用于交通工具姿态确定的系统和方法技术方案

提供了用于交通工具姿态确定的系统和方法。在一个实施例中，一种用于交通工具取向检测的方法包括：基于来自机载GNSS接收器系统的测量结果生成差分载波相位测量结果；从机载辅助源接收姿态辅助测量结果和基线长度；作为差分载波相位测量结果、姿态辅助测量结果和基线长度的函数而计算具有相关联的协方差值的浮点模糊度值；从浮点模糊度值计算整数候选阵列的集合，其中整数候选阵列是从不相似的模糊度估计算法计算的；作为从差分载波相位测量结果和姿态辅助测量结果以及基线长度计算的残差的函数并且进一步基于比较所述多个残差与多个阈值，选择第一整数候选阵列作为经解析的整数值；以及向姿态和朝向计算器输出经解析的整数值。

【技术实现步骤摘要】
用于交通工具姿态确定的系统和方法
技术介绍
交通工具的姿态和朝向可以是典型地由系统使用惯性传感器提供的必要信息。将全球导航卫星系统（GNSS）用于姿态感测提供了较低成本、较低重量、较小体积和较低功率消耗的可替换方案。GNSS姿态确定通过差分多个接收器/天线对的载波相位信号来工作。虽然载波相位是具有毫米量级上的误差的范围改变的非常准确的度量，但是因为其为积分器的输出，所以其还具有相关联的整周模糊度误差。整周模糊度是卫星与天线之间的载波信号的未知数目的整个周期。在许多应用中，诸如对于飞行中的客机，迅速且准确的姿态确定对于安全操作而言是至关重要的。为了利用载波相位来得到针对这样的快速移动交通工具的最佳朝向和姿态确定，迅速且准确地解析（resolve）整周模糊度是必要的。虽然现有整数估计算法（诸如LAMBDA（最小二乘模糊度去相关调整）算法）可以提供足以在精度耕作和挖掘应用中使用的模糊度解析，但是它们自身不提供所有条件中的足够可靠的高完整性解决方案使得它们可以用于飞行器机载的经飞行证明的系统。出于以上陈述的原因以及出于对本领域技术人员来说在阅读和理解本说明书时将变得明显的以下陈述的其它原因，在本领域中存在对于用于交通工具姿态确定的改进的系统和方法的需要。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了用于交通工具姿态确定的方法和系统，且将通过阅读和研究以下说明书而被理解。在一个实施例中，一种用于交通工具取向检测的方法包括：基于来自机载全球导航卫星系统（GNSS）接收器系统的载波相位测量结果来生成差分载波相位测量结果；从一个或多个机载辅助源接收姿态辅助测量结果和基线长度；作为差分载波相位测量结果、姿态辅助测量结果和基线长度的函数而计算具有相关联的协方差值的多个浮点模糊度值；从所述多个浮点模糊度值计算整数候选阵列的集合，其中整数候选阵列是从不相似的模糊度估计算法计算的；作为从差分载波相位测量结果和姿态辅助测量结果以及基线长度而计算的多个残差的函数并且进一步基于比较所述多个残差与多个阈值，从整数候选阵列的集合选择第一整数候选阵列作为经解析的整数值；以及当经解析的整数值被选择时，向姿态和朝向计算器输出经解析的整数值。附图说明当鉴于优选实施例的描述和以下附图来考虑时，本专利技术的实施例可以被更容易地理解并且其进一步优势和使用可以更加显而易见，在以下附图中：图1是本公开的一个实施例的交通工具取向检测系统100的框图；图2是图示了本公开的一个实施例的整周模糊度解析功能以及姿态和朝向估计器的一个实现方式的框图；图3是图示了本公开的一个实施例的用于整周模糊度解析功能的验证逻辑的框图；图3A-3C是图示了本公开的一个实施例的针对用于整周模糊度解析功能的验证逻辑的示例逻辑流程的流程图；以及图4是图示了本公开的一个实施例的方法的流程图。依照惯例，各种所描述的特征未按比例绘制，而是被绘制成强调与本专利技术相关的特征。遍及各图和文本，参考标记表示相似的元件。具体实施方式在以下详细描述中，参照附图，附图形成其部分，并且在附图中通过其中可实践本专利技术的具体说明性实施例的方式示出。以充足的细节描述这些实施例以使得本领域技术人员能够实践本专利技术，并且要理解的是，可以利用其它实施例，并且可以在不脱离本专利技术的范围的情况下做出逻辑、机械和电气改变。以下详细描述因而不应在限制的意义上理解。本专利技术的实施例提供了用于解析针对用于交通工具的基于GNSS的姿态确定的整周模糊度的解决方案。如以下更详细解释的那样，本文描述的解决方案利用来自与差分载波相位测量结果组合地处理的机载辅助源的数据，以实现与整数估计过程结合的初始化和验证逻辑。图1是本专利技术的一个实施例的交通工具取向检测系统100的图。如本文使用该术语那样，交通工具的“取向”是指交通工具的朝向或姿态或者这二者。系统100包括：GNSS接收器系统105，其包括两个或更多GNSS接收器。图1示出了包括两个GNSS接收器102-1和102-2的实施例。在其它实现方式中，系统100可以包括三个或更多GNSS接收器。当GNSS接收器102-1、102-2开始追踪来自至少一个卫星101的卫星信号时，它们开始追踪卫星信号的载波。例如，全球定位系统（GPS）信号可以具有1.575GHz的载波频率，其转换成具有近似19cm的电磁波长的信号。接收器102-1、102-2中的任一个可以通过保持追踪19cm波形的多少个周期在一段时间内经过其相应天线103-1、103-2来追踪到卫星101的距离中的改变（例如在准确度方面到1mm内）。单独地，没有接收器可以确定其相关联的接收器天线103-1、103-2和卫星101之间的绝对距离。由此，每一个接收器102-1、102-2可以通过检测所接收到的信号中的亚波长变化来非常准确地检测和测量到卫星101的距离中的小改变。然而，它们不能检测出在天线与卫星101之间的距离中存在多少个完整波长的整数数目。该未知整数值被称为整周模糊度。该讨论也将适用于由GNSS接收器102-1和102-2追踪的每一个卫星。当这两个GNSS接收器102-1、102-2二者正在追踪相同卫星101时，它们可以解析其到卫星101的相对亚波长分数范围。也就是说，它们一起可以通过差分载波相位测量结果确定一个天线103-1、103-2相对于另一个朝向或远离卫星101移动的波长的分数，即便仍旧将存在从每一个接收器天线103-1、103-2到卫星101的不清楚整数数目的波长。如本公开所解释的那样，来自这两个接收器102-1、102-2的该差分载波相位测量结果数据可以连同基线长度104（被定义为针对每一个相应接收器102-1、102-2的天线103-1、103-2之间的距离）和机载感测到的姿态辅助测量结果一起被利用，以解析针对在天线103-1、103-2中的每一个与卫星101之间存在多少整数数目的波长的估计。利用针对天线103-1、103-2中的每一个而估计的经解析的整数，从这两个天线103-1、103-2中的每一个到卫星101的范围测量结果差异可以直接转换成定义交通工具相对于期望参考系的取向（朝向和姿态二者）的信息。相应地，系统100还包括耦合到GNSS接收器系统105的整周模糊度解析功能114。在一些实施例中，GNSS接收器系统105从其从接收器102-1和102-2接收到的载波相位测量结果生成差分载波相位测量结果120。可替换地，在一些实施例中，GNSS接收器系统105输出载波相位测量结果，并且，产生差分载波相位测量结果的计算在机载计算设备110上发生。系统100还耦合到辅助源130以及姿态和朝向估计器118，辅助源130包括姿态辅助传感器132以及描述天线103-1和103-2之间的所勘测到的距离102的基线长度数据134（其可以存储在存储器中）。在图1中所示的实施例中，姿态辅助传感器132被实现为惯性辅助源或惯性导航传感器（INS），但在其它实施例中，使用其它姿态辅助传感器。使用从整周模糊度解析功能114提供到姿态和朝向估计器118的经解析的整数126，可以通过处理从卫星101接收到的载波信号来确定交通工具的取向。关于本公开的实施例，整周模糊度解析功能114包括三个组件：初始化逻辑115、整数估计逻辑116和验证逻辑117。来自辅助源130的姿态和基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交通工具取向检测系统，该系统包括：全球导航卫星系统（GNSS）接收器系统（105），其包括至少两个GNSS接收器（102‑1、102‑2）；由机载计算设备（110）实现的整周模糊度解析功能（114），其中整周模糊度解析功能（114）获取从由GNSS接收器系统（105）测量的载波相位测量结果生成的差分载波相位测量结果；耦合到整周模糊度解析功能（114）的多个辅助源（130），其中所述多个辅助源（130）向整周模糊度解析功能（114）发送来自姿态辅助传感器的姿态测量结果和与所述至少两个GNSS接收器（102‑1、102‑2）的天线（103‑1、103‑2）之间的距离相关联的基线长度数据；其中整周模糊度解析功能（114）包括：初始化逻辑（115），基于差分载波相位、姿态测量结果和基线长度数据计算浮点模糊度和协方差；包括多个不同整数估计算法的整数估计逻辑（116），其中整数估计逻辑（116）使用所述多个不同整数估计算法从浮点模糊度和协方差计算至少针对所述至少两个GNSS接收器（102‑1、102‑2）之间的第一基线的整数候选阵列的集合；验证逻辑（117），至少部分地基于来自所述多个辅助源（130）的姿态测量结果和基线长度数据从整数候选阵列的集合选择至少与所述至少两个GNSS接收器（102‑1、102‑2）之间的第一基线相关联的经解析的整数值；以及耦合到整周模糊度解析的估计器（118），其中估计器（118）基于来自GNSS接收器系统（105）的测量结果和经解析的整数值生成姿态测量结果和朝向测量结果。...

【技术特征摘要】
2016.01.06 US 14/9891261.一种交通工具取向检测系统，该系统包括：全球导航卫星系统（GNSS）接收器系统（105），其包括至少两个GNSS接收器（102-1、102-2）；由机载计算设备（110）实现的整周模糊度解析功能（114），其中整周模糊度解析功能（114）获取从由GNSS接收器系统（105）测量的载波相位测量结果生成的差分载波相位测量结果；耦合到整周模糊度解析功能（114）的多个辅助源（130），其中所述多个辅助源（130）向整周模糊度解析功能（114）发送来自姿态辅助传感器的姿态测量结果和与所述至少两个GNSS接收器（102-1、102-2）的天线（103-1、103-2）之间的距离相关联的基线长度数据；其中整周模糊度解析功能（114）包括：初始化逻辑（115），基于差分载波相位、姿态测量结果和基线长度数据计算浮点模糊度和协方差；包括多个不同整数估计算法的整数估计逻辑（116），其中整数估计逻辑（116）使用所述多个不同整数估计算法从浮点模糊度和协方差计算至少针对所述至少两个GNSS接收器（102-1、102-2）之间的第一基线的整数候选阵列的集合；验证逻辑（117），至少部分地基于来自所述多个辅助源（130）的姿态测量结果和基线长度数据从整数候选阵列的集合选择至少与所述至少两个GNSS接收器（102-1、102-2）之间的第一基线相关联的经解析的整数值；以及耦合到整周模糊度解析的估计器（118），其中估计器（118）基于来自GNSS接收器系统（105）的测量结果和经解析的整数值生成姿态测量结果和朝向测量结果。2.权利要求1的系统，还包括：机载计算设备（110），包括处理器（210）和存储器（212），其中机载计算设备（110）通过执行存储在存储器（212）中的指令代码来实现整周模糊度解析功能（114），其中机载计算设备（110）通过执行存储在存储器（212）中的指令代码来实现估计器（118）。3.权利要求1的系统，其中差分载波相位包括单差分载波相位或双差分载波相位。4.权利要求1的系统，其中验证逻辑（117）包括：残差计算逻辑（310）；阈值比较逻辑（312）；以及模式更新逻辑（314）。5.权利要求4的系统，其中残差计算逻辑（310）计算至少包括以下各项的多个残差值：差分载波相位测量结果的均方根减...

【专利技术属性】
技术研发人员：N昆达，BW施珀，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US