视觉惯性测距姿态漂移校准的制作方法
相关申请案的交叉参考
本申请案请求2015年7月27日提交的标题为“视觉惯性测距姿态漂移校准(visualinertialodometryattitudedriftcalibration)”的美国临时申请案第62/197,510号、2016年3月4日提交的标题为“视觉惯性测距姿态漂移校准(visualinertialodometryattitudedriftcalibration)”的美国临时申请案第62/304,062号和2016年3月23日提交的标题为“视觉惯性测距姿态漂移校准(visualinertialodometryattitudedriftcalibration)”的美国非临时申请案第15/078,862号的权益和优先权。以上申请案全部让与给本受让人，且其全部以引用的方式并入本文中。
本文中所揭示的主题大体上涉及地面定位系统，且具体来说涉及用于使用视觉惯性测距(vio)对系统进行姿态和位移漂移校准的系统和方法。
背景技术：
先进的驾驶员辅助系统(adas)地图绘制和/或导航系统可使用车辆周围的360度水平图案中的光检测与测距(lidar)测量值的点云，其与先前获得的高准确度地理参考纹理图相关。作为一个实例，许多adas要求在1米或小于1米范围内的绝对准确度等级和在分米范围内的相对准确度(例如，某一时段内两个相继位置之间)。因此，为了维持准确度等级，常常频繁更新地图。
对于基于全球导航卫星系统(gnss)的地图绘制和/或导航系统，gnss准确度在城市峡谷中可能明显地降低，在所述城市峡谷中，多径效应可引发约为数十米(例如高达50米)的绝对位置误差和约若干米的相对位置误差。另外，由于良好gnss测量的有限可用性，准确度可能进一步降低。举例来说，对于使用载波相位来实现较高准确度的gnss测量，定位准确度取决于通过维持清晰视图获得的对至少四个卫星的恒定锁定，这由于环境条件(例如在城市峡谷中)而不太可能。另外，准确的gnss定位还依赖于附近参考接收器的存在，所述附近参考接收器在许多情境中可能不可用。在使用基于加速计或imu的惯性系统的情况下，惯性传感器漂移和其它偏差妨碍可靠和准确的位置确定。
技术实现要素：
在一些实施例中，一种针对用户设备(ue)的方法可包括：基于在第一时间(t1)来自卫星集合的gnss测量值确定ue在第一时间(t1)的第一绝对位置；在第二时间(t2)确定ue相对于第一绝对位置的第一位移估计值，其中所述第二时间(t2)在第一时间(t1)之后，其中使用非gnss测量值来确定所述第一位移估计值；以及在第二时间(t2)部分地基于以下确定ue相对于第一绝对位置的第二位移估计值：在第一时间(t1)来自所述卫星集合的gnss载波相位测量值，和在第二时间(t2)来自包括所述卫星集合中的两个或多于两个卫星的子集的gnss载波相位测量值，以及ue的第一位移估计值。
另一方面，一种用户设备(ue)可包括：能够执行gnss测量的gnss接收器；用以确定ue位移的至少一个非gnss位移传感器；用以存储gnss测量值和非gnss位移传感器测量值的存储器；以及耦合到gnss接收器和非gnss位移传感器的处理器。在一些实施例中，所述处理器可配置成：基于在第一时间(t1)来自卫星集合的gnss测量值确定ue在第一时间(t1)的第一绝对位置；在第二时间(t2)确定ue相对于第一绝对位置的第一位移估计值，其中所述第二时间(t2)在第一时间(t1)之后，其中使用来自至少一个非gnss位移传感器的非gnss测量值来确定所述第一位移估计值；以及在第二时间(t2)部分地基于以下确定ue相对于第一绝对位置的第二位移估计值：在第一时间(t1)来自所述卫星集合的gnss载波相位测量值，和在第二时间(t2)来自包括所述卫星集合中的两个或多于两个卫星的子集的gnss载波相位测量值，以及ue的第一位移估计值。
在另一方面，一种用户设备(ue)可包括：能够执行gnss测量的gnss接收装置；用以确定ue位移的至少一个非gnss位移感测装置；用于基于在第一时间(t1)来自卫星集合的gnss测量值确定ue在第一时间(t1)的第一绝对位置的装置；用于在第二时间(t2)确定ue相对于第一绝对位置的第一位移估计值的装置，其中所述第二时间(t2)在第一时间(t1)之后，其中使用通过非gnss位移感测装置确定的非gnss测量值来确定第一位移估计值；以及用于在第二时间(t2)部分地基于以下确定ue相对于第一绝对位置的第二位移估计值的装置：在第一时间(t1)来自卫星集合的gnss载波相位测量值，和在第二时间(t2)来自包括卫星集合中的两个或多于两个卫星的子集的gnss载波相位测量值，以及ue的第一位移估计值。
另一方面，一种非暂时性计算机可读媒体可包括指令，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器：基于在第一时间(t1)来自卫星集合的gnss测量值确定用户设备(ue)在第一时间(t1)的第一绝对位置；在第二时间(t2)确定ue相对于第一绝对位置的第一位移估计值，其中所述第二时间(t2)在第一时间(t1)之后，其中使用非gnss测量值来确定第一位移估计值；以及在第二时间(t2)部分地基于以下确定ue相对于第一绝对位置的第二位移估计值：在第一时间(t1)来自卫星集合的gnss载波相位测量值，和在第二时间(t2)来自包括卫星集合中的两个或多于两个卫星的子集的gnss载波相位测量值，以及ue的第一位移估计值。
所揭示的方法可由ue(包含移动台、移动装置等)使用gnss信号(包含载波相位测量值)、视觉惯性测距的组合结合地面无线系统(包含lpp、lppe或其它协议)执行。所揭示的实施例还涉及由处理器使用非暂时性计算机可读媒体或计算机可读存储器创建、存储、存取、读取或修改的软件、固件及程序指令。
附图说明
图1展示说明根据所揭示实施例的能够支持位置确定的ue的某些示范性特征的示意性框图。
图2展示能够将位置和/或导航服务提供到ue(包含位置辅助数据或位置信息的传送)的系统的架构。
图3a展示八个gnss人造卫星在一时间点的实例卫星分布图。
图3b展示具有ue100和一些gnss人造卫星的示范性城市环境的地图。
图4展示传统载波相位测量和根据本文中所揭示的一些实施例的示范性混合gnss-vio载波相位测量。
图5展示ue100，其可能处于沿着一路径在时间t1从位置p1移动而在时间t2到达位置p2的车辆中。
图6说明根据一些所揭示实施例的单差载波相位整数重建/反投影的实例。
图7展示点p1610与p2620之间的相对位移的vio或另一非gnss定位估计值可用于反投影和解算sv280-1和sv280-2的整数模糊度。
图8a和8b展示根据一些所揭示实施例的用于混合gnss-vio或混合gnss-非gnss位置确定的示范性方法800。
图9展示根据一些所揭示实施例的用于混合gnss-非gnss位置确定的示范性方法900。
具体实施方式
在例如adas(先进驾驶员辅助系统)应用的地图绘制和/或导航系统中，地图绘制和/或导航可使用绝对和相对定位两者的一或多个持续、可靠且准确的来源。adas地图绘制和/或导航系统可使用lidar测量和/或radar测量来获得相对位移估计值。术语“相对定位”或“相对位移”在本文中用以指代由单个地图绘制/导航实体(例如单个车辆或单个用户设备或单个移动台)在一时段内占据的两个位置之间的基线向量。在一些情况下，相对位移可在绝对参考系中进行表达。如上文所描述的“相对定位”因此不同于在一时间点两个相异接收器(例如参考接收器和漫游接收器)之间的瞬时基线向量。
一些所揭示实施例涉及使用组合视觉惯性测距(vio)与gnss的gnss-vio混合途径的基于时间的相对速度解。术语“测距(odometry)”指代基于来自传感器的测量值对位置随时间推移的改变的估计。在vio中，可逐帧追踪若干视觉特征，所述特征可用于确定相机相对运动的准确估计值。在一些实施例中，使用从通过替代(非gnss)传感器和/或技术进行的测量获得的相对位移和位置将符合质量参数但时间上分开(例如通过宽间隔测量时间窗)的可用gnss测量值(例如载波相位测量值)拼接在一起。gnss信号质量参数可包含(例如)可见gnss卫星子集是否存在视距(los)、因多径(mp)所致的gnss信号衰减的程度等。
可使用各种传感器/技术获得两个时间上分开的gnss定位位置之间的相对位移和位置，且其可包含使用相机/光学传感器所捕获的图像和/或惯性测量单元(imu)获得的测量值。两个gnss定位场合之间的相对位移和位置还可使用lidar或无线电检测与测距(radar)来确定。lidar指代通过照亮目标(例如，使用激光器或其它灯)和分析反射光测量距离的遥感技术。在一些实施例中，基于vio的技术可用于确定两个或多于两个位置之间的相对位移和位置，其中符合质量参数的gnss测量值可用。举例来说，在符合质量参数的gnss测量值在时间t1可用且随后在另一稍后时间t2可用但在t1与t2之间不可用的情况下，具有类似准确度的基于vio和/或替代传感器的技术则可用于确定时间t1与t2之间的相对位移和位置。在定位期间获得的时间上分开的gnss测量值可包含gnss载波相位测量值和/或gnss码相位测量值。
术语“多径”用以指代当ue接收直接与间接信号的混合或仅间接信号(非视距)时出现的误差。间接信号可来自周围建筑物或来自影响来自相对于地平线处于较低高度的卫星的信号的大气条件。所揭示实施例有助于当可见卫星的数目小于在传统(例如将4个或多于4个卫星用于三维(3d)模式)位置计算期间使用的数目时的相对运动与位置确定。
在一些实施例中，包含无多径的载波相位测量值的时间上分开的视距(los)gnss测量值可基于vio(例如)通过用相机或图像传感器进行航位推算而拼接在一起。在一些实施例中，gnss测量值在可用时还可用于校正vio漂移、偏移和未对准误差。在一些实施例中，测量值可通过将在例如时间t1收集的gnss测量值与来自另一传感器(例如相机和/或imu和/或lidar和/或radar和/或另一方法)或技术的测量值进行融合而拼接在一起，所述另一传感器或技术确定时间t1与另一时间t2之间的准确相对运动向量。在一些实施例中，可基于在时间t1的gnss测量值和时间t1与t2之间的准确相对运动向量来确定时间t2处的gnss测量值的参数。
一些所揭示实施例可被视为有助于使用从具有类似准确度的另一非gnss传感器/技术(例如基于vio/imu/lidar/radar)获得的相对位移信息进行在第一时间t1到另一第二时刻t2所收集的不连续gnss测量值的传输。在一些实施例中，可通过基于自从上一次定位测量的位移传播上一次定位来维持位置连续性。因此，在时间t1的定位可基于自从t1测量的位移而经传播到时间t2。在一些实施例中，可结合位置定位执行平移和/或旋转矩阵的计算以从局部非gnss/位移传感器参考系获得绝对参考系中的测量值。
在一些实施例中，可在t1和t2处收集符合质量参数的gnss载波相位测量值，基于vio的技术可用于确定时间t1与t2之间的位移，并且可针对gnss测量值执行载波相位整数模糊度解算。
在经典的实时运动学(rtk)中，同时从两个接收器收集gnss测量值：参考接收器和用以解算载波相位模糊度的漫游(移动)接收器。在经典rtk中，术语“相对定位”指代在一时间点两个相异接收器(例如参考接收器和漫游接收器)之间的瞬时基线向量。
在一些所揭示实施例中，来自同一接收器但在不同时间收集的数据可用于解算载波相位模糊度。作为一个实例，针对计算，ue在时间t1的位置p1可被视为“漫游接收器”位置，而ue在时间t2的位置p2可被视为“参考接收器”位置。
在一些实施例中，因为所揭示的技术可将vio测量相对位移严格约束到相对高的准确度等级，所以可有助于整数模糊度的快速解算。因此，在一些实施例中，可部分使用vio测量相对位移，以解算模糊度并且即使在出现周跳时也有助于实时位置确定。在一些实施例中，可使用游标原理(vernierprinciple)解算接收器占据的两个相继位置之间的载波相位模糊度。在所述维尼尔原理中，具有不同周期性或分度的两个标尺(例如基于vio和基于载波相位)可用于提高两个相继接收器位置之间的所测量位移的准确度。
所揭示实施例还解算与位置确定(例如由非同步gnss测量值产生的那些位置确定)、时间t1与t2之间的卫星运动、电离层延迟部分空间去相关、接收器时钟漂移等相关的其它偏差。在一些实施例中，所揭示的技术还可用于精确点定位(ppp)技术和/或与所述技术结合使用，所述精确点定位技术有助于使用单个gnss接收器进行高准确度的全球位置确定。
术语“用户装置(ud)”、“用户装备(ue)”在本文中可互换地使用且可指代一种装置，例如，蜂窝式或其它无线通信装置、个人通信系统(pcs)装置、个人导航装置(pnd)、个人信息管理器(pim)、个人数字助理(pda)、膝上型计算机或能够接收无线通信和/或导航信号的其它合适的移动装置。术语还旨在包含例如通过短程无线、红外线、有线连接或其它连接与个人导航装置(pnd)通信的装置，不管在所述装置或所述pnd处是否发生卫星信号接收、辅助数据接收和/或与位置有关的处理。ue可表示移动电话、记事本型计算机或膝上型计算机，或其可为收集用于提供实时位置和/或地图创建目的的测量值集合的车辆。
另外，术语ud、ue、“移动台”、“移动装置”或“目标”旨在包含所有装置，包含无线和缆线通信装置、计算机、膝上型计算机等，其能够例如通过因特网、wi-fi、蜂窝式无线网络、dsl网络、封包缆线网络或其它网络与服务器通信，且不管在所述装置处、在服务器处或在与所述网络相关联的另一装置处是否发生卫星信号接收、辅助数据接收和/或与位置有关的处理。以上各者的任何可操作的组合也被视为“用户装置”。
图1展示说明ue100的某些示范性特征的示意性框图，所述ue能够支持基于用以计算相对位移的基于gnss信号的测量值和基于传感器的测量值的组合的地图绘制，包含基于相机或其它图像的技术。另外，在一些实施例中，ue100还可通过组合基于图像的技术与gnss载波相位信号测量来支持基于混合gnss-vio的位置确定。术语“混合”用以指代使用基于位移传感器和/或vio的技术中的一或多者与基于gnss信号的技术的组合而以符合本文中所揭示实施例的方式执行位置确定。
ue100可例如包含一或多个处理器150、存储器130、收发器110(例如无线网络接口)及卫星定位系统(sps)接收器/gnss接收器140(在下文中，“gnss接收器140”)和光学传感器/相机180。在一些实施例中，ue100还可视情况或另外包含以下中的一或多者：磁力计、高度计、气压计和传感器组185(统称为传感器185)。在一些实施例中，ue100可包含惯性测量单元(imu)170、非暂时性计算机可读媒体160、显示器190和存储器130，其可使用一或多个连接120(例如，总线、线路、光纤链路等)可以操作方式彼此耦合。在某些实例实施方案中，ue100的全部或部分可采取芯片组和/或类似者的形式。
可使gnss接收器140能够接收与一或多个sps/gnss资源相关联的信号。接收的sps/gnss信号可存储在存储器130中和/或供处理器150用以确定ue100的位置。在一些实施例中，gnss接收器140可包含码相位接收器和载波相位接收器，其可测量与载波有关的信息。与其携载的伪随机噪声(prn)(码相位)序列相比频率通常高得多的载波可有助于更准确的位置确定。术语“码相位测量”指代使用粗略获取(c/a)码接收器的测量，其使用prn序列中所含有的信息计算ue100的位置。术语“载波相位测量”指代使用载波相位接收器的测量，其使用载波信号计算位置。载波信号可采取(例如针对gps)1575.42mhz下的信号l1(其携载状态消息和用于定时的伪随机码)和1227.60mhz下的l2信号(其携载更精确的军事伪随机码)的形式。
在一些实施例中，当符合质量参数的gnss信号可用时，载波相位测量可用于结合码相位测量和差分技术确定位置。载波相位测量与微分校正一起的使用可得到相对亚分米级位置准确度。在一些实施例中，当这类测量值可用时，ue可使用基于实时载波相位差分gps(cdgps)的技术或cdgps的变化形式确定ue在各个点和时间处的位置。所使用的术语“差分校正”常规上指代对由在已知位置处的参考站确定的载波相位测量值的校正。参考站处的载波相位测量值可用于估计可见卫星的卫星时钟偏差(例如部分未由导航消息校正)的残差。卫星时钟偏差经发射到“漫游接收器”，其使用所接收的信息校正其相应测量值。在一些实施例中，ue100在时间t1的位置p1可被视为“漫游接收器”位置，而ue在时间t2的位置p2可被视为“参考接收器”位置，并且差分技术可经应用以将由卫星时钟偏差引发的误差降到最低或去除。因为在时间t1和t2使用同一接收器，所以实际上不需要将数据从“参考”接收器(即在时间t1处的接收器)发射到“漫游”接收器(即在时间t2处的同一接收器)。在一些实施例中，代替在经典rtk中发生的漫游者与接收器之间的数据发射，局部数据缓冲操作可用于在时间t1和t2保存数据。
术语“差分技术”指代例如“单差分化”、“双差分化”等技术，其中限定词“单”、“双”等传统地指代差分化中使用的卫星的数目和两个接收器。
如关于本文中所揭示实施例所使用，“单差分化”指代从ue100处的在时间t1来自单个卫星s的gnss载波测量值减去ue100处的在时间t2来自同一卫星s的gnss载波相位测量值的误差降低技术。关于本文中描述的实施例所使用的术语“双差分化”指代时间t1与t2之间的载波相位双差可观测量，其可作为卫星s_i的以上单差载波相位可观测量与卫星s_j的以上单差载波相位可观测量之间的差获得。
收发器110可(例如)包含能够通过一或多种类型的无线通信网络发射一或多个信号的发射器112以及用以接收通过所述一或多种类型的无线通信网络发射的一或多个信号的接收器114。无线通信网络可包含(例如)无线广域网(wwan)(包含蜂窝式网络)和/或无线局域网(wlan)。
在一些实施例中，ue100可包括光学传感器(例如ccd或cmos传感器)和/或相机180。在一些实施例中，光学传感器可包含或耦合到具有相关联仪器(包含扫描仪、光检测器和接收器电子装置)的lidar单元/激光器。光学传感器/相机在下文中指代“相机180”。相机180可将光学图像转换为电子或数字图像，且可将所捕获图像发送到处理器150。举例来说，如图1b中所展示，在一些实施例中，相机180可分开地容纳，且可以操作方式耦合到ue100中的显示器190、处理器150和/或其它功能单元。
在一些实施例中，ue100还可包含惯性测量单元(imu)170。在一些实施例中，可包括3轴加速度计、3轴陀螺仪和/或磁力计的imu170可将速度、定向和/或与其它位置有关的信息提供到处理器150。在一些实施例中，imu170可配置成测量与相机180进行的每一图像帧的捕获和/或由ue100中的传感器185进行的测量同步的信息且输出所测量的信息。在一些实施例中，imu170的输出可部分地由处理器150用以确定ue100的位置及定向。
术语“非gnss位移传感器”在本文中用以指代可用于确定位移的传感器的任何组合。如本文中所使用的术语非gnss位移传感器可指代以下中的一或多者：imu、加速计、基于所捕获图像的视觉惯性测距(vio)、lidar等。术语“非gnss测量值”可指代来自以上传感器中的任一者的测量值。
在一些实施例中，ue100对gnss测量值的捕获在可用时可与相机180对图像的捕获同步和/或相关。另外，在一些实施例中，对非gnss测量值的捕获(例如，通过imu170)可与相机180/ue100对图像的捕获同步。在一些实施例中，imu测量值、gnss测量值和捕获的图像可带时间戳，且所述测量值和图像可基于时间戳彼此相关联。一或多个测量值与图像和/或与彼此的关联可与测量值/图像记录同时发生，和/或在基于与测量值相关联的时间戳的稍后时间点发生。
术语“测量值集合”用以指代由ue在测量位置在一时间点或在时间点的某一指定间隔内执行的信号测量。进行的信号测量可与地图绘制及/或位置确定有关。进行的信号测量也可取决于ue100、ue100的能力、环境特征和/或可用于ue100在特定位置/时间进行的测量的信号特征。通常，测量值集合可包括可用gnss测量值、vio测量值(例如基于所捕获图像或lidar测量值)和imu测量值，其中测量值集合中的每一元素可在时间点的某一指定时间间隔内经记录。由ue100所记录的测量值集合可存储在ue100上的存储器130中。
可使用硬件、固件和软件的组合来实施处理器150。在一些实施例中，处理器150可包含计算机视觉处理器(cvp)155，其可实施各种图像处理、vio和计算机视觉(cv)功能。
在一些实施例中，相机180可包含多个相机、前置及/或后置相机、广角相机，且还可并有ccd、cmos及/或其它传感器。可为照相机和/或摄像机的相机180可捕获环境的一系列2维(2d)静态和/或视频图像帧并将所捕获图像帧发送到处理器150。举例来说，相机180可捕获来自飞行时间相机的一系列3维(3d)图像或由立体、三焦或多焦相机所捕获的相关联2维(2d)帧对或多个2维(2d)帧。在一些实施例中，相机180可为可穿戴相机或可以操作方式耦合到ue100中的其它功能单元但与所述其它功能单元分开容纳的外部相机。在一个实施例中，由相机180捕获的图像可呈原始的未经压缩格式，且可在经处理和/或存储在存储器160中之前进行压缩。在一些实施例中，图像压缩可由处理器150(例如，由cvp155)使用无损或有损压缩技术执行。
在一些实施例中，相机180可为深度感测相机或可耦合到深度传感器。术语“深度传感器”用以指代可用以独立地和/或结合相机180获得环境的深度信息的功能单元。在一些实施例中，可包括rgbd相机，除了色彩(rgb)图像之外，当启用深度传感器时，其还可捕获每像素深度(d)信息。作为另一实例，在一些实施例中，相机180可采取3d飞行时间(3dtof)相机的形式。在具有3dtof相机180的实施例中，深度传感器可采取耦合到3dtof相机180的闪光灯的形式，所述闪光灯可照亮场景中的物件，且反射光可由相机110中的ccd/cmos传感器捕获。可通过测量光脉冲行进到物件且回到传感器所花时间来获得深度信息。在一些实施例中，ue100可包含或耦合到lidar传感器，其可提供测量值以估计ue100在两个位置之间的相对位移。
作为另一实例，深度传感器可采取耦合到相机180的光源的形式。在一个实施例中，光源可将可由一或多个窄频带的光组成的结构化或纹理化的光图案投影到场景中的物件上。随后可通过利用由物件的表面形状引起的经投影图案的几何失真来获得深度信息。在一个实施例中，可从向rgb相机注册的例如红外线结构光投影仪与红外线相机的组合的立体传感器获得深度信息。在一些实施例中，相机180可为能够捕获3维(3d)图像的立体相机。在另一实施例中，相机180可包含能够估计深度信息的深度传感器。举例来说，深度传感器可形成无源立体视觉传感器的部分，所述无源立体视觉传感器可使用两个或多于两个相机获得场景的深度信息。可使用捕获的场景中的两个相机共同的点的像素坐标连同相机位姿信息和/或三角测量技术来获得每像素深度信息。在一些实施例中，当深度传感器不在使用中时，可停用深度传感器。举例来说，当不使用时，可将深度传感器置于待用模式中或断电。在一些实施例中，处理器150可在一或多个时间点停用(或启用)深度感测。
处理器150还可执行软件以处理由相机180捕获的图像帧。举例来说，处理器150和/或cvp155可能够处理从相机180接收的一或多个图像帧以确定相机180和/或ue100的位姿、实施各种计算机视觉和图像处理算法和/或基于从相机180接收的图像执行vio。相机180的位姿指代相机180相对于参考系的位置及定向。在一些实施例中，可针对6自由度(6-dof)确定相机位姿，所述6自由度指代三个平移分量(其可由参考系的x、y、z坐标给定)和三个角度分量(例如，相对于同一参考系的横滚、俯仰和偏航)。
在一些实施例中，相机180和/或ue100的位姿可由处理器150使用基于相机180所捕获的图像帧的视觉追踪解决方案来确定和/或追踪。在一些实施例中，处理器150和/或cvp155可使用专用电路(例如专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)和/或专用处理器)实施。
在一些实施例中，cvp155可实施各种计算机视觉和/或图像处理方法，例如3d重建、图像压缩和滤波。cvp155还可实施基于计算机视觉的追踪、vio、基于模型的追踪、同时定位与地图绘制(slam)等。在一些实施例中，由cvp155实施的方法可基于相机180所捕获的色彩或灰度图像数据，其可用于产生相机的6-dof位姿测量的估计值。slam指代一类技术，其中在创建环境的地图(例如，正由ue100模型化的环境的地图)的同时追踪ue100相对于所述地图的位姿。slam技术包含视觉slam(vlsam)，其中由相机(例如，ue100上的相机180)俘获的图像可用以在创建环境的地图的同时追踪所述相机相对于所述地图的位姿。vslam可因此涉及在追踪相机的6dof位姿的同时还确定周围环境的3-d结构。在一些实施例中，上文概述的技术可识别所捕获图像帧中的突出特征块或关键点或特征描述符，其可在后续图像帧中进行追踪。图像特征描述符可采取此项技术中熟知的尺度不变特征变换(sift)、加速稳固描述符(surf)等的形式。确定的/存储的图像描述符可在稍后时点由图像或物件检测器用以确定ue的位姿。
可通过多种方式实现追踪ue100和/或相机180在中空间坐标系的位姿。举例来说，gnss信号在一些时段期间可能不可用。关于gnss信号的术语“不可用”用以指代以下中的一或多者：锁定的暂时丢失，和/或gnss信号的不连续性和/或中断；可不利地影响gnss信号的接收和/或可靠性的各种环境(包含大气、地理等)条件；和/或gnss信号的不可用性。在例如载波相位信号的gnss信号不可用或不可靠的情况下，例如在密集型户外环境(例如城市峡谷)中，这类追踪可使用基于vio的追踪(其在一些实施例中可使用视觉和惯性追踪系统的组合)进行。举例来说，相机180所捕获的图像可结合由imu170和/或传感器组185中的传感器(例如高度计、气压计磁力计等)进行的测量用以确定ue100及/或相机180的位姿。在另一实施例中，来自深度传感器的深度数据可部分地用以计算相机位姿，所述深度数据可结合相机180对深度图像的捕获而捕获。在一些实施例中，基于vio的技术可部分地用以校正imu170中的误差(例如偏差和漂移)。当可用时，gnsss坐标还可用以提供位置信息。
在一些实施例中，相机的位姿可用以重新校准imu170中的传感器，和/或补偿和/或去除与传感器185和/或imu170中的传感器的测量值的偏差。举例来说，imu170和/或传感器185可输出与ue100中的相机180对每一图像帧的捕获同步的经测量信息。当可(例如)基于图像准确地估计相机位姿(例如，图像中的一或多个对应特征点的成功检测)时，则可使用vio估计的相机位姿对由imu170和/或传感器185进行的测量应用校正，和/或重新校准imu170/传感器185，使得由imu170和/或传感器185进行的测量可更紧密地追踪经vio确定位姿。
在一些实施例中，混合vio追踪器可并有扩展的卡尔曼滤波器(ekf)，从而将各种输入提供到ekf以追踪相机180和/或ue100的位姿。卡尔曼滤波器(kf)为广泛使用的用于追踪及位姿估计的方法。具体来说，kf递归地对随时间推移的一系列噪声输入测量值进行操作以产生底层系统状态的统计上最佳的估计(其可包含对未知变量的估计)。ekf线性化非线性模型以有助于kf的应用。
另外，在一些实施例中，处理器150可进一步包括定位引擎(pe)156(在下文中，pe156)，其可使用来源于图像、传感器和由ue100独立地或结合所接收位置辅助数据进行的无线测量的信息来确定位置和/或对ue100的位置不确定性估计。pe156可使用软件、固件和/或专用电路(例如专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)和/或专用处理器(例如处理器150))实施。
另外，在一些实施例中，处理器150可包括位置辅助数据处理器(ladp)158(在下文中，ladp158)，其可处理包括多径和可见地图辅助信息、更新gnss卫星历书和/或星历表信息的位置辅助信息，其随后可供处理器150用以选择信号获取/测量策略和/或确定位置。在一些实施例中，处理器150/ladp158还可能够直接或结合图1中展示的一或多个其它功能块处理各种其它辅助信息，例如包含长期演进(lte)定位协议(lpp)或lpp扩展(lppe)消息的辅助信息。在一些实施例中，pe156和/或ladp158可用于获得ue100的初始绝对位置。
在一些实施例中，ue100可包含可在内部或外部的一或多个ue天线(未展示)。ue天线可用于发射和/或接收由收发器110和/或gnss接收器140处理的信号。在一些实施例中，ue天线可耦合到收发器110和gnss接收器140。在一些实施例中，可在ue天线和收发器110的连接点处执行由ue100接收(发射)的信号的测量值。举例来说，接收的(发射的)rf信号测量值的参考测量点可为接收器114(发射器112)的输入(输出)端和ue天线的输出(输入)端。在具有多个ue天线或天线阵列的ue100中，天线连接器可被视为表示多个ue天线的聚集输出(输入)的虚拟点。在一些实施例中，ue100可测量包含信号强度的所接收的信号，并且可由处理器150处理toa测量值和原始测量值。在一些实施例中，收发器110可包含和/或耦合到radar单元，其可用于获得非gnss位移测量值。
可取决于应用通过各种手段实施本文中所描述的方法。举例来说，可使用硬件、固件、软件或其任何组合中的模块来实施这些方法。对于硬件实施方案，处理器150可实施于一或多个专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理装置(dspd)、可编程逻辑装置(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子装置、经设计以执行本文中所描述的功能的其它电子单元，或其组合内。
对于固件和/或软体实施方案，可使用执行本文中所描述的功能的代码、程序、功能等等来实施所述方法。在实施本文中所描述的方法时，可使用任何有形地体现指令的机器可读媒体。举例来说，软件代码可存储在连接到处理器150并由所述处理器执行的非暂时性计算机可读媒体160或存储器130。存储器可实施在处理器单元内或处理器单元外部。如本文中所使用，术语“存储器”指代任何类型的长期、短期、易失性、非易失性或其它存储器，且不应限于任何特定类型的存储器或任何特定数目的存储器或上面存储存储器的特定类型的媒体。在一些实施例中，存储器130可保存程序代码，其有助于基于混合gnss-vio的位置确定、图像处理和由处理器150上的cm155、pe156和/或ladp158执行的其它任务。举例来说，存储器160可保存数据、gnss卫星测量值、捕获的静态图像、深度信息、视频帧、程序结果以及由imu170和传感器185提供的数据。
如果以固件和/或软件实施，那么功能可作为一或多个指令或程序代码存储在计算机可读媒体(例如，媒体160和/或存储器130)上。实例包含编码有计算机程序和与所述程序相关联或由所述程序使用的数据的计算机可读媒体。举例来说，包含其上存储的程序代码的计算机可读媒体可包含用以支持基于混合gnss-vio的位置确定的程序代码。
计算机可读媒体160包含物理计算机存储媒体。存储媒体可以是可由计算机存取的任何可用媒体。借助于实例而非限制，这类非暂时性计算机可读媒体可包括ram、rom、eeprom、cd-rom、闪存或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用以存储呈指令和/或数据形式的所要程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体；如本文中所使用的磁盘和光盘包含压缩光盘(cd)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(dvd)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘用激光以光学方式再现数据。以上各者的组合也应包含于计算机可读媒体的范围内。
除了存储在计算机可读媒体160上之外，还可将指令和/或数据提供为通信设备中包含的发射媒体上的信号。举例来说，通信设备可包含可通过接收器112接收指示指令和数据的信号的收发器110。指令和数据可使得一或多个处理器实施基于混合gnss-vio的位置确定和/或本文中概述的其它功能。即，通信设备包含具有指示用以执行所揭示功能的信息的信号的发射媒体。
存储器130可表示任何数据存储机构。存储器130可包含(例如)主存储器和/或辅助存储器。主存储器可包含例如随机存取存储器、只读存储器等。虽然在本实例中说明为与处理器150分离，但应理解，主存储器的全部或部分可提供于处理器150内或以其它方式与处理器150共置/耦合。辅助存储器可包含例如与主存储器和/或一或多个数据存储装置或系统相同或类似类型的存储器，例如磁盘驱动器、光盘驱动器、磁带驱动器、固态存储器驱动器等。
在某些实施方案中，辅助存储器可以操作方式接收非暂时性计算机可读媒体160或以其它方式可配置以耦合到所述非暂时性计算机可读媒体160。如此，在某些实例实施方案中，本文中呈现的方法和/或设备可整体或部分采取计算机可读媒体160的形式，所述计算机可读媒体160可包含存储在其上的计算机可实施指令1108，所述计算机可实施指令1108在由至少一个处理器150执行时以操作方式启用以执行本文中描述的实例操作的全部或部分。计算机可读媒体160可为存储器130的一部分。
另外，ue100可包含能够显现彩色图像(包含3d图像)的屏幕或显示器190。在一些实施例中，显示器190可用以显示由相机180、图形用户接口(gui)、程序输出等捕获的实况图像。在一些实施例中，显示器190可包括触摸屏和/或与触摸屏容纳在一起以准许用户通过虚拟键盘、图标、菜单或其它图形用户接口(gui)、用户手势和/或输入装置(例如，触笔和其它写入工具)的某一组合输入数据。在一些实施例中，可使用液晶显示器(lcd)显示器或发光二极管(led)显示器(例如，有机led(oled)显示器)来实施显示器190。在其它实施例中，例如如图1b中所展示，显示器190可与ue100中的相机180、处理器150和/或其它功能单元分开地容纳且可以操作方式耦合到以上各者。
在一些实施例中，处理器150还可接收来自传感器组185(还被称作“传感器185”)中的一或多个传感器的输入，所述传感器可包含(例如)磁力计、高度计和/或气压计。磁力计可能够测量地球磁场的强度和/或方向并且可充当指南针和/或提供对ue100的行进方向的指示。高度计可用于提供对经校准水平以上的海拔的指示，而气压计可提供对大气压的指示，所述大气压还可用以获得海拔的确定。
在一些实施例中，传感器185可包含环境光传感器、声学换能器(例如麦克风/扬声器)\超声换能器和/或深度传感器中的一或多者，其可用于获取深度信息和/或确定到目标的距离。一般来说，以上传感器列表并非穷尽性的，且传感器组185可包含逐渐并入到例如车载装置、智能手机和其它移动装置的用户装置中的各种其它类型的传感器和换能器。在一些实施例中，ue100可不包括传感器组185中的一或多个传感器。举例来说，可省略高度计、气压计和/或磁力计中的一或多者。
图2展示能够向ue100提供位置和/或导航服务的系统200的架构。在一些实施例中，系统200可用于将例如一或多个gnss卫星的更新历书或星历表数据的位置辅助数据传送到ue100。在一些情况下，系统200可按符合本文中所揭示实施例的方式用于地图绘制或位置服务，例如用于基于混合gnss-vio的定位/地图绘制。
举例来说，在一些情况下，基于所接收的位置辅助数据(例如通过ladp158来自服务器250)，ue100可获得gnss卫星测量值，其在一些情况下可结合相机180对图像的捕获而捕获。所捕获的图像和/或测量值可共ue100在本地用以确定其位置。
如图2中所说明，ue100可通过网络230和可与网络230相关联的基站天线240-1到240-4(统称为天线240)与服务器250通信。服务器250可在一些情况下提供位置服务器、位置辅助服务器、位置确定实体(pde)或另一网络实体中的一或多者的功能性。位置和其它信息的传送可以适于ue100和服务器250的速率发生。
在一些实施例中，系统100可使用例如ue100与服务器250之间的lpp或lppe消息等消息。lpp协议为众所周知的并且在来自被称为第三代合作伙伴计划(3gpp)的组织的各种可公开获得的技术指标中描述。lppe已由开放移动联盟(oma)定义并且可与lpp组合使用使得每一组合的lpp/lppe消息将为包括嵌入式lppe消息的lpp消息。
在一些实施例中，ue100可接收来自基站天线240的位置辅助信息，例如一或多个sv(例如gnss卫星)280的历书/星历表数据，其可用于位置确定。天线240可形成可为无线广域网(wwan)、无线局域网(wlan)等的无线通信网络的部分。wwan可为码分多址(cdma)网络、时分多址(tdma)网络、频分多址(fdma)网络、正交频分多址(ofdma)网络、单载波频分多址(sc-fdma)网络、长期演进(lte)、wimax等等。
cdma网络可实施一或多个无线电接入技术(rat)，例如，cdma2000、宽带cdma(w-cdma)等等。cdma2000包含is-95、is-2000和is-856标准。tdma网络可以实施全球移动通信系统(gsm)、数字高级移动电话系统(d-amps)或某种其它rat。gsm、w-cdma及lte描述于来自被称为“第三代合作伙伴计划”(3gpp)的组织的文献中。cdma2000描述于来自名为“第三代合作伙伴计划2”(3gpp2)的协会的文档中。3gpp和3gpp2文献可公开获得。wlan可为ieee802.11x网络。所述技术还可结合wwan、wlan等的任何组合来实施。举例来说，天线240和网络230可形成例如演进umts陆地无线接入网(e-utran)(lte)网络、w-cdmautran网络、gsm/edge无线接入网(geran)、1xrtt网络、演进数据优化(evdo)网络、wimax网络或wlan的部分。
ue100也可接收来自一或多个地球轨道航天器(sv)280(例如sv280-1到280-4，统称为sv280)的信号，所述sv可为gnss.sv280的部分，举例来说，sv280可在例如美国全球定位系统(gps)、欧洲伽利略系统、俄罗斯格洛纳斯(glonass)系统或中国指南针系统的gnss群集中。根据某些方面，本文中所呈现的技术不限于全球卫星系统。举例来说，本文中所提供的技术可应用于或以其它方式经启用以用于在各种地区性系统中使用，所述地区性系统例如日本上方的准天顶卫星系统(qzss)、印度上方的印度地区性导航卫星系统(irnss)、和/或可与一或多个全球的及/或地区性导航卫星系统相关联或以其它方式经启用以供一或多个全球的及/或地区性导航卫星系统使用的各种扩增系统(例如，基于卫星的扩增系统(sbas))。借助于实例而非限制，sbas可包含提供完整性信息、差分校正等的扩增系统，例如，广域扩增系统(waas)、欧洲地球同步导航叠加服务(egnos)、多功能卫星扩增系统(msas)、gps辅助地理扩增导航或gps和地理扩增导航系统(gagan)和/或类似者。因此，如本文中所使用，sps/gnss可包含一或多个全球的和/或区域性导航卫星系统和/或扩增系统的任何组合，且sps/gnss信号可包含sps、类sps和/或与这类一或多个sps/gnss相关联的其它信号。sps/gnss还可包含其它非导航专用卫星系统，例如iridium或oneweb。在一些实施例中，gnss接收器140可配置成接收来自以上sps/gnss/卫星系统中的一或多者的信号。
为简单起见，图2中仅展示一个ue100和服务器250。一般来说，系统100可包括由245-k(0≤k≤ncells，其中ncells为小区的数目)所指示的多个小区以及额外网络230、lcs客户端260、ud100、服务器250、(基站)天线240和航天器(sv)280。系统100可进一步按符合本文中所揭示实施例的方式包括包含微小区和毫微微小区的小区的混合。
ue100可能够通过支持定位和位置服务以获得初始粗略位置的一或多个网络230无线地与服务器250通信，所述初始粗略位置可结合历书/星历表信息用以使用基于混合gnss-vio的位置确定来确定更精确位置。举例来说，ue100可使用基于混合gnss-vio的位置确定并且基于来自以下中的一或多者的测量值计算其位置：imu170，和/或捕获的图像，和/或gnss载波相位可观测量(例如基于从sv280接收的信号的测量值)。
图3a展示八个gnsssv280-1到280-8在一时间点的实例卫星分布图300。图3b展示城市环境中的ue100。如图3b中所展示，ue100在时间点p0开始按路径310沿着第1大道行进。如图3b中所展示，ue100可接收来自gnsssv280-1和280-2的los信号。然而，因为仅2个gnss卫星可见，所以ue100可能不能确定完整3d位置。举例来说，来自gnsssv280-3、280-4、280-5、280-6、280-7和280-8的信号可由于城市峡谷环境而被阻断或经历显著衰减，由此妨碍ue100的完整3dgnss位置定位。
在部分320(其可为由第1大道与第2大道的交叉形成的25m部分)期间，在沿着路径310行进约100米后，在时间t1，ue100可接收来自gnsssv280-1、280-2、280-3和280-4的los信号。因此，在点p1处，ue100可能够基于来自从gnsssv280-1、280-2、280-3和280-4接收的los信号的载波相位测量值计算完整准确3d位置。
然而，当ue沿着路径310的部分330行进时，ue100可丢失来自gnsssv280-3和280-4的信号，所述信号可由于城市峡谷环境而被阻断或经历包含多径的显著衰减。
ue100可在路径310的25m部分340(其可由第1大道与第3大道的交叉形成)中获得/重新获取对gnsssv280-3和280-4的锁定。对于使用载波相位可观测量的常规gnss位置确定方案，需要对gnsssv280-1、280-2、280-3和280-4的恒定锁定来计算ue位置。例如可出现在部分330中的周跳可妨碍传统的基于载波相位的准确gnss位置定位的使用。
在一些实施例中，在于部分330中移动期间，一或多个基于非gnss的定位技术可用于通过测量相对于最后一个gnss载波相位经确定位置的位移来确定ue100的位置。术语“非gnss定位传感器”、“非gnss定位技术”、“非gnss位置确定传感器”在本文中同义地使用，并且指代由传感器和/或通过并不依赖于gnss且可用于确定ue100的位置的技术进行的测量。举例来说，由vio和/或imu170和/或lidar传感器提供的测量值可用于确定相对位移在于部分340中行驶期间，当ue100可重新获取对gnsssv280-1、280-2、280-3和280-4的锁定时，ue100的已知经vio确定位置可用于如下文进一步描述解算载波相位模糊度。
图4展示根据所一些揭示实施例的传统载波相位测量410和示范性混合gnss-vio载波相位测量450。传统的载波相位测量将连续卫星载波信号420与接收器参考时钟430进行比较以确定总相位φ1422，其随后可用于确定ue在给定时间的位置p1470。在常规技术中，连续载波相位测量用于在后续时间处的经确定位置s。举例来说，如果位置p2480处的相位为φ2428，那么载波信号420的由δφ＝φ2-φ1给定的总相位的相位差δφ425可用于确定和追踪ue的位置。
载波相位测量值包含整数循环模糊度或载波相位模糊度“n”。整数循环模糊度表示在接收器第一次锁定gnss卫星信号时卫星与接收器之间的完整相位循环的数目。除非信号中断和/或锁定丢失，从接收器锁定时直至观测周期结束，整数循环模糊度不改变。当接收器重新获取所述信号时，整数模糊度已改变，并且接收器从初始锁定的时间开始对整数循环的数目的计数丢失。因此，在常规技术中，锁定的丢失涉及重新确定整数模糊度直至重新获取载波相位信号为止。另外，锁定的丢失还引发直至实现载波相位信号重新获取为止的准确相对定位的丢失。
在常规定位中，可由于环境原因而出现的周跳可降低定位准确度。周跳指代因接收器暂时丢失其对gnss信号的载波的锁定所致的一系列载波相位测量的不连续性或中断。举例来说，如图4中所展示，中断载波信号460在良好测量窗1462与良好测量窗2468之间丢失。在gnss信号中断的时间期间，在常规载波相位定位中，接收器丢失对完整相位循环的相连改变的数目的计数，这引入误差并且影响定位的准确度和可靠性。因此，为维持准确度，重新开始解算整数模糊度的过程。此外，因为当在城市峡谷中执行测距时锁定的丢失是常见的，所以常规测距中的基于载波相位的技术的使用受到约束。
在一些实施例中，使用混合gnss-vio载波相位测量450，卫星方向上的相对位移可确定为在位置p1470处的良好测量窗1462与在位置p2480处的良好测量窗2468之间的δdvio465。一般来说，具有类似准确度的任何非gnss定位技术可用于确定在卫星方向上的相对位移。在一些实施例中，当gnss载波相位测量不可供ue100使用(例如在良好测量窗1462后)时，则可采用vio测量，直至gnss载波相位测量在测量值良好测量窗2468处再次可用为止。因此，良好测量窗1462与良好测量窗2468之间的相位差
在一些实施例中，方程式(1)可用于混合gnss-vio位置确定系统中以在gnss测量可用时(即使载波相位gnss信号在时间t1与t2之间不可用)计算两个时刻t1与t2之间的相位差。当ue100在良好测量窗1处第一次获取来自sv的gnss信号时，可最先在某一分数相位φ1452处开始获取。类似地，当ue100上的混合gnss-vio系统在良好测量窗2处重新获取来自同一sv的gnss信号时，可在某一分数相位φ2458处重新开始获取。在一些实施例中，在卫星方向上于点p1470与p2480之间的相对位移δdvio465可使用vio或具有类似准确度的另一非gnss方法来测量。相对位移δdvio465可用于使用上文方程式(1)计算相位差
图5展示ue100，其在时间t1可处于位置p1520处的车辆中并且在时间t2沿着路径510(由虚线展示)行进到位置p2530。在时间t1，sv280-1处于位置s11540，而在时间t2，sv280-1处于位置s12550。另外，在时间t1，sv280-2处于位置s21560，而在时间t2，sv280-2处于位置s22570。在一些实施例中，星历表数据可用于确定在时间t1的位置s11540和s21560。如果在于路径510上行进期间丢失对一或多个卫星的锁定，那么在一些实施例中，非gnss定位技术(例如vio)可用于确定ue100在时间t2的位置。因此，在一些实施例中，当在时间t2解算载波相位模糊度时，可考虑卫星在时间t1与t2之间的移动。举例来说，ue100相对于在卫星位置s12550处的sv280-1和在位置s22570处的sv280-2的位移可经确定并用于解算载波相位模糊度。在一些实施例中，星历表数据可用于确定在时间t2的位置s12550和s22570。在一些实施例中，星历表数据可存储在ue100的存储器130中，和/或更新的星历表可从无线通信网络230(图2)获得。
在一些实施例中，可通过类似于使用实时运动学(rtk)或载波相位相对定位或最近的精确点定位/实时运动学(ppp/rtk)方法利用模糊度的整数性质来维持混合gnss-vio(或使用gnss与具有类似准确度的另一非gnss定位技术的混合系统)的准确度。一对卫星之间的双差分化抵消模糊度的分数部分；剩余模糊度为波长的整数数值。
在一些实施例中，可利用模糊度的整数性质以：(i)提高vio位移测量的准确度(例如到约分米或更低)，因此补偿在将局部vio空间参考系对准在整体参考系内时的vio漂移；以及(ii)求解同一gps/gnss接收器相继占据的两个点之间的所有双差模糊度。
在一些实施例中，ue100(其可在包含飞行器的运载工具中)可在时间t1(其可对应于例如图4中的良好测量窗1462)收集所有可见卫星的分数载波相位测量值。在一些实施例中，可针对符合预设质量参数的信号收集测量值。举例来说，可检测和消除离群值。作为另一实例，可检测和消除具有较大多径失真的信号。
当良好质量信号可用时，在时间t2(其可对应于例如图4中的良好测量窗2468)处，同一ue100收集另一组分数载波相位数据。
在一些实施例中，vio可用于获得由时间t1处的位置p1520与时间t2处的位置p2530之间的d12基线580的长度(或距离)展示的ue100的相对位移估计值。在一些实施例中，估计值的准确度可取决于两个位置之间的基线距离。
图6说明根据一些所揭示实施例的单差载波相位整数重建/反投影的实例。图6展示卫星280-i的los与由d12基线580表示的ue位移之间的相对角度θi的单差情况的简化说明。在一些实施例中，当位置p1与p2之间经过的时段较短时，sv280(例如sv280-1)相对于位置p1和p2的角度可被视为在所述时段内相对恒定。
通过同一接收器在两个位置p1510和p2520处针对卫星280-1测量的载波相位差经投影到位置p1510与p2520之间的基线上。在图6的单差实例中，对于每一卫星，在卫星的los方向上的距离差由于拉姆达载波相位模糊度的整数性质而产生周期性似然函数。周期性似然函数可被视作一系列狭窄的高斯曲线，从而展现在卫星方向上的周期性λ。
投影的相位差具有不同于拉姆达(λ)650的周期性。投影的相位差的周期性可获得为(λ/cos(θi))，其中θi为卫星280-i的los方向与d12基线580之间的角度。图6展示：卫星280-1的los1610相对于d12基线580的角度θ1，其中完整整数相位λ650周期性由(λ/cos(θ1))660-1给定；和卫星280-2的los26220相对于基线580的角度θ2，但其中周期性(λ/cos(θ2))660-2由于不同的卫星到基线角度而不同。
如图6中所展示，似然函数在重新投影到d12基线580上时展现由λ/cos(θi)给定的不同周期性，其取决于卫星280-i的los与ue100的位移(例如d12基线580)基线之间的相对角度θi。sv280-1和280-2的两个经投影单差的差异可能性提供具有类似周期性行为但具有由
当角度θ1和θ2接近时，周期性变得任意大，并且基线的可能解(即非零似然函数)的数值变成极小。周期性间隔的增大可伴随着非零域的宽度(不确定性)的增大。在一些实施例中，通过倍增所有投影的双差似然函数连同vio似然函数(例如等于vio位移不确定性的具有标准差的单高斯)，非零域的数目可降低并且可获得唯一vio位移解。
组合似然函数将具有极有限数目的峰。d12基线580的正确长度对应于一个峰。可基于峰位置获得d12基线580的长度的第一估计值。第一双差解被称为“浮动模糊度解”或“浮动解”，因为模糊度经估计为实数或浮点数。当将浮动解重新投影到每一卫星los上时，浮动模糊度固定并且双差整数可求解，且可确定单个整数解。
在一些实施例中，vio位移估计值可获得为组合似然函数的最大值。组合似然函数的最大值可展现比初始vio不确定性窄得多的峰，由此改进除vio不确定性以外的vio位移解。在一些实施例中，随后可通过从计算的vio位移估计值减去投影的双差分数载波相位且随后除以沿基线的明显周期性来提取每一整数双差模糊度。
以上描述仅为示范性的且仅出于说明的目的。还可使用其它整数模糊度解算途径，例如改变移位距离和在探索的距离域内寻找最大似然。在一些实施例中，可使用混合的浮动和整数可变最大似然估计技术，例如lambda或混合整数最小二乘法(miles)。在一些实施例中，使用关于初始旋转和平移矩阵的定向和平移误差将似然函数重新投影参数化，并且可结合vio位移确定定向和平移误差。
在一些实施例中，可通过将整数距离重新投影到d12基线580上、随后用方差权重对所有估计值求平均值来进一步改进d12基线580长度估计值的准确度。举例来说，基线的每一基于双差的估计值将具有不同的相关联不确定性，其为载波相位一西格马噪声的两倍(假设所有4个载波相位具有同一噪声标准差)乘以基线上的重新投影因数。可将重新投影因数确定为
载波相位可观测量的简单形式可写成：
其中，
λ为gpsl1波长，
ps为卫星s的位置，
p1为第一(固定)位置，
p2(ti)为接收器在时间ti的第二位置，
τs(ti)为在时间ti(以秒计)处卫星s处的时钟偏移，
τr(ti)为在时间ti(以秒计)处接收器r处的时钟偏移，
单差方程式可写成：
θs为位置1到位置2的基线与卫星s的方向之间的角度。
双差方程式可写成：
用于双差模糊度提高(或减低)的最小步长为±1。用于p1到p2距离的相关联(离散)步长为
当对照整数双差绘制似然函数(p2(ti)-p1)时，获得周期性高斯函数集合，其中周期平均值为
卫星的每一相异对提供一个对应的似然函数，其具有对应周期性和分数相位或偏移。
总似然函数可确定为卫星对的所有似然函数乘以标准差组合为vio位移估计值误差的似然vio函数(以vio的向量组合为中心)的乘积。
在一些实施例中，对于“整数解”，双差模糊度的每一“浮动”值被其最接近整数代替。每一双差提供用反投影标准差加权的vio的新整数估计值。最终vio位移估计值为所有个别估计值的加权平均值。
如上文概述，所揭示的混合gnss-vio位置确定方法即使在存在相位追踪的不连续性时也准许位置确定。所揭示实施例即使在于两个时间t1与t2之间丢失追踪时也有助于载波相位整数重建。
图7说明使用点p1510与p2520之间的相对位移的vio或另一非gnss定位估计值来解算sv280-1和sv280-2的整数模糊度的反投影。
图7展示具有不同反投影的单差测量值的同一基线距离d12680。第一vio距离估计值为直接vio距离估计值705，第二vio距离估计值715为具有周期性710的卫星280-1的反投影单差，第三vio距离估计值725为具有周期性720的卫星280-2的反投影单差，等等。所有这些测量值涉及同一基线距离，但具有周期性不同的周期性结构。给定直接vio距离估计值705的已知准确度，可确定包括与每一vio距离估计值(例如715、725...)相关联的数个周期性的集合。点p1510与p2520之间的相对位移可因此经确定，其中似然函数的非零域彼此对准。在一些实施例中，vio位移估计值可获得为组合似然函数的最大值。
图8展示根据一些所揭示实施例的用于混合gnss-vio或混合gnss-非gnss位置确定的示范性方法800。在一些实施例中，方法800可由单个ue100执行。在一些实施例中，方法800可由ue100上的处理器150和pe156或cvp155中的一或多者执行。
在下文的方法中，可在某一指定时间间隔ti由ue定期获取并记录gnss载波相位测量值和/其它vio/传感器测量。举例来说，每一ti时间单位在时间t0处开始。对应的带时间戳的vio和gnsscp测量值还可经记录和存储在存储器中。另外，测量值可存储在fifo中。fifo可通过卫星对索引，和/或可针对每一卫星对维持单独的fifo，已在当前时间的某一指定时间间隔内针对每一卫星对获得测量值。
在一些实施例中，在框805中，可例如根据gnss测量或通过任何其它合适的途径在绝对坐标中确定ue100的初始位置估计值和速度估计值。举例来说，可在地心地固(ecef)坐标系中确定位置。在一些实施例中，举例来说，当使用gnss时，可根据伪距和多普勒测量来确定ue100的初始位置估计值和速度估计值。在一些实施例中，初始位置估计值可为近似位置。举例来说，与所述初始位置估计值相关联的不准确度可约为100m或大于100m。
另外，在一些实施例中，在框805中，计数器“k”维持对从时间t0处的初始位置估计开始经过的时间间隔tki＝k*ti的数目的计数，初始化所述计数器且将其设置成0。在一些实施例中，在框805中，可开始vio过程。在一些实施例中，vio过程可持续地进行以分别确定ue100的相对位置和位移。
在一些实施例中，在框810中，可初始化vio-ecef旋转和平移矩阵，其可包含用以将局部vio坐标系中的相对vio测量值转换到绝对坐标系(例如ecef)的参数。在一些实施例中，ue100在时间t0的初始位置估计值可经选择作为局部vio坐标系的原点。举例来说，可用在垂直方向上的一个轴线和设置在0的初始定向初始化vio参考系。可在vio局部参考系中以6自由度(6dof)获得基于vio的位移和相机位姿(或ue位姿)。所有后续vio位置和定向将为从所述初始位置开始的累积平移和旋转。在一些实施例中，可基于ue100在绝对参考系中的初始位置和ue100在局部vio参考系中的初始位置确定vio-ecef旋转和平移矩阵。
在框813中，计数器k可递增并且ue可尝试获得第一/下一可用gnss载波相位测量值。
在框815中，在第一或下一时间tki处，如果足够数目个gnss载波相位测量值可用(在框815中，“是”)，那么在框817中，可基于可用gnss载波相位测量值获得ue100的位置。另外，所确定的ue100的位置可用于细化vio-ecef平移和旋转矩阵。在一些实施例中，可基于经细化vio-ecef平移和旋转矩阵校正所述经vio确定位置。过程随后可返回到框813。
在一些实施例中，如果gnss载波相位测量值可用的卫星的数目不足以确定ue100的位置(在框815中，“否”)，那么在框820中，确定至少一对对应卫星的对应gnss载波相位测量值的可用性。
在一些实施例中，在框820中，如果至少一对对应卫星的对应gnss测量值不可用(在框820中，“否”)，那么在框813处开始另一迭代。另外，在一些实施例中，时间tki＝k*ti处的经vio确定位置和位移可存储在存储器130中。
如果至少一对对应卫星的对应gnss测量值可用(在框820中，“是”)，那么在框825中，在时间tki处，可记录可用gnss测量值。一般来说，如果“n”个卫星的gnss载波相位测量值可用，那么可依据卫星对将测量值分组，从而使得可从n个卫星的测量值获得对应于相异卫星对的总共
在一些实施例中，在框835中，可检查fifo(在ue100的存储器130中)以确定fifo中的cp测量值是否包含至少一对当前(在时间tki处)测量的卫星的先前cp测量值，其为先前在当前时间的某一时间窗内一起测量的。
如果fifo不包含至少一对当前测量卫星在所述时间窗内的先前测量值(在步骤835中，“否”)，那么在框840中，在于框813中开始另一迭代前可存储时间tki的gnss载波相位测量值并使计数器k递增。
如果fifo包含某一数目q(q≥1)个当前测量卫星对在某一时间窗内的先前测量值(在步骤835中，“否”)，那么在框845中，可验证所述q个当前测量卫星对的先前载波相位测量值中的最新测量值。
如果q个当前测量卫星对的先前测量值中的最新测量值在时间t(k-p)*i＝(k-p)*ti处产生，那么可根据在时间tki和时间t(k-p)*i处测量的r(r≤q)个卫星对的载波相位可观测量的快照的双差来确定验证。在一些实施例中，可将在时间tki和时间t(k-p)*i测量的r个卫星对的载波相位可观测量的快照的双差投影到基线上并且对照在k*ti与(k-p)*ti之间的时间间隔p*ti期间发生的vio位移进行验证。
在一些实施例中，可基于在时间k*ti处经vio确定的ue位姿与在时间(k-p)*ti处经vio确定的ue位姿之间的差确定时间ti与t(k-p)*i之间的vio位移。ue在给定时间的vio位姿可通过追踪耦合到ue的相机所捕获的图像中的特征和/或imu测量值来确定。对于r个卫星对中的每一对，经验证的对应测量值可标记为经验证并且卫星对的经验证测量值的对应计数可递增。举例来说，r个卫星对的子集s(s≤r)可标记为经验证，并且对于s个卫星对中的每一对，经验证测量值的对应计数可增加。
在一些实施例中，在框850中，将s个卫星对中的每一对的经验证测量值的数目与阈值进行比较。
如果对于s个经验证测量值中的每一者，经验证测量值的对应数目小于阈值(在步骤850中，“否”)，那么在框840中，在于框813中开始另一迭代前可存储时间tki的gnss载波相位测量值并使计数器k递增。
如果对于s个经验证测量值中的每一者，经验证测量值的对应数目不小于阈值(在步骤850中，“是”)，那么在框855中，可基于s中的至少一个经验证双差测量值确定时间k*ti处的平移和旋转矩阵。
另外，在框855中，随后可使用游标原理(例如如上文关于图6和7所描述)确定补偿vio漂移的经校正vio位移。在一些实施例中，基于经校正的准确经vio确定位移，可重新计算双差传统可观测量，且可求解整数模糊度。举例来说，可连同用以确定所有似然函数的最大值的经估计vio/非gnss测量值一起使用具有不同相应周期性的若干似然函数。在一些实施例中，所有似然函数的最大值可经确定为其中每一似然函数的所有非零域在vio测量值的已知准确度内彼此对准的所述位移。
在一些实施例中，基于s中的至少一个经验证双差测量值，可形成传统双差方程式，并且可将已知双差整数模糊度引入到所述方程式中。
在一些实施例中，可使用整体光束法平差确定对平移和旋转矩阵的所有独立参数的校正。在整体光束法平差中，在多个时刻测量的多个双差(针对同一卫星对)用于在多个时刻进行矩阵校正。可取决于vio漂移的严重度调整光束估计的深度。还可相应地调整fifo的深度。在一些实施例中，补偿平移和旋转vio漂移的校正可得到准确的平移和旋转矩阵，其可准许在绝对坐标中对经vio确定位姿的确定。
在框860中，可在绝对坐标(例如ecef坐标)中计算ue100的位置。将在步骤855中求解的旋转和平移矩阵直接用于绝对位置计算。
图9展示根据一些所揭示实施例的用于混合gnss-vio或混合gnss-非gnss位置确定的示范性方法900。在一些实施例中，方法900可由单个ue100执行。在一些实施例中，方法900可由ue100上的处理器150和pe156或cvp155中的一或多者执行。
在一些实施例中，在框910中，可基于在第一时间(t1)来自卫星集合的gnss测量值确定(例如通过ue100)ue在第一时间(t1)的第一绝对位置。在一些实施例中，可使用任何适当方法确定和/或获得ue在第一时间(t1)的第一绝对位置。
在一些实施例中，在框920中，在第二时间(t2)，可确定ue相对于第一绝对位置的第一位移，其中第二时间(t2)在第一时间(t1)之后，其中使用非gnss测量值确定所述位移。
非gnss测量值可包含以下中的一或多者：视觉惯性测距(vio)测量值，和/或由imu提供的测量值，和/或光检测与测距(lidar)测量值，和/或无线电检测与测距(radar)测量值。在一些实施例中，用于确定位移的vio测量值可至少部分地基于：追踪耦合到ue的相机所捕获的多个图像内的多个特征以获得ue相对于第一绝对位置的6自由度(6dof)位姿，其中在第一时间(t1)与第二时间(t2)之间的时间间隔中捕获所述多个图像；或追踪来自所述多个图像的光流。
在一些实施例中，在框930中，可在第二时间(t2)部分地基于以下确定ue相对于第一绝对位置的第二位移估计值：(a)在第二时间(t2)来自包括卫星集合中的两个或多于两个卫星的子集的gnss载波相位测量值，和(b)ue的第一位移估计值。
在一些实施例中，集合中的卫星的gnss载波相位测量值在第一时间(t1)与第二时间(t2)之间可能不可用，或在第一时间(t1)与第二时间(t2)之间间歇地可用，或在第一时间(t1)与第二时间(t2)之间持续可用。作为一个实例，全部或部分gnss测量值在时间t1与t2之间可能不可用是由于：锁定的暂时丢失和/或gnss信号的不连续性和/或中断；可不利地影响gnss信号的接收和/或可靠性的各种环境(包含大气、地理等)条件；和/或gnss信号的不可用性。在例如adas的实施例中，可使用ue的第二位移估计值(例如)来校正非gnss传感器的漂移、偏差或其它误差。
在一些实施例中，可通过部分地基于以下解算子集中的每一卫星的对应载波相位模糊度确定ue的第二位移估计值：(a)子集中的卫星在第一时间(t1)的gnss载波相位测量值，和(b)ue的第一位移估计值。在一些实施例中，可通过以下解算两个或多于两个卫星的子集中的每一卫星的对应载波相位模糊度：确定两个或多于两个卫星的子集中的一或多个卫星对，和针对子集中的一或多个卫星对中的每一卫星对，将对应周期性似然函数投影到由ue的第一位移估计值表示的基线上。每一周期性似然函数可基于卫星对的对应双差gnss载波相位测量值。另外，可依据一或多个卫星对的对应周期性似然函数和对应于基线的非周期性似然函数确定组合似然函数。随后可部分地基于所述组合似然函数确定每一卫星的整数载波相位模糊度。在一些实施例中，可部分地基于组合似然函数的最大值和第一绝对位置确定ue的第二位移估计值。
在一些实施例中，可基于ue的第二位移估计值确定ue的第二绝对位置。在一些实施例中，所述方法还可包含校正以下中的一或多者：多个旋转参数或多个平移参数，其中所述旋转参数和所述平移参数用于将非gnss测量值从局部坐标系变换到用于表示第一绝对位置和第二绝对位置的绝对坐标系。
本文中在流程图和消息流中描述的方法可取决于应用由各种装置实施。举例来说，可在硬件、固件、软件或其任何组合中实施这些方法。对于硬件实施方案，处理器1152可实施于一或多个专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理装置(dspd)、可编程逻辑装置(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子装置、经设计以执行本文中所描述的功能的其它电子单元，或其组合内。
尽管出于指导性目的，结合具体实施例来说明本发明，但本发明不限于此。可在不脱离范围的情况下作出各种改编及修改。因此，所附权利要求书的精神和范围不应限于前述描述。
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