协同定位天线的制作方法
协同定位天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种协同定位天线(co-located antenna)。特别地，本发明涉及，但不限于一种协同定位的束型天线和全球导航卫星系统(GNSS)天线。
【背景技术】
[0002]在此参照的【背景技术】不应被解释为认同这些技术构成澳大利亚或其他地方的公知常识。
[0003]众所周知的是，使用诸如GPS和GL0NASS这样的全球导航卫星系统(GNSS)，来确定地球附近(主要在地球的表面上)的对象的位置。卫星接收机使用来自卫星的信号，通常在几米的精确度内来确定这些对象的位置。然而，需要与卫星具备视距通路并且如果GNSS信号例如被诸如地形或建筑物这样的高结构体阻断，则定位性能降低。在诸如当接收机在室内时这样的特定阻断情况下，通常完全丧失定位能力。
[0004]在已知GNSS阻断的区域中，被称为“伪卫星”的基于地面的虚拟卫星可以用于在可见位置处提供基于地面的收发器。然而，伪卫星具有许多缺点，包括难以放置(将GNSS和伪卫星系统集成在一起，使得它们不会相互干涉)，和由于信号反射等引入的误差。在室内环境中，天花板、地板、以及墙壁提供许多用于干扰和反射的表面且多径误差造成距离伪卫星的明显的范围测定误差。
[0005]发明目的
[0006]本发明的目的是提供一种协同定位天线，其克服或改善一个或更多个上述缺点或问题，或其至少提供一种有用的替代方案。
[0007]从以下描述将清楚本发明的其它优选目的。
【发明内容】
[0008]根据本发明的第一方面，提供了一种协同定位天线，该协同定位天线包括:
[0009]全球导航卫星系统(GNSS)天线，其具有GNSS天线相位中心；以及
[0010]束型天线，其具有束型天线相位中心；
[0011]其中，所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心在至少一个轴线上协同定位。
[0012]优选地，所述GNSS天线和所述束型天线在两个轴线上协同定位，优选地，在形成水平面的两个水平轴线上协同定位。优选地，预先确定相位中心的任何偏移。所述协同定位天线优选地还包括天线接收机。
[0013]所述协同定位天线，优选地所述协同定位天线的天线接收机，优选地，对所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心之间的任何偏移进行补偿。优选地，所述协同定位天线对轴线的差异(优选地对垂直轴线的差异)进行补偿，以提供在所有轴线上的相位中心的有效协同定位。
[0014]所述束型天线优选地提供包括天线的俯仰(pitch)、摇摆(roll)以及空间方位角的定向数据。优选地使用所述定向数据，来对轴线的差异(优选地对垂直轴线的差异)进行补偿。另选地，或额外地，所述协同定位天线还可以包括一个或更多个传感器并优选地使用来自所述一个或更多个传感器的数据，来对轴线的差异进行补偿。
[0015]优选地，所述束型天线为类半球形或类球形天线。优选地，所述GNSS天线是贴片天线。优选地，所述GNSS天线位于所述束型天线的表面上。优选地，所述GNSS天线位于所述束型天线的上部区域上，甚至更优选地位于所述束型天线的最上表面上。优选地，所述GNSS天线和所述束型天线的相位中心沿垂直轴线对齐。
[0016]优选地，所述GNSS天线和所述束型天线都位于天线壳体中。所述GNSS天线优选地安装到所述束型天线上，并且可以固定地或可拆卸地安装。另选地，所述GNSS天线和所述束型天线可以彼此一体地形成。
[0017]优选地，所述GNSS天线和所述束型天线在所述壳体中均具有单独的信号连接器。优选地，所述信号连接器是射频(RF)连接器。优选地，所述GNSS天线和所述束型天线均优选地经由相应的RF连接器与天线接收机进行通信。
[0018]优选地，所述天线接收机是组合的GNSS和束型定位接收机。优选地，所述天线接收机处理来自GNSS天线和束型天线其中的一个或两者的信号，以确定接收机的位置。
[0019]根据本发明的第二方面，提供了一种确定与接收机进行通信的协同定位天线的定位估计的方法，该方法包括如下步骤:
[0020]确定全球导航卫星系统(GNSS)是否可与接收机进行通信；
[0021]如果GNSS系统被确定为可用，则使用协同定位天线的GNSS天线，来接收来自全球导航卫星系统(GNSS)的GNSS信号；
[0022]确定地面定位系统是否可与接收机进行通信；
[0023]如果地面定位系统被确定为可用，则使用与GNSS天线协同定位的束型天线，来接收来自地面定位系统的地面信号；以及
[0024]如果GNSS信号被确定为可用，则利用接收机处理GNSS信号，并且如果地面信号被确定为可用，则利用接收机处理地面信号；以及
[0025]如果GNSS信号被确定为可用，则使用GNSS信号来确定协同定位天线的定位估计，并且如果地面信号被确定为可用，则使用地面信号来确定协同定位天线的定位估计。
[0026]优选地，所述如果GNSS信号被确定为可用，则利用接收机处理GNSS信号且如果地面信号被确定为可用，则利用接收机处理地面信号的步骤还包括对GNSS天线相位中心和束型天线相位中心之间的偏移进行补偿的步骤。优选地，所述束型天线提供定向数据，所述定向数据优选地包括天线的俯仰、摇摆以及空间方位角，并且应用所述定向数据，以对所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心之间的偏移进行补偿。
[0027]从以下详细描述将清楚本发明的其它特征和优点。
【附图说明】
[0028]仅作为示例，在下文中将参照附图，来更全面地描述本发明的优选实施方式，其中:
[0029]图1是根据本发明的实施方式的协同定位的GNSS和半球形束型天线的立体图；
[0030]图2是根据本发明的实施方式的协同定位的GNSS和球形束型天线的立体图；
[0031]图3是根据本发明的实施方式的协同定位天线的示意图；
[0032]图4是例示根据本发明的实施方式的方法的步骤的流程图；以及
[0033]图5是本发明在城市环境中使用的示意图。
【具体实施方式】
[0034]图1例示包括为类半球形的束型天线20和全球导航卫星系统(GNSS)天线(其大体上呈平坦GNSS贴片天线40的形式)的协同定位天线10。GNSS贴片天线40位于束型天线20的最上表面上，同时，GNSS贴片天线40的相位中心与束型天线20的相位中心在形成水平面的两个正交水平轴线上协同定位。因此，这两个天线的相位中心沿垂直轴线对齐，但具有垂直偏移。
[0035]图2例示类似的协同定位天线10但束型天线20不是类半球形的，而是类球形。除此以外，图2中的协同定位天线10与图1所示的相同。同样的，GNSS贴片天线40位于束型天线20的最上表面上，同时，GNSS贴片天线40的相位中心与束型天线20的相位中心在形成水平面的两个正交水平轴线上协同定位。因此，这两个天线的相位中心沿垂直轴线对齐，但具有垂直偏移。
[0036]图3例示具有束型天线20和GNSS贴片天线40的协同定位天线10的示意图。图3所示的束型天线20为类球形，但应当理解的是，还可以使用诸如图1所示的为类半球形天线这样的其它结构。GNSS天线40同样被例示为在束型天线20的最上部区域上，束型天线20的最上部区域是GNSS天线40相对于束型天线20的优选的，但不是必需的位置。
[0037]GNSS天线40和束型天线20在物理上位于同一天线壳体(未示出)中，但每个具有单独的射频(RF)连接器。具体地，束型天线20具有RF连接器22而GNSS天线40具有RF连接器42。两个RF连接器22和42连接到天线接收机60上，该天线接收机60是组合的GNSS和地面定位接收机。RF连接器22和42允许接收机60接收来自两个天线20、40的信号。
[0038]图4例示确定与接收机60进行通信的协同定位天线10的位置估计的方法的步骤的流程图。接收机60确定GNSS系统是否可用(步骤100)以及地面定位系统是否可用(步骤110)。如果所述GNSS系统可用，则接收GNSS信号(步骤102)，如果所述地面定位系统可用，则接收地面定位信号(步骤112)。然后，通常由接收机60处理这些信号(步骤120)，并且如果所述GNSS信号可用，则使用所述GNSS信号来确定位置估计，且如果所述地面信号可用，则使用所述地面信号来确定位置估计(步骤122)。
[0039]如果确定所述GNSS系统和所述地面定位系统中仅一个可用，则接收机60可以使用该可用的系统，来确定使用位置的位置估计。如果两者都可用，则接收机60可以使用任一个或两个信号(取其被认为能提供最高准确度和可靠性的)，来确定位置估计。
[0040]使用 时，束型天线20能够向接收机60提供以接收机的俯仰、摇摆以及空间方位角的形式的定向数据，该定向数据可以用于对GNSS天线40和束型天线20的相位中心的偏移进行补偿。在补偿后，GNSS天线40和束型天线20在水平面和垂直轴线上有效地协同定位。
[0041]图5例示本发明在城市环境中使用的示例。虽然描述了具有建筑障碍物的城市环境，但这不意味着限制，并且应当理解的是，这些概念可以同等地应用于其它环境，诸如具有诸如山脉或丘陵这样的天然障碍物的室外环境或具有墙壁、门和窗障碍物的室内环境。
[0042]如图5所示，具有协同定位天线10的设备80位于或接近建筑物82的市区峡谷中的地面。设备80中的协同定位天线10的接收机60能够使用来自GNSS和地面定位系统的信号，例如，使用图4的方法，来确定设备80的位置。
[0043]在图5所示的场景中，设备80具有与GNSS卫星84的视线通路。设备80不具有与GNSS卫星86和88的视线通路，因为GNSS卫星86和88被建筑物82阻挡而无法看见。另外地，设备80中的协同定位天线10的接收机60能够使用束型天线20，来接收来自地面定位发射机90和92的信号。在这种情况下，接收机60可以使用接收到的信号中的任一个或两个，来确定设备80的位置估计。
[0044]当一个系统的信号被确定为可用或不可用时，设备80的接收机60能够使用来自另一个系统的信号，来确定设备80的位置估计。通常设想GNSS在主要开放区域将提供更好的覆盖，而在主要开放区域提供多个地面定位发射机将不是很实用，并且地面定位系统在主要封闭区域将提供更好的覆盖，而在主要封闭区域GNSS是不可用或者不可靠的。
[0045]有利地，协同定位天线10提供在开放环境和具有GNSS障碍物的环境这两种环境下精确且有用的定位系统。协同定位天线10为GNSS和地面定位系统提供统一的天线包，同时，束型天线20和GNSS天线40的相位中心通过在至少一个轴线上物理协同定位以及对非协同定位的轴线进行补偿而被有效地协同定位。
[0046]束型天线40特别适用于封闭环境，能够在诸如伪卫星等无法有效运作的室内这样的高多径环境中提供高精度。协同定位天线10允许在多种情况下，包括那些传统上难以提供准确定位的情况下，确定设备80的定位。协同定位天线10允许GNSS和地面定位系统之间的无缝转换，无视周围环境连续地提供高质量的定位信息。
[0047]在此提及的相位中心还包括任何具有有限或非球形电磁辐射图案的天线的视在相位中心(apparent phase centre)。
[0048]在本说明书中，诸如第一和第二、左和右、顶部和底部等这样的形容词只是用于将一个元素或动作与另一元素或动作进行区分，而不必要求或暗示任何实际的这种关系或顺序。在环境允许的情况下，提及的要素或部件或步骤(等)不应解释为局限于仅要素、部件、或步骤中的一个，而可以是要素、部件、或步骤中的一个或更多个等。
[0049]上面对本发明的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本发明的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本发明旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述发明的精神和范围内的其它实施方式。
[0050]在本说明书中，术语“包括”、“包含”、或类似术语旨在表示非排他的内含物，使得包括一系列元素的方法、系统或装置不仅仅包括这些元素，而且还可以包括未列出的其他元素。
【主权项】
1.一种协同定位天线，所述协同定位天线包括: 全球导航卫星系统(GNSS)天线，其具有GNSS天线相位中心；以及 束型天线，其具有束型天线相位中心； 其中，所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心在至少一个轴线上协同定位。2.根据权利要求1所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线和所述束型天线在两个轴线上协同定位。3.根据权利要求2所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线和所述束型天线在形成水平面的两个水平轴线上协同定位。4.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，其中，所述两个相位中心的任何偏移是预先确定的。5.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，所述协同定位天线还包括天线接收机。6.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，其中，所述天线对所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心之间的任何偏移进行补偿。7.根据权利要求6所述的协同定位天线，其中，所述协同定位天线对轴线的差异进行补偿，以提供在所有轴线上的所述相位中心的有效协同定位。8.根据权利要求7所述的协同定位天线，其中，所述协同定位天线对垂直轴线的差异进行补偿。9.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，其中，所述束型天线提供包括所述天线的俯仰、摇摆以及空间方位角的定向数据。10.根据权利要求9所述的协同定位天线，其中，使用所述定向数据，来对所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心之间的轴线的差异进行补偿。11.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，所述协同定位天线还包括一个或更多个传感器，其中，使用所述一个或更多个传感器，来对所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心之间的轴线的差异进行补偿。12.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，其中，所述束型天线为类半球形或类球形天线。13.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线是贴片天线。14.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线位于所述束型天线的表面上。15.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线位于所述束型天线的上部区域上。16.根据权利要求15所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线位于所述束型天线的最上表面上。17.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线和所述束型天线都位于天线壳体中。18.根据权利要求17所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线和所述束型天线在所述壳体中均具有单独的信号连接器。19.根据权利要求18所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线和所述束型天线均经由相应的RF连接器与天线接收机进行通信。20.根据权利要求19所述的协同定位天线，其中，所述天线接收机是组合的GNSS和束型定位接收机，所述组合的GNSS和束型定位接收机处理来自所述GNSS天线和所述束型天线中的一个或两个的信号，以确定所述接收机的位置。21.—种确定与接收机进行通信的协同定位天线的位置估计的方法，所述方法包括如下步骤: 确定全球导航卫星系统(GNSS)是否可与所述接收机进行通信； 如果所述GNSS系统被确定为可用，则使用所述协同定位天线的GNSS天线，来接收来自所述全球导航卫星系统(GNSS)的GNSS信号； 确定地面定位系统是否可与所述接收机进行通信； 如果所述地面定位系统被确定为可用，则使用与所述GNSS天线协同定位的束型天线，来接收来自所述地面定位系统的地面信号；以及 如果所述GNSS信号被确定为可用，则利用所述接收机处理所述GNSS信号，并且如果所述地面信号被确定为可用，则利用所述接收机处理所述地面信号；以及 如果所述GNSS信号被确定为可用，则使用所述GNSS信号来确定所述协同定位天线的位置估计，并且如果所述地面信号被确定为可用，则使用所述地面信号来确定所述协同定位天线的位置估计。22.根据权利要求20所述的方法，其中，如果所述GNSS信号被确定为可用，则利用所述接收机处理所述GNSS信号，并且如果所述地面信号被确定为可用，则利用所述接收机处理所述地面信号的步骤还包括对所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心之间的偏移进行补偿的步骤。23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述束型天线提供定向数据，对所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心之间的所述偏移进行补偿的步骤包括使用所述定向数据。
【专利摘要】一种协同定位的全球导航卫星系统(GNSS)天线(40)及束型天线(20)，其中，在至少一个轴线上，优选地在垂直轴线上协同定位两种天线的相位中心。相位中心位置的差异可以使用例如定向和/或传感器数据进行补偿。
【IPC分类】H01Q21/28, H01Q5/40
【公开号】CN104904065
【申请号】CN201480003737
【发明人】B·T·莉莉
【申请人】莱卡地球系统公开股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月17日
【公告号】CA2894275A1, EP2946440A1, US20150355340, WO2014111506A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种协同定位天线(co-located antenna)。特别地，本发明涉及，但不限于一种协同定位的束型天线和全球导航卫星系统(GNSS)天线。
【背景技术】
[0002]在此参照的【背景技术】不应被解释为认同这些技术构成澳大利亚或其他地方的公知常识。
[0003]众所周知的是，使用诸如GPS和GL0NASS这样的全球导航卫星系统(GNSS)，来确定地球附近(主要在地球的表面上)的对象的位置。卫星接收机使用来自卫星的信号，通常在几米的精确度内来确定这些对象的位置。然而，需要与卫星具备视距通路并且如果GNSS信号例如被诸如地形或建筑物这样的高结构体阻断，则定位性能降低。在诸如当接收机在室内时这样的特定阻断情况下，通常完全丧失定位能力。
[0004]在已知GNSS阻断的区域中，被称为“伪卫星”的基于地面的虚拟卫星可以用于在可见位置处提供基于地面的收发器。然而，伪卫星具有许多缺点，包括难以放置(将GNSS和伪卫星系统集成在一起，使得它们不会相互干涉)，和由于信号反射等引入的误差。在室内环境中，天花板、地板、以及墙壁提供许多用于干扰和反射的表面且多径误差造成距离伪卫星的明显的范围测定误差。
[0005]发明目的
[0006]本发明的目的是提供一种协同定位天线，其克服或改善一个或更多个上述缺点或问题，或其至少提供一种有用的替代方案。
[0007]从以下描述将清楚本发明的其它优选目的。
【发明内容】
[0008]根据本发明的第一方面，提供了一种协同定位天线，该协同定位天线包括:
[0009]全球导航卫星系统(GNSS)天线，其具有GNSS天线相位中心；以及
[0010]束型天线，其具有束型天线相位中心；
[0011]其中，所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心在至少一个轴线上协同定位。
[0012]优选地，所述GNSS天线和所述束型天线在两个轴线上协同定位，优选地，在形成水平面的两个水平轴线上协同定位。优选地，预先确定相位中心的任何偏移。所述协同定位天线优选地还包括天线接收机。
[0013]所述协同定位天线，优选地所述协同定位天线的天线接收机，优选地，对所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心之间的任何偏移进行补偿。优选地，所述协同定位天线对轴线的差异(优选地对垂直轴线的差异)进行补偿，以提供在所有轴线上的相位中心的有效协同定位。
[0014]所述束型天线优选地提供包括天线的俯仰(pitch)、摇摆(roll)以及空间方位角的定向数据。优选地使用所述定向数据，来对轴线的差异(优选地对垂直轴线的差异)进行补偿。另选地，或额外地，所述协同定位天线还可以包括一个或更多个传感器并优选地使用来自所述一个或更多个传感器的数据，来对轴线的差异进行补偿。
[0015]优选地，所述束型天线为类半球形或类球形天线。优选地，所述GNSS天线是贴片天线。优选地，所述GNSS天线位于所述束型天线的表面上。优选地，所述GNSS天线位于所述束型天线的上部区域上，甚至更优选地位于所述束型天线的最上表面上。优选地，所述GNSS天线和所述束型天线的相位中心沿垂直轴线对齐。
[0016]优选地，所述GNSS天线和所述束型天线都位于天线壳体中。所述GNSS天线优选地安装到所述束型天线上，并且可以固定地或可拆卸地安装。另选地，所述GNSS天线和所述束型天线可以彼此一体地形成。
[0017]优选地，所述GNSS天线和所述束型天线在所述壳体中均具有单独的信号连接器。优选地，所述信号连接器是射频(RF)连接器。优选地，所述GNSS天线和所述束型天线均优选地经由相应的RF连接器与天线接收机进行通信。
[0018]优选地，所述天线接收机是组合的GNSS和束型定位接收机。优选地，所述天线接收机处理来自GNSS天线和束型天线其中的一个或两者的信号，以确定接收机的位置。
[0019]根据本发明的第二方面，提供了一种确定与接收机进行通信的协同定位天线的定位估计的方法，该方法包括如下步骤:
[0020]确定全球导航卫星系统(GNSS)是否可与接收机进行通信；
[0021]如果GNSS系统被确定为可用，则使用协同定位天线的GNSS天线，来接收来自全球导航卫星系统(GNSS)的GNSS信号；
[0022]确定地面定位系统是否可与接收机进行通信；
[0023]如果地面定位系统被确定为可用，则使用与GNSS天线协同定位的束型天线，来接收来自地面定位系统的地面信号；以及
[0024]如果GNSS信号被确定为可用，则利用接收机处理GNSS信号，并且如果地面信号被确定为可用，则利用接收机处理地面信号；以及
[0025]如果GNSS信号被确定为可用，则使用GNSS信号来确定协同定位天线的定位估计，并且如果地面信号被确定为可用，则使用地面信号来确定协同定位天线的定位估计。
[0026]优选地，所述如果GNSS信号被确定为可用，则利用接收机处理GNSS信号且如果地面信号被确定为可用，则利用接收机处理地面信号的步骤还包括对GNSS天线相位中心和束型天线相位中心之间的偏移进行补偿的步骤。优选地，所述束型天线提供定向数据，所述定向数据优选地包括天线的俯仰、摇摆以及空间方位角，并且应用所述定向数据，以对所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心之间的偏移进行补偿。
[0027]从以下详细描述将清楚本发明的其它特征和优点。
【附图说明】
[0028]仅作为示例，在下文中将参照附图，来更全面地描述本发明的优选实施方式，其中:
[0029]图1是根据本发明的实施方式的协同定位的GNSS和半球形束型天线的立体图；
[0030]图2是根据本发明的实施方式的协同定位的GNSS和球形束型天线的立体图；
[0031]图3是根据本发明的实施方式的协同定位天线的示意图；
[0032]图4是例示根据本发明的实施方式的方法的步骤的流程图；以及
[0033]图5是本发明在城市环境中使用的示意图。
【具体实施方式】
[0034]图1例示包括为类半球形的束型天线20和全球导航卫星系统(GNSS)天线(其大体上呈平坦GNSS贴片天线40的形式)的协同定位天线10。GNSS贴片天线40位于束型天线20的最上表面上，同时，GNSS贴片天线40的相位中心与束型天线20的相位中心在形成水平面的两个正交水平轴线上协同定位。因此，这两个天线的相位中心沿垂直轴线对齐，但具有垂直偏移。
[0035]图2例示类似的协同定位天线10但束型天线20不是类半球形的，而是类球形。除此以外，图2中的协同定位天线10与图1所示的相同。同样的，GNSS贴片天线40位于束型天线20的最上表面上，同时，GNSS贴片天线40的相位中心与束型天线20的相位中心在形成水平面的两个正交水平轴线上协同定位。因此，这两个天线的相位中心沿垂直轴线对齐，但具有垂直偏移。
[0036]图3例示具有束型天线20和GNSS贴片天线40的协同定位天线10的示意图。图3所示的束型天线20为类球形，但应当理解的是，还可以使用诸如图1所示的为类半球形天线这样的其它结构。GNSS天线40同样被例示为在束型天线20的最上部区域上，束型天线20的最上部区域是GNSS天线40相对于束型天线20的优选的，但不是必需的位置。
[0037]GNSS天线40和束型天线20在物理上位于同一天线壳体(未示出)中，但每个具有单独的射频(RF)连接器。具体地，束型天线20具有RF连接器22而GNSS天线40具有RF连接器42。两个RF连接器22和42连接到天线接收机60上，该天线接收机60是组合的GNSS和地面定位接收机。RF连接器22和42允许接收机60接收来自两个天线20、40的信号。
[0038]图4例示确定与接收机60进行通信的协同定位天线10的位置估计的方法的步骤的流程图。接收机60确定GNSS系统是否可用(步骤100)以及地面定位系统是否可用(步骤110)。如果所述GNSS系统可用，则接收GNSS信号(步骤102)，如果所述地面定位系统可用，则接收地面定位信号(步骤112)。然后，通常由接收机60处理这些信号(步骤120)，并且如果所述GNSS信号可用，则使用所述GNSS信号来确定位置估计，且如果所述地面信号可用，则使用所述地面信号来确定位置估计(步骤122)。
[0039]如果确定所述GNSS系统和所述地面定位系统中仅一个可用，则接收机60可以使用该可用的系统，来确定使用位置的位置估计。如果两者都可用，则接收机60可以使用任一个或两个信号(取其被认为能提供最高准确度和可靠性的)，来确定位置估计。
[0040]使用 时，束型天线20能够向接收机60提供以接收机的俯仰、摇摆以及空间方位角的形式的定向数据，该定向数据可以用于对GNSS天线40和束型天线20的相位中心的偏移进行补偿。在补偿后，GNSS天线40和束型天线20在水平面和垂直轴线上有效地协同定位。
[0041]图5例示本发明在城市环境中使用的示例。虽然描述了具有建筑障碍物的城市环境，但这不意味着限制，并且应当理解的是，这些概念可以同等地应用于其它环境，诸如具有诸如山脉或丘陵这样的天然障碍物的室外环境或具有墙壁、门和窗障碍物的室内环境。
[0042]如图5所示，具有协同定位天线10的设备80位于或接近建筑物82的市区峡谷中的地面。设备80中的协同定位天线10的接收机60能够使用来自GNSS和地面定位系统的信号，例如，使用图4的方法，来确定设备80的位置。
[0043]在图5所示的场景中，设备80具有与GNSS卫星84的视线通路。设备80不具有与GNSS卫星86和88的视线通路，因为GNSS卫星86和88被建筑物82阻挡而无法看见。另外地，设备80中的协同定位天线10的接收机60能够使用束型天线20，来接收来自地面定位发射机90和92的信号。在这种情况下，接收机60可以使用接收到的信号中的任一个或两个，来确定设备80的位置估计。
[0044]当一个系统的信号被确定为可用或不可用时，设备80的接收机60能够使用来自另一个系统的信号，来确定设备80的位置估计。通常设想GNSS在主要开放区域将提供更好的覆盖，而在主要开放区域提供多个地面定位发射机将不是很实用，并且地面定位系统在主要封闭区域将提供更好的覆盖，而在主要封闭区域GNSS是不可用或者不可靠的。
[0045]有利地，协同定位天线10提供在开放环境和具有GNSS障碍物的环境这两种环境下精确且有用的定位系统。协同定位天线10为GNSS和地面定位系统提供统一的天线包，同时，束型天线20和GNSS天线40的相位中心通过在至少一个轴线上物理协同定位以及对非协同定位的轴线进行补偿而被有效地协同定位。
[0046]束型天线40特别适用于封闭环境，能够在诸如伪卫星等无法有效运作的室内这样的高多径环境中提供高精度。协同定位天线10允许在多种情况下，包括那些传统上难以提供准确定位的情况下，确定设备80的定位。协同定位天线10允许GNSS和地面定位系统之间的无缝转换，无视周围环境连续地提供高质量的定位信息。
[0047]在此提及的相位中心还包括任何具有有限或非球形电磁辐射图案的天线的视在相位中心(apparent phase centre)。
[0048]在本说明书中，诸如第一和第二、左和右、顶部和底部等这样的形容词只是用于将一个元素或动作与另一元素或动作进行区分，而不必要求或暗示任何实际的这种关系或顺序。在环境允许的情况下，提及的要素或部件或步骤(等)不应解释为局限于仅要素、部件、或步骤中的一个，而可以是要素、部件、或步骤中的一个或更多个等。
[0049]上面对本发明的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本发明的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本发明旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述发明的精神和范围内的其它实施方式。
[0050]在本说明书中，术语“包括”、“包含”、或类似术语旨在表示非排他的内含物，使得包括一系列元素的方法、系统或装置不仅仅包括这些元素，而且还可以包括未列出的其他元素。
【主权项】
1.一种协同定位天线，所述协同定位天线包括: 全球导航卫星系统(GNSS)天线，其具有GNSS天线相位中心；以及 束型天线，其具有束型天线相位中心； 其中，所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心在至少一个轴线上协同定位。2.根据权利要求1所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线和所述束型天线在两个轴线上协同定位。3.根据权利要求2所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线和所述束型天线在形成水平面的两个水平轴线上协同定位。4.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，其中，所述两个相位中心的任何偏移是预先确定的。5.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，所述协同定位天线还包括天线接收机。6.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，其中，所述天线对所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心之间的任何偏移进行补偿。7.根据权利要求6所述的协同定位天线，其中，所述协同定位天线对轴线的差异进行补偿，以提供在所有轴线上的所述相位中心的有效协同定位。8.根据权利要求7所述的协同定位天线，其中，所述协同定位天线对垂直轴线的差异进行补偿。9.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，其中，所述束型天线提供包括所述天线的俯仰、摇摆以及空间方位角的定向数据。10.根据权利要求9所述的协同定位天线，其中，使用所述定向数据，来对所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心之间的轴线的差异进行补偿。11.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，所述协同定位天线还包括一个或更多个传感器，其中，使用所述一个或更多个传感器，来对所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心之间的轴线的差异进行补偿。12.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，其中，所述束型天线为类半球形或类球形天线。13.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线是贴片天线。14.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线位于所述束型天线的表面上。15.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线位于所述束型天线的上部区域上。16.根据权利要求15所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线位于所述束型天线的最上表面上。17.根据前述权利要求中任一项所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线和所述束型天线都位于天线壳体中。18.根据权利要求17所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线和所述束型天线在所述壳体中均具有单独的信号连接器。19.根据权利要求18所述的协同定位天线，其中，所述GNSS天线和所述束型天线均经由相应的RF连接器与天线接收机进行通信。20.根据权利要求19所述的协同定位天线，其中，所述天线接收机是组合的GNSS和束型定位接收机，所述组合的GNSS和束型定位接收机处理来自所述GNSS天线和所述束型天线中的一个或两个的信号，以确定所述接收机的位置。21.—种确定与接收机进行通信的协同定位天线的位置估计的方法，所述方法包括如下步骤: 确定全球导航卫星系统(GNSS)是否可与所述接收机进行通信； 如果所述GNSS系统被确定为可用，则使用所述协同定位天线的GNSS天线，来接收来自所述全球导航卫星系统(GNSS)的GNSS信号； 确定地面定位系统是否可与所述接收机进行通信； 如果所述地面定位系统被确定为可用，则使用与所述GNSS天线协同定位的束型天线，来接收来自所述地面定位系统的地面信号；以及 如果所述GNSS信号被确定为可用，则利用所述接收机处理所述GNSS信号，并且如果所述地面信号被确定为可用，则利用所述接收机处理所述地面信号；以及 如果所述GNSS信号被确定为可用，则使用所述GNSS信号来确定所述协同定位天线的位置估计，并且如果所述地面信号被确定为可用，则使用所述地面信号来确定所述协同定位天线的位置估计。22.根据权利要求20所述的方法，其中，如果所述GNSS信号被确定为可用，则利用所述接收机处理所述GNSS信号，并且如果所述地面信号被确定为可用，则利用所述接收机处理所述地面信号的步骤还包括对所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心之间的偏移进行补偿的步骤。23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述束型天线提供定向数据，对所述GNSS天线相位中心和所述束型天线相位中心之间的所述偏移进行补偿的步骤包括使用所述定向数据。
【专利摘要】一种协同定位的全球导航卫星系统(GNSS)天线(40)及束型天线(20)，其中，在至少一个轴线上，优选地在垂直轴线上协同定位两种天线的相位中心。相位中心位置的差异可以使用例如定向和/或传感器数据进行补偿。
【IPC分类】H01Q21/28, H01Q5/40
【公开号】CN104904065
【申请号】CN201480003737
【发明人】B·T·莉莉
【申请人】莱卡地球系统公开股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月17日
【公告号】CA2894275A1, EP2946440A1, US20150355340, WO2014111506A1
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