專利名稱：位置跟蹤設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及跟蹤設(shè)備的位置，比如，用于探測(cè)(detect)緩慢和快速的地球變形 (earth deformation)。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域已知不同類型的定位系統(tǒng)。比如，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供在全球范圍的自主地
球空間定位。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)允許GNSS接收器采用衛(wèi)星傳遞的信號(hào)，包括經(jīng)度、
緯度和海拔，來確定其在地球上的位置，其位置確定可在幾米甚至厘米內(nèi)。 比如，軌道衛(wèi)星廣播其精確的軌道數(shù)據(jù)，包含衛(wèi)星位置和信號(hào)被傳輸?shù)木_時(shí)間。
衛(wèi)星位置可在數(shù)據(jù)報(bào)文中被傳遞，數(shù)據(jù)報(bào)文添加了充當(dāng)時(shí)間基準(zhǔn)的代碼。然后接收器可把
廣播在傳遞中被編碼的時(shí)間與內(nèi)部時(shí)鐘測(cè)量的接收時(shí)間進(jìn)行比較，從而測(cè)量到衛(wèi)星的行程
時(shí)間?？赏瑫r(shí)對(duì)不同衛(wèi)星進(jìn)行幾個(gè)此類測(cè)量，提供接收器位置的精確的確定。 由接收器進(jìn)行的每個(gè)單個(gè)距離測(cè)量，以到衛(wèi)星的測(cè)量距離跟蹤了球殼(spherical
shell)表面上的接收器。通過采取幾個(gè)此類測(cè)量以及確定球殼的交叉點(diǎn)，可產(chǎn)生位置定位。
通常，由于未知的緯度、經(jīng)度、海拔和時(shí)間，即四個(gè)未知參數(shù)，精確的定位確定需要來自四個(gè)
衛(wèi)星的信號(hào)。 這類全球定位系統(tǒng)一般和熟知的應(yīng)用，是采用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收器，以確定交通 工具、人等的位置。 此外，已知在測(cè)量非常緩慢的運(yùn)動(dòng)(比如板塊漂移)中采用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收器， 以跟蹤大陸變形或緩慢運(yùn)動(dòng)。通過使用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收器網(wǎng)絡(luò)，可產(chǎn)生地球表面的板塊 改變的地圖。 然而，某些事件會(huì)干擾緩慢漂移，其由衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收器跟蹤，并且，需要估計(jì) 此類干擾。比如，當(dāng)與緩慢的板塊漂移比較時(shí)，地震或山崩可在非常短的時(shí)間段導(dǎo)致地球表 面大的運(yùn)動(dòng)或變形。 為了全面監(jiān)視伴隨有突然快速改變的緩慢地球變形或其他類型的緩慢運(yùn)動(dòng)，需要 能夠處理兩種運(yùn)動(dòng)類型的系統(tǒng)，比如緩慢板塊漂移和由地震、山崩等導(dǎo)致的突然運(yùn)動(dòng)。
在缺少快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，已知可獲得足夠精度的多種濾波器技術(shù)，但是為了跟蹤快速 運(yùn)動(dòng)，還需要具有足夠的動(dòng)態(tài)范圍的濾波器，比如已知的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(real time kinematic) (RTK)濾波器。然而，已知的RTK的問題是，只有當(dāng)載波相位模糊可分辨時(shí)才能獲得高精度。 載波相位模糊由以下事實(shí)引起，即，在基于RTK濾波器的系統(tǒng)中的位置確定采用了載波相 位。然而，由于載波信號(hào)的每次振蕩都重現(xiàn)相同的相位，因此波形的相位模糊。在RTK濾波 器解決方案中，載波相位模糊將位置跟蹤系統(tǒng)限制到衛(wèi)星導(dǎo)航接收器間隔在比如100公里 以下的網(wǎng)絡(luò)中。此外，對(duì)于RTK濾波器解決方案，還存在多路徑傳播問題。
發(fā)明內(nèi)容
因此希望在存在緩慢和快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，提供具有提高精度的位置跟蹤。
—種解決方案是由位置跟蹤設(shè)備提供，所述位置跟蹤設(shè)備包括，用于從多個(gè)已知 位置的衛(wèi)星接收定位信號(hào)的裝置；用于采用適于接收定位信號(hào)以及收斂參數(shù)作為輸入的遞 歸濾波器來確定位置估計(jì)的裝置；用于獲得所述位置跟蹤設(shè)備的位移估計(jì)的裝置；其中所 述用于確定位置估計(jì)的裝置適于根據(jù)所述位移估計(jì)調(diào)整所述收斂參數(shù)。 根據(jù)一個(gè)有益的實(shí)施方式，所述遞歸濾波器是卡爾曼濾波器，并且其中，所述收斂 參數(shù)由輸入到所述卡爾曼濾波器的位置噪聲構(gòu)成。 根據(jù)另一個(gè)有益的實(shí)施方式，所述收斂參數(shù)由所述位移估計(jì)乘以常量構(gòu)成。
根據(jù)另一個(gè)有益的實(shí)施方式，所述位移估計(jì)基于位移測(cè)量的時(shí)間序列來確定。
根據(jù)另一個(gè)有益的實(shí)施方式，所述位移估計(jì)基于下列項(xiàng)中的至少一項(xiàng)來確定
-來自衛(wèi)星的所述定位信號(hào)的相位；以及
-來自運(yùn)動(dòng)傳感器的信號(hào)。 根據(jù)另一個(gè)有益的實(shí)施方式，所述位移估計(jì)基于描述所述位置跟蹤設(shè)備的運(yùn)動(dòng)的 速度矢量。 根據(jù)另一個(gè)有益的實(shí)施方式，如果所述位移估計(jì)低于預(yù)定的探測(cè)閾值，則所述收 斂參數(shù)設(shè)置為指示緩慢收斂的值，以及如果所述位移估計(jì)超過所述預(yù)定的探測(cè)閾值，則所 述收斂參數(shù)設(shè)置為指示快速收斂的值。 根據(jù)另一個(gè)有益的實(shí)施方式，為指示快速收斂，所述收斂參數(shù)基于所述位移估計(jì) 來確定，以及為指示緩慢收斂，所述收斂參數(shù)由預(yù)定常量構(gòu)成。 根據(jù)另一個(gè)有益的實(shí)施方式，所述位置跟蹤設(shè)備適于基于由第一測(cè)量時(shí)間間隔
分隔的第一組定位信號(hào)時(shí)間序列，執(zhí)行第一遞歸濾波過程；基于由比所述第一測(cè)量間隔長(zhǎng)
的第二測(cè)量時(shí)間間隔分隔的第二組定位信號(hào)時(shí)間序列，執(zhí)行第二遞歸濾波過程；并且，如果
所述位移估計(jì)超過預(yù)定閾值，則采用所述第一遞歸濾波過程的確定結(jié)果，以及，如果所述位
移估計(jì)低于所述預(yù)定閾值，則采用所述第二遞歸濾波過程的確定結(jié)果。 根據(jù)另一個(gè)有益的實(shí)施方式，所述收斂參數(shù)包括位移在不同空間方向的協(xié)方差。 根據(jù)另一個(gè)有益的實(shí)施方式，提供了用于跟蹤位置的方法，其包括在位置跟蹤設(shè)
備從多個(gè)已知位置的衛(wèi)星接收定位信號(hào)；獲得所述位置跟蹤設(shè)備的位移估計(jì)；基于所述位
移估計(jì)調(diào)整收斂參數(shù)；以及采用遞歸濾波器確定位置估計(jì)，所述遞歸濾波器接收所述定位
信號(hào)和所述收斂參數(shù)作為輸入。 根據(jù)另一個(gè)有益的實(shí)施方式，提供了包括指令的程序，所述指令適于使數(shù)據(jù)處理 裝置實(shí)現(xiàn)位置跟蹤的操作。 根據(jù)另一個(gè)有益的實(shí)施方式，提供了包含程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述程序 使計(jì)算機(jī)執(zhí)行位置跟蹤的操作。 根據(jù)另一個(gè)有益的實(shí)施方式，提供了計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括所述計(jì)算機(jī)可讀介 質(zhì)。 根據(jù)另一個(gè)有益的實(shí)施方式，提供了用于跟蹤板塊漂移的系統(tǒng)，其包括多個(gè)位置 跟蹤設(shè)備。 其他有益的實(shí)施方式將在其后相關(guān)的權(quán)利要求中公開。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的位置跟蹤設(shè)備的元件。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，比如采用圖1的設(shè)備跟蹤位置的操作。 圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的跟蹤位置的方法的操作，特別是概述
了基于卡爾曼濾波器以跟蹤位置的操作。 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的跟蹤位置的方法的操作，特別是概述 了基于被探測(cè)的運(yùn)動(dòng)以調(diào)整變換參數(shù)的操作。 圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的跟蹤位置的方法的操作，特別是顯示 了用來獲取位移估計(jì)的操作。 圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的跟蹤位置的方法的操作，特別是概述 了采用兩種濾波器過程以同時(shí)執(zhí)行緩慢的和快速的運(yùn)動(dòng)探測(cè)的操作。 圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的系統(tǒng)，其用于探測(cè)緩慢變形和快速運(yùn)動(dòng)。
具體實(shí)施例方式
參考圖l，現(xiàn)將描述根據(jù)本發(fā)明的位置跟蹤設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方式。 所述實(shí)施方式涉及通過應(yīng)用遞歸濾波器跟蹤設(shè)備的位置，比如用于探測(cè)緩慢和快
速的地球變形，所述遞歸濾波器具有適應(yīng)于被檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)類型的濾波器特性。比如，如果位
置跟蹤設(shè)備的運(yùn)動(dòng)快速，則濾波器特性設(shè)置成使得可以以必要的速度跟蹤快速運(yùn)動(dòng)。該情
況下，濾波器的輸出信號(hào)，即運(yùn)動(dòng)估計(jì)，可密切跟隨快速改變的輸入信號(hào)，即位置信號(hào)，其代
價(jià)是增大了輸入信號(hào)通過濾波器到輸出信號(hào)的噪聲。另一方面，如果所述運(yùn)動(dòng)緩慢，比如在
正常的板塊漂移時(shí)期內(nèi)，濾波器特性設(shè)置成使得運(yùn)動(dòng)被緩慢跟蹤，其具有有效降噪的優(yōu)點(diǎn)，
即，輸入信號(hào)中的噪音被有效阻止，且不通過所述濾波器傳輸?shù)捷敵鲂盘?hào)。也就是說，在快
速運(yùn)動(dòng)時(shí)期中，濾波器輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的收斂速度設(shè)置為高以快速收斂，以及在緩慢
運(yùn)動(dòng)時(shí)期中，濾波器輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的收斂速度設(shè)置為低以緩慢收斂。
圖1示意圖顯示了相應(yīng)的位置跟蹤設(shè)備100的元件，比如其中，導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)接收
器，其用于根據(jù)從多個(gè)軌道衛(wèi)星接收到的信號(hào)確定設(shè)備的位置。 位置跟蹤設(shè)備包括接收器，該接收器用于從多個(gè)已知位置的衛(wèi)星接收定位信號(hào)。 此外，位置跟蹤設(shè)備包括濾波器單元120，濾波器單元120用于采用適于接收定位信號(hào)和收 斂參數(shù)作為輸入的遞歸濾波器來確定位置估計(jì)。更進(jìn)一步，設(shè)置了位移估計(jì)單元130，其用 于獲得位置跟蹤設(shè)備的位移估計(jì)，其指示了比如由于像地震、山崩等事件引起的位置跟蹤 設(shè)備的突然運(yùn)動(dòng)。 濾波器單元120適于基于來自位移估計(jì)單元的位移估計(jì)來調(diào)整收斂參數(shù)。
相應(yīng)地，位置跟蹤設(shè)備100能夠?qū)Νh(huán)境改變起反應(yīng)，環(huán)境改變包括正常操作中的 緩慢運(yùn)動(dòng)和在未知的時(shí)間點(diǎn)發(fā)生的快速運(yùn)動(dòng)。更精確地，遞歸濾波器可用于遞歸過濾一系 列來自每個(gè)衛(wèi)星的定位信號(hào)，以基于前面的測(cè)量達(dá)到對(duì)位置的良好估計(jì)。在濾波過程中，收 斂參數(shù)指示濾波器的收斂速度，比如，指示濾波器跟隨設(shè)備位置更快速的改變的能力。如果 收斂參數(shù)指示快速收斂，實(shí)際位置測(cè)量對(duì)該預(yù)測(cè)過程的影響較強(qiáng)烈，而如果收斂參數(shù)指示 緩慢收斂，實(shí)際測(cè)量對(duì)該預(yù)測(cè)過程影響較小。 相應(yīng)地，通過基于位移估計(jì)的收斂參數(shù)調(diào)整，濾波過程及因此的位置跟蹤設(shè)備的
6位置估計(jì)可適于外部環(huán)境，比如由于緩慢變形或漂移引起的位置探測(cè)設(shè)備的未受干擾的緩 慢運(yùn)動(dòng)，以及由于地震、山崩及類似物引起的突然發(fā)生的快速運(yùn)動(dòng)。在緩慢運(yùn)動(dòng)環(huán)境中，收 斂參數(shù)指示了緩慢收斂，其有助于跟蹤緩慢運(yùn)動(dòng)，而避免了在估計(jì)過程中的探測(cè)位置信號(hào) 誤差或測(cè)量誤差的大的影響。在快速運(yùn)動(dòng)環(huán)境中，位移估計(jì)及因此的收斂參數(shù)指示了快速 收斂，其在跟蹤快速運(yùn)動(dòng)過程中有幫助，代價(jià)是在估計(jì)過程中的探測(cè)位置信號(hào)誤差或測(cè)量 誤差的影響增高，因此尋找在濾波器對(duì)測(cè)量改變的快速適應(yīng)與允許影響估計(jì)過程的測(cè)量誤 差之間的折衷方法。 本實(shí)施方式中的位置跟蹤設(shè)備可用于跟蹤板塊漂移，比如上面的描述，和/或任 何其他類型比如房屋、橋梁、攔河壩等人造結(jié)構(gòu)的緩慢和快速運(yùn)動(dòng)。 在接下來的例子中，將對(duì)圖1中位置跟蹤設(shè)備的元件進(jìn)行更為詳細(xì)地描述。這里 明確指出，下面所指僅為例子，并且不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明。 —個(gè)例子中的位置跟蹤設(shè)備100由安置在地球表面的固定位置的全球?qū)Ш叫l(wèi)星
系統(tǒng)接收器構(gòu)成。位置跟蹤設(shè)備可被安排執(zhí)行所有被要求的測(cè)量和計(jì)算，以跟蹤設(shè)備隨時(shí)
間推移的位置，如上面的描述，然而，其也可提供在不同地點(diǎn)的以分布方式的位置跟蹤設(shè)備
100。在一個(gè)例子中，位置跟蹤設(shè)備由在特殊固定地點(diǎn)的接收器組成，該接收器采用無線或
有線(wireboimd)通信與中心站或遠(yuǎn)端站通信。本例中的接收器在預(yù)處理操作之前或之后
將所接收到的信號(hào)傳遞給中心站或遠(yuǎn)端站，且中心站或遠(yuǎn)端站采用遞歸濾波器以及基于位
移估計(jì)調(diào)整收斂參數(shù)，執(zhí)行所需要的計(jì)算，以確定位置估計(jì)。位移估計(jì)也可在中心站或遠(yuǎn)端
站基于接收自接收器的信號(hào)來計(jì)算，或可在接收器內(nèi)直接確定。也就是說，位置跟蹤設(shè)備中
的單個(gè)元件的任何分布式的或非分布式的布置(arrangement)都是可能的。 下面對(duì)接收器110的例子進(jìn)一步詳細(xì)描述。在一個(gè)例子中，接收器110由衛(wèi)星導(dǎo)航
系統(tǒng)接收器構(gòu)成，其可從多個(gè)衛(wèi)星接收定位信號(hào)以確定接收器位置。比如，接收器布置成從
四軌道衛(wèi)星接收信號(hào)，以計(jì)算確定位置所需的空間方位角、經(jīng)度、緯度以及時(shí)間參數(shù)。接收
器可包括硬件和/或軟件元件，比如天線、高頻電路、解調(diào)電路等，以接收定位信號(hào)。此外，
接收器可包括中央處理單元和存儲(chǔ)適當(dāng)程序的存儲(chǔ)器，當(dāng)把程序加載到接收器的中央處理
單元時(shí)，可使得接收器能適當(dāng)處理從多個(gè)衛(wèi)星接收的定位信號(hào)，以獲得接收器位置的坐標(biāo)。 下面對(duì)濾波器單元120和位移估計(jì)單元130的例子進(jìn)一步詳細(xì)描述。如上面所指
出的，濾波器單元和位移估計(jì)單元根據(jù)設(shè)備位置的先前測(cè)量合作提供位置估計(jì)。 為此，濾波器單元采用遞歸濾波器，其接收定位信號(hào)和收斂參數(shù)作為輸入。在一個(gè)
例子中，濾波器單元被實(shí)現(xiàn)為一種布置，其包括硬件和/或軟件元件，比如處理單元和存儲(chǔ)
合適程序單元的存儲(chǔ)器，當(dāng)把程序單元加載到處理單元時(shí)，能執(zhí)行濾波處理。另外，也可能
把遞歸濾波器單元整個(gè)作為硬件布置來實(shí)現(xiàn)，比如專用集成電路(ASIC)，其配置成執(zhí)行遞
歸濾波處理，并配置成從接收器接收定位信號(hào)以及接收收斂參數(shù)作為輸入。 在一個(gè)例子中，位移估計(jì)單元130根據(jù)所接收到的定位信號(hào)或根據(jù)從運(yùn)動(dòng)探測(cè)器
接收的信號(hào)，獲得位置跟蹤設(shè)備的位移估計(jì)。位移估計(jì)單元可由硬件和/或軟件元件構(gòu)成，
比如處理單元和存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)合適的程序單元，當(dāng)加載程序單元時(shí)，可使處理單
元執(zhí)行位移估計(jì)處理。位移估計(jì)單元也可包括運(yùn)動(dòng)傳感器，用于探測(cè)由于設(shè)備的快速運(yùn)動(dòng)
引起的傳感器運(yùn)動(dòng)或加速，或位移估計(jì)單元可從與位置跟蹤設(shè)備相關(guān)聯(lián)地設(shè)置的外部運(yùn)動(dòng)
傳感器接收此類信號(hào)。可替換地，位置估計(jì)單元被整個(gè)作為硬件布置來實(shí)現(xiàn)，比如配置成執(zhí)
7行所需要的位移探測(cè)處理的專用集成電路。 在另一個(gè)例子中，位置跟蹤單元100包括中央處理單元140和用于存儲(chǔ)合適的程 序單元的存儲(chǔ)器，當(dāng)運(yùn)行程序單元時(shí)，可使得中央處理單元執(zhí)行例如上面詳述的濾波器單 元和位移估計(jì)單元的功能。仍在另一個(gè)實(shí)施方式中，中央處理器(CPU) 140也集成了接收器 110的至少一些元件，因而實(shí)現(xiàn)了接收器110、濾波器單元120和位移估計(jì)單元130的功能。
參考圖2，下面進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明的其他實(shí)施方式進(jìn)行描述。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明 實(shí)施方式的用于確定和跟蹤位置的方法的操作。圖2的操作可采用圖1中顯示的位置跟蹤 設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，然而，圖2不限于此。 在第一步操作201中，開始位置探測(cè)或跟蹤，接收來自多個(gè)已知位置處的轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi) 星(forwarding satellite)的定位信號(hào)。比如，軌道衛(wèi)星廣播其精確的軌道數(shù)據(jù)，包含衛(wèi) 星位置和信號(hào)被傳輸?shù)木_時(shí)間。如上面所指出的，來自衛(wèi)星的各個(gè)單個(gè)位置信號(hào)將接收 器定位在球殼表面上距離衛(wèi)星為所測(cè)量的距離的地方。通過采取幾次這種測(cè)量以及確定球 殼的交叉點(diǎn)，可產(chǎn)生位置定位。通常，存在緯度、經(jīng)度、海拔及時(shí)間四個(gè)未知參數(shù)，精確的定 位確定需要來自四個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。然而，如果做一定的假設(shè)，比如恒定海拔等，來自少于四 個(gè)衛(wèi)星的定位信號(hào)就足夠了。 在一個(gè)例子中，定位信號(hào)按本領(lǐng)域已知的方式(比如使得相位以位置探測(cè)為基 礎(chǔ))設(shè)定。比如，定位信號(hào)包括被調(diào)制成指示相位和/或時(shí)間基準(zhǔn)的載波波形，并指示發(fā)射 定位信號(hào)的衛(wèi)星身份。 在操作202中，獲得了位置跟蹤設(shè)備的位移估計(jì)。優(yōu)選地，位移估計(jì)指示了由于例 如由地震、山崩等引起的例如跟蹤設(shè)備所處地球表面的運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的位置或地點(diǎn)的改變。 位移估計(jì)可指示加速度、速度或跟蹤設(shè)備的先前位置與當(dāng)前位置之間的偏差。在可選方案 中，位移估計(jì)根據(jù)定位信號(hào)計(jì)算，比如通過對(duì)來自多個(gè)衛(wèi)星的定位信號(hào)的載波相位求微分。 更進(jìn)一步，可采用傳感器感測(cè)方向、速度、加速度等。位移估計(jì)也可從外部信源獲得，比如連 接到位置跟蹤設(shè)備的外部設(shè)備或與其有相關(guān)通信的外部設(shè)備。 在操作203中，之后根據(jù)所獲得的位移估計(jì)調(diào)整或更新收斂參數(shù)。在一個(gè)例子中， 位移估計(jì)直接與收斂參數(shù)成比例，由于允許考慮到定位信號(hào)的位置估計(jì)的更大的改變，使 得指示大位移的位移估計(jì)導(dǎo)致了指示快速收斂的收斂參數(shù)。在其他例子中，通過接收作為 輸出的位移估計(jì)的任何計(jì)算過程或通過基于位移估計(jì)的任何其他類型的判定過程，來獲得 參數(shù)。 需要指出的是，操作203可選，即如果有必要的話可只更新收斂參數(shù)。比如，如果 隨時(shí)間推移位移估計(jì)具有確定的大小或動(dòng)態(tài)改變，可調(diào)整收斂參數(shù)。 在操作204中，采用遞歸濾波器接收定位信號(hào)以及收斂參數(shù)作為輸入，可確定位 置估計(jì)。比如，濾波器是時(shí)域遞歸濾波器，用于根據(jù)前面的測(cè)量和收斂參數(shù)來計(jì)算位置估 計(jì)，其考慮各個(gè)位置測(cè)量的跟蹤來設(shè)置濾波器特性。濾波器的收斂參數(shù)影響到位置預(yù)測(cè)可 跟隨改變或被允許跟隨改變從而跟上根據(jù)定位信號(hào)所進(jìn)行的實(shí)際測(cè)量中的改變的速度。通 常，如果運(yùn)動(dòng)緩慢，即預(yù)料設(shè)備的位置改變緩慢，則收斂參數(shù)可被設(shè)置來指示緩慢收斂，因 為在該情況下，預(yù)料的位置改變小，并且不需要對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果做大的改變以跟上或跟蹤實(shí)際 位置。反之亦然，如果預(yù)料或探測(cè)到大的運(yùn)動(dòng)，收斂參數(shù)優(yōu)選地設(shè)置為能更快跟蹤預(yù)測(cè)或位 置估計(jì)的值，即，濾波過程中通過允許位置估計(jì)的較大的改變來更快跟蹤實(shí)際位置。
優(yōu)選地，濾波器根據(jù)至少前面的測(cè)量或多個(gè)前面的測(cè)量，進(jìn)行位置估計(jì)，并且此 外，位置估計(jì)可基于先前位置估計(jì)和根據(jù)實(shí)際測(cè)量估計(jì)的當(dāng)前位置之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)行建 模。收斂參數(shù)優(yōu)選地設(shè)置合適的濾波器特性，即允許快速的跟蹤改變或允許緩慢的跟蹤改 變。收斂參數(shù)因此可被視為將濾波器特性設(shè)置為低通特性，以及當(dāng)預(yù)料到或檢測(cè)到大的運(yùn) 動(dòng)時(shí)，強(qiáng)加高通特性或修改的低路徑特性。 需要指出的是，遞歸濾波器可以是任意種類遞歸濾波器，比如時(shí)域遞歸濾波器。
操作204之后，流程返回操作201，并且位置估計(jì)的下一個(gè)計(jì)算序列開始。
優(yōu)選地，操作201至204的每個(gè)序列基于在時(shí)間上預(yù)定時(shí)刻接收到的定位信號(hào)， 以使得位置測(cè)量的離散序列或歷元(印och)導(dǎo)致位置估計(jì)的響應(yīng)序列。在一個(gè)例子中，操 作201-204的循環(huán)每秒執(zhí)行1-50次，即，從多個(gè)衛(wèi)星接收的定位信號(hào)每秒被處理1-50次， 以確定位置估計(jì)以及以相同的速度或較低的速度調(diào)整收斂參數(shù)。然而，需要指出的是，操作 201-204的兩個(gè)循環(huán)之間的任何其他間隔都是可能的。此外，在另一個(gè)例子中，測(cè)量循環(huán)取 決于位移估計(jì)，以使得可能更快跟蹤實(shí)際位置。 在另一個(gè)例子中，采用位移估計(jì)來規(guī)定操作201-204的序列每秒重復(fù)的次數(shù)，其 中大的位移估計(jì)導(dǎo)致了大量的估計(jì)循環(huán)201-204。相反地，可采用低的位移估計(jì)來減小位置 估計(jì)循環(huán)的數(shù)量。顯然，如果預(yù)料到緩慢運(yùn)動(dòng)，則需要較少量的測(cè)量或估計(jì)循環(huán)，而在快速 運(yùn)動(dòng)上，每給定時(shí)間間隔可能需要更大量的位置估計(jì)。 需要指出的是，盡管圖2指示了操作201-204的特定順序，在其他可選實(shí)施方式 中，也可能是其他順序。比如，用于獲得位移估計(jì)的操作202以及用于調(diào)整收斂參數(shù)的操作 203可在操作204之前或之后執(zhí)行。 參考圖3，下面進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明的其他實(shí)施方式進(jìn)行描述。圖3顯示了用于跟蹤比
如圖1中的位置跟蹤設(shè)備的位置的方法的元件，然而，圖3不限制于此。 如上面詳述的，使用從衛(wèi)星(比如四個(gè)衛(wèi)星)接收定位信號(hào)以及收斂參數(shù)作為輸
入的遞歸濾波器來確定位置估計(jì)。遞歸濾波器可以是任何類型的遞歸濾波器，比如時(shí)域遞
歸濾波器?，F(xiàn)在圖3特別地示出了采用卡爾曼濾波器作為時(shí)域遞歸濾波器的一個(gè)例子進(jìn)行
位置跟蹤的方法。 卡爾曼濾波器為本領(lǐng)域所熟知?？柭鼮V波器是有效的遞歸濾波器，其從一系列 可能不完整的和/或帶有噪聲的測(cè)量中，估計(jì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)。卡爾曼濾波器基于時(shí)域離 散的線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)?？柭鼮V波器是馬爾科夫鏈模型，其建立在受高斯噪聲干擾的線性算 子上。卡爾曼濾波器采用系統(tǒng)狀態(tài)矢量，并且在每個(gè)離散時(shí)間增量上，將線性算子應(yīng)用到系 統(tǒng)狀態(tài)，以產(chǎn)生新狀態(tài)。在該過程中，噪音可被混合，并且可能一些信息形成建模系統(tǒng)的控 制。 卡爾曼濾波器是遞歸估計(jì)器，其中來自前面時(shí)間步長(zhǎng)的估計(jì)狀態(tài)以及當(dāng)前測(cè)量被 用于計(jì)算當(dāng)前狀態(tài)的估計(jì)。在該情況下，當(dāng)前狀態(tài)的估計(jì)是對(duì)位置跟蹤設(shè)備的位置的位置 估計(jì)。 卡爾曼濾波器在兩步驟或階段中操作，S卩，預(yù)測(cè)步驟和更新步驟。在預(yù)測(cè)步驟中， 來自前面的時(shí)間步長(zhǎng)的估計(jì)被用于生成當(dāng)前狀態(tài)、現(xiàn)在的情況或位置的估計(jì)。之后，在更新 步驟中，來自當(dāng)前的時(shí)間步長(zhǎng)的實(shí)際測(cè)量被用于改進(jìn)預(yù)測(cè)，以達(dá)到希望更準(zhǔn)確的估計(jì)。相應(yīng) 地，在預(yù)測(cè)階段，位置估計(jì)采用卡爾曼濾波器根據(jù)前面的時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算，以及在更新步
9驟，應(yīng)用于狀態(tài)即位置的線性算子根據(jù)實(shí)際測(cè)量被更新。 參考圖3顯示的實(shí)施方式，其使用了卡爾曼濾波器，用于跟蹤所述跟蹤設(shè)備的位 置。在實(shí)施方式中，收斂參數(shù)由位置噪聲輸入或卡爾曼濾波器的組成部分構(gòu)成，比如用于濾 波器更新階段。在卡爾曼濾波器中，收斂參數(shù)可由位移估計(jì)乘以一個(gè)常量構(gòu)成，或如參考前 面的實(shí)施方式所描述的構(gòu)成。常量通常是比例系數(shù)，比如在隨后的歷元或估計(jì)之間的時(shí)間 間隔。 在圖3的實(shí)施方式中，在最初操作301中，在開始位置探測(cè)或跟蹤時(shí)，從已知位置 的多個(gè)衛(wèi)星，比如四個(gè)衛(wèi)星，接收到一組定位信號(hào)。這組定位信號(hào)可被稱作歷元的定位信 號(hào)。前面指出，每個(gè)衛(wèi)星發(fā)送其包括時(shí)間基準(zhǔn)和衛(wèi)星身份以及可能更多信息的定位信號(hào)，并 且位置跟蹤設(shè)備根據(jù)所接收到的數(shù)據(jù)執(zhí)行位置探測(cè)計(jì)算。因此在時(shí)間的確定時(shí)刻執(zhí)行位置 探測(cè)，通常由固定時(shí)間間隔分隔，或由取決于所探測(cè)的位移速度的時(shí)間間隔間距分隔。因 此，來自多個(gè)衛(wèi)星的一組定位信號(hào)是指在特定的時(shí)間點(diǎn)接收的定位信號(hào)。
在操作302中，位置跟蹤設(shè)備的位移估計(jì)在當(dāng)前循環(huán)中獲得，比如參考余下的實(shí) 施方式所描述的。比如位移估計(jì)可基于所接收的定位信號(hào)或外部信息，比如來自加速傳感 器或類似設(shè)備的信息。 然后，在操作303中，根據(jù)為下一個(gè)循環(huán)的位移估計(jì)來調(diào)整收斂參數(shù)，比如參考前 面的實(shí)施方式所描述的。 需要指出的是，操作302和303可按照?qǐng)D3中所示的順序來執(zhí)行，即在操作301之 后，使得更新的收斂參數(shù)可被用在當(dāng)前循環(huán)中用于位置預(yù)測(cè)，然而，需要指出的是操作302 和303也可在循環(huán)的其他時(shí)間執(zhí)行，比如在操作301之前或操作305之后。
然后，在操作304中，卡爾曼濾波器基于位置測(cè)量來更新。 在操作305中，位置估計(jì)從基于定位信號(hào)組和收斂參數(shù)的卡爾曼濾波器獲得。因 此，來自卡爾曼濾波器的位置估計(jì)構(gòu)成了系統(tǒng)狀態(tài)即位置跟蹤設(shè)備的位置及相位模糊的預(yù) 測(cè)。也就是說，來自卡爾曼濾波器預(yù)測(cè)的狀態(tài)包括跟蹤設(shè)備的空間位置信息，以及來自單個(gè) 衛(wèi)星的信號(hào)的相位模糊估計(jì)。此外，系統(tǒng)狀態(tài)的預(yù)測(cè)取決于構(gòu)成卡爾曼濾波器位置噪聲項(xiàng) 的收斂參數(shù)。因此此項(xiàng)指示了可能的或預(yù)料的距離狀態(tài)即位置的改變，以及因此可用于調(diào) 整卡爾曼濾波器的特性，以適于變化的環(huán)境，比如緩慢運(yùn)動(dòng)環(huán)境或快速運(yùn)動(dòng)環(huán)境。優(yōu)選地， 收斂參數(shù)根據(jù)卡爾曼濾波器前面的循環(huán)進(jìn)行設(shè)置，并因此基于為前面的循環(huán)所計(jì)算的前面 的位移估計(jì)。 比如，收斂參數(shù)由如前面描述的濾波器預(yù)測(cè)步驟中采用的卡爾曼濾波器的位置噪 聲項(xiàng)構(gòu)成。該情況下，收斂參數(shù)由包括不同空間方向上的運(yùn)動(dòng)的方差的矩陣構(gòu)成。通過設(shè) 置方差，可影響濾波器的行為。方差可根據(jù)所預(yù)料的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行設(shè)置，比如，如果在特定應(yīng)用 中，比如由于實(shí)際約束引起，總預(yù)料到在某方向上的緩慢運(yùn)動(dòng)，則相關(guān)的方差可被設(shè)置為低值。 此外，收斂參數(shù)有可能包括位移在不同空間方向上的協(xié)方差，以將關(guān)于預(yù)料的運(yùn) 動(dòng)的先驗(yàn)信息包括到估計(jì)中。比如，也比如由于實(shí)際約束引起，一個(gè)空間方向上的運(yùn)動(dòng)可取 決于另一個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)。 在操作305之后，流程返回操作301，且下一個(gè)位置估計(jì)循環(huán)自操作301開始。
圖3的實(shí)施方式顯示了基于衛(wèi)星定位信號(hào)，使用卡爾曼濾波器來執(zhí)行位置跟蹤，其包括基于探測(cè)的位移或跟蹤設(shè)備的運(yùn)動(dòng)來設(shè)定卡爾曼濾波器的收斂參數(shù)，以使跟蹤過程適于外部環(huán)境，即地球表面的變形或緩慢運(yùn)動(dòng)，或由于地震和山崩引起的快速運(yùn)動(dòng)。
下面描述了采用卡爾曼濾波器的跟蹤過程的另一個(gè)實(shí)施方式。 卡爾曼濾波器是一組數(shù)學(xué)方程，其提供了狀態(tài)矢量Xk在任意給定時(shí)間tk的最佳估計(jì)。此外，有兩組不同的方程-預(yù)測(cè)方程和更新方程。方程組如下
預(yù)測(cè)方程 Xk(-) = Ok,k—A—J+) (1) Pk(-) = Ok,k—A—丄(+)①k—1+Qk,k—丄 (2) 其中， Xk(-)是在時(shí)間tk預(yù)測(cè)的狀態(tài)矢量 Ok,k—工是在時(shí)間tk—i和tk之間的轉(zhuǎn)換矩陣 Xk—i (+)是在時(shí)間tk—i估計(jì)的狀態(tài)矢量 Pk(-)是在時(shí)間tk預(yù)測(cè)的狀態(tài)協(xié)方差矩陣 Pk—工(+)是在時(shí)間tk—工估計(jì)的狀態(tài)協(xié)方差矩陣 Qk, k—工是在時(shí)間tk—工和tk之間的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣 更新方程 Xk(+) = Xk(-)+Kk{Zk-Hk Xk(_)} (3)
Pk(+) = {I-Kk Hk}Pk(-) (4)
Kk = Pk (_) tfk {Hk Pk (_) tfk+Rk) —1 (5)
其中， Xk(+)是在時(shí)間tk估計(jì)的狀態(tài)矢量 Zk是在時(shí)間tk的測(cè)量矢量 Hk是在時(shí)間tk的設(shè)計(jì)矩陣 Qk(+)是在時(shí)間tk估計(jì)的狀態(tài)協(xié)方差矩陣 Rk是在時(shí)間tk的測(cè)量協(xié)方差矩陣 以上述方程清楚表明，新的測(cè)量矢量Zk對(duì)估計(jì)的狀態(tài)矢量Xk(+)在時(shí)間tk的影響，由方程(5)中給出的卡爾曼增益矩陣Kk確定。增益矩陣采用預(yù)測(cè)的狀態(tài)協(xié)方差矩陣Pk(-)以及測(cè)量協(xié)方差矩陣Rk來確定給新的測(cè)量加權(quán)多少。當(dāng)預(yù)測(cè)的狀態(tài)協(xié)方差矩陣向較小的值比如向零修改時(shí)，預(yù)測(cè)的測(cè)量Hk Xk(-)越來越可信，而實(shí)際測(cè)量Zk越來越不可信。也就是說，該情況下，實(shí)際測(cè)量Zk對(duì)預(yù)測(cè)的測(cè)量Hk Xk(-)的影響越來越小，并且濾波器變的更適用于緩慢運(yùn)動(dòng)，比如地殼板塊漂移。另一方面，當(dāng)預(yù)測(cè)的狀態(tài)協(xié)方差矩陣向較大的值修改時(shí)，實(shí)際測(cè)量Zk對(duì)預(yù)測(cè)的測(cè)量Hk Xk(-)影響越來越大，并且濾波器變的更適用于快速的或突然的運(yùn)動(dòng)。因此，預(yù)測(cè)的狀態(tài)協(xié)方差矩陣Pk(-)可被視為構(gòu)成或至少包含收斂參數(shù)。
此外，由于實(shí)際測(cè)量應(yīng)普遍地反應(yīng)真實(shí)狀態(tài)到要求的程度，影響的要求程度可借助于系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣Qk,k—i，通過向過程注入某些不定度來進(jìn)行設(shè)置。因此，系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣Qk,H可被用作收斂參數(shù)，并如參考其他實(shí)施方式的描述來調(diào)整。
在一個(gè)例子中，認(rèn)為足以假設(shè)對(duì)位置狀態(tài)的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣是
Qk,k—1 = qAtI3 (6)
其中[O107] q為在變形模型中預(yù)料的殘余誤差(米7秒)
A t為tk_tk—!(秒)
13為3X3單位矩陣 該情況下，方程6中的參數(shù)q可用于確定收斂參數(shù)。 本例子中的參數(shù)q可直接基于跟蹤設(shè)備的確定位移來設(shè)置，并如參考其他實(shí)施方式的描述來調(diào)整。此處，時(shí)間間隔At = tk_tk—J勾成了乘以參數(shù)q的預(yù)定常量，以最終獲得收斂參數(shù)。 比如，缺少其他任何干擾外力，q可設(shè)置為缺省值，大約(2厘米)7年，或1. 3e—11米7秒。然而，如果由于地震或山崩，天線位置發(fā)生突然改變，q可適應(yīng)以反應(yīng)位置的動(dòng)態(tài)，如在其他實(shí)施方式中所公開的。隨著q增大，將給新的測(cè)量更多加權(quán)，并且卡爾曼濾波器將能更好跟蹤天線經(jīng)過事件后的真實(shí)位置。當(dāng)跟蹤設(shè)備再次靜止時(shí)，q可減小到比如缺省值，并且卡爾曼濾波器將進(jìn)一步收斂到新的天線位置。
參考圖4，下面進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明的另一實(shí)施方式進(jìn)行描述。 圖4特別顯示了根據(jù)探測(cè)的位移大小設(shè)置收斂參數(shù)的操作，以區(qū)分靜止的或緩慢的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及非靜止或快速的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 圖4的實(shí)施方式僅顯示了用于設(shè)置收斂參數(shù)的操作，以及因此圖4的操作可開始于圖2中的退出點(diǎn)A，即圖2的操作201之后，或開始于圖3的退出點(diǎn)A，即圖3的操作301之后。在按照?qǐng)D4的實(shí)施方式確定了收斂參數(shù)之后，操作可在圖2的進(jìn)入點(diǎn)B繼續(xù)，即操作203之后，或在圖3的進(jìn)入點(diǎn)B繼續(xù)，即在圖3的操作303之后。 在初始操作401中，獲得了位置跟蹤設(shè)備的位移估計(jì)，比如參考前面的實(shí)施方式中所描述的。 在操作402中，確定位移估計(jì)是否超過了位移閾值。用于操作402的位移閾值優(yōu)選地設(shè)置成使得區(qū)分緩慢運(yùn)動(dòng)和快速運(yùn)動(dòng)，緩慢運(yùn)動(dòng)比如出現(xiàn)在操作的正常時(shí)期內(nèi)，即地球表面的緩慢變形，快速運(yùn)動(dòng)比如出現(xiàn)在地震或山崩期間。 在操作402中，確定了位移估計(jì)超過了位移閾值，S卩，如果判定操作402為"是"，則在操作403中收斂參數(shù)設(shè)置為指示快速收斂。在操作402中，判定為"否"，即如果位移估計(jì)未超過位移閾值，則收斂參數(shù)設(shè)置為指示諸如圖3中的卡爾曼濾波器的遞歸濾波器緩慢收斂。 之后，操作流程繼續(xù)，比如參考前面的實(shí)施方式所描述的，例如參考圖2中的操作201，即對(duì)位置估計(jì)的下一個(gè)循環(huán)，或圖3的操作305。 比如，操作403中，為指示快速收斂，收斂參數(shù)可例如通過適當(dāng)處理位移估計(jì)而基于位移估計(jì)設(shè)置，比如前面所描述的。比如，為避免由于單個(gè)位移估計(jì)超過閾值導(dǎo)致的錯(cuò)誤警報(bào)，位移估計(jì)的序列可被濾波，比如低通濾波，或可計(jì)算預(yù)定數(shù)量的連續(xù)位移估計(jì)的平均值。 根據(jù)另一個(gè)例子，操作404設(shè)置收斂參數(shù)來指示遞歸濾波器的緩慢收斂，收斂參數(shù)可設(shè)置為等于預(yù)定常量，指示預(yù)料了測(cè)量的極微小變化。 在操作403的一個(gè)例子中，當(dāng)采用卡爾曼濾波器時(shí)，位移估計(jì)可由描述位置跟蹤設(shè)備的運(yùn)動(dòng)的速度矢量構(gòu)成。因此，在該情況下，卡爾曼濾波器可快速跟隨跟蹤設(shè)備的位置的突然變化。同樣的，操作404中，收斂參數(shù)可設(shè)置為小的值，指示了卡爾曼濾波器的低位置噪聲假設(shè)了站是實(shí)質(zhì)上靜止的。 圖4的實(shí)施方式能改進(jìn)緩慢運(yùn)動(dòng)時(shí)期中的位置估計(jì)，其具有根據(jù)常量的濾波器的
收斂，以及突然運(yùn)動(dòng)時(shí)期中的改進(jìn)的位置估計(jì)，濾波器的收斂根據(jù)探測(cè)位移自適應(yīng)。 參考圖5，下面進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明的其他實(shí)施方式進(jìn)行描述。圖5顯示了用于預(yù)備跟
蹤的方法的操作，尤其是顯示了在位置跟蹤設(shè)備獲得位移估計(jì)的實(shí)例。 在初始操作501中，從已知位置的多個(gè)衛(wèi)星接收一組定位信號(hào)，比如參考前面的實(shí)施方式所描述的。 在操作502中，位置跟蹤設(shè)備的位移估計(jì)可根據(jù)定位信號(hào)組來獲得。在一個(gè)例子中，位移估計(jì)根據(jù)來自衛(wèi)星的信號(hào)的相位來確定。對(duì)從單個(gè)衛(wèi)星獲得的信號(hào)的相位進(jìn)行微分導(dǎo)致了指示相位超時(shí)改變的量，以及因此關(guān)系到跟蹤設(shè)備的位移。執(zhí)行對(duì)來自單個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)的相位差分的這種探測(cè)，能使得跟蹤設(shè)備確定不同方向的位移，即經(jīng)度、緯度和海拔。當(dāng)然，跟蹤設(shè)備的位移也可以在其他坐標(biāo)系統(tǒng)中計(jì)算。 可選地，如操作503中示出的，位置跟蹤設(shè)備的位移估計(jì)可從位置傳感器獲得，比如加速度傳感器或任何其他類型的重力或位移傳感器。位置傳感器可直接附著到位置跟蹤設(shè)備，形成其中的一個(gè)整體部分，或可定位在外部環(huán)境。然而操作501和503可示為不同的選項(xiàng)，兩個(gè)都可以包括在單個(gè)實(shí)施方式中。在另一個(gè)例子中，位移估計(jì)從位移測(cè)量的時(shí)間序列獲得，比如，通過平均位移估計(jì)的序列，或通過對(duì)位移估計(jì)的序列進(jìn)行低通濾波，以獲得可靠的位移估計(jì)。 參考圖6，下面將描述本發(fā)明的另一實(shí)施方式。 圖6顯示了用于執(zhí)行位置跟蹤的操作，特別是描述了通過在不同的時(shí)間間隔執(zhí)行并行的位置跟蹤循環(huán)來提高跟蹤設(shè)備對(duì)改變環(huán)境的適應(yīng)性的操作。 在靜止的或幾乎靜止的環(huán)境中，可以僅以低速率需要這種由于在測(cè)量地球變形時(shí)的緩慢運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的位置估計(jì)循環(huán)，比如每秒一次，或每小時(shí)一次，或甚至每天一次。更頻繁的位置估計(jì)在該情況下不能改進(jìn)探測(cè)過程，因?yàn)闇y(cè)量誤差將影響結(jié)果。 另一方面，在快速運(yùn)動(dòng)的時(shí)期內(nèi)，將需要更頻繁的位置估計(jì)，以便能跟蹤運(yùn)動(dòng)，并且位置估計(jì)以高速率實(shí)現(xiàn)，比如每秒1-50次。 然而根據(jù)實(shí)施方式，可以基于位移估計(jì)修改估計(jì)過程的速率，對(duì)跟蹤設(shè)備的較大
的位移估計(jì)采用高速率，以及對(duì)跟蹤設(shè)備的小位移的或無位移采用較低的位置估計(jì)速率。 然而，由于卡爾曼濾波器需要時(shí)間以適于對(duì)位置估計(jì)速率的改變，即當(dāng)前面采用
了較高速率時(shí)需要時(shí)間以適應(yīng)于低速率，以及反之亦然，本實(shí)施方式公開了以不同速率的
并行卡爾曼濾波過程，其第一過程具有較高的速率以及第二過程具有較低的速率。 在操作601中，獲得位置跟蹤設(shè)備的位移估計(jì)，比如參考前面實(shí)施方式中所描述的。 在操作602中，相應(yīng)地，根據(jù)以第一測(cè)量時(shí)間間隔分隔為基礎(chǔ)的第一組定位信號(hào)時(shí)間序列，執(zhí)行第一遞歸濾波過程例如卡爾曼濾波過程。 于此并行的，操作603中，基于由比第一測(cè)量間隔長(zhǎng)的第二測(cè)量時(shí)間間隔分隔的第二組定位信號(hào)時(shí)間序列，執(zhí)行第二遞歸濾波過程，比如一般的濾波過程。需要指出的是，操作601和602分別包括用于以各自速率調(diào)整或更新相關(guān)收斂參數(shù)的操作，比如參考前面的實(shí)施方式所描述的。
13
相應(yīng)地，第一和第二遞歸濾波過程都執(zhí)行位置跟蹤，然而，其位置估計(jì)速率不同。
在操作604中，確定是否位移估計(jì)超過了位移閾值，以及在操作604，判定為"是"， 來自第一濾波過程的確定結(jié)果被用在操作605中。如果操作604判定為"否"，如果位移估 計(jì)未超過操作606中的位移閾值，則采用來自第二濾波過程的確定結(jié)果。
相應(yīng)地，在緩慢運(yùn)動(dòng)的時(shí)期中，采用具有較慢速率和相應(yīng)較長(zhǎng)的時(shí)間間隔的濾波 過程，而在快速運(yùn)動(dòng)的時(shí)期中，采用較高速率或較小的測(cè)量時(shí)間間隔的迭代濾波過程。相應(yīng) 地，在探測(cè)快速運(yùn)動(dòng)事件比如地震時(shí)，可使用最佳的適合的濾波過程。
參考圖7，將描述本發(fā)明的另一實(shí)施方式。 圖7示出了用于探測(cè)緩慢變形和快速運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括多個(gè)位置跟蹤設(shè)備 100，比如參考前面的實(shí)施方式中所描述的。位置跟蹤設(shè)備100從多個(gè)衛(wèi)星700接收定位信 號(hào)，并且每個(gè)位置跟蹤設(shè)備根據(jù)接收到的信號(hào)計(jì)算位置估計(jì)，如參考前面的實(shí)施方式所描 述的。位置估計(jì)例如以無線或有線通信方式被傳遞到中心站710，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的中心處理 或收集。 在網(wǎng)絡(luò)中合并多個(gè)位置跟蹤設(shè)備，可能在單個(gè)位置跟蹤設(shè)備之間存在較大間隔，
實(shí)現(xiàn)板塊運(yùn)動(dòng)的判定(qualification)，而同時(shí)可跟蹤并考慮快速運(yùn)動(dòng)比如地震。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，可提供包括指令的程序，該指令適于使數(shù)據(jù)處理裝置實(shí)現(xiàn)
具有上述實(shí)施方式中的特征的方法。 根據(jù)另一個(gè)例子，可提供包含該程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，提供包括校準(zhǔn)誤差校正設(shè)備的光學(xué)儀器。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，提供光學(xué)儀器，其根據(jù)上述的實(shí)施方式中的上述方法步驟
來校正
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，提供位置跟蹤設(shè)備，其包括 接收器，其從已知位置的多個(gè)衛(wèi)星接收定位信號(hào)，
處理單元， 存儲(chǔ)器，其中，
存儲(chǔ)器存儲(chǔ)定位信號(hào)、收斂參數(shù)、位置跟蹤設(shè)備的位移估計(jì)以及程序單元，其用于 在處理單元上執(zhí)行，從而采用利用了定位信號(hào)和收斂參數(shù)的遞歸濾波器來確定位置估計(jì)， 并基于位移估計(jì)調(diào)整收斂參數(shù)。 此外，在另一個(gè)例子中，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)了作為遞歸濾波器的卡爾曼濾波器程序，其 中，收斂參數(shù)由輸入到卡爾曼濾波器的位置噪聲構(gòu)成。 在另一個(gè)例子中，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序單元，以將位移估計(jì)和常數(shù)相乘，并將結(jié)果存儲(chǔ) 為收斂參數(shù)。 在另一個(gè)例子中，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序單元，以基于下述項(xiàng)之一確定位移估計(jì)-位移測(cè)量的時(shí)間序列； _來自T個(gè)衛(wèi)星的定位信號(hào)的相位；以及-來自運(yùn)動(dòng)傳感器的信號(hào)。 在另一個(gè)例子中，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)作為位移估計(jì)的速度矢量，其描述了位置跟蹤設(shè)備 的運(yùn)動(dòng)。
在另一個(gè)例子中，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序單元以設(shè)置收斂參數(shù)，如果位移估計(jì)低于預(yù)定 的探測(cè)閾值，則收斂參數(shù)設(shè)置為指示緩慢收斂的值，并且，如果位移估計(jì)超過預(yù)定的探測(cè)閾 值，則收斂參數(shù)設(shè)置為指示快速收斂的值。 在另一個(gè)例子中，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序單元以確定收斂參數(shù)，對(duì)指示快速收斂，基于位
移估計(jì)來確定收斂參數(shù)，以及，對(duì)于指示緩慢收斂，確定收斂參數(shù)為預(yù)定常量。 在另一個(gè)例子中，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序單元，從而基于由第一測(cè)量時(shí)間間隔分隔的第
一組定位信號(hào)時(shí)間序列，執(zhí)行第一遞歸濾波過程，基于由比第一測(cè)量間隔長(zhǎng)的第二測(cè)量時(shí)
間間隔分隔的第二組定位信號(hào)時(shí)間序列，執(zhí)行第二遞歸濾波過程，并且，如果位移估計(jì)超過
預(yù)定閾值，則采用第一遞歸濾波過程的確定結(jié)果，如果位移估計(jì)低于預(yù)定閾值，則采用第二
遞歸濾波過程的確定結(jié)果。 在另一個(gè)例子中，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序單元以確定收斂參數(shù)，其包括位移在不同空間 方向上的協(xié)方差。
1權(quán)利要求
一種位置跟蹤設(shè)備，其包括用于接收定位信號(hào)的裝置，所述裝置從已知位置的多個(gè)衛(wèi)星接收定位信號(hào)；用于確定位置估計(jì)的裝置，所述裝置采用遞歸濾波器，所述遞歸濾波器適于接收所述定位信號(hào)以及收斂參數(shù)作為輸入；用于獲得所述位置跟蹤設(shè)備的位移估計(jì)的裝置；其中所述用于確定位置估計(jì)的裝置適于根據(jù)所述位移估計(jì)調(diào)整所述收斂參數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的位置跟蹤設(shè)備，其中，所述遞歸濾波器是卡爾曼濾波器，并且其中，所述收斂參數(shù)由輸入到所述卡爾曼濾波器的位置噪聲構(gòu)成。
3. 如以上權(quán)利要求之一所述的位置跟蹤設(shè)備，其中，所述收斂參數(shù)由所述位移估計(jì)乘以常量構(gòu)成。
4. 如以上權(quán)利要求之一所述的位置跟蹤設(shè)備，其中，所述位移估計(jì)基于位移測(cè)量的時(shí)間序列來確定。
5. 如以上權(quán)利要求之一所述的位置跟蹤設(shè)備，其中，所述位移估計(jì)基于下列項(xiàng)中的至少一個(gè)來確定-來自所述衛(wèi)星的所述定位信號(hào)的相位；以及-來自運(yùn)動(dòng)傳感器的信號(hào)。
6. 如以上權(quán)利要求之一所述的位置跟蹤設(shè)備，其中，所述位移估計(jì)是基于描述所述位置跟蹤設(shè)備的運(yùn)動(dòng)的速度矢量。
7. 如以上權(quán)利要求之一所述的位置跟蹤設(shè)備，其中，如果所述位移估計(jì)低于預(yù)定的探測(cè)閾值，則用于確定位置的裝置適于將所述收斂參數(shù)設(shè)置為指示緩慢收斂的值，以及，如果所述位移估計(jì)超過所述預(yù)定的探測(cè)閾值，則所述用于確定位置的裝置適于將所述收斂參數(shù)設(shè)置為指示快速收斂的值。
8. 如以上權(quán)利要求之一所述的位置跟蹤設(shè)備，其中，為指示快速收斂，所述收斂參數(shù)基于所述位移估計(jì)來確定，以及為指示緩慢收斂，所述收斂參數(shù)由預(yù)定常量構(gòu)成。
9. 如以上權(quán)利要求之一所述的位置跟蹤設(shè)備，其中，用于確定所述位置跟蹤設(shè)備的位置的裝置適于基于由第一測(cè)量時(shí)間間隔分隔的第一組定位信號(hào)時(shí)間序列，執(zhí)行第一遞歸濾波過程；基于由比所述第一測(cè)量間隔長(zhǎng)的第二測(cè)量時(shí)間間隔分隔的第二組定位信號(hào)時(shí)間序列，執(zhí)行第二遞歸濾波過程；以及如果所述位移估計(jì)超過預(yù)定閾值，則采用所述第一遞歸濾波過程的確定結(jié)果，以及如果所述位移估計(jì)低于所述預(yù)定閾值，則采用所述第二遞歸濾波過程的確定結(jié)果。
10. 如以上權(quán)利要求之一所述的位置跟蹤設(shè)備，其中，所述收斂參數(shù)包括位移在不同空間方向的協(xié)方差。
11. 一種方法，其用于跟蹤位置，所述方法包括在位置跟蹤設(shè)備，從已知位置的多個(gè)衛(wèi)星接收定位信號(hào)；獲得所述位置跟蹤設(shè)備的位移估計(jì)；基于所述位移估計(jì)調(diào)整收斂參數(shù)；以及采用遞歸濾波器確定位置估計(jì)，所述遞歸濾波器接收所述定位信號(hào)和所述收斂參數(shù)作為輸入。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述遞歸濾波器是卡爾曼濾波器，并且其中，所述收斂參數(shù)由輸入到所述卡爾曼濾波器的位置噪聲構(gòu)成。
13. 如權(quán)利要求11-之一所述的方法，其包括通過將所述位移估計(jì)乘以常量來確定所述收斂參數(shù)。
14. 如權(quán)利要求11-之一所述的方法，其包括基于位移測(cè)量的時(shí)間序列來確定所述位移估計(jì)。
15. 如權(quán)利要求11-之一所述的方法，其包括基于下列項(xiàng)中的至少一項(xiàng)來確定所述位移估計(jì)-來自所述衛(wèi)星的所述定位信號(hào)的相位；以及-來自運(yùn)動(dòng)傳感器的信號(hào)。
16. 如權(quán)利要求11-之一所述的方法，其中，所述位移估計(jì)是基于描述所述位置跟蹤設(shè)備的運(yùn)動(dòng)的速度矢量。
17. 如權(quán)利要求11-之一所述的方法，其包括，如果所述位移估計(jì)低于預(yù)定的探測(cè)閾值，則將所述收斂參數(shù)設(shè)置為指示緩慢收斂的值，以及，如果所述位移估計(jì)超過所述預(yù)定的探測(cè)閾值，則將所述收斂參數(shù)設(shè)置為指示快速收斂的值。
18. 如權(quán)利要求ll-之一所述的方法，其包括為指示快速收斂所述收斂參數(shù)，基于所述位移估計(jì)確定所述收斂參數(shù)，以及為指示緩慢收斂，定義所述收斂參數(shù)為預(yù)定常量。
19. 如權(quán)利要求11-之一所述的方法，其包括基于由第一測(cè)量時(shí)間間隔分隔的第一組定位信號(hào)時(shí)間序列，執(zhí)行第一遞歸濾波過程；基于由比所述第一測(cè)量間隔長(zhǎng)的第二測(cè)量時(shí)間間隔分隔的第二組定位信號(hào)時(shí)間序列，執(zhí)行第二遞歸濾波過程；以及如果所述位移估計(jì)超過預(yù)定閾值，則采用所述第一遞歸濾波過程的確定結(jié)果，以及如果所述位移估計(jì)低于所述預(yù)定閾值，則采用所述第二遞歸濾波過程的確定結(jié)果。
20. 如權(quán)利要求11-19之一所述的方法，其中，所述收斂參數(shù)包括位移在不同空間方向的協(xié)方差。
21. —種程序，其包括指令，所述指令適于使數(shù)據(jù)處理裝置實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求11-19至少之一所述的方法。
22. —種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包含程序，其中所述程序用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行如權(quán)利要求11-19至少之一所述的方法。
23. —種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括如權(quán)利要求22所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
24. —種系統(tǒng)，其用于跟蹤板塊漂移，所述系統(tǒng)包括如權(quán)利要求1-10之一所述的多個(gè)位置跟蹤設(shè)備。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及通過應(yīng)用遞歸濾波器跟蹤設(shè)備的位置，比如用于探測(cè)緩慢和快速的地球變形，所述遞歸濾波器具有適應(yīng)于被檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)類型的濾波器特性。如果所述位置跟蹤設(shè)備的運(yùn)動(dòng)快速，則所述濾波器特性設(shè)置成使得可以以必要的速度跟蹤所述快速運(yùn)動(dòng)。另一方面，如果所述運(yùn)動(dòng)緩慢，比如在正常的板塊漂移時(shí)期內(nèi)，則所述濾波器特性設(shè)置成使得所述運(yùn)動(dòng)被緩慢跟蹤，其具有有效降噪的優(yōu)點(diǎn)，比如輸入信號(hào)中的噪音被有效阻止，且不通過所述濾波器傳遞到輸出信號(hào)。因此，在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)期，所述濾波器輸出信號(hào)對(duì)所述輸入信號(hào)的收斂速度設(shè)置為高，用于快速收斂，以及在緩慢運(yùn)動(dòng)時(shí)期，所述濾波器輸出信號(hào)對(duì)所述輸入信號(hào)的收斂速度設(shè)置為低，用于緩慢收斂。所述濾波器可以為卡爾曼濾波器。
文檔編號(hào)G01S5/14GK101711369SQ200780053464
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日
發(fā)明者K·杜塞, U·沃爾拉特 申請(qǐng)人:特林布爾特拉薩特有限公司