CN1384915A - 用于跟踪目标位置的导航系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于跟踪目标位置的导航系统包括一个GPS接收器(28)响应GPS信号,用于周期性地给导航更新单元(29)提供导航状态测量最新数据(162)。该响应还包括一个推测定位传感器(98)响应目标的运动用于给传感器修正单元(61)提供运动测量数据(164)。传感器修正单元(61)接收由推测定位传感器(98)提供的运动测量数据(164)和来自导航更新单元(29)的导航测量数据(16)。由传感器修正单元(61)提供的位置变化测量数据(165)和导航更新单元(29)的推测定位测量数据由导航传导单元(110)利用,以计算一个新的或者修改的推测定位测量数据。

Description

用于跟踪目标位置的导航系统和方法

相关申请

本申请请求共同待审的1999年9月15日申请的申请序列号为60/154,003的优先权。

发明背景

发明领域

本发明一般地涉及一种导航系统和方法，并尤其是涉及一种当车辆横穿过全球卫星定位(GPS)信号中断的区域时，在同时利用GPS设备和推测定位机构确定车辆的位置的导航系统中校正多个传感器的系统和方法。

相关技术的描述

通常保持目标的位置信息是理想的，如车辆驶过部分或者全部GPS信号阻塞的区域或者目前有多径信号的区域，或者由外界干扰引起GPS信号中断的区域。这种区域包括具有自然和/或人造建筑引起部分或者全部GPS信号阻塞的都市狭谷。例如，机场位置就提供了一个挑战，因为由于空中航道，地下隧道和稠密的人口构成机场通常有大量的部分和全部信号阻塞。

典型的导航系统使用推测定位传感器以驾驶通过部分或者全部GPS信号阻塞的区域。推测定位导航系统利用惯性测量机构如飞轮在部分信号中断期间提供导航。在GPS推测定位(GPS-DR)系统中所使用的多个传感器包括速度陀螺，磁航向传感器，加速表，里程表和差动速度表或者轮旋转传感器。当来自GPS卫星信号受到阻碍或者信号被局部地带，建筑物，隧道，和汽车本身反射时，汽车GPS的应用情况遭到衰减。在实际应用中，甚至当卫星是不可见时汽车导航系统仍需要提供输出。在这些间隔中使用推测定位系统是通用的方式。特别是，用陀螺保持方向的GPS-DR和车辆的里程表输入脉冲以确定已行驶距离是广为公知的技术。

当在混合导航系统中一起使用GPS和惯性传感器时，GPS和惯性传感器的解决方式相互提供一个协同关系。这两种类型的解决方式集成不但克服每一种方式单独执行时产生的问题，而且形成一个其执行超过单独解决方式的系统。GPS提供有界精度，而惯性系统精度随时间降低。

在导航系统中，GSP接收器执行问题包括灵敏度受来自外界源的干扰、第一固定时间(即第一位置结果)、由于阻塞使卫星信号中断、信号完整性和信号重新获得的能力。与惯性传感器相关的执行问题与它们的质量和成本有关。

对于用GPS作为一个单独源站点导航信号中断是人们首先关心的问题。由于地形或者人造机构，例如建筑物，车辆的结构，和隧道，或者来自外源的干扰使GPS天线屏蔽造成信号中断。通常，当只三个所用卫星信号被使用时，大多数GPS接收器通过利用最近公知的高度或者从外源获得的高度恢复二维导航模式。但是，如果所用卫星的数量不足三个，一些接收器选择不产生结果或者推断最近的位置和速度结果前面称作“推测定位”(DR)导航。来自惯性传感器的辅助位置可用作帮助GPS接收器再获得卫星信号。通过给接收器发送车辆位置，接收器能够精确判断从给定位置到卫星之间的范围并且因此初始化其内部的编码环路。

一般地，惯性传感器有两种类型—陀螺仪和加速度计。陀螺仪的输出是一个与相对其输入轴的角运动成比例的信号，加速度d的输出是一个与沿其输入轴所检测的速度变化成比例的信号。三轴惯性测量单元(IMU)将需要三个陀螺仪和三个加速度计以惯性地确定其在自由空间的位置和速度。

与惯性系统的质量相关的重要因素之一是在多个角度/小时测量时陀螺仪的漂移。陀螺仪的漂移是一个错误的输出信号，它是由传感器制造时产生的不足引起的。在惯性传感器中，这些不足的引起是由于在陀螺仪的旋转块中质量失衡以及在传感器电路中的非线性如在光纤陀螺仪中所见。当车辆事实上停止时该错误的输出信号实际上告诉导航系统汽车在行驶。具有低漂移陀螺仪的生产成本大约是1,000$。具有从1到100角度/小时漂移的惯性单元目前的价格是约从1,000$到10,000$，可用的具有小于1角度/小时精度的惯性单元的价格非常高，其成本是低精度单元成本的10到100倍。

因此，惯性传感器的质量在导航系统有效成本中起着很大的作用。如果0.0001-度/小时的陀螺仪相对便宜，那么今天可能不需要GPS。但是，实际上，惯性传感器非常昂贵，并且用惯性传感器与GPS集成的显著结果是能够使用较低性能，较高性能价格比的传感器。如上所述，在导航系统操作期间，当GPS和惯性组件同时工作时，惯性导航误差被GPS结果的精度约束。因此，GPS接收器使惯性分系统运行的一重要作用是惯性传感器的校正。惯性装置特别是在打开和关闭时满足漂移要求(陀螺仪每一次加电，其漂移率不同)。

对于惯性传感器与GPS一起使用的系统(GPSI系统)的主要误差是陀螺仪偏置和加速度计偏置。在惯性的或GPSI卡尔曼(Kalman)滤波器中，陀螺仪偏置和加速度计偏置一般具有六个状态。在GPSI系统运行时，卡尔曼滤波器对这些偏置产生一估算如同从GPS接收器接收的速度数据推导出的一样。

已集成的GPS系统，其中GPS传感器用于与惯性传感器一起通过利用单一卡尔曼滤波器共同完成估算导航状态和传感器误差。卡尔曼滤波器是一个统计方法它将系统误差的自然统计知识与系统动力学知识结合起来，表示为状态空间模块，以得到系统状态的估算。在导航系统中，我们通常在最小程度上关心位置和速度，但不经常观察滤波器，该滤波器用于具有从6到60尺度范围的状态向量的系统模块中。利用加权函数估算状态，称为卡尔曼增益，它被优化以产生最小误差方差。

这些设计用高质量惯性传感器已得到有效证实，但是涉及高成本。遗憾的是，增加卡尔曼滤波器状态向量规模涉及基本设计时间，协调复杂性，承担多种困难的风险，和处理能力的开销。这些经常促使导航系统的设计者在有效设备估算误差和增加状态向量规模之间做出粗略的折衷。

现存的GPS-DR混合系统已逐渐开发了多个种类，开关型和滤波器型。当GPS使用时，开关型和滤波器型GPS-DR混合系统是校准设备的前馈设计，且是不用推测定位装置改善GPS接收器的工作。

目前开关型GPS-DR系统简单并普遍使用。这些系统能够有效防止阻塞，但是不能提供对多径信号的高抵抗力或者改善信号重新获得能力。开关型GPS-DR系统一般利用来自GPS接收器的NMEA输出，并且独立于GPS厂家。系统根据GPS结果的质量在两个状态之间转换。这两个状态包括提供独立的GPS输出状态或者提供用陀螺仪和里程表传输的推测定位状态。当GPS检测结果的质量理想时，GPS速度向量用于修正里程表标度因子，运动方向和陀螺仪偏置的估算。

滤波型GPS-DR系统产生两个独立的导航结果，一个基于GPS，另一个基于DR传感器和/或地图匹配信息。这些结果被结合产生一个最佳结果用于输出或者显示。如在开关型系统中，所结合的结果不能反馈给GPS接收器以帮助抑制多径信号或者重新获得信号。目前可使用若干该系统类型的地图匹配设备。通常地图匹配提供一道路制约，该限制能够在所结合的状态以校准传感器之前直接用于校准DR传感器或者GPS输出滤波器。

因此，人们所关心的是在成本最小化的同时，有效改进导航系统的应用，需要对于单一卡尔曼滤波器导航系统设计的高性价比替代方案。另外，需要有代替开关型和滤波型GPS-DR的设计来产生DR测量的反馈，以改进GPS-DR值的结果。本发明满足了这些和那些要求。

本发明概述

简要地，和一般地，本发明涉及一种集成GPS-DR导航系统，该系统用推测定位(DR)测量在GPS接收器中传导导航状态。

在第一方面中，本发明涉及一种用于跟踪目标位置的导航系统。该导航系统包括一个GPS接收器响应于GPS信号用于周期性地给导航处理器提供导航状态测量最新数据。该系统还包括一个推测定位传感器响应于目标的运动用于给导航处理器提供运动测量数据。导航处理器用导航状态测量最新数据判断目标导航状态，并利用运动测量数据在测量最新数据之间传导目标导航状态。

通过利用多个推测定位传感器在测量最新数据之间传导GPS接收器的导航状态，本发明降低了与从一测量时刻到下一个测量时刻状态传递相关的不确定性、或者处理噪声。被降低的不确定性允许在低噪声状态下估算，在测量上较严格限制用于多径的抑制，并且改善重新获得信号，因为推测定位状态的应用提供更好的预先定位数据。

在详述方面中，导航处理器包括导航更新单元，作为输入它接收一个被修正推测定位测量数据和导航状态测量最新数据，并且作为输出提供导航测量数据和已修改的推测定位位置测量数据。导航更新单元还包括一个传感器修正单元，作为输入它接收导航测量数据和运动测量数据，并且作为输出提供位置变化数据。另外在导航更新单元中包括一个导航传导单元，作为输入它接收位置变化数据和已修改推测定位测量数据，并且作为输出提供已修正的推测定位测量数据。

在第二方面中，在本发明涉及一种跟踪目标位置的方法。本方法包括周期性地获得导航状态测量最新数据和处理导航状态测量最新数据，以确定目标导航状态。本方法还包括获得涉及目标运动的运动测量数据并用运动测量数据在测量最新数据之间传导目标导航状态。

在第三方面中，本发明涉及一种用于提供涉及目标运动的导航信息的导航系统。本导航系统包括一个安装在目标上的全球定位卫星(GPS)接收器用于接收GPS信号和提供GPS测量数据。本系统另外包括一个导航更新单元，作为输入它接收已修正的推测定位测量数据和GPS测量数据，并作为输出提供导航测量数据和已修改的推测定位位置测量数据。本系统还包括至少一个安装在目标上的惯性传感器，它用于抽取运动测量数据并作为输出提供运动测量数据。在本系统中还包括一个传感器修正单元，作为输入它接收导航测量数据和运动测量数据并作为输出提供位置变化数据。本系统还包括一个导航传导单元，作为输入它接收位置变化数据和已修改的推测定位测量数据并作为输出提供已修改的推测定位测量数据。

在本发明的详细描述中，导航测量包括测量方向，陀螺仪偏置，陀螺仪标度因子，速度偏置，和速度标度因子中至少一个的变化。在本发明的另一详细描述方面中，所述传感器修正单元包括第一处理器用于与陀螺仪测量一起处理运动(heading)，陀螺仪偏置，陀螺仪标度因子的变化数据，以产生运动(heading)测量数据和第二处理器用于与速度测量一起处理速度偏置，和速度标度因子的变化，以产生方向测量数据。在本发明的另一详细描述方面中，导航更新单元包括一个第一滤波器作为输入接收已修正的推测定位测量数据和GPS测量数据，并作为输出提供一估算的速度值，一个第二滤波器用于从估算的速度值推导的测量数据估算方向，陀螺仪偏置，陀螺仪标度因子的变化，和一个第三滤波器用于从估算的速度值推导的测量数据估算速度偏置，和速度标度因子的变化。

在其最基本形式中，导航系统通过集成分开的GPS-导航(第一)，方向(第二)和速度(第三)卡尔曼滤波器近似地模拟传统单独卡尔曼滤波器的设计。这种配置弥补了本发明的组合滤波器构造。组合滤波器构造非常接近单独卡尔曼滤波器构造配置，因此在基本降低产生成本的情况下可达到单独卡尔曼滤波器构造的效果。

在第四方面，本发明涉及一种提供有关目标运动导航信息的方法。本方法包括通过安装在目标上的全球定位卫星(GPS)接收器接收GPS信号和作为输出提供GPS测量数据。还包括从已修正的推测定位测量和GPS测量数据计算导航测量数据和修改推测定位位置测量数据。还包括通过至少一个安装在目标上的惯性传感器抽取运动测量数据，处理来自导航测量数据和运动测量数据的位置变化，并传导由位置变化和修改的推测定位测量数据计算的修正的推测定位测量数据。

导航系统能够校正陀螺仪偏置率，陀螺仪标度因子，和里程表波动标度因子和提供传感器输入数据连续校正以产生精确位置结果。本发明系统和方法的优点是能够在反馈设计中用多个推测定位传感器传导已被校正的导航状态。连续反馈传导在主导航滤波器中可降低处理噪声模式，在车辆动力学中利用已降低的不确定性。系统还提供适应测量校订的算法，利用已降低的动力学的不确定性允许严格校订判断标准以除去一些多径不确定的测量。

在详述方面，本发明在获得GPS之前利用最近的已存储的位置，已存储的方向，陀螺仪和里程表来产生推测定位导航结果，因而提供更有效的重新得到的结果。在另一详述方面，本发明利用起始弯转角速度测量数据以校正在启动时陀螺仪的偏置，并在获得GPS信号之前且在主GPS滤波器开始利用起始弯转角速度测量数据的可用性之前允许起始副滤波器的方向。

在本发明的详述方面，每一个单独的被集成卡尔曼滤波器(KF)，即主导航KF，方向KF，和速度KF执行不同的估算功能。主导航KF用于作为位置，速度和时钟状态的估算器。尽管该滤波器在本发明中基本上不改变其匹配，但是能够修改协调参数，改变处理噪声模式，和改变逻辑模式和机构，以基于推测定位状态的可用性时在降低各种干扰下行驶。在本发明另一详述方面，导航系统三个滤波器中的任一个可在其它两个不起动的状态下重新起动，因此可保持结果的连续性。

另外，当GPS可使用时，本系统因高度变化允许估算道路坡度，在进入信号中断没有基于GPS高度的显示区后，道路坡度估算降低直到为零。为了传导状态向量，用已估算的道路坡度将里程表测量的行驶距离分成横向和纵向部分，并且对方向，速度和主卡尔曼滤波器相对地面，最大高度，和相互关系系数限制范围进行独立的检测。

本发明的这些和那些方面的改进和特征将从下面详细说明和用实例表示的附图显示出来。

简述本发明的附图

图1是表示体现本发明导航系统构思的方框图；

图2是利用组合的滤波器构造的导航更新单元的方框图；

图3是图1表示的方向和速度滤波器输出的传感器修正单元的方框图，该滤波器用于修正本发明所用的惯性传感器的设备误差状态；

图4是表示传导已校正的推测定位测量数据的导航传导单元的方框图；

图5是表示实验本发明导航系统时覆盖跟踪区域的地图；

图6是表示在GPS信号完全阻塞时本发明工作时，图5所示地图的部分区域放大图；

图7是表示在GPS信号大部分阻塞时本发明工作时，图5所示地图的部分区域另一放大图；

图8是在系统受到多径信号严重影响下本发明工作时，图5所示地图的部分区域的再一放大图。

详细描述本发明最佳实施例

参照附图，其中附图中相同标记表示相同或相应部分，特别是图1，是表示体现本发明导航系统构思的方框图。本系统本身典型用于移动目标，如汽车或者其它车辆。本系统包括一个导航更新单元29，一个传感器修正单元61和一个导航传导单元110。导航更新单元29作为输入接收来自GPS接收器28和推测定位测量R_DR(in)的GPS测量数据162。用这些测量数据，导航更新单元29计算导航测量数据160中的变化。导航测量数据160包括方向ΔH，陀螺仪偏置ΔG_B，陀螺仪标度因子ΔG_S，速度偏置ΔS_B，和速度标度因子ΔS_S。导航测量数据160被输入到传感器修正单元61中。另外，导航更新单元29作为输出提供推测定位测量数据R_DR(out)输入到导航传导单元110中。

传感器修正单元61接收由惯性传感器98提供的运动测量数据164和来自导航更新单元29的导航测量数据160。用这些输入，传感器修正单元61产生位置变化测量数据165，包括北/南方向ΔN，东/西方向ΔE的变化和时间变化测量数据，时间ΔT。传感器修正单元61的位置变化测量数据165和导航更新单元29的推测定位测量数据R_DR(out)由导航传导单元110利用，以计算一个新的或者修改的推测定位测量数据R_DR(in)。这一新的推测定位测量数据R_DR(in)被反馈给导航更新单元29再一次被处理。该反馈处理是连续重复的。

参照图2，导航更新单元29包括一个主滤波器30，方向滤波器60，和速度滤波器70。在本发明的最佳实施例中滤波器是卡尔曼滤波器。主滤波器30作为输入从GPS接收器28，推测定位位置R_DR(in)测量数据，速度测量数据V_DR接收GPS测量数据162，和由处理噪声模块33提供的处理噪声矩阵Q。从这些不同的输入中，主导航滤波器30计算一个估算的GPS向量测量数据V_E。主滤波器30与方向滤波器60，速度滤波器70和推测定位位置设置单元42连接。

方向滤波器60具有三个状态，方向误差，陀螺仪偏置误差，和陀螺仪标度因子误差。方向滤波器用两个测量形式。第一是从GPS向量估算V_E推导出的方向估算37，GPS向量估算V_E由主滤波器30更新。第二测量形式是当车辆里程表显示为48该车辆停止时产生提供的起始转弯角速度测量47。该起始转弯角速度测量47通常在开始时在车辆开始运动之前，和获得GPS信号之前使用。该测量被用于初始化方向滤波器60和在获得GPS信号之前用所保存的初始化位置和方向测量值开始推测定位导航。在主导航KF之前对方向KF初始化和运行的性能是本发明的另一改进。

下面是方向滤波器60的数学关系式，方向滤波器60的状态转移矩阵是：

                X_t+Δt＝ΦX_t                   (等式1)

其中方向误差，偏置误差，和标度因子误差形成状态如：

和在传导期间用ω作为测量平均速率的状态转换矩阵是：

等于方向滤波器60的传导协方差方程具有标准形式：

            P_t+Δt＝Φ·P_t·Φ^T+Q              (等式4)

其中Q是由处理噪声模块33提供的处理噪声矩阵。Q是基于各个误差项中无规行走并具有对角形式的假定。

在每个传导上相对上和下限界协方差矩阵P被核对并且最新数据循环，以确保在允许的范围内保持变化，和相关系数是在〔-1，1〕中。

起始转弯角速度测量矩阵具有形式为：

              h₁＝〔010〕                      (等式5)

测量剩于值是已记录的陀螺仪速率。用于起始转弯角速度47的测量最新数据通常具有形成为，具有增益

其中测量噪声值R是选择成恒量，表示车辆的最小可能转弯角速度，假定里程表波动在零速度附近有一个“死区”并认为汽车一定在加速，但没有触发第一个脉冲。该具有增益的状态和协方差最新数据是普通形式。

如上所述，给方向滤波器60的方向测量数据37从主滤波器30的速度估算V_E推导得出如：

             H_GPS＝tan^-1(V_E/V_N)                 (等式7)

方向测量数据偏导数矩阵是：

                 h₂＝〔100〕                    (等式8)

增益和最新数据方程如起始转弯角速度测量48一样。

仍参照图2，速度滤波器70有两种状态，速度偏置状态和里程表标度因子状态。此处应用速度偏置状态被设计成估算由选择的可用性(SA)产生的速度干扰，该选择的可用性的目的是降低GPS信号，该GPS信号增加了使用者范围误差的值。速度偏置防止来自不可靠的里程表标度因子估算的SA速度的干扰。速度偏置状态是一个假想状态，其中对于在轮信号传感器偏置没有物理机构。但是速度偏置状态在GPS运行中以被证实有效。

由于汽车工业逐渐脱离驱动轮传感器向独立轮旋转传感器发展，速度波动的定义成为多种形式。所产生的混合式的速度波动支持速度计和巡航控制功能，或者用发送数据总线替代它们。注意由制造者的控制单元产生的混合速度信号具有一个速度偏置，特别是如果它们用电感轮旋转传感器并试图补偿在非常低的速度下丢失的信号。那么，本发明已被应用并且由制造者的控制单元用来自全部四轮的轮旋转传感器产生的一个混合速度信号实验，获得良好的结果。因此，本发明可以与将来改进的汽车一起被使用。

导航更新单元29提供地图匹配位置最新数据给推测定位状态向量R_DR(out)。这是利用由主滤波器30提供的已估算的速度V_E实现的，作为输入给推测定位位置设置单元42。在开关45被触发之后该设置单元42接收V_E。触发一次，该设置单元42就将地图匹配位置测量数据43与来自V_E的被计算的位置测量数据结合，并且作为输出产生一个推测定位位置测量数据R_DR(out)，即由地图匹配位置测量数据更新的数据。一般地，地图匹配的这一用法在导航系统中是普遍的并且它在汽车应用中是必须的。

如上所述，主滤波器30也可以输入一个由处理噪声模块33产生的处理噪声矩阵Q。它是在推测定位数据准确时发生的。当陀螺仪和里程表数据可以利用时推测定位数据是准确的，里程表标度因子和方向已被初始化，并且方向滤波器60也已被两次更新用以估算陀螺仪偏置G_B和陀螺仪标度因子G_S。由处理噪声模块33提供的Q矩阵被主滤波器30利用以更精确计算速度估计值V_E，该值提供给方向滤波器60和速度滤波器70。

参照图3，当计算位置变化时，方向滤波器60和速度滤波器70(图2)产生最新数据，给设备误差状态它由传感器修正单元61所利用。导航更新单元29的方向滤波器60作为输出产生一个方向变化数据ΔH，一个陀螺仪偏置变化数据ΔG_B，和一个陀螺仪标度因子变化数据ΔG_S。导航更新单元29的速度滤波器70作为输出产生一个速度偏置ΔS_B，和一个速度标度因子变化ΔS_S。

传感器修正单元61包括一个第一处理器，其包括一个陀螺仪偏置62，陀螺仪标盘64，积分器68和混频器(mixer)63，66和一个第二处理器，其包括一个里程表标盘74，速度偏置72，混频器76和三角函数单元84，86。由导航更新单元29的方向滤波器60提供的陀螺仪偏置的变化数据ΔG_B由陀螺仪偏置单元62利用产生陀螺仪偏置值G_B。陀螺仪偏置值G_B和在各种时间间隔从陀螺仪100抽样得到的陀螺仪测量数据G作为输入传导给混频器63。混频器63产生一个陀螺仪标度值G_S并输入给乘法器64。该乘法器64将G_S值乘以由方向滤波器60提供的陀螺仪标度因子变化数据ΔG_S产生一个修正的陀螺仪标盘值，并输入到混频器66中。混频器66将修正的陀螺仪标度值，由方向滤波器60提供的变化的方向测量数据ΔH，和被积分的反馈的方向值H_I结合在一起，产生一个新的方向值H。被积分的反馈的方向值H_I是由积分器单元68利用由混频器66提供的新的方向值H计算的。反馈的积分器单元68与混频器66连接成一个环形结构。新的方向值H可被多种方式使用，如更新用户显示单元。

由导航更新单元29的速度滤波器70提供的速度标度因子的变化数据ΔS_S和从抽取的里程表波动转储102获得的速度测量数据S作为输入传导给乘法器74。该乘法器74将两个测量数据相乘并提供速度标度值S_S输入给混频器76，混频器76通过混合速度标度值S_S和由速度偏置单元72提供的速度偏置值S_B产生一个修正的速度标度值S_SU。速度偏置单元计算由速度滤波器70提供的速度偏置变化量ΔS_B得到速度偏置值S_B。

由混频器76产生的被修正的速度标度值S_SU和由混频器66产生的方向值H作为输入给余弦函数单元84。该余弦函数单元84从这些输入值计算在北/南方向的方向变化由ΔN表示。ΔN的值由加法单元92求和以提供信号ΔN的输出值。另外，S_SU和H值由正弦函数单元86利用计算东/西方向的变化并由ΔE表示。ΔE的值由加法单元92相加并求和以提供信号ΔE的输出值。

最后，传感器修正单元61通过从接收器时钟104抽取的时间值接收时间测量数据T。该时间测量数据T由新数据中断信号106控制与陀螺仪100和里程表102的抽取一致。时间测量数据T与其由积分器单元88计算的积分值T_I混合，以提供时间的变化值ΔT。ΔT的值由加法单元96相加并求和以提供信号ΔT的输出值。

参照图4，由导航更新单元29提供的推测定位位置测量数据R_{DR (out)}作为输入传输给混频器114，混频器114的另一输入包括由传感器修正单元61提供的方向和时间的变化(ΔN，ΔE和ΔT)。ΔN，ΔE和ΔT的值由转换单元112转换成地心地面固定坐标系。混频器114将两个测量时间结合并提供一个修正的推测定位位置测量数据R_{DR (out)}。该R_DR(out)值向回传导给导航更新单元29。该R_DR(out)回传给导航更新单元的传导能够在车辆动力学中降低不确定性，因此能在导航更新单元29的主滤波器30中降低处理噪声模式。此外，该降低的不确定性达到能够严格地校订判断标准，因此在超出由严格地校订判断标准提供的测量范围时，允许该系统放弃GPS的测量。因此，该系统能够删除一些多径干扰测量，它可能是由GPS接收器28误当作准确测量的情况。

参照图5，本发明在洛杉机国际机场(LAX)进行实验。LAX实验路线有几个特点，实验本发明的可能性。塞波尔维达隧道130提供GPS信号全部阻塞约23秒的区域，LAX较低地区135提供GPS信号严重阻塞约90秒的区域，并在飞机场的西端包括一180度旋转，和在路线的西南角140处产生大量的多径源信号。

参照图6，提供一个放大的地图表示本发明的操作，同时穿过塞波尔维达隧道130。该系统经历全部阻塞约23秒。本发明的结果，由虚线131表示，是十分令人满意的，因为虚线接近平行由实线134表示的地图道路/隧道。从系统获得的结果131和实际地图道路/隧道134之间的偏差是由于选择可用性(SA)引起的。点133是在进入隧道130前最近的GPS固定位置。点132是出隧道130后重新获得GPS信号的位置。因为可以看到获得的结果，所以在信号中断期间没有可识别的横向位置误差增加。因为隧道是直的，可以推断在进入隧道130之前陀螺仪的偏置被正确估算。

参照图7，提供一个放大的地图表示本发明的操作，同时穿过LAX较低地区135。该实验路线的区域GPS信号阻塞达到最大程度。而在该区域中，系统可以偶尔拾取一个或两个低海拔高度卫星信号或者多径信号，但是主要是系统与任何一个可用的GPS信号之间被阻塞。当可以看到路线137时，这种阻塞类型通常促使一个未接收信号的接收器处于“无导航”的模式。但是，当能够看到由本发明产生的路线136时，本发明的系统在没有任何地面跟踪间断的情况下通过转向和重新获得GPS信号成功地推测定位。由于推测定位的间隔为90秒横向估算误差的增加小于30米(m)。从本发明成功的结果能够推断在最大程度的阻塞区域中，陀螺仪偏置和陀螺仪标度因子由方向滤波器成功地估算。

参照图8，提供一个放大的地图表示本发明的操作，同时穿过受到多径信号影响的区域。路线的东北角140提供这样一个区域，因为在此是一个具有金属表面的办公大楼141，它具有大量的多径信号源。由于能够从由本发明导航系统提供的曲线143看到结果，所以比传统的导航系统达到基本上较佳的运行和精确度，如从曲线144可看到的。本发明的推测定位测量数据在位置状态的时间传导中降低了不确定性，并为避免多径影响允许测量的严格屏蔽。

通过上面的显示，本发明的特征形式已被表示和说明，在没有脱离本发明的构思和范围内可进行各种改进。因此，除了附加的权利要求，上面描述不认为对本发明构成了限制。

Claims (10)

1、一种用于跟踪目标位置的导航系统，所述系统包括：

一个GPS接收器响应于GPS信号，周期性地给导航处理器提供导航状态测量最新数据；和

一个推测定位传感器响应于所述目标的运动，用于给所述导航处理器提供运动测量数据；

其中所述导航处理器用导航状态测量最新数据确定所述目标导航状态，并在测量最新数据之间用所述运动测量数据传导所述目标导航状态。

2、根据权利要求1的系统，其中所述导航状态测量数据包括假定范围和位置数据。

3、根据权利要求1的系统，其中所述运动测量数据包括陀螺仪测量数据、速度测量数据和时间测量数据。

4、根据权利要求1的系统，其中导航处理器包括：

一个导航更新单元作为输入接收修正的推测定位测量数据和导航状态测量最新数据，并且作为输出提供导航测量数据和修改的推测定位位置测量数据；

一个传感器修正单元作为输入接收导航测量数据和运动测量数据并且作为输出提供位置变化；和

一个导航传导单元作为输入接收位置变化和修改的推测定位测量数据并且作为输出传导修正的推测定位测量数据。

5、根据权利要求4的系统，其中导航测量包括测量方向，陀螺仪偏置，陀螺仪标度因子，速度偏置，和速度标度因子中至少一个的变化，和所述传感器修正单元包括一个第一处理器用于与陀螺仪测量数据一起处理方向，陀螺仪偏置，和陀螺仪标度因子的变化，以产生方向测量数据。

6、根据权利要求5的系统，其中所述传感器修正单元还包括一个第二处理器用于与速度测量数据一起处理速度偏置，和速度标度因子的变化，以方向在测量数据中产生变化。

7、根据权利要求6的系统，其中方向测量数据包括一个北/南测量数据和一个东/西测量数据。

8、根据权利要求6的系统，其中所述传感器修正单元还包括一个时间处理单元，以处理时间测量数据，产生时间值的变化。

9、根据权利要求4的系统，其中导航更新单元包括：

一个第一滤波器作为输入接收修改的推测定位测量数据和导航状态测量最新数据并作为输出提供估算的速度值；

一个第二滤波器用于从估算速度值推导出的第一测量数据估算方向、陀螺仪偏置、陀螺仪标度因子的变化；

一个第三滤波器用于从估算速度值推导出的第二测量数据估算速度偏置，和速度标度因子的变化；

一个位置设置单元用于当测量数据失败时删除已修改的推测定位测量数据；以及

一个处理噪声模块，它给主滤波器提供一个处理噪声矩阵。

10、一种跟踪目标位置的方法，包括：

周期性地获得导航状态测量最新数据；

处理导航状态测量最新数据，以确定目标导航状态；

获得与目标运动相关的运动测量数据；和

用运动测量数据在测量最新数据之间传导目标导航状态。

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