專利名稱：從區(qū)域、廣域或全球載波相位差分導(dǎo)航(wadgps)向本地實時動態(tài)(rtk)導(dǎo)航系統(tǒng)過渡時增 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及與使用衛(wèi)星定位和導(dǎo)航相關(guān)聯(lián)的技術(shù)，并且更具體地說，涉 及在區(qū)域、廣域或全球載波相位定位和/或?qū)Ш较到y(tǒng)中求解載波浮點模糊度。
背景技術(shù)：
全球定位系統(tǒng)(GPS)使用太空中的衛(wèi)星定位地球上的物體。利用GPS，信號 從衛(wèi)星到達(dá)GPS接收機(jī)，并用于確定GPS接收機(jī)的位置。目前，對應(yīng)于具有鎖 定GPS衛(wèi)星信號的每個相關(guān)器信道的兩種類型的GPS測量，可提供用于民用GPS 接收機(jī)。所述兩種類型的GPS測量是偽距和兩個載波信號Ll和L2的綜合載波 相位，這兩個載波信號Ll和L2分別具有頻率1.5754GHz和1.2276GHz或波長 0.1903米和0.2442米。偽距測量(或代碼測量)是所有類型的GPS接收機(jī)可進(jìn)行 的基本的GPS可觀察量。它利用調(diào)制到載波信號上的C/A或P代碼。測量記錄相 關(guān)代碼從衛(wèi)星傳播到接收機(jī)所費的視時，即根據(jù)接收機(jī)時鐘信號到達(dá)接收機(jī)的時 間減去根據(jù)衛(wèi)星時鐘信號離開衛(wèi)星的時間。載波相位測量是通過綜合信號到達(dá)接 收機(jī)時信號的重建載波而獲得。因此，載波相位測量也是如根據(jù)衛(wèi)星時鐘信號離 開衛(wèi)星的時間和根據(jù)接收機(jī)時鐘信號到達(dá)接收機(jī)的時間所確定的轉(zhuǎn)接時間差的量 度。然而，由于在接收機(jī)開始跟蹤信號的載波相位時在衛(wèi)星與接收機(jī)之間轉(zhuǎn)接中 的初始整周數(shù)通常未知，因此，轉(zhuǎn)接時間差可能有多個載波周期的誤差，即，在 載波相位測量中有整周模糊度(whole-cycle ambiguity)。
在GPS測量可用時，在GPS接收機(jī)與多個衛(wèi)星中的每一衛(wèi)星之間的距離可 通過將信號傳播時間乘以光速而計算得出。這些距離通常稱為偽距(假距離)，這 是因為接收機(jī)時鐘一般具有大的時間誤差，導(dǎo)致測量的距離有常見的偏差。作為 普通導(dǎo)航計算的一部分求出由接收機(jī)時鐘誤差引起的這種常見的偏差和接收機(jī)的位置坐標(biāo)。各種其它因素也可導(dǎo)致計算的距離中出現(xiàn)誤差或噪聲，包括星歷表誤 差、衛(wèi)星時鐘計時誤差、大氣效應(yīng)、接收機(jī)噪聲和多徑誤差。利用孤立gps導(dǎo)航， 其中具有g(shù)ps接收機(jī)的用戶獲得相對于視野中的多個衛(wèi)星的代碼和/或載波相 位距離而不咨詢?nèi)魏螀⒖颊?，用戶在減少距離中出現(xiàn)的誤差或噪聲方面極為受限。
為了消除或減少這些誤差，典型地在gps應(yīng)用中使用差分操作。差分gps (dgps)操作典型地包括基準(zhǔn)參考gps接收機(jī)、用戶(或?qū)Ш?gps接收機(jī)及在 用戶與參考接收機(jī)之間的通信鏈路。參考接收機(jī)放在巳知位置，并且該已知位置 用于生成與一些或所有上述誤差因素相關(guān)聯(lián)的校正。所述校正被提供給所述用戶 接收機(jī)，然后所述用戶接收機(jī)使用所述校正適當(dāng)?shù)匦Ｕ溆嬎愕奈恢?。所述校?的形式可以是對在參考站點確定的參考接收機(jī)位置的校正或者對特定gps衛(wèi)星時 鐘和/或軌道的校正。使用載波相位測量的差分操作經(jīng)常稱為實時動態(tài)(rtk ) 定位/導(dǎo)航操作。
差分gps(dgps)的基本概念是利用gps測量中固有的誤差的空間和時間相 關(guān)，以消除在偽距和/或載波相位測量中由這些誤差因素導(dǎo)致的噪聲因素。然而， 雖然作為在偽距或載波相位測量上的偏差出現(xiàn)的gps衛(wèi)星時鐘計時誤差在參考接 收機(jī)與用戶接收機(jī)之間優(yōu)選是相關(guān)的，但大多數(shù)其它誤差因素是不相關(guān)的，或者 在廣域應(yīng)用中，即當(dāng)在參考接收機(jī)與用戶接收機(jī)之間的距離變大時，所述相關(guān)會 消除。
為克服在廣域應(yīng)用中dgps系統(tǒng)的不準(zhǔn)確性，開發(fā)了各種區(qū)域、廣域或全球 dgps (以下稱為廣域dgps或wadgps)技術(shù)。wadgps包括與計算中心通信 的多個參考站的網(wǎng)絡(luò)?；趨⒖颊镜囊阎恢煤陀伤鼈冞M(jìn)行的測量，誤差校正在 中心被計算出。所述計算出的誤差校正隨后通過諸如衛(wèi)星、電話或無線電的通信 鏈路傳送到用戶。通過使用多個參考站，wadgps提供更準(zhǔn)確估計的所述誤差校 正。
因此，已開發(fā)多種不同的技術(shù)以使用gps載波相位測量獲得高準(zhǔn)確度的差分 導(dǎo)航。所述的rtk技術(shù)具有約1厘米的典型準(zhǔn)確度。然而為獲得該準(zhǔn)確度，必須 確定所述差分載波相位測量中的整周模糊度。當(dāng)在用戶接收機(jī)與參考接收機(jī)之間 的距離(基線距離)短時，rtk技術(shù)非常有利，因為在這種情況下可準(zhǔn)確和快速 地求解整周模糊度。另一方面，當(dāng)所述基線距離超過幾十千米時，可能無法確定 所述整周模糊度，普通的rtk準(zhǔn)確度無法實現(xiàn)。所述rtk技術(shù)的另一個限制是它 需要在參考接收機(jī)與導(dǎo)航接收機(jī)之間維持本地?zé)o線電鏈路。采用載波相位差分方法的WADGPS技術(shù)也可實現(xiàn)很高的導(dǎo)航準(zhǔn)確度。所述 WADGPS差分技術(shù)的特征還在于可靠的長距離低頻率通信鏈路或可靠的衛(wèi)星通信 鏈路。因此，校正一般可傳遞到導(dǎo)航接收機(jī)而無大的中斷。然而，所述WADGPS技 術(shù)通常將整周模糊度視為實值(非整數(shù))變量，并求出"浮點模糊度"，在獲得經(jīng)過 大的衛(wèi)星幾何變化的時間間隔的測量數(shù)據(jù)前，所述浮點模糊度的定義通常很差。 因此，在WADGPS應(yīng)用中，求出"浮點模糊度"經(jīng)常需要長達(dá)l或2小時時間間隔 以產(chǎn)生導(dǎo)航位置的少于10厘米的準(zhǔn)確度。
采用本地定位系統(tǒng)能夠也可以獲得準(zhǔn)確度定位(<lcm)。常規(guī)的本地定位系統(tǒng) 利用有源或無源元件，包括聲波和激光測距系統(tǒng)，例如，基于信號的飛行時間和/ 或多普勒頻移。聲波系統(tǒng)典型地使用地標(biāo)和/或應(yīng)答信標(biāo)來測量網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的裝置的距 離，所述裝置中的一些被固定以形成本地坐標(biāo)系。不幸地，由于聲傳播穿過空氣 的特性，聲波系統(tǒng)只能夠測量距離具有l(wèi)厘米或更高準(zhǔn)確度，并只能是相對短的 距離?；诩す獾谋镜囟ㄎ幌到y(tǒng)利用裝置與諸如棱鏡的一個或多個反射物體之間 的角度和距離的測量，以三角測量或三邊測量所述裝置的位置?；诩す獾谋镜?定位系統(tǒng)的有效的操作范圍也典型地被限制在相對短的距離(約1000-10,000米)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種用于組合使用RTK和WADGPS導(dǎo)航技術(shù)的方法，以便可通 過另一技術(shù)的優(yōu)點補(bǔ)充每個技術(shù)的弱點。WADGPS技術(shù)的主要不足之處在于導(dǎo)航 接收機(jī)花費長的經(jīng)過時間(經(jīng)常超過l小時)確定將載波相位測量轉(zhuǎn)換成準(zhǔn)確的 距離測量所需的浮點模糊度值。RTK技術(shù)的主要不足之處在于它需要在用戶GPS 接收機(jī)與參考GPS接收機(jī)之間的實時(通常為直線對傳)數(shù)據(jù)鏈路，并且整周模 糊度只可當(dāng)在參考GPS接收機(jī)與用戶GPS接收機(jī)之間的間距相對較短時確定。
通過使用根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于組合使用RTK和WADGPS導(dǎo)航技術(shù) 的方法，可消除這些各自的不足之處。該方法包括使用用戶接收機(jī)的己知位置在 WADGPS系統(tǒng)中初始化浮點模糊度值。當(dāng)用戶接收機(jī)已固定時，用戶接收機(jī)的已 知位置可以是測量的位置或從先前操作獲得的位置。當(dāng)用戶接收機(jī)在移動時，可 使用RTK系統(tǒng)獲得所述已知位置。
因此，在組合操作中，當(dāng)用于本地定位系統(tǒng)和/或RTK導(dǎo)航的通信鏈路可用時， 可使用所述本地定位系統(tǒng)和/或所述RTK系統(tǒng)獲得所述用戶接收機(jī)的位置、速度和 時間(PVT)輸出，而WADGPS系統(tǒng)在后臺運行，并且其輸出不斷被初始化以與 來自所述RTK系統(tǒng)的輸出一致。當(dāng)用于所述本地定位系統(tǒng)的通信鏈路丟失時，可使用所述RTK系統(tǒng)和/或所述WADGPS系統(tǒng)獲得所述用戶接收機(jī)的所述PVT輸 出，在所述本地定位系統(tǒng)操作的同時該系統(tǒng)已被初始化。當(dāng)用于所述RTK導(dǎo)航的 通信鏈路丟失時，或者當(dāng)用戶接收機(jī)偏離所述RTK系統(tǒng)中的參考站太遠(yuǎn)時，可使 用所述WADGPS系統(tǒng)獲得所述用戶接收機(jī)的所述PVT輸出，在所述RTK操作的 同時該系統(tǒng)己被初始化。初始化避免了當(dāng)用戶GPS接收機(jī)的位置未知時求出浮點 模糊度值所需的一般15分鐘到2個小時的"捕捉(Pull-in)"時間。這在本地定位系 統(tǒng)和/或RTK系統(tǒng)不可用或不準(zhǔn)確時從WADGPS系統(tǒng)提供了很準(zhǔn)確的PVT解，并 且使WADGPS技術(shù)對實時高準(zhǔn)確度定位和導(dǎo)航用途更實用。


圖l是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的WADGPS系統(tǒng)、本地定位系統(tǒng)和本地RTK 系統(tǒng)的組合的方框圖2是藕合到用戶GPS接收機(jī)的計算機(jī)系統(tǒng)方框圖3A是表示用于組合使用WADGPS系統(tǒng)、本地RTK系統(tǒng)和/或本地定位系 統(tǒng)的方法的流程圖3B是表示用于使用本地RTK系統(tǒng)更新接收機(jī)位置的方法的流程圖4A是表示使用WADGPS系統(tǒng)和本地RTK系統(tǒng)兩者的組合操作的進(jìn)程流 的流程圖4 B是表示使用本地定位系統(tǒng)、本地RTK系統(tǒng)和/或WADGPS系統(tǒng)的進(jìn)程 流的流程圖4C是表示使用具有本地定位系統(tǒng)和/或本地RTK系統(tǒng)的WADGPS系統(tǒng)的 進(jìn)程流的流程圖5是表示可使用組合操作的情況的圖。
具體實施方案
圖l表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的廣域或全球差分GPS (WADGPS)系統(tǒng) 100。如圖1所示，WADGPS系統(tǒng)100包括參考站120的網(wǎng)絡(luò)和一個或多個處理中 心105，每個參考站具有GPS接收機(jī)122。參考站120不斷將原始GPS可觀察量 提供到中心105進(jìn)行處理。這些可觀察量包括GPS代碼和載波相位測量、星歷表 及在參考站120根據(jù)從多個衛(wèi)星IIO接收的信號獲得的其它信息。對于廣域DGPS系統(tǒng)，參考站120位于跨諸如大陸的廣域101的已知位置，或?qū)τ谌駾GPS網(wǎng) 絡(luò)，參考站120位于跨全球的已知位置。中心105是處理GPS可觀察量和計算 DGPS校正的設(shè)施。如果提供了多個獨立的中心，則優(yōu)選是它們在地理上分開且 平行操作。
所述WADGPS系統(tǒng)100可由一個或多個用戶(或用戶裝置或物體)140利用， 每個用戶具有用于定位和/或?qū)Ш接猛镜挠脩鬐PS接收機(jī)142。在本發(fā)明的一個 實施例中，用戶140通過RTK無線電鏈路與附近的參考站120相關(guān)聯(lián)，使得用戶 接收機(jī)142和附近的參考站120形成本地RTK系統(tǒng)150。在一些實施例中，所述 用戶140也可以與具有一個或多個地標(biāo)176的本地定位系統(tǒng)174相關(guān)聯(lián)。所述一 個或多個地標(biāo)176可以是有源的或無源的。每一所述一個或多個地標(biāo)176可以具 有GPS接收機(jī)122。
系統(tǒng)IOO還包括常規(guī)數(shù)據(jù)鏈路(未表示)，用于為將GPS可觀察量從參考站 120發(fā)送到中心105并且為將計算得出的校正從中心105廣播到參考站120和用戶 140提供可靠的傳輸機(jī)制。大陸WADGPS系統(tǒng)通常具有大約3-10個參考接收機(jī)， 而全球WADGPS系統(tǒng)通常具有大約20-100個參考接收機(jī)，以將數(shù)據(jù)反饋至所述 中心105 。在本發(fā)明的一個實施例中，所述GPS可觀察量從參考站120經(jīng)因特網(wǎng) 發(fā)送到中心105，并且也經(jīng)因特網(wǎng)將計算出的校正從所述中心發(fā)送到一個或多個地 面站(未表示)以上行傳輸?shù)揭粋€或多個衛(wèi)星(未表示)，然后，衛(wèi)呈廣播計算出 的校正以由參考站120和用戶接收機(jī)142接收。
在本發(fā)明的一個實施例中，用戶或物體140還配有耦合到用戶GPS接收機(jī)142 的計算機(jī)系統(tǒng)144。如圖2所示，計算機(jī)系統(tǒng)144包括中央處理器(CPU)146、存 儲器148、 一個或多個輸入端口 154、 一個或多個輔助接收機(jī)155、 一個或多個輸 出端口 156及(任選地)用戶接口 158，通過一個或多個通信總線152彼此藕合。 所述存儲器148可包括高速隨機(jī)存取存儲器，并可包括非易失性海量儲存器，諸 如一個或多個磁盤存儲裝置或閃存裝置。
存儲器148優(yōu)選存儲操作系統(tǒng)162、 GPS應(yīng)用程序164和數(shù)據(jù)庫170。如下面 更詳細(xì)描述的一樣，GPS應(yīng)用程序164可包括用于執(zhí)行用于組合使用本地定位系 統(tǒng)174、本地RTK系統(tǒng)150禾[l/或WADGPS系統(tǒng)160的方法300的程序166。存儲 在存儲器148中的操作系統(tǒng)162和應(yīng)用程序164用于由計算機(jī)系統(tǒng)144的CPU146 執(zhí)行。存儲器148優(yōu)選還存儲在GPS應(yīng)用程序164執(zhí)行期間使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包 括GPS偽距和載波相位測量168、從所述中心接收的GPS校正172及在本文檔中 論述的其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。輸入端口 154用于接收來自GPS接收機(jī)142的數(shù)據(jù)，至少一個輔助接收機(jī)155 用于經(jīng)無線電鏈路124接收來自本地定位系統(tǒng)174或本地RTK系統(tǒng)150中的參考 站或地標(biāo)120的信息，以及用于經(jīng)衛(wèi)星鏈路107接收來自中心105的GPS校正和 其它信息。輸出端口 156用于經(jīng)無線電鏈路124或聲波或激光裝置(未示出)將 數(shù)據(jù)輸出到參考站或地標(biāo)120。在本發(fā)明的一個實施例中，計算機(jī)系統(tǒng)144的 CPU146和存儲器148與GPS接收機(jī)142集成位于單個外殼內(nèi)的單個裝置，如圖2 所示。然而，此集成不是執(zhí)行本發(fā)明的方法所必需的。
因此，用戶或物體140可同時或在不同時間參與三種不同的操作模式。用戶 或物體140可在WADGPS模式操作，在該模式中，用戶或物體140使用WADGPS 系統(tǒng)100為自身定位或?qū)Ш?，可在RTK模式操作，在該模式中，用戶或物體140 使用本地RTK系統(tǒng)150為自身定位或?qū)Ш?，?或可在本地定位模式操作，在該模 式中，用戶或物體140使用本地定位系統(tǒng)174為自身定位或?qū)Ш?。?dāng)用戶或物體 140接近與其相關(guān)聯(lián)的一個或多個地標(biāo)176并且在所述用戶或物體140與所述一個 或多個地標(biāo)176之間的無線電鏈路可維持時，所述用戶可使用所述一個或多個地 標(biāo)176確定自身相對所述一個或多個地標(biāo)176的位置。當(dāng)所述用戶或物體140接 近與其相關(guān)聯(lián)的參考站120并且在所述用戶或物體140與所述參考站120之間的 無線電鏈路可維持時，所述用戶可使用本地RTK系統(tǒng)150確定自身相對于所述參 考站120的位置。所述本地定位系統(tǒng)174和本地RTK系統(tǒng)150比WADGPS系統(tǒng) 100更有利，這表現(xiàn)在它更準(zhǔn)確并且所述整周整數(shù)模糊度可被迅速求解，如下所述。
使用本地RTK系統(tǒng)150，當(dāng)相對于在參考GPS接收機(jī)122和相關(guān)聯(lián)用戶GPS 接收機(jī)142的視野中的"個衛(wèi)星110進(jìn)行測量時，測量可用于根據(jù)以下陣列格式 的方程式求出用戶或物體140的位置
其中，vcd=[v^ v么…v么:r是由相對于"個衛(wèi)星uo中每個衛(wèi)星的差分載
波相位測量形成的載波相位測量向量；N = t w2 w";r是由與載波相位測
量向量中每個差分載波相r位測量相關(guān)聯(lián)的差分整數(shù)模糊度形成的整數(shù)模糊度向
M;H = [h' h2 h ;f是由從用戶或物體140到"個衛(wèi)星110的單位向量形成
的測量靈敏度矩陣；x是實未知狀態(tài)向量(或?qū)嵪蛄?，包括本地RTK系統(tǒng)150中 從參考站120到用戶或物體140的位置向量；以及 =、 f是由相 對于"個衛(wèi)星IIO中每個衛(wèi)星的差分載波相位噪聲形成的測量噪聲向量(或相位 距離殘差向量)。要使用方程式(1)求出實向量x，需要求解整數(shù)模糊度向量N。已開發(fā)許多 不同的方法來求解在整數(shù)模糊度向量N中包括的整數(shù)模糊度值，并且這些方法一 般使用搜索進(jìn)程來查找滿足某些標(biāo)準(zhǔn)的整數(shù)模糊度值組合，如測量殘差向量A巾的 最小范數(shù)，
△。 =， + 一-Hi
(2)
其中，A。是對應(yīng)于包括整數(shù)模糊度值組合的候選整數(shù)模糊度向量N的相位距離殘 差向量，并且交是方程式(1)的最小二乘解，
"[H'H]-'H'(V①+ N);i
(3)
或者，
i = [H7RH] 1 H'R '(V①+ N)義
(4)
其中
0

(5)
是由(7,形成的測量協(xié)方差矩陣，O",是使用常規(guī)方法計算得出的差分載波相位噪聲
的標(biāo)準(zhǔn)偏差。在"GPS相位和代碼觀察的精度、互相關(guān)和時間相關(guān)"(by Peter Bona, GPS Solutions, Vol. 4, No. 2， Fall 2000， p. 3-13 )或"用于低成本慣性導(dǎo)航的緊密集成姿態(tài) 確定方法只又天線GPS禾口 GPS磁力計，，(by Yang, Y.， Ph.D. Dissertation, Dept. of Electrical Engineering, University of CaLlfornia, Riverside, CA June 2001 )中可找至'J用于計算cr,的方 法的例子，這兩篇文章均通過引用結(jié)合于本文中。
在通過引用結(jié)合于本文的"瞬時模糊度求解"("Instantaneous Ambiguity Resolution ",by Hatch, R., in the Proceedings of the KIS Symposium 1990， Banff, Canada)中禾O在也通過 引用結(jié)合于本文的專利申請序號為10/338,264的共同擁有的專利申請"用于實時 動態(tài)觀察和導(dǎo)航的快速模糊度求解"("Fast Ambiguity Resolution for Real Time Kinematic Survey and Navigation ")中，可找到搜索方法的其它例子。
利用求解的整數(shù)模糊度，用戶接收機(jī)142的位置、速度和時間(PVT)可作為 本地RTK系統(tǒng)150的解來準(zhǔn)確地計算。使用本地定位系統(tǒng)174，用戶接收機(jī)142的位置、速度、時間(PVT)可作為 所述本地定位系統(tǒng)174的解準(zhǔn)確地計算。例如，利用信號的飛行時間和/或多普勒 頻移可以確定相對一個或多個地標(biāo)的距離和角度信息。在2005年4月11 n提交 的公布號2005-0270228、名稱為"用于本地定位的改進(jìn)的雷達(dá)系統(tǒng)"的美國專利 申請中提供進(jìn)一步說明了確定距離和角度信息，所述專利申請的內(nèi)容通過引用結(jié) 合于本文中。此外，使用本地RTK系統(tǒng)150，當(dāng)相對于在所述一個或多個地標(biāo)176 的一個或多個中的GPS接收機(jī)120和相關(guān)聯(lián)用戶GPS接收機(jī)142的視野中的"個 衛(wèi)星110進(jìn)行測量時，所述測量可用于根據(jù)前面的方程式求出用戶或物體140的 位置。
盡管它們有許多優(yōu)勢，但由于用戶可能移到離所述一個或多個地標(biāo)176和/或 所述參考站120太遠(yuǎn)的位置或者在所述一個或多個地標(biāo)176和/或所述參考站120 的范圍外，使得在用戶或物體140與所述地標(biāo)和/或所述參考站之間的通信鏈路和/ 或無線電鏈路124無法維持，因此，本地定位系統(tǒng)174和/或本地RTK系統(tǒng)150 可能對用戶或物體140不可用。在這些情況下，無法通過將在用戶或物體140的 測量與在所述地標(biāo)176和/或所述參考站120的測量之間的差異考慮在內(nèi)而滿意地 消除電離層引起的誤差。此誤差影響上述搜索整數(shù)模糊度向量的進(jìn)程，這是因為 它會導(dǎo)致在測量殘差向量A巾中包括的測量殘差增大。
因此，在本地定位系統(tǒng)174和本地RTK系統(tǒng)150由于在用戶GPS接收機(jī)與 所述地標(biāo)和參考站之間的大間隔而不可用或失去其準(zhǔn)確度的情況下，用戶可能需 要在WADGPS模式操作，在該模式使用不同的方案來求解整數(shù)模糊度。使用 WADGPS系統(tǒng)IOO，每個整周模糊度被估計為實值(非整數(shù))變量。此實踐經(jīng)常 稱為確定"浮點模糊度"值。一個用于確定"浮點模糊度"值的方法涉及基于在用戶或 物體140進(jìn)行的原始GPS測量形成折射校正的代碼和載波相位測量、將載波相位 測量換算成與代碼測量相同的單位以及從對應(yīng)的代碼測量減去每個換算的載波相 位測量以獲得偏移值。在本發(fā)明的一個實施例中，標(biāo)明為PRc的折射校正的代碼測 量形成如下
<formula>formula see original document page 12</formula>
其中，A和&是在特殊測量時期分別在0和L2頻率力和力上的原始偽距代碼
測量。標(biāo)明為"c的折射校正的載波相位測量以類似的方式形成如下<formula>formula see original document page 13</formula>
其中，^和&是分別按L1和L2信號的波長換算的載波相位測量，并且每個包括 已添加的近似整周模糊度值，以使換算后的載波相位測量接近與對應(yīng)的代碼測量 相同的值。因此，
<formula>formula see original document page 13</formula> (9)
其中，^和w是在同一測量時期分別在Ll和L2頻率上的原始載波相位測量，并 且A^和W,的整周值已在載波相位跟蹤開始時由用戶或物體140初始化，以提供在 對應(yīng)代碼測量的一個載波波長內(nèi)的值，以使在換算后的載波相位測量和對應(yīng)的代 碼測量之間保持小的差異。從方程式(7)的形式可注意到折射校正的載波相位測 量包括具有由力與《之和(大約為2.803GHz)確定的波長義的整周模糊度，因此， 義大約為0.1070米(即，c/(力+力)。
由于根據(jù)方程式(6) - (9)，己從代碼和載波相位測量兩者中消除電離層效應(yīng)， 并且有關(guān)偽距和載波相位測量的衛(wèi)星時鐘和軌道誤差的效應(yīng)是相同的，因此，在 步驟310中獲得的尸，和丄，的值應(yīng)幾乎相同，除與載波相位測量相關(guān)聯(lián)的可能的 整周模糊度和在代碼測量中更高的多徑噪聲以外。這通過平滑一系列測量時期在 折射校正的代碼測量與折射校正的載波相位測量之間的偏移(O = /V-Z^)，使偏移 變?yōu)?浮點模糊度"的更加準(zhǔn)確的估計，從而允許在&c中整周模糊度的求解。通過 使用后置(post-foc)測量殘差，還可進(jìn)一步調(diào)整平滑的偏移值，以提供附加的載波相 位測量調(diào)整，使得調(diào)整后的測量殘差接近零。
在本發(fā)明的一個實施例中，通過取如下的偏移的擴(kuò)展平均值而平滑所述偏移 0, =0,._,+(P;.C-4-0,4 )/〃， (10)
其中，！'=1,2,3,...，用于標(biāo)明測量時期，并且w值是置信值，在Q變?yōu)楦↑c模糊度 值的更準(zhǔn)確估計時增大。在本發(fā)明的一個實施例中，；7等于^直至達(dá)到最大平均 值。例如，如果載波相位測量假設(shè)為只具有代碼測量噪聲的1 / 100 ，貝'j、"的值 會限于小于IOO的平方或10000。方程式(9因此可以遞歸計算，直至達(dá)到浮點 模糊度值的預(yù)定準(zhǔn)確度。借助于平滑的偏移通過將當(dāng)前測量時期的折射校正的載波相位測量加上 平滑的偏移，可獲得平滑的折射校正的代碼測量S ，以使
(11)
其具有載波相位測量的準(zhǔn)確度，而無相關(guān)聯(lián)的模糊度。
對在用戶GPS接收機(jī)142的視野中的多個衛(wèi)星中的每一衛(wèi)星執(zhí)行如結(jié)合方程 式(6) - (11)描述的以上過程。利用可用于在用戶GPS接收機(jī)142的視野中的 多個衛(wèi)星中的每一衛(wèi)星的平滑的折射校正的代碼測量，可獲得到這些衛(wèi)星的偽距。 這些偽距通過從中心105接收的WADGPS校正進(jìn)行調(diào)整，并且在加權(quán)最小二乘定 位中用于計算狀態(tài)向量x。這樣，用戶GPS接收機(jī)142的位置、速度和時間(PVT ) 可作為用戶GPS接收機(jī)142的PVT的WADGPS解來計算。
在通過引用結(jié)合于本文的"代碼和載波測量的協(xié)同作用"(by Hatch, R. mthe Proceedings of the Third International Geodetic Symposium on Satellite Doppler Positioning, DMA, NOS, Las Cruces， N.M., New Mexico State University, Vol. II, pp. 1213-1232)中以及在也通過 引用結(jié)合于本文中的美國公布號US-2005-0024263的共同擁有的專利申請"用于生 成廣域或全球差分GPS系統(tǒng)的時鐘校正的方法"中，可找到獲得平滑的、折射校 正的偏移的方法的其它例子。
也可能將"浮點模糊度"值作為在最小二乘或Kalman濾波解中單獨的狀態(tài)來求 出。當(dāng)模糊度被作為狀態(tài)包括時，每個浮點模糊度值的估計值根據(jù)方差進(jìn)行調(diào)整， 以使它在系統(tǒng)幾何由于衛(wèi)星運動而更改時變得更加準(zhǔn)確。因此，此技術(shù)還隨時間 進(jìn)展而產(chǎn)生更加準(zhǔn)確的估計。參閱PatnckH. C. Hwang的題為"用于差分定位的動態(tài) GPS :求解變化的整數(shù)模糊度"(mMm'gato" Vol. 38, No. 1, Spring 1991)的論文，該論 文通過引用結(jié)合于本文。
上述技術(shù)有許多種組合和變化可用于佑計"浮點模糊度"值。然而，它們?nèi)可?及在很大的時間間隔內(nèi)處理數(shù)據(jù)。在可以確信"浮點模糊度"足夠準(zhǔn)確、可在用戶 140的導(dǎo)航位置中產(chǎn)生小于IO厘米準(zhǔn)確度前，此時間間隔經(jīng)常可長達(dá)一或二小時。 要縮短用于獲得"浮點模糊度"值的時間間隔，可使用用戶GPS接收機(jī)142的已知 位置按如下所述初始化WADGPS系統(tǒng)。
圖3A表示用于初始化WADGPS系統(tǒng)100的方法300。如圖3所示，方法300 包括步驟310，在該歩驟中確定用戶是否固定在一已知位置。這可根據(jù)用戶輸入或 經(jīng)允許計算機(jī)114確定用戶接收機(jī)142是否已固定的某一常規(guī)機(jī)制而實現(xiàn)。如果用戶接收機(jī)142已固定并且用戶接收機(jī)142的位置已被準(zhǔn)確獲悉，則該位置可用 于計算浮點模糊度值而無需把本地定位系統(tǒng)174和/或本地RTK系統(tǒng)150的幫助， 如下文的詳細(xì)描述。用戶GPS接收機(jī)142的測量位置可用作已知位置，或者在一 些環(huán)境中，可能只是由于用戶接收機(jī)142已是固定的并且用戶位置在先前操作期 間已經(jīng)確定，因而位置已知。
響應(yīng)于用戶固定在已知位置的確定，方法300進(jìn)行到歩驟320 ,在該步驟中將 用戶接收機(jī)位置設(shè)為已知位置。否則，方法300進(jìn)行到步驟330，在該歩驟中啟用 本地定位系統(tǒng)174和/或本地RTK系統(tǒng)150以使用上述方法來自動更新用戶位置。
方法300還包括歩驟340，在該步驟中，用戶接收機(jī)位置無論是在歩驟320或 步驟330中確定，均用于計算到衛(wèi)星110的一組理論距離。這可涉及到基于來自 WADGPS系統(tǒng)100的廣播星歷表計算衛(wèi)星110的位置和根據(jù)由WADGPS系統(tǒng)100 廣播的軌道校正調(diào)整那些位置。假設(shè)在笛卡爾(Cartesian)坐標(biāo)中的用戶接收機(jī)位 置和衛(wèi)星位置，從用戶140到每個衛(wèi)星110的理論距離可計算如下
fe -A) +fe -力+fe (11)
其中，下標(biāo)s標(biāo)明衛(wèi)星坐標(biāo)，并且下標(biāo)"標(biāo)明用戶或物體接收機(jī)坐標(biāo)。
方法300還包括歩驟350，在該步驟中，通過從計算的理論距離減去相對于同 一衛(wèi)星從折射校正的載波相位測量獲得的距離而計算得出對應(yīng)于每個衛(wèi)星的初始 浮點模糊度值"，因此，
a = r —丄()
w , l (12)
其中，"^表示在開始測量時期根據(jù)方程式(7)計算的折射校正的載波相位測量。
方法300還包括歩驟360，在該歩驟中，通過將初始浮點模糊度值加上在隨后 測量時期的對應(yīng)的折射校正的載波相位測量，即
丄wr = 、r + a ，
并且通過將浮點模糊度值視為眾所周知，使得置信度設(shè)為高(或方差設(shè)為低)，從
而求解浮點模糊度值。實際上步驟360通過在用于確定浮點模糊度值的進(jìn)程中使 用小的增益值調(diào)整浮點模糊度值來完成。例如，如果通過根據(jù)方程式(9)平滑在 折射校正的代碼測量與折射校正的載波相位測量之間的偏移來確定浮點模糊度值，則小的增益意味著如同在計算浮點模糊度值時已使用大量偏移值處理浮點模 糊度值，因此，(大的數(shù)字)。如果模糊度值在Kalman濾波進(jìn)程中確定，則 通過將模糊度狀態(tài)的方差設(shè)為小的值而實現(xiàn)小的增益。
因此，通過使用固定用戶接收機(jī)142的已知位置，或者通過使用本地定位系 統(tǒng)174和/或本地RTK系統(tǒng)150來初始化浮點模糊度值，避免了在用戶接收機(jī)位置 未知時求出浮點模糊度值所需的一般十五分鐘到二小時的"捕捉"時間。這可大大加 快WADGPS系統(tǒng)100中用于求解載波相位模糊度的進(jìn)程，使WADGPS系統(tǒng)100 更適用于實時定位和/或?qū)Ш接猛尽?br> 為了在方法300中使用本地定位系統(tǒng)174和/或本地RTK系統(tǒng)150來更新用戶 接收機(jī)位置，則本地定位系統(tǒng)174中的一個或多個地標(biāo)176的位置和/或本地RTK 系統(tǒng)150中的參考站120的位置可在WADGPS系統(tǒng)100中準(zhǔn)確確定。可以在相對 意義上使用常規(guī)本地定位系統(tǒng)或本地RTK系統(tǒng)，這表示用戶接收機(jī)142的位置可 相對于所述一個或多個地標(biāo)和/或參考接收機(jī)確定。這樣，即使所述一個或多個地 標(biāo)和/或參考接收機(jī)的坐標(biāo)可能或可能不特別準(zhǔn)確，并且除普通GPS數(shù)據(jù)外的坐標(biāo) 數(shù)據(jù)用于定位所述地標(biāo)和/或所述參考站，也可獲得用戶GPS接收機(jī)142的準(zhǔn)確 相對位置。然而，對于本地定位系統(tǒng)174、本地RTK系統(tǒng)150和/或WADGPS系 統(tǒng)100的組合使用，需要確定本地定位系統(tǒng)174中的一個或多個地標(biāo)176和RTK 系統(tǒng)150中的參考接收機(jī)120的絕對位置。如果將不正確的位置用于本地定位系 統(tǒng)174中的一個或多個地標(biāo)176或本地RTK系統(tǒng)150中的參考站120，則它將導(dǎo) 致如上所述計算的浮點模糊度值不正確。當(dāng)在隨后的WADGPS處理期間浮點模糊 度值緩慢調(diào)整到正確值時，這將導(dǎo)致計算的用戶接收機(jī)142的位置緩慢漂移。
在本發(fā)明的一個實施例中，為了增加可靠性，本地定位系統(tǒng)174中的一個或 多個地標(biāo)176的平均位置和/或RTK系統(tǒng)150中的參考站120的平均位置基于來自 WADGPS系統(tǒng)100的數(shù)小時的定位數(shù)據(jù)來確定。在一個替代的實施例中，在所述 一個或多個地標(biāo)176和/或參考站120的計算機(jī)系統(tǒng)接受其位置的操作員輸入值， 并將該位置提供給用戶140。這允許使用參考站的該位置立即開始相對本地定位和 /或RTK定位。同時，所述一個或多個地標(biāo)176和/或參考站120的更準(zhǔn)確位置由 WADGSP系統(tǒng)100確定，并傳送給所述一個或多個地標(biāo)176和/或參考站120。此 更準(zhǔn)確的位置或操作員輸入位置與由WADGPS系統(tǒng)100確定的所述一個或多個地 標(biāo)176和/或參考站120的更準(zhǔn)確位置之間的偏移可以隨后以較低的速率傳送到用 戶140。
圖3B更詳細(xì)地表示方法300中的步驟330，在該步驟中，使用本地定位系統(tǒng)174和/或本地RTK系統(tǒng)150來更新用戶位置。如圖3B所示，歩驟330包括子步 驟331和子歩驟333;在子步驟331中，用戶或物體140接收本地定位系統(tǒng)174和 /或本地RTK系統(tǒng)150中的參考站120的操作員輸入位置；在子歩驟333中，用 戶或物體140執(zhí)行本地定位和/或本地RTK操作以確定相對于所述一個或多個地標(biāo) 176和/或所述參考站120位置的其自身位置。步驟330還包括子歩驟335，在該歩 驟中，用戶或物體140接收由WADGPS系統(tǒng)100確定的所述參考站120的更準(zhǔn)確 位置或在參考站120的操作員輸入位置與由WADGPS系統(tǒng)100確定的參考站120 的更準(zhǔn)確位置之間的偏移。步驟330還包括子步驟337，在該步驟中，用戶或物體 140使用所述地標(biāo)和/或所述參考站的用戶輸入位置或由WADGPS系統(tǒng)100確定的 一個或多個地標(biāo)176和/或參考站120的位置(如果可用)，計算用戶GPS接收機(jī) 142在笛卡爾坐標(biāo)中的絕對位置。
通過使用方法300可獲益的一個例子是定位火車。當(dāng)火車通過隧道時，本地 定位系統(tǒng)鏈路、本地RTK鏈路和全球WADGPS鏈路均會丟失。這種情況下，當(dāng) 火車穿出隧道時，可建立本地定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路和/或RTK數(shù)據(jù)鏈路以初始化 WADGPS浮點模糊度值。這會避免另外確定正確浮點模糊度值所需的長數(shù)據(jù)間隔。
通過使用方法300可獲益的另一例子是定位起飛后的飛機(jī)。這種情況下，在 飛機(jī)準(zhǔn)備起飛的機(jī)場的本地定位系統(tǒng)和/或本地RTK系統(tǒng)可用于在起飛之前或期 間初始化WADGPS模糊度。
因此，包括用戶GPS接收機(jī)142和藕合至所述用戶GPS接收機(jī)142的計算機(jī) 系統(tǒng)144的用戶或物體140可在本地定位模式、RTK模式和/或WADGPS模式兩 者中操作。由于如上所述用于本地定位系統(tǒng)174和本地RTK系統(tǒng)150的搜索進(jìn)程 比WADGPS系統(tǒng)100中用于求解整數(shù)模糊度值的平滑方法花費的時間少得多，因 此，本地定位系統(tǒng)174和本地RTK系統(tǒng)150比WADGPS系統(tǒng)更有利。在搜索進(jìn) 程中，不需要代碼測量的平滑或者執(zhí)行持續(xù)時間短得多的代碼測量的平滑，不是 直接確定整周模糊度，而是在整數(shù)模糊度值的初始集合中提供降低的不確定性， 使得隨后的搜索進(jìn)程可受到更緊密的約束。為此，只要幾秒的數(shù)據(jù)便足以獲得模 糊度值的初始集合。
然而，只在用戶GPS接收機(jī)142與本地定位系統(tǒng)174中的一個或多個地標(biāo)176 和/或本地RTK系統(tǒng)150中的參考站120之間的通信鏈路可維持，并且用戶或物體 140未偏離本地定位系統(tǒng)174中的一個或多個地標(biāo)176和/或本地RTK系統(tǒng)150中 的參考站120太遠(yuǎn)的情況下，本地定位系統(tǒng)174和/或本地RTK系統(tǒng)150才可用。 當(dāng)這些條件未滿足時，即，當(dāng)本地定位系統(tǒng)174和/或本地RTK系統(tǒng)150不可用或不準(zhǔn)確時，通過使用由本地定位系統(tǒng)174和/或本地RTK系統(tǒng)150中最后確定的用 戶接收機(jī)位置來初始化WADGPS系統(tǒng)，用戶可求助于WADGPS系統(tǒng)100進(jìn)行導(dǎo) 航，從而避免獲得"浮點模糊度"值的長"捕捉(pull-in)"時間。
圖4A表示由用戶計算機(jī)系統(tǒng)144執(zhí)行的組合本地定位、RTK和WADGPS操 作的進(jìn)程流400。該進(jìn)程流包括歩驟440、 450和460。如圖4A中所示，在本地定 位校正可用時，用戶140在本地定位模式操作，而在RTK校正可用時，用戶140 在RTK模式操作。用戶140接收本地定位系統(tǒng)174和/或本地RTK系統(tǒng)150中的 地標(biāo)/參考站120的位置401，并執(zhí)行步驟440，在該步驟440中，用戶接收機(jī)的 PVT使用從本地定位系統(tǒng)174中的地標(biāo)176和/或本地RTK系統(tǒng)150中的參考接收 機(jī)120接收的本地定位/RTK校正410來確定。在執(zhí)行步驟440期間，用戶140可 繼續(xù)從中心105接收WADGPS校正420，以便WADGPS解可在后臺生成。用戶 140還可從中心105以較低的速率接收本地定位系統(tǒng)174中的地標(biāo)176和/或本地 RTK系統(tǒng)150中的參考站120的更新位置430。通過使用所述地標(biāo)176和/或參考 站120的更新位置和用戶接收機(jī)位置的本地定位/RTK解，可根據(jù)上述的方法300 在后臺持續(xù)初始化WADGPS解以與所述本地定位/RTK解一致。
當(dāng)所述本地定位和RTK校正丟失時，用戶140切換到WADGPS操作模式并 執(zhí)行歩驟450，在該歩驟450中，用戶140在本地定位/RTK校正變得不可用之前 立即使用在所述本地定位和/或RTK操作模式中確定的用戶接收機(jī)位置，以根據(jù)上 述方法300初始化用于WADGPS操作模式的浮點模糊度值。這樣，可確定"浮點 模糊度"值而沒有長的"捕捉"時間。在執(zhí)行歩驟450期間，用戶140繼續(xù)從中心105 接收WADGPS校正420。用戶140還可從中心105以較低的速率接收本地定位系 統(tǒng)174中的一個或多個地標(biāo)176和/或本地RTK系統(tǒng)150中的參考站120的更新位 置430。參考站坐標(biāo)用于將WADGPS模式中生成的用戶接收機(jī)位置變換成相對于 所述一個或多個地標(biāo)176和/或本地參考接收機(jī)120的位置。這樣，由用戶計算機(jī) 系統(tǒng)144生成的PVT結(jié)果將在這兩種不同的操作模式之間無縫過渡。
當(dāng)所述本地定位和/或RTK校正再次可用時，用戶在歩驟460恢復(fù)本地定位和 /或RTK操作，這類似于歩驟440中的所述本地定位和/或RTK操作。
圖4B是表示使用本地定位系統(tǒng)、本地RTK系統(tǒng)和/或WADGPS系統(tǒng)的進(jìn)程 流470的流程圖。如果可用，則用戶的位置可根據(jù)來自本地定位系統(tǒng)(480)的信 息確定。如果可用，則用戶的位置可根據(jù)來自RTK系統(tǒng)(482)的信息確定。如 果可用，則用戶的位置可根據(jù)來自WADGPS系統(tǒng)(484)的信息確定。載波相位 測量中的浮點模糊度值可被初始化(486)。所述進(jìn)程流470可以包括更少或附加的操作。兩個或更多個操作可以合并，并且至少一個操作的位置可以改變。
雖然基于接收自本地定位或本地RTK系統(tǒng)(例如來自本地參考站)的校正信 號的導(dǎo)航典型地比基于接收自WADGPS系統(tǒng)的信息的導(dǎo)航更準(zhǔn)確，但是多徑信號 可能不利地影響本地定位或本地RTK系統(tǒng)中參考站產(chǎn)生和傳輸?shù)男Ｕ畔⒌臏?zhǔn)確 度。因此，如果本地定位或本地RTK參考站產(chǎn)生的校正信息已被降級(通過多徑 信號或其它方式)超過一閾值量，則它將需要檢測狀態(tài)并基于來自WADGPS系統(tǒng) 的信息導(dǎo)航物體或用戶。下面參考圖4C描述的進(jìn)程通過在接收自本地定位或本地 RTK參考站的校正信號不準(zhǔn)確時進(jìn)行檢測，增加了多模式導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性。當(dāng) 狀態(tài)被檢測時，所述物體或用戶的導(dǎo)航是基于接收自WADGPS系統(tǒng)的信息。如果 接收自本地定位或本地RTK參考站的所述校正信號的準(zhǔn)確度此后得到改善，則所 述進(jìn)程可以過渡到使用接收自本地定位或本地RTK系統(tǒng)的校正信息導(dǎo)航。
圖4C是表示用于在從WADGPS系統(tǒng)過渡到本地定位/本地RTK系統(tǒng)時增加 定位信息的可靠性的進(jìn)程流490的流程圖。如果可用，則可根據(jù)接收自WADGPS 系統(tǒng)(492)的信息確定物體或用戶的一位置。使用所述WADGPS系統(tǒng)的所述物體或 用戶的導(dǎo)航可以繼續(xù)，直到與所述本地定位或本地RTK系統(tǒng)的參考站的通信被建 立(或重新建立)。如果可用，則用戶的位置校正信息可以接收自本地定位或本地 RTK系統(tǒng)(494)，并且可以根據(jù)接收自本地定位或本地RTK系統(tǒng)的信息確定所述物 體或用戶的一位置(有時也稱本地RTK位置)(496)。果兩個位置(同一物體或 用戶的)的當(dāng)前值可用，則比較使用來自所述WADGPS系統(tǒng)的信息確定的所述物 體或用戶的所述位置與使用來自所述本地定位/本地RTK系統(tǒng)的信息確定的所述 物體或用戶的所述位置(497)。如果基于來自所述WADGPS系統(tǒng)的信息確定的所 述物體或用戶的所述位置與基于來自所述本地定位/本地RTK系統(tǒng)的信息確定的 所述物體或用戶的所述位置相差大于一預(yù)定的閾值，則通過WADGPS系統(tǒng)確定的 用戶的位置被用于導(dǎo)航(498)。如果基于來自所述WADGPS系統(tǒng)的信息確定的所 述物體或用戶的所述位置與基于來自所述本地定位/本地RTK系統(tǒng)的信息確定的 所述物體或用戶的所述位置相差小于一預(yù)定的閾值，則基于來自所述本地定位/本 地RTK系統(tǒng)的信息確定的所述物體或用戶的所述位置被用于導(dǎo)航(499)。
在一些實施例中，所述預(yù)定的閾值是一個活多個固定值。例如，在一個實施 例中，所述預(yù)定的閾值是一用于垂直位置差的第一值(如20cm)，及一用于水平 位置差的第二值(如15cm)。如果所述WADGPS和本地RTK位置垂直距離相差 大于所述第一值，或者水平距離相差大于所述第二值，則來自所述本地定位/RTK 系統(tǒng)的所述位置校正信息被拒絕，而所述WADGPS位置被用于導(dǎo)航。在一些其它 實施例中，利用物體的所述第一和第二位置(所述WADGPS位置和本地RTK位置)的協(xié)方差矩陣的卡方(chi-squared)比率檢驗法確定所述預(yù)定的閾值。協(xié)方差 矩陣的卡方比率檢驗法的利用在以下文章中有表述SatirapodC， Wang J和Rizos C.的"用于GPS可觀察量的方差-協(xié)方差的估算的簡化的MINQUE方法" !SVmp/zy ec AfflVQt/E尸racet/wre^br Ae j&ri麵riow q/"J^r/awce-Cora"'訓(xùn)ce Co，owe她 0/G尸S Ofoerva6/as) "， Survey Review, 36巻286期第582-590頁，2002; H-K- Lee， C. Rizos和GL Jee的"具有一致誤差協(xié)方差信息的動態(tài)DGPS濾波器的設(shè)計和分
/w/o/7m^o"A"衛(wèi)星導(dǎo)航(SatNav) 2003，第6屆包括移動定位服務(wù)的衛(wèi)星導(dǎo)航技 術(shù)國際研討會(6th International Symposium on Satellite Navigation Technology Including Mobile Positioning & Location Services),澳大利亞墨爾本，2003年7月 22日；及H.K. Lee, C. Rizos和GI. Jee的"具有一致誤差協(xié)方差信息的動態(tài)DGPS 濾波器的設(shè)計(Z)es一 o/A7"側(cè)a"'c Z)GTO W/tera附7力Cb"ite", ￡>r。, C。v譜'a"cg /w/w7w油'o"A "雷達(dá)、聲納和導(dǎo)航，IEEE會議文件，151巻6期第382- 388頁， 2004年12月10 R,各作為背景信息在此引入作為參考。
在一典型的實施例中，用戶GPS接收機(jī)142可以在第一模式下操作，該模式 下，當(dāng)與本地定位系統(tǒng)176的通信可用時，使用本地定位系統(tǒng)176確定用戶140 的第一位置。所述用戶140的第二位置可以根據(jù)使用在第二操作模式中的 WADGPS系統(tǒng)100執(zhí)行的載波相位測量確定。諸如所述第一位置的所述用戶140 的一已知位置可以被用于初始化所述載波相位測量中的浮點模糊度值。在一些實 施例中，所述用戶140的已知位置可以由所述用戶提供和/或輸入。
在一些實施例中，所述第一操作模式在可用時被用來確定用戶140的位置。 然而，如果與本地定位系統(tǒng)174的通信丟失，則可以使用所述第二操作模式。如 果至本地定位系統(tǒng)174的距離超過一值，諸如100米、500米、1000米、10000米 或更多，則與本地定位系統(tǒng)174的通信可能丟失。
在一些實施例中，所述第一操作模式和所述第二操作模式可以基本上同時執(zhí) 行，所述第一位置與所述第二位置之間的差被用于初始化所述載波相位測量中的 浮點模糊度值。在一些實施例中，所述第一操作模式和所述第二操作模式可以基 本上同時執(zhí)行，所述第一位置與所述第二位置之間的差被用于確定所述用戶140 的第三位置?？梢愿鶕?jù)接收的來自第三操作模式中的實時動態(tài)(RTK)系統(tǒng)150 中的本地參考接收機(jī)122的信息確定所述第三位置。
在一些實施例中，當(dāng)與本地定位系統(tǒng)174的通信丟失時可使用第三操作模式， 而當(dāng)與所述本地定位系統(tǒng)174的通信再次可用時可以使用所述第一操作模式。在一些實施例中，當(dāng)與本地參考接收機(jī)122及本地定位系統(tǒng)174的通信丟失 時可以使用所述第二操作模式，而當(dāng)與所述本地定位系統(tǒng)174的通信可用時可以 使用所述第一操作模式，其中當(dāng)與本地參考接收機(jī)122的通信可用而與本地定位 系統(tǒng)174的通信丟失時使用第三操作模式。
在一些實施例中，如果從本地定位系統(tǒng)174至用戶140的距離大于第一值(如 10000米)，則使用所述第二操作模式；而如果從本地定位系統(tǒng)174至用戶140的 距離小于第二值(如IOOO米)，則使用所述第一操作模式；如果從本地定位系統(tǒng) 174至用戶140的距離在所述第一預(yù)定值與所述第二預(yù)定值之間，則使用所述第三 操作模式。
在一些實施例中，當(dāng)所述第二操作模式確定的位置與所述第一操作模式確定 的位置進(jìn)行比較并且所述第二操作模式確定的所述位置與所述第一操作模式確定 的所述位置相差大于一預(yù)定的閾值時，使用所述第二操作模式。
在一些實施例中，當(dāng)所述第二操作模式確定的位置與所述第三操作模式確定 的位置進(jìn)行比較并且所述第二操作模式確定的所述位置與所述第三操作模式確定 的所述位置相差大于一預(yù)定的閾值時，使用所述第二操作模式。
進(jìn)程400可在許多應(yīng)用中使用。 一個應(yīng)用涉及將本地定位系統(tǒng)和/或RTK操作 擴(kuò)展到本地定位系統(tǒng)和/或RTK無線電鏈路無法維持而WADGPS通信鏈路至少通 ?？捎玫膮^(qū)域中。例如，如圖5中所示，用戶或物體140可以是在起伏的坡面區(qū) 域501中按行520移動的農(nóng)用車輛510，而用戶接收機(jī)142接到農(nóng)用車輛或接到連 接到農(nóng)用車輛的農(nóng)用裝置。區(qū)域501包括從本地RTK系統(tǒng)150中的參考站120可 見的區(qū)域503和從參考站120看不見的(陰影)區(qū)域505和507。由于RTK通信 鏈路通常是直線對傳，因此，只要將用戶GPS接收機(jī)142從區(qū)域503移到區(qū)域505 或507,RTK數(shù)據(jù)便會丟失。但由于經(jīng)常得到衛(wèi)星的幫助，因此，在用戶接收機(jī)142 與WADGPS系統(tǒng)100之間的數(shù)據(jù)鏈路通常是可用的。通過只要RTK無線電鏈路 可用并且RTK系統(tǒng)150在操作便在WADGPS系統(tǒng)100中初始化浮點模糊度，實 際上可在RTK鏈路丟失的那些間隔期間保持RTK操作的準(zhǔn)確度。
雖然圖1中的WADGPS系統(tǒng)100已在上述說明中使用，但將理解，利用來自 衛(wèi)星的載波相位測量實現(xiàn)定位和/或?qū)Ш接猛静⒁虼诵枰_定與相位測量相關(guān)聯(lián) 的模糊度值的任何區(qū)域、廣域或全球系統(tǒng)也可得益于上述方法300和進(jìn)程400。這 些系統(tǒng)的例子包括由JohnDeere公司開發(fā)的Starfire system和由幾家美國政府機(jī) 構(gòu)在開發(fā)的區(qū)域高準(zhǔn)確度國家差分(HA-ND) GPS系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1、一種利用廣域差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)與本地定位系統(tǒng)二者定位或?qū)Ш揭晃矬w的方法，所述方法包括根據(jù)來自所述廣域差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)的信息確定所述物體的第一位置；接收來自所述本地定位系統(tǒng)的一基臺的位置校正信息，并根據(jù)接收自所述本地定位系統(tǒng)的所述基臺的所述校正信息確定所述物體的第二位置；比較所述第一位置與所述第二位置；及當(dāng)所述第一位置與所述第二位置相差大于一預(yù)定閾值時，利用所述第一位置以導(dǎo)航所述物體，而當(dāng)所述第一位置與所述第二位置相差小于所述預(yù)定的閾值時，利用所述第二位置以導(dǎo)航所述物體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述預(yù)定的閾值是利用一物體 的所述第一和第二位置的協(xié)方差矩陣的卡方比率檢驗法確定的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述預(yù)定的閾值是一相對于一 預(yù)定的方向的15至20厘米之間的值。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述本地定位系統(tǒng)是一本地實 時動態(tài)(RTK)定位系統(tǒng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在檢測到與所述本地定位系統(tǒng)的所述基 臺的通信丟失時，從利用所述本地定位系統(tǒng)導(dǎo)航所述物體過渡到利用所述廣域差 分衛(wèi)星定位系統(tǒng)導(dǎo)航所述物體。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，包括在檢測到與所述本地定位系統(tǒng)的所述基 臺的通信重新取得并確定所述第一位置與所述第二位置相差小于所述預(yù)定的閾值 時，從利用所述廣域差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)導(dǎo)航所述物體過渡到利用所述本地定位系 統(tǒng)導(dǎo)航所述物體。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于確定所述第一位置包括接收來 自所述廣域差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)的位置校正信息。
8、 一種計算機(jī)可讀媒體，其存儲有計算機(jī)可讀程序指令，在山處理器執(zhí)行所 述指令時，所述指令使處理器執(zhí)行一種利用廣域差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)與本地定位系 統(tǒng)二者定位或?qū)Ш轿矬w的方法，所述程序指令包括用于根據(jù)來自所述廣域差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)的信息確定所述物體的第一位置的指令；用于接收來自所述本地定位系統(tǒng)的一基臺的位置校正信息并根據(jù)接收自所述 本地定位系統(tǒng)的所述基臺的所述校正信息確定所述物體的第二位置的指令； 用于比較所述第一位置與所述第二位置的指令；及用于當(dāng)所述第一位置與所述第二位置相差大于一預(yù)定閾值時利用所述第一位置以導(dǎo)航所述物體，而當(dāng)所述第一位置與所述第二位置相差小于所述預(yù)定的閾值 時利用所述第二位置以導(dǎo)航所述物體的指令。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機(jī)可讀媒體，其特征在于所述預(yù)定的閾值是 利用一物體的所述第一和第二位置的協(xié)方差矩陣的卡方比率檢驗法確定的。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機(jī)可讀媒體，其特征在于所述預(yù)定的閾值 是一相對于一預(yù)定的方向的15至20厘米之間的值。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機(jī)可讀媒體，其特征在于所述本地定位系統(tǒng)是一本地實時動態(tài)(RTK)定位系統(tǒng)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機(jī)可讀媒體，其特征在于所述程序指令還 包括用于在檢測到與所述本地定位系統(tǒng)的所述基臺的通信丟失時從利用所述本地 定位系統(tǒng)導(dǎo)航所述物體過渡到利用所述廣域差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)導(dǎo)航所述物體的指令。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的計算機(jī)可讀媒體，其特征在于所述程序指令還包括用于在檢測到與所述本地定位系統(tǒng)的所述基臺的通信重新取得并確定所述第 一位置與所述第二位置相差小于所述預(yù)定的閾值時從利用所述廣域差分衛(wèi)星定位 系統(tǒng)導(dǎo)航所述物體過渡到利用所述本地定位系統(tǒng)導(dǎo)航所述物體的指令。
14、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機(jī)可讀媒體，包括用于從所述廣域差分衛(wèi)星 定位系統(tǒng)接收位置校正信息的指令。
15、 一種利用廣域差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)與本地定位系統(tǒng)二者定位或?qū)Ш轿矬w的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，包括一存儲器； 一衛(wèi)星信號接收機(jī)；至少一個輔助接收機(jī)，用于接收來自廣域差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)和所述本地定位 系統(tǒng)的位置校lH信息； 一處理器；及至少一個程序，其存儲在所述存儲器中并由所述處理器執(zhí)行，所述程序包括 用于根據(jù)來自所述廣域差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)的信息確定所述物體的第一位置的 指令；用于接收來自所述本地定位系統(tǒng)的一基臺的位置校正信息并根據(jù)接收自所述 本地定位系統(tǒng)的所述基臺的所述校正信息確定所述物體的第二位置的指令； 用于比較所述第一位置與所述第二位置的指令；及用于當(dāng)所述第一位置與所述第二位置相差大于一預(yù)定閾值時利用所述第一位 置以導(dǎo)航所述物體，而當(dāng)所述第一位置與所述第二位置相差小于所述預(yù)定的閾值 時利用所述第二位置以導(dǎo)航所述物體的指令。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于所述預(yù)定的閾值 是利用一物體的所述第一和第二位置的協(xié)方差矩陣的卡方比率檢驗法確定的。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于所述預(yù)定的閾值 是一相對于一預(yù)定的方向的15至20厘米之間的值。
18、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于所述本地定位系 統(tǒng)是一本地實時動態(tài)(RTK)定位系統(tǒng)。
19、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于所述接收機(jī)在檢測到與所述本地定位系統(tǒng)的所述基臺的通信丟失時從利用所述本地定位系統(tǒng)導(dǎo)航 所述物體過渡到利用所述廣域差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)導(dǎo)航所述物體。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于所述接收機(jī)在檢測到與所述本地定位系統(tǒng)的所述基臺的通信重新取得并確定所述第一位置與所述 第二位置相差小于所述預(yù)定的閾值時從利用所述廣域差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)導(dǎo)航所述 物體過渡到利用所述本地定位系統(tǒng)導(dǎo)航所述物體。
21、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，包括用于從所述廣域差分衛(wèi)星 定位系統(tǒng)接收位置校正信息的指令。
22、 一種利用廣域差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)與本地定位系統(tǒng)二者定位或?qū)Ш轿矬w的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于，所述衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)根據(jù)來自所述廣域差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)的信息確定所述物體的第一位置； 接收來自所述本地定位系統(tǒng)的一基臺的位置校正信息，并根據(jù)接收自所述本地定位系統(tǒng)的所述基臺的所述校正信息確定所述物體的第二位置； 比較所述第一位置與所述第二位置；及當(dāng)所述第一位置與所述第二位置相差大于一預(yù)定閾值時利用所述第一位置以 導(dǎo)航所述物體，而當(dāng)所述第一位置與所述第二位置相差小于所述預(yù)定的閾值時利 用所述第二位置以導(dǎo)航所述物體。
全文摘要
本發(fā)明包括一種組合使用本地定位系統(tǒng)、本地RTK系統(tǒng)與區(qū)域、廣域或全球差分載波相位定位系統(tǒng)(WADGPS)的方法，以避免與所述本地定位系統(tǒng)、所述RTK和所述WADGPS導(dǎo)航技術(shù)在單獨使用時可能存在的缺點。所述方法包括根據(jù)來自WADGPS的信息確定物體的第一位置，及根據(jù)來自本地定位/RTK定位系統(tǒng)的信息確定物體的第二位置；之后，比較通過所述WADGPS確定的位置與通過所述本地定位/RTK定位系統(tǒng)確定的位置。當(dāng)所述WADGPS位置與本地定位/RTK位置相差大于一預(yù)定閾值時，所述WADGPS被用于導(dǎo)航物體，而當(dāng)所述WADGPS位置與本地定位/RTK位置相差小于所述預(yù)定閾值時，所述本地定位/RTK位置被用于導(dǎo)航物體。
文檔編號G01S19/48GK101449179SQ200780018606
公開日2009年6月3日 申請日期2007年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月14日
發(fā)明者丹尼爾·J·依斯萊格, 弗雷德里克·W·納爾遜, 特倫斯·D·皮克特, 理查德·T·沙普, 羅納德·R·赫氏, 靜·孫 申請人:納夫科姆技術(shù)公司