專利名稱：載波相位gps定位裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過載波相位GPS(全球定位系統(tǒng))定位來檢測(cè)移動(dòng)臺(tái)的位置的載波相位GPS定位裝置和方法。
背景技術(shù)：
最近以來，載波相位GPS定位被廣泛用于位置測(cè)量領(lǐng)域。在所述載波相位GPS定位中，在參考側(cè)的接收機(jī)和在定位側(cè)的接收機(jī)同時(shí)接收來自多個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)，并分別計(jì)算在所述參考側(cè)和所述定位側(cè)的所述衛(wèi)星信號(hào)的載波相位的累加值，得到載波相位累加值(carrier phase accumulationvalue)(如果需要，以下簡(jiǎn)稱為“相位累加”)。這樣得到的載波相位累加值包括了為所述載波波長(zhǎng)的整數(shù)倍的不確定度因數(shù)。此不確定度因數(shù)被稱為“整數(shù)載波相位模糊度(integral carrier phase ambiguity)”，并常簡(jiǎn)稱為“整數(shù)模糊度”。
使用卡爾曼(Kalman)濾波器來確定所述整數(shù)模糊度是一種眾所周知的技術(shù)。在此技術(shù)中提供了跟蹤濾波器，其將所述將被確定的位置和所述整數(shù)模糊度視為狀態(tài)變量，以所述定位側(cè)相對(duì)于所述參考側(cè)的相位累加的雙差(double phase difference)為觀測(cè)量，并且在每次進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，更新所述狀態(tài)變量。
還存在其它用于確定所述整數(shù)模糊度的方法。例如，已知，可利用包含所述整數(shù)模糊度的載波的雙差，在一定條件下通過最小二乘法，找到與雙差相關(guān)的整數(shù)模糊度。
在相關(guān)技術(shù)中，如果在確定所述整數(shù)模糊度之后或者在確定的期間所述電磁波被中斷(也稱為“周跳(cycle-slip)”)，例如，不能接收到所述電磁波，則需要在重新開始所述電磁波的接收之后再次確定所述整數(shù)模糊度。然而，由于前述相關(guān)技術(shù)專用于對(duì)長(zhǎng)時(shí)間固定在某位置的物體進(jìn)行定位，重新確定所述整數(shù)模糊度非常費(fèi)時(shí)。
為解決此問題，存在一種已知的技術(shù)，其中，在重新開始所述電磁波的接收之后，建立搜索空間，其具有對(duì)應(yīng)于位置方差(positional variance)的半徑，并以IMU(慣性測(cè)量單元)的輸出位置作為中心，并且，可從多數(shù)個(gè)整數(shù)模糊度的候選，即所述搜索空間的解，來確定所述整數(shù)模糊度。例如，日本專利公開公告2001-99919公開了這種技術(shù)。
然而，在上述技術(shù)中，除了RTK定位裝置之外，還需要IMU，并且當(dāng)所述電磁波被中斷時(shí)，需要計(jì)算由所述IMU單獨(dú)測(cè)量的所述位置的方差。此外，如果長(zhǎng)時(shí)間切斷所述電磁波，所述搜索空間相應(yīng)地?cái)U(kuò)展，并且難以在短時(shí)間內(nèi)重新確定所述整數(shù)模糊度。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的主要目的在于解決相關(guān)技術(shù)的前述問題。
本發(fā)明的具體目的在于提供一種能夠快速精確地確定以及重新確定整數(shù)模糊度的載波相位GPS定位裝置，一種載波相位GPS定位方法，一種載波相位GPS定位系統(tǒng)，以及一種基準(zhǔn)站。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種載波相位GPS定位裝置，其包括第一整數(shù)模糊度估計(jì)單元，所述單元將通過在固定位置的基準(zhǔn)站從衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)中提取的第一持續(xù)時(shí)間中的方差數(shù)據(jù)與在短于所述第一持續(xù)時(shí)間的第二持續(xù)時(shí)間中通過移動(dòng)臺(tái)從所述衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并估計(jì)在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；以及定位單元，其利用由所述第一整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)的所述整數(shù)模糊度來確定所述移動(dòng)臺(tái)的位置。
根據(jù)本發(fā)明，由于在短于所述第一持續(xù)時(shí)間的所述第二持續(xù)時(shí)間中利用所述移動(dòng)臺(tái)側(cè)的采樣數(shù)據(jù)來估計(jì)所述整數(shù)模糊度，可以縮短估計(jì)所述整數(shù)模糊度的時(shí)間。本發(fā)明的載波相位GPS定位裝置可以被實(shí)現(xiàn)為從基準(zhǔn)站接收數(shù)據(jù)的移動(dòng)臺(tái)、從移動(dòng)臺(tái)接收數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)站，或者從所述基準(zhǔn)站和所述移動(dòng)臺(tái)雙方接收數(shù)據(jù)的裝置。
可注意到，所述方差數(shù)據(jù)和通過移動(dòng)臺(tái)接收的數(shù)據(jù)不必是同一種類型。
優(yōu)選地，從所述方差數(shù)據(jù)中除去異常值。此外，當(dāng)對(duì)從所述衛(wèi)星發(fā)射的電磁波的接收被暫時(shí)中斷時(shí)，所述中斷之前的數(shù)據(jù)被從所述方差數(shù)據(jù)中除去。
優(yōu)選地，所述第一持續(xù)時(shí)間中的所述方差數(shù)據(jù)包括在所述第一持續(xù)時(shí)間中在第一數(shù)目的多個(gè)時(shí)刻從所述衛(wèi)星發(fā)送的所述信號(hào)的多個(gè)載波相位累加值，并且所述第一整數(shù)模糊度估計(jì)單元將在所述第一數(shù)目的多個(gè)時(shí)刻的在所述基準(zhǔn)站側(cè)的所述多個(gè)載波相位累加值與在第二數(shù)目的多個(gè)時(shí)刻的在所述移動(dòng)臺(tái)的多個(gè)載波相位累加值相關(guān)聯(lián)，并且估計(jì)在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度，并且在此所述的第二數(shù)目小于所述第一數(shù)目。可選地，所述第一整數(shù)模糊度估計(jì)單元將在所述第一數(shù)目的多個(gè)時(shí)刻的在所述基準(zhǔn)站側(cè)的所述多個(gè)載波相位累加值與在一個(gè)時(shí)刻的在所述移動(dòng)臺(tái)側(cè)的載波相位累加值相關(guān)聯(lián)，并且估計(jì)在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度。在所述后一種情況下，可以進(jìn)行單歷元定位(single epochpositioning)。
此外，優(yōu)選地，在所述第一整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)所述整數(shù)模糊度之后，所述定位單元可以只利用在所述移動(dòng)臺(tái)側(cè)測(cè)量的數(shù)據(jù)來確定所述移動(dòng)臺(tái)的位置。
因此，在估計(jì)所述整數(shù)模糊度之后，所述移動(dòng)臺(tái)和所述基準(zhǔn)站之間的通信數(shù)據(jù)量被顯著降低。
此外，優(yōu)選地，所述載波相位GPS定位裝置進(jìn)一步包括移動(dòng)量檢測(cè)單元，用于檢測(cè)所述移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)以及當(dāng)所述移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)時(shí)所述移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)量，第二整數(shù)模糊度估計(jì)單元，用于當(dāng)所述移動(dòng)臺(tái)靜止時(shí)估計(jì)在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的所述信號(hào)的載波相位累加值中包括的所述整數(shù)模糊度。當(dāng)所述移動(dòng)臺(tái)靜止時(shí)基于在該時(shí)段的多個(gè)時(shí)刻的在所述基準(zhǔn)站側(cè)的多個(gè)載波相位累加值和在所述移動(dòng)臺(tái)側(cè)的多個(gè)載波相位累加值來作出所述估計(jì)，以及第三整數(shù)模糊度估計(jì)單元，當(dāng)所述移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)時(shí)，考慮移動(dòng)檢測(cè)結(jié)果，來估計(jì)在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的所述信號(hào)的載波相位累加值中包括的所述整數(shù)模糊度。
根據(jù)本發(fā)明，所述整數(shù)模糊度估計(jì)單元并列并且互相獨(dú)立地進(jìn)行所述估計(jì)處理。由于互相獨(dú)立地估計(jì)整數(shù)模糊度，通過比較和調(diào)查所述整數(shù)模糊度，能夠得到適當(dāng)?shù)恼麛?shù)模糊度，并且這可以增加所述定位的精確度和可靠性。
作為一個(gè)實(shí)施例，在所述第二整數(shù)模糊度估計(jì)單元或所述第三整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)所述整數(shù)模糊度之后，所述定位單元利用由所述第二整數(shù)模糊度估計(jì)單元或所述第三整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)的所述整數(shù)模糊度而不是由所述第一整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)的所述整數(shù)模糊度來確定所述移動(dòng)臺(tái)的位置。
進(jìn)一步，如果所述移動(dòng)臺(tái)是具有輪子的車輛，所述移動(dòng)量檢測(cè)單元基于用于檢測(cè)所述車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的輪速傳感器來檢測(cè)所述車輛的移動(dòng)。當(dāng)由至少所述輪速傳感器檢測(cè)到大于預(yù)定值的滑移率時(shí)，所述第三整數(shù)模糊度估計(jì)單元的所述整數(shù)模糊度估計(jì)處理被初始化，并且所述定位單元利用由所述第一整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)的所述整數(shù)模糊度來確定所述移動(dòng)臺(tái)的位置，直到所述第三整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)或重新估計(jì)所述整數(shù)模糊度。
但是當(dāng)已經(jīng)通過所述第二整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)了所述整數(shù)模糊度時(shí)，可以使用由所述第二整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)的所述整數(shù)模糊度來確定所述移動(dòng)臺(tái)的所述位置。
由于所述第三整數(shù)模糊度估計(jì)單元考慮了移動(dòng)量檢測(cè)結(jié)果，即使當(dāng)所述移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)時(shí)，也可以高精度地估計(jì)所述整數(shù)模糊度。
此外，優(yōu)選地，當(dāng)在通信區(qū)域存在多個(gè)基準(zhǔn)站時(shí)，選擇能夠與更多的衛(wèi)星進(jìn)行通信的基準(zhǔn)站，并且使用與所述選擇的基準(zhǔn)站相關(guān)的方差數(shù)據(jù)，其中所述衛(wèi)星和與所述移動(dòng)臺(tái)通信的衛(wèi)星共用。此外，當(dāng)有多個(gè)基準(zhǔn)站能夠與相同數(shù)目的衛(wèi)星進(jìn)行通信時(shí)，可以選擇具有來自所述衛(wèi)星的最大的最低信號(hào)接收強(qiáng)度的基準(zhǔn)站。進(jìn)一步，當(dāng)在通信區(qū)域中存在多個(gè)基準(zhǔn)站，其接收來自多個(gè)共用衛(wèi)星的信號(hào)，并且所述共用衛(wèi)星的每一個(gè)的信號(hào)接收強(qiáng)度超過預(yù)定值時(shí)，選擇最接近所述移動(dòng)臺(tái)的基準(zhǔn)站，并且使用與所述選擇的基準(zhǔn)站相關(guān)的方差數(shù)據(jù)。
因此，即使所述基準(zhǔn)站隨著所述移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)而改變，也可以防止所述整數(shù)模糊度估計(jì)精度的降低。
上述發(fā)明的載波相位GPS定位裝置可以被安裝在充當(dāng)移動(dòng)臺(tái)的車輛的導(dǎo)航裝置中，或者安裝在諸如工作機(jī)器人(working robot)、移動(dòng)電話以及PDA的其它可移動(dòng)物體中，或者可選地，被安裝在能夠與所述移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行雙向通信的設(shè)備中。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種載波相位GPS定位方法，其包括以下步驟將通過在固定位置的基準(zhǔn)站從衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)中提取的第一持續(xù)時(shí)間中的方差數(shù)據(jù)與在短于所述第一持續(xù)時(shí)間的第二持續(xù)時(shí)間中通過移動(dòng)臺(tái)從所述衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并估計(jì)在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；以及利用由所述估計(jì)的整數(shù)模糊度來確定所述移動(dòng)臺(tái)的位置。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種載波相位GPS定位方法，其包括以下步驟獲取在移動(dòng)臺(tái)側(cè)的在一個(gè)時(shí)刻的載波相位累加值；獲取在基準(zhǔn)站側(cè)的在所述一個(gè)時(shí)刻之前的多個(gè)時(shí)刻的多個(gè)載波相位累加值；將在所述多個(gè)時(shí)刻的在所述基準(zhǔn)站側(cè)的所述載波相位累加值與在所述一個(gè)時(shí)刻的在所述移動(dòng)臺(tái)側(cè)的載波相位累加值相關(guān)聯(lián)，并估計(jì)在從衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)的所述載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種載波相位GPS定位系統(tǒng)，包括基準(zhǔn)站，其基于來自衛(wèi)星的接收數(shù)據(jù)提取在第一持續(xù)時(shí)間中的方差數(shù)據(jù)；載波相位GPS定位裝置，其包括第一整數(shù)模糊度估計(jì)單元，該單元將所述方差數(shù)據(jù)與在短于所述第一持續(xù)時(shí)間的第二持續(xù)時(shí)間中由移動(dòng)臺(tái)從所述衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并估計(jì)在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；定位單元，其利用所述估計(jì)的整數(shù)模糊度來確定所述移動(dòng)臺(tái)的位置；以及通信通路，其使得所述載波相位GPS定位裝置和所述基準(zhǔn)站之間能夠進(jìn)行通信。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種基準(zhǔn)站，其基于來自衛(wèi)星的接收數(shù)據(jù)提取預(yù)定持續(xù)時(shí)間中的方差數(shù)據(jù)，并向載波相位GPS定位裝置發(fā)送所述方差數(shù)據(jù)，所述載波相位GPS定位裝置包括估計(jì)單元，其將所述方差數(shù)據(jù)與由移動(dòng)臺(tái)從所述衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并估計(jì)由所述移動(dòng)臺(tái)從所述衛(wèi)星接收的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；以及定位單元，其利用所述估計(jì)的整數(shù)模糊度來確定所述移動(dòng)臺(tái)的位置。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種基準(zhǔn)站，包括獲取單元，其獲取在移動(dòng)臺(tái)側(cè)的在一個(gè)時(shí)刻的載波相位累加值；整數(shù)模糊度估計(jì)單元，其對(duì)在所述基準(zhǔn)站側(cè)的在所述一個(gè)時(shí)刻之前的多個(gè)時(shí)刻的多個(gè)載波相位累加值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并估計(jì)在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；定位單元，其利用由所述整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)的整數(shù)模糊度來確定所述移動(dòng)臺(tái)的位置；以及傳輸單元，其將由所述定位單元檢測(cè)的所述位置發(fā)送給所述移動(dòng)臺(tái)。


從參照附圖給出的優(yōu)選實(shí)施例的如下詳細(xì)描述，可以清楚地知道本發(fā)明的這些和其它目的、特點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的載波相位GPS定位裝置的示意圖；圖2是示圖，其示出了圖1中載波相位GPS定位裝置的結(jié)構(gòu)；圖3是框圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的安裝在所述移動(dòng)臺(tái)30中的載波相位GPS定位裝置34的實(shí)施例；圖4是視圖，其說明了在描述中使用的坐標(biāo)系的定義；圖5是流程圖，其說明了在根據(jù)本實(shí)施例的載波相位GPS定位裝置34中確定所述整數(shù)模糊度的方法；圖6是流程圖，其說明了圖5中的程序之后的可選處理；
圖7是流程圖，其說明了通過相關(guān)技術(shù)的時(shí)序確定法來確定所述整數(shù)模糊度的操作，此操作與圖5的程序和/或圖6的程序并列進(jìn)行；圖8是流程圖，其說明了與圖5、圖6以及圖7所示的在移動(dòng)臺(tái)30中進(jìn)行的操作相對(duì)應(yīng)的在基準(zhǔn)站20中進(jìn)行的操作；以及圖9是流程圖，其說明了能夠與多個(gè)基準(zhǔn)站20進(jìn)行通信的移動(dòng)臺(tái)30的操作。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖解釋本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的載波相位GPS定位裝置的示意圖。
如圖1中所說明的，所述載波相位GPS定位系統(tǒng)包括圍繞地球進(jìn)行軌道運(yùn)動(dòng)的GPS衛(wèi)星10，位于固定位置(已知位置)的基準(zhǔn)站20，以及在地球上并且能夠在地球上移動(dòng)的移動(dòng)臺(tái)30。
所述GPS衛(wèi)星10的每一個(gè)連續(xù)地向地球廣播導(dǎo)航信息(navigationmessage)。所述導(dǎo)航信息包括相應(yīng)GPS衛(wèi)星10的軌道信息、時(shí)鐘校正值以及電離層的校正系數(shù)。所述導(dǎo)航信息被利用C/A碼擴(kuò)展(spread)，載于L1載波(頻率1575.42MHz)上，并且被向地球廣播。
目前，有24顆GPS衛(wèi)星在20000千米的高度圍繞著地球進(jìn)行軌道運(yùn)動(dòng)。每四顆GPS衛(wèi)星平均地排列在地球的六個(gè)軌道面中的一個(gè)，所述軌道面互相傾斜55度。因此，無論在地球上的何處位置，只要所述位置朝著天空，從該位置總可以觀測(cè)到至少五顆衛(wèi)星。
圖2是示圖，其示出了圖1的載波相位GPS定位裝置的結(jié)構(gòu)。
在圖2中，所述移動(dòng)臺(tái)30具有GPS接收機(jī)32。在所述GPS接收機(jī)32中，有振蕩器(未示出)，其振蕩頻率等于所述GPS衛(wèi)星10的載波頻率。所述GPS接收機(jī)32對(duì)從所述GPS衛(wèi)星10發(fā)射并由所述GPS接收機(jī)32經(jīng)由GPS天線32a接收的電磁波進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后利用在所述GPS接收機(jī)32中產(chǎn)生C/A碼進(jìn)行C/A碼同步，并且提取所述導(dǎo)航信息。
所述GPS接收機(jī)32計(jì)算來自所述GPS衛(wèi)星10i的載波的載波相位累加值Φiu。這里，在所述載波相位累加值Φiu中，下標(biāo)i(＝1，2，…)表示賦給GPS衛(wèi)星10i的編號(hào)，而下標(biāo)u表示在所述移動(dòng)臺(tái)30側(cè)計(jì)算的累加值。
可將所述載波相位累加值Φiu描述為在接收載波的時(shí)刻t時(shí)的所述振蕩器的相位Θiu(t)與當(dāng)產(chǎn)生來自GPS衛(wèi)星10i的衛(wèi)星信號(hào)時(shí)所述載波的相位Θiu(t-τ)之間的差，如下公式(1)所示。
Φiu(t)＝Θiu(t)-Θiu(t-τu)+Niu+εiu(t)(1)這里，τu表示從GPS衛(wèi)星10到GPS接收機(jī)32的傳播時(shí)間，而εiu表示噪聲(不確定度)。進(jìn)一步，在開始觀測(cè)所述相位差的時(shí)刻，所述GPS接收機(jī)32能夠在所述載波的一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)準(zhǔn)確地確定所述載波相位，但是不能確定當(dāng)前波長(zhǎng)的波長(zhǎng)數(shù)(number of wavelength)。由于這個(gè)原因，在相位累加值Φiu(t)中，如公式(1)所示，有不確定度因數(shù)Niu，即為“整數(shù)模糊度”。
移動(dòng)臺(tái)30還包括通信裝置33，如移動(dòng)電話。如下所述，所述通信裝置33能夠通過雙向通信與安裝在所述基準(zhǔn)站20側(cè)，例如移動(dòng)電話基站的通信設(shè)備23進(jìn)行通信。
在所述基準(zhǔn)站20中安裝了具有GPS天線22a的GPS接收機(jī)22。GPS接收機(jī)22與移動(dòng)臺(tái)30中的GPS接收機(jī)32相同，其基于來自GPS衛(wèi)星10i的載波來計(jì)算在時(shí)刻t的載波相位累加值Φib，如以下公式(2)所示。
Φib(t)＝Θib(t)-Θib(t-τb)+Nib+εib(t)(2)這里，Nib是整數(shù)模糊度，而εiu表示噪聲(不確定度)。在載波相位累加值Φib中，下標(biāo)b表示在所述基準(zhǔn)站20側(cè)計(jì)算所述累加值。
基準(zhǔn)站20經(jīng)由通信設(shè)備23向移動(dòng)臺(tái)30發(fā)送所得到的載波相位累加值Φib。在指定區(qū)域中可安裝多于一個(gè)基準(zhǔn)站20。如圖2所示，所述基準(zhǔn)站20的每一個(gè)可通過因特網(wǎng)或其它網(wǎng)絡(luò)與一個(gè)或多個(gè)通信設(shè)備23相連接，或者可在所述基準(zhǔn)站20的每一個(gè)中安裝通信設(shè)備23。在前一種情況下，只要移動(dòng)臺(tái)30能夠與通信設(shè)備23進(jìn)行通信，移動(dòng)臺(tái)30能夠得到通過所述基準(zhǔn)站20的每一個(gè)接收的信息。
圖3是框圖，其示出了安裝在所述移動(dòng)臺(tái)30中的根據(jù)本發(fā)明的載波相位GPS定位裝置34的實(shí)施例。
本實(shí)施例的載波相位GPS定位裝置34包括計(jì)算單元40，其與GPS接收機(jī)32和通信裝置33相連接，進(jìn)一步，與移動(dòng)臺(tái)30中各種傳感器50相連接。也可將計(jì)算單元40安裝在GPS接收機(jī)32中。當(dāng)所述移動(dòng)臺(tái)是車輛時(shí)，也可以將GPS接收機(jī)32、計(jì)算單元40和/或通信裝置33安裝在導(dǎo)航裝置中。
計(jì)算單元40可以從微型計(jì)算機(jī)形成，并可包括衛(wèi)星位置計(jì)算單元42、移動(dòng)量引入單元44、狀態(tài)變量提取單元46以及整數(shù)模糊度估計(jì)單元48，如圖3所示。
衛(wèi)星位置計(jì)算單元42基于由GPS接收機(jī)32接收的導(dǎo)航信息中的軌道信息來計(jì)算在世界坐標(biāo)系中在時(shí)刻t的所有可觀測(cè)的GPS衛(wèi)星10i的位置(Xi(t)，Yi(t)，Zi(t))。
圖4是視圖，其說明了在以下描述中使用的坐標(biāo)系的定義。
圖4示出了在世界坐標(biāo)系、局部坐標(biāo)系以及車身坐標(biāo)系(bodycoordinate system)之間的關(guān)系。
如圖4所示，在世界坐標(biāo)系中，原點(diǎn)被定義為在地球的重心，互相垂直的X軸和Y軸在赤道面上，而Z軸與X軸和Y軸垂直。
在所述車輛的車身上定義所述車身坐標(biāo)系。
由于GPS衛(wèi)星10的每一個(gè)的移動(dòng)被限制在通過地球重心的軌道面，并且所述GPS衛(wèi)星10的每一個(gè)的軌道是以地球重心為焦點(diǎn)的橢圓，能夠通過開普勒公式的逐次數(shù)值解來計(jì)算在所述軌道面中的GPS衛(wèi)星10的每一個(gè)的位置。
由于所述GPS衛(wèi)星的每一個(gè)的軌道面和世界坐標(biāo)系中的赤道面滿足旋轉(zhuǎn)變換關(guān)系，能夠通過在軌道面上GPS衛(wèi)星10的位置的三維旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換來計(jì)算在接收所述載波的時(shí)刻t時(shí)所述GPS衛(wèi)星10的位置(Xi(t)，Yi(t)，Zi(t))。
移動(dòng)量引入單元44，基于周期性輸入的各種傳感器50的輸出信號(hào)來計(jì)算與移動(dòng)臺(tái)30的移動(dòng)相關(guān)的量，并向狀態(tài)變量提取單元46輸出所述結(jié)果。
例如，如果移動(dòng)臺(tái)30是車輛，移動(dòng)量引入單元44基于來自各種傳感器50的輸出信號(hào)來計(jì)算在接收所述載波的時(shí)刻t時(shí)的速度Vx(t)(前后方向的速度)和Vy(t)(左右方向的速度)，所述各種傳感器50可以是，例如，安裝在車輛驅(qū)動(dòng)輪上的兩個(gè)輪速傳感器、偏航角速度(yaw rate)傳感器、左右G加速度傳感器、方位角計(jì)。
由于在所述車身坐標(biāo)系中定義所述車輛的速度向量(Vx(t)，Vy(t))，其原點(diǎn)在所述車輛的車身上，要求移動(dòng)量引入單元44將所述速度向量(Vx(t)，Vy(t))從所述車身坐標(biāo)系經(jīng)由所述局部坐標(biāo)系變換到所述世界坐標(biāo)系。通常，通過利用歐拉角來進(jìn)行所述坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)變換。在本實(shí)施例中，由于傾側(cè)角(roll angle)和螺旋角(pitch angle)小，僅利用偏航角(t)進(jìn)行從所述車身坐標(biāo)系到所述局部坐標(biāo)系的變換。取決于所述情況，也可考慮所述傾側(cè)角和螺旋角，或者也可以忽略所述偏航角。通過利用所述車輛位置的經(jīng)度φ(t)和緯度λ(t)來進(jìn)行從局部坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的變換。
具體地，假設(shè)在世界坐標(biāo)系中所述車輛的位置為(Xu，Yu，Zu)，而所述車輛位置的經(jīng)度和緯度為(φ，λ)，可通過如下公式(3)來表達(dá)在世界坐標(biāo)系中所述車輛的速度向量d/dt[Xu，Yu，Zu]。
d/dt[Xu，Yu，Zu]T＝rot(φ，λ)*rot(φ)*[Vx，Vy]T(3)這里，[]T表示矩陣轉(zhuǎn)置，如下公式(4)和(5)定義rot(φ，λ)和rot()。
rot(φ,λ)=-cosφsinλ-sinφ-sinφsinλcosφcosλ0---(4)]]> 所述車輛位置的經(jīng)度φ(t)和緯度λ(t)可以是已經(jīng)確定的指定位置的已知的固定徑度和緯度，或者可以是所述移動(dòng)車輛(即，移動(dòng)臺(tái)30)的分別測(cè)量的可變經(jīng)度和緯度。
可以通過積分偏航角速度(偏航角速度傳感器的輸出信號(hào))來計(jì)算偏航角(t)，或者通過利用方位角計(jì)來確定。
在上述公式(3)中，通過利用右側(cè)的輸入量U01、U02和U03，并以離散方式表達(dá)所述公式，可以得到如下公式(6)、(7)、(8)。
Xu(tn)＝Xu(tn-1)+DT*U01(6)Yu(tn)＝Y(jié)u(tn-1)+DT*U02(7)Zu(tn)＝Zu(tn-1)+DT*U03(8)因此，如下表述最終的已知輸入。
U＝[DT*U01，DT*U02，DT*U03]T(9)在公式(6)、(7)、(8)和(9)中，DT表示采樣時(shí)間間隔(數(shù)據(jù)更新間隔)，并滿足tn＝tn-1+DT。以下，為便于解釋，假設(shè)所述采樣時(shí)間間隔DT等于所述GPS接收機(jī)22和32計(jì)算所述相位累加值的周期。
整數(shù)模糊度估計(jì)單元48通過利用兩種類型的載波相位累加值來估計(jì)所述整數(shù)模糊度，所述兩種類型的累加值分別為基準(zhǔn)站20側(cè)的載波相位累加值Φib，其由移動(dòng)臺(tái)30通過通信裝置33接收，以及移動(dòng)臺(tái)30側(cè)的載波相位累加值Φiu。
具體地，可通過如下公式(10)來表達(dá)在時(shí)刻t的GPS衛(wèi)星10j和10h(j不等于h)的相位累加的雙差。
Φjhbu＝(Φjb(t)-Φju(t))-(Φhb(t)-Φhu(t))(10)另一方面，由于在GPS衛(wèi)星10i和GPS接收機(jī)22或32之間的距離等于載波波長(zhǎng)L乘以所述相位累加值，所述相位累加的雙差Φjhbu滿足如下公式(11)。
Φjhbu=[{Xb(t)-Xj((t))2+(Yb(t)-Yj(t))2+(Zb(t)-Zj(t))2]]>-(Xu(t)-Xj(t))2+(Yu(t)-Yj(t))2+(Zu(t)-Zj(t))2}]]>-{(Xb(t)-Xh(t))2+(Yb(t)-Yh(t))2+(Zb(t)-Zh(t))2---(11)]]>-(Xu(t)-Xh(t))2+(Yu(t)-Yh(t))2+(Zu(t)-Zh(t))2}]/L+Njhbu+ϵjhbu]]>在公式(11)中，[Xb(t)，Yb(t)，Zb(t)]是在世界坐標(biāo)系中在時(shí)刻t的基準(zhǔn)站20的坐標(biāo)(已知)，而[Xu(t)，Yu(t)，Zu(t)]是在在時(shí)刻t的移動(dòng)臺(tái)30的坐標(biāo)(未知)，[Xj(t)，Yj(t)，Zj(t)]和[Xh(t)，Yh(t)，Zh(t)]是由衛(wèi)星位置計(jì)算單元42計(jì)算的在時(shí)刻t的GPS衛(wèi)星10j和10h的坐標(biāo)。Njhbu表示所述整數(shù)模糊度的雙差，即，Njhbu＝(Njb-Nju)-(Nhb-Nhu)。
整數(shù)模糊度估計(jì)單元48通過對(duì)兩個(gè)GPS衛(wèi)星10j和10h的四個(gè)或更多的組合中的每一個(gè)使用公式(10)來推導(dǎo)出雙差Φjhbu，從而通過將所述推導(dǎo)出的雙差Φjhbu代入公式(11)來獲得滿足公式(11)的關(guān)系。例如，當(dāng)五個(gè)GPS衛(wèi)星101到105可被觀測(cè)時(shí)，將GPS衛(wèi)星101作為參考衛(wèi)星，可將Φ12bu、Φ13bu、Φ14bu、Φ15bu代入公式(11)并可得到四種關(guān)系。
這樣，從開始信號(hào)接收時(shí)，并且之后周期性地，即，在時(shí)刻t＝t1，t2，…tn’整數(shù)模糊度估計(jì)單元48利用公式(10)推導(dǎo)出雙差Φjhbu，并給出在時(shí)刻t1，t2，…tn的每一個(gè)的滿足公式(11)的關(guān)系。然后，整數(shù)模糊度估計(jì)單元48計(jì)算長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)(從t1到tn)的許多數(shù)據(jù)樣本的方差εjhbu，例如，通過卡爾曼濾波器，最小二乘法或其它估計(jì)技術(shù)，并確定整數(shù)模糊度Nju、Nhu(后面參照?qǐng)D7詳細(xì)描述此處理)。換言之，整數(shù)模糊度估計(jì)單元48每次在確定所述整數(shù)模糊度Nju、Nhu之前需要存儲(chǔ)所述雙差Φjhbu。進(jìn)一步，已經(jīng)在參照站20側(cè)確定了與所述參照站20相關(guān)的整數(shù)模糊度Nju、Nhu，并且為已知量。整數(shù)模糊度估計(jì)單元48通過通信來獲取與所述參照站20相關(guān)的所述整數(shù)模糊度Nju、Nhu。在確定了所述整數(shù)模糊度Nju、Nhu之后，通過熟知的干涉測(cè)量定位法(interferometric positioning method)，可推導(dǎo)出移動(dòng)臺(tái)30的準(zhǔn)確坐標(biāo)。
然而，在實(shí)際的測(cè)量中，由于所述電磁波的中斷，在GPS衛(wèi)星10i和GPS接收機(jī)22或32之間的通信有時(shí)被中斷。在這種情況下，必須重新確定所述整數(shù)模糊度，并且希望在盡量短的時(shí)段內(nèi)完成對(duì)所述整數(shù)模糊度的重新確定。
然而，在前述方法中，需要從t1到tn的長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)的許多數(shù)據(jù)樣本以確定所述整數(shù)模糊度，并且因此，對(duì)所述整數(shù)模糊度的重新確定非?；ㄙM(fèi)時(shí)間，例如，大約60秒鐘。不僅當(dāng)在測(cè)量中與所述GPS衛(wèi)星進(jìn)行的通信被中斷時(shí)會(huì)發(fā)生這個(gè)問題，而且在開始測(cè)量時(shí)也會(huì)出現(xiàn)此問題。
相反，通過本實(shí)施例的確定整數(shù)模糊度的方法，如下所述，能夠在短時(shí)間內(nèi)重新確定所述整數(shù)模糊度。
以下，參照附圖解釋本實(shí)施例的確定整數(shù)模糊度的方法。為清楚起見，將前述方法稱為“時(shí)序確定法”，以將其與本實(shí)施例的方法相區(qū)分。
圖5是流程圖，其說明了確定本實(shí)施例的載波相位GPS定位裝置34(具體地，所述整數(shù)模糊度估計(jì)單元48)中的確定所述整數(shù)模糊度的方法。假設(shè)除了圖5中的程序之外，在確定了所述整數(shù)模糊度之后，整數(shù)模糊度估計(jì)單元48能夠執(zhí)行所述時(shí)序確定法中的處理以及計(jì)算所述移動(dòng)臺(tái)30的位置的處理。
在步驟S100中，當(dāng)所述電磁波被中斷時(shí)，或者當(dāng)車輛的點(diǎn)火開關(guān)被切換到ON時(shí)，開始圖5中的程序。這里，“電磁波中斷”意味著移動(dòng)臺(tái)30中的GPS接收機(jī)32不再能夠接收來自GPS衛(wèi)星10的定位所需的信號(hào)的狀態(tài)(即，所述相位累加值變得不連續(xù)，也稱為“周跳”)。在這種情況下，在確定所述整數(shù)模糊度之后，基本上不能執(zhí)行前述時(shí)序確定法中的處理以及計(jì)算所述移動(dòng)臺(tái)30的位置的處理。
在步驟S105中，如果電磁波被中斷，在重新開始接收來自所述GPS衛(wèi)星10的信號(hào)之后，所述程序進(jìn)行到步驟110(在此例中，假設(shè)進(jìn)行到步驟110的時(shí)刻是t＝tn)。
如果所述車輛的點(diǎn)火開關(guān)被切換到ON，所述程序立即進(jìn)行到步驟110。
在步驟S110中，將在t＝tn之前(這里，從tn-a到tn)的在基準(zhǔn)站20側(cè)計(jì)算的相位累加Φib(tn-a)，…，Φib(tn)輸入到所述整數(shù)模糊度估計(jì)單元48。例如，可通過從移動(dòng)臺(tái)30發(fā)送適當(dāng)?shù)恼?qǐng)求信號(hào)來獲取這些數(shù)據(jù)?？蛇x地，如果移動(dòng)臺(tái)30連續(xù)地接收來自所述基準(zhǔn)站20的信號(hào)，整數(shù)模糊度估計(jì)單元48可從移動(dòng)臺(tái)30的存儲(chǔ)器中讀取這些數(shù)據(jù)。在后一種情況下，也可讀出在當(dāng)前時(shí)刻之前的相位累加數(shù)據(jù)，即，Φib(tn-a)，…，Φib(tn-1)。
在步驟S120中，在重新開始信號(hào)接收的時(shí)刻t(在此例中，假設(shè)t＝tn)，將在所述移動(dòng)臺(tái)30側(cè)的相位累加值Φiu(tn)輸入到整數(shù)模糊度估計(jì)單元48。
在步驟S130中，整數(shù)模糊度估計(jì)單元48基于在步驟S110和S120中獲得的相位累加值確定或重新確定所述整數(shù)模糊度。在此步驟中，采用這樣的方法來確定所述整數(shù)模糊度，其在組合在推導(dǎo)所述相位累加值的雙差中使用的相位累加值Φ時(shí)不同于前述的時(shí)序確定法。
具體地，在步驟S130中，例如，可利用如下公式(12)來推導(dǎo)與兩個(gè)GPS衛(wèi)星10j和10h(j不等于h)相關(guān)的雙差Φjhbu。
Φjhbu＝(Φjb(tk)-Φju(tn))-(Φhb(tk)-Φhu(tn)) (12)詳細(xì)地，在公式(12)中，將在步驟S110中得到的相位累加值Φib(tn-a)，…，Φib(tn)分別代入Φjb(tk)，并且將在步驟S110中得到的相位累加值Φhb(tn-a)，…，Φhb(tn)分別代入Φjb(tk)。于是，在時(shí)刻t＝tn，產(chǎn)生多個(gè)雙差Φjhbu(在此例中，產(chǎn)生a+1個(gè)雙差)。公式(12)中的Φju(tn)和Φhu(tn)是在步驟S120中得到的在時(shí)刻t＝tn的相位累加值Φju(tn)和Φhu(tn)。
于是，通過代入公式(11)，可得到a+1個(gè)等式。在公式(11)中，將在時(shí)刻tn-a到tn的基準(zhǔn)站20的已知坐標(biāo)代入[Xb(t)，Yb(t)，Zb(t)]，將在時(shí)刻tn-a到tn的GPS衛(wèi)星10j和10h的已知坐標(biāo)分別代入相對(duì)于基準(zhǔn)站20的[Xj(t)，Yj(t)，Zj(t)]和[Xh(t)，Yh(t)，Zh(t)]，將在時(shí)刻tn的GPS衛(wèi)星10j和10h的已知坐標(biāo)(即，[Xj(tn)，Yj(tn)，Zj(tn)]和[Xh(tn)，Yh(tn)，Zh(tn)]，)總是分別代入相對(duì)于移動(dòng)臺(tái)30的[Xj(t)，Yj(t)，Zj(t)]和[Xh(t)，Yh(t)，Zh(t)]，而[Xu(t)，Yu(t)，Zu(t)]總是移動(dòng)臺(tái)30在t＝tn時(shí)刻的坐標(biāo)(未知)。
這些描述可通過如下等式(13)進(jìn)行一般表達(dá)。
Φjhbu=[{Xb(tk)-Xj((tk))2+(Yb(tk)-Yj(tk))2+(Zb(tk)-Zj(tk))2]]>-(Xu(tn)-Xj(tn))2+(Yu(tn)-Yj(tn))2+(Zu(tn)-Zj(tn))2}---(13)]]>-{(Xb(tk)-Xh(tk))2+(Yb(tk)-Yh(tk))2+(Zb(tk)-Zh(tk))2]]>-(Xu(tn)-Xh(tn))2+(Yu(tn)-Yh(tn))2+(Zu(tn)-Zh(tn))2}]/L+Njhbu+ϵjhbu]]>(tk＝tn-a，…，tn)然后，整數(shù)模糊度估計(jì)單元48利用這些數(shù)據(jù)來計(jì)算所述方差εjhbu，例如，通過卡爾曼濾波器，最小二乘法或其它估計(jì)技術(shù)，以確定整數(shù)模糊度Nju、Nhu。
可注意到，在本實(shí)施例描述的方法中，在時(shí)刻t＝tn之后的數(shù)據(jù)并不是必須的，并且可以在重新開始或開始信號(hào)接收時(shí)確定所述整數(shù)模糊度。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)單歷元定位。歸因于此，在啟動(dòng)所述車輛時(shí)或者從周跳恢復(fù)后，能夠快速地(即刻地)開始或重新開始定位。
此外，由于所述整數(shù)模糊度是整數(shù)，在步驟S130中，可通過找到接近于通過卡爾曼濾波器得到的實(shí)數(shù)解的整數(shù)解(即，波數(shù))來得到所述整數(shù)模糊度。例如，可將LA-MBDA用于此目的，其對(duì)所述整數(shù)模糊度進(jìn)行非相關(guān)化(un-correlate)，并縮小所述整數(shù)解的搜索空間，從而加速尋找所述解。
在確定所述整數(shù)模糊度之后，在步驟S140中，通過熟知的干擾測(cè)量定位法(例如，動(dòng)態(tài)定位(RTK-GPS定位算法))開始或者重新開始定位，并可推導(dǎo)出移動(dòng)臺(tái)30的準(zhǔn)確坐標(biāo)。這樣得到的移動(dòng)臺(tái)30的位置可以被用于各種控制中或者作為信息呈現(xiàn)，例如，可以被輸出和顯示在導(dǎo)航裝置的屏幕上，或者顯示在移動(dòng)電話屏幕上所示的地圖中。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，可通過組合在某一時(shí)刻的在移動(dòng)臺(tái)30側(cè)的數(shù)據(jù)和在所述某一時(shí)刻之前在基準(zhǔn)站20側(cè)的數(shù)據(jù)來確定整數(shù)模糊度。因此，在啟動(dòng)車輛時(shí)或者從周跳恢復(fù)后，能夠快速地(即刻地)開始或重新開始定位。
此外，在圖5說明的程序中，并不總是必須獲得來自基準(zhǔn)站20的從tn-a到tn的所有相位累加值，也可以缺少其中一些相位累加值。換言之，只要在步驟S130中能夠得到足夠可靠的整數(shù)模糊度，從基準(zhǔn)站20得到的相位累加值的數(shù)目可以為任何數(shù)目。
此外，在圖5說明的所述程序中，取代獲得來自基準(zhǔn)站20的所述相位累加值，可以獲得所述相位累加值的方差數(shù)據(jù)。例如，如果能夠在基準(zhǔn)站20側(cè)產(chǎn)生在步驟130中由整數(shù)模糊度估計(jì)單元48產(chǎn)生的協(xié)方差矩陣(為此，必須向基準(zhǔn)站20發(fā)送所述相位累加值Φiu(tn))，可從基準(zhǔn)站20向移動(dòng)臺(tái)30發(fā)送所述協(xié)方差矩陣。從同樣的角度，移動(dòng)臺(tái)30可向基準(zhǔn)站20發(fā)送所述協(xié)方差矩陣，而在基準(zhǔn)站20側(cè)執(zhí)行在步驟130的處理以及移動(dòng)臺(tái)30的位置計(jì)算，并且基準(zhǔn)站20僅向移動(dòng)臺(tái)30發(fā)送所述整數(shù)模糊度和/或移動(dòng)臺(tái)30的位置。在這種情況下，可以顯著減少移動(dòng)臺(tái)30的處理負(fù)擔(dān)，并可以顯著減小在基準(zhǔn)站20和移動(dòng)臺(tái)30之間的通信數(shù)據(jù)量。
此外，在圖5所說明的程序中，例示了在移動(dòng)臺(tái)30側(cè)僅有一個(gè)相位累加值(Φiu(tn))的情況，其用來確定所述整數(shù)模糊度，但是，移動(dòng)臺(tái)30側(cè)的相位累加值的數(shù)目可多于一個(gè)，并且可以以同樣的方式使用兩個(gè)或更多的相位累加值(少于上例中的a+1)。例如，當(dāng)使用在時(shí)刻t＝tn之后的數(shù)據(jù)時(shí)，盡管用于確定所述整數(shù)模糊度所需要的時(shí)間增加了，但是僅使用從所述基準(zhǔn)站20得到的少量相位累加值即可得到多種組合，并且類似地，可以確定足夠可靠的整數(shù)模糊度。
此外，在圖5所說明的程序中，例如，當(dāng)五個(gè)GPS衛(wèi)星101到105可觀測(cè)時(shí)，并且在GPS衛(wèi)星102中發(fā)生周跳時(shí)，不需要對(duì)GPS衛(wèi)星102之外的其它GPS衛(wèi)星進(jìn)行重新確定整數(shù)模糊度的處理。在這種情況下，例如，對(duì)于相位累加值的雙差Φ12bu，可以通過使用Φ1u(tn)、Φ2u(tn)來使用前述公式(12)和(13)。對(duì)于所述相位累加值的其它雙差(Φ13bu、Φ14bu、Φ15bu)，可以通過使用Φ1u(tn-a)，…，Φ1u(tn)，Φ3u(tn-a)，…，Φ3u(tn)來使用前述公式(10)和(11)。在這種情況下，可通過利用這些數(shù)據(jù)的組合來對(duì)所述整數(shù)模糊度Nju、Nhu進(jìn)行估計(jì)。
圖6是流程圖，其說明了圖5中步驟S140之后(即，時(shí)刻t＝tn之后)的可選處理。例如，當(dāng)在步驟S120中得到的相位累加值Φiu(tn)，或者基于所述相位累加值Φiu(tn)推導(dǎo)出的移動(dòng)臺(tái)30的位置顯然不合理，例如，根據(jù)移動(dòng)臺(tái)30的移動(dòng)速度，在所述周跳期間移動(dòng)臺(tái)30的位置變化無法實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以執(zhí)行圖6中的程序。
在步驟S150中，在時(shí)刻t＝tn之后的采樣時(shí)刻t＝tn+1，將在移動(dòng)臺(tái)30側(cè)計(jì)算的相位累加值Φiu(tn+1)輸入到整數(shù)模糊度估計(jì)單元48?？勺⒁獾?，在時(shí)刻t＝tn之后，如果由于周跳不能觀測(cè)到移動(dòng)臺(tái)30側(cè)的相位累加值，則再次執(zhí)行圖5中的程序。
在步驟S160中，將在所述基準(zhǔn)站20側(cè)計(jì)算的在t＝tn+1之前(這里，從tn-a-1到tn+1)的相位累加Φib(tn-a-1)，…，Φib(tn+1)輸入到整數(shù)模糊度估計(jì)單元48。例如，可通過從移動(dòng)臺(tái)30發(fā)送適當(dāng)?shù)恼?qǐng)求信號(hào)來獲取這些數(shù)據(jù)?？蛇x地，如果移動(dòng)臺(tái)30連續(xù)地接收來自所述基準(zhǔn)站20的信號(hào)，整數(shù)模糊度估計(jì)單元48可從移動(dòng)臺(tái)30的存儲(chǔ)器中讀取這些數(shù)據(jù)。
在步驟S170中，通過利用相位累加值Φiu(tn+1)來進(jìn)行與圖5中步驟S130相同的處理。即，在公式(12)和(13)中，用tn+1代替tn。整數(shù)模糊度估計(jì)單元48處理這些數(shù)據(jù)并確定所述整數(shù)模糊度Nju、Nhu。此外，在步驟S170中，可通過對(duì)在當(dāng)前步驟中得到的相位累加值和在先前步驟中得到的相位累加值進(jìn)行組合來對(duì)所述整數(shù)模糊度Nju、Nhu進(jìn)行估計(jì)。例如，如果第一次執(zhí)行本程序，所述先前得到的相位累加值是圖5步驟S130中得到的相位累加值。如果不是第一次執(zhí)行本程序，所述先前得到的相位累加值是圖5步驟S130中得到的相位累加值以及在先前步驟S170中得到的相位累加值。
在步驟S180中，將先前確定的整數(shù)模糊度與當(dāng)前得到的整數(shù)模糊度進(jìn)行比較。例如，如果從周跳期間的移動(dòng)臺(tái)30的速度的歷史記錄確定在步驟S130中得到的整數(shù)模糊度明顯異常，可以利用當(dāng)前得到的整數(shù)模糊度繼續(xù)進(jìn)行定位(參照步驟S140)。
在步驟S190中，重復(fù)執(zhí)行步驟S150到S180，直到通過前述時(shí)序確定法確定了整數(shù)模糊度，其中在當(dāng)前程序的同時(shí)執(zhí)行此方法(t＝tn之后的時(shí)刻，即，t＝tn+m，(m＝2，3，…))。
如果通過所述時(shí)序確定法來確定整數(shù)模糊度，在步驟S200中，對(duì)利用所述兩種方法確定的整數(shù)模糊度進(jìn)行相互比較，然后通過熟知的干擾測(cè)量定位法利用通過所述時(shí)序確定法確定的整數(shù)模糊度(即，取代所述進(jìn)行的整數(shù)模糊度)繼續(xù)進(jìn)行定位。
圖7是流程圖，其說明了通過所述時(shí)序確定法來確定所述整數(shù)模糊度的操作，此操作與圖5的程序和/或圖6的程序并列進(jìn)行。
在步驟S300中，確定移動(dòng)臺(tái)30是否在移動(dòng)。當(dāng)所述移動(dòng)臺(tái)30是車輛時(shí)通過輪速傳感器，或者通過圖像處理來執(zhí)行所述確定。
如果確定移動(dòng)臺(tái)30靜止，則所述程序進(jìn)行到步驟S310。
如果確定移動(dòng)臺(tái)30在移動(dòng)，則所述程序進(jìn)行到步驟S340。
在步驟S310中，使用靜態(tài)模型執(zhí)行所述時(shí)序確定法，以確定所述整數(shù)模糊度。在步驟S310中，如果移動(dòng)臺(tái)30開始移動(dòng)，則停止所述處理，并對(duì)其進(jìn)行初始化。另一方面，如果直到確定了所述整數(shù)模糊度移動(dòng)臺(tái)30都靜止，則所述程序進(jìn)行到步驟S370。在步驟S370中，將這樣確定的整數(shù)模糊度的值與通過圖5和圖6的程序得到的整數(shù)模糊度的值進(jìn)行比較(參考步驟S200)。
在步驟S340中，使用動(dòng)態(tài)模型(movement model)執(zhí)行所述時(shí)序確定法以確定所述整數(shù)模糊度。具體地，整數(shù)模糊度估計(jì)單元48通過利用由移動(dòng)量引入單元44引入的已知輸入來建立由(14)指示的如下狀態(tài)方程(參照公式(9))。
η(tn)＝η(tn-1)+U(tn-1)+W(tn-1) (14)這里，η(tn)是在t＝tn時(shí)刻的狀態(tài)變量，并可以表示移動(dòng)臺(tái)30的位置坐標(biāo)(未知)[Xu(tn)，Yu(tn)，Zu(tn)]以及整數(shù)模糊度的雙差Njhbu。U和W分別是前述已知的輸入和外部噪聲(系統(tǒng)噪聲正態(tài)白噪聲)。在所述靜態(tài)模型中，不存在公式(14)中的已知輸入項(xiàng)U(tn-1)。
另外，整數(shù)模糊度估計(jì)單元48還建立由(15)所指示的如下觀測(cè)方程，其在所述靜態(tài)模型中也成立。
Z(tn)＝H(tn)*η(tn)+V(tn) (15)這里，Z和V分別表示觀測(cè)量和觀測(cè)噪聲(正態(tài)白噪聲)。所述觀測(cè)量Z是整數(shù)模糊度的雙差Njhbu(參照公式(10))。所述狀態(tài)方程(14)是線性方程，而所述觀測(cè)量Z相對(duì)于狀態(tài)變量Xu、Yu、Zu為非線性，公式(11)中的項(xiàng)對(duì)Xu，Yu，Zu進(jìn)行偏微分，從而得到公式(15)中的H。
因此，如果對(duì)狀態(tài)方程(14)和觀測(cè)方程(15)應(yīng)用卡爾曼濾波器，可得到如下方程。
對(duì)于更新所述時(shí)刻，
η(tn)(-)＝η(tn-1)(+)+U(tn-1)+W(tn-1) (16)P(tn)(-)＝P(tn-1)(+)+Q(tn-1) (17)對(duì)于更新所述觀測(cè)，K(tn)＝P(tn-1)(-)*HT(tn)*(H(tn)*P(tn)(-)*HT(tn)+R(tn))-1(18)η(tn)(+)＝η(tn)(-)+K(tn)*(Z(tn)-H(tn)*η(tn)(-))(19)P(tn)(+)＝P(tn)(-)-K(tn)*H(tn)*P(tn)(-)(20)這里，Q和R分別表示外部噪聲的協(xié)方差矩陣和觀測(cè)噪聲的協(xié)方差矩陣。公式(13)和(19)是協(xié)方差方程。這里，上標(biāo)(-)和(+)分別指示更新前后的時(shí)間。在所述靜態(tài)模型中，不存在公式(16)中的項(xiàng)U(tn-1)。
結(jié)果，找到了所述整數(shù)模糊度的估計(jì)值作為實(shí)數(shù)解。然而，由于所述整數(shù)模糊度實(shí)際上是整數(shù)，可找到所述整數(shù)模糊度是最接近于所述實(shí)數(shù)解的整數(shù)解(即，波數(shù))。例如，為此可使用LA-MBDA，其對(duì)所述整數(shù)模糊度進(jìn)行非相關(guān)化，并縮小所述整數(shù)解的搜索空間，從而促進(jìn)找到所述解。
在步驟S350中，如果確定移動(dòng)臺(tái)30的滑移率超過預(yù)設(shè)值，由于當(dāng)移動(dòng)臺(tái)30的滑移率超過預(yù)設(shè)值時(shí)所述動(dòng)態(tài)模型的可靠性(即，前述已知的輸入)下降，所以在步驟S360中停止所述處理，并對(duì)其初始化。當(dāng)所述移動(dòng)臺(tái)30是車輛時(shí)，可基于來自輪速傳感器或加速器傳感器的輸出信號(hào)檢測(cè)移動(dòng)臺(tái)30的滑移率，正如在ABS控制領(lǐng)域所熟知的一樣。
如果確定移動(dòng)臺(tái)30的滑移率沒有超過預(yù)設(shè)值，所述程序進(jìn)行到步驟370。
在步驟370中，將這樣確定的整數(shù)模糊度的數(shù)值與通過圖5和圖6的程序得到的整數(shù)模糊度的值進(jìn)行比較(參考步驟S200)。
在如步驟S330和S360所示停止所述處理之后，使用通過圖5或圖6中的程序確定的所述整數(shù)模糊度，直到通過所述模型的任何一種來確定所述整數(shù)模糊度。
在圖7所示的處理中，當(dāng)發(fā)生周跳時(shí)，類似于步驟S330和S360，所述處理被停止并被初始化，之后，使用通過圖5或圖6中的程序確定的所述整數(shù)模糊度，直到通過任何一種模型確定所述整數(shù)模糊度。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，通過引入動(dòng)態(tài)模型(即，向卡爾曼濾波器輸入已知的外部輸入U(xiǎn)(t))，即使在移動(dòng)臺(tái)30移動(dòng)時(shí)也可以精確確定所述整數(shù)模糊度。另外，通過根據(jù)移動(dòng)臺(tái)30的移動(dòng)狀態(tài)分別使用動(dòng)態(tài)模型和靜態(tài)模型，可提高整數(shù)模糊度的估計(jì)精確度。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)30靜止時(shí)，通過將動(dòng)態(tài)模型的已知輸入設(shè)置為零，僅使用所述動(dòng)態(tài)模型就足夠了。
另外，通過并列于圖5的程序和圖6的程序來執(zhí)行圖7中的處理，可以對(duì)兩個(gè)獨(dú)立的整數(shù)模糊度進(jìn)行相互比較，并且可選擇適當(dāng)?shù)恼麛?shù)模糊度以用于定位，從而提高定位可靠性。從此角度來看，當(dāng)GPS接收機(jī)22和32是能夠接收從GPS衛(wèi)星10發(fā)射的L1波和L2波二者的雙頻接收機(jī)時(shí)，對(duì)于L1波和L2波中的每一個(gè)，可以同時(shí)并列進(jìn)行相同的估計(jì)處理。在這種情況下，由于能夠產(chǎn)生所述兩側(cè)的周期之和(寬巷(Wide-Lane))，因此，可以進(jìn)一步縮小整數(shù)解候選的范圍。
圖8是流程圖，其說明了與如圖5、圖6以及圖7所示的在所述移動(dòng)臺(tái)30進(jìn)行的操作相對(duì)應(yīng)的在基準(zhǔn)站20進(jìn)行的操作。
在步驟S400中，作為程序性處理，多個(gè)基準(zhǔn)站20的每一個(gè)，對(duì)應(yīng)于采樣時(shí)刻的每一個(gè)和所述GPS衛(wèi)星10i的每一個(gè)，來存儲(chǔ)和管理相位累加值Φib，其中基于來自所述GPS衛(wèi)星10i的每一個(gè)的衛(wèi)星信號(hào)測(cè)量所述相位累加值。可通過用于控制所述GPS衛(wèi)星10i的中心設(shè)備(未示出)來執(zhí)行此處理。
在步驟410中，只要關(guān)于與GPS衛(wèi)星10k相關(guān)的數(shù)據(jù)不發(fā)生所述周跳，就連續(xù)進(jìn)行步驟400中的處理。當(dāng)然，每次產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)時(shí)，某時(shí)刻之前的數(shù)據(jù)被順次刪除。另外，可以將在每一個(gè)基準(zhǔn)站20和每一個(gè)GPS衛(wèi)星10i之間的整數(shù)模糊度Nib引入在初始階段的步驟400的處理。所述基準(zhǔn)站20的每一個(gè)可確定所述得到的相位累加值Φib的可靠性，并且，例如，如果存在異常值，不需要存儲(chǔ)所述異常值，或者，不需要向所述移動(dòng)臺(tái)30發(fā)送所述異常值。
如步驟S110所述，在接收到來自移動(dòng)臺(tái)30的請(qǐng)求信號(hào)之后，可經(jīng)由所述通信設(shè)備23將在步驟S400中存儲(chǔ)和提取的數(shù)據(jù)發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)30?？蛇x地，可在接收來自每一個(gè)GPS衛(wèi)星10i的信號(hào)的每一個(gè)周期內(nèi)廣播所述數(shù)據(jù)。
在前一種情況下，通過在來自移動(dòng)臺(tái)30的請(qǐng)求信號(hào)中包括的ID碼來確定作為傳輸目標(biāo)的移動(dòng)臺(tái)30。在后一種情況下，基準(zhǔn)站20可響應(yīng)于來自所述移動(dòng)臺(tái)30的請(qǐng)求，向移動(dòng)臺(tái)30僅發(fā)送特殊的數(shù)據(jù)。
在步驟S400中，如果檢測(cè)到關(guān)于GPS衛(wèi)星10k發(fā)生所述周跳，所述程序進(jìn)行到步驟S420，并且基準(zhǔn)站20擦除在發(fā)生與所述GPS衛(wèi)星10k相關(guān)的周跳之前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，不必發(fā)送在發(fā)生所述周跳之前產(chǎn)生的數(shù)據(jù)到所述移動(dòng)臺(tái)30?？蛇x地，也可以保留在發(fā)生所述周跳之前產(chǎn)生的存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，而不將其發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)30，即，僅將發(fā)生所述周跳之后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)30。這樣，通過僅發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)，移動(dòng)臺(tái)30就可以得到來自基準(zhǔn)站20的高可靠性的數(shù)據(jù)，并且不需要檢查從基準(zhǔn)站20發(fā)送的數(shù)據(jù)的可靠性。
圖9是流程圖，其說明了能夠與多個(gè)基準(zhǔn)站20進(jìn)行通信的移動(dòng)臺(tái)30的操作。
在步驟S500中，確定移動(dòng)臺(tái)30是否能夠與多于一個(gè)基準(zhǔn)站20進(jìn)行通信。
如果確定移動(dòng)臺(tái)30能夠與多于一個(gè)基準(zhǔn)站20進(jìn)行通信，程序進(jìn)行到步驟S510。
在步驟S510中，檢測(cè)在由移動(dòng)臺(tái)30捕獲的GPS衛(wèi)星10i和由一個(gè)基準(zhǔn)站20捕獲的GPS衛(wèi)星10i之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。同時(shí)，確定所述GPS衛(wèi)星10的數(shù)目，移動(dòng)臺(tái)30和基準(zhǔn)站20均從所述GPS衛(wèi)星10接收信號(hào)(以下稱為“共用衛(wèi)星10”)。
在步驟S520中，如果確定有一個(gè)基準(zhǔn)站20接收來自最大數(shù)目的共用衛(wèi)星10的信號(hào)，移動(dòng)臺(tái)30采用來自這一個(gè)基準(zhǔn)站20的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行圖5、圖6和圖7所說明的程序。例如，考慮這樣的情況，其中，移動(dòng)臺(tái)30接收來自七個(gè)GPS衛(wèi)星101到107的信號(hào)，一個(gè)基準(zhǔn)站201接收來自六個(gè)GPS衛(wèi)星101到106的信號(hào)，并且另一個(gè)基準(zhǔn)站202接收來自GPS衛(wèi)星101到105，以及GPS衛(wèi)星108到1011的信號(hào)，由于移動(dòng)臺(tái)30和基準(zhǔn)站20都接收來自GPS衛(wèi)星101到106的信號(hào)，GPS衛(wèi)星101到106是所述共用衛(wèi)星10，并且，由于在此例中，基準(zhǔn)站201接收來自所述最大數(shù)目(六個(gè))的共用衛(wèi)星101到106的信號(hào)，選擇所述基準(zhǔn)站201。
另一方面，如果確定多于一個(gè)基準(zhǔn)站20各自接收來自所述最大數(shù)目的共用衛(wèi)星10的信號(hào)，所述程序進(jìn)行到步驟530。
在步驟530中，對(duì)在不同基準(zhǔn)站20的來自所述共用衛(wèi)星10的每一個(gè)的接收強(qiáng)度進(jìn)行比較?？梢栽谒龌鶞?zhǔn)站20測(cè)量在不同基準(zhǔn)站20的接收強(qiáng)度，并可將其發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)30。
在步驟S540中，如果確定僅有一個(gè)基準(zhǔn)站20接收在高于參考級(jí)別的接收級(jí)別上的來自共用衛(wèi)星10的信號(hào)，移動(dòng)臺(tái)30采用來自這一個(gè)基準(zhǔn)站20的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行圖5、圖6和圖7所說明的程序。在這種情況下，可選擇具有最大的來自所述共用衛(wèi)星的信號(hào)的最低接收強(qiáng)度的基準(zhǔn)站。在這種情況下，可忽略隨后步驟550。
另一方面，如果確定多于一個(gè)基準(zhǔn)站20各自在最好接收狀況下接收來自共用衛(wèi)星10的信號(hào)，所述程序進(jìn)行到步驟S550。
在步驟550中，相互比較從不同基準(zhǔn)站20到移動(dòng)臺(tái)30的距離。
在步驟560中，選擇離移動(dòng)臺(tái)30距離最近的基準(zhǔn)站20。于是，移動(dòng)臺(tái)30采用來自所述最近的基準(zhǔn)站20的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行圖5、圖6和圖7所說明的程序。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，由于在移動(dòng)臺(tái)30能夠進(jìn)行通信的共用衛(wèi)星10之間使用來自所述最合適的基準(zhǔn)站20的數(shù)據(jù)，當(dāng)基準(zhǔn)站20隨著移動(dòng)臺(tái)30的移動(dòng)而變化時(shí)，能夠防止整數(shù)模糊度估計(jì)精度和位置檢測(cè)精度下降。
選擇基準(zhǔn)站20的優(yōu)先次序不限于上述例子(即，共用衛(wèi)星10的數(shù)目、接收強(qiáng)度、距離)，例如，在共用衛(wèi)星10的數(shù)目大于指定數(shù)目并且接收強(qiáng)度超過最低級(jí)別的情況下，可優(yōu)先選擇最接近移動(dòng)臺(tái)30的基準(zhǔn)站20。在這種情況下(即，距離優(yōu)先)，可以減小電離層折射效應(yīng)和對(duì)流層彎曲(tropospheric bending)的影響，并且提高所述整數(shù)模糊度的估計(jì)準(zhǔn)確度。
盡管為了說明的目的，參照具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是，很顯然，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，無需脫離本發(fā)明的基本概念和范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以作出多種修改例。
例如，在以上實(shí)施例中，描述了將卡爾曼濾波器應(yīng)用于狀態(tài)方程(14)和觀測(cè)方程(15)，但是也可以用最小二乘或其它估計(jì)方法用于估計(jì)狀態(tài)量。
此外，在以上實(shí)施例中，描述了計(jì)算所述雙差以消除GPS接收機(jī)22和32中振蕩器的初始相位以及時(shí)鐘不確定度的影響。當(dāng)然，只要能夠消除GPS接收機(jī)22和32中振蕩器的初始相位以及時(shí)鐘不確定度的影響，也可以使用單差。此外，在以上實(shí)施例中，沒有考慮電離層折射效應(yīng)、對(duì)流層彎曲效應(yīng)以及多徑的影響，但是，在考慮這些效應(yīng)時(shí)，也可以應(yīng)用本發(fā)明。
以上，為簡(jiǎn)便起見，將GPS衛(wèi)星101視為參考衛(wèi)星，但取決于移動(dòng)臺(tái)30和基準(zhǔn)站20的位置，也可使用其它GPS衛(wèi)星10作為參考衛(wèi)星。此外，只要有四個(gè)或更多的與移動(dòng)臺(tái)30和基準(zhǔn)站20共用的GPS衛(wèi)星相關(guān)的雙差，可使用所述GPS衛(wèi)星的任意組合來計(jì)算所述雙差。
在以上實(shí)施例中，將車輛作為移動(dòng)臺(tái)30的例子。所述移動(dòng)臺(tái)30還可包括具有接收機(jī)32和/或計(jì)算單元40的載人電梯(folk lift)或機(jī)器人，以及具有接收機(jī)32和/或計(jì)算單元40的移動(dòng)電話或PDA。
根據(jù)本發(fā)明的載波相位GPS定位裝置，可以快速且精確地確定整數(shù)模糊度。
本專利申請(qǐng)基于2003年12月2日提交的日本在先專利申請(qǐng)2003-403640，將其全部?jī)?nèi)容在此引用作為參考。
權(quán)利要求
1.一種載波相位GPS定位裝置，包括第一整數(shù)模糊度估計(jì)單元，其將通過在固定位置的基準(zhǔn)站從衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)中提取的第一持續(xù)時(shí)間中的方差數(shù)據(jù)與在短于所述第一持續(xù)時(shí)間的第二持續(xù)時(shí)間中通過移動(dòng)臺(tái)從所述衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并估計(jì)在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；以及，定位單元，其利用由所述第一整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)的所述整數(shù)模糊度來確定所述移動(dòng)臺(tái)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載波相位GPS定位裝置，其中，異常值被從所述方差數(shù)據(jù)中除去。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載波相位GPS定位裝置，其中，當(dāng)對(duì)從所述衛(wèi)星發(fā)射的電磁波的接收被暫時(shí)中斷時(shí)，所述中斷之前的數(shù)據(jù)被從所述方差數(shù)據(jù)中除去。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載波相位GPS定位裝置，其中，所述第一持續(xù)時(shí)間中的所述方差數(shù)據(jù)包括在所述第一持續(xù)時(shí)間中在第一數(shù)目的多個(gè)時(shí)刻從所述衛(wèi)星發(fā)送的所述信號(hào)的多個(gè)載波相位累加值；并且所述第一整數(shù)模糊度估計(jì)單元將在所述第一數(shù)目的多個(gè)時(shí)刻的在所述基準(zhǔn)站側(cè)的所述載波相位累加值與在第二數(shù)目的多個(gè)時(shí)刻的在所述移動(dòng)臺(tái)側(cè)的多個(gè)載波相位累加值相關(guān)聯(lián)，并且估計(jì)在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的所述信號(hào)的載波相位累加值中包括的所述整數(shù)模糊度，其中所述第二數(shù)目小于所述第一數(shù)目。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的載波相位GPS定位裝置，其中，所述第一持續(xù)時(shí)間中的所述方差數(shù)據(jù)包括在所述第一持續(xù)時(shí)間中在第一數(shù)目的多個(gè)時(shí)刻從所述衛(wèi)星發(fā)送的所述信號(hào)的多個(gè)載波相位累加值；并且所述第一整數(shù)模糊度估計(jì)單元將在所述第一數(shù)目的多個(gè)時(shí)刻的在所述基準(zhǔn)站側(cè)的所述載波相位累加值與在一個(gè)時(shí)刻的在所述移動(dòng)臺(tái)側(cè)的載波相位累加值相關(guān)聯(lián)，并且估計(jì)從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)的所述載波相位累加值中包括的所述整數(shù)模糊度。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的載波相位GPS定位裝置，其中，在所述第一整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)所述整數(shù)模糊度之后，所述定位單元只利用在所述移動(dòng)臺(tái)側(cè)測(cè)量的數(shù)據(jù)來確定所述移動(dòng)臺(tái)的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的載波相位GPS定位裝置，進(jìn)一步包括移動(dòng)量檢測(cè)單元，其檢測(cè)所述移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)，以及當(dāng)所述移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)時(shí)所述移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)量；第二整數(shù)模糊度估計(jì)單元，當(dāng)所述移動(dòng)臺(tái)靜止時(shí)估計(jì)在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的所述信號(hào)的載波相位累加值中包括的所述整數(shù)模糊度，其中當(dāng)所述移動(dòng)臺(tái)靜止時(shí)基于在該時(shí)段的多個(gè)時(shí)刻的在所述基準(zhǔn)站側(cè)的多個(gè)載波相位累加值和在所述移動(dòng)臺(tái)側(cè)的多個(gè)載波相位累加值來作出所述估計(jì)；以及第三整數(shù)模糊度估計(jì)單元，當(dāng)所述移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)時(shí)，考慮移動(dòng)量檢測(cè)結(jié)果，來估計(jì)在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的所述信號(hào)的載波相位累加值中包括的所述整數(shù)模糊度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的載波相位GPS定位裝置，其中，在所述第二整數(shù)模糊度估計(jì)單元或所述第三整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)所述整數(shù)模糊度之后，所述定位單元利用由所述第二整數(shù)模糊度估計(jì)單元或所述第三整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)的所述整數(shù)模糊度而不是由所述第一整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)的所述整數(shù)模糊度來確定所述移動(dòng)臺(tái)的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的載波相位GPS定位裝置，其中，所述移動(dòng)臺(tái)是具有輪子的車輛；所述移動(dòng)量檢測(cè)單元基于用于檢測(cè)所述車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的輪速傳感器來檢測(cè)所述車輛的移動(dòng)；當(dāng)由至少所述輪速傳感器檢測(cè)到大于預(yù)定值的滑移率時(shí)，所述第三整數(shù)模糊度估計(jì)單元的所述整數(shù)模糊度估計(jì)處理被初始化，并且所述定位單元利用由所述第一整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)的所述整數(shù)模糊度來確定所述移動(dòng)臺(tái)的位置，直到所述第三整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)或重新估計(jì)所述整數(shù)模糊度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載波相位GPS定位裝置，其中，當(dāng)在通信區(qū)域存在多個(gè)基準(zhǔn)站時(shí)，選擇能夠與更多的衛(wèi)星進(jìn)行通信的基準(zhǔn)站，其中所述衛(wèi)星和與所述移動(dòng)臺(tái)通信的衛(wèi)星共用，并且使用與所述選擇的基準(zhǔn)站相關(guān)的所述方差數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的載波相位GPS定位裝置，其中，當(dāng)有多個(gè)所述基準(zhǔn)站能夠與相同數(shù)目的所述衛(wèi)星進(jìn)行通信時(shí)，選擇具有來自所述衛(wèi)星的最大的最低信號(hào)接收強(qiáng)度的基準(zhǔn)站。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載波相位GPS定位裝置，其中，當(dāng)在通信區(qū)域中存在多個(gè)基準(zhǔn)站，其接收來自多個(gè)共用衛(wèi)星的信號(hào)，并且所述共用衛(wèi)星的每一個(gè)的信號(hào)接收強(qiáng)度超過預(yù)定值時(shí)，選擇最接近所述移動(dòng)臺(tái)的基準(zhǔn)站，并且使用與所述選擇的基準(zhǔn)站相關(guān)的所述方差數(shù)據(jù)。
13.一種載波相位GPS定位方法，包括以下步驟將通過在固定位置的基準(zhǔn)站從衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)中提取的第一持續(xù)時(shí)間中的方差數(shù)據(jù)與在短于所述第一持續(xù)時(shí)間的第二持續(xù)時(shí)間中通過移動(dòng)臺(tái)從所述衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并估計(jì)在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；以及利用所述估計(jì)的整數(shù)模糊度來確定所述移動(dòng)臺(tái)的位置。
14.一種載波相位GPS定位方法，包括以下步驟獲取在移動(dòng)臺(tái)側(cè)的在一個(gè)時(shí)刻的載波相位累加值；獲取在基準(zhǔn)站側(cè)的在所述一個(gè)時(shí)刻之前的多個(gè)時(shí)刻的多個(gè)載波相位累加值；將在所述多個(gè)時(shí)刻的在所述基準(zhǔn)站側(cè)的所述載波相位累加值與在所述一個(gè)時(shí)刻的在所述移動(dòng)臺(tái)側(cè)的載波相位累加值相關(guān)聯(lián)，并估計(jì)在從衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)的所述載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度。
15.一種載波相位GPS定位系統(tǒng)，包括基準(zhǔn)站，其基于來自衛(wèi)星的接收數(shù)據(jù)提取在第一持續(xù)時(shí)間中的方差數(shù)據(jù)；載波相位GPS定位裝置，包括第一整數(shù)模糊度估計(jì)單元，其將所述方差數(shù)據(jù)與在短于所述第一持續(xù)時(shí)間的第二持續(xù)時(shí)間中由移動(dòng)臺(tái)從所述衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并估計(jì)在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；定位單元，其利用所述估計(jì)的整數(shù)模糊度來確定所述移動(dòng)臺(tái)的位置；以及通信通路，其使得所述載波相位GPS定位裝置和所述基準(zhǔn)站之間能夠進(jìn)行通信。
16.一種基準(zhǔn)站，其基于來自衛(wèi)星的接收數(shù)據(jù)提取預(yù)定持續(xù)時(shí)間中的方差數(shù)據(jù)，并向載波相位GPS定位裝置發(fā)送所述方差數(shù)據(jù)，所述載波相位GPS定位裝置包括估計(jì)單元，其將所述方差數(shù)據(jù)與由移動(dòng)臺(tái)從所述衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并估計(jì)由所述移動(dòng)臺(tái)從所述衛(wèi)星接收的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；以及定位單元，其利用所述估計(jì)的整數(shù)模糊度來確定所述移動(dòng)臺(tái)的位置。
17.一種基準(zhǔn)站，包括獲取單元，其獲取在移動(dòng)臺(tái)側(cè)的在一個(gè)時(shí)刻的載波相位累加值；整數(shù)模糊度估計(jì)單元，其對(duì)在基準(zhǔn)站側(cè)的在所述一個(gè)時(shí)刻之前的多個(gè)時(shí)刻的多個(gè)所述載波相位累加值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并估計(jì)在從衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)的所述載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；定位單元，其利用由所述整數(shù)模糊度估計(jì)單元估計(jì)的所述整數(shù)模糊度來確定所述移動(dòng)臺(tái)的位置；以及發(fā)送單元，其將由所述定位單元檢測(cè)到的所述位置發(fā)送給所述移動(dòng)臺(tái)。
全文摘要
公開了一種載波相位GPS定位裝置，其獲取在移動(dòng)臺(tái)側(cè)的在一個(gè)時(shí)刻的衛(wèi)星信號(hào)的載波相位累加值，將在所述一個(gè)時(shí)刻之前多個(gè)時(shí)刻的在基準(zhǔn)站側(cè)的多個(gè)載波相位累加值與在移動(dòng)臺(tái)側(cè)的載波相位累加值相關(guān)聯(lián)，并估計(jì)在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度。
文檔編號(hào)G01S5/14GK1864075SQ20048002835
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2004年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月2日
發(fā)明者香川和則, 山下勝司, 田島靖裕, 小野目寬久 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社