專利名稱：Rtk定位系統(tǒng)和相應(yīng)的定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實時運動的(real time kinematic，下文中稱為RTK)定位系統(tǒng)和一種相應(yīng)的RTK定位方法，尤其是涉及一種用使用載波相位的偽衛(wèi)星的精確的RTK定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
利用人造衛(wèi)星(下文中簡稱為“衛(wèi)星”)的許多定位方法是可用的，但是當前，最常用的是一種利用GPS衛(wèi)星的定位方法。利用GPS的多種定位方法也是可用的。其中，一種采用載波相位的定位方法更有優(yōu)勢，因為它有高精確度，即，誤差僅僅是數(shù)毫米至數(shù)厘米，而且它僅需要很短的定位周期。對一種利用載波相位的定位方法，載波相位數(shù)據(jù)中波數(shù)的不確定(下文中稱為“模糊度”，ambiguities)必須被確定，而且一種為GPS確定模糊度的方法已經(jīng)眾所周知，尤其是用于實時應(yīng)用。一種用于實時應(yīng)用的采用載波相位的定位方法是一種RTK定位方法。
披露的是一種用戶能夠?qū)崟r獲得當前位置的方法，甚至是在一種如建筑物后面、室內(nèi)或地下區(qū)域，位置很難測繪的環(huán)境中。依照該方法，一種并入有GPS接收功能的便攜式終端設(shè)備的位置通過用一個代表性特征被顯示，基于使用GPS信號的分析而得到的定位誤差、速度和行進方向，表示速度和行進方向的定位誤差環(huán)和箭頭被顯示出來該特征位于中心。代替使用當前位置、定位誤差、速度和行進方向，一個并入有GPS接收機或GPS接收功能的顯示終端設(shè)備使用如終端設(shè)備的過去的位置、誤差值、速度和行進方向的信息，來顯示預測位置、定位誤差、速度和行進方向。
JP-A-2003-215228作為背景技術(shù)被參考。
當使用一種用載波相位的定位方法時，需要依照信號源的位置、用戶的漫游接收機和參考站的接收機確定幾何改變(geometry change)。僅需要在每個測量循環(huán)(下文中稱為“紀元”，epoch)中幾何改變。該幾何改變是確定模糊度的條件，當在戶外執(zhí)行定位時，該條件通過衛(wèi)星的運動得到滿足。
通常，作為使用載波相位的定位方法的初始操作，執(zhí)行模糊度的確定。當執(zhí)行該初始操作時，該模糊度被確定，用戶的初始位置被確定。其后，當繼續(xù)從衛(wèi)星接收信號時，用戶從測量點移動測到量點，在每個測量點執(zhí)行定位。依照該使用載波相位的定位方法，不但是在每個測量點，而且在用戶移動時，連續(xù)接收信號是很重要的。然而，因為外部因素，如在電離層或?qū)α鲗又形⒉▊鞑パ舆t的影響、或如在一個測量點的多通路的無線環(huán)境，從衛(wèi)星接收信號的中斷或斷開并不少見，每次信號接收被中斷模糊度確定操作必須重新再來。
不僅影響RTK定位而且影響所有一般使用衛(wèi)星的依靠衛(wèi)星定位方法的一個大的問題是在山脈、森林、摩天大樓、隧道、建筑物中和地下，所謂的隱蔽位置(hidden locations)，當從衛(wèi)星觀測時，衛(wèi)星信號的接收是不穩(wěn)定的或不可能的。因此，有時不是衛(wèi)星信號不能接收到就是收到的信號的數(shù)目不足以定位。在這種情況下，定位不是不能執(zhí)行就是不能正確執(zhí)行。
依照在JP-A-2003-215228中披露的方法，從衛(wèi)星進行觀測，對一個所謂的隱蔽位置，在山脈、森林、摩天大樓、隧道、建筑物中和地下，例如，以前不能執(zhí)行定位的位置，以前的記錄即在此地進行定位的記錄被用來計算預測路徑。因此，如果參考不能完成定位的初始位置開始執(zhí)行定位，沒有可利用的以前的記錄，就不能在該位置進行定位。
為了執(zhí)行室內(nèi)定位，該發(fā)明建議了一種方法。依照該方法，例如，偽衛(wèi)星(下文中稱為“偽衛(wèi)星”)代替GPS衛(wèi)星被安裝在地面上，還安裝一個通常被用來進行RTK定位的參考接收機。然后，用戶的漫游接收機用從偽衛(wèi)星接收的信號被校準。然而，用這種方法，因為偽衛(wèi)星和參考接收機是固定的，不能發(fā)生幾何改變。因此，用戶的漫游接收機的初始位置不能確定，一種僅有數(shù)毫米至數(shù)厘米誤差的精確的載波相位定位功能就不能使用。
為了利用使用載波相位的定位方法，該發(fā)明移動一個參考站接收機進行幾何改變。然而，依照使用載波相位的定位方法，必須在模糊度確定操作開始之前獲得參考接收機的位置，所以該發(fā)明的發(fā)明者研究的這種方法是一個不可行方案。更進一步的，雖然一種使用編碼的獨立定位方法也是可利用的，但該方法是不合適的，尤其是用于室內(nèi)精確定位，因為它引起的誤差至少是數(shù)米。
因為在機器人技術(shù)領(lǐng)域中需要自動的、精確的室內(nèi)定位，需要用于機器人的精確的定位裝置。
要解決的問題是，在如不能從衛(wèi)星接收信號的戶外，在從衛(wèi)星上看來被地理性隱蔽的位置，如在城市中或在山脈中，不能從衛(wèi)星收到定位所需數(shù)目的信號，不能使用載波相位定位方法，進行精確定位是不可能的。更明確的，該問題是當用戶沒有關(guān)于位置的任何預知信息時，用戶沒有辦法確定他或她的位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用偽衛(wèi)星取代GPS衛(wèi)星確定位置的RTK(RealTime Kinematic，實時運動的)定位系統(tǒng)，包括多個偽衛(wèi)星，每個定位在一個預定位置上；漫游接收機，測量從每個偽衛(wèi)星發(fā)送的信號的編碼和載波相位；靜止參考站，定位在預定位置上，測量從每個偽衛(wèi)星發(fā)送的信號的編碼和載波相位；移動參考站，測量從每個偽衛(wèi)星發(fā)送的信號的編碼和載波相位，可以移動；用戶處理單元，基于分別從靜止參考站和移動參考站發(fā)送的編碼和載波相位及從漫游接收機發(fā)送的編碼和載波相位，定位該漫游接收機；數(shù)據(jù)鏈路，把每個數(shù)據(jù)從靜止參考站、移動參考站和漫游接收機發(fā)送到用戶處理單元，其中，通過用戶處理單元獲知靜止參考站的位置和偽衛(wèi)星的每個位置。
此外，至少4個偽衛(wèi)星被用于漫游接收機的三維定位，至少3個偽衛(wèi)星被用于漫游接收機的二維定位。
本發(fā)明也提供一種用GPS衛(wèi)星和偽衛(wèi)星來確定位置的RTK(實時運動)定位系統(tǒng)，包括GPS衛(wèi)星；至少一個偽衛(wèi)星，每個定位在預定位置；漫游接收機，測量從GPS衛(wèi)星和偽衛(wèi)星中的每個發(fā)送的信號的編碼和載波相位；靜止參考站，定位在預定位置上，測量從GPS衛(wèi)星和偽衛(wèi)星中的每個發(fā)送的信號的編碼和載波相位；移動參考站，測量從GPS衛(wèi)星和偽衛(wèi)星中的每個發(fā)送的信號的編碼和載波相位，可以移動；用戶處理單元，基于分別從靜止參考站和移動參考站發(fā)送的編碼和載波相位及從漫游接收機發(fā)送的編碼和載波相位，定位該漫游接收機；數(shù)據(jù)鏈路，把每個數(shù)據(jù)從靜止參考站、移動參考站和漫游接收機發(fā)送到用戶處理單元，其中，通過用戶處理單元獲知靜止參考站的位置和偽衛(wèi)星的位置。
此外，用于漫游接收機的三維定位使用至少四個衛(wèi)星，包括GPS衛(wèi)星和偽衛(wèi)星，用于漫游接收機的二維定位需要至少三個衛(wèi)星，包括GPS衛(wèi)星和偽衛(wèi)星。
本發(fā)明也提供一種RTK定位方法，包括以下步驟設(shè)定由用戶處理單元預先得知的偽衛(wèi)星的位置和由用戶處理單元得知的靜止參考站的位置；測量分別通過靜止參考站、移動參考站和用戶所持有的漫游接收機從偽衛(wèi)星發(fā)送的信號的編碼和載波相位；用數(shù)據(jù)鏈路將在靜止參考站、移動參考站和漫游接收機中分別測量的編碼數(shù)據(jù)和載波相位數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶處理單元；基于從靜止參考站、移動參考站和漫游接收機發(fā)送的編碼和載波相位定位該漫游接收機。
因此，使用載波相位的定位甚至可以在如下地方執(zhí)行如室內(nèi)，不能接收GPS信號的地方，或從衛(wèi)星上看隱蔽的地方，如在山脈、森林中、在城市的高樓大廈后面，不能收到定位所需數(shù)目的GPS信號。結(jié)果，可以執(zhí)行一種僅有數(shù)毫米到數(shù)厘米誤差的精確定位。
此外，偽衛(wèi)星發(fā)送從GPS衛(wèi)星、靜止參考站、移動參考站和漫游接收機發(fā)送的數(shù)據(jù)，有GPS接收機的功能。
因此，提供了關(guān)于用GPS的常規(guī)定位的多方面應(yīng)用。
此外，偽衛(wèi)星用FDMA(Frequency Division Multiple Access，頻分多址)并重發(fā)從包括GPS衛(wèi)星的所有導航衛(wèi)星、靜止衛(wèi)星、和準靜止衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)。
此外，通過利用衛(wèi)星空分(spatial division of a satellite)，偽衛(wèi)星重發(fā)從包括GPS衛(wèi)星的所有導航衛(wèi)星、靜止衛(wèi)星、和準靜止衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)。
因此，提供一種不僅使用GPS衛(wèi)星而且使用所有導航衛(wèi)星、靜止衛(wèi)星和準靜止衛(wèi)星的RTK定位系統(tǒng)是可能的。
此外，至少一個偽衛(wèi)星是類似GSP衛(wèi)星。
此外，至少一個偽衛(wèi)星是固定擴頻信號源。
此外，至少一個偽衛(wèi)星是靜止衛(wèi)星或準靜止衛(wèi)星。
因此，提供一種使用靜止衛(wèi)星或準靜止衛(wèi)星作為信號源的戶外RTK定位系統(tǒng)是可能的。
此外，該固定擴頻信號源是同步衛(wèi)星。
此外，該固定擴頻信號源是GPS信號重發(fā)機。
此外，該GPS信號重發(fā)機發(fā)送類似GPS信號。
此外，該GPS信號重發(fā)機發(fā)送與類似GPS信號相似的擴頻信號。
此外，使用5個偽衛(wèi)星，偽衛(wèi)星在兩個不同的頻帶重發(fā)信號，移動參考站的位置由快速校正(on-the-fly)確定。
因此，因為初始化是由快速校正自動執(zhí)行的，用戶可以實時執(zhí)行定位，這是非常實用和方便的。
此外，移動參考站沿著一個以靜止參考站為中心的圓周移動。
因此，因為參數(shù)的未知數(shù)目減少了，獲得基線的處理更簡單了，利用分析程序的負載被減少了。
此外，用戶處理單元是該漫游接收機內(nèi)部的處理器。
所以，該RTK定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以簡化。
此外，用戶處理單元是與漫游接收機連接的計算機。
在這種情況下，由有高速計算能力的計算機執(zhí)行分析程序，分析周期可以大大減小。
此外，數(shù)據(jù)鏈路是無線鏈路。
此外，數(shù)據(jù)鏈路是有線鏈路。
此外，至少使用兩個漫游接收機，其中一個漫游接收機提供有參考站的功能，被用作移動參考站。
因此，安裝在室內(nèi)的設(shè)備數(shù)目被減少了。


圖1圖示了本發(fā)明實施例的主要構(gòu)成部分；圖2是依照本發(fā)明的定位方法的概觀的流程圖；圖3是表示代表圖1中靜止參考站、移動參考站和漫游接收機之間的位置關(guān)系的主要部分的放大圖。
具體實施例方式
假定偽衛(wèi)星和靜止參考站33的位置預先得到，從偽衛(wèi)星發(fā)送的信號的編碼和載波相位通過靜止參考站、移動參考站和用戶持有的漫游接收機測量。通過該靜止參考站、移動參考站和漫游接收機測量的編碼和載波相位的數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送到用戶處理單元。用戶處理單元確定靜止參考站與移動參考站之間的基線和移動參考站與漫游接收機之間的基線，使用這兩個基線和預先得到的靜止參考站的位置確定漫游接收機的位置。所以，甚至是在如不能收到GPS信號的室內(nèi)、或從衛(wèi)星上來看隱蔽的地方，如在山脈、森林中、或在城市中高建筑物后面，不能收到定位所需數(shù)目的GPS信號的地方，可以使用載波相位定位方法。結(jié)果，可以執(zhí)行僅有數(shù)毫米至數(shù)厘米誤差的精確定位，提供了關(guān)于用GPS的常規(guī)定位的多方面應(yīng)用。
現(xiàn)在參照圖1至3詳細介紹本發(fā)明的實施例。
圖1圖示了本發(fā)明實施例的主要構(gòu)成部分。圖2是依照本發(fā)明的定位方法的概觀的流程圖。圖3是表示代表靜止參考站3、移動參考站4和漫游接收機5之間的位置關(guān)系的主要部分的放大圖，后面將做介紹。在本實施例中，將會對在不能接收GPS信號的室內(nèi)執(zhí)行對用戶的漫游接收機5的定位的情況進行說明。
在圖1和3中，RTK(實時運動)定位系統(tǒng)1使用一種RTK定位方法確定用戶的漫游接收機5的位置。RTK定位系統(tǒng)1包括4個偽衛(wèi)星2、2個參考站包括靜止參考站3和移動參考站4、漫游接收機5、用戶處理單元6、和數(shù)據(jù)鏈路7。
偽衛(wèi)星2擔當衛(wèi)星的角色作為信號源被使用。三維定位需要至少4個偽衛(wèi)星2，二維定位需要至少3個偽衛(wèi)星2。在本實施例中，使用市場上可用的偽衛(wèi)星。類似GPS衛(wèi)星或固定擴頻信號源可以代替?zhèn)涡l(wèi)星2使用。該擴頻信號源可以是同步衛(wèi)星、或GPS信號重發(fā)機，發(fā)送類似GPS衛(wèi)星信號或類似擴頻信號。因為使用了多種信號源，提供了RTK系統(tǒng)的多方面應(yīng)用。
靜止參考站3是固定的，在功能上作為參考站。移動參考站4經(jīng)常移動，在功能上作為第二中間參考站。漫游接收機5是用戶所有的。在本實施例中，靜止參考站3、移動參考站4和漫游接收機5具有GPS接收機的功能，在市場上是可見的，也可以測量GPS信號的編碼和載波相位。4個偽衛(wèi)星2需要被設(shè)置，在參考站3和4及漫游接收機5上登錄，這樣它們能夠接收和測量來自偽衛(wèi)星2的信號。靜止參考站3、移動參考站4和漫游接收機5不局限于市場上所見的GPS接收機，可以是任何能夠測量偽衛(wèi)星2發(fā)送的信號的編碼和載波相位的接收機。
為了確定漫游接收機5的位置，用戶處理單元6用從靜止參考站3、移動參考站4和漫游接收機5發(fā)送的數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)據(jù)處理算法。在本實施例中，使用標準膝上型計算機，后面將介紹作為軟件安裝的數(shù)據(jù)處理算法。然而，可以在漫游接收機5的內(nèi)部處理器中執(zhí)行該數(shù)據(jù)處理算法。
數(shù)據(jù)鏈路7用于靜止參考站3、移動參考站4、漫游接收機5和用戶處理單元6之間的數(shù)據(jù)交換。所以，在本實施例中，一種無線通信裝置包括數(shù)據(jù)發(fā)送機和數(shù)據(jù)接收機，安裝在靜止參考站3、移動參考站4和漫游接收機5上或與之相連接?？梢允褂糜芯€通信裝置，如電纜。
現(xiàn)在參照圖1至3詳細介紹RTK定位系統(tǒng)1的操作。
在定位之前，4個偽衛(wèi)星2分別安裝在房間的四個角上。通過用戶處理單元6預先測量得到每個偽衛(wèi)星2的位置。靜止參考站3和移動參考站4安裝在房間內(nèi)的任意位置。通過用戶處理單元6預先測量得到靜止參考站3的位置。
如圖1和圖3所式，實線表示移動參考站4在紀元k時間的的位置，虛線表示移動參考站4在紀元(k+1)時間的位置。也就是說，移動參考站4被定位在沿著以靜止參考站3為圓心、半徑為預定值“R”的圓周移動。該圓周與靜止參考站3在同一平面上。然而，只要移動參考站4持續(xù)運動，就不需要這樣的移動限制，移動參考站4可以隨機移動。
然而，上述固定的參考站接收機3與移動參考站接收機4之間的位置關(guān)系是更可取的。如果移動參考接收機4在與靜止參考站3相同的平面內(nèi)移動，可以建立用于漫游接收機5的定位的移動參考站4的高度參數(shù)。更進一步的，如果移動參考站4沿著該圓周移動，靜止參考站3與移動參考站4之間的距離作為一個常數(shù)和預定值確定，因為移動參考站4沿著特定移動路經(jīng)移動。結(jié)果，用于分析基線的未知參數(shù)的數(shù)目進一步減少。所以，為了確定漫游接收機5的位置的基線分析更簡化。
為了定位，靜止參考站3和移動參考站4的初始化被預先執(zhí)行。如果初始化被眾所周知的RTK定位方法的快速校正自動執(zhí)行是更實用的。然而，為了初始化，需要至少5個偽衛(wèi)星2，偽衛(wèi)星2必須在兩個不同頻帶L1和L2重發(fā)信號。
快速校正是實用的，這是因為它不僅是對定位開始前執(zhí)行的自動初始化而言，而且由于可能在定位期間出現(xiàn)的從衛(wèi)星接收信號的瞬間切斷或中斷，對初始化來說都可用。
在RTK定位系統(tǒng)1中，用戶有漫游接收機5、用戶處理單元6和數(shù)據(jù)鏈路7(一部分附加在漫游接收機5上或與之相連接)的一部分。象用戶移動一樣，這些單元圍繞房間移動。當用戶進入房間時開始執(zhí)行漫游接收機5的定位。
首先，通過靜止參考站3、移動參考站4和漫游接收機5測量從設(shè)置在房間內(nèi)的4個偽衛(wèi)星2發(fā)送的信號的編碼和載波相位。
通過靜止參考站3、移動參考站4和漫游接收機5測量的信號的編碼和載波相位數(shù)據(jù)使用數(shù)據(jù)鏈路7發(fā)送到用戶處理單元6。
用戶處理單元6通過接口接收從靜止參考站3、移動參考站4和漫游接收機5發(fā)送的測量數(shù)據(jù)(圖2中的步驟21)。然后，為了確定漫游接收機5的位置用戶處理單元6在數(shù)據(jù)處理算法中執(zhí)行下面的步驟。
用戶處理單元6執(zhí)行篩選測量數(shù)據(jù)并從中提取所需數(shù)據(jù)(步驟22)。接下來，用戶處理單元6初始化編碼(步驟23)，并通過載波相位確定漫游接收機5的位置(步驟24)。
移動參考站4持續(xù)運動對定位來說是很重要的。在本實施例中，偽衛(wèi)星2代替衛(wèi)星安裝在房間內(nèi)的確定位置上，被用作信號源執(zhí)行RTK定位。所以，因為作為信號源的偽衛(wèi)星2是固定的，幾何不變，不能確定模糊度。然而，當移動參考站4運動時，移動參考站4與靜止參考站3之間、移動參考站4與漫游接收機5之間的幾何改變。所以，可以確定靜止參考站3與移動參考站4之間的基線A和移動參考站4與漫游接收機5之間的基線B?；€C是靜止參考站3與漫游接收機5之間的基線。
因為通過用戶處理單元6預先得到了基線A和B和靜止參考站3的位置，所以就可以執(zhí)行漫游接收機5的定位。
用戶處理單元6顯示漫游接收機5的確定的位置(步驟25)。更進一步的，用戶處理單元6參考漫游接收機5的確定位置產(chǎn)生NMEA數(shù)據(jù)，該NMEA數(shù)據(jù)是GPS接收機與導航設(shè)備之間通信的標準(步驟26)。
作為參考，下面介紹數(shù)據(jù)處理算法的基礎(chǔ)。
首先，漫游接收機5與靜止參考站3之間的相關(guān)模糊度用下面的等式(1)來表示。
||X||0||N||10=||X||1||0||+||B||12||N||12+||B||20||N||20···(1)]]>
在上述等式(1)中，‖X‖0漫游接收機5的坐標矢量‖X‖1靜止參考站3的坐標矢量‖N‖10基線C(漫游接收機5與靜止參考站3之間的基線)的DD(雙相差分)模糊度的矢量‖N‖12基線A(靜止參考站3與移動參考站4之間的基線)的DD(雙相差分)模糊度的矢量‖N‖20基線B(移動參考站4與漫游接收機5之間的基線)的DD(雙相差分)模糊度的矢量‖B‖12基線A(靜止參考站3與移動參考站4之間的基線)‖B‖20基線B(移動參考站4與漫游接收機5之間的基線)靜止參考站3的坐標矢量‖X‖1被定義為已經(jīng)確定(靜止參考站3與移動參考站4之間的基線A的基線長度模(‖B‖12)也可以是已經(jīng)確定的)。
下面的等式(2)和(3)必須解出‖B‖20、‖B‖12、‖N‖20和‖N‖12。
||Δ▿P20||{k}||Δ▿C20||{k}=[|A20|]{k}×||B||20{k}||N||20···(2)]]>||Δ▿P12||{k}||Δ▿C12||{k}=[|A12|]{k}×||B||12{k}||N||12···(3)]]>在等式(2)和(3)中，P20偽距離(移動參考站4與漫游接收機5之間的偽距離)的DD(雙相差分)P12偽距離(靜止參考站3與移動參考站4之間的偽距離)的DD(雙相差分)C20載波相位(移動參考站4與漫游接收機5之間的載波相位)的DD(雙相差分)C12載波相位(靜止參考站3與移動參考站4之間的載波相位)的DD(雙相差分) {k}設(shè)計矩陣(移動參考站4與漫游接收機5之間的設(shè)計矩陣)[|A12|]{k}設(shè)計矩陣(靜止參考站3與移動參考站4之間的設(shè)計矩陣)對每系列等式的數(shù)目是2k(m-1)，其中m表示偽衛(wèi)星的數(shù)目，k表示紀元的數(shù)目。當一個紀元足夠解出關(guān)于4個偽衛(wèi)星的等式時，獲得的解是受限于偽距離的精確度的。
為了解出模糊度，從配置中刪除一個低精確度偽距離的等式，載波相位等式僅被用于定義被分析的初始區(qū)域。
刪除偽距離等式的表達式，表示為下面的等式(4)和(5)。
||Δ▿C20||{k}=[|F20|]{k}×||B||20{k}||N||20···(4)]]>||Δ▿C12||{k}=[|F12|]{k}×||B||12{k}||N||12···(5)]]>下面的等式(6)和(7)，表示由等式(2)和(3)導出的初始解。
||B||20{0}||N||200···(6)]]>||B||12{0}||N||120···(7)]]>下面的等式(8)可以添加到上述的系列中。
b12{k}X2+b12{k}Y2+b12{k}Z2=R12···(8)]]>在上述等式(8)中，應(yīng)該注意的，對于室內(nèi)定位，矢量‖B‖12{k}只包括兩個成分X和Y。
在等式(4)和(5)中等式的數(shù)目(矩陣的秩數(shù))是(m-1)k，其中m表示偽衛(wèi)星的數(shù)目，k表示紀元的數(shù)目。
所以，包括在表達式8中的等式的總數(shù)N是N＝(2m-1)k。
未知數(shù)數(shù)目M是M＝5k+2m-2。
所以，當M≤N時，可以解出該系列的坐標和模糊度。
偽衛(wèi)星的數(shù)目應(yīng)該是m≥4，紀元的數(shù)目應(yīng)該是k≥3。
當假定用戶不垂直運動時，M＝4k+2m-2，因為矢量‖B‖20{k}也僅包含成分X和Y。
所以，當所需偽衛(wèi)星最小數(shù)目變?yōu)閙≥3時，紀元的數(shù)目是k≥4；當偽衛(wèi)星的數(shù)目是m≥4時，紀元的數(shù)目是k≥2。
在本實施例中使用了移動參考站4。為了與本實施例相比較，現(xiàn)在對不使用移動參考站4的另一個實施例進行說明。不管提供多少偽衛(wèi)星，不包括移動參考站4的等式根本就不能被解出。這是因為關(guān)于連續(xù)紀元的等式將代表線性相關(guān)，該系列的秩數(shù)的數(shù)目不增加。當使用移動參考站4時，設(shè)計矩陣[|F12|]{k}和[|F20|]{k}按每個紀元變化，關(guān)于連續(xù)紀元的等式不能代表線性相關(guān)。
通常，RTK定位方法比其他定位方法所需的周期較短，一般的戶外定位需要一秒至一分鐘。依照本發(fā)明，因為信號源相當接近各接收機，當移動參考站4運動時，幾何大大改變，所以可以更迅速的確定模糊度。
在本實施例中，對在不能收到GPS信號的地方通過室內(nèi)偽衛(wèi)星重發(fā)GPS信號的例子已經(jīng)進行了說明，并且當信號源只有偽衛(wèi)星時用戶的漫游接收機5的位置被計算出來。然而，本發(fā)明不僅限于該實施例，漫游接收機5甚至可以在不能從衛(wèi)星接收信號的位置進行戶外校準，即，所謂的地理性隱蔽的地方。
此外，依照本發(fā)明，可以使用市場上可利用的GPS接收機作為靜止參考站3、移動參考站4和漫游接收機5，也接收來自偽衛(wèi)星的信號。所以，依照本發(fā)明，不僅不能收到GPS信號的地方而且不能獲得定位所需數(shù)目的衛(wèi)星信號的戶外也可以使用該定位系統(tǒng)和該定位方法，并且可以通過使用偽衛(wèi)星代替衛(wèi)星來校準漫游接收機5。
代替該偽衛(wèi)星，信號源可以是靜止衛(wèi)星，如美國發(fā)射的WAAS、日本發(fā)射的MSAS或歐洲發(fā)射的EGNOS，和準靜止衛(wèi)星，如日本發(fā)射的QZSS。
此外，偽衛(wèi)星使用FDMA(頻分多址)，也采用可用的系統(tǒng)頻率。所以，偽衛(wèi)星不僅能夠從美國發(fā)射的GPS衛(wèi)星接收信號，而且能夠從如俄羅斯發(fā)射的GLONASS和歐洲發(fā)射的GALILEO的導航衛(wèi)星接收信號，從如美國發(fā)射的WAAS、日本發(fā)射的MSAS和歐洲發(fā)射的EGNOS的靜止衛(wèi)星接收信號，從如日本發(fā)射的QZSS的準靜止衛(wèi)星接收信號。所以，當偽衛(wèi)星收到這些信號并將其重發(fā)，本發(fā)明的定位系統(tǒng)和定位方法能夠使用所有導航衛(wèi)星、靜止衛(wèi)星和準靜止衛(wèi)星發(fā)送的信號。
更進一步的，因為偽衛(wèi)星使用衛(wèi)星空分，該偽衛(wèi)星可以使用通過如俄羅斯發(fā)射的GLONASS和歐洲發(fā)射的GALILEO的導航衛(wèi)星發(fā)送的信號，使用通過如美國發(fā)射的WAAS、日本發(fā)射的MSAS和歐洲發(fā)射的EGNOS的靜止衛(wèi)星發(fā)送的信號，使用通過如日本發(fā)射的QZSS的準靜止衛(wèi)星發(fā)送的信號。所以，當偽衛(wèi)星接收這些信號并重發(fā)它們時，本發(fā)明的定位系統(tǒng)和定位方法能夠使用通過導航衛(wèi)星、靜止衛(wèi)星和準靜止衛(wèi)星發(fā)送的信號。
當不能提供移動參考站4時只要安裝兩個或多個漫游接收機5，向漫游接收機5中的一個附加提供參考站的功能，以使該漫游接收機5充當?shù)诙虚g參考站，即移動參考站4。
權(quán)利要求
1.一種RTK定位系統(tǒng)，該RTK定位系統(tǒng)用偽衛(wèi)星取代GPS衛(wèi)星來確定位置，包括多個偽衛(wèi)星，每個定位在一個預定位置；漫游接收機，用于測量從每個偽衛(wèi)星發(fā)送的信號的編碼和載波相位；靜止參考站，定位在預定位置，用于測量從每個偽衛(wèi)星發(fā)送的信號的編碼和載波相位；移動參考站，用于測量從每個偽衛(wèi)星發(fā)送的信號的編碼和載波相位，可以移動；用戶處理單元，用于基于分別從靜止參考站和移動參考站發(fā)送的編碼和載波相位及漫游接收機發(fā)送的編碼和載波相位定位該漫游接收機；和數(shù)據(jù)鏈路，把每個數(shù)據(jù)從靜止參考站、移動參考站和漫游接收機發(fā)送到用戶處理單元，其中，通過用戶處理單元獲知靜止參考站的位置和每個偽衛(wèi)星的位置。
2.如權(quán)利要求1的RTK定位系統(tǒng)，其中至少4個偽衛(wèi)星被用于漫游接收機的三維定位，和至少3個偽衛(wèi)星被用于漫游接收機的二維定位。
3.一種RTK定位系統(tǒng)，該RTK定位系統(tǒng)用GPS衛(wèi)星和偽衛(wèi)星來確定位置，包括GPS衛(wèi)星；至少一個偽衛(wèi)星，每個定位在預定位置；漫游接收機，用于測量從GPS衛(wèi)星和偽衛(wèi)星中的每個發(fā)送的信號的編碼和載波相位；靜止參考站，定位在預定位置，用于測量從GPS衛(wèi)星和偽衛(wèi)星中的每個發(fā)送的信號的編碼和載波相位；移動參考站，用于測量從GPS衛(wèi)星和偽衛(wèi)星中的每個發(fā)送的信號的編碼和載波相位，可以移動；用戶處理單元，用于基于分別從靜止參考站和移動參考站發(fā)送的編碼和載波相位及漫游接收機發(fā)送的編碼和載波相位定位該漫游接收機；和數(shù)據(jù)鏈路，把每個數(shù)據(jù)從靜止參考站、移動參考站和漫游接收機發(fā)送到用戶處理單元，其中，通過用戶處理單元獲知靜止參考站的位置和偽衛(wèi)星的位置。
4.如權(quán)利要求3的RTK定位系統(tǒng)，其中，包括GPS衛(wèi)星和偽衛(wèi)星的至少4個衛(wèi)星被用于漫游接收機的三維定位，和包括GPS衛(wèi)星和偽衛(wèi)星的至少3個衛(wèi)星被用于漫游接收機的二維定位。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一個的RTK定位系統(tǒng)，其中，偽衛(wèi)星發(fā)送GPS衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)，和靜止參考站，移動參考站和漫游接收機有GPS接收機的功能。
6.如權(quán)利要求1至5中任何一個的RTK定位系統(tǒng)，其中，偽衛(wèi)星使用FDMA并重發(fā)包括GPS衛(wèi)星的全部導航衛(wèi)星、靜止衛(wèi)星、和準靜止衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1至5中任何一個的RTK定位系統(tǒng)，其中，偽衛(wèi)星通過使用衛(wèi)星的空分重發(fā)包括GPS衛(wèi)星的全部導航衛(wèi)星、靜止衛(wèi)星、和準靜止衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求1至7中任何一個的RTK定位系統(tǒng)，其中，至少一個偽衛(wèi)星是一個類似GPS衛(wèi)星。
9.如權(quán)利要求1至7中任何一個的RTK定位系統(tǒng)，其中，至少一個偽衛(wèi)星是固定擴頻信號源。
10.如權(quán)利要求1至5中任何一個的RTK定位系統(tǒng)，其中，至少一個偽衛(wèi)星是靜止衛(wèi)星或準靜止衛(wèi)星。
11.如權(quán)利要求9的RTK定位系統(tǒng)，其中，該固定擴頻信號源是同步衛(wèi)星。
12.如權(quán)利要求9的RTK定位系統(tǒng)，其中，該固定擴頻信號源是GPS信號重發(fā)機。
13.如權(quán)利要求12的RTK定位系統(tǒng)，其中，該GPS信號重發(fā)機發(fā)送類似GPS信號。
14.如權(quán)利要求12的RTK定位系統(tǒng)，其中，該GPS信號重發(fā)機發(fā)送與類似GPS信號相似的擴頻信號。
15.如權(quán)利要求1、3、5至14中任何一個的RTK定位系統(tǒng)，其中，使用5個偽衛(wèi)星，偽衛(wèi)星在兩個不同頻帶重發(fā)信號，和通過快速校正確定移動參考站的位置。
16.如權(quán)利要求1至15中任何一個的RTK定位系統(tǒng)，其中，移動參考站沿著以靜止參考站為中心的圓周移動。
17.如權(quán)利要求1至16中任何一個的RTK定位系統(tǒng)，其中，用戶處理單元是漫游接收機內(nèi)部的處理器。
18.如權(quán)利要求1至16中任何一個的RTK定位系統(tǒng)，其中，用戶處理單元是連接到漫游接收機的計算機。
19.如權(quán)利要求1至18中任何一個的RTK定位系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)鏈路是無線鏈路。
20.如權(quán)利要求1至18中任何一個的RTK定位系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)鏈路是有線鏈路。
21.如權(quán)利要求1至20中任何一個的RTK定位系統(tǒng)，其中，使用至少兩個漫游接收機，和提供有參考站的功能的漫游接收機中的一個，被用作移動參考站。
22.一種RTK定位方法，包括步驟設(shè)置通過用戶處理單元預先得知的偽衛(wèi)星的位置，設(shè)置通過用戶處理單元得知的靜止參考站的位置；分別通過該靜止參考站、移動參考站和用戶持有的漫游接收機測量從偽衛(wèi)星發(fā)送的信號的編碼和載波相位；用數(shù)據(jù)鏈路將在靜止參考站、移動參考站和漫游接收機中分別測量的編碼數(shù)據(jù)和載波相位數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶處理單元；基于從靜止參考站、移動參考站和漫游接收機發(fā)送的編碼和載波相位對漫游接收機定位。
23.如權(quán)利要求22的RTK定位方法，其中，在漫游接收機的三維定位中從4個偽衛(wèi)星發(fā)送信號，和在漫游接收機的二維定位中從3個偽衛(wèi)星發(fā)送信號。
24.如權(quán)利要求22或23的RTK定位方法，其中，偽衛(wèi)星發(fā)送從GPS衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)，和靜止參考站、移動參考站和漫游接收機有GPS接收機的功能。
25.如權(quán)利要求22至24中任何一個的RTK定位方法，其中，偽衛(wèi)星使用FDMA并重發(fā)從包括GPS衛(wèi)星的全部導航衛(wèi)星、靜止衛(wèi)星、和準靜止衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)。
26.如權(quán)利要求22至24中任何一個的RTK定位方法，其中，偽衛(wèi)星通過使用衛(wèi)星的空分重發(fā)從包括GPS衛(wèi)星的全部導航衛(wèi)星、靜止衛(wèi)星、和準靜止衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)。
27.如權(quán)利要求22至26中任何一個的RTK定位方法，其中，至少一個偽衛(wèi)星是類似GPS衛(wèi)星。
28.如權(quán)利要求22至26中任何一個的RTK定位方法，其中，至少一個偽衛(wèi)星是固定擴頻信號源。
29.如權(quán)利要求22至24中任何一個的RTK定位方法，其中，至少一個偽衛(wèi)星是靜止衛(wèi)星或準靜止衛(wèi)星。
30.如權(quán)利要求28的RTK定位方法，其中，該固定擴頻信號源是同步衛(wèi)星。
31.如權(quán)利要求28的RTK定位方法，其中，該固定擴頻信號源是GPS信號重發(fā)機。
32.如權(quán)利要求31的RTK定位方法，其中，該GPS信號重發(fā)機發(fā)送類似GPS信號。
33.如權(quán)利要求31的RTK定位方法，其中，該GPS信號重發(fā)機發(fā)送與類似GPS信號相似的擴頻信號。
34.如權(quán)利要求22、24至33中任何一個的RTK定位方法，其中，使用5個偽衛(wèi)星，偽衛(wèi)星在兩個不同頻帶重發(fā)信號，和通過快速校正確定移動參考站的位置。
35.如權(quán)利要求22至34中任何一個的RTK定位方法，其中，移動參考站沿著以靜止參考站為中心的圓周移動。
36.如權(quán)利要求22至35中任何一個的RTK定位方法，其中，用戶處理單元是漫游接收機內(nèi)部的處理器，
37.如權(quán)利要求22至35中任何一個的RTK定位方法，其中，用戶處理單元是連接到漫游接收機的計算機。
38.如權(quán)利要求22至37中任何一個的RTK定位方法，其中，數(shù)據(jù)鏈路是無線鏈路。
39.如權(quán)利要求22至37中任何一個的RTK定位方法，其中，數(shù)據(jù)鏈路是有線鏈路。
40.如權(quán)利要求22至39中任何一個的RTK定位方法，其中，使用至少兩個漫游接收機，和提供有參考站功能的漫游接收機中的一個，被用作移動參考站。
全文摘要
通過用戶處理單元預先得知偽衛(wèi)星的位置和靜止參考站的位置，通過該靜止參考站、移動參考站和漫游接收機測量從偽衛(wèi)星發(fā)送的信號的編碼和載波相位。用數(shù)據(jù)鏈路把通過該靜止參考站、移動參考站和漫游接收機測量的編碼和載波相位數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶處理單元。用戶處理單元確定靜止參考站與移動參考站之間的基線，和移動參考站與漫游接收機之間的基線。這兩個基線和預先得知的靜止參考站的位置被用來確定漫游接收機的位置。
文檔編號G01S1/00GK1595192SQ20041007687
公開日2005年3月16日 申請日期2004年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月8日
發(fā)明者I·G·佩特羅維斯基, 鳥本秀幸 申請人:船井電機株式會社, 測位衛(wèi)星技術(shù)株式會社