專利名稱：基于在基準(zhǔn)接收機(jī)處計算的校正的用于rtk導(dǎo)航的移動基準(zhǔn)接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般而言涉及衛(wèi)星定位技術(shù)，更特別地涉及一種利用固定或移動的基準(zhǔn)接收機(jī)來實時動態(tài)定位的方法。
背景技術(shù)：
全球定位系統(tǒng)(GPS)使用空間中的衛(wèi)星來定位地面上的對象。利用GPS，來自衛(wèi)星的信號到達(dá)GPS接收機(jī)，并被用來確定GPS接收機(jī)的位置。當(dāng)前，與具有鎖定的GPS衛(wèi)星信號的每個相關(guān)器信道對應(yīng)的兩類GPS測量可用于民用GPS接收機(jī)。這兩類GPS測量是偽距和兩個載波信號L1和L2(分別具有1.5754GHz和1.2276GHz的頻率或者0.1903m和0.2442m的波長)的載波相位。偽距測量(或者碼測量)是所有類型的GPS接收機(jī)可進(jìn)行的基本GPS觀測。它利用了調(diào)制到載波信號上的C/A或P碼。該測量記錄了相關(guān)碼從衛(wèi)星傳播到接收機(jī)所花費的視時，即信號根據(jù)接收機(jī)時鐘到達(dá)接收機(jī)的時間減去信號根據(jù)衛(wèi)星時鐘離開衛(wèi)星的時間。當(dāng)信號到達(dá)接收機(jī)時，通過對信號的重建載波進(jìn)行積分來獲得載波相位測量。因而，載波相位測量還是如由信號根據(jù)衛(wèi)星時鐘離開衛(wèi)星的時間和信號根據(jù)接收機(jī)時鐘到達(dá)接收機(jī)的時間所確定的傳送時間差的量度。然而，因為當(dāng)接收機(jī)開始跟蹤信號的載波相位時衛(wèi)星與接收機(jī)之間傳送中的整周的初始數(shù)量通常是未知的，所以傳送時間差也許錯了多個載波周期，即在載波相位測量中存在整周模糊度。
利用可用的GPS測量，通過用光速乘信號的傳播時間來計算GPS接收機(jī)與眾多衛(wèi)星中每個之間的范圍或距離。這些距離通常被稱為偽距(假距離)，因為接收機(jī)時鐘通常具有在測量的距離中引起公共偏差的明顯時間誤差。作為正常導(dǎo)航計算的一部分，與接收機(jī)的位置坐標(biāo)一起來求解來自接收機(jī)時鐘誤差的該公共偏差。各種其它因素也可以導(dǎo)致所計算距離的誤差或噪聲，包括星歷誤差、衛(wèi)星時鐘定時誤差、大氣影響、接收機(jī)噪聲和多徑誤差。對于獨立的GPS導(dǎo)航，其中具有GPS接收機(jī)的用戶獲得相對于可見的多個衛(wèi)星的代碼和/或載波相位范圍，而不需與任何基準(zhǔn)站協(xié)商，用戶在降低距離中的誤差或噪聲的方法中非常受限。
為了消除或降低這些誤差，通常在GPS應(yīng)用中使用差分運算。差分GPS(DGPS)運算通常包括基本基準(zhǔn)GPS接收機(jī)、用戶(或?qū)Ш?GPS接收機(jī)、以及用戶與基準(zhǔn)接收機(jī)之間的數(shù)據(jù)鏈路?；鶞?zhǔn)接收機(jī)位于已知的位置，并且在此獲得的測量被提供給用戶接收機(jī)。通過對在基準(zhǔn)站和用戶接收機(jī)處獲得的測量進(jìn)行差分(difference)，可以消除或者大大降低在所計算距離中大部分的誤差或噪聲。使用載波相位測量的差分運算通常被稱為實時動態(tài)(RTK)定位/導(dǎo)航運算。
差分GPS(DGPS)的基本概念是利用GPS測量中固有的空間和時間相關(guān)，以消除由這些錯誤因素產(chǎn)生的偽距和/或載波相位測量中的噪聲因素。當(dāng)基準(zhǔn)與用戶接收機(jī)之間的距離在某個極限之內(nèi)時，載波相位差分或RTK技術(shù)是可用于定位和導(dǎo)航目的的最精確技術(shù)。然而，當(dāng)基準(zhǔn)與用戶接收機(jī)之間的距離變得太大時，RTK技術(shù)的精度隨著誤差因素的相關(guān)的減小而減小。
對于廣域操作，已經(jīng)開發(fā)了各種區(qū)域、廣域或全球的DGPS(此后稱作廣域DGPS或WADGPS)技術(shù)。WADGPS系統(tǒng)包括與計算中心或網(wǎng)絡(luò)中心(hub)通信的多個基準(zhǔn)站的網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)中心基于基準(zhǔn)站的已知位置和由基準(zhǔn)站獲得的測量來計算誤差校正。然后經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路比如衛(wèi)星、電話或無線電把所計算的誤差校正發(fā)送給用戶。盡管WADGPS系統(tǒng)的精度通過使用多個基準(zhǔn)站來增強(qiáng)，但是它還不能匹配本地RTK系統(tǒng)的精度，所述本地RTK系統(tǒng)能夠達(dá)到大約一厘米的精度，只要基準(zhǔn)與用戶接收機(jī)之間的分開距離足夠短。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法和系統(tǒng)通過下述來確定在關(guān)聯(lián)于基準(zhǔn)站的主接收機(jī)與關(guān)聯(lián)于用戶的輔接收機(jī)之間的相對位置向量(1)根據(jù)在基準(zhǔn)站處從多個衛(wèi)星接收的信號來確定基準(zhǔn)站的位置；(2)基于在用戶接收機(jī)處獲得的測量和在基準(zhǔn)站處計算的誤差校正來確定用戶接收機(jī)的位置；以及(3)通過對基準(zhǔn)站的位置和用戶的位置進(jìn)行差分來計算相對位置向量。用戶和基準(zhǔn)接收機(jī)中的每個可以是移動的或固定的。可以在基準(zhǔn)站、用戶或分離的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處計算相對位置向量，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)從基準(zhǔn)站接收基準(zhǔn)站的位置以及從用戶接收用戶的位置。在下面的討論中，基準(zhǔn)站的位置有時被稱作“基準(zhǔn)位置”。同樣，用戶的位置有時被稱作“用戶位置”。
在本發(fā)明的一個實施例中，利用在基準(zhǔn)站或用戶處分別獲得的載波相位測量的連續(xù)變化以高速率來更新基準(zhǔn)站或用戶的位置。在基準(zhǔn)站或用戶處還運行并行低速率過程，以把周期性位置校正提供給以高速率產(chǎn)生的相應(yīng)位置更新。相對位置向量可以以高速率或低速率或某一其它速率進(jìn)行計算，這取決于計算所需的用戶和基準(zhǔn)位置的可用性。
在基準(zhǔn)站處通過下述來計算對測量的誤差校正形成載波平滑碼測量，利用載波平滑碼測量來計算對基準(zhǔn)站的估計位置的校正，計算從基準(zhǔn)站到多個衛(wèi)星中每個的理論距離，以及基于該理論距離來計算誤差校正。該誤差校正經(jīng)由在用戶與基準(zhǔn)站之間的數(shù)據(jù)鏈路從基準(zhǔn)站被發(fā)送給用戶。
通過在基準(zhǔn)站處計算誤差校正和基準(zhǔn)位置，本發(fā)明使在基站接收機(jī)與用戶接收機(jī)之間必需的信息傳送最小化。它還允許在基準(zhǔn)接收機(jī)與用戶接收機(jī)之間通信負(fù)載的最小增加的同時高速率的位置輸出。此外，本發(fā)明以自然的方式在基準(zhǔn)接收機(jī)與用戶接收機(jī)之間分配必需的計算，使得在基準(zhǔn)或用戶接收機(jī)處沒有過度的計算負(fù)荷。而且，本發(fā)明通過不需要用戶使用來自基準(zhǔn)接收機(jī)的同步數(shù)據(jù)來最小化在輸出用戶位置更新時的等待時間。


圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)航子系統(tǒng)的框圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的與導(dǎo)航系統(tǒng)中的移動基準(zhǔn)站相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)航子系統(tǒng)的框圖。
圖4A是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的由用戶子系統(tǒng)和基準(zhǔn)子系統(tǒng)執(zhí)行的導(dǎo)航過程的流程圖。
圖4B是說明用于計算相對位置向量的更新的一系列過程的流程圖。
圖5是說明由用戶子系統(tǒng)或基準(zhǔn)子系統(tǒng)使用的兩個并行系列的信號出現(xiàn)時間(epoch)的圖。
圖6A是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的分別由用戶子系統(tǒng)和基準(zhǔn)子系統(tǒng)執(zhí)行的初始化過程的流程圖。
圖6B是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的分別由用戶子系統(tǒng)和基準(zhǔn)子系統(tǒng)執(zhí)行的位置校正過程的流程圖。
圖7是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的由用戶子系統(tǒng)執(zhí)行的位置傳播過程的流程圖。
具體實施例方式
為了在保持相同精度的同時克服常規(guī)RTK系統(tǒng)的缺陷，開發(fā)了移動基準(zhǔn)站的概念。然而，利用移動基準(zhǔn)站的常規(guī)技術(shù)全都包含在用戶接收機(jī)與移動基準(zhǔn)站之間形成載波相位測量的差并直接求解用戶接收機(jī)與移動基準(zhǔn)站之間的分離向量。此外，在文獻(xiàn)中描述的是用于多個車輛的相對導(dǎo)航的技術(shù)。然而，這些技術(shù)通常利用了公共固定基準(zhǔn)站點。
圖1說明了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)100，在其中可以實施根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的導(dǎo)航過程。如圖1所示，系統(tǒng)100包括與移動或固定的對象110A關(guān)聯(lián)的用戶子系統(tǒng)110以及與移或固定的對象120A關(guān)聯(lián)的基準(zhǔn)子系統(tǒng)120。用戶子系統(tǒng)110和基準(zhǔn)子系統(tǒng)120經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路彼此可通信地耦合，這允許使用諸如射頻信號之類的機(jī)制在兩個子系統(tǒng)110與120之間傳送數(shù)據(jù)?；鶞?zhǔn)子系統(tǒng)120還可以經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路123被鏈接到本地固定基準(zhǔn)站130。本地固定基準(zhǔn)站130可以是全球或廣域衛(wèi)星導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)中的固定基準(zhǔn)站130的網(wǎng)絡(luò)之一。在此情況下，固定基準(zhǔn)站130的網(wǎng)絡(luò)位于廣域105或全球的已知位置上，并且向廣域或全球衛(wèi)星導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)的一個或多個網(wǎng)絡(luò)中心140連續(xù)提供GPS觀測以用于處理。這些觀測包括GPS碼和載波相位測量、星歷、以及根據(jù)在固定基準(zhǔn)站130處從多個衛(wèi)星101接收的信號而獲得的其它信息。網(wǎng)絡(luò)中心140是處理GPS觀測和計算校正的設(shè)施。如果設(shè)置了多個獨立網(wǎng)絡(luò)中心，則優(yōu)選的是這些網(wǎng)絡(luò)中心在地理上分離且并行操作?；鶞?zhǔn)子系統(tǒng)120可以經(jīng)由通信信道124比如衛(wèi)星廣播、無線因特網(wǎng)連接等，從處理網(wǎng)絡(luò)中心140附加地或可選地接收計算結(jié)果比如GPS校正。需要時，利用對象120A定位基準(zhǔn)子系統(tǒng)120，以維護(hù)與用戶GPS子系統(tǒng)110的數(shù)據(jù)鏈路112以及與附近固定基準(zhǔn)站130或網(wǎng)絡(luò)中心140的數(shù)據(jù)鏈路123。
圖2說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用戶子系統(tǒng)110。子系統(tǒng)110包括用戶GPS接收機(jī)210和耦合到用戶接收機(jī)210的基于微處理器的計算機(jī)系統(tǒng)220。用戶接收機(jī)210被附著到對象110A上，并向系統(tǒng)220提供原始GPS觀測以用于處理。這些觀測包括GPS碼和載波相位測量，并且還可以包括星歷、以及根據(jù)從多個衛(wèi)星101接收的信號而獲得的其它信息。計算機(jī)系統(tǒng)220包括通過一條或多條通信總線250互連的中央處理單元(CPU)230、存儲裝置240、輸入端口251和252、一個或多個輸出端口253、以及可選用戶接口257。輸入端口251和252分別用來從用戶接收機(jī)210和基準(zhǔn)子系統(tǒng)120接收數(shù)據(jù)。輸出端口253可以用來向移動基準(zhǔn)站120和/或其它數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(未示出)輸出計算結(jié)果。計算結(jié)果還可以被顯示在用戶接口257的顯示裝置上。
存儲器240可以包括高速隨機(jī)存取存儲器，并且可以包括非易失性大容量存儲器，比如一個或多個磁盤存儲裝置。存儲器240還可以包括遠(yuǎn)離中央處理單元230的大容量存儲器。存儲器240優(yōu)選地存儲操作系統(tǒng)262和GPS應(yīng)用程序或過程264，包括使用根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的載波相位測量的連續(xù)變化來實施用于導(dǎo)航的方法的過程266。在存儲器240中存儲的操作系統(tǒng)262和應(yīng)用程序及過程264供計算機(jī)系統(tǒng)220的CPU230執(zhí)行。存儲器240優(yōu)選地還存儲數(shù)據(jù)庫270，該數(shù)據(jù)庫270包括在GPS應(yīng)用過程266的執(zhí)行期間使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如GPS測量272和校正274，以及在本文件中討論的其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。操作系統(tǒng)262可以是但不限于嵌入式操作系統(tǒng)、UNIX、Solaris或Windows95、98、NT4.0、2000或XP。更一般地，操作系統(tǒng)262具有用于通信、處理、訪問、存儲和搜索數(shù)據(jù)的過程和指令。
由于下述原因，存儲器240還可以存儲實時執(zhí)行程序(RTX)268，該實時執(zhí)行程序(RTX)268是用于實時多任務(wù)操作的計算機(jī)程序。在本發(fā)明的一個實施例中，RTX268允許把操作系統(tǒng)嵌入到過程266中以提供多個線程，所以在過程266中的不同任務(wù)可以“準(zhǔn)并行”運行，這意味著不同任務(wù)可以似乎同時運行，并且系統(tǒng)220可以看來在同時做不同作業(yè)。這將允許過程266包括在不同線程中運行的兩個或更多個并行任務(wù)或過程。RTX268控制每個線程的開始和停止，并允許線程彼此交互。RTX268還允許對到線程的數(shù)據(jù)進(jìn)行排隊，在線程之間發(fā)送數(shù)據(jù)，以及通過按照順序保持事件來串行化過程。
此外，RTX268支持標(biāo)準(zhǔn)多線程控制，比如允許執(zhí)行線程以等待由另一線程的事件觸發(fā)的事件。事件是可以在線程上設(shè)置或清除的狀態(tài)。當(dāng)線程被設(shè)置為等待一個或多個事件時，該線程被掛起，直至所有事件被設(shè)置。這大大簡化了線程之間的同步和通信。對于RTX268，線程執(zhí)行基于優(yōu)先級。具有較高優(yōu)先級的線程在具有較低優(yōu)先級的線程之前運行。在具有相同優(yōu)先級的線程中，以循環(huán)的方式執(zhí)行線程。每個線程被給予運行的時間片。現(xiàn)有的商業(yè)RTX可以被用作RTX268。這樣的商業(yè)可用實時執(zhí)行程序的實例包括來自CMX Systems，Inc.的CMX-RTX、來自Australian Real Time Embedded Systems(ARTESYS)的并行實時執(zhí)行程序(CORTEX)和來自Accelerated Technology Inc.的Nucleus RTX。
在一些實施例中，用戶接收機(jī)210和計算機(jī)系統(tǒng)220的部分或全部被集成為位于單個殼體內(nèi)的單個裝置，比如便攜、手持或甚至可佩戴的位置跟蹤裝置，或者車載或其它移動定位和/或?qū)Ш较到y(tǒng)。在其它實施例中，GPS接收機(jī)210和計算機(jī)系統(tǒng)220沒有被集成為單個裝置。
圖3說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基準(zhǔn)子系統(tǒng)120。子系統(tǒng)120包括基準(zhǔn)GPS接收機(jī)310和耦合到基準(zhǔn)接收機(jī)310的基于微處理器的計算機(jī)系統(tǒng)320。基準(zhǔn)接收機(jī)310被附著到對象120A上，并向系統(tǒng)320提供原始GPS觀測以用于處理。這些觀測包括GPS碼和載波相位測量，并且還可以包括星歷、以及根據(jù)從多個衛(wèi)星101接收的信號而獲得的其它信息。計算機(jī)系統(tǒng)320包括通過一條或多條通信總線350互連的中央處理單元(CPU)330、存儲裝置340、輸入端口351、352和353、一個或多個輸出端口354以及可選用戶接口357。輸入端口351、352和353用于分別從基準(zhǔn)接收機(jī)310、用戶子系統(tǒng)110和固定基準(zhǔn)站130或網(wǎng)絡(luò)中心140接收數(shù)據(jù)。輸出端口354可以用來向用戶子系統(tǒng)110和/或其它數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(未示出)輸出計算結(jié)果。計算結(jié)果還可以被顯示在用戶接口357的顯示裝置上。
存儲器340可以包括高速隨機(jī)存取存儲器，并且可以包括非易失性大容量存儲器，比如一個或多個磁盤存儲裝置。存儲器340還可以包括遠(yuǎn)離中央處理單元330的大容量存儲器。存儲器340優(yōu)選地存儲操作系統(tǒng)362和GPS應(yīng)用程序或過程364，包括使用根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的載波相位測量的連續(xù)變化來實施用于導(dǎo)航的方法的過程366。在存儲器340中存儲的操作系統(tǒng)362和應(yīng)用程序及過程364供計算機(jī)系統(tǒng)320的CPU330執(zhí)行。存儲器340優(yōu)選地還存儲數(shù)據(jù)庫370，包括在GPS應(yīng)用過程366的執(zhí)行期間使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如GPS測量372和校正374，以及在本文件中討論的其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。操作系統(tǒng)362類似于操作系統(tǒng)262。由于下述原因，存儲器340還可以存儲類似于RTX268的實時執(zhí)行程序(RTX)368。
在一些實施例中，基準(zhǔn)接收機(jī)310和計算機(jī)系統(tǒng)320的部分和全部被集成為位于單個殼體內(nèi)的單個裝置，比如便攜、手持或甚至可佩戴的位置跟蹤裝置，或者車載或其它移動定位和/或?qū)Ш较到y(tǒng)。在其它實施例中，GPS接收機(jī)310和計算機(jī)系統(tǒng)220沒有被集成為單個裝置。
圖4A說明了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的如在過程266中實施的由用戶子系統(tǒng)110執(zhí)行的導(dǎo)航過程410以及如在過程366中實施的由基準(zhǔn)子系統(tǒng)120執(zhí)行的導(dǎo)航過程420。如圖4A所示，導(dǎo)航過程410包括初始化過程401以及兩個并行過程高速率過程412和低速率過程414。初始化過程401用來計算附著到對象110A上的用戶接收機(jī)210的初始位置和由高速率過程412所需的其它初始參數(shù)。高速率過程412包括一系列位置傳播過程413，每個位置傳播過程413在一系列次信號出現(xiàn)時間之一中計算對用戶位置的更新。低速率過程414包括一系列位置校正過程415，每個位置校正過程415在一系列主信號出現(xiàn)時間之一中計算對用戶位置的校正。如圖5所示，在每個主信號出現(xiàn)時間Tm內(nèi)可以有多個比如10個次信號出現(xiàn)時間tmn(m＝0，1，2，3，...以及n＝0，1，2，3，...)。如果不需要所計算位置的高速率產(chǎn)品，則次信號出現(xiàn)時間還可以與主信號出現(xiàn)時間重合。
同樣，還如圖4A所示，導(dǎo)航過程420包括初始化過程402以及兩個并行過程高速率過程422和低速率過程424。初始化過程402用來計算基準(zhǔn)接收機(jī)310的初始位置和由高速率過程422所需的其它初始參數(shù)。初始化過程402還可以計算將由用戶子系統(tǒng)110中的處理使用的測量校正。高速率過程422包括一系列位置傳播過程423，每個位置傳播過程423在一系列次信號出現(xiàn)時間之一中計算對基準(zhǔn)位置的更新。低速率過程414包括一系列位置校正過程425，每個位置校正過程425在一系列主信號出現(xiàn)時間和測量校正之一中計算對基準(zhǔn)位置的校正。
在位置傳播過程413的一些或全部中所計算的用戶位置的更新和在位置傳播過程423的一些或全部中所計算的基準(zhǔn)位置的更新，被用來通過使用如圖4B所示的一系列相對位置計算過程433來計算從附著到對象120A的基準(zhǔn)接收機(jī)310到附著到對象110A的用戶接收機(jī)210的相對位置向量的更新?？梢栽诨鶞?zhǔn)接收機(jī)或用戶接收機(jī)或二者處執(zhí)行相對位置計算過程433，或者可以在分離的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中執(zhí)行相對位置計算過程433，如下面更詳細(xì)解釋的那樣。
由于在基準(zhǔn)站處解析載波相位模糊度的困難，所以常規(guī)RTK計算使用載波相位測量的“雙重差分”來消除衛(wèi)星和接收機(jī)時鐘誤差，并有助于確定GPS載波相位測量中的整周模糊度。由于雙重差分包括沿4個不同路徑(從2個觀測站中每個到2個衛(wèi)星中每個)的觀測，因此該方法在形成雙重差分之前需要在基準(zhǔn)站點上的原始載波相位測量被發(fā)送給用戶，并且用戶一直等到來自基準(zhǔn)站點的數(shù)據(jù)到達(dá)。本發(fā)明通過使用新方法生成對基準(zhǔn)子系統(tǒng)110上載波相位測量的校正，并且經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路112從基準(zhǔn)子系統(tǒng)110向用戶子系統(tǒng)120發(fā)送代替原始測量的校正，從而與常規(guī)技術(shù)不同。
在基準(zhǔn)子系統(tǒng)120處計算對載波相位測量的校正降低了用戶子系統(tǒng)110必須執(zhí)行的計算量，并且通常消除了用戶子系統(tǒng)110具有有關(guān)定位基準(zhǔn)接收機(jī)310的信息的需要。此外，盡管原始測量反映了衛(wèi)星101(以及形成測量的接收機(jī))的整個動態(tài)，但是校正使動態(tài)被消除，因而僅僅隨時間緩慢改變。這意味著由計算時間和數(shù)據(jù)鏈路傳送時間所引入的等待時間的影響變得不大明顯。在基準(zhǔn)子系統(tǒng)120處計算校正還允許從基準(zhǔn)子系統(tǒng)120到用戶子系統(tǒng)110的較低數(shù)據(jù)傳送速率。例如，一赫茲的數(shù)據(jù)傳送速率可以容易地用來支持十赫茲的用戶位置輸出。
圖6A說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的由用戶子系統(tǒng)110執(zhí)行的初始化過程401。如圖6A所示，初始化過程401包括形成載波平滑碼測量的步驟602。在步驟602中，使用在L1和L2頻率上的相應(yīng)載波相位測量的組合來平滑在用戶接收機(jī)210處獲得的碼測量。許多GPS接收機(jī)在L1或L2頻率上進(jìn)行C/A碼測量和P碼測量，并且C/A或P碼測量中的任何一個可以用作L1或L2碼測量。然而，由于在兩個差分碼上的測量之間存在小偏差，因此這兩個中無論哪個被用于基準(zhǔn)子系統(tǒng)310，相同的也應(yīng)該被用于用戶子系統(tǒng)210中的等同過程。在以下討論中，對于在用戶接收機(jī)210處可見的每個衛(wèi)星和對于每個測量信號出現(xiàn)時間，L1和L2頻率將被分別稱為f1和f2，在L1和L2頻率上原始偽距碼測量將被分別稱為P1和P2，以及在L1和L2頻率上的原始載波相位測量將被分別稱為1和2。
在本發(fā)明的一個實施例中，相對于每個衛(wèi)星101的L1和L2頻率的載波相位測量的線性組合被形成，以匹配L1和L2頻率上相應(yīng)碼測量的電離層折射效應(yīng)。匹配在P1碼測量上的電離層折射效應(yīng)的載波相位組合被稱為M1，并且被如下構(gòu)成M1=f12+f22f12-f22L1-2f22f12-f22L2≅4.09L1-3.09L2---(1)]]>匹配在P2碼測量上的電離層折射效應(yīng)的載波相位組合被稱為M2，并且被如下構(gòu)成M2=2f12f12-f22L1-f12+f22f12-f22L2≅5.09L1-4.09L2---(2)]]>其中L1和L2分別是由L1和L2信號的波長衡量的載波相位測量，并且各包括近似整周模糊度值，所述近似整周模糊度值被添加以使所衡量的載波相位測量與相應(yīng)碼測量接近相同的值。因而，L1＝(1+N1)λ1(3)L2＝(2+N2)λ2(4)其中N1和N2的整周值在載波相位跟蹤開始時已經(jīng)被初始化，以給出位于相應(yīng)碼測量的一個載波波長內(nèi)的值，以便使所衡量的載波相位測量與相應(yīng)碼測量之間的差很小。
利用載波相位組合M1和M2，平滑碼測量可以被如下構(gòu)成Oi，j＝Oi-1，j+(Pi，j-Mi，j-Oi-1，j)/η(5)Si，j＝Oi，j+Mi，J(6)其中，下標(biāo)i用來表示特定測量信號出現(xiàn)時間，下標(biāo)j用來表示兩個不同頻率上的測量，所以j＝1或2，0表示在碼測量與相應(yīng)載波相位組合之間的平滑偏移，以及S表示平滑碼測量。η的值等于i，直至達(dá)到最大平均值。例如，如果載波相位測量被假定為僅僅具有碼測量的噪聲的1/100，則“η”的值將被限制為1002或10,000。
可選擇地，平滑碼測量可以被如下獲得 其中 該可選擇的平滑過程使用載波相位組合中的變化來向前投射碼測量，然后平均在投射與碼測量之間的差。
兩個頻率上的平滑碼測量可以被組合以形成如下的折射校正(RC)平滑碼測量Si=f12(f12-f22)Si,1-f22(f12-f22)Si,2≅Si,1-1.5457(Si,1-Si,2)---(8)]]>可以在共同擁有的美國專利申請?zhí)枮?0/630,302的專利申請“Method for Generating Clock Corrections for a Wide-Area orGlobal Differential GPS System”中發(fā)現(xiàn)用于獲得RC載波平滑碼測量的不同過程，該申請的公開被結(jié)合于此以作參考。
在每個連續(xù)測量信號出現(xiàn)時間中可以產(chǎn)生可靠的RC載波平滑碼測量之前，可以得到包括多個測量信號出現(xiàn)時間的初始化周期。在經(jīng)過初始化周期之后，初始化過程401還包括步驟604，在該步驟中，計算對估計的用戶位置的校正。雖然可以在步驟604中使用若干常規(guī)衛(wèi)星導(dǎo)航方法中的任何一個，但是在本發(fā)明的一個實施例中，使用最小二乘法過程在步驟604中計算位置校正。在最小二乘法過程中，使用了相對于衛(wèi)星的測量的導(dǎo)航被描述為由一組線性隨機(jī)差分方程支配的離散時間受控過程，每個線性隨機(jī)差分方程對應(yīng)于所涉及的衛(wèi)星101之一。對于所涉及的每個衛(wèi)星，方程可以被表示為z＝hx+n(9)其中x是表示對離散時間受控過程的狀態(tài)的校正的狀態(tài)校正向量，在此情況下，其可以包括對用戶位置的校正以及與用戶接收機(jī)210關(guān)聯(lián)的時鐘時間；z表示測量修正(innovation)的值，其由在用戶接收機(jī)210所得到的相對于衛(wèi)星的測量與從原始估計的狀態(tài)所計算的測量的預(yù)期值之間的差來定義；n表示測量的噪聲；以及h是測量靈敏度向量，它表征測量對狀態(tài)變化的靈敏度。
修正測量是在步驟602中計算的在L1或L2頻率中的相對于衛(wèi)星的載波平滑碼測量，或者它可以是RC載波平滑碼測量。無論哪種測量被用于修正，都應(yīng)當(dāng)使用在基準(zhǔn)子系統(tǒng)120處執(zhí)行并發(fā)送到用戶子系統(tǒng)110的初始化過程402中計算的校正來校正它們，如下面更詳細(xì)解釋的那樣.h向量是通過以泰勒級數(shù)展開使偽距測量與GPS接收機(jī)的位置相關(guān)的方程來形成的。h的元素包括測量修正相對于校正向量的一階導(dǎo)數(shù)。狀態(tài)校正向量x至少包括對基準(zhǔn)位置的校正。它還可以包括對用戶接收機(jī)時鐘的校正。為了便于以下討論，將假定狀態(tài)向量是四元素向量，即狀態(tài)僅僅包括對用戶接收機(jī)位置和接收機(jī)時鐘時間的校正。
方程(9)可以被展開，以使?fàn)顟B(tài)校正向量與在公共測量信號出現(xiàn)時間上相對于多個衛(wèi)星的一組測量相關(guān)z＝Hx+n(10)在該方程中，z是由相對于多個衛(wèi)星的修正組成的向量；H是由相對于多個衛(wèi)星的測量靈敏度組成的矩陣；x仍然為狀態(tài)向量；以及n是測量噪聲向量，其包括與z中修正關(guān)聯(lián)的一組測量噪聲值。測量靈敏度矩陣H取決于衛(wèi)星101的幾何分布，該幾何分布是指用戶接收機(jī)210與衛(wèi)星101之間幾何關(guān)系的全部。向量z中的測量修正通常被稱作前綴余項(prefix residual)。方程(10)的最小二乘解為x＝(HTH)-1HTz(11)其中上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置運算，以及上標(biāo)“-1”表示矩陣求逆運算。
對使用公式(11)解方程(10)的替代是求出由下式給出的加權(quán)的最小二乘解x＝(HTW-1H)-1HTW-1z(12)其中W是具有對角線元素和非對角線元素的測量協(xié)方差矩陣，其中對角線元素表示噪聲向量n中的測量噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差，非對角線元素表示測量之間的協(xié)方差。由于測量之間的協(xié)方差通常假設(shè)為零，所以W的非對角線元素通常為零。
為了便于說明，在以下討論中，使用簡單的最小二乘法公式，即公式(3)。公式(3)可以被進(jìn)一步簡化以得到x＝AHTz(13a)或者x＝Bz (13b)其中A＝(HTH)-1和B＝AHT。
它有時還用來形成余項靈敏度矩陣S，其把修正z或前綴余項映射成對應(yīng)于修正z中的測量的后綴余項。后綴余項被表示為余項向量Δ中的元素Δ＝Sz(14)
其中S＝(I-H(HTH)-1HT)＝I-HB(15)其中I是單位方陣，其具有等于測量的數(shù)量或者z中元素的數(shù)量的秩。
初始化過程401還包括步驟606，其中把對校正向量x中的用戶位置的校正添加到原始估計的用戶位置，以給出用戶接收機(jī)位置的校正的估計。對用戶接收機(jī)時鐘的校正通常被視作多余參數(shù)，并且不被更新。這是可能的，因為與接收機(jī)時鐘的相關(guān)性是線性的，并且值的大誤差不影響位置解。由于距離公式即公式(9)-(15)是非線性的，因此如果初始位置估計具有大誤差，則步驟604和606可能需要迭代?？梢允褂迷跍y量信號出現(xiàn)時間中獲得的相同組的測量來迭代初始化過程401中的步驟604和606?；蛘?，迭代可以包括步驟602的一部分以及步驟604和606，以覆蓋多個測量信號出現(xiàn)時間。因而，可以在用戶位置的良好估計以及關(guān)聯(lián)矩陣A和H(或者B和S)被獲得之前，采用在初始化過程201中的若干主信號出現(xiàn)時間。
此后，初始化過程401還包括步驟608，其中根據(jù)該用戶位置的良好估計，通過首先求解載波相位測量中的整周模糊度，可以確定RTK位置。常規(guī)模糊度搜索技術(shù)可以用于此目的?？蛇x擇地，可以使用共同擁有的美國專利申請的專利申請“Fast Ambiguity Resolution forReal-Time Kinematic Survey and Navigation”中描述的模糊度搜索技術(shù)，該申請的公開被結(jié)合于此以作參考。所求解的整周模糊度用于調(diào)整載波相位測量，以及所調(diào)整的載波相位測量被用來通過使用公式(9)至(15)來計算用戶接收機(jī)位置，以獲得將在后續(xù)處理中使用的初始用戶位置。
如圖6A所示，除了不執(zhí)行步驟608外，基準(zhǔn)子系統(tǒng)120執(zhí)行的初始化過程402類似于初始化過程401。此外，來自固定基準(zhǔn)站130或來自網(wǎng)絡(luò)中心140的校正可以被用來校正形成修正向量z所使用的測量。此外，附加步驟609被包括以計算用于經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路112發(fā)送給用戶子系統(tǒng)110的測量校正。為了在步驟609中計算測量校正，所校正的用戶位置被用來計算到在該計算中所涉及的衛(wèi)星101中每個的理論距離。從測量中減去該理論距離，以給出對測量的原始校正，即
εi＝mi-ρi(16)其中上標(biāo)i表示特定衛(wèi)星101，mi表示特定類型的測量，比如相對于衛(wèi)星的平滑碼或載波相位測量，ρi表示計算的相對于衛(wèi)星的理論距離，以及εi表示對測量的原始校正。
原始校正由公共接收機(jī)時鐘誤差來偏置，其可以通過獲取在所有涉及的衛(wèi)星101上特定類型的測量的原始校正的平均值來估計。然后通過從原始校正中除去該公共偏置來獲得對測量的無偏校正δδi=ϵi-Σkϵk---(17)]]>對于每個測量類型，即相對于每個涉及的衛(wèi)星101的L1平滑碼、L2平滑碼、L1載波相位和L2載波相位，生成一組這些校正。計算校正的該方法確保，用于計算移動基準(zhǔn)接收機(jī)的任何全球、廣域或RTK校正被自動反映在為了傳輸給用戶接收機(jī)而生成的校正中。如果移動基準(zhǔn)位置是平滑的，即位置中沒有突然跳躍，則校正將是平滑的，并且它們將僅僅隨時間緩慢地改變值。
一旦在初始化過程410中計算初始用戶位置和關(guān)聯(lián)矩陣A和H(或B和S)，就開始高速率過程412和低速率過程414。類似地，一旦在初始化過程402中計算初始基準(zhǔn)位置和關(guān)聯(lián)矩陣A和H(或B和S)，就開始高速率過程422和低速率過程424。在本發(fā)明的一個實施例中，過程412和414(或過程422和424)的性能由RTX268(或RTX368)控制，RTX268(或RTX368)在初始化過程401(或402)之后啟動兩個分離的線程，以分別運行過程412和414(或過程422和424)。較高優(yōu)先級可以被給予運行高速率過程414(或424)的線程，以及較低優(yōu)先級可以被給予運行低速率過程412(或422)的線程。RTX還控制在每個線程上數(shù)據(jù)的排隊以及在線程之間數(shù)據(jù)的傳遞，如下面更詳細(xì)解釋的那樣。
低速率過程414(或424)利用位置校正過程415(或425)在每個主信號出現(xiàn)時間計算對相應(yīng)接收機(jī)位置的校正以及關(guān)聯(lián)矩陣A和H(或B和S)。圖6B說明了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的由用戶子系統(tǒng)110執(zhí)行的位置校正過程415和由基準(zhǔn)子系統(tǒng)120執(zhí)行的位置校正過程425。如圖6B所示，基準(zhǔn)子系統(tǒng)120執(zhí)行的位置校正過程425包括步驟610，在該步驟中，通過更新來自初始化過程(402)或前一位置校正過程425的載波平滑碼測量，形成載波平滑碼測量。用來計算載波平滑碼測量的原始測量可以包括基準(zhǔn)接收機(jī)310從固定基準(zhǔn)站130或者從網(wǎng)絡(luò)中心140接收的校正。如上所述，相對于每個衛(wèi)星的L1和L2頻率的載波平滑碼測量可以用來形成載波平滑碼測量的折射校正(RC)組合。
基準(zhǔn)子系統(tǒng)120執(zhí)行的位置校正過程425還包括步驟620，在該步驟中，計算在高速率過程422中最近計算的基準(zhǔn)位置的更新。，包括上面結(jié)合公式(9)至(15)所述的位置校正計算過程的類似于步驟604中的過程，可以被用來在步驟620獲得對基準(zhǔn)位置的校正以及關(guān)聯(lián)矩陣A和H(或B和S)。對基準(zhǔn)位置所計算的校正進(jìn)行排隊，以供也由基準(zhǔn)子系統(tǒng)120執(zhí)行的高速率過程422使用，如下面更詳細(xì)解釋的那樣。
基準(zhǔn)子系統(tǒng)120執(zhí)行的位置校正過程425還包括計算測量校正的步驟630。為了計算校正，對基準(zhǔn)位置的計算校正從高速率過程被添加到基準(zhǔn)位置更新，以獲得基準(zhǔn)位置的校正估計，然后使用該校正估計計算到在該計算中所涉及的衛(wèi)星101中每個的理論距離。隨后根據(jù)公式(16)和(17)計算測量校正，如上所述。計算的校正經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路112被發(fā)送給用戶子系統(tǒng)110，如圖6B所示。
為了確保低速率過程420中計算的校正僅僅緩慢變化，以便不在用戶子系統(tǒng)110上引入任何等待時間問題，非常平滑的基準(zhǔn)位置輸出是期望的。使用平滑碼測量來計算基準(zhǔn)位置校正(如上所述)有助于確?；鶞?zhǔn)位置更新是平滑的。此外，必須注意，來自一個或多個衛(wèi)星的測量的減少或增加并不造成位置的階躍變化。多個不同方法可以用來處理測量的減少或增加，以確保平滑基準(zhǔn)位置輸出。一種方法是在低速率過程424中利用Kalman濾波器，其使載波相位測量的權(quán)重明顯高于碼測量。另一種方法是當(dāng)在低速率過程424中使用最小二乘法技術(shù)時，引入朝著零驅(qū)動余項的測量偏置狀態(tài)。不允許這些偏置狀態(tài)非?？焖俚馗淖?。當(dāng)來自新衛(wèi)星的測量被引入解時，設(shè)置其偏置狀態(tài)，以使測量與從其它衛(wèi)星獲得的位置相一致。當(dāng)來自一個或多個衛(wèi)星的測量丟失時，允許偏置狀態(tài)僅僅緩慢調(diào)整。
使用由可以從John Deere and Company，U.S.A.得到的StarFire全球和廣域網(wǎng)所提供的全球或廣域差分GPS校正來校正在低速率過程424中用來計算校正的測量，將使得基準(zhǔn)解更精確并且有助于確保位置解是平滑的。使用用于基準(zhǔn)位置的RTK解甚至是可能的，這取決于來自某一其它(大概固定的)基準(zhǔn)站點130的校正。這種實施可以例如被用作一種在存在障礙物或者山的環(huán)境下擴(kuò)展站點的直線的方法?；鶞?zhǔn)接收機(jī)310可以是便攜或車載接收機(jī)，該接收機(jī)按照需要定位，以確保用戶接收機(jī)210在站點的直線中，同時它保持在固定基準(zhǔn)接收機(jī)130的站點的直線中。
美國政府所開發(fā)的廣域增強(qiáng)系統(tǒng)提供了在位置解中可能引入10厘米或更多階躍變化的校正。因而，除非用某一方法來平滑這些階躍，否則它們可能對用戶接收機(jī)上的相對導(dǎo)航或等待時間效應(yīng)具有不利影響。
如圖6B所示，用戶子系統(tǒng)執(zhí)行的位置校正過程415包括步驟640，在該步驟中，通過更新來自初始化過程401或前一位置校正過程415的載波平滑碼測量，形成載波平滑碼測量。如上所述，相對于每個衛(wèi)星的L1和L2頻率中的載波平滑碼測量可以用來形成載波平滑碼測量的折射校正(RC)組合。
用戶子系統(tǒng)110執(zhí)行的位置校正過程415還包括步驟650，在該步驟中，經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路112從基準(zhǔn)子系統(tǒng)120最近接收的對GPS測量的校正用來校正相應(yīng)GPS測量，包括在步驟640中的載波相位測量和載波平滑碼測量，以獲得相應(yīng)校正測量。由于該校正隨時間緩慢變化，因此在用戶子系統(tǒng)110上使用作為早一秒或多秒的校正對于位置校正過程415而言是可接受的。測試已經(jīng)顯示，這使位置噪聲增加了可忽略的量。因此，用戶子系統(tǒng)110不需要等待來自基準(zhǔn)子系統(tǒng)120的將要生成啟動處理它自己的GPS測量的同步校正，這意味著用戶子系統(tǒng)110上的位置更新過程410經(jīng)歷較少的等待時間，該等待時間歸因于在基準(zhǔn)子系統(tǒng)120上計算校正的延遲或者利用數(shù)據(jù)鏈路112從基準(zhǔn)子系統(tǒng)120向用戶子系統(tǒng)110傳輸校正的延遲。
如果基準(zhǔn)子系統(tǒng)120利用某種形式的導(dǎo)航，其中基準(zhǔn)位置被允許采用某一突然位置跳躍，則非標(biāo)準(zhǔn)處理過程將出現(xiàn)。例如，如果WAAS差分系統(tǒng)被用來使用規(guī)定算法來導(dǎo)航對象120A，則10厘米跳躍是普遍的。為了避免相對向量差中類似大小的位置跳躍，需要延遲用戶子系統(tǒng)110中的最小二乘法計算，直至在用戶子系統(tǒng)110上接收到來自相同信號出現(xiàn)時間的校正。這導(dǎo)致用戶接收機(jī)位置更新的輸出中增加的等待時間。
用戶子系統(tǒng)110所執(zhí)行的位置校正過程415還包括步驟660，在該步驟中，在高速率過程412中最近計算和排隊的對用戶位置更新的校正被計算。上述的類似于步驟604中的過程可以用來在步驟660中獲得對用戶位置的校正和關(guān)聯(lián)矩陣A和H(或者B和S)。對用戶位置的計算的校正進(jìn)行排隊，以供也由用戶子系統(tǒng)110執(zhí)行的高速率過程412使用，如下面更詳細(xì)解釋的那樣。
使用位置傳播過程213，通過在初始化過程之后在每個或者一系列次信號出現(xiàn)時間計算更新的用戶位置，高速率過程412及時向前傳播用戶位置。由于載波相位測量通常精確到小于1厘米，因此它們可以被用來及時向前傳播接收機(jī)位置，僅有非常小的誤差增長。如圖7所示，在高速率過程212中特定次信號出現(xiàn)時間上的位置傳播過程213包括步驟720，其中兩個連續(xù)次信號出現(xiàn)時間之間的載波相位測量的變化被計算?？梢允褂肔1載波相位測量來計算該變化，即對于所涉及的每個衛(wèi)星101ΔL=L1m-L1m-1---(18a)]]>其中ΔL表示相對于特定衛(wèi)星的載波相位測量的變化，L1m和L1m-1分別表示在特定次信號出現(xiàn)時間m上以及緊接在次信號出現(xiàn)時間m前的次信號出現(xiàn)時間m-1上相對于衛(wèi)星的L1載波相位測量?？蛇x擇地，可以使用相應(yīng)L1和L2載波相位測量的平均值來計算變化ΔLΔL=L12m-L12m-1---(18b)]]>其中L12m和L12m-1分別表示在次信號出現(xiàn)時間m和次信號出現(xiàn)時間m-1上相對于衛(wèi)星的L1和L2載波相位測量的平均值。
如果電離層折射是有關(guān)系的，則折射校正(RC)載波相位測量可以用來計算變化ΔL，即對于每個衛(wèi)星，ΔL=LRCm-LRCm-1---(18c)]]>
其中LRCm和LRCm-1分別表示在次信號出現(xiàn)時間m和次信號出現(xiàn)時間m-1上相對于衛(wèi)星的折射校正的載波相位測量。通過計算L1和L2頻率中相應(yīng)載波相位測量的線性組合，可以獲得LRCm或LRCm-1LRC=f12(f12-f22)L1-f22(f12-f22)L2≅L1-1.5457(L1-L2)---(19)]]>在大多數(shù)情況下，根據(jù)公式(19)的該電離層折射校正過程往往增強(qiáng)測量中的噪聲，因此在高速率位置傳播過程213或223期間不期望使用它。此外，忽略兩個連續(xù)次信號出現(xiàn)時間之間的時間間隔的電離層折射效應(yīng)的變化，將僅僅引入小于載波相位測量中噪聲的誤差。因此，L1載波相位測量或者L1和L2載波相位測量的平均值優(yōu)選地用于計算變化ΔL，因為它們比RC載波相位測量具有更少的噪聲。
位置傳播過程213還包括步驟730，其中在步驟720中計算的ΔL用來計算在兩個相鄰次信號出現(xiàn)時間m和m-1之間的用戶接收機(jī)位置的變化。為了使用載波相位測量的變化來計算用戶位置的變化，使用在低速率過程414中最近排隊的具有A和H矩陣的公式(13a)。如果特定次信號出現(xiàn)時間是初始化過程401之后的第一少量次信號出現(xiàn)時間之一，則使用在初始化過程中計算的A和H矩陣。更有效的是，可以使用B矩陣和公式(13b)。然而，如果使用B矩陣，則S矩陣和公式(14)也需要被用來提供一種在高速率處理期間處理信號的周跳或損失的替代方法，如在共同擁有的代理人記錄號為60877-0050的專利申請“GPS navigation using successive differences ofCarrier-phase measurements”中所述，該申請的公開被結(jié)合于在以作參考。S矩陣對用戶位置通常是非常不敏感的。因此，只有當(dāng)自最后的位置校正過程413以來用戶接收機(jī)210已經(jīng)經(jīng)過了顯著的距離，才需要對其進(jìn)行重新計算。
不論A和H或者B和S矩陣是否被使用，由于在每個主信號出現(xiàn)時間在位置校正過程415中它們被計算一次，所以它們可以被重復(fù)使用，以在具有足夠精度的次信號出現(xiàn)時間的序列中計算高速率位置更新，并由此不需要在每個次信號出現(xiàn)時間被重新計算。這大大減少了高速率過程413中的計算負(fù)荷，其中需要在每個次信號出現(xiàn)時間上重新計算以實施公式(13a)或公式(13b)和(14)的特定值僅僅是修正向量z的元素，當(dāng)使用公式(18a)、(18b)或(18c)計算時，其僅僅是相對于所涉及的衛(wèi)星101的載波相位測量的變化。
位置傳播過程213還包括步驟74O，在該步驟中，RC載波相位變化或者差ΔL被用來使用公式(13a)或公式(13b)和(14)來計算用戶接收機(jī)110的狀態(tài)變化。該狀態(tài)變化包括在次信號出現(xiàn)時間m-1中計算的用戶接收機(jī)位置 的變化 因而，在次信號出現(xiàn)時間m中用戶接收機(jī)位置 的更新可以被如下獲得X→usrm=X→usrm-1+X→---(19a)]]>其中 表示對接收機(jī)位置 的校正，它是以xyz笛卡兒坐標(biāo)并且根據(jù)以地球為中心、地球固定的坐標(biāo)系。如果 位于北、東、上坐標(biāo)系中，則位置變化 必須首先與適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)矩陣R相乘，其中R還應(yīng)當(dāng)在低速率過程414中被計算，并且進(jìn)行排隊以供高速率過程412與A和H(或B和S)矩陣一起使用。在此情況下，X→usrm=X→usrm-1+RX→---(19b)]]>其中 表示北、東和上坐標(biāo)中的位置變化，以及 和 表示笛卡兒坐標(biāo)的接收機(jī)位置更新。
在每個主信號出現(xiàn)時間中一次，通過把位置校正 添加到位置變化 上或者添加到傳播的位置 上來進(jìn)一步校正接收機(jī)位置 附加校正 在低速率過程414中被計算，并且進(jìn)行排隊以供高速率過程412使用，如上所述。 的周期性添加有助于防止在高速率更新 中的任何不準(zhǔn)確性被累積。可以響應(yīng)于低速率過程414中計算結(jié)果的最近排隊，在 的計算之前或之后進(jìn)行 的添加。此外，在每個主信號出現(xiàn)時間中一次，位置傳播過程213還包括步驟760，其中用戶位置更新 進(jìn)行排隊以供高速率過程414使用，如上所述。
位置傳播過程213還包括步驟77O，其中用戶位置更新 被輸出給分離的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或基準(zhǔn)子系統(tǒng)120，以在步驟433中計算相對用戶位置?？蛇x擇地或另外地，假設(shè)用戶子系統(tǒng)110和基準(zhǔn)子系統(tǒng)中的時鐘被同步，則在相同的次信號出現(xiàn)時間m接收基準(zhǔn)位置更新 之前，在用戶子系統(tǒng)110處可以在步驟770中計算相對用戶位置。無論在何處計算，相對位置 可以被計算為X→rm=X→usrm-X→refm---(20)]]>如上所述，位置傳播過程423在高速率過程422的相同次信號出現(xiàn)時間m中計算基準(zhǔn)位置更新 并發(fā)送給用戶子系統(tǒng)110或分離的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以用于計算相對用戶位置 如上所述，除了用涉及基準(zhǔn)接收機(jī)310的相應(yīng)部分替代涉及用戶接收機(jī)210的部分外，基準(zhǔn)子系統(tǒng)120的位置傳播過程423的性能類似于用戶子系統(tǒng)110的位置傳播過程413的性能。
如上所述，在高速率過程412中生成的用戶位置更新和在低速率過程422中生成的基準(zhǔn)位置更新被用來通過使用過程433來計算相對位置向量，如圖4B所示。如果計算所需的基準(zhǔn)位置更新可以被及時發(fā)送給用戶子系統(tǒng)110，則作為高速率過程412的一部分或者在初始化過程401之后的分離線程，過程433可以在用戶子系統(tǒng)110中被執(zhí)行。如果在高速率過程412中進(jìn)行相對位置向量的計算，則特定次信號出現(xiàn)時間的基準(zhǔn)位置更新需要在該次信號出現(xiàn)時間內(nèi)被發(fā)送給用戶子系統(tǒng)110。通過使用用于過程433的分離線程，在計算用于特定次信號出現(xiàn)時間的相對位置向量之前，用于該次信號出現(xiàn)時間的過程433可以等待用于該次信號出現(xiàn)時間的基準(zhǔn)位置更新的到達(dá)。這樣，用于次信號出現(xiàn)時間的基準(zhǔn)位置更新不需要在該次信號出現(xiàn)時間內(nèi)被發(fā)送給用戶子系統(tǒng)110，但是用于該次信號出現(xiàn)時間的過程433的結(jié)果可能不是可用的，直至若干次信號出現(xiàn)時間過后。同樣，如果計算所需的用戶位置更新可以被及時發(fā)送給基準(zhǔn)子系統(tǒng)120，則作為高速率過程422的一部分或者在初始化過程402之后的分離線程，過程433也可以在基準(zhǔn)子系統(tǒng)120中被執(zhí)行。過程433還可以在分離的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中被執(zhí)行。計算相對位置向量的唯一要求是，用戶和基準(zhǔn)接收機(jī)的位置都是可用的。
權(quán)利要求
1.一種用于參考第二對象來導(dǎo)航第一對象的方法，包括根據(jù)在第一對象處從多個衛(wèi)星接收的信號來獲得一組載波相位測量；使用在第二對象處計算的校正來校正該組載波相位測量；以及使用所校正的該組載波相位測量來確定用于第一對象的位置校正。
2.權(quán)利要求1所述的方法，還包括把位置校正添加到第一對象的計算位置上以獲得第一對象的校正位置。
3.權(quán)利要求2所述的方法，還包括使用在第一對象處從多個衛(wèi)星獲得的載波相位測量的連續(xù)變化來計算用于第一對象的位置更新。
4.權(quán)利要求3所述的方法，其中載波相位測量的變化是折射校正的。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其中確定位置校正包括求解載波相位測量中的整周模糊度。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其中第二對象是移動對象。
7.權(quán)利要求6所述的方法，還包括從第二對象接收第二對象的計算位置；以及計算在第一對象的計算位置與第二對象的計算位置之間的向量差。
8.一種基準(zhǔn)站向至少一個導(dǎo)航對象提供測量校正的方法，包括在基準(zhǔn)站處根據(jù)來自多個衛(wèi)星的信號來獲得碼和載波相位測量；形成對應(yīng)于碼和載波相位測量的載波平滑碼測量；使用載波平滑碼測量來確定基準(zhǔn)站的位置；使用基準(zhǔn)站的位置來計算在基準(zhǔn)站與多個衛(wèi)星中每個之間的理論距離；使用理論距離來計算測量校正；把測量校正發(fā)送給至少一個導(dǎo)航對象。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其中碼和載波相位測量包括由廣域或全球?qū)Ш较到y(tǒng)所提供的測量校正。
10.權(quán)利要求8所述的方法，其中載波平滑碼測量包括由廣域或全球?qū)Ш较到y(tǒng)所提供的測量校正。
11.在包括移動基準(zhǔn)站的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，一種用于相對于移動基準(zhǔn)站的位置來確定衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶的位置的方法，包括根據(jù)在移動基準(zhǔn)站處從多個衛(wèi)星接收的信號來確定移動基準(zhǔn)站的位置；基于在用戶處根據(jù)用戶從多個衛(wèi)星接收的信號而獲得的測量以及從移動基準(zhǔn)站接收的對測量的校正，確定用戶位置；以及計算在用戶的位置與移動基準(zhǔn)站的位置之間的向量差。
12.權(quán)利要求11所述的方法，其中在用戶處計算向量差。
13.權(quán)利要求11所述的方法，其中在移動基準(zhǔn)站處計算向量差。
14.權(quán)利要求11所述的方法，其中在分離的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處計算向量差，所述分離的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)從用戶接收用戶的位置以及從移動基準(zhǔn)站接收移動基準(zhǔn)站的位置。
15.權(quán)利要求11所述的方法，其中確定基準(zhǔn)站的位置包括，基于在基準(zhǔn)站處根據(jù)來自多個衛(wèi)星的信號而獲得的載波相位測量的變化，確定基準(zhǔn)站的位置的變化；16.權(quán)利要求11所述的方法，其中確定用戶的位置包括，基于在用戶處根據(jù)來自多個衛(wèi)星的信號而獲得的載波相位測量的變化，確定用戶的位置的變化。
17.一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括基準(zhǔn)子系統(tǒng)，其被配置成根據(jù)由基準(zhǔn)子系統(tǒng)從多個衛(wèi)星接收的信號來獲得第一衛(wèi)星距離測量；根據(jù)第一衛(wèi)星距離測量來確定與基準(zhǔn)子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的基準(zhǔn)位置；以及計算對第一衛(wèi)星距離測量的誤差校正，該誤差校正包括對載波相位測量的誤差校正；以及用戶子系統(tǒng)，其被配置成從基準(zhǔn)子系統(tǒng)接收誤差校正；根據(jù)由用戶子系統(tǒng)從多個衛(wèi)星接收的信號來獲得第二衛(wèi)星距離測量，該第二衛(wèi)星距離測量包括載波相位測量；使用誤差校正來調(diào)整第二衛(wèi)星距離測量；以及基于調(diào)整的第二衛(wèi)星距離測量來確定用戶位置；以及其中衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)通過對用戶位置和基準(zhǔn)位置進(jìn)行差分來確定相對位置向量。
18.一種在其中存儲計算機(jī)可讀指令的計算機(jī)可讀介質(zhì)，所述計算機(jī)可讀指令在由處理器執(zhí)行時，使處理器執(zhí)行一種用于參考第二對象來導(dǎo)航第一對象的方法，所述指令包括用于根據(jù)在第一對象處從多個衛(wèi)星接收的信號來獲得一組測量的指令；用于使用在第二對象處根據(jù)在第二對象處從多個衛(wèi)星接收的信號所計算的校正來校正該組測量的指令；以及用于使用所校正的該組測量來確定用于第一對象的位置校正的指令。
19.權(quán)利要求18所述的計算機(jī)可讀介質(zhì)，還包括用于把位置校正添加到第一對象的計算位置上以獲得第一對象的校正位置的指令。
20.權(quán)利要求19所述的計算機(jī)可讀介質(zhì)，還包括用于使用在第一對象處從多個衛(wèi)星獲得的一組載波相位測量的連續(xù)變化來計算用于第一對象的位置更新的指令。
21.一種在其中存儲計算機(jī)可讀指令的計算機(jī)可讀介質(zhì)，所述計算機(jī)可讀指令在由處理器執(zhí)行時，使處理器執(zhí)行一種基準(zhǔn)站向至少一個導(dǎo)航對象提供測量校正的方法，所述指令包括用于在基準(zhǔn)站處根據(jù)來自多個衛(wèi)星的信號來獲得碼和載波相位測量的指令；用于形成對應(yīng)于碼和載波相位測量的載波平滑碼測量的指令；用于使用載波平滑碼測量來確定基準(zhǔn)站的位置的指令；用于使用基準(zhǔn)站的位置來計算在基準(zhǔn)站與多個衛(wèi)星中每個之間的理論距離的指令；用于使用理論距離來計算測量校正的指令；用于把測量校正發(fā)送給至少一個導(dǎo)航對象的指令。
全文摘要
提供了一種確定在關(guān)聯(lián)于基準(zhǔn)站的主接收機(jī)與關(guān)聯(lián)于用戶的輔接收機(jī)之間的相對位置向量的方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)在基準(zhǔn)站處根據(jù)在基準(zhǔn)站處從多個衛(wèi)星接收的信號來確定基準(zhǔn)站的位置，在用戶處基于在用戶處獲得的測量和在基準(zhǔn)站處計算的誤差校正來確定用戶接收機(jī)的位置，以及通過對基準(zhǔn)站的位置與用戶的位置進(jìn)行差分來計算相對位置向量。
文檔編號G01S5/00GK1989419SQ200580025159
公開日2007年6月27日 申請日期2005年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月26日
發(fā)明者R·R·哈奇, R·T·夏普 申請人:納夫科姆技術(shù)公司