專利名稱：基于加權(quán)最小二乘估算來確定地球上的發(fā)射器的地理位置解的制作方法
基于加權(quán)最小二乘估算來確定地球上的發(fā)射器的地理位置解
背景技術(shù)：
1. 發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及基于衛(wèi)星信號(hào)的測(cè)量來確定未知發(fā)射器的地理位置。
2. 相關(guān)技術(shù)描述
圖1示出地理位置情形100，其中地球的表面101上的發(fā)射器110可以使
用二個(gè)衛(wèi)星S,、 S2和S3來定位。衛(wèi)星S卜S2和S3相對(duì)于地球具有非零速度。未 知發(fā)射器110送出信號(hào)112且該信號(hào)由衛(wèi)星S,、 S2和S3接收。衛(wèi)星S,、 S2和S3
將信號(hào)U4分程傳送給地面站120或其它觀察點(diǎn)。
地面站120計(jì)算信號(hào)112從發(fā)射器110通過主衛(wèi)星Sl到地面站120與信 1'， 112從發(fā)射器110通過另一衛(wèi)星S2到地面站120之間的到達(dá)時(shí)間差(TDOA)， 其被表示為"21。類似地，還測(cè)量信號(hào)112從發(fā)射器110通過第一衛(wèi)星s,到地 面站120與信號(hào)112從發(fā)射器110通過第三衛(wèi)星s3到地面站120的TDOA，其
從TDOA測(cè)量和在TDOA測(cè)量中使用的兩個(gè)衛(wèi)星的位置，可以導(dǎo)出定義 發(fā)射器110的可能位置的三維曲面。地面站120并不精確知道衛(wèi)星的位置和速 度。使用其位置已被確切知道的固定基準(zhǔn)發(fā)射器130來減小在地面站120方面 的衛(wèi)星的位置和速度誤差對(duì)發(fā)射器110位置估算的影響。
此領(lǐng)域之前的理論工作，如作為參考整體合并于此的K. C. Ho和Y. T. Chan 的"Geolocation of a known altitude object from TDOA and FDOA measurements (根據(jù)TDOA和FDOA測(cè)量對(duì)已知海拔高度對(duì)象的地理定位)"， IEEE航空航天與電子系統(tǒng)匯刊，33巻，770-783頁，1997年7月("Ho和 Chan")，示出了如何通過在地球表面上尋找兩條TDOA曲線的交點(diǎn)來估算 發(fā)射器110的位置。然而，從兩個(gè)TDOA測(cè)量尋找發(fā)射器110的位置的當(dāng)前技 術(shù)假設(shè)兩個(gè)TDOA信號(hào)是被同時(shí)獲取的。在實(shí)踐中，情況通常并不如此或甚至是不可能的。例如，設(shè)備的技術(shù)限制，包括地面站120的接收天線的孔徑中的 限制，可能阻止同時(shí)獲取兩個(gè)測(cè)量。同樣，在某些情況下，不是衛(wèi)星s,、 S2和
S3中的所有三個(gè)都能夠在同一時(shí)刻觀察到來自發(fā)射器110的同一信號(hào)。
另選地，可以通過地面站120處的接收信號(hào)114中的多普勒頻移的測(cè)量來
尋找未知發(fā)射器110的位置。因?yàn)樾l(wèi)星S,、S2和S3具有相對(duì)于地球的非零速度， 所以通過，.星S,、 S2和S3分程傳送的地面站120處的接收信號(hào)114將經(jīng)受多普 勒頻移。這造成了通過衛(wèi)星對(duì)s,和s2分程傳送的信號(hào)112的到達(dá)頻率差 (FDOA)，其被表示為/21，以及通過衛(wèi)星對(duì)s,和53分程傳送的信號(hào)112的 FDOA，其被表示為/3|。從FDOA測(cè)量和在FDOA測(cè)量中使用的兩個(gè)衛(wèi)星的 位置，可以導(dǎo)出定義發(fā)射器UO的可能位置的三維曲面。同樣，地面站120并 不精確知道衛(wèi)星的位置和速度。使用其位置已被確切知道的固定基準(zhǔn)發(fā)射器 130來減小在地面站120方面的衛(wèi)星的位置和速度誤差在發(fā)射器110位置的估 算中的影響。發(fā)射器110的位置可以通過在地球表面上尋找兩條FDOA曲線的 交點(diǎn)來估算。
再另選地，某些人建議可以通過使用一個(gè)TDOA測(cè)量和一個(gè)FDOA測(cè)量 來尋找未知發(fā)射器110的位置。然而，這些解決方案要求生成TDOA和FDOA 測(cè)量的信號(hào)被同時(shí)獲取且它們來自相同的衛(wèi)星對(duì)。在實(shí)踐中通常不滿足這些條件。
因此，存在對(duì)更準(zhǔn)確地確定發(fā)射器的位置的系統(tǒng)和方法的需要。還存在在 來自不同衛(wèi)星的信號(hào)是在不同時(shí)刻獲取的情況下準(zhǔn)確地確定發(fā)射器的位置的需要。
概述
本發(fā)明的各實(shí)施例提供無論來自不同衛(wèi)星的信號(hào)是否在不同時(shí)刻獲取都 基于加權(quán)最小二乘估算使用四個(gè)TDOA和FDOA測(cè)量來確定地球上的發(fā)射器 的地理位置的系統(tǒng)和方法。確定該四個(gè)TDOA和FDOA測(cè)量和每--測(cè)量中的 誤差。確定TDOA和FDOA測(cè)量中的誤差的權(quán)重，且將這些權(quán)重應(yīng)用于加權(quán) 誤差函數(shù)。最小化該加權(quán)誤差函數(shù)來確定未知發(fā)射器的位置估算。在一個(gè)實(shí)施例中，TDOA和FDOA測(cè)量中的誤差的權(quán)重取決于發(fā)射器位 置。例如，通過使用TDOA — FDOA解來作出發(fā)射器位置的估算。通過最小化 該加權(quán)誤差函數(shù)來尋找對(duì)發(fā)射器位置的更準(zhǔn)確的估算?？梢缘撨^程直到發(fā) 射器位置的估算不再改變?yōu)橹埂?br> 本發(fā)明具有各種實(shí)施例，包括作為計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的過程、作為計(jì)算機(jī)裝置、 以及作為在通用或?qū)Ｓ锰幚砥魃蠄?zhí)行的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。本概述以及以下詳細(xì) 描述中所描述的特征和優(yōu)點(diǎn)并不包括一切?？紤]到附圖、詳細(xì)描述、以及權(quán)利 要求，許多額外特征和優(yōu)點(diǎn)將對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見的。


圖1示出其中具有未知位置的發(fā)射器發(fā)射通過三顆不同的衛(wèi)星 在地面站處被接收的信號(hào)的地理位置場(chǎng)景。
圖2示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的TDOA曲線的形狀的示例，該TDOA是從信 號(hào)從發(fā)射器通過主衛(wèi)星Sl到地面站與該信號(hào)從發(fā)射器通過另一衛(wèi)星s2到地面 站之間的到達(dá)時(shí)間差中導(dǎo)出的。
圖3A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的兩條TDOA曲線在地球表面上的交點(diǎn)。
圖3B示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的兩條TDOA曲線和兩條FDOA曲線的示 例交點(diǎn)，其中每一條曲線是無噪聲的。
閣3C示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的將實(shí)際發(fā)射器位置與兩條TDOA曲線和兩 條FDOA曲線的交點(diǎn)進(jìn)行比較的示例，其中每一條曲線包括噪聲。
圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的估算未知發(fā)射器的位置的方法的流程圖。
各附閣僅出于說明目的來描述本發(fā)明的各實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容 易地從以下討論中認(rèn)識(shí)到，可以在不背離此處所述的本發(fā)明的原則的情況下采 用此處所示的結(jié)構(gòu)和方法的替換實(shí)施例。
各實(shí)施例的詳細(xì)描述
圖1示出其中具有未知位置的發(fā)射器110發(fā)射通過三顆不同的衛(wèi)星在此處 被稱為地面站120的觀察者處被接收的信號(hào)112的地理位置場(chǎng)景100。如上所 述，衛(wèi)星S。 S2和S3相對(duì)于地球具有非零速度。未知發(fā)射器110送出信號(hào)112 且該信號(hào)由衛(wèi)星S,、 S2和S3接收。衛(wèi)星S,、 S2和S3將信號(hào)114分程傳送至地面站120。
地面站120確定信號(hào)112從發(fā)射器110通過主衛(wèi)星Sl到地面站120與信 號(hào)112從發(fā)射器110通過另一衛(wèi)星S2到地面站120之間的到達(dá)時(shí)間差(TDOA)， 其被表示為c/2,。類似地，還測(cè)量信號(hào)112從發(fā)射器110通過第一衛(wèi)星s,到地 面站120與信號(hào)112從發(fā)射器110通過第三衛(wèi)星s3到地面站120的TDOA，其 被表示為4卜注意，獲得^2|和"31的信號(hào)114不是在同一時(shí)刻獲取的，從而 導(dǎo)致對(duì)應(yīng)于d2l和c/3l的衛(wèi)星的位置不是相同的。
如以上還描述的，因?yàn)樾l(wèi)星S,、 S2和S3相對(duì)于地球具有非零速度，所以通
過衛(wèi)足s,、 &和s3分程傳送的、在地面站120處的接收信號(hào)114將經(jīng)受多普勒 頻移。這造成了通過衛(wèi)星對(duì)s,和52分程傳送的信號(hào)112的到達(dá)頻率差(FDOA)， 其被表示為/2|，以及通過衛(wèi)星對(duì)s,和S3分程傳送的信號(hào)112的FDOA，其表 示稱為/31。從FDOA測(cè)量和FDOA測(cè)量中使用的兩個(gè)衛(wèi)星的位置中，可以導(dǎo) 出定義發(fā)射器110的可能位置的三維曲面。同樣，地面站120并不精確知道衛(wèi) 星的位置和速度。使用其位置已被確切知道的固定基準(zhǔn)發(fā)射器來減小衛(wèi)星的位 置和速度誤差在發(fā)射器位置的估算中的影響。
在此框架中，TDOA和FDOA測(cè)量可以與未知發(fā)射器的位置有關(guān)。要尋 找的該未知發(fā)射器的位置被表示為u:"^，zf。在獲取信號(hào)時(shí)真實(shí)的衛(wèi)星位置
和衛(wèi)星速度分別被表示為《 ' 廣和"-^，W，W，其中/=1, 2, 3表
示衛(wèi)星編號(hào)。 < 和《對(duì)地面站未知，且僅有不準(zhǔn)確的衛(wèi)星位置 s, =s;J +As, -[x"力，，],和速度吣=《^[i,，j),，i,.f可用，其中As,禾口 A吣表示
衛(wèi)星位置和速度中的誤差。使用等于^"的As'的協(xié)方差矩陣和等于^Z的^' 的協(xié)方差矩陣將它們建模為獨(dú)立恒等分布(IID)，其中I是3X3的單位矩陣。 地面站的位置被表示為g-^g'^'^f 。兩個(gè)向量p和q之間的歐幾里德距離
應(yīng)由 ，q = lp — ql來表示，且pp，q應(yīng)該表示由下式給出的單位向量
在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)TDOA如下式所示相關(guān)于未知發(fā)射器110位置u:
14(1)
(2)
其中""&)是在f。時(shí)刻通過相鄰衛(wèi)星S2與通過主衛(wèi)星S,分程傳送的發(fā)射信
號(hào)之間的TDOA，而^i^)是在"時(shí)刻通過相鄰衛(wèi)星33與通過主衛(wèi)星Si分 ^傳送的發(fā)射信號(hào)之間的TDOA。 ^和^是收集生成兩個(gè)TDOA的信號(hào)的 吋刻，且在--個(gè)實(shí)施例中；"不等于"。更具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)刻'。 表示其間測(cè)量通過衛(wèi)星s,和衛(wèi)星s2分程傳送的發(fā)射器信號(hào)的時(shí)間窗的中
點(diǎn)，而'6表示其間測(cè)量通過衛(wèi)星S,和衛(wèi)星S3分程傳送的發(fā)射器信號(hào)的時(shí)間
窗的中點(diǎn)。p是信號(hào)傳播速度，s^")是在時(shí)刻。第二衛(wèi)星的真實(shí)位置， &21("和~，31(")表示來自衛(wèi)星中的應(yīng)答器的時(shí)間偏移量和其它固定偏置 誤差，而"」和"，31是隨機(jī)測(cè)量噪聲。"，21和~，31可以具有不同的功率，并 且它們由c"和^'"來表示。等式(1)定義發(fā)射器110所在的雙曲面。等式(l) 的左側(cè)(即&KfJ)從測(cè)量中確定，而右側(cè)指示"2，(,")如何相關(guān)于發(fā)射器no
的未知位置u。類似地，等式(2)基于另一TDOA測(cè)量""(")定義發(fā)射器110所 在的另 一雙曲面。圖2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的從^i("導(dǎo)出的TDOA曲線 221的形狀的示例。
FDOA如下式相關(guān)于未知發(fā)射器110位置u
(3)
會(huì)(^,,,)7饑)-p",(,乂s;'(")—，sAs;(,,,^)—乂, p水)'^))+6,.3,(,'》+。.引
(4)其中是在~時(shí)刻通過相鄰衛(wèi)星S2與通過主衛(wèi)星Sl分程傳送的發(fā)射信號(hào)之
間的FDOA，而./31^:>是在~時(shí)刻通過相鄰衛(wèi)星s3與通過主衛(wèi)星Sl分程傳送的 發(fā)射信號(hào)之間的FDOA。 ^和"是在收集獲得兩個(gè)FDOA的信號(hào)的時(shí)刻，且在 -個(gè)實(shí)施例中~不等于~。更具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)刻^表示其間測(cè)量
通過衛(wèi)星S|和衛(wèi)星S2分程傳送的發(fā)射器信號(hào)的時(shí)間窗的中點(diǎn)，而^表示其間測(cè) 環(huán)通過衛(wèi)星S,和衛(wèi)星S3分程傳送的發(fā)射器信號(hào)的時(shí)間窗的中點(diǎn)。人是在衛(wèi)星
處接收到的信號(hào)114的上行鏈路中心頻率，人是從衛(wèi)星s,.到地面站的下行中心 頻率，/=1、 2、 3， p是信號(hào)傳播速度，6/，21("和~，31(~)表示來自衛(wèi)星中的 應(yīng)答器的本地振蕩器(LO)偏移量和其它固定偏置誤差，以及^，21和^，31是 隨機(jī)測(cè)量噪聲。^，21和^/，31可以具有不同的功率，并且它們由^.2'和""來表 小。等式(3)和(4)從FDOA測(cè)量定義發(fā)射器110所在的另兩個(gè)表面。
閣1還示出基準(zhǔn)發(fā)射器130。令"[&，"，々f為將被用于校準(zhǔn)以減小衛(wèi)星 位置誤差和速度誤差的影響的基準(zhǔn)發(fā)射器130的位置。在從未知發(fā)射器110獲 得TDOA和FDOA時(shí)，同時(shí)也對(duì)來自校準(zhǔn)基準(zhǔn)發(fā)射器130的TDOA和FDOA 進(jìn)行測(cè)量，以使W,("、 W31")、 ^,(0以及T^O/)也是可用的。除了u被替 換為c且隨機(jī)噪聲"'21、 Q，31、 ￡/〕和6'/，31不同外，這些表達(dá)式具有與在等式 (1)-(4)中給出的/21&)和/31("相同的形式。隨后如下式使用
Wj(U、 ％^)、 ！/2,(0以及73,(^)形成校準(zhǔn)因子
(5)
(6)
。,21(0 721(0.
1
2")
WO
(7)
16<formula>formula see original document page 17</formula>(8)
其中7'是來自校準(zhǔn)基準(zhǔn)發(fā)射器130的上行鏈路中心頻率。
從未知發(fā)射器110的相應(yīng)TDOA和FDOA中減去校準(zhǔn)因子以最小化衛(wèi)星位置誤 差和速度誤差的影響。用于確定未知發(fā)射器位置的等式是<formula>formula see original document page 17</formula>其中以上四個(gè)等式的第一行是來自測(cè)量的已知量，而第二行將該已知量與要尋
找的未知u相聯(lián)系。等式(9)-(12)表示其中已經(jīng)應(yīng)用了從等式(5)-(8)獲得的校準(zhǔn) 因子以減小衛(wèi)星位置和速度的誤差的影響的等式(1)-(4)。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，將存 在某些誤差、儀器噪聲、或TDOA和FDOA測(cè)量中的其它噪聲源。因此，求解等式(9)-(12)來尋找發(fā)射器位置將不可能產(chǎn)生單個(gè)位置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí) 施例中，將來自每一測(cè)量的位置估算相組合來為未知發(fā)射器110創(chuàng)建更準(zhǔn)
確的位置估算。
如上所i寸論的，等式(5)-(8)中的每 一 等式根據(jù)相應(yīng)測(cè)量定義未知發(fā)射器 110所在的表面。這些曲線地球表面上的交點(diǎn)是未知發(fā)射器110的位置的估算。 閣3A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的兩條TDOA曲線221、 231在地球表面上的交 點(diǎn)的示例。圖3B示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的兩條TDOA曲線221、 231和兩條 FDOA曲線421、 431的示例交點(diǎn)，其中每一曲線是無噪聲或無其它誤差的。 如圖3B所示，如果TDOA和FDOA測(cè)量是無噪聲或無其它誤差的，則相應(yīng)曲 線221、 231、 421、 431都將相交于是發(fā)射器IIO的真實(shí)位置的一個(gè)位置。
在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，將存在某些誤差、儀器噪聲、或TDOA和FDOA測(cè)量 中的其它噪聲源。因此，對(duì)應(yīng)于TDOA和FDOA測(cè)量的曲線將不可能相交 于地球表面上的一點(diǎn)。圖5A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的兩條TDOA曲線 5221 、 5231和兩條FDOA曲線5421 、 5431的交點(diǎn)的位置的示例，其中每 -曲線5221 、 5231 、 5421 、 5431包括噪聲。因此，這些曲線的交點(diǎn)是發(fā)射 器IIO的真實(shí)位置的估算?；谒膫€(gè)TDOA和FDOA測(cè)量中的兩個(gè)的所有 組合存在六個(gè)解。這些可能解被表示為
<21j31 : 使用等式(9)和(10)從t/21和c/3l中獲得的解
^ /2I : 使用等式(9)和(1 l)從c/21和/2|中獲得的解
^'/3I: 使用等式(9)和(12)從&和/31中獲得的解
^'，/": 使用等式(IO)和(I l)從d31和/21中獲得的解
<31'/31: 使用等式(10)和(12)從c/31和/31中獲得的解
n;/": 使用等式(11)和(12)從/21和/31中獲得的解。這些解落入三種類另ij中TDOA — TDOA、TDOA — FDOA、禾n FDOA—FDOA。 用于對(duì)每一類別的解求解的各種方法在2007年4月13日提交的題為 "Determining A Geolocation Solution Of An Emitter On Earth Using Satellite Signals (使用衛(wèi)星信號(hào)來確定地球上的發(fā)射器的地理位置解)"的美國專利申 諾第1 1/735.146號(hào)中有描述，該申請(qǐng)通過整體引用結(jié)合于此。如下面將要描述 的，這些解可被用作發(fā)射器110的真實(shí)位置的初始估算。
圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的估算未知發(fā)射器的位置的方法400的流程圖。在 歩驟402中，確定四個(gè)經(jīng)校準(zhǔn)的TDOA和FDOA測(cè)量中的每-一個(gè)。在一個(gè)實(shí) 施例中，使用等式(9)-(12)來確定經(jīng)校準(zhǔn)的TDOA和FDOA測(cè)量。
在步驟404中，確定四個(gè)經(jīng)校準(zhǔn)的TDOA和FDOA測(cè)量中的誤差。來自 測(cè)敏等式(9)一(12)的誤差根據(jù)以下等式來確定
(13)
(14)
e/2l =f72l("-(PU,S2(,C)"2("-PU.S|('C)、(")
(15)
e," = f 31 )_ (Pu'S3("、3(Q ) - PU,S|(。)、 ))
(16)
等式(13)-(16)分別是TDOA測(cè)量 )、 TDOA測(cè)量A,仏)、FDOA測(cè)量/2")、 以及FDOA測(cè)量/31(")的等式誤差，其各自都經(jīng)過差分校準(zhǔn)。盡管可以從(13) 一(16)中選擇任何兩個(gè)等式并將其左側(cè)的誤差設(shè)為零來獲得地球上的發(fā)射器位 置，但該解是不準(zhǔn)確的，因?yàn)閮蓚€(gè)所選等式中的等式誤差由于測(cè)量期間的各種 噪聲源實(shí)際上不是零。決定從四個(gè)等式中選擇哪兩個(gè)也具有難度。公式化這些誤差的動(dòng)機(jī)不是假設(shè)它們?yōu)榱?，而是通過獲得發(fā)射器位置估算以便最小化(13) 一 (16)的誤差的平方的力P權(quán)和。
回頭參考圖4，在歩驟406中，確定四個(gè)經(jīng)校準(zhǔn)的TDOA和FDOA測(cè)量 中的誤差的權(quán)重。在-個(gè)實(shí)施例中，權(quán)重根據(jù)以下等式來確定
<formula>formula see original document page 20</formula>其中、是s'的位置誤差功率而 '是s'的速度誤差功率，/=1、2、3，且^"是 "2|測(cè)量的測(cè)量噪聲功率，""是^測(cè)量的測(cè)量噪聲功率，^h'是力,測(cè)量 的測(cè)量噪聲功率，以及^"是&測(cè)量的測(cè)量噪聲功率。等式(17)-(20)分別 是4("、 /21仏.)、和/31(。)的等式誤差的權(quán)重的倒數(shù)，其每一個(gè)都
經(jīng)過差分校準(zhǔn)。注意，權(quán)重取決于未知的真實(shí)發(fā)射器110位置u。在一個(gè)實(shí) 施例中，使用u的初步估算、'，《'來在上述四個(gè)等式(17)-(20)中替代u，任 何/=2或3 ，且產(chǎn)2或3 。在某些實(shí)施例中，TDOA-FDOA解中的任何 一個(gè)通常比TDOA-TDOA或FDOA-FDOA解更準(zhǔn)確，但是也可以在等式(17)-(20) 中使用來自TDOA-TDOA或FDOA-FDOA解的真實(shí)發(fā)射器110位置的估算。 注意，如果FDOA測(cè)量相比于TDOA是非常不準(zhǔn)確的，則TDOA-TDOA解 是根據(jù)等式(17) — (20)尋找值的初步估算的較好選擇。
在推導(dǎo)權(quán)重等式(17) — (20)時(shí)考慮幾個(gè)因素。例如，權(quán)重基于地理位置 幾何結(jié)構(gòu)、TDOA和FDOA測(cè)量噪聲的量、衛(wèi)星位置和速度中的誤差的量、 下.呈的位置和速度、以及基準(zhǔn)發(fā)射器130的位置來推導(dǎo)?？梢詫⑺羞@些 iI 算在分配給四個(gè)TDOA和FDOA測(cè)量中的每 一 個(gè)誤差的權(quán)重內(nèi)。例如， 如果衛(wèi)星位置和速度誤差小且局部化幾何結(jié)構(gòu)使得(17) —(20)右邊的第二 個(gè)分量相比于第 項(xiàng)相對(duì)較小，則權(quán)重值的倒數(shù)將由測(cè)量中的誤差支配。 如果TDOA測(cè)量比FDOA測(cè)量更準(zhǔn)確，使得^〈。""，則根據(jù)(17) —(20)， TDOA等式誤差《'和《'的權(quán)重將比FDOA誤差《'和吃的權(quán)重更大。該基 本原理是因?yàn)門DOA測(cè)量通常比FDOA更可靠。將這些權(quán)重應(yīng)用于TDOA 和FDOA測(cè)m中的每一個(gè)誤差來形成如下式的加權(quán)誤差函數(shù)"u):
(21)
j t;-中明顯地顯示出該誤差函數(shù)取決于發(fā)射器位置u 。
在步驟408，將該加權(quán)誤差函數(shù)最小化來確定未知發(fā)射器110的位置 估算。換言之，將最小化該誤差函數(shù)的u的值確定為發(fā)射器110的位置。 在一個(gè)實(shí)施例中，使用泰勒級(jí)數(shù)技術(shù)來線性化四個(gè)TDOA和FDOA測(cè)量中 的誤差，即等式(13) — (16)。隨后，應(yīng)用加權(quán)線性最小二乘最小化來獲得最 小化(21)中的加權(quán)誤差函數(shù)《(u)的發(fā)射器位置估算。該確定的位置表示由來 〔U三顆衛(wèi)星s卜&和S3的組合的所有TDOA和FDOA測(cè)量所告知的估算。 閃此，在"個(gè)實(shí)施例中，從四個(gè)TDOA和FDOA測(cè)量中可以直接獲得比通 過考慮較小測(cè)量子集而得到的發(fā)射器位置估算更準(zhǔn)確的發(fā)射器位置估算。
在- 替換實(shí)施例中，不必要在步驟406中使用TDOA-FDOA 、 TDOA-TDOA、或FDOA-FDOA角軍來確定四個(gè)TDOA禾P FDOA湖J量中的誤 差的權(quán)重。在一個(gè)實(shí)施例中，將權(quán)重值1^、 、'、 "a、和、的倒數(shù)設(shè)為單 位一且求解等式(21)來獲得初始發(fā)射器位置。隨后使用此初始發(fā)射器位置使
21用等式(17) — (21)來獲得權(quán)重。隨后，可以通過最小化該加權(quán)誤差函數(shù)(21) 來估算更準(zhǔn)確的發(fā)射器位置?？梢缘撨^程直到發(fā)射器110位置估算不 卩f改變?yōu)閕卜.。發(fā)射器110位置的較好的初始估算通常將減少達(dá)到最終估算 所需的迭代次數(shù)。在某些情況下，較好的初始估算還可以給出對(duì)發(fā)射器110 的更準(zhǔn)確的位置估算。
包括以上描述是為了示出各實(shí)施例的操作且不旨在限制本發(fā)明的范圍。從 以上討論中，將由本發(fā)明的精神和范圍涵蓋的許多變型對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員 來說將是顯而易見的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將理解，可以在其它實(shí)施例中實(shí)踐 本發(fā)明。首先，組件的特定命名、術(shù)語的大寫形式、屬性、或結(jié)構(gòu)方面不是強(qiáng) 制或重要的，且實(shí)現(xiàn)本發(fā)明或其特征的機(jī)制可以具有不同名稱、格式、或協(xié)議。 此外，該系統(tǒng)可以經(jīng)由硬件與軟件的組合或完全使用硬件元素來實(shí)現(xiàn)。同樣， 此處所描述的各種系統(tǒng)組件之間的功能的特定劃分僅僅是示例性而不是強(qiáng)制 性的；由竿.個(gè)系統(tǒng)組件執(zhí)行的功能可以改為由多個(gè)組件執(zhí)行，且由多個(gè)組件執(zhí) 行的功能可改為由單個(gè)組件執(zhí)行。
本發(fā)明的某些方面包括此處以方法的形式描述的處理步驟和指令。應(yīng)該注 意，本發(fā)明的處理步驟和指令可以用軟件、固件或硬件來實(shí)施，且在用軟件實(shí) 施時(shí)，可以被下載以駐留于由實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)使用的不同平臺(tái)上并從這些平 臺(tái)上操作。
本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行此處的操作的裝置。此裝置可以是為所需目的而特 別構(gòu)造的，或者它可以包括由存儲(chǔ)在可被計(jì)算機(jī)訪問的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì) 算機(jī)程序選擇性地激活或重新配置的通用計(jì)算機(jī)。這一計(jì)算機(jī)程序可被存儲(chǔ)在 計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，這些計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)諸如但不限于，包括軟盤、 光盤、CD-ROM、磁光盤在內(nèi)的任何類型的盤；只讀存儲(chǔ)器(ROM);隨機(jī)存 取存儲(chǔ)器(RAM) ; EPROM; EEPROM;磁卡或光卡；專用集成電路(ASIC); 或任何其它類型的適用于存儲(chǔ)電子指令的介質(zhì)，且每一個(gè)都耦合到計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 總線。此外，本說明書中所述的方法可以由單獨(dú)的處理器來實(shí)現(xiàn)，或在釆用為 增加的計(jì)算能力而設(shè)計(jì)的多處理器的體系結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。
此處所呈現(xiàn)的方法和操作并非固有地相關(guān)于任何特定計(jì)算機(jī)或其它裝置。 還可以將各種通用系統(tǒng)與根據(jù)此處的教示的程序一起使用，或可以證明構(gòu)造更專用的裝置來實(shí)現(xiàn)所需方法步驟是便利的。各種這些系統(tǒng)所需的結(jié)構(gòu)與等效變 型-起對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的。此外，不參考任何特定編 程語言對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。應(yīng)該理解，可以使用多種編程語言來實(shí)現(xiàn)如本文所 述的本發(fā)明的教示。
本發(fā)明很好地適用于多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的各種各樣的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在此 領(lǐng)域內(nèi)，大型網(wǎng)絡(luò)的配置和管理包括通過諸如因特網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)通信耦合到不同計(jì) 賞機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備的存儲(chǔ)設(shè)備和計(jì)算機(jī)。
最后，應(yīng)該注意，已經(jīng)為可讀性和指導(dǎo)性目的主要選擇了本說明書中使用 的語言，并且這些語言并非被選擇來界定或限定本發(fā)明主題。因此，本發(fā)明 的公開旨在說明而非限制在以下權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種從各自來自不同時(shí)間的兩個(gè)到達(dá)時(shí)間差測(cè)量和兩個(gè)到達(dá)頻率差測(cè)量中確定發(fā)射器的地理位置的方法，所述方法包括確定從所述發(fā)射器通過第一衛(wèi)星分程傳送的第一信號(hào)與通過第二衛(wèi)星分程傳送的所述第一信號(hào)之間的第一到達(dá)時(shí)間差，其中所述第一信號(hào)是在第一時(shí)間接收的；確定從發(fā)射器通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第二信號(hào)與通過第三衛(wèi)星分程傳送的所述第二信號(hào)之間的第二到達(dá)時(shí)間差，其中所述第二信號(hào)是在第二時(shí)間接收的，所述第二時(shí)間與所述第一時(shí)間不同；確定通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第三信號(hào)與通過所述第二衛(wèi)星分程傳送的所述第三信號(hào)之間的第一到達(dá)頻率差，其中所述第三信號(hào)是在第三時(shí)間接收的，所述第三時(shí)間與所述第一時(shí)間和所述第二時(shí)間不同；確定通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第四信號(hào)與通過所述第三衛(wèi)星分程傳送的所述第四信號(hào)之間的第二到達(dá)頻率差，其中所述第四信號(hào)是在第四時(shí)間接收的，所述第四時(shí)間與所述第一時(shí)間、所述第二時(shí)間、以及所述第三時(shí)間不同；確定所述第一到達(dá)時(shí)間差中的第一誤差；確定所述第二到達(dá)時(shí)間差中的第二誤差；確定所述第一到達(dá)頻率差中的第三誤差；確定所述第二到達(dá)頻率差中的第四誤差；確定所述第一誤差的第一權(quán)重；確定所述第二誤差的第二權(quán)重；確定所述第三誤差的第三權(quán)重；確定所述第四誤差的第四權(quán)重；以及基于應(yīng)用于所述第一誤差的平方的所述第一權(quán)重、應(yīng)用于所述第二誤差的平方的所述第二權(quán)重、應(yīng)用于所述第三誤差的平方的所述第三權(quán)重、以及應(yīng)用于所述第四誤差的平方的所述第四權(quán)重的組合來最小化加權(quán)誤差函數(shù)以確定所述發(fā)射器的地理位置。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，最小化加權(quán)誤差函數(shù)包括最小 1 21 2 1 21 2_^-_|--S" _(--《** _|--《；化~21 ^、' V2I /2,、' ^'，其中 '是所述第一權(quán)重的倒數(shù)， '是所述第二權(quán)重的倒數(shù)，^'是所述第三權(quán)重的倒數(shù)，^，'是所述第四權(quán)重的倒數(shù)，、是所述第一誤差，e^是所述第二誤差，e^是所述第三誤差，~，'以及是所 述第四誤差。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，^,是所述第一權(quán)重的倒數(shù)且 ,《21 +根據(jù)下式來確定夂+(T。其中P是信號(hào)傳播速度，。"'是所述第一到達(dá)時(shí)間差的第一測(cè)量噪聲功率， "，("是在所述第一時(shí)間所述發(fā)射器的地理位置的估算與所述第二衛(wèi)星之間的 距離，S2(,。)是在所述第一時(shí)間所述第二衛(wèi)星的位置，^""是在所述第一時(shí)間基準(zhǔn)發(fā)射器的位置與所述第二衛(wèi)星之間的距離，《是所述第二衛(wèi)星的位置誤 差功率，；"'")是在所述第一時(shí)間所述發(fā)射器的地理位置的估算與所述第一衛(wèi)雖之間的距離，s'(。是在所述第一時(shí)間所述第一衛(wèi)星的位置，^("是在所述第 一時(shí)間基準(zhǔn)發(fā)射器的位置與所述第一衛(wèi)星之間的距離，以及《是所述第一 衛(wèi)星的位置誤差功率。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述第一到達(dá)時(shí)間差判定中的 第一測(cè)量噪聲功率的增加造成所述第一權(quán)重的減少。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述第一衛(wèi)星的第一位置誤差 功率的增加或所述第二衛(wèi)星的第二位置誤差功率的增加造成所述第一權(quán)重的 減少。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述第一、第二、第三、和第 四權(quán)重中的至少一個(gè)取決于測(cè)量噪聲的量、衛(wèi)星的位置或速度、以及衛(wèi)星的位置或速度中的誤差的至少-水
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述第一、第二、第三、和第 四權(quán)重取決于所述發(fā)射器的地理位置的估算。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括基于從由所述第一和第 二到達(dá)時(shí)間差組成的組中選擇的至少一個(gè)并基于從由所述第一和第二到達(dá)頻率差組成的組中選擇的至少一個(gè)來確定所述發(fā)射器位置的初步估算，其中所述 初步估算被用作所述權(quán)重所基于的所述發(fā)射器的地理位置的估算。
9. 一種從各自來自不同時(shí)間的兩個(gè)到達(dá)時(shí)間差測(cè)量和兩個(gè)到達(dá)頻率差測(cè) 量中確定發(fā)射器的地理位置的方法，所述方法包括確定從所述發(fā)射器通過第一衛(wèi)星分程傳送的第一信號(hào)與通過第二 衛(wèi)星分程傳送的所述第一信號(hào)之間的第一到達(dá)時(shí)間差，其中所述第一信 號(hào)是在第一時(shí)間接收的；確定從發(fā)射器通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第二信號(hào)與通過第三 衛(wèi)星分程傳送的所述第二信號(hào)之間的第二到達(dá)時(shí)間差，其中所述第二信 號(hào)是在第二時(shí)間接收的，所述第二時(shí)間與所述第一時(shí)間不同；確定通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第三信號(hào)與通過所述第二衛(wèi)星 分程傳送的所述第三信號(hào)之間的第一到達(dá)頻率差，其中所述第三信號(hào)是 在第三時(shí)間接收的，所述第三時(shí)間與所述第一時(shí)間和所述第二時(shí)間不同；確定通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第四信號(hào)與通過所述第三衛(wèi)星 分程傳送的所述第四信號(hào)之間的第二到達(dá)頻率差，其中所述第四信號(hào)是 在第四時(shí)間接收的，所述第四時(shí)間與所述第一時(shí)間、所述第二時(shí)間、以 及所述第三時(shí)間不同；從通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第一校準(zhǔn)信號(hào)與通過所述第二衛(wèi) 星分程傳送的所述第一校準(zhǔn)信號(hào)之間的第三到達(dá)時(shí)間差來確定第一校準(zhǔn) 因子，其中所述第一校準(zhǔn)信號(hào)是在所述第一時(shí)間接收的；從通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第二校準(zhǔn)信號(hào)與通過所述第三衛(wèi) 星分程傳送的所述第二校準(zhǔn)信號(hào)之間的第四到達(dá)時(shí)間差來確定第二校準(zhǔn) 因子，其中所述第二校準(zhǔn)信號(hào)是在所述第二時(shí)間接收的；從通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第三校準(zhǔn)信號(hào)與通過所述第二衛(wèi) 星分程傳送的所述第三校準(zhǔn)信號(hào)之間的第三到達(dá)頻率差來確定第三校準(zhǔn) 因子，其中所述第三校準(zhǔn)信號(hào)是在所述第三時(shí)間接收的；從通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第四校準(zhǔn)信號(hào)與通過所述第三衛(wèi) 星分程傳送的所述第四校準(zhǔn)信號(hào)之間的第四到達(dá)頻率差來確定第四校準(zhǔn) 因子，其中所述第四校準(zhǔn)信號(hào)是在所述第四時(shí)間接收的；從所述第一到達(dá)時(shí)間差中減去所述第一校準(zhǔn)因子來生成經(jīng)校準(zhǔn)的 第--到達(dá)時(shí)間差；從所述第二到達(dá)時(shí)間差中減去所述第二校準(zhǔn)因子來生成經(jīng)校準(zhǔn)的 第二到達(dá)時(shí)間差；從所述第一到達(dá)頻率差中減去所述第三校準(zhǔn)因子來生成經(jīng)校準(zhǔn)的 第--到達(dá)頻率差；從所述第二到達(dá)頻率差中減去所述第四校準(zhǔn)因子來生成經(jīng)校準(zhǔn)的 第二到達(dá)頻率差；確定所述經(jīng)校準(zhǔn)的第一到達(dá)時(shí)間差中的第一誤差；確定所述經(jīng)校準(zhǔn)的第二到達(dá)時(shí)間差中的第二誤差；確定所述經(jīng)校準(zhǔn)的第一到達(dá)頻率差中的第三誤差；確定所述經(jīng)校準(zhǔn)的第二到達(dá)頻率差中的第四誤差；確定所述第一誤差的第一權(quán)重；確定所述第二誤差的第二權(quán)重；確定所述第三誤差的第三權(quán)重；確定所述第四誤差的第四權(quán)重；以及基于應(yīng)用于所述第一誤差的平方的所述第一權(quán)重、應(yīng)用于所述第二 誤差的平方的所述第二權(quán)重、應(yīng)用于所述第三誤差的平方的所述第三權(quán) 重、以及應(yīng)用于所述第四誤差的平方的所述第四權(quán)重的組合來最小化加 權(quán)誤差函數(shù)以確定所述發(fā)射器的地理位置。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一、第二、第三、和 第四校準(zhǔn)信號(hào)由具有已知位置的基準(zhǔn)發(fā)射器發(fā)射。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一、第二、第三、和 第四權(quán)重基于所述基準(zhǔn)發(fā)射器的已知位置。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一、第二、第三、和 第四權(quán)重取決于在所述發(fā)射器的位置的估算，所述基準(zhǔn)發(fā)射器的已知位置，以 及所述第一、第二、和第三衛(wèi)星的位置和速度之間的局部化幾何結(jié)構(gòu)。
13. -種用于從各自來自不同時(shí)間的兩個(gè)到達(dá)時(shí)間差測(cè)量和兩個(gè)到達(dá)頻率差測(cè)量中確定發(fā)射器的地理位置的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上并且適用于執(zhí)行以下操作確定從所述發(fā)射器通過第一衛(wèi)星分程傳送的第一信號(hào)與通過第二 衛(wèi)星分程傳送的所述第一信號(hào)之間的第一到達(dá)時(shí)間差，其中所述第一信 號(hào)是在第一時(shí)間接收的；確定從發(fā)射器通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第二信號(hào)與通過第三 衛(wèi)星分程傳送的所述第二信號(hào)之間的第二到達(dá)時(shí)間差，其中所述第二信 號(hào)是在第二時(shí)間接收的，所述第二時(shí)間與所述第一時(shí)間不同；確定通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第三信號(hào)與通過所述第二衛(wèi)星 分程傳送的所述第三信號(hào)之間的第一到達(dá)頻率差，其中所述第三信號(hào)是 在第三時(shí)間接收的，所述第三時(shí)間與所述第一時(shí)間和所述第二時(shí)間不同；確定通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第四信號(hào)與通過所述第三衛(wèi)星 分程傳送的所述第四信號(hào)之間的第二到達(dá)頻率差，其中所述第四信號(hào)是 在第四時(shí)間接收的，所述第四時(shí)間與所述第一時(shí)間、所述第二時(shí)間、以 及所述第三時(shí)間不同；確定所述第一到達(dá)時(shí)間差中的第一誤差；確定所述第二到達(dá)時(shí)間差中的第二誤差；確定所述第一到達(dá)頻率差中的第三誤差；確定所述第二到達(dá)頻率差中的第四誤差；確定所述第一誤差的第一權(quán)重；確定所述第二誤差的第二權(quán)重；確定所述第三誤差的第三權(quán)重；確定所述第四誤差的第四權(quán)重；以及基于應(yīng)用于所述第一誤差的平方的所述第-一權(quán)重、應(yīng)用于所述第二 誤差的平方的所述第二權(quán)重、應(yīng)用于所述第三誤差的平方的所述第三權(quán) 重、以及應(yīng)用于所述第四誤差的平方的所述第四權(quán)重的組合來最小化加 權(quán)誤差函數(shù)以確定所述發(fā)射器的地理位置。
14.如權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于，最小化加權(quán)誤差<formula>formula see original document page 7</formula>，其中~2|是所述第—權(quán)重的函數(shù)包括最小化"2' 2'"' 倒數(shù)，"""是所述第二權(quán)重的倒數(shù)，^'是所述第三權(quán)重的倒數(shù)，^'是所述第 四權(quán)重的倒數(shù)，、'是所述第一誤差，、是所述第二誤差，^'是所述第三誤差， ^'以及是所述第四誤差。
15.如權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于，"^是所述第一 權(quán) 重 的 倒 數(shù) 且 根 據(jù) 下 式 來 確 定<formula>formula see original document page 7</formula>其中p是信號(hào)傳播速度，。"'是所述第一到達(dá)時(shí)間差的第一測(cè)量噪聲功率， 'Vwu是在所述第一時(shí)間所述發(fā)射器的地理位置的估算與所述第二衛(wèi)星之間的距離，s^")是在所述第一時(shí)間所述第二衛(wèi)星的位置，""""是在所述第--時(shí)間 基準(zhǔn)發(fā)射器的位置與所述第二衛(wèi)星之間的距離，《是所述第二衛(wèi)星的位置誤 差功率，^'('")是在所述第一時(shí)間所述發(fā)射器的地理位置的估算與所述第一衛(wèi) 星之間的距離，s'("是在所述第一時(shí)間所述第一衛(wèi)星的位置，^w是在所述 第一時(shí)間基準(zhǔn)發(fā)射器的位置與所述第一衛(wèi)星之間的距離，《是所述第一衛(wèi)星 的位置誤差功率。
16.如權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于，所述第一到達(dá)時(shí) 間差判定中的第一測(cè)量噪聲功率的增加造成所述第一權(quán)重的減少。
17.如權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于，所述第-一衛(wèi)星的 第-…位置誤差功率的增加或所述第二衛(wèi)星的第二位置誤差功率的增加造成所 述第-權(quán)重的減少。
18. 如權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于，所述第一、第二、 第三、和第四權(quán)重中的至少一個(gè)取決于測(cè)量噪聲的量、衛(wèi)星的位置或速度、以 及衛(wèi)星的位置或速度中的誤差的至少一個(gè)。
19. 如權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于，所述第一、第二、 第三、和第四權(quán)重取決于所述發(fā)射器的地理位置的估算。
20. 如權(quán)利要求19所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于，還包括基于從由 所述第一和第二到達(dá)時(shí)間差組成的組中選擇的至少一個(gè)并基于從由所述第一和第二到達(dá)頻率差組成的組中選擇的至少一個(gè)來確定所述發(fā)射器位置的初步估算，其中所述初步估算被用作所述權(quán)重所基于的所述發(fā)射器的地理位置的估算。
21. —種用于從各自來自不同時(shí)間的兩個(gè)到達(dá)時(shí)間差測(cè)量和兩個(gè)到達(dá)頻率差測(cè)量中確定發(fā)射器的地理位置的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上并且適用于執(zhí)行以下操作確定從所述發(fā)射器通過第一衛(wèi)星分程傳送的第一信號(hào)與通過第二衛(wèi)星分程傳送的所述第一信號(hào)之間的第一到達(dá)時(shí)間差，其中所述第一信號(hào)是在第一時(shí)間接收的；確定從發(fā)射器通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第二信號(hào)與通過第三衛(wèi)星分程傳送的所述第二信號(hào)之間的第二到達(dá)時(shí)間差，其中所述第二信號(hào)是在第二時(shí)間接收的，所述第二時(shí)間與所述第 一 時(shí)間不同；確定通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第三信號(hào)與通過所述第二衛(wèi)星分程傳送的所述第三信號(hào)之間的第-一到達(dá)頻率差，其中所述第三信號(hào)是在第三時(shí)間接收的，所述第三時(shí)間與所述第一時(shí)間和所述第二時(shí)間不同；確定通過所述第- 衛(wèi)星分程傳送的第四信號(hào)與通過所述第三衛(wèi)星分程傳送的所述第四信號(hào)之間的第二到達(dá)頻率差，其中所述第四信號(hào)是在第四時(shí)間接收的，所述第四時(shí)間與所述第一時(shí)間、所述第二時(shí)間、以及所述第三時(shí)間不同；從通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第一校準(zhǔn)信號(hào)與通過所述第二衛(wèi)星分程傳送的所述第一校準(zhǔn)信號(hào)之間的第三到達(dá)時(shí)間差來確定第一校準(zhǔn)因子，其中所述第一校準(zhǔn)信號(hào)是在所述第一時(shí)間接收的；從通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第二校準(zhǔn)信號(hào)與通過所述第三衛(wèi)星分程傳送的所述第二校準(zhǔn)信號(hào)之間的第四到達(dá)時(shí)間差來確定第二校準(zhǔn)因子，其中所述第二校準(zhǔn)信號(hào)是在所述第二時(shí)間接收的；從通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第三校準(zhǔn)信號(hào)與通過所述第二衛(wèi)星分程傳送的所述第三校準(zhǔn)信號(hào)之間的第三到達(dá)頻率差來確定第三校準(zhǔn)因子，其中所述第三校準(zhǔn)信號(hào)是在所述第三時(shí)間接收的；從通過所述第一衛(wèi)星分程傳送的第四校準(zhǔn)信號(hào)與通過所述第三衛(wèi)星分程傳送的所述第四校準(zhǔn)信號(hào)之間的第四到達(dá)頻率差來確定第四校準(zhǔn)因子，其中所述第四校準(zhǔn)信號(hào)是在所述第四時(shí)間接收的；從所述第一到達(dá)時(shí)間差中減去所述第一校準(zhǔn)因子來生成經(jīng)校準(zhǔn)的第一到達(dá)時(shí)問差從所述第二到達(dá)時(shí)間差中減去所述第二校準(zhǔn)因子來生成經(jīng)校準(zhǔn)的第二到達(dá)時(shí)間差；從所述第一到達(dá)頻率差中減去所述第三校準(zhǔn)因子來生成經(jīng)校準(zhǔn)的第一到達(dá)頻率差；從所述第二到達(dá)頻率差中減去所述第四校準(zhǔn)因子來生成經(jīng)校準(zhǔn)的第二到達(dá)頻率差；確定所述經(jīng)校準(zhǔn)的第 一 到達(dá)時(shí)間差中的第 一 誤差；確定所述經(jīng)校準(zhǔn)的第二到達(dá)時(shí)間差中的第二誤差；確定所述經(jīng)校準(zhǔn)的第一到達(dá)頻率差中的第三誤差；確定所述經(jīng)校準(zhǔn)的第二到達(dá)頻率差中的第四誤差；確定所述第 一誤差的第 一權(quán)重；確定所述第二誤差的第二權(quán)重；確定所述第三誤差的第三權(quán)重；確定所述第四誤差的第四權(quán)重；以及基于應(yīng)用于所述第 一誤差的平方的所述第一權(quán)重、應(yīng)用于所述第二誤差的平方的所述第二權(quán)重、應(yīng)用于所述第三誤差的平方的所述第三權(quán)重、以及應(yīng)用于所述第四誤差的平方的所述第四權(quán)重的組合來最小化加權(quán)誤差函數(shù)以確定所述發(fā)射器的地理位置。
22. 如權(quán)利要求21所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于，所述第一、第二、第三、和第四校準(zhǔn)信號(hào)由具有已知位置的基準(zhǔn)發(fā)射器發(fā)射。
23. 如權(quán)利要求22所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于，所述第一、第二、第三、和第四權(quán)重基于所述基準(zhǔn)發(fā)射器的已知位置。
24.如權(quán)利要求22所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于，所述第一、第二、第三、和第四權(quán)重取決于在所述發(fā)射器的位置的估算，所述基準(zhǔn)發(fā)射器的己知位置，以及所述第一、第二、和第三衛(wèi)星的位置和速度之間的局部化幾何結(jié)構(gòu)。
全文摘要
各實(shí)施例提供了用于基于加權(quán)最小二乘估算來確定地球上的發(fā)射器的地理位置的系統(tǒng)和方法，該加權(quán)最小二乘估算基于兩個(gè)TDOA和兩個(gè)FDOA測(cè)量，這兩個(gè)TDOA和兩個(gè)FDOA測(cè)量都無須被同時(shí)獲取。確定這四個(gè)TDOA和FDOA測(cè)量和每一測(cè)量中的誤差。確定TDOA和FDOA測(cè)量中的誤差的權(quán)重，且將這些權(quán)重應(yīng)用于加權(quán)誤差函數(shù)。這些權(quán)重解決了測(cè)量中的誤差和衛(wèi)星位置和速度中的誤差，且取決于局部化幾何結(jié)構(gòu)。最小化該加權(quán)誤差函數(shù)來確定未知發(fā)射器的位置估算。
文檔編號(hào)G01S3/02GK101680940SQ200880011666
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日
發(fā)明者D·K·C·何, J·C·楚, M·L·唐尼 申請(qǐng)人:長(zhǎng)聯(lián)通訊技術(shù)公司