时间期间，GNSS接收器丢失了对于GNSS卫星信号的锁定，则接收器必须再次开始持续地跟踪卫星并且执行解算关联的整数载波周期模糊度所需的计算，并且之后才能够使用载波相位信息来计算位置。