用于在配置环境中定位的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种系统和方法，其用于提供在不能获得全球导航卫星系统信号不能获得的配置环境中的位置确定。关于此点，本地信标系统产生由频谱压缩单元接收的扩频ＣＤＭＡ信号，所述频谱压缩单元取得有物理意义的可观察量而无须通过已知扩展码的拦截能量的相关性。本发明专利技术可与已就位的已知资产同时存在，并且设计允许自校准，这简化了安装和使用。本发明专利技术可用于ＧＮＳＳ信号不能获得或受限的应用，例如仓库库存管理、在搜索和营救操作和室内环境中的资产追踪中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及一种用于定位远程资产的系统和方法，更具体地， 本专利技术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。
技术介绍
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。己做出数种努 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专利技术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。"微分可观察量"指每次来自两个或更多个拦截器的可观察量被微分 而产生微分测量时所形成的可观察量，所述微分测量有效地消除了由于 发射器的物理状态的不确定性而导致的系统误差。注意，存在一阶、二 阶和更高阶的微分可观察量。优选的实施例典型地使用一阶微分。"发射器"指产生能量发射的任意物体。"能量发射"指在一些传输介质中传播的结构化或非结构化能量，可 以被拦截和处理。结构化发射包括其特性已知且确定、并可通过一些方 法预测的任意发射。非结构化发射是不被认为是结构化的和典型地具有 随机特征的任意物。"拦截器"指能够拦截至少一个能量发射的任意物体。"位置传感器"指被配置为产生可用于位置确定的客观察量的物理状 态传感器。"导航处理器"指一种物理状态传感器，其被配置为处理至少一个物 理状态传感器的可观察量，从而产生对物理状态传感器的物理状态的估 计。物理状态估计可以通过任意种方式来实现。优选的实施例使用包括最小平方、Kalman滤波和混合法的随机估计方法的组合。"可观察量"指在发射器与拦截器之间的某些传输介质中传播的拦截"^理状态"指相对于设备的基准系的物理特性，其包括以下中的至 少一个或多个位置、海拔、时钟和时间导数。位置和海拔可以是一 维、二维或三维的。位置是沿一个轴或多个轴的线性距离的测量。"海 拔"是关于某些轴的角度旋转的测量。时钟是时间的测量。时间导数是初始物理特性的时间导数。"物理状态估计"或"PSE"指从可观察量导出的物理状态的计算估计。"物理状态估计器"指一种系统元件，其对预定配置数据给出的可观 察量进行处理，从而产生物理状态估计。"物理状态传感器"指一种系统元件，其用于感测物理状态。该物理 状态传感器可以是能量拦截器或者发射器，这取决于配置。"基准点"指作为用于测量一个或更多个位置传感器的位置的基准的 点。基准点元件可以是在某种传输介质中传播的能量的发射器或接收 器。它们可以位于坐标系统基准系内的已知可靠点处。基准点也可以是 移动的，或者是外部起点，例如类星体、机会卫星信号、以及任意其它 能量发射器。基准点的初始特性是在对基准点与物理状态传感器之间的 相对物理状态进行估计之前已知的一个或更多个物理特性。"测距信号"指特意设计为具有可用于测量发射器与拦截器之间的距 离的适当特性的结构化能量发射。"测距信号发射器"或"RST"指发射测距信号的发射器。其可以是全 球导航卫星、本地信标，或者产生可以用作测距信号的信号的任意发射器o"基准网络处理器"指一种物理状态估计器，其被配置以估计至少一 个基准点相对于第二基准点的物理状态，并在随后使用产生的物理状态 信息来对历书和校正信息以及系统的其它相关配置数据进行更新。"基准SCT"指频谱压缩器和翻译器，其被指定为系统中的基准点。 "频谱压缩器和翻译器"或者"SCT"指一种被配置为拦截器的物理状 态传感器，其使用至少一种频谱压縮方法来处理拦截的能量发射，产生 可用于物理状态估计的可观察量。"频谱压縮"指一种用于在能量通过传输介质进行传播时提取以所拦 截能量的振幅、相位和时间导数形式的变化的物理特性的过程，而不考 虑保留能量发射内潜在调制的信息内容。该提取过程利用能量发射和发 射器的至少一种或多种己知的物理特征，以将宽带频谱内容提取为窄带 方法，其保留了物理特性。可以执行宽带频谱内容的提取，而不考虑调 制的信息内容，这能够实现有效的过程增益本文档来自技高网...

【技术保护点】
其中要求排他性所有权或特许权的本专利技术的实施例限定如下：　一种用于在配置环境内提供物理状态信息的系统，包括：　至少一个发射器，在传输介质中发射能量；　至少一个拦截器，拦截从至少一个发射器穿过传输介质传播的能量，其中，所述拦截 器被配置为使用频谱压缩来处理接收到的发射，以产生一组适用于物理状态估计的可观察量；以及　物理状态估计器，被配置为：　基于从至少一个拦截器接收到的一组可观察量，确定拦截器与发射器之间的相对物理状态中的至少一项；以及　基于从至 少一个拦截器接收到的一组可观察量，报告相对物理状态中的至少一项。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯L戈登，迈克尔B马修斯，皮特F马克多兰，
申请(专利权)人：卢克卓尼克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]