CN102763003A - 用于利用偏差补偿估计位置的方法和*** - Google Patents
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Abstract
主要相位测量设备(18)测量位置确定接收器(10)接收的载波信号的第一载波相位和第二载波相位。次要相位测量设备(30)测量其他载波信号的第三载波相位和第四载波相位。实时运动引擎(20)估计与测量的第一载波相位关联的第一整周模糊度集合和与测量的第二载波相位关联的第二整周模糊度集合。实时运动引擎(20)估计与测量的第三载波相位关联的第三模糊度集合和与测量的第四载波相位关联的第四模糊度集合。补偿器(32)能够通过根据估计器(26)估计的预测滤波器(例如24)的各种输入或者状态对滤波器建模来补偿第三模糊度集合和第四模糊度集合中的至少一个模糊度集合中的信道间偏差。
Description
相关申请的交叉引用
本文献要求按照35 U.S.C. 119(e)的、基于2010年2月26日提交并且标题为METHOD AND SYSTEM FOR ESTIMATING POSITION WITH BIAS COMPENSATION的美国临时申请号61/308,467的优先权。
技术领域
本发明涉及一种用于利用偏差补偿估计对象或者交通工具的位置、姿态或者两者以支持组合使用全球定位***(GPS)卫星传输和GLONASS(全球导航卫星***)卫星传输的方法和***。
背景技术
位置确定接收器(诸如全球定位***(GPS)接收器或者GLONASS(全球导航卫星***)接收器)估计对象或者交通工具的位置、姿态(例如倾斜、滚动或者偏航)或者两者。位置确定接收器可能经历不精确的伪距和载波相位测量,其中位置确定接收器接收(例如瞬时)低信号强度或者不良信号质量的一个或者多个卫星信号。
GLONASS(全球导航卫星***)和GPS将不同卫星星座和不同调制方案用于它们的相应卫星传输。GLONASS星座根据频分多址(FDMA)调制和频率重用计划包括在不同频率上的多于二十个卫星和广播信号,而GPS***使用扩频调制或者码分多址调制(CDMA),其中传输频率一般对于每个卫星而言相同。由于GLONASS卫星在不同频率上传输,这可能导致经过电离层或者对流层的传播差异或者其他误差,所以GLONASS位置确定接收器易于受到来自与卫星的不同传输频率关联的信道间偏差的位置误差。
某些位置确定接收器例如可以使用误差减少滤波器(例如卡尔曼滤波器)以对载波相位测量的结果或者处理的载波相位测量数据滤波。一些位置确定接收器可以使用接收器自主完好性监视(RAIM)技术以通过比较分析的伪距测量与参考伪距测量来检测分析的伪距测量的误差,其中可以从位置或者姿态解排除错误或者无关伪距测量以改进对象或者交通工具的估计位置或者姿态的准确度。误差减少滤波器方式和RAIM计数均未完全解决前述不精确伪距和载波相位测量问题,其中位置确定接收器接收(例如瞬时)低信号强度或者不良信号质量的一个或者多个卫星信号。因此需要一种能够在补偿偏差误差之时使用GPS和GLONASS传输信号两者以实时增加位置和姿态估计的准确度的位置确定接收器。
发明内容
根据一个实施例,方法和***包括:主要相位测量设备,用于测量位置确定接收器接收的第一载波信号(例如GPS L1信号或者“L1”)的第一载波相位和第二载波信号(例如GPS L2信号或者“L2”)的第二载波相位。从两个或者更多主要卫星在基本上相同频率传输第一载波信号(例如L1)。从两个或者更多主要卫星在基本上相同频率传输第二载波信号(例如L2)。次要相位测量设备测量第三载波信号(例如GLONASS G1(K)信号或者“G1(K)”)的第三载波相位和第四载波信号(例如GLONASS G2(K)信号或者“G2(K)”) 的第四载波相位。从两个或者更多次要卫星在不同频率接收第三载波信号(例如G1(K))。从两个或者更多次要卫星在不同频率接收第四载波信号(例如G2(K)),这导致在位置确定接收器处可观测的来自次要卫星中的不同次要卫星的载波信号之间的信道间偏差。实时运动引擎估计与测量的第一载波相位关联的第一整周模糊度集合和与测量的第二载波相位关联的第二整周模糊度集合。实时运动引擎估计与测量的第三载波相位关联的第三模糊度集合(例如第三整周模糊度集合)和与测量的第四载波相位关联的第四模糊度集合(例如第四整数整周模糊度集合)。补偿器能够通过根据预测滤波器(例如卡尔曼滤波器)的以下输入或者状态对滤波器建模来补偿第三模糊度集合和第四模糊度集合中的至少一个模糊度集合中的信道间偏差:对象的运动数据(例如位置数据、速率数据和加速度数据);对流层数据(例如残留对流层数据);电离层数据;与来自不同次要卫星的在位置确定接收器和参考站处接收的第三载波信号关联的单差分参考模糊度集合(例如GLONASS参考卫星G1(K)单差分模糊度或者GLN参考卫星G1 SD模糊度)以及与来自不同次要卫星的在位置确定接收器和参考站处接收的第四载波信号关联的单差分参考模糊度集合(例如GLONASS参考卫星G2(K)单差分模糊度或者GLN参考卫星G2 SD模糊度)。估计器能够基于测量的第一载波相位、测量的第二载波相位、估计的第一整周模糊度集合、估计的第二整周模糊度集合以及测量的第三载波相位和测量的第四载波相位中的至少一个载波相位以及补偿的第三模糊度集合(例如补偿的第三整周模糊度集合)和补偿的第四模糊度集合(例如补偿的第四整周模糊度集合)中的至少一个模糊度集合来确定对象的位置。
附图说明
图1是用于利用偏差补偿估计位置的***的第一实施例的框图。
图2是用于利用偏差补偿估计位置的***的第二实施例的框图。
图3是用于利用偏差补偿估计位置的***的第三实施例的框图。
图4是用于利用偏差补偿估计位置的***的第四实施例的框图。
图5是用于利用偏差补偿估计位置的方法的第一示例的流程图。
图6是用于利用偏差补偿估计位置的方法的第二示例的流程图。
图7是用于利用偏差补偿估计位置的方法的第三示例的流程图。
图8是用于利用偏差补偿估计位置的方法的第四示例的流程图。
图9是用于利用偏差补偿估计位置的方法的第五示例的流程图。
图10是用于利用偏差补偿估计位置的方法的第六示例的流程图。
图11是用于利用偏差补偿估计位置的方法的第七示例的流程图。
图12是用于利用偏差补偿估计位置的方法的第八示例的流程图。
图13是用于利用偏差补偿估计位置的方法的第九示例的流程图。
图14是用于利用偏差补偿估计位置的方法的第十示例的流程图。
图15是用于利用偏差补偿估计位置的方法的第十一示例的流程图。
图16是用于利用偏差补偿估计位置的方法的第十二示例的流程图。
具体实施方式
图1图示了位置确定接收器10,该接收器10包括耦合到主要接收器数据处理***14的主要接收器前端12和与次要接收器数据处理***16关联的次要接收器前端13。在一个实施例中,主要接收器前端12和次要接收器前端13可以由分路器11(例如混合器(hybrid)或者滤波器)或者另一设备耦合到天线15。位置确定接收器10与校正接收器36关联。校正接收器36可以集成到位置确定接收器10中或者可以经由数据端口来与位置确定接收器10通信。校正接收器36从参考站40和第二参考站41中的至少一个参考站接收校正数据(例如参考载波相位校正数据)。
参考站40例如经由无线或者电磁信号经由通信路径A(44)来与校正接收器36通信。第二参考站41例如经由通信路径B(46)经由卫星通信设备42经由无线或者电磁信号来与校正接收器36通信。卫星通信设备42可以包括如下通信卫星,该通信卫星配备有用于与一个或者多个地面站(例如移动或者固定)通信的上行链路接收器和下行链路发射器。
虽然校正接收器36在图1中图示为单个接收器,但是在实践中,校正接收器可以包括用于GPS和GLONASS信号(这些信号支持FDMA和CDMA解码)的双接收器或者用于GPS和GLONASS的两个分离接收器。
主要接收器数据处理***14可以包括以下中的任何项:一个或者多个硬件模块、一个或者多个电子模块、一个或者多个软件模块、电子数据处理器、电子数据处理器和关联电子数据存储和用于执行软件、逻辑或者程序指令的通用计算机。类似地,次要接收器数据处理***16可以包括以下中的任何项:一个或者多个硬件模块、一个或者多个电子模块、一个或者多个软件模块、电子数据处理器、电子数据处理器和关联电子数据存储和用于执行软件、逻辑或者程序指令的通用计算机。电子数据处理器(即数据处理器)可以包括以下中的一项或者多项:微处理器、可编程逻辑阵列、数字信号处理器、专用集成电路、逻辑电路或者用于执行软件、逻辑、算术或者程序指令的另一设备。
在图1中,主要接收器数据处理***14包括主要解码器48(例如码分多址(CDMA)解码器)、主要相位测量设备18、实时运动(RTK)引擎20和数据存储设备28。实时运动(RTK)引擎包括数据处理器22、误差减少滤波器24(例如预测滤波器或者卡尔曼滤波器)和估计器26(例如位置估计器或者位置和姿态估计器)。主要解码器48、主要相位测量设备18、实时运动引擎20、数据处理器22、误差减少滤波器24、估计器26、数据存储设备28和主要接收器前端12可以经由数据接口38来彼此和与次要接收器数据处理***16通信。
在图1中,次要接收器数据处理***16包括次要解码器50(例如频分多址(FDMA)解码器)、次要相位测量设备30、偏差补偿器32和偏差估计器34。次要接收器数据处理***16包括可以经由数据接口38来彼此、与次要接收器前端13和主要接收器数据处理***14通信的次要解码器50(例如频分多址(FDMA)解码器)、次要相位测量设备30、偏差补偿器32和偏差估计器34。
数据接口38可以包括以下中的一项或者多项:数据总线、电子存储器、共享存储器、在主要接收器数据处理***14、次要接收器数据处理***16或者两者的软件模块之间的静态链路;在主要接收器数据处理***14、次要主要接收器数据处理***16或者两者的软件模块之间的动态链路;数据总线收发器或者支持在主要接收器数据处理***14与次要接收器数据处理***16的不同模块或者部件(48、18、20、22、24、26、28、50、30、32、34)之间的数据通信、发送或者接收的其他软件或者硬件。
图1中的将主要接收器前端12、主要解码器48、主要相位测量设备18、实时运动引擎20、数据处理器22、误差减少滤波器24、估计器26和数据存储设备28、次要接收器前端13、次要解码器50、次要相位测量设备30、偏差补偿器32和偏差估计器34耦合或者互连(直接或者间接)的线图示了逻辑数据路径、物理数据路径或者两者。逻辑数据路径意味着例如在软件模块之间或者在一个或者多个软件程序之间的虚拟数据路径或者数据通信。物理数据路径意味着例如支持数据的通信、逻辑级信号、电信号或电磁信号的传输线后一个或多个数据总线。
主要接收器前端12可以包括用于接收一个或者多个卫星(例如GPS导航卫星)传输的卫星信号的任何适当电路。接收器前端12可以包括能够接收卫星星座内的一个或者多个卫星传输的多个载波的扩频接收器或者码分多址接收器(CDMA)。例如接收器前端12可以包括用于放大卫星信号的预放大器或放大器、混合器和参考振荡器,其中放大器输入耦合到天线(例如天线15或者分路器11),放大器输出耦合一个混合器输入,参考振荡器耦合到另一混合器输入,并且混合器输出耦合到主要接收器数据处理***14或主要相位测量设备18。在一个示例实施例中,模拟到数字转换器提供在接收器前端12与主要接收器数据处理***14之间的接口。在另一示例实施例中,模拟到数字转换器的输出进一步耦合到缓冲存储器和数据端口收发器。
主要解码器48包括解调器(例如CDMA解调器)或者用于解调如下伪随机噪声码(例如粗捕获码(course acquisition code)(C/A)或者其他更多精确的民用或者军用编码)的其他设备,该伪随机噪声码调制一个或者多个载波。用粗捕获(C/A)码和加密精确码P(Y)调制GPS L1载波信号,而用加密P(Y)码调制GPS L2信号。在一个实施例中,解码器48可以包括耦合到输入延迟模块的码生成器,其中延迟模块的输出耦合到如下相关器,该相关器用于测量在延迟模块按照已知增量可延迟的参考伪随机噪声码与来自接收器前端12的接收的伪随机噪声码之间的相关度。主要解码器48也可以促进解码如下导航信息,该导航信息调制载波信号,诸如星历表数据。
主要接收器数据处理***14包括主要相位测量设备18。主要相位测量设备18包括用于测量载波信号的相位的任何设备、集成电路、电子模块或者数据处理器。主要相位测量设备18测量或者估计接收器前端12提供的一个或者多个载波信号的观测相位。可以按照载波信号的整数波长、载波信号的分数波长和/或载波信号的度表达测量的相位。
主要相位测量设备18可以确定以下中的一项或者多项:(1)第一载波信号、第二载波信号或者两者的分数波长的第一测量的相位分量和(2)第一载波信号、第二载波信号或者两者的完整波长的第二测量的相位分量。后一个第二测量的相位分量可以由如下计数器(例如过零计数器)确定,该计数器对接收、重建或者处理的载波信号在时域中的参考量值(例如0电压)与X轴相交的转变计数,其中X代表时间并且Y轴代表载波信号的量值。然而主要相位测量设备18依赖于位置确定接收器10中的进一步处理以确定或者解算(resolve)如下完整周期整周模糊度,该模糊度可以使第二测量的相位分量出错或者被偏移整数数量的波长周期(例如估计在对应卫星与位置确定接收器10之间的距离或者测距)。
实时运动(RTK)引擎20包括搜索引擎、模糊度解算模块或者用于针对来自多个卫星的一个或者多个接收的载波信号搜寻或者确定整周模糊度解集合的其他软件指令。数据处理器22可以例如执行模糊度解算模块提供的软件指令、数学运算、逻辑运算或者其他命令。在一个实施例中,RTK引擎20可以限定或者限制用于整周模糊度解集合的搜索空间以限制评估的候选模糊度解集合。对于RTK引擎20,整周模糊度解集合指代例如一个或者多个卫星传输的接收的载波信号(例如在1.57542 GHz的GPS L1信号、在1.22760 GHz的GPS L2信号或者相似信号)的接收的载波相位中的整数周期相位模糊度。搜索引擎可以使用最小平方或者卡尔曼滤波技术以减少搜索空间或者针对从卫星传输的载波信号的整数周期相位模糊度达到一个或者多个模糊度集合解。
次要接收器前端13可以包括用于接收一个或者多个卫星(例如GLONASS导航卫星)传输的卫星信号的任何适当电路。次要接收器前端13可以包括能够接收卫星星座内的一个或者多个卫星传输的多个载波的频分多址接收器(FDMA)。例如次要接收器前端13可以包括用于放大卫星信号的预放大器或者放大器、混合器和参考振荡器,其中放大器输入耦合到天线(例如天线15或者分路器11),放大器输出耦合一个混合器输入,参考振荡器耦合到另一混合器输入,并且混合器输出耦合到次要主要接收器数据处理***16或者次要相位测量设备30。在一个示例实施例中,模拟到数字转换器提供在次要接收器前端13与次要主要接收器数据处理***16之间的接口或者或者数据接口38。在另一示例实施例中,模拟到数字转换器的输出进一步耦合到缓冲存储器和数据端口收发器。
次要解码器50包括解码器(例如FDMA解码器)或者用于解调如下GLONASS卫星信号的其他设备,这些GLONASS卫星信号调制一个或者多个载波。每个GLONASS卫星能够传输如下GLONASS信号,这些GLONASS信号包括在居中于1.602 GHz周围的GLONASS L1频带的某一子信道内传输的第三载波和在居中于1.246 GHz周围的GLONASS L2频带的某一子信道内传输的第四载波,其中子信道一般根据频率重用计划对于在位置确定接收器的视野内的所有卫星而言不同。用伪随机测距码、导航消息和辅助曲折(meander)序列调制第三载波。用伪随机测距码和辅助曲折序列调制第四载波。次要解码器50也可以促进解码如下导航信息,该导航信息调制载波信号,诸如星历表数据。
次要接收器数据处理***16包括次要相位测量设备30。次要相位测量设备30包括用于测量载波信号的相位的任何设备、集成电路、电子模块或者数据处理器。次要相位测量设备30测量或者估计次要接收器前端13提供的一个或者多个载波信号的观测相位。可以按照载波信号的整数波长、载波信号的分数波长和/或载波信号的度表达测量的相位。
次要相位测量设备30可以确定以下中的一项或者多项:(1)第三载波信号、第四载波信号或者两者的分数波长的第一测量的相位分量和(2)第三载波信号、第四载波信号或者两者的完整波长的第二测量的相位分量。后一个第二测量的相位分量可以由如下计数器(例如过零计数器)确定,该计数器对接收、重建或者处理的载波信号在时域中的参考量值(例如0电压)与X轴相交的转变计数,其中X代表时间并且Y轴代表载波信号的量值。然而次要相位测量设备30依赖于位置确定接收器10中的进一步处理以确定或者解算如下完整周期整周模糊度,该模糊度可以使第二测量的相位分量出错或者被偏移整数数量的波长周期(例如估计在对应卫星与位置确定接收器10之间的距离或者测距)。
实时运动(RTK)引擎20包括搜索引擎、模糊度解算模块或者用于针对来自多个卫星(GLONASS和GPS)的一个或者多个接收的载波信号搜寻或者确定整周模糊度解集合的其他软件指令。在一个实施例中,RTK引擎20可以限定或者限制用于整周模糊度解集合的搜索空间以限制评估的候选模糊度解集合。对于实时运动引擎20,整周模糊度解集合指代例如一个或者多个卫星传输的接收的载波信号的(例如GLONASS卫星载波信号的)的接收的载波相位中的整数周期相位模糊度。搜索引擎可以使用最小平方或者卡尔曼滤波技术以减少搜索空间或者针对从卫星传输的载波信号的整数周期相位模糊度达到一个或者多个模糊度集合解。
数据处理器22包括用于控制主要接收器数据处理***14、次要接收器数据处理***16或者两者的数据处理器或者其他数据处理设备。数据处理器22可以执行任何可执行指令、算术运算、逻辑运算或者执行位置确定接收器(例如10)、主要接收器数据处理***(例如14)或者次要接收器数据处理***(例如16)需要的其他任务。
在一个配置中,数据处理器22包括确定位置确定接收器是否在主要模式、次要模式或者混合模式中操作的模式选择模块。在主要模式中,主要接收器数据处理***14活跃,并且位置确定接收器10参考GPS卫星星座确定它的位置。在次要模式中,次要接收器数据处理***16和主要接收器数据处理***14的支持部分活跃,并且位置确定接收器10参考GLONASS卫星星座确定它的位置。在混合模式中,主要接收器数据处理***14和次要接收器数据处理***16活跃,并且位置确定接收器10参考GPS卫星星座和GLONASS卫星星座两者确定它的位置用于增加的精度,在缺少GLONNASS卫星信号时否则将不可获得该增加的精度。在一个实施例中,数据处理器22可以根据位置确定接收器10的最终用户购买的预订来禁止一个或者多个操作模式。
在一个实施例中,数据处理器22可以包括提供以下中的一项或者多项的信号可靠性检测器:在阈值信号强度以上的从GPS星座接收的卫星信号的数量、在阈值信号强度以上的从GLONASS卫星星座接收的卫星信号的数量、精度衰减因子(DOP)、GPS信号的L1信号的解码的粗捕获码或者GLONASS信号的解码的标准码的误比特率、误字率或者误帧率或者一个或者多个接收的卫星信号的另一品质或者可靠性水平因数。数据处理器22可以基于一个或者多个接收的卫星信号(例如GPS信号、GLONASS信号或者两者)的可靠性确定(例如通过参考数据存储设备28中存储的查找表或者通过布尔逻辑函数或者可由数据处理器22执行的其他程序指令)是否在主要、次要或者混合模式中操作。
在一个配置中,数据处理器22还包括控制实时运动引擎20或者实时运动引擎20的输出。数据处理器22可以发送用于激活、解激活、重置、重新初始化、开始或者停止以下中的一项或者多项的控制数据:与GLONASS有关的状态和输入、与GPS有关的状态和输入或者主要实时运动引擎20的所有输入和状态。数据处理器22基于数据处理器22选择主要模式、次要模式还是混合模式来管理实时运动引擎20的重新初始化、重置、部分重新初始化、部分重置、停止和启动。在部分重新初始化或者重置中,RTK引擎20保留与GPS有关的输入和状态而仅初始化或者重置与GLONASS有关的输入和状态或者反之亦然。部分重新初始化可以用来清除与GPS信号的相位测量、GLONASS信号的相位测量关联的破坏状态或者输入,而完全重新初始化可以用来清除与GPS信号和GLONASS信号两者关联的破坏状态或者输入。
在一个替代实施例中,可以通过使用分离预测滤波器来实现上述部分重新初始化或者重置,其中第一预测滤波器仅用于GPS信号处理并且第二预测滤波器用于组合的GPS和GLONASS信号处理以避免如下混乱,其中GLONASS模糊度解被破坏或者GLONASS卫星信号的接收未在某一时间段(例如一个或者多个GPS历元(epoch))内充分可靠。
误差减少滤波器25包括用于减少或者减轻误差(诸如测量误差)的卡尔曼滤波器或者其变体。卡尔曼滤波器可以包括预测滤波设备或者电路,该预测滤波设备或者电路使用信号求和、延迟和反馈以处理数据并且补偿测量的数据中的噪声和不确定性的影响或者其他操作。重置或者重新初始化可以指代误差减少或者卡尔曼滤波器的状态的相同的重新初始化。
偏差估计器34可以估计如下偏差,该偏差可以例如包括但不限于以下偏差中的一个或者多个偏差:(a)在从两个或者更多次要卫星(例如GLONASS卫星)传输并且在位置确定接收器(例如10)或者参考站(例如40或者41)处接收的不同载波频率之间的信道间偏差、(b)在位置确定接收器(例如10)或者参考站(例如40或者41)处可观测的GLONASS中的不同载波相位测量之间的相位测量偏差、(c)在位置确定接收器(例如10)或者参考站(例如40或者41)处可观测的GLONASS中的不同伪测距测量之间的伪码偏差、(d)与不同GLONASS卫星关联的卫星时钟偏差、(e)在GLONASS接收器的不同硬件配置(例如不同制造商)之间的硬件偏差或者接收器处理偏差(例如接收器时钟偏差)以及(f)在主要接收器前端12与次要接收器前端13之间的硬件和接收器处理偏差。
偏差补偿器32预备用于误差减少滤波器24、数据处理器22或者实时运动引擎20的偏差补偿数据以解决偏差估计器34提供的偏差估计。例如偏差补偿数据可以包括用于误差减少滤波器24的输入数据或者状态、对实时运动引擎20的搜索引擎的搜索空间的限制或者估计器26、误差减少滤波器24或者两者的输出解的修改。
参考站40包括在已知或者固定位置的参考位置确定接收器、参考数据处理***和发射器或者收发器。在一个实施例中,参考位置确定接收器检测与一个或者多个载波信号关联的载波相位数据并且针对接收的多个卫星信号确定初始模糊度解或者模糊度解集合,其中可以在位置确定接收器10处应用初始模糊度解或者模糊度解集合。参考站40的参考数据处理***接收载波相位数据和初始模糊度解、通过使用参考位置确定接收器的已知或者固定位置来校正它以确定增强的模糊度解。在一个示例中,校正的载波相位数据包括估计的载波相和增强的模糊度解或者根据它们导出的其他数据。校正的载波相位数据又经由无线信号或者电磁信号传输到校正接收器36。校正接收器36接收校正的载波相位数据,该数据对由实时运动引擎20、误差减少滤波器24中的至少一个的使用可用或者由估计器26用来确定与位置确定接收器10关联的交通工具或者对象的位置。
估计器26包括用于估计与位置确定接收器10关联的对象或者交通工具的位置、姿态或者两者的数据处理器或者其他数据处理设备。估计器26与实时运动引擎20、偏差补偿器32、偏差估计器34和数据处理器22中的其余部件通信。一旦确定整周模糊度解集合,估计器26或者位置确定接收器10可以使用相位载波测量数据以基于已知传播速度(即光速)提供在每个卫星与位置确定接收器10之间的距离或者范围的准确估计。在三个或者更多卫星与位置确定接收器10之间的范围可以用来估计接收器的位置或者姿态。四个卫星(例如GPS导航卫星)是确定如下三维位置所必需的,该三维位置包括参考地球表面的海拔。为了确定与位置确定接收器10关联的交通工具或者对象的姿态,在时间上近邻估计交通工具的两个位置,或者两个分离天线用于位置确定接收器10。
估计器26可以使用以下数据源中的一个或者多个数据源以确定位置确定接收器或者关联对象或者车辆的天线的估计位置或者姿态:GPS卫星信号的解码伪随机噪声码、GLONASS卫星信号的解码伪随机测距码、GPS卫星信号、GLONASS卫星信号或者两者的载波相位测量数据;GPS卫星信号的加密精确码(例如P(Y)码)(在由适用政府当局授权时)、GLONASS卫星信号的精确码(在由适用政府当局授权时)、GPS卫星信号的粗捕获码、GLONASS卫星信号的标准精确码、导航信息和整数周期相位模糊度数据、偏差补偿数据(例如来自偏差补偿器32)和参考站载波相位数据(例如来自参考站40或者41),其中参考站载波相位数据可以集成于整数周期相位模糊度数据中。在一个实施例中,估计器26或者数据处理器20可以延迟GPS坐标解(例如通过时间延迟电路或者数据处理技术)以与对应的GLONASS坐标解对准以考虑位置确定接收器10中的处理时间差,使得解实时应用于对象或者交通工具的基本上相同的位置。
除了在图2的第二实施例中、位置确定接收器110包括次要接收器数据处理***116,该***116具有偏差估计器134,该偏差估计器134进一步包括码偏差控制器52和相位偏差控制器54之外,图2的位置确定接收器110的第二实施例与图1的位置确定接收器110的第一实施例相似。图1和图2中的相似标号指示相似单元。
码偏差控制器52管理或者控制如下一个或者多个等式的执行,应用这些等式来估计或者确定码偏差或者对应码补偿数据用于组合与GPS卫星***的伪随机噪声码(例如粗捕获码)关联的主要解码位置数据和与GLONASS卫星***的伪随机测距码关联的次要解码位置数据(例如编码的标准位置数据)。
在替代非民用配置(例如军用配置)中,码偏差控制器52管理或者控制如下一个或者多个等式的执行,应用这些等式以确定或者估计码偏差或者对应码补偿数据用于组合与GPS卫星***的伪随机噪声码(例如精确码或者P(Y)码)关联的主要解码位置数据和与GLONASS卫星***的伪随机测距码关联的次要解码位置数据(例如编码的高精度位置数据)。
相位偏差控制器54管理或者控制如下一个或者多个等式的执行,应用这些等式以估计或者确定相位偏差或者对应相位补偿数据用于组合GPS卫星***的主要相位测量数据(例如来自主要相位测量设备18)与GLONASS卫星***的次要相位测量数据(例如来自次要相位测量设备30)。例如相位偏差控制器54可以管理单差分或者双差分相位测量的使用以通过支持估计器26集成或者使用GPS卫星信号和GLONASS卫星信号两者以确定位置确定接收器110、它的天线或者附着到位置确定接收器110的交通工具或者对象的位置或者姿态中的至少一项来增强位置确定的准确度。
除了图3的位置确定接收器210包括偏差估计器234之外,图3的位置确定接收器210的第三实施例与图2的位置确定接收器110的第二实施例相似。图1、图2和图3中的相似标号指示相似单元。
偏差估计器234包括码偏差控制器52、相位偏差控制器54、初始化/重置模块60、校准器64和质量评估器68。
初始化/重置模块60包括用于根据在第一模式或者第二模式中操作的偏差初始化过程建立初始偏差数据的指令或者逻辑,其中在第一模式中从存储于与位置确定接收器关联的数据存储设备(非易失性RAM)中的查找表取用或者取回存储的偏差数据以填充主要实时运动引擎,其中在第二模式中,存储的偏差数据提供如下粗初始数据,该粗初始数据包括与位置确定接收器的对应硬件关联的预编程默认偏差。
偏差估计器234包括用于针对与次要卫星关联的对应单差分载波相位测量或者伪随机噪声码测量并且针对关联方差分配时间戳的指令或者软件。
校准器64包括用于根据单差分校准来校准针对信道间偏差的补偿以通过将双差分后拟合残差转换成单差分残差来允许接收的或者可用于位置确定接收器的卫星的改变的软件模块、硬件模块或者其组合。例如校准器可以由数据处理器(诸如数据处理器22)的算术逻辑单元执行。
质量评估器68包括用于监视补偿因子的质量水平的软件模块、电子模块或者两者。在配置中,质量评估器使质量水平基于是否有补偿因子的量值在采样时间段内的明显跳跃或者骤然改变。在另一配置中,质量评估器使质量水平基于明显跳跃的出现以及RAIM算法是否将单差分码解或者单差分载波相位解标记为不可靠。
除了图4的次要接收器数据处理***316还包括滤波器70(例如,低通滤波器)之外,图4的位置确定接收器310的第四实施例与图3的位置确定接收器210的第三实施例相似。图1至图4(含)中的相似标号指示相似单元。
滤波器70具有耦合到偏差估计器234(或者偏差补偿器32)的输入和与RTK引擎20、数据处理器22、误差减少滤波器24、估计器26和数据存储设备28中的至少一个通信的输出。
图5公开了根据利用偏差补偿来估计对象或者交通工具的位置、姿态或者两者以支持组合使用全球定位***(GPS)卫星传输和GLONASS(全球导航卫星***)卫星传输的第一示例的流程图。图5的方法在步骤S500中开始。
在步骤S500中,主要接收器数据处理***14或者主要相位测量设备18测量位置确定接收器(例如10、110、210或者310)接收的第一载波相位(例如L1 GPS信号)和第二载波相位(例如L2 GPS信号),其中从两个或者更多主要卫星(例如GPS卫星)接收载波。位置确定接收器(例如10、110、210或者310)安装在对象或者交通工具上或者与对象或交通工具相关联,或者是与交通工具关联的实现。
在步骤S502中,次要接收器数据处理***16或者次要相位测量设备30测量位置确定接收器(10、110、210或者310)接收的第三载波信号(例如G1(K)或者GLONASS L1子频带信号)的第三载波相位和第四载波信号(G2(K)或者GLONASS L2子频带信号)的第四载波相位,其中从在与两个或者更多次要卫星不同的频率的次要卫星接收第三和第四载波,这导致在位置确定接收器(10、110、210或者310)处可观测的来自次要卫星中的不同次要卫星的载波信号之间的信道间偏差。
GLONASS和GPS星座中的卫星在称为L1和L2的两个不同频带中传输信号。用于L1和L2频带的子频带对于GLONASS星座而言可以称为G1和G2。在GLONASS***中,一般向每个卫星分配以下表达式给出的在频带内的特定频率或者子频带:
G1(K) = 1602 MHz + L1频带中的K*9/16 MHz,以及
G2(K) = 1246 MHz + L2频带中的K*7/16 MHz。
其中K是GLONASS卫星相应地在G1和G2子频带中传输的信号的频率编号(频率信道)。截至起草本文献之时,GLONASS卫星使用范围K=(-7至+6)中的频率信道。自从2005年发射的GLONASS卫星使用如下滤波器,这些滤波器使带外发射限于针对1610.6 MHz-1613.8 MHz和1660 MHz-1670 MHz频带在CCIR推荐769中包含的有害干扰限制。
如果包括GLONASS观测以增强位置确定接收器(10、110、210或者310)中的GPS RTK性能,则明显GLONASS信道间偏差可以存在于GLONASS伪距和载波相位观测两者中。信道间偏差源自信号传播差异、硬件变化、信号处理差异和受从GLONASS卫星接收的不同信号频率影响的其他因素。由于信道间偏差,利用现有技术GPS技术的GLONASS载波相位观测的瞬时模糊度解算变得相当困难并且如果忽略GLONASS信道间偏差则可能甚至失败。当参考站(例如40或者41)和位置确定接收器(例如10、110、210或者310)由不同制造商制造时(或者甚至当使用来自相同制造商的不同机型时)产生进一步的复杂化。位置确定接收器(例如10、110、210或者310)和参考站(40或者41)可以例如包含不同或者可能未对GLONASS L1和L2信号的整个带宽内以均匀延迟做出响应的接收器电路(例如微波滤波器或者放大器)。有时,接收器电路将不同参考块用于GPS和GLONASS接收器电路,这可以通过恰当处理来考虑。
在步骤504中,数据处理器22或者实时运动引擎20估计与测量的第一载波相位关联的第一整周模糊度集合和与测量的第二载波相位关联的第二整周模糊度集合。可以根据可以个别或者累积应用的各种替代技术执行步骤S504。在第一技术之下,在一个实施例中,如果在位置确定接收器(例如10、110、210或者310)处接收的GPS载波信号的信号质量针对GPS星座中的至少最小数量的卫星大于阈值信号质量水平(例如在主要接收器前端12、主要解码器48或者主要相位测量设备18处确定的),则数据处理器或者RTK引擎20可以估计第一整周模糊度集合和第二整周模糊度集合。
在第二技术之下,数据处理器22或者实时运动引擎20通过过程(例如搜索过程、最小平方解过程或者加权最小平方解过程)并且通过计算与来自不同主要卫星的第一载波信号关联的双差分参考模糊度集合(例如GPS L1 DD模糊度)来估计第一整周模糊度集合和第二整周模糊度集合。另外,数据处理器或22或者实时运动引擎20通过计算与来自不同次要卫星的第二载波信号关联的双差分参考模糊度集合(例如,GPS L2 DD模糊度)来估计第一模糊度模糊度集合和第二模糊度集合。
“双差分”、“DD”或者“双差分的”指代可以应用于载波相位或者伪距测量的数学运算。这里,在步骤S504中,双差分操作可以应用于GPS浮动载波相位模糊度或者固定载波相位模糊度。可以通过参考来自两个不同卫星的相同两个卫星信号在位置确定接收器与参考位置确定接收器(例如参考站40或者41)之间将两个单差分GPS载波相位测量相减来确定双差分。双差分操作用来减少或者改善GPS卫星时钟误差和大气信号传播偏差。
在步骤S506中,数据处理器22或者实时运动引擎20估计与测量的第三载波相位关联的第三模糊度集合(例如第三整周模糊度集合)和与测量的第四载波相位关联的第四模糊度集合(例如第四整周模糊度集合)。可以根据可以个别或者累积应用的各种替代技术执行步骤S506。在第一技术之下,如果在位置确定接收器(10、110、210或者310)处接收的GLONASS载波信号的信号质量针对GLONASS星座中的至少最小数量的卫星大于阈值信号质量水平(例如在次要接收器前端13、次要解码器50或者次要相位测量设备30处确定的),则数据处理器或者RTK引擎20可以估计第三模糊度集合和第四模糊度集合。在步骤S506中,数据处理器22或者实时运动引擎20例如很好地适合用于解算测量的第三载波相位和第四载波相位中的模糊度(例如整周模糊度),其中与步骤S508结合在解算模糊度之前、之后或者同时考虑信道间偏差。
在用于实现步骤S506的第二技术之下,数据处理器22或者实时运动引擎20在如下过程(例如求解或者搜索过程)中估计第三模糊度集合(例如整周模糊度集合)和第四模糊度集合(例如第四整周模糊度集合),该过程包括将单差分操作、双差分操作或者两者应用于测量的第三载波相位和测量的第四载波相位。步骤S506的第三模糊度集合和第四模糊度集合可以代表用于第三载波相位和第四载波相位的第三整周模糊度集合和第四整周模糊度集合的部分解、迭代解、中间解或者完整解。例如初始或者部分模糊度集合解可以依赖于部分解(例如半整数解或者信道间偏差的解)或者GPS载波相位测量以限定用于GLONASS第三整周模糊度和第四整周模糊度的最优解的搜索空间。如果步骤S506的结果是部分解、迭代解或者中间解,则针对时间段(例如历元)的完整偏差补偿解例如最终与步骤S508结合由数据处理器22或者实时运动引擎实时确定。考虑信道间偏差的完整偏差补偿解可以称为补偿的第三整周模糊度集合和补偿的第四整周模糊度集合。数据处理器22或者实时运动引擎20很好地适合用于实时解算测量的第三载波相位和第四载波相位的模糊度(例如整周模糊度),其中在(例如在步骤S508中的)解算模糊度之前、之后或者同时考虑(例如步骤S508的)信道间偏差。
由于FDMA调制方案而经常实现载波相位测量中的信道间偏差,其中每个GLONASS卫星从GLONASS L1和L2频带内的不同频率或者子频带传输。位置确定接收器(10、110、210或者310)易于受到如下信道间偏差,该信道间偏差指代上述第三和第四载波相位测量中的依赖于频率的偏差。另外,信道间偏差也可以包括在图5的方法中未讨论、但是在本文献中的别处提及的伪距码偏差。
在步骤S508中,误差减少滤波器24(例如预测滤波器或者卡尔曼滤波器)或者实时运动引擎通过根据滤波器的以下输入或者状态中至一个或多个对误差减少滤波器24建模来补偿第三整周模糊度集合和第四整周模糊度集合中的至少一个整周模糊度集合中的信道间偏差:运动数据(例如对象的位置数据、对象的速率数据、对象的加速度数据)、对流层数据(例如残差对流层数据)、电离层数据、与在位置确定接收器(10、110、210或者310)和参考站(例如40或者41)处观测的来自不同次要卫星的第三载波信号关联的单差分参考模糊度集合(例如GLONASS参考卫星G1(K)单差分模糊度)以及与在位置确定接收器(10、110、210或者310)和参考站(例如40或者41)处观测的来自不同次要卫星的第四载波信号关联的信号差分参考模糊度集合(例如GLONASS参考卫星G2(K)单差分模糊度)。
“单差分”、“SD”或者“单差分的”应当指代可以向在位置确定接收器(10、110、210或者310)和参考站(例如40或者41)处观测的载波相位或者伪距测量应用的单差分数学运算。关于GLONASS测量,通过参考相同卫星信号在位置确定接收器与参考站(即参考位置确定接收器)之间将测量(例如第三载波相位测量或者第四载波相位测量)相减来确定单差分。一般而言,单差分基于在位置确定接收器(10、110、210或者310)处的特定卫星信号(例如来自特定卫星)的第一测量(例如第一载波、第二载波、第三载波或者第四载波的载波相位测量)和在参考站(例如参考站40或者41)处的特定卫星信号的第二测量(例如相同第一载波、第二载波、第三载波或者第四载波的载波相位测量的),其中从第二测量减去第一测量或者反之亦然。通常在相同历元期间或者在相同载波信号的载波相位测量充分相关的另一适用时间段内取得第一测量和第二测量。
在跟踪相同卫星的两个接收器之间的单差分载波相位可观测值可以被表达为:
(1)
其中是以周期为单位表达的单差分载波相位可观测值;和是载波的波长和频率;是单差分整周模糊度;c是光束;是单差分电离层延迟,其中I是总电子含量的函数;是单差分对流层延迟;并且是载波相位观测噪声;是单差分几何距离;是两个接收器时钟偏差之间的差;并且是用于单差分(SD)载波相位测量的信道间偏差;并且k代表GPS L1或者L2或者GLONASS G1或者G2频率。对于不同GLONASS卫星而言或者在来自不同制造商的接收器或者来自相同制造商的不同类型用于RTK基础和漫游接收器时不相同。
在一个实施例中,单差分相位测量可以用来抵消卫星时钟误差和大气信号传播偏差(例如电离层偏差,但是未必是对流层偏差)。在另一实施例中,如果偏差估计器(34、134或者234)可以可靠地估计信道间偏差,则数据处理器22、误差减少滤波器24或者实时运动引擎20可以使用单差分相位测量作为主要信息源以确定用于第三整周模糊度集合和第四整周模糊度集合的可靠载波相位模糊度解集合(例如在步骤506中或者以别的方式)。
位置确定接收器的GPS部分的现有技术硬件设计往往提供用于在L1频率的不同GPS卫星的基本上相同(例如几乎相同)信道间载波相位偏差和用于在L2频率的不同GPS卫星的基本上相同信道间载波相位偏差。然而GPS L2偏差不同于GPS L1偏差。对照而言,位置接收器的GLONASS部分的现有技术硬件设计通常负担有用于不同GLONASS G1(K)频率的不同信道间偏差,这些信道间偏差对于码而言表示为,并且。有用于不同GLONASS G2频率(并且与用于GLONASS G1(K)频率的信道间偏差不同)的不同信道间偏差,这些信道间偏差对于码而言表示为。当位置确定接收器(10、110、210或者310)和基础接收器(例如参考站40或者41)来自不同制造商或者为不同类型时,信道间偏差和将不保持零。通常,GLONASS信道间偏差在短时间段内对于不同GLONASS卫星而言表现不同恒定偏差行为。GLONASS信道间偏差可能由于部件变化、老化、温度改变或者其他因素而对于相同接收器类型而言缓慢变化。
由于用于GLONASS卫星的不同信号频率,用于GPS载波相位数据处理的常用双差分过程不能以它的直接形式被实施用于GLONASS第三载波相位和第四载波相位测量。步骤S508可以支持双差分过程,其中恰当解决了信道间偏差、接收器时钟偏差、周跳和其他技术考虑。图7的方法描述例如用于在可以与步骤S508结合或者以别的方式应用的步骤S507中应用的双差分过程的若干示例技术。
在步骤S510中,估计器26或者主要接收器数据处理***14基于测量的第一载波相位、测量的第二载波相位、估计的第一整周模糊度集合、估计的第二整周模糊度集合以及测量的第三载波相位和测量的第四载波相位中的至少一个载波相位以及补偿的第三整周模糊度集合和补偿的第四整周模糊度集合中的至少一个整周模糊度集合估计对象的位置。
除了图6的方法还包括步骤S512之外,图6的方法与图5的方法相似。例如可以在步骤S510之前、之后或者与步骤S510同时执行步骤S512。图5和图6中的相似标号指示相似步骤或者过程。
在步骤512中,次要解码器50对在第三载波信号和第四载波信号上编码的伪随机测距码解码;其中补偿还包括补偿与解码的伪随机测距码中的至少一个伪随机测距码关联的信道间偏差(例如信道间编码偏差),该伪随机测距码中的至少一个与第三载波信号或者第四载波信号关联。在一个示例中,确定单差分伪距码测量以估计信道间码偏差。
伪距测量函数模型具有与载波相位模型相似的形式(注意使用相似符号表示,但是码偏差可以具有与在针对载波相位测量的情况下不同的含义):
其中代表信道间码偏差并且是伪距噪声。针对和这些项需要更多描述,因为它们代表在GPS与GLONASS***之间的差异以及在不同频率之间的信道间或者频率偏差。应当注意,在两个接收器之间差分之后消除所有依赖于卫星的偏差,诸如卫星时钟误差。
对于现有技术的位置确定接收器,有用于在L1频率的不同GPS卫星的几乎相同信道间码偏差。类似地,有用于在L2频率的不同GPS卫星的几乎相同信道间码偏差。然而L2偏差不同于L1偏差。如果选择GPS L1和L2频率作为参考频率,则接收器时钟偏差然后通过使用对这些频率的伪距测量来确定,并且表示为。用于GPS L1和L2频率的和然后将保持零。
然而针对GLONASS伪距测量,尤其针对不同制造商和/或接收器类型必须考虑信道间偏差。有用于不同GLONASS G1频率的不同信道间偏差,这些偏差对于码而言表示为。有用于不同GLONASS G2频率(并且与用于GLONASS G1频率的信道间偏差不同)不同信道间偏差,这些偏差对于码而言表示为。
除了图7的方法还包括步骤S507之外,图7的方法与图5的方法相似。例如可以在步骤S506之后或者与步骤S506同时执行步骤S507。图5至图7中的相似标号指示相似步骤或者过程。
在步骤507中,偏差估计器(例如34、134或者234)根据第三载波信号或者第四载波信号的双差分载波相位以及第三载波信号和第四载波信号的双差分伪距估计信道间偏差,其中估计保持有效直至周跳。
“双差分”或者“双差分的”指代可以应用于载波相位或者伪距测量的数学运算。双差分运算可以应用于浮动载波相位模糊度或者固定载波相位模糊度。可以通过关于来自两个不同卫星的相同两个卫星信号在位置确定接收器与参考位置确定接收器(例如参考站40或者41)之间将两个单差分测量相减来确定双差分。双差分运算用来减少或者改善卫星时钟误差和大气信号传播偏差。
在一个替代实施例中,可以通过关于在不同历元期间测量的来自相同卫星的两个卫星信号在位置确定接收器与参考位置确定接收器之间将两个单差分测量相减来确定双差分。
在步骤S507中并且更一般而言,双差分模糊度解和信道间偏差估计可能易受多径传播和周跳。周跳指代由在位置确定接收器内的信号跟踪中失去锁定而引起的在载波信号的载波相位测量中的不连续。例如周跳可以包括载波相位模糊度中的完整整数周期跳跃或者部分周期跳跃。周跳可能由如下障碍物引起,这些障碍物阻碍信号传播和一个或者多个卫星信号在位置确定接收器处的接收。位置确定接收器通过检测载波相位模糊度中的骤然跳跃或者转变或者根据在位置确定接收器和参考接收器处测量的相位之间的差异来检测失去锁定。在周跳的情况下,实时运动引擎20或者误差减少滤波器24可以重新初始化并且重新开始模糊度估计,这可能导致可以用来自补充传感器(例如加速度计、里程计或者别的传感器)的推算航行法(dead-reckoning)数据解决的数据间隙直至位置确定接收器重新获取载波相位模糊度解和/或它的精确位置。
可以根据可以个别或者累积应用的若干技术执行步骤S507的双差分相位确定。
在第一技术之下,数据处理器或22或者实时运动引擎20通过计算与来自不同次要卫星的一对第三载波信号关联的双差分模糊度集合(GLN卫星G1 DD模糊度)并且通过计算与来自不同次要卫星的一对第四载波信号关联的双差分模糊度集合(GLN卫星G2 DD模糊度)来估计与第三模糊度集合(例如第三整周模糊度集合)和第四模糊度集合(例如第四整周模糊度集合)或者其前身(precursor)关联的信道间偏差。然后比较估计的双差分模糊度集合或者估计的其前身与根据载波相位的参考单差分测量导出的基于SD的估计的第三整周模糊度集合和基于SD的估计的第四整周模糊度集合(例如GLONASS参考卫星G1单差分模糊度和GLONASS参考卫星G2单差分模糊度)以提供由附加信道间偏差数据补充的信道间偏差估计。附加信道间偏差数据包括但不限于与位置确定接收器的硬件关联的固定信道间偏差项和与在任何给定时间在位置确定接收器处接收的GLONASS卫星频率的具体列表关联的时变卫星特定偏差项。卫星特定偏差项可以例如参考用于上述参考单差分确定的在G1和G2频带内的参考卫星频率(例如中心G1或者G2频率)。
在第二技术之下,对于GLONASS双差分确定(例如载波相位或者码),接收器时钟误差或者其他信道间偏差(例如在位置确定接收器(10、110、210或者310)与参考站(40或者41)之间)可能未抵消或者是微不足道的并且可能不再被建模或者近似为整数倍数。时钟误差(在不同GLONASS卫星之间)由于GLONASS卫星的不同传输频率和每个卫星频率特有的差分硬件延迟而未取消。因而可以用时钟偏差项或者另一信道间偏差项补充GLONASS双差分确定。时钟偏差项可以包括可以与第一技术结合使用的附加信道间偏差数据。
如果选择用于GPS L1、GPS L2、GLONASS G1和GLONASS G2的四个参考卫星,则可以如等式(1)中形成以米为单位的双差分可观测值:
其中是以周期为单位表达的第一单差分载波相位可观测值,是以周期为单位表达的第二单差分载波相位可观测值;和分别是与第一单差分载波相位可观测值关联的载波信号的波长和频率;和分别是与第二单差分载波相位可观测值关联的载波信号的波长和频率;是与第一单差分载波相位可观测值关联的第一单差分整周模糊度;是与第二单差分载波相位可观测值关联的第二单差分整周模糊度;是用于第一单差分载波相位可观测值的单差分电离层延迟,是用于第二单差分载波相位可观测值的单差分电离层延迟,其中I是总电子含量的函数;并且是载波相位观测噪声;是单差分几何距离;并且是用于单差分(SD)载波相位测量的信道间偏差,并且k代表GPS L1或者L2或者GLONASS G1或者G2频率。在上述等式3中,除了GLONASS信道间偏差(例如在不同卫星之间的GLONASS时钟偏差)之外可以去除四个接收器时钟项和***间偏差。
也可以用以下方式重排整周模糊度项以产生等式4如下:
对于GPS载波相位测量,在等式(4)的右手侧上的第四项将消失,因为信道间相位偏差对于不同GPS卫星而言相同。对于GLONASS载波相位测量,第三项称为用于参考卫星的单差分整周模糊度(或者)并且可以被估计。如果根据用于相同GLONASS卫星的GLONASS伪距偏差估计用于载波相位的单差分GLONASS参考卫星模糊度,则与第三项关联的剩余误差(例如卫星参考误差或者其他信道间偏差)仍然可能引起***模型误差并且可能导致不正确双差分模糊度解算,并且因此导致降级的定位准确度。应当注意最大波长差对于GLONASS G1频率而言为0.85mm并且对于GLONASS G2频率而言为1.10mm。不可能将固定成整数,因为它的系数如此小。出于相同原因,上的误差将对***准确度具有很小影响。例如上的1个周期将在等式(4)的右手侧的测量中引入小于1.1mm的误差。项恒定直至周跳关于参考卫星出现于位置确定接收器中。因此希望在误差减少滤波器24(例如卡尔曼滤波器)中将项建模为一个或者多个卫星特定偏差项(例如接收的用于每个GLONASS卫星的G1卫星偏差项和G2卫星偏差项)以解决双差分处理中的信道间偏差。
根据用于执行步骤S507的第三技术,数据处理器22、RTK引擎20或者偏差估计器34将单差分参考卫星GLONASS模糊度和双差分GLONASS模糊度(或者单差分GLONASS模糊度)与等式(3)或者(4)中的双差分载波相位和伪距观测等式两者中的运动数据(例如位置数据和/或速率数据)、电离层、对流层和模糊度参数一起估计以确定信道间偏差。
在第四技术之下,数据处理器22或者RTK引擎20估计两个附加模糊度状态,它们可以称为用于在G1和G2频带的GLONASS参考卫星的频带特定模糊度状态。频带特定模糊度状态应用每个频带内的所有频率或者子频带。频带特定模糊度状态保持恒定直至位置确定接收器(10、110、210或者310)中的周跳关于参考卫星而出现。希望在误差减少滤波器24(例如卡尔曼滤波器)中将这些参考卫星偏差项建模为恒定或者随机游动(walk)。频带特定模糊度状态不固定,因为整数及其系数与用于对应载波相位模糊度的整数解相比一般为小。
为了确定频带特定模糊度状态,待使用的测量是等式(3)或者(4)中的双差分载波相位以及双差分伪距。如果以下GLONASS信道间偏差表不存在,则它们将被假设为零并且被实时校准。
在下表中描述误差减少滤波器24(例如预测滤波器或者卡尔曼滤波器)的状态:
预测或者卡尔曼滤波器中的状态 | 维度 |
位置XYZ | 3 |
速率XYZ | 3 |
加速度XYZ | 3 |
残差对流层 | 1 |
GPS残差DD电离层 | NGPS-1 |
GPS L1 DD模糊度 | NGPS-1 |
GPS L2 DD模糊度 | NGPS-1 |
GLN残差DD电离层 | NGLN-1 |
GLN G1 DD模糊度 | NGLN-1 |
GLN参考卫星G1 SD模糊度 | 1 |
GLN G2 DD模糊度 | NGLN-1 |
GLN参考卫星G2 SD模糊度 | 1 |
其中:
NGPS是使用的GPS卫星的数量。
NGLN是使用的GLONASS卫星的数量。
用于参考GLONASS卫星的剩余单差分模糊度将在处理多个历元数据时对双差分模糊度和定位准确度具有更少影响,并且它们可以被视为用于不同历元的相同未知参数。对于误差减少滤波器24(例如卡尔曼滤波器)中的GLONASS参考卫星模糊度状态,尤其对于如后文更详细描述的GLONASS码和相位信道间偏差校准过程需要一些特殊注意。
在用于实现步骤S507的第五技术之下,一种替代方式是在以周期为单位表达单差分可观测值之后形成双差分可观测值:
其中指代分别用于GPS L1、GPS L2、GLONASS G1和GLONASS G2信号的和。可见不能在等式(5)中消除差分接收器时钟偏差。第四项(电离层延迟)和第五项(对流层延迟)变成比在两个频率相同时的情况下略微更大。使用GPS和GLONASS伪距测量,可以估计两个接收器时钟偏差之间的差。这可以用来出于模糊度解算的目的而校正第二项。然而这一接收器时钟偏差可能明显降级定位准确度和模糊度解算。由于用于不同GLONASS卫星的不同频率,不能在GLONASS双差分载波相位等式(5)中取消相对接收器时钟偏差和信道间偏差。
在用于实现步骤S507的第六技术之下,数据处理器22、RTK引擎20或者偏差估计器(34、134、234)将相对时钟参数(在后文描述的等式(5)的右侧上的第二项,该项可以使用单差分伪距测量来估计)估计成等式(5)的GLONASS双差分载波相位观测。应当提到,应当分开估计使用GLONASS P1/C1和P2/C2码估计的两个相对时钟。然而对于模糊度解算的目的和高准确度定位应用,不能忽略剩余时钟偏差。另外,这一项不能视为用于不同历元的相同未知参数。
在GLONASS信号之间的频率差将对于G1观测而言小于7.3125 MHz并且对于G2观测而言小于5.6875 MHz。如果1米时钟偏差存在,则它对载波相位的最坏影响将分别对于L1而言为0.0244个周期并且对于L2而言为0.019个周期。可以预计两个接收器时钟偏差之间的差小于10ns(3米),因此可以在0.06-0.075个周期的水平上校正这一项。然而对于模糊度解算目的和高准确度定位应用,不能忽略剩余偏差。另外,这一项不能视为用于不同历元的相同未知参数。
如果为GPS L1/L2和GLONASS G1/G2选择共同参考卫星(例如GPS L1卫星),则可以检验接收器时钟偏差的影响。在GPS L1与GLONASS G1、GPS L2和GLONASS G2之间的最大频率差分别为30.52 MHz、347.82 MHz和326.36 MHz。如果假设在一米内估计时钟偏差,则可以分别针对GLONASS G1、GPS L2、GLONASS G2测量在0.10、1.16和1.09个周期的水平校正第二项。在实践中,使用用于GPS L1/L2、GLONASS G1/G2的分离参考卫星测量而不是共同GPS L1参考卫星。
除了图8的方法还包括步骤S514之外,图8的方法与图5的方法相似。例如可以在步骤S510之前、之后或者与步骤S510同时执行步骤S514。图5和图8中的相似标号指示相似步骤或者过程。
在步骤514中,偏差补偿器32提供用于位置确定接收器(例如10、110、210或者310)的对应硬件配置的固定补偿设置。位置确定接收器(例如10、110、210或者310)和参考站(40或者41)例如可以包含不同或者可能未在GLONASS L1和L2信号的整个带宽内以均匀延迟做出响应的接收器电路(例如微波滤波器或者放大器)。有时,接收器电路将不同参考时钟用于GPS和GLONASS接收器电路,这可以通过恰当处理来考虑。为了最小化在不同设计或者制造商之间的接收器偏差,位置确定接收器可以包括硬编码偏差校正,该硬编码偏差校正在使用仿真器或者零基线方式来校准给定类型的位置确定接收器的过程中确定。允许减少硬件偏差的另一方法是恰当选择硬件部件。所有提到的方法导致明显去除GNSS接收器中的硬件偏差。在预释放级估计偏差(诸如GPSL1-GPS L2、GPSL1-GLNG1和GPSL1-GLNG2)也是重要的。
除了图9的方法还包括步骤S516和步骤S18之外,图9的方法与图5的方法相似。图5和图8中的相似标号指示相似步骤或者过程。
在步骤S516中,码偏差控制器52的偏差估计器(34、134或者234)估计在第三载波信号或者第四载波信号上装入的次要伪码(例如GLONASS SP码)与第一载波信号上编码的主要伪码(例如C/A码)之间的伪码偏差。用于实时校准的以下所有GLONASS偏差代表用于给定对接收器的单差分信道间偏差,即SD偏差、非零差值或者DD偏差。所有GLONASS信道间码偏差参考GPS。对于任何特定GLONASS卫星,三个不同码偏差可以存在:(1)CA码偏差(GLONASS CA码关于所有GPS CA码的偏差)、(2)P1码偏差(GLONASS P1码关于所有GPS P1码的偏差)和(3)P2码偏差(GLONASS P2码关于所有GPS P2码的偏差)。在CA码偏差与P1码偏差之间的上述区分很重要,尤其对于L1频带而言,其中可以可选地使用CA或者P1码。
由于GLONASS伪测距码测量一般不如GPS的伪噪声码测量那样准确,所以可以在误差减少滤波器24(例如卡尔曼滤波器)以外估计GLONASS码偏差。具体而言,偏差估计器(34、134、234)使用单差分GLONASS码后拟合残差来估计误差减少滤波器24(例如卡尔曼滤波器)以外的码偏差。
每个位置确定接收器(10、110、210或者310)可以在数据存储设备28或者其他地方维持码偏差信息表(偏差表),该表包括以下中的一项或者多项:(1)基站ID(如果可能);(2)码类型(CA(例如GPS粗捕获)、SP(例如GLONASS标准精确码)、G1C(例如GLONASS CA码)、C2C(例如GLONASS CA码)(P1(例如GPS精确码分量)或者P2(例如GPS精确码分量));(3)用于每个GLONASS卫星的时间标记(GPS时间+周编号);(4)用于每个GLONASS卫星的偏差值估计(CB);以及(5)用于每个GLONASS卫星的偏差误差方差估计(VAR)。时间标记和基站ID可用于在数据存储设备28(例如,非易失性RAM)中保存偏差表信息以便将它用于下一RTK会话。注意一般有可能保持上至NSITE×BLOCK×NSAT个偏差表,其中NSITE是可能基站的数量并且BLOCK<=3是测量(诸如CA、P1和P2)的。NAST是GLONASS卫星的数量
在步骤S518中,码偏差控制器52的偏差估计器(34、134或者234)在数据存储设备28(例如非易失性电子存储器或者随机访问存储器)中存储估计伪码偏差作为至少可由实时运动引擎20可访问的偏差表的部分。
除了图10的方法还包括步骤S520之外,图10的方法与图5的方法相似。例如可以在步骤S510之前、之后或者与步骤S510同时执行步骤520。图5和图10中的相似标号指示相似步骤或者过程。
在步骤S520中,偏差估计器(34、134或者234)或者码偏差控制器52为位置确定接收器跟踪的每个次要卫星建立码偏差信息的查找表,其中查找表包括偏差值估计、与偏差值估计关联的对应卫星或者基站标识符以及以下中的一项或者多项:码类型(例如C/A、SP、P1或者P2)时间戳和偏差误差方差估计。
步骤S520可以支持偏差初始化过程和随机游动模型。例如在GLONASS偏差处理中,偏差估计器(34、134或者234)或者位置确定接收器可以使用从卫星到卫星、块到块和基站到基站独立的随机游动模型。这一模型由参数描述,该参数描述最大预计码偏差漂移(例如可以将默认值设置成近似1e-8或者另一适当指数值)。
一般而言,GLONASS偏差处理可以由单独或者相互组合的图10至图16的方法促进的5个操作构成:(1)偏差初始化、(2)时间更新(应用偏差模型)、(3)偏差补偿(应用偏差信息)、(4)偏差校准(更新偏差信息)以及(5)偏差质量控制和偏差表更新。
图11公开了根据利用偏差补偿来估计对象或者交通工具的位置、姿态或者两者以支持组合使用全球定位***(GPS)卫星传输和GLONASS(全球导航卫星***)卫星传输的第一示例的流程图。图11的方法在步骤S500中开始。
在步骤S500中,主要接收器数据处理***14或者主要相位测量设备18测量位置确定接收器(例如10、110、210或者310)接收的第一载波相位(例如L1 GPS信号)和第二载波相位(例如L2 GPS信号),其中从两个或者更多主要卫星(例如GPS卫星)接收载波。
在步骤S502中,次要接收器数据处理***16或者次要相位测量设备30测量位置确定接收器(10、110、210或者310)接收的第三载波信号(例如G1(K)或者GLONASS L1子频带信号)的第三载波相位和第四载波信号(G2(K)或者GLONASS L2子频带信号)的第四载波相位,其中从在与两个或者更多次要卫星不同的频率的次要卫星(例如GLONASS卫星)接收第三和第四载波,这导致在位置确定接收器(10、110、210或者310)处可观测的来自次要卫星中的不同次要卫星的载波信号之间的信道间偏差。
在步骤504中,数据处理器22或者实时运动引擎20估计与测量的第一载波相位关联的第一整周模糊度集合和与测量的第二载波相位关联的第二整周模糊度集合。例如在一个实施例中,如果在位置确定接收器(例如10、110、210或者310)处接收的GPS载波信号的信号质量针对GPS星座中的至少最小数量的卫星大于阈值信号质量水平(例如在主要接收器前端12、主要解码器48或者主要相位测量设备18处确定的),则数据处理器或者RTK引擎20可以估计第一整周模糊度集合和第二整周模糊度集合。
在步骤S506中,数据处理器22或者实时运动引擎20估计与测量的第三载波相位关联的第三整周模糊度集合和与测量的第四载波相位关联的第四整周模糊度集合。例如在一个实施例中,如果在位置确定接收器(10、110、210或者310)处接收的GLONASS载波信号的信号质量针对GLONASS星座中的至少最小数量的卫星大于阈值信号质量水平(例如在次要接收器前端13、次要解码器50或者次要相位测量设备30处确定的),则数据处理器或者RTK引擎20可以估计第三模糊度集合和第三模糊度集合。
在步骤600中,偏差估计器(34、134或者234)根据在第一模式或者第二模式中操作的偏差初始化过程建立初始偏差数据,其中在第一模式中从存储于与位置确定接收器(10、110、210或者310)关联的数据存储设备28(例如非易失性电子存储器)中的查找表取用或者取回存储的偏差数据以填充实时运动引擎20,并且其中在第二模式中,存储的偏差数据包括与位置确定接收器600的对应硬件关联的预编程默认偏差。
在用于实现步骤S600的另一示例中,利用RTK启动来初始化偏差信息。它可以在无关于可用偏差的先验信息时是粗略初始化或者在有可以从NVRAM中的偏差表加载的关于偏差的某些先验信息时是正常初始化。
如果先验偏差信息可用,则初始值如下:
其中NVRAM_BIAS和NVRAM_VAR是存储于NVRAM表中的GLONASS码偏差和方差信息;和是GLONASS码偏差;以及用于给定卫星的方差(svld)。重要的是保证如果使用偏差表信息则偏差表中的站ID与使用中的站ID匹配。如果ID不可用或者未匹配,则默认硬编码偏差或者零偏差应当与默认方差25m2一起使用。也注意如果接收器为相同类型和制造商则偏差将更小。利用默认初始化,不应执行用于恰好第一历元的时间更新。
在步骤S602中,偏差估计器(34、134或者234)或者偏差补偿器32通过基于从双差分码预拟合残差减去信道间偏差估计补偿因子来补偿信道间偏差(例如在GLONASS L1频带或者L2频带中的GLONASS子信道之间的信道间码偏差、信道间载波相位偏差或者两者)。一旦GLONASS信道间码偏差校准过程实时运行,就可以从对应DD码预拟合残差简单地减去等式(3)中的信道间偏差并且可以按照测量的协方差矩阵R中的调整这一差分的方差。
在步骤510中,主要接收器数据处理***14或者估计器26基于测量的第一载波相位、测量的第二载波相位、估计的第一整周模糊度集合、估计的第二整周模糊度集合以及测量的第三载波相位和测量的第四载波相位中的至少一个载波相位以及补偿的第三整周模糊度集合和补偿的第四整周模糊度集合中的至少一个整周模糊度集合确定对象的位置。
除了图12的方法还包括步骤S606之外,图12的方法与图11的方法相似。图11和图12中的相似标号指示相似步骤或者过程。例如可以在步骤S510之前、之后或者与步骤S510同时执行步骤S606。
在步骤S606中,数据处理器22或者偏差估计器(34、134或者234)针对与次要卫星关联的对应单差分载波相位测量或者伪随机测距码测量并且针对关联方差分配时间戳。
除了图13的方法还包括步骤S608之外,图13的方法与图11的方法相似。图11和图13中的相似标号指示相似步骤或者过程。可以在步骤S510之前、之后或者与步骤S510同时执行步骤S608。
在步骤S608中,校准器64或者偏差估计器234根据单差分校准来校准针对信道间偏差的补偿以通过将双差分后拟合残差转换成单差分残差来允许位置确定接收器(10、110、210或者310)接收或可用的卫星的改变。
已经处理所有历元数据,可以获得用于每个码块(即CA、P1和P2)的SD码后拟合残差矢量RES,而在测量协方差更新中使用它的关联测量协方差R。独立和类似地处理每个CA/P1/P2块。如更早提到的那样,提出的RTK算法是基于DD的方式。然而可能希望使用单差分GLONASS信道间偏差校准以便使得更易于应对参考卫星改变。基本思想是如果使用DD方式则将原始DD后拟合残差转换成单差分后拟合残差。首先存储预拟合SD GPS/GLONASS码残差Z并且设计通过使用投影的位置确定接收器坐标(例如RTK漫游坐标)来计算的矩阵H。SD接收器时钟包含于SD预拟合残差以内。在RTK批量更新(CA/PA/L1/P2/L2)之后,在滤波器状态变量中积累误差减少滤波器24(例如卡尔曼滤波器)状态校正,这可以用来计算如以下等式中所示的拥有GPS的后拟合SD残差GPS_RES和用于GLONASS的后拟合SD残差GLN_RES:
项weight_mean(GPS_RES)意味着在SD GPS接收器时钟的所有块残差(分别为CA/P1/P2)上从GPS块取得加权(使用矢量R)均值。应当注意包括三个坐标更新并且可以在远程情况下包括一些剩余电离层和对流层贡献。
GLN_RES包含相对于与GPS关联的方差R的GLONASS信道间偏差,其中R是在用于给定卫星的GLONASS码更新中使用的协方差。可以在等式(10-13)中描述偏差更新例程:
(10)
(12)
其中K是用于GLONASS码偏差的增益。
除了图12的方法还包括步骤S606之外,图14的方法与图11的方法相似。图11和图14中的相似标号指示相似步骤或者过程。可以在步骤S510之前、之后或者与步骤S510同时执行步骤S606。
在步骤S606中,数据处理器22或者偏差估计器(34、134或者234)针对与次要卫星关联的对应单差分载波相位测量或者伪随机测距码测量并且针对关联方差分配时间戳。例如,对于在时间T(now)的GLONASS SD码测量,假设GLONASS偏差估计(具有标记到时间T(pre)的关联方差)是可用的。如果保持不变,则可以完成从时间T(pre)到T(now)的GLONASS偏差时间更新,但是如等式(7)中所示投影它的方差如下:
在步骤S612中,在如时间戳验证的那样处理所有历元数据之后,数据处理器22、偏差估计器234或者校准器64根据单差分校准来校准针对信道间偏差的补偿以通过将双差分后拟合残差转换成单差分残差来允许位置确定接收器(10、110、210或者310)接收或可用的卫星的改变。
除了图15的方法还包括步骤S614、步骤S616和步骤S618之外,图15的方法与图11的方法相似。图11和图15中的相似标号指示相似步骤或者过程。可以在步骤S510之前、之后或者与步骤S510同时执行步骤S614。
在步骤S614中,偏差估计器234或者质量评估器68监视补偿因子的质量水平。
可以通过用户命令或者软件中的质量控制检查来重置所有偏差信息。例如可用在诸如基站标识符(ID)改变或者GLONASS信道间码偏差中的明显跳跃的情况下需要重置。也可以在给定的GLONASS SD码存在于输入数据中、但是尚未标记为可疑(例如通过RAIM算法)并且未使用于块更新中时重置用于特定卫星的偏差信息。
在步骤616中,偏差估计器234或者质量评估器68确定是否有补偿因子的量值在采样时间段内的明显(例如重要)跳跃或者骤然改变。例如在一个配置中,明显跳跃或者骤然改变可以包括补偿因子的量值在一个或者多个采样时段内的百分之五或者更大的改变。如果有补偿因子的量值在采样时间段内的明显跳跃或者骤然改变,则该方法继续步骤S618。然而如果无补偿因子的量值的明显跳跃或者重要骤然改变,则该方法返回到步骤S614,其中针对下一采样时段监视补偿因子的质量水平。
除了图16的方法还包括步骤S614、步骤S616和步骤S619之外,图16的方法与图11的方法相似。图11和图16中的相似标号指示相似步骤或者过程。可以在步骤S510之前、之后或者与步骤S510同时执行步骤S619。
在步骤S619中,校准器64或者偏差估计器234根据单差分校准来校准与次要卫星的载波相位关联的估计的信道间偏差或者针对信道间偏差的补偿以通过根据等式18或者等效或者相似计算(该计算使用基本上大多数具有其相关值的相同的一个或多个变量)确定残差来允许位置确定接收器(10、110、210或者310)接收或可用的卫星的改变。
不同于信道间码偏差的估计,需要精确地确定单差分GLONASS接收器时钟以便估计GLONASS信道间载波相位偏差。GLONASS接收器时钟偏差估计需要充分准确或者作为可能误差源以别的方式被解决。这里提出一种用于估计载波相位信道间偏差的创新方式。在两个接收器之间的GPS和GLONASS的单差分载波相位测量可用如下写出:
在这三个等式中和在本文献中的别处,其中:
是理论单差分范围(这可以基于估计的接收器位置来计算);
从(13)减去(14),得到以下等式:
可以重新组织上述等式如下:
由于GPS波长在相同频率很接近于GLONASS波长,在上述等式中明显减轻接收器时钟偏差对信道间偏差的贡献的影响。可以通过对单差分码测量滤波来精确地确定***偏差。假设残差电离层和对流层效应在误差减少滤波器(例如卡尔曼滤波器)中应用经验模型和残差估计之后可忽略不计。可以通过舍入等式(17)中的整数部分来容易去除单差分GPS载波相位模糊度和GLONASS载波相位模糊度。可以使用以下等式来确定GLONASS载波相位信道间偏差:
(18)
可以通过对计算的相位偏差滤波来减轻载波相位测量噪声。用于GLONASS载波相位偏差的实时校准与用于GLONASS码偏差的过程很相似。低通滤波器用于实时载波相位偏差估计。与GLONASS码偏差处理相似,载波相位偏差处理由与码偏差处理相同的5个操作构成。主要不同在于偏差校准。在这一过程中,等式18用来计算残差。
在步骤S620中,滤波器70(例如低通滤波器)对与载波相位关联的估计的信道间偏差滤波以支持实时载波相位偏差估计。
由于具有恢复的未知模糊度的载波相位可观测值的毫米解算而理论上可以实时实现GPS运动定位的厘米准确度。然而在实践中,可靠和正确的模糊度解算依赖于对大量卫星的观测,这约束它的应用,从而使得难以在可见卫星的数量受限的区域中解决定位应用。用于利用偏差补偿来估计位置的方法和***很好地适合用于通过促进来自GPS和GLONASS卫星星座的组合观测来增加可用卫星的数量。
用于利用偏差补偿来估计位置的方法和***适合用于实时GPS和GLONASS RTK应用。前述方法涉及到用于GLONASS码和载波相位观测的GLONASS RTK算法和多步逐步信道间偏差校准过程。
已经描述优选实施例,将清楚可以进行各种修改而不脱离如在所附权利要求书中限定的本发明的范围。
Claims (24)
1.一种用于通过与对象关联的位置确定接收器估计所述对象的位置的方法,所述方法包括:
测量所述位置确定接收器接收的第一载波信号的第一载波相位和第二载波信号的第二载波相位,所述第一载波信号是从两个或者更多主要卫星在基本上相同频率接收的,所述第二载波信号是从两个或者更多主要卫星在基本上相同频率接收的;
测量所述位置确定接收器接收的第三载波信号的第三载波相位和第四载波信号的第四载波相位,所述第三载波信号是从两个或者更多次要卫星在不同频率传输的,所述第四载波信号是从两个或者更多次要卫星在不同频率传输的,这导致在所述位置确定接收器处可观测的来自所述次要卫星中的不同次要卫星的载波信号之间的信道间偏差;
估计与测量的第一载波相位关联的第一整周模糊度集合和与测量的第二载波相位关联的第二整周模糊度集合;
估计与测量的第三载波相位关联的第三模糊度集合和与测量的第四载波相位关联的第四模糊度集合;
通过根据预测滤波器的以下输入或者状态对所述滤波器建模来补偿所述第三模糊度集合和所述第四模糊度集合中的至少一个模糊度集合中的所述信道间偏差:关于所述对象的运动数据、对流层数据、电离层数据、与来自不同次要卫星的所述第三载波信号关联的单差分参考模糊度集合和与来自不同次要卫星的所述第四载波信号关联的单差分参考模糊度集合;并且
基于所述测量的第一载波相位、所述测量的第二载波相位、估计的第一整周模糊度集合、估计的第二整周模糊度集合以及所述测量的第三载波相位和所述测量的第四载波相位中的至少一个载波相位以及补偿的第三模糊度集合和补偿的第四模糊度集合中的至少一个模糊度集合来确定所述对象的位置。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述补偿还包括实时补偿与来自所述次要卫星的第三载波信号的所述第三载波相位的测量和来自所述次要卫星的第四载波信号的所述第四载波相位的测量中的至少一个关联的信道间偏差。
3.根据权利要求1所述的方法,还包括:
对在所述第三载波信号和所述第四载波信号上编码的伪随机测距码解码;其中所述补偿还包括补偿与解码的伪随机测距码中的至少一个关联的信道间编码偏差,所述解码的伪随机测距码中的至少一个与所述第三载波信号或者所述第四载波信号关联。
4.根据权利要求1所述的方法,其中估计所述第三模糊度集合和所述第四模糊度集合包括通过计算与来自不同次要卫星的一对第三载波信号关联的所述单差分参考模糊度集合并且计算与来自不同次要卫星的一对第四载波信号关联的所述单差分参考模糊度集合来估计第三整周模糊度集合和第四整周模糊度集合。
5.根据权利要求1所述的方法,其中估计所述第一整周模糊度集合和所述第二整周模糊度集合包括计算与来自不同主要卫星的一对第一载波信号关联的所述双差分参考模糊度集合并且计算与来自不同次要卫星的一对第二载波信号关联的所述双差分参考模糊度集合。
6.根据权利要求1所述的方法,其中估计所述第三模糊度集合和所述第四模糊度集合包括计算与来自不同次要卫星的所述第三载波信号关联的所述双差分模糊度集合并且计算与来自不同次要卫星的所述第四载波信号关联的所述双差分模糊度集合。
7.根据权利要求1所述的方法,其中所述补偿还包括根据所述第三载波信号或者所述第四载波信号的双差分载波相位以及所述第三载波信号和所述第四载波信号的双差分伪距来估计信道间偏差,其中估计的信道间偏差保持有效直至周跳。
8.根据权利要求1所述的方法,其中所述补偿还包括提供固定补偿设置以补偿所述位置确定接收器的对应硬件配置。
9.根据权利要求1所述的方法,还包括:
估计在所述第三载波信号上编码的次要伪码与所述第一载波信号上编码的所述主要伪码之间的伪码偏差;并且
在数据存储设备中存储估计的伪码偏差作为至少可由所述实时运动引擎访问的偏差表的部分。
10.根据权利要求1所述的方法,还包括:
估计在所述第三载波信号上编码的次要伪码与所述第一载波信号上编码的第一精确码之间的第一精确码偏差;并且
在电子存储器中存储估计的第一精确码偏差作为偏差表的部分。
11.根据权利要求1所述的方法,还包括:
估计在所述第四载波信号上编码的次要伪码和所述第一载波信号上的编码的所述第二精确码之间的第二伪码偏差;并且
在数据存储设备中存储估计的第一精确码偏差作为至少可由所述实时运动引擎访问的偏差表的部分。
12.根据权利要求1所述的方法,还包括:
估计在所述第四载波信号上编码的次要伪码与在所述第一载波信号上编码的所述第二精确码之间的第二精确码偏差;并且
在电子存储器中存储估计的第一精确码偏差作为偏差表的部分。
13.根据权利要求1所述的方法,还包括:
为所述位置确定接收器跟踪的每个次要卫星建立码偏差信息的查找表,所述查找表包括偏差值估计、与所述偏差值估计关联的对应卫星或者基站标识符和以下中的一项或者多项:码类型、时间戳和偏差误差方差估计。
14.一种用于通过与对象关联的位置确定接收器估计所述对象的位置的方法,所述方法包括:
测量所述位置确定接收器接收的第一载波信号的第一载波相位和第二载波信号的第二载波相位,所述第一载波信号是从两个或者更多主要卫星在基本上相同频率接收的,所述第二载波信号是从两个或者更多主要卫星在基本上相同频率接收的;
测量所述位置确定接收器接收的第三载波信号的第三载波相位和第四载波信号的第四载波相位,所述第三载波信号是从两个或者更多次要卫星在不同频率传输的,所述第四载波信号是从两个或者更多次要卫星在不同频率接收的,这导致在所述位置确定接收器处可观测的来自所述次要卫星中的不同次要卫星的载波信号之间的信道间偏差;
估计与测量的第一载波相位关联的第一整周模糊度集合和与测量的第二载波相位关联的第二整周模糊度集合;
估计与测量的第三载波相位关联的第三整周模糊度集合和与测量的第四载波相位关联的第四整周模糊度集合;
根据在第一模式或者第二模式中操作的偏差初始化过程建立初始偏差数据,其中在所述第一模式中从存储于与所述位置确定接收器关联的数据存储设备中的查找表取用或者取回存储的偏差数据以填充实时运动引擎,其中在所述第二模式中,存储的偏差数据提供粗略初始数据,所述粗略初始数据包括与所述位置确定接收器的对应硬件关联的预编程默认偏差;
通过基于与所述测量的第三载波相位和所述第四载波相位关联的双差分确定估计补偿因子来补偿所述信道间偏差;并且
基于所述测量的第一载波相位、所述测量的第二载波相位、估计的第一整周模糊度集合、估计的第二整周模糊度集合以及所述测量的第三载波相位和所述测量的第四载波相位中的至少一个载波相位以及补偿的第三整周模糊度集合和补偿的第四整周模糊度集合中的至少一个整周模糊度集合来确定所述对象的位置。
15.根据权利要求14所述的方法,还包括:
确定单差分载波相位测量或者确定与所述次要卫星关联的单差分伪随机噪声码测量以确定关联方差,所述测量被分配对应时间戳或者时间指示符。
16.根据权利要求14所述的方法,其中所述补偿还包括通过基于从与双差分确定关联的双差分码预拟合残差减去信道间偏差估计所述补偿因子来补偿所述信道间偏差。
17.根据权利要求16所述的方法,其中根据以下等式确定所述双差分码预拟合残差:
其中是以周期为单位表达的第一单差分载波相位可观测值,是以周期为单位表达的第二单差分载波相位可观测值;和分别是与所述第一单差分载波相位可观测值关联的所述载波信号的波长和频率;和分别是与所述第二单差分载波相位可观测值关联的所述载波信号的波长和频率;是与所述第一单差分载波相位可观测值关联的所述第一单差分整周模糊度;是与所述第二单差分载波相位可观测值关联的所述第二单差分整周模糊度;是用于所述第一单差分载波相位可观测值的单差分电离层延迟,是用于所述第二单差分载波相位可观测值的单差分电离层延迟,其中I是全电子含量的函数;并且是载波相位观测噪声;是单差分几何距离;并且是用于单差分(SD)载波相位测量的所述信道间偏差。
18.根据权利要求14所述的方法,还包括:
根据单差分校准来校准所述信道间偏差的估计以通过将双差分后拟合残差转换成单差分残差来允许所述位置确定接收器接收或可用的卫星的改变。
19.根据权利要求14所述的方法,还包括:
针对与所述次要卫星关联的对应单差分载波相位测量或者伪随机噪声码测量并且针对关联方差分配时间指示符或者时间戳,并且
在如所述时间戳验证的那样处理所有历元数据之后,根据单差分校准来校准针对所述信道间偏差的估计以通过将双差分后拟合残差转换成单差分残差来允许所述位置确定接收器接收或可用的卫星的改变。
20.根据权利要求14所述的方法,还包括:
监视所述补偿因子的质量水平,所述质量水平基于是否有所述补偿因子的量值在采样时间段内的明显跳跃或者骤然改变。
21.根据权利要求20所述的方法,还包括:
监视所述补偿因子的质量水平,所述质量水平基于所述明显跳跃的出现以及RAIM算法是否将单差分码解或者单差分载波相位解标记为不可靠。
22.根据权利要求20所述的方法,还包括:
重置用于特定卫星的偏差信息用于存储于查找表中或者由实时运动引擎用来估计模糊度的解。
24.根据权利要求23所述的方法,还包括:
用低通滤波器对与所述载波相位关联的估计的信道间偏差滤波以支持实时载波相位偏差估计。
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