专利名称：一种使用集群定位信号抑制多径的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及用于在无线电频率反射环境下产生精确的位置测定的系统和方法。本发明尤其应用于接收和解释来自大体上相同位置的定位信号的位置测定系统来抑制多径的有害效应。本发明可用在必须使用精确的不受多径干扰的距离信息才能进行精确定位的定位技术领域，但并不仅限于此。
背景技术：
多径在所有射频(RF)通信和定位系统中是个已知的问题。它造成信号强度减弱和通信系统的数据带宽降低以及定位系统测距不精确。尤其是在室内环境的多径相当严重，信号被大多数物体包括墙、房顶、地板、家具和人反射。
许多分集方法已经在通信系统用于抑制多径效应。它们包括空间、频率和极性分集。这些传统方法用来把直接和反射信号以破坏的方式交互作用造成的信号抵消减到最小。这些系统一般或a)部署若干空间分布的接收天线单元(空间分集)，配备一个控制器来不断选取具有最高信号强度的天线单元，或b)部署若干接收天线单元各自有不同的极性(极性分集)，配备一个控制器来不断选取具有最高信号强度的天线单元，或c)部署单个接收天线单元用以接收发送相同信息的若干频率信号(频率分集)，并配备一个控制器不断选取具有最高信号强度的频率。具有最高信号强度的天线单元或频率接下来被用作解调通信数据。这些先有系统不能分辨是直接信号还是反射信号。一个具有高信号强度的强反射信号相对一个较弱的直接信号是可用的。然而，对于定位系统如要正常工作，测量到直接信号是非常重要的，尽管具有最高信号强度的信号并不一定是直接信号。所以传统的先有的用于通信的分集方法并不适合在定位系统中抑制多径。
传统的用于定位系统的多径抑制方法分为五个大类，如下(1)改良的调制技术；(2)改良的接收机相关技术；(3)多径限制天线；(4)超定的位置解；(5)接收机自主完整性监测(RAIM)。
1)用于抑制多径的改良的调制技术一般涉及增加码分多址(CDMA)伪随机码(PRN)的码率。随着码率的增加，多径相关减小。但是RF频谱使用，接收机功耗，接收机复杂性增加。
2)改良的接收机相关技术通过提高自相关跟踪函数对多径的抗干扰能力来达到抑制多径。这类中比较有前途的技术之一是所谓的窄相关器，前、后跟踪臂的间距从常规的半个码减小为十分之一个码。这种更窄的间距可以消除长延时的多径，但仍然会受到短延时多径的影响。窄相关器技术也需要扩展接收机带宽来提高自相关函数的对比度，这会增加接收机的功耗和复杂度。
3)多径限制天线调整接收或发射天线的方向图来减少反射后偏轴信号的强度。这种天线最通用的形式是所谓的扼流环(choke ring)天线，它一般在GPS应用中用来抑制卫星信号地面反射。多径限制天线的方法是让方向图对朝某个方向，这样在强多径环境中应用不多，比如室内，信号的反射来自多个方向。
4)超定的位置解使用比能够得到位置解所须的发射单元更多数量的发射单元。通过减少被多径破坏的定位信号在位置解中的权值来提高定位精度。附加的好处是更多几何上分散的发射单元提高了几何条件。不过，要让这种方法奏效，在任何时刻主要的定位信号必须是没被破坏的。通常在强多径环境中这并不可能。
5)接收机自主完整性监测(RAIM)是位置接收机用于检测收到的定位信号的完整性，并从位置解中剔除无效测量而采用的一种算法。RAIM算法最简单的形式是从发射器定位信号的不同组合来观察距离余数以便确定多径破坏过的无效距离。和大距离余数的有关的发射器被认为受到多径破坏，从位置解中剔除。使用来自额外的发射器的冗余定位信号测量值得到不同的发射器组合。所以，RAIM方法需要相当数量的冗余发射器来提供有效的多径抑制，在许多情况下是根本不实际的。而且，如果RAIM算法认为一个定位信号被多径破坏，该发射器就被从位置解中剔除，这样更减少了几何条件。
几何条件无关的定位信号几何条件无关的定位信号被定义为从相同位置以不同载波频率发射的唯一定位信号，以便每个唯一定位信号的单位矢量和几何距离相对于观测接收机都是相同的。这需要从同一个天线阵列体的相同相位中心发射若干频率，实际上随着频率的分散这会增加难度。而且，精确的按时序同步几何条件无关定位信号也很困难，因为每个频率发射路径上电子元件随温度和电压变化产生不同的群延时和路径偏差。几何条件无关的定位信号一般用来在基于载波的定位系统中确定所谓的周跳。周跳是定位信号的载波相位观测量突发的整数或半周的跳变，由观测接收机的载波跟踪回路(通常说的锁相环)失去锁定造成。在单频定位系统中已经证明精确可靠的探测和修复周跳是困难的。传统的周跳探测方法是利用几何条件无关的观测量的线性组合，通常是GPS L1和L2这两种载波频率。这些几何条件无关的方法通过观察几何条件无关的定位信号的积分载波相位(ICP)时间序列的不连续来探测周跳。但是，这些先有方法没有考虑用几何条件无关的距离测量值的相干性来确定多径破坏。
先有系统(a)不能分辨从大致同一位置发射的直接和多径破坏后的定位信号，(b)没有冗余的几何分集的发射器就不能抑制多径，(c)不能提供不受时变的群延时的影响的分集系统，(d)不增加发射带宽，发射机功耗和发射机复杂度就不能改良多径抑制。能提供精确的距离测量值而又不受这些约束的系统是极其需要的。
术语定义距离矢量-距离矢量是一种定义空间内两点空间关系的矢量，它定义从第一点到第二点的方向和距离。比如，给定空间两点p1和p2，具有位置矢量 和 从p1到p2的距离矢量 定义为位置矢量的矢量差，得到R→=P→1-P→2.]]> 定义从p1到p2的方向和距离。
几何距离-几何距离是空间两点的标量距离。比如，距离矢量 的几何距离定义为 单位矢量-单位矢量是一种具有单位幅度的矢量。单位矢量用来定义方向。比如距离矢量 的方向可以用单位矢量 代表，有和 同样方向和单位幅度。
分集-分集，本发明后面提到的，是在无线电反射(多径)环境中具有各自不同的无线反射的无线信号的发射和接收。分集通常使用空间，频率和极化方法完成。
分集无线电线路-分集无线电线路或无线电线路分集是采用分集方法的无线电信号。
发射群-若干唯一定位信号每个都从大致相同的位置同步发射，同时使用无线电线路分集，被认为是一个发射群。
接收群-若干不同的定位信号每个都从大致相同的位置同步接收，同时使用无线电线路分集，被认为是一个接收群。
大致相干的定位信号-大致相干的定位信号是由观测接收机接收和解释的定位信号产生的测量值大体相似。
定位单元设备-一个定位单元设备是一种发射定位信号的定位发射器。
观测接收机-一个观测接收机是接收和解释定位信号的接收机。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种分集系统和方法可以辨别从大致相同位置发射的直接和受多径破坏的定位信号。
本发明还有一个目的是提供一种分集系统和方法可以辨别从大致相同位置接收的直接和受多径破坏的定位信号。
本发明还有一个目的是提供一种分集系统和方法在多径环境下进行精确的定位信号测量而无须冗余发射器。
本发明还有一个目的是提供一种分集系统和方法进行的精确的定位信号测量而不受时变的群延时影响。
本发明还有一个目的是提供一种分集系统和方法在多径环境下进行精确的定位信号测量而无须增加发射带宽。
本发明还有一个目的是提供一种分集系统和方法在多径环境下估算从大致相同位置接收和发射的定位信号的测量值。
本发明的上述目标通过解释从相对于观测接收机具有大致相同几何距离和单位矢量的无线电线路接收到的若干同步的定位信号来实现。观测接收机用来比较和选取大致相干的定位信号，并建立被测的定位信号的最佳拟合估算，这样在受多径影响的环境下精确的位置测量值能被确定。
图1是根据本发明的一个发射群的实施例的图示，其中一个定位单元装置装备一个空间分集发射群，在没有多径的环境下通过四个空间分布的天线单元发射四个唯一定位信号给观测接收机。
图2是根据本发明的一个发射群的实施例的图示，其中一个定位单元装置装备一个空间分集发射群，在多径环境下通过四个空间分布的天线单元发射四个唯一定位信号给观测接收机。
图3是根据本发明的一个发射群的实施例的图示，其中一个由四个按时序同步的定位单元装置组成的网络，每个定位单元装置都装备一个空间分集发射群，通过16个空间分布的天线单元发射16个唯一定位信号给观测接收机。
图4是根据本发明的一个接收群的实施例的图示，其中一个观测接收机装备一个空间分集接收群，通过四个空间分布的接收天线单元从四个定位单元装置接收16个不同的定位信号。
图5是根据本发明的一个观测接收机的图示。其中一个由四个按时序同步定位单元装置组成的网络，每个定位单元装置都装备一个空间分集发射群，通过16个空间分布的天线单元发射16个不同的定位信号给观测接收机。观测接收机把16个唯一定位信号送给位置解算法。
图6是根据本发明的一个观测接收机的图示。其中一个由四个按时序同步的定位单元装置组成的网络，每个定位单元装置都装备一个空间分集发射群，通过16个空间分布的天线单元发射16个唯一定位信号给观测接收机。观测接收机在把预处理过的定位信号送给位置解算法之前预处理所有16个唯一定位信号。
图7是根据本发明的一个观测接收机的图示。其中一个装备空间分集接收群的观测接收机通过四个空间分布的天线单元接收来自四个定位单元装置的16个不同的定位信号。观测接收机把16个不同的定位信号送给位置解算法。
图8是根据本发明的一个观测接收机的图示。其中一个装备空间分集接收群的观测接收机通过四个空间分布的天线单元接收来自四个定位单元装置的16个不同的定位信号。观测接收机在把预处理过的定位信号送给位置解算法之前预处理所有16个不同的定位信号。
具体实施例方式
综述本发明阐述了一种通过解释从相对于观测接收机具有大致相同几何距离和单位矢量的分集无线电线路接收到的同步的独立定位信号，来抑制定位系统的码和载波相位多径的系统和方法。这些无线电线路被看作一个定位信号群。在没有多径的条件下，一个定位信号群在观测接收机端产生大致相干的测量值。这种定位信号测量值的相干性是因为每个定位信号的几何距离和单位矢量相对于观测接收机来说是大体相同的。但是，在多径环境下，观测接收机并不会从相干的信号群中测量所有的定位信号。在多径环境下由于无线电线路多集产生不同的多径反射，这对每条线路的定位信号测量值造成不同的影响，造成定位信号的相干性降低。定位信号的相干性的强弱取决于多径环境的强弱。
另外，本发明阐述了一些方法用于解释通过相对于观测接收机具有大致相同几何距离和单位矢量的分集无线电线路接收到的同步的唯一定位信号。观测接收机配置来(a)确定一组相对于它自己具有大致相同几何距离和单位矢量的同步的唯一定位信号，(b)比较并选取大致相干的定位信号，并且/或产生确定的同步的唯一定位信号的最佳拟合估算，(c)确定过滤或最佳拟合的位置解，这样在多径影响的环境下能得到最佳的距离测量值及其产生的精确的位置解。
本发明首选的实施例是观测接收机比较一个定位信号群并选取具有大致相干的定位信号，以便受多径破坏的线路从距离测量中剔除。本发明进一步的实施例是观测接收机产生一个定位信号群的最佳拟合估算，这样大体上不受多径影响的距离测量值可以确定。所以，本发明有能力使用从大致相同位置发射和/或接收的定位信号来辨别直接和受多径破坏的信号。如果有足够的发射器可以观测，观测接收机可以计算出不受多径的有害影响的精确位置解。
本发明第一个实施例阐述通过若干空间分布的发射天线单元发射一组同步的唯一定位信号。所有的发射天线单元被放置以便其相对于观测接收机具有大体相同的几何距离和单位矢量，相互间隔首选为发射载波波长的一半或更短。每个天线单元放在已知的位置发射一个唯一定位信号。首选地每个定位信号使用唯一伪随机码(PRN)编码，以便产生建立一个CDMA系统，所有的唯一定位信号以同一个载波频率上发射。一台观测接收机接收和解释若干被发射的唯一定位信号，以便能区别无多径的直接信号和被多径破坏的信号，并由此抑制多径对定位信号精度的有害影响。
现在参看图1，图中，在一个没有多径的环境下，定位单元装置101配备四个空间分布的天线单元102，103，104和105，它们合在一起称为发射群106。定位单元装置101通过四个空间分布的天线单元102，103，104和105发射四个同步的唯一伪随机码(PRN)107，108，109和110。空间分布的天线单元102，103，104和105被放在已知的位置，它们之间首选的间距是发射载波波长的一半或更少。每个天线单元以相同的载波频率发射一个唯一定位信号。图中还解释，在第一个时刻111，观测接收机通过一个接收天线112接收四个同步的唯一伪随机码107，108，109和110。四个同步的唯一伪随机码(PRN)107，108，109和110的单位矢量113，114，115和116以及几何距离117，118，119和120在发射群106和接收天线112之间是大致相等的。观测接收机在第二个时刻121通过接收天线单元122接收四个同步的唯一伪随机码(PRN)107，108，109和110。同样，四个同步的唯一伪随机码(PRN)107，108，109和110的单位矢量123，124，125和126以及几何距离127，128，129和130在发射群106和接收天线122之间是大致相等的。
根据图中的轨迹线131，观测接收机从它原来的位置111朝定位单元装置101方向移动到新的位置121。在随轨迹线131移动的过程中观测接收机的伪距和积分载波相位(ICP)的测量值相对于所有来自发射群106的唯一伪随机码(PRN)107，108，109和110成比例的减小。同时，观测接收机的多普勒测量值和信号强度相对于所有来自发射群106的唯一伪随机码(PRN)107，108，109和110也成比例的增加。在移动到结束位置121时，观测接收机天线122和定位单元装置106间的几何距离127，128，129和130以及单位矢量123，124，125和126变化了，不过重要的是四个同步的唯一伪随机码(PRN)107，108，109和110的单位矢量123，124，125和126以及几何距离127，128，129和130的相对关系并没有相应的改变。来自四个同步的唯一伪随机码(PRN)107，108，109和110的所有测量值仍然保持大致相等。所以可以看到在没有多径的环境下一个空间分集的被发射的定位信号群相对于观测接收具有大致相等的几何距离和单位矢量，可以提供大致相干的定位信号测量值。
现在参看图2，图中，在一个多径环境下，定位单元装置201配备四个空间分布的天线单元202，203，204和205，它们合在一起称为发射群206。定位单元装置201通过四个空间分布的天线单元202，203，204和205发射四个同步的唯一伪随机码(PRN)207，208，209，210。空间分布的天线单元202，203，204和205被放在已知的位置，每个天线单元以相同的载波频率发射一个唯一定位信号。另外，观测接收机211通过单个接收天线212接收四个同步的唯一伪随机码(PRN)207，208，209，210。四个同步的唯一伪随机码(PRN)207，208，209，210的单位矢量213，214，215和216以及几何距离217，218，219和220在发射群206和接收天线212之间是大致相等的。为了说明，图中给出四个多径分量221，222，223和224，每个分别和唯一伪随机码(PRN)207，208，209和210相关，由空间分布的天线单元202，203，204和205产生。
第一个多径信号221从第一个唯一伪随机码(PRN)207产生，并通过第一个空间分布的天线单元202发射。这个多径信号221是来自表面225的反射，到达接收天线212时相对被发射的第一个唯一伪随机码207产生了180度相移。这就给伪随机码(PRN)207带来了破坏性的抵消。这个破坏性的抵消在观测接收机211产生了低接收信号强度以及伪随机码的码和载波相位跟踪环路的不稳定，从而降低了来自第一个唯一伪随机码(PRN)207的伪距和积分载波相位(ICP)的测量精度。
第二个多径信号222从第二个唯一伪随机码(PRN)208产生，并通过第二个空间分布的天线单元203发射。这个多径信号222是来自表面225的反射，到达接收天线212时相对于第二个唯一伪随机码(PRN)208产生了零度相移。所以给第二个唯一伪随机码(PRN)208带来了建设性的叠加。这个建设性的叠加产生了高接收信号强度。观测接收机211的伪随机码的码和载波相位跟踪环路仍然保持稳定，而且没有改变来自第二个唯一伪随机码208的积分载波相位(ICP)的测量值。
第三个多径信号223从第三个唯一伪随机码(PRN)209产生，并通过第三个空间分布的天线单元204发射。这个多径信号223是来自表面226的反射，到达接收天线212时相对于第三个唯一伪随机码(PRN)209产生了九十度相移。所以给第三个唯一伪随机码(PRN)209带来了一定破坏性的抵消。这个破坏性的抵消一定程度上产生了低接收信号强度和相应的相位跟踪错误。观测接收机211的伪随机码的码和载波相位跟踪环路受到一定程度的影响，一定程度的改变了来自第三个唯一伪随机码(PRN)209的伪距和积分载波相位(ICP)的测量值。
第四个多径信号224从第四个唯一伪随机码(PRN)210产生，并通过第四个空间分布的天线单元205发射。这个多径信号224是来自表面226的反射，没有被接收天线212接收到。所以没有对第四个唯一伪随机码(PRN)210带来了任何干扰。接收信号强度保持不变，也没有产生相位跟踪错误。观测接收机211的伪随机码的码和载波相位跟踪环路不受影响，第四个唯一伪随机码(PRN)210的伪距和积分载波相位(ICP)的测量值也不会改变。
观测接收机接收和解释从四个空间分布的天线单元202，203，204和205发射的四个同步的唯一伪随机码(PRN)207，208，209和210，伪随机码分别和四个多径分量221，222，223和224叠加。配置选取了大致相干的伪随机码(PRN)208和210，并给出发射群206和观测天线212之间的伪距，积分载波相位(ICP)和信号强度测量值的最佳拟合估计。
现在参看图3，图中一个由四个按时序同步的定位单元装置301，302，303和304组成的网络，每个分别配备空间分布的发射群305，306，307和308，以相同载波频率发射。第一个发射群305通过空间分布的天线单元313，314，315和316发射四个同步的唯一伪随机码(PRN)309，310，311和312。第二个发射群306通过空间分布的天线单元321，322，323和324发射四个同步的唯一伪随机码(PRN)317，318，319和320。第三个发射群307通过空间分布的天线单元329，330，331和332发射四个同步的唯一伪随机码(PRN)325，326，327和328。第四个发射群308通过空间分布的天线单元337，338，339和340发射四个同步的唯一伪随机码(PRN)333，334，335和336。所有空间分布的天线单元313，314，315，316，321，322，323，324，329，330，331，332，337，338，339和340被放在已知的位置，每个单元以相同的载波频率发射唯一定位信号。观测接收机341通过接收天线342接收来自四个空间分布的天线群305，306，307和308发射的16个同步的唯一伪随机码(PRN)309，310，311，312，317，318，319，320，325，326，327，328，333，334，335和336。在每个发射群和接收天线342之间每个发射群产生的同步的唯一伪随机码(PRN)的单位矢量343，344，345和346以及几何距离347，348，349和350大体是相等的。
观测接收机341需要足够的可见定位单元装置来求得位置解。首选地，观测接收机341利用至少三个定位单元装置来求二维位置解或至少四个定位单元装置来求三维位置解。但是，观测接收机341利用少于三个定位单元装置求解位置解也在本发明的大范围之内。观测接收机接收和解释从四个定位单元装置301，302，303和304发射的16个同步的唯一定位信号，以便精确的位置能被确定，观测接收机可以1.把所有收到的唯一定位信号的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值提供给观测接收机定位算法，用来在有足够的可见定位单元装置时产生超定的位置解。每个发射群内每个发射天线单元的位置也被提供给观测接收机定位算法，协助得到每个发射天线单元和观测接收机天线之间的精确的伪距和积分载波相位(ICP)测量值。
2.把所有收到的唯一定位信号的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值提供给采用接收机RAIM(自主完整性监测)算法的观测接收机定位算法。有足够的可见定位单元装置，RAIM算法从每个定位单元装置发射群中选取被多径破坏最小的定位信号并把这些最佳信号用在位置解中。每个发射群内的每个发射天线单元的位置也被提供给观测接收机定位算法，协助得到每个发射天线单元和观测接收天线之间的精确的伪距和积分载波相位(ICP)测量值。
3.把所有收到的唯一定位信号的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值提供给采用合适的数学算法产生最佳拟合的位置解的观测接收机定位算法，比如卡曼滤波器。定位算法使用来自所有可见的定位单元装置的能用于定位算法的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值来估计来自定位单元装置的最佳距离测量值。每个发射群内的每个发射天线单元的位置也被提供给观测接收机定位算法，协助得到每个发射天线单元和观测接收天线之间的精确的伪距和积分载波相位(ICP)测量值。
4.组合并平均所有接收到的来自每个发射群的唯一定位信号的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值以便得到平均的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值。这些平均的定位信号测量值以及每个发射群内所有天线单元的平均位置接下来提供给观测接收机定位算法，准备在有足够的可见定位单元装置时产生位置解。
5.把所有收到的来自一个发射群的唯一定位信号的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值提供给观测接收机距离估算器算法。距离估算器算法在把最佳伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值送给观测接收机定位算法之前从发射群估算最佳拟合的距离测量值。距离估算器算法可以包括任何适合的可以产生最佳拟合解的数学算法，如最小平方回归，权值最小平方回归，权值平均，滤波估算，平滑估算和相似的对精通该领域的人士熟知的技术。这些最佳拟合的定位信号测量值以及发射群内所有天线单元的最佳拟合位置接下来提供给观测接收机定位算法，准备在有足够的可见定位单元装置时产生位置解。
6.通过比较从一组信号选取的信息确定来自每个群的所有收到的唯一定位信号之间的相干性，这组信号包括同相和正交(I/Q)的载波跟踪环路测量值，伪随机码跟踪环路测量值，伪距，积分载波相位(ICP)测量值，多普勒测量值，接收信号强度。
a)从每个发射群选取大致相干的唯一定位信号提供给观测接收机定位算法，准备在有足够的可见定位单元装置时产生位置解。发射群内的每个被选取的发射天线的位置也可以提供给观测接收机定位算法，这样可以确定精确的伪距和积分载波相位(ICP)测量值。
b)从每个发射群选取大致相干的唯一定位信号提供给采用接收机RAIM(自主完整性监测)算法的观测接收机定位算法。有了足够的可见定位单元装置，RAIM算法从每个定位单元装置的发射群选取被多径破坏最小的定位信号并把这些最佳信号用在位置解中。每个发射群内的每个发射天线单元的位置也被提供给观测接收机定位算法，协助得到每个发射天线单元和观测接收天线之间的精确伪距和积分载波相位(ICP)的测量值。
c)从每个发射群选取大致相干的唯一定位信号提供给采用合适的数学算法产生最佳拟合的位置解的观测接收机定位算法，比如卡曼滤波器。定位算法使用来自所有可见定位单元装置的能用于定位算法的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值来估计来自定位单元装置的最佳距离测量值。每个发射群内的每个发射天线单元的位置也被提供给观测接收机定位算法，协助得到每个发射天线单元和观测接收天线之间的精确伪距和积分载波相位(ICP)的测量值。
d)从每个发射群选取大致相干的唯一定位信号用来组合并平均伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值以便得到平均的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值。这些平均的定位信号测量值以及每个发射群内所有天线单元的平均位置接下来提供给观测接收机定位算法，准备在有足够的可见定位单元装置时产生位置解。
e)从每个发射群选取大致相干的唯一定位信号并使用距离估算器算法估计最佳距离测量值，如最小平方回归，权值最小平方回归，权值平均，滤波估算，平滑估算和相似的对精通该领域的人士熟知的技术。这些估算的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值和选取的天线单元的位置的最佳拟合估算接下来提供给观测接收机定位算法，准备在有足够的可见定位单元装置时产生位置解。
f)从每个发射群选取大致相干的唯一定位信号，把它们组合并平均得到平均的定位信号测量值，然后送给RAIM(自主完整性监测)定位算法。如有冗余的可见定位单元装置，RAIM算法选取可用的被多径破坏最小的定位信号并把这些最佳信号用在位置解中。
g)从每个发射群选取大致相干的唯一定位信号，把它们组合并平均得到平均定位信号测量值，然后送给观测接收机定位算法。观测接收机定位算法包括任何合适产生最佳拟合的位置解的的数学算法，比如卡曼滤波器。定位算法使用来自所有可见定位单元装置的能用于定位算法的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值来估算来自定位单元装置的最佳距离测量值。每个发射群内的每个发射天线单元的位置也被提供给观测接收机定位算法，协助得到每个发射天线单元和观测接收天线之间的精确伪距和积分载波相位(ICP)的测量值。
h)从每个发射群选取大致相干的唯一定位信号，送给观测接收机距离估算器算法来产生最佳的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值。这些最佳定位信号测量值接下来送给使用RAIM(自主完整性监测)算法的观测接收机定位算法。如有冗余的可见定位单元装置，RAIM算法选取可用的被多径破坏最小的定位信号并把这些最佳信号用在位置解中。
i)从每个发射群选取大致相干的唯一定位信号，送给观测接收机距离估算器算法来产生最佳的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值。这些最佳的定位信号测量值接下来送给观测接收机定位算法，观测接收机定位算法使用任何合适产生最佳拟合的位置解的的数学算法，比如卡曼滤波器。定位算法使用来自所有可见定位单元装置的能用于定位算法的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值来估算来自定位单元装置的最佳距离测量值。每个发射群内的每个发射天线单元的位置也被提供给观测接收机定位算法，协助得到每个发射天线单元和观测接收天线之间的精确伪距和积分载波相位(ICP)的测量值。
上面描述的任何实施例的组合都在本发明的大范围之内。比如，大体相干的定位信号可以用最佳拟合距离估算器算法来预处理，然后再用最佳拟合定位算法处理，然后再送给RAIM(自主完整性监测)算法。
群成员间距在空间分布的发射群里没有最小成员间距。成员放得越靠近，各个伪随机码(PRN)的多径相干性越大，得到的空间离散性越小。最大的成员间距由预期的最小发射群和观测接收机的距离决定。为了得到更好的结果，发射群内的每个天线单元到观测接收机的单位矢量必须保持大致相等。和观测接收机放置接近相比一个观测接收机放置离发射群越远单位矢量会有越大的相似性。如果观测接收机距离很大，发射天线单元间几个波长的间距是可行的。在首选的实施例中，一组天线单元以半个载波波长的间距放置可以使空间离散性最大而单位矢量偏差最小。如果载波频率为2.4Ghz，这代表天线单元间距基于60mm。
发射群实施例所有以上描述的接收机实施例也可用于任何形式的发射群。一个发射群可以配置来使用，但不限于，空间，频率和极化分集。此外，发射群可以配置来使用空间，频率和极化分集的任何组合。发射群的三个实施例如下a)空间分集的发射群-一个定位单元装置被配置来从若干空间分布的天线单元发射若干同步的唯一定位信号。天线单元被放置以便相对于观测接收机有大致相等的几何距离和单位矢量，每个单元放在已知的位置并发射唯一定位信号。首选的天线单元间距是半个载波波长。首选地，同步的唯一定位信号以相同的载波频率发射伪随机码(PRN)。
b)频率分集的发射群-一个定位单元装置被配置来以若干频率发射若干同步的唯一定位信号，每个唯一定位信号以不同的频率发射。若干定位信号通过一个放在已知位置的天线单元发射。首选地，同步的唯一定位信号以不同的载波频率发射伪随机码(PRN)。
c)极化分集的发射群-一个定位单元装置被配置来从若干正交极化的天线单元发射若干同步的唯一定位信号。天线单元被放置以便相对于观测接收机有大致相等的几何距离和单位矢量，每个单元放在已知的位置并发射唯一定位信号。首选地，天线单元放置地互相靠近，同步的唯一定位信号以相同的载波频率发射伪随机码(PRN)。
在首选的实施例中同步的唯一伪随机码(PRN)同时从定位单元装置产生，同时从发射群内的每个天线单元发射。在可选的实施例中，同步的唯一伪随机码(PRN)顺序的从定位单元装置产生，并顺序的从发射群内的每个天线单元按一个码分多址(CDMA)方案发射，以便每个单元在不同的时间槽发射唯一伪随机码(PRN)。
群确定观测接收机，在捕获唯一定位信号后，首先确定每个发射群的定位信号。观测接收机接收每个唯一定位信号和包含在里面的导航数据来决定每个发射天线单元的位置。观测接收机确定哪些发射天线单元位置互相靠近，是否发射天线单元具有相对观测接收机大致相等的单位矢量和几何距离。观测接收机把相对观测接收机具有大致相等的单位矢量和几何距离的发射天线单元看作一个发射群。而且，每个唯一定位信号在导航数据信息中发射身份数据，这就让每个唯一定位信号和某个发射群关联起来。观测接收机接收并解释这个群身份数据，把每个唯一定位信号和每个发射群关联起来。
接收群唯一定位信号通过分集接收天线单元被观测接收机接收分别通过单独的接收通道被解释，并建立起若干不同的定位信号。由于每个接收天线单元到发射机的单位矢量和几何距离大致相等，这些不同的定位信号在没有多径的环境下具有大致相干的测量值。但是，在多径环境下，从各个接收天线单元接收到的定位信号在观测接收机上具有不相干的定位测量值。这种不相干是由于观测接收机从接收天线单元测量到不同反射路径的信号，当和相应的直接信号组合在一起，就产生了每个定位信号不同的距离和信号强度测量值。定位信号间不相干的强弱因多径环境的强弱而不同。
本发明阐述了在定位系统中通过从若干空间分布的接收天线单元接收一个唯一定位信号，或从若干极性分集的接收天线单元接收一个唯一定位信号来抑制码和载波相位的多径。所有的接收天线单元被放置以便相对发射信号具有大致相等的几何距离和单位矢量，每个接收天线单元间的放置关系是已知的，各自接收相同的唯一定位信号。首选地，所有的接收天线单元以半个载波波长或更短的间距放置。观测接收机配置来单独接收，跟踪，解释若干不同的定位信号，以便抑制多径对定位精度的有害影响。
现在参看图4，图中四个定位单元装置401，402，403和404每个配备单只发射天线单元405，406，407和408，并发射四个同步的唯一定位信号409，410，411和412。一个空间分集的接收群413由四个空间分布接收天线单元414，415，416和417组成。在观测接收机422接收天线单元414，415，416和417分别和单独的接收机路径418，419，420和421连接。接收机路径418，419，420和421和公共接收机时钟423同步并连接到处理单元424。和接收机路径418，419，420和421连接的接收天线单元414，415，416和417从每个接收到的唯一定位信号409，410，411和412产生不同的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值，并从可见的四个定位单元装置401，402，403和404产生16个不同的定位信号。处理单元424配置来接收这16个不同的定位信号，并1.把所有收到的不同定位信号的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值提供给观测接收机定位算法，用来在有足够的可见定位单元装置时产生超定的位置解。每个接收群内的每个接收天线单元的位置也被提供给观测接收机定位算法，协助得到每个发射天线单元和观测接收机接收群之间的精确伪距和积分载波相位(ICP)的测量值。
2.把所有收到的不同定位信号的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值提供给采用接收机RAIM(自主完整性监测)算法的观测接收机定位算法。有了足够的可见定位单元装置，RAIM算法从每个定位单元装置发射群中选取被多径破坏最小的定位信号并把这些最佳信号用在位置解中。每个接收群内的每个接收天线单元的位置也被提供给观测接收机定位算法，协助得到每个发射天线单元和观测接收机接收群之间的精确伪距和积分载波相位(ICP)的测量值。
3.把所有收到的不同定位信号的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值提供给采用合适的数学算法产生最佳拟合的位置解的观测接收机定位算法，比如卡曼滤波器。定位算法使用来自所有可见定位单元装置的能用于定位算法的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值来估计来自定位单元装置的最佳距离测量值。每个接收群内的每个接收天线单元的位置也被提供给观测接收机定位算法，协助得到每个发射天线单元和观测接收机接收群之间的精确伪距和积分载波相位(ICP)的测量值。
4.组合并平均所有接收到的来自每个定位单元装置的不同定位信号的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值得到平均的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值。这些平均的定位信号测量值以及每个接收群内所有天线单元的平均位置接下来提供给观测接收机定位算法，准备在有足够的可见定位单元装置时产生位置解。
5.把所有收到的来自一个接收群的不同定位信号的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值提供给观测接收机距离估算器算法。距离估算器算法在把最佳伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值送给观测接收机定位算法之前从一个接收群估计最佳的距离测量值。距离估算器算法可以包括任何适合的可以产生最佳解的数学算法，如最小平方回归，权值最小平方回归，权值平均，滤波估算，平滑估算和相似的对精通该领域的人士熟知的技术。这些最佳的定位信号测量值以及接收群内所有天线单元的最佳位置接下来提供给观测接收机定位算法，准备在有足够的可见定位单元装置时产生位置解。
6.通过比较从一组信号选取的信息确定来自每个群的所有收到的唯一定位信号之间的相干性，这组信号包括同相和正交(I/Q)的载波跟踪环路测量值，伪随机码跟踪环路测量值，伪距，积分载波相位(ICP)测量值，多普勒测量值，接收信号强度。
a)从每个定位单元装置选取大致相干的唯一定位信号提供给观测接收机定位算法，准备在有足够的可见定位单元装置时产生位置解。接收群内的每个选取的接收天线的位置也可以提供给观测接收机定位算法，这样可以确定精确的伪距和积分载波相位(ICP)测量值。
b)从每个定位单元装置选取大致相干的唯一定位信号提供给采用接收机RAIM(自主完整性监测)算法的观测接收机定位算法。有足够的可见定位单元装置，RAIM从每个定位单元装置选取被多径破坏最小的定位信号并把这些最佳信号用在位置解中。每个接收群内的每个接收天线单元的位置也被提供给观测接收机定位算法，协助得到每个发射天线单元和观测接收天线之间的精确伪距和积分载波相位(ICP)的测量值。
c)从每个定位单元装置选取大致相干的唯一定位信号提供给采用合适的数学算法产生最佳拟合的位置解的观测接收机定位算法，比如卡曼滤波器。定位算法使用来自所有可见定位单元装置的能用于定位算法的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值来估计来自定位单元装置的最佳距离测量值。每个接收群内的每个接收天线单元的位置也被提供给观测接收机定位算法，协助得到每个发射天线单元和观测接收机接收群之间的精确伪距和积分载波相位(ICP)的测量值。
d)从每个定位单元装置选取大致相干的唯一定位信号用来组合并平均伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值得到平均的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值。这些平均的定位信号测量值以及每个接收群内所有天线单元的平均位置接下来提供给观测接收机定位算法，准备在有足够的可见定位单元装置时产生位置解。
e)从每个定位单元装置选取大致相干的唯一定位信号并使用距离估算器算法估计最佳距离测量值。如最小平方回归，权值最小平方回归，权值平均，滤波估算，平滑估算和相似的对精通该领域的人士熟知的技术。这些估计的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值和选取的天线单元的位置的最佳估计接下来提供给观测接收机定位算法，准备在有足够的可见定位单元装置时产生位置解。
f)从每个定位单元装置选取大致相干的唯一定位信号，把它们组合并平均得到平均定位信号测量值，然后送给RAIM(自主完整性监测)算法定位算法。如有冗余的可见定位单元装置，RAIM算法选取可用的被多径破坏最小的定位信号并把这些最佳信号用在位置解中。
g)从每个定位单元装置选取大致相干的唯一定位信号，把它们组合并平均得到平均定位信号测量值，然后送给观测接收机定位算法。观测接收机定位算法包括任何合适产生最佳拟合的位置解的的数学算法，比如卡曼滤波器。定位算法使用来自所有可见定位单元装置的能用于定位算法的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值来估计来自定位单元装置的最佳距离测量值。每个接收群内的每个发射天线单元的位置也被提供给观测接收机定位算法，协助得到每个发射天线单元和观测接收机接收群之间的精确伪距和积分载波相位(ICP)的测量值。
h)从每个定位单元装置选取大致相干的唯一定位信号，送给观测接收机距离估算器算法来产生最佳伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值。这些最佳定位信号测量值再送给使用RAIM(自主完整性监测)算法的观测接收机定位算法。如有冗余的可见定位单元装置，RAIM算法选取可用的被多径破坏最小的定位信号并把这些最佳信号用在位置解中。
i)从每个定位单元装置选取大致相干的唯一定位信号，送给观测接收机距离估算器算法来产生最佳伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值。这些最佳定位信号测量值再送给观测接收机定位算法，观测接收机定位算法使用任何合适产生最佳拟合的位置解的的数学算法，比如卡曼滤波器。定位算法使用来自所有可见定位单元装置的能用于定位算法的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值来估计来自定位单元装置的最佳距离测量值。每接收群内的每个接收天线单元的位置也被提供给观测接收机定位算法，协助得到每个发射天线单元和观测接收机接收群之间的精确伪距和积分载波相位(ICP)的测量值。
上面描述的任何实施例的组合都在本发明的大范围之内。比如，大体相干的定位信号可以用最佳拟合距离估算器算法来预处理，然后再用最佳拟合定位算法处理，然后再送给RAIM(自主完整性监测)算法。
接收机解释观测接收机配置来从定位信号群接收和解释若干唯一和/或离散的定位信号。观测接收机根据当前跟踪的定位信号的数量分配接收通道。观测接收机依次捕获并自主地通过独立的跟踪通道跟踪每个定位信号。这种自主的定位信号跟踪可以对一个定位信号群中每个定位信号进行独立的测量，任何定位信号测量值都不会受到临近的受多径破坏的定位信号的影响。从一个定位信号群中得到的定位信号数量越多，距离测量完整性越好。
现在参看图5，图中一个由四个按时序同步的定位单元装置501，502，503和504组成的网络，每个分别配备空间分布的发射群505，506，507和508，以相同载波频率发射。第一个发射群505通过空间分布的天线单元513，514，515和516发射四个同步的唯一伪随机码(PRN)509，510，511和512。第二个发射群506通过空间分布的天线单元521，522，523和524发射四个同步的唯一伪随机码(PRN)517，518，519和520。第三个发射群507通过空间分布的天线单元529，530，531和532发射四个同步的唯一伪随机码(PRN)525，526，527和528。第四个发射群508通过空间分布的天线单元537，538，539和540发射四个同步的唯一伪随机码(PRN)533，534，535和536。所有空间分布的天线单元513，514，515，516，521，522，523，524，529，530，531，532，537，538，539和540被放在已知的位置，每个单元以相同的载波频率发射唯一定位信号。观测接收机541通过接收天线542接收来自四个空间分布的发射群505，506，507和508发射的16个同步的唯一伪随机码(PRN)509，510，511，512，517，518，519，520，525，526，527，528，533，534，535和536。在每个发射群505，506，507和508和接收天线542之间，每个发射群505，506，507和508产生的同步的唯一伪随机码(PRN)的单位矢量543，544，545和546以及几何距离547，548，549和550大体是相等的。
观测接收机541需要足够的可见定位单元装置来求得位置解。首选地，观测接收机541利用至少三个定位单元装置来求二维位置解或至少四个定位单元装置来求三维位置解。但是，观测接收机541利用少于三个定位单元装置求解位置解也在本发明的大范围之内。观测接收机541配置来把所有唯一定位信号509，510，511，512，517，518，519，520，525，526，527，528，533，534，535和536送给观测接收机定位解算法551，以便确定(a)超定的位置解，(b)使用RAIM的位置解，(c)位置估计算法如卡曼滤波器过滤的位置解，(d)任何这些方法的组合。
现在参看图6，图中一个由四个按时序同步的定位单元装置601，602，603和604组成的网络，每个分别配备空间分布的发射群605，606，607和608，以相同载波频率发射。第一个发射群605通过空间分布的天线单元613，614，615和616发射四个同步的唯一伪随机码(PRN)609，610，611和612。第二个发射群606通过空间分布的天线单元621，622，623和624发射四个同步的唯一伪随机码(PRN)617，618，619和620。第三个发射群607通过空间分布的天线单元629，630，631和632发射四个同步的唯一伪随机码(PRN)625，626，627和628。第四个发射群608通过空间分布的天线单元637，638，639和640发射四个同步的唯一伪随机码(PRN)633，634，635和636。所有空间分布的天线单元613，614，615，616，621，622，623，624，629，630，631，632，637，638，639和640被放在已知的位置，每个单元以相同的载波频率发射唯一定位信号。观测接收机641通过接收天线642接收来自四个空间分布的发射群605，606，607和608发射的16个同步的唯一伪随机码(PRN)609，610，611，612，617，618，619，620，625，626，627，628，633，634，635和636。在每个发射群605，606，607和608和接收天线642之间，每个发射群605，606，607和608产生的同步的唯一伪随机码(PRN)的单位矢量643，644，645和646以及几何距离647，648，649和650大体是相等的。
观测接收机641需要足够的可见定位单元装置来确定位置解。首选的，观测接收机641利用至少三个定位单元装置来求二维位置解或至少四个定位单元装置来求三维位置解。但是，观测接收机641利用少于三个定位单元装置求解位置解也在本发明的大范围之内。观测接收机641配置来把唯一定位信号609，610，611，612送给第一个预处理算法652，把唯一定位信号617，618，619，620送给第二个预处理算法653，把唯一定位信号625，626，627，628送给第三个预处理算法654，把唯一定位信号633，634，635和636送给第四个预处理算法655。预处理算法652，653，654，655处理收到的集群定位信号，利用(a)一个平均算法产生每个群的平均伪距，(b)一个距离估算器算法产生每个群的最佳拟合伪距的估计，(c)一个相干决定算法从每个群里选取大致相干的伪距，(d)任何这些方法的组合。预处理后的定位信号接下来送到观测接收机算法651，来确定(a)超定的位置解，(b)使用RAIM的位置解，(c)位置估计算法如卡曼滤波器过滤的位置解，(d)任何这些方法的组合。
现在参看图7，图中四个定位单元装置701，702，703和704每个配备单独的放在已知位置的发射天线单元705，706，707和708，并发射四个同步的唯一定位信号709，710，711和712。一个空间分集的接收群713由四个空间分布接收天线单元714，715，716和717组成。在观测接收机722接收天线单元714，715，716和717分别和单独的接收机路径718，719，720和721连接。接收机路径718，719，720和721和公共接收机时钟723同步。和接收机路径718，719，720和721连接的接收天线单元714，715，716和717从每个接收到的唯一定位信号709，710，711和712产生不同的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值，并从可见的四个定位单元装置701，702，703和704产生16个不同的定位信号。
观测接收机722需要足够的可见定位单元装置来求得位置解。首选地，观测接收机722利用至少三个定位单元装置来求二维位置解或至少四个定位单元装置来求三维位置解。但是，观测接收机722利用少于三个定位单元装置求解位置解也在本发明的大范围之内。观测接收机722配置来把所有唯一定位信号709，710，711，712送给观测接收机定位解算法724，以便确定(a)超定的位置解，(b)使用RAIM的位置解，(c)位置估计算法如卡曼滤波器过滤的位置解，(d)任何这些方法的组合。
现在参看图8，图中四个定位单元装置801，802，803和804每个配备单独的放在已知位置的发射天线单元805，806，807和808，并发射四个同步的唯一定位信号809，810，811和812。一个空间分集的接收群813由四个空间分布接收天线单元814，815，816和817组成。在观测接收机822接收天线单元814，815，816和817分别和单独的接收机路径818，819，820和821连接。接收机路径818，819，820和821和公共接收机时钟823同步。和接收机路径818，819，820和821连接的接收天线单元814，815，816和817从每个接收到的唯一定位信号809，810，811和812产生不同的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值，并从可见的四个定位单元装置801，802，803和804产生16个不同的定位信号。
观测接收机822需要足够的可见定位单元装置来确定位置解。首选地，观测接收机822利用至少三个定位单元装置来求二维位置解或至少四个定位单元装置来求三维位置解。但是，观测接收机822利用少于三个定位单元装置求解位置解也在本发明的大范围之内。观测接收机822配置来把来自第一个接收天线814的唯一定位信号809，810，811，812送给第一个预处理算法825，来自第二个接收天线815的唯一定位信号809，810，811，812送给第二个预处理算法826，来自第三个接收天线816的唯一定位信号809，810，811，812送给第三个预处理算法827，来自第四个接收天线817的唯一定位信号809，810，811，812送给第四个预处理算法828。预处理算法825，826，827，828处理收到的集群定位信号，利用(a)一个平均算法产生每个群的平均伪距，(b)一个距离估算器算法产生每个群的最佳拟合伪距的估计，(c)一个相干决定算法从每个群里选取大致相干的伪距，(d)任何这些方法的组合。预处理后的定位信号接下来送到观测接收机算法824，来确定(a)超定的位置解，(b)使用RAIM的位置解，(c)位置估计算法如卡曼滤波器过滤的位置解，(d)任何这些方法的组合。
图1-8，为说明清楚，图例使用了确定数量的定位信号和天线群天线单元，但是对定位信号和天线群天线单元的数量并没有相干的限制。而且，因为大量定位信号被集群系统发射和接收，接收机不需要根据本发明一样接收每个发射的信号。冗余度的相干级别是和先有定位系统不同的。
定位信号测量值在本发明范围内，特别关注定位信号的伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒和信号强度测量值。但是从定位信号获得的和用于推断定位信号完整性的任何其他定位信息也落入本发明的大范围内。比如，观测接收机载波跟踪环路的同相和正交(I/Q)测量值，或观测接收机伪随机码(PRN)延时锁相环路(DLL)的前后相关跟踪臂测量值可以进一步用作定位信号完整性指示器，所以也在本发明的大范围内。
伪距测量值是从接收到的伪随机码(PRN)和观测接收机内部产生的伪随机码(PRN)相关得到的。这个过程本身是充满噪音的而且受到多径的严重影响。传统用于改进这种本身是充满噪音的测量值的方法包括增加伪随机码(PRN)的码率来减少伪距，与此同时抑制了多径。但是，增加的码率也会增加RF带宽，接收机功耗和接收机复杂度。本发明阐述了一种系统和方法以便若干具有大致相等的单位矢量和几何距离的分散的唯一的和/或离散的定位信号并行的被解释来减小瞬时伪距噪音并抑制多径而无须受到更快码率的约束。
多普勒，在本发明范围内，是定位单元设备和观测接收机之间相对运动的测量值。多普勒使用观测接收机每个跟踪通道的载波跟踪环路数控振荡器(DCO)的值来测量。载波跟踪环路数控振荡器(DCO)通过参考观测接收机本地时钟来跟踪并测量观测接收机相对每个定位单元设备的速度。这意味着数控振荡器(DCO)也可以跟踪共模时钟偏差。在没有多径时一个群的所有多普勒测量值是大致相等的，和用户运动或共模时钟偏差无关。在多径环境下，载波跟踪环路数控振荡器(DCO)很容易不稳定，因为反射信号破坏性的抵消造成相位和信号强度大幅度的波动。有了无多径时一个群的所有多普勒测量值是大致相等的知识，可以在多径时精确估算正确的数控振荡器(DCO)的值。通过比较所有来自一个群的数控振荡器(DCO)的瞬时采样值可以在每个测量时刻确定大致相干和/或最佳拟合的数控振荡器(DCO)值。
积分载波相位(ICP)是累积多普勒测量值得到的，用于观测接收机确定精确的距离变化量的测量值。所以大致相干和/或最佳拟合的数控振荡器(DCO)值给确定精确的积分载波相位(ICP)测量值带来明显的好处。
信号强度测量值确定观测接收机跟踪接收定位信号的能力。如果信号强度减弱到预定值以下，观测接收机对定位信号的跟踪会到达边缘或彻底丢失。如果接收机移动到了距发射源相当长的距离以外，或破坏性的多径反射造成了信号强度降低，这种情况会发生。一台只能使用来自发射源一个信号的观测接收机不可能确定是超过了发射源的范围还是多径衰减。在没有多径时，来自一个群的接收信号强度大致相等，和发射源与观测接收机的距离相比群内每个天线单元的距离是相对很小的。但是，在多径环境下，信号强度可以前差万别，有了在无多径时一个群的所有信号强度值是大致相等的知识，可以比较群的所有信号强度值并确定大致相干和/或最佳拟合的信号强度值来估计正确的信号强度值。进一步，信号强度低于大致相干和/或最佳拟合的信号强度值的可以认为是受多径影响的而不用考虑是距离的原因。
定位信号测量值的组合可以用于估算定位信号相干性。比如，来自一个群的大致相干的数控振荡器(DCO)值可以和大致相干的信号强度值比较来提高相干完整性。
大致相干的定位信号大致相干的定位信号定义为观测接收机接收并解释的定位信号产生大致相似的测量值。观测接收机产生的测量值的例子包括，但并不限于，伪距，积分载波相位(ICP)，多普勒，信号强度和跟踪环路同相和正交(I/Q)值。首选使用数学过程来选取大致相似的测量值，比如计算测量值间的差，把差值和临界值或公差比较，谱分析，卷积，相关，傅立叶变换分析或者其它被擅长数学相干技术的人熟知的能观测相干性的技术。特定的判别相干的值由本发明每个特定的实施例的设计方案决定。这里只是给个示例，相互间伪距测量值的公差设为1m就认为码相干，相互间积分载波相位(ICP)测量值的公差设为0.1个载波周就认为载波相干，相互间积分跟踪环路数控振荡器(DCO)值的公差设为0.1赫兹就认为多普勒相干，相互间接收信号强度的公差设为1分贝就认为信号强度相干。公差值的分配依据系统配置和用户需求而不同，这样每个观测接收机可以单独设置。比如，系统配置指定每个发射群中可用的定位信号数量，从而决定观测接收机预处理和/或定位算法要使用的观测值的数量。观测值数量越多，相干完整性就越好，分配的公差值就可以越小。用户需求也会各不相同。一些用户为了系统可用性会放弃群一致性(比如多径条件下系统精度)，而其他用户会选取更好的群一致性来得到更好的系统完整性。
分集分集无线电线路可以建立在发射端或接收端，或是同时在发射端和接收端。发射分集首选使用空间，频率和极化方法(如下描述)来实现，尽管其它形式的分集也可以使用并且在本发明的大范围内。
a)发射空间分集需要若干天线单元放在一起(首选半个载波波长或更短)，每个单元放在已知的位置，发射一个同步的唯一定位信号。
b)发射频率分集需要放在已知位置的一个天线单元发射若干频率，每个频率发射一个同步的唯一定位信号。
c)发射频率分集需要若干不同极化的天线单元放在一起(首选半个载波波长或更短)，每个单元放在已知的位置，发射一个同步的唯一定位信号。
空间，频率和极化分集可以组合来产生更强的分集。比如一个空间分布的同时具有不同极化特性的天线单元群以若干频率发射若干同步的唯一定位信号。
接收分集首选使用空间，频率和极化方法(如下描述)来实现，尽管其它形式的分集也可以使用并且在本发明的大范围内。
a)接收空间分集需要若干天线单元放在一起(首选半个载波波长或更短)，每个单元接收和跟踪一个同步的唯一定位信号。
b)接收频率分集需要单独接收若干以若干频率发射的同步的唯一定位信号。
c)接收频率分集需要若干不同极化的天线单元放在一起(首选半个载波波长或更短)，每个单元接收和跟踪一个同步的唯一定位信号。
空间，频率和极化分集可以组合来产生更强的多样性。比如一个空间分布的同时具有不同极化特性的天线单元群，每个接收若干频率上的若干同步的唯一定位信号。
本发明进一步可以实现以上描述的分集无线电线路方法的任何组合以便增强分集。这些方法包括单一频率的分集组合和多个频率的分集组合。单一频率的分集组合中，观测接收机解释若干以同一频率发射的唯一定位信号。定位信号在一个频率上发射的好处是不会受到变化的群延时的影响而这是多频系统固有的。单频的分集组合包括a)空间分集的发射群发射若干同步的唯一定位信号给空间分集的接收群。
b)空间分集的发射群发射若干同步的唯一定位信号给极化分集的接收群。
c)极化分集的发射群发射若干同步的唯一定位信号给极化分集的接收群。
d)极化分集的发射群发射若干同步的唯一定位信号给空间分集的接收群。
本发明也可以使用多频的分集组合发射给单个天线的观测接收机包括但不限于a)空间分集并结合频率分集的发射群发射若干同步的唯一定位信号给多频观测接收机的单个天线。
b)极化分集并结合频率分集的发射群发射若干同步的唯一定位信号给多频观测接收机的单个天线。
c)空间分集并结合极化分集的发射群发射若干同步的唯一定位信号给多频观测接收机的单个天线。
d)空间分集并结合极化分集的发射群和频率分集的发射群发射若干同步的唯一定位信号给多频观测接收机的单个天线。
多径影响指示器从群内测量的定位信号的不相干的程度可以用做多径影响指示器(MSI)。不足的群相干性显示出严重的多径影响，高度的群相干性显示轻微的多径影响。在具有冗余的定位单元设备信号时，观测接收机可以使用计算得到的多径影响指示器(MSI)以决定来自每个定位单元设备的多径影响，并选取受多径影响最小的定位单元设备送给定位算法。进一步，多径影响指示器(MSI)也用于多径完整性检测。如果来自所有群的所有定位信号显示不足的群一致性，一个警告提供给用户显示估算位置精度会降低。
周跳的探测和修复从一个群里选取大致相干和/或最佳定位信号的过程，如前面规范中描述的，消除了周跳。不过，为了完整起见，应当注意不具备上述接收机方法的接收系统可以使用群内接收信号的不一致来进行载波周跳探测和修复。通过比较群内接收信号并识别不一致来探测周跳a)积分载波相位(ICP)的半周或整周跳变，b)载波DCO值尖峰，c)伪距测量值尖峰，d)信号强度突发的衰减，e)载波跟踪环I/Q值突变。
当探测到周跳时，通过补回缺失的数个半周或整周以便和群内大致相干的定位的信号的测量值一致，积分载波相位(ICP)受影响通道的积分载波相位(ICP)可以被纠正。
当然，应当意识到，虽然通过本发明的示例给出了上述内容，但对于本技术领域的技术人员显而易见的所有这些和其它的修改和变更，被认为落入在此陈述的本发明的大范围内。
权利要求
1.一种用于定位系统距离测量中抑制多径的方法，所述方法包括a)从若干已知位置的天线单元发射若干同步的唯一定位信号；b)从观测接收机接收所述若干同步的唯一定位信号；c)从步骤b)收到的所述若干同步的唯一定位信号中确定具有相对于所述观测接收机大体相等的几何距离和单位矢量的信号；d)解释从步骤c)确定的信号来计算最佳的所述距离测量值。
2.根据权利要求1的方法，其中所述在步骤d)中解释信号包括选取大体相干的所述若干同步的唯一定位信号。
3.根据权利要求1的方法，其中所述在步骤d)中解释信号包括从所述若干同步的唯一定位信号中确定一个最佳拟合估计。
4.根据权利要求1的方法，其中所述在步骤d)中解释信号包括从所述若干同步的唯一定位信号中确定平均距离测量值。
5.根据权利要求1的方法，其中所述在步骤d)中解释信号包括使用以下一组技术中挑选的两种以上技术，包括(i)选取大体相干的所述若干同步的唯一定位信号；(ii)从所述若干同步的唯一定位信号中确定一个最佳拟合估计；(iii)从所述若干同步的唯一定位信号中确定平均距离测量值。
6.一种用于定位系统距离测量中抑制多径的系统，系统包括a)从若干已知位置的天线单元发射若干同步的唯一定位信号的装置；b)在观测接收机端接收所述若干同步的唯一定位信号的装置；c)从步骤b)收到的所述若干同步的唯一定位信号中确定哪些具有相对于所述观测接收机大体相等的几何距离和单位矢量的装置；d)解释从步骤c)确定的信号来计算最佳的所述距离测量值的装置。
7.根据权利要求6的系统，进一步配备用于选取所述大致相干的所述若干同步的唯一定位信号的装置。
8.根据权利要求6的系统，进一步配备用于确定所述若干同步的唯一定位信号的最佳拟合估计的装置。
9.根据权利要求6的系统，进一步配备用于确定所述若干同步的唯一定位信号的平均距离测量值的装置。
10.根据权利要求6的系统，进一步配备组合使用以下一组技术中挑选的两种以上技术的装置，包括a)选取大致相干的所述若干同步的唯一定位信号；b)确定所述若干同步的唯一定位信号的最佳拟合估计；c)确定所述若干同步的唯一定位信号的平均距离测量值。
11.一种用于观测接收机位置解中抑制多径的方法，方法包括a)从若干已知位置的天线单元发射若干同步的唯一定位信号；b)从所述观测接收机接收所述若干同步的唯一定位信号；c)确定从步骤b)收到的所述若干同步的唯一定位信号中哪些具有相对于观测接收机大致相等几何距离和单位矢量；d)解释从步骤c)确定的信号来计算最佳的所述距离测量值；e)处理所述最佳的距离测量值来确定所述位置解。
12.根据权利要求11的方法，其中所述在步骤d)中解释信号包括选取大体相干的所述若干同步的唯一定位信号。
13.根据权利要求11的方法，其中所述在步骤d)中解释信号包括从所述若干同步的唯一定位信号中确定一个最佳拟合估计。
14.根据权利要求11的方法，其中所述在步骤d)中解释信号包括从所述若干同步的唯一定位信号中确定一个平均距离测量值。
15.根据权利要求11的方法，其中所述在步骤d)中解释信号包括使用以下一组技术中挑选的两种以上技术a)选取大体相干的所述若干同步的唯一定位信号；b)从所述若干同步的唯一定位信号中确定一个最佳拟合估计；c)从所述若干同步的唯一定位信号中确定一个平均距离测量值；
16.根据权利要求11的方法，其中所述在步骤e)中处理包括一个接收机自主完整性监测算法。
17.根据权利要求11的方法，其中所述在步骤e)中处理包括一个卡曼滤波器或其它最佳拟合定位算法。
18.一种用于定位系统距离测量中抑制多径的方法，方法包括a)从若干已知位置的天线单元发射若干同步的唯一定位信号；b)通过相对于所述若干所述发射天线单元具有大体相等几何距离和单位矢量的所述若干接收天线单元，从观测接收机接收所述若干同步的唯一定位信号；c)解释从步骤b)收到的信号来计算最佳的所述距离测量值。
19.根据权利要求18的方法，其中所述在步骤c)中解释信号包括选取大体相干的所述若干同步的唯一定位信号。
20.根据权利要求18的方法，其中所述在步骤c)中解释信号包括从所述若干同步的唯一定位信号中确定一个最佳拟合估计。
21.据权利要求18的方法，其中所述在步骤c)中解释信号包括从所述若干同步的唯一定位信号中确定一个平均距离测量值。
22.根据权利要求18的方法，其中所述在步骤c)中解释信号包括使用以下一组技术中挑选的两种以上技术a)选取大体相干的所述若干同步的唯一定位信号；b)从所述若干同步的唯一定位信号中确定一个最佳拟合估计；c)从所述若干同步的唯一定位信号中确定一个平均距离测量值；
23.一种用于观测接收机位置解中抑制多径的方法，方法包括a)从若干已知位置的天线单元发射若干同步的唯一定位信号；b)通过相对于所述若干发射天线单元具有大体相等几何距离和单位矢量的所述若干接收天线单元，从观测接收机接收所述若干同步的唯一定位信号；c)解释从步骤b)收到的信号来计算最佳的所述距离测量值；d)处理所述最佳的距离测量值来确定所述位置解。
24.根据权利要求23的方法，其中所述在步骤c)中解释信号包括选取大体相关的所述若干同步的唯一定位信号。
25.根据权利要求23的方法，其中所述在步骤c)中解释信号包括从所述若干同步的唯一定位信号中确定一个最佳拟合估计。
26.根据权利要求23的方法，其中所述在步骤c)中解释信号包括从所述若干同步的唯一定位信号中确定一个平均距离测量值。
27.根据权利要求23的方法，其中所述在步骤c)中解释信号包括使用以下一组技术中挑选的两种以上技术a)选取大体相关的所述若干同步的唯一定位信号；b)从所述若干同步的唯一定位信号中确定一个最佳拟合估计；c)从所述若干同步的唯一定位信号中确定一个平均距离测量值。
28.根据权利要求23的方法，其中所述在步骤d)中处理包括一个接收机自主完整性监测算法。
29.根据权利要求23的方法，其中所述在步骤d)中处理包括一个卡曼滤波器或其它最佳拟合定位算法。
全文摘要
阐述了一种用于定位系统的分集系统，利用它在大致相同的位置发射和/或接收的若干定位信号被一台观测接收机接收并解释。观测接收机用来比较而后选取大致相干的定位信号，和/或建立被测定位信号的最佳拟合估计，以便精确的位置测量值可以在受多径影响的环境下被确定。
文档编号H04B1/10GK1768276SQ200480008862
公开日2006年5月3日 申请日期2004年3月30日 优先权日2003年3月31日
发明者戴维·司马尔 申请人:洛克达公司