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

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的主要目的在于解決相關技術的前述問題。
本發(fā)明的具體目的在于提供一種能夠快速精確地確定以及重新確定整數(shù)模糊度的載波相位GPS定位裝置，一種載波相位GPS定位方法，一種載波相位GPS定位系統(tǒng)，以及一種基準站。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種載波相位GPS定位裝置，其包括第一整數(shù)模糊度估計單元，所述單元將通過在固定位置的基準站從衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)中提取的第一持續(xù)時間中的方差數(shù)據(jù)與在短于所述第一持續(xù)時間的第二持續(xù)時間中通過移動臺從所述衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)相關聯(lián)，并估計在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；以及定位單元，其利用由所述第一整數(shù)模糊度估計單元估計的所述整數(shù)模糊度來確定所述移動臺的位置。
根據(jù)本發(fā)明，由于在短于所述第一持續(xù)時間的所述第二持續(xù)時間中利用所述移動臺側的采樣數(shù)據(jù)來估計所述整數(shù)模糊度，可以縮短估計所述整數(shù)模糊度的時間。本發(fā)明的載波相位GPS定位裝置可以被實現(xiàn)為從基準站接收數(shù)據(jù)的移動臺、從移動臺接收數(shù)據(jù)的基準站，或者從所述基準站和所述移動臺雙方接收數(shù)據(jù)的裝置。
可注意到，所述方差數(shù)據(jù)和通過移動臺接收的數(shù)據(jù)不必是同一種類型。
優(yōu)選地，從所述方差數(shù)據(jù)中除去異常值。此外，當對從所述衛(wèi)星發(fā)射的電磁波的接收被暫時中斷時，所述中斷之前的數(shù)據(jù)被從所述方差數(shù)據(jù)中除去。
優(yōu)選地，所述第一持續(xù)時間中的所述方差數(shù)據(jù)包括在所述第一持續(xù)時間中在第一數(shù)目的多個時刻從所述衛(wèi)星發(fā)送的所述信號的多個載波相位累加值，并且所述第一整數(shù)模糊度估計單元將在所述第一數(shù)目的多個時刻的在所述基準站側的所述多個載波相位累加值與在第二數(shù)目的多個時刻的在所述移動臺的多個載波相位累加值相關聯(lián)，并且估計在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度，并且在此所述的第二數(shù)目小于所述第一數(shù)目?？蛇x地，所述第一整數(shù)模糊度估計單元將在所述第一數(shù)目的多個時刻的在所述基準站側的所述多個載波相位累加值與在一個時刻的在所述移動臺側的載波相位累加值相關聯(lián)，并且估計在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度。在所述后一種情況下，可以進行單歷元定位(single epochpositioning)。
此外，優(yōu)選地，在所述第一整數(shù)模糊度估計單元估計所述整數(shù)模糊度之后，所述定位單元可以只利用在所述移動臺側測量的數(shù)據(jù)來確定所述移動臺的位置。
因此，在估計所述整數(shù)模糊度之后，所述移動臺和所述基準站之間的通信數(shù)據(jù)量被顯著降低。
此外，優(yōu)選地，所述載波相位GPS定位裝置進一步包括移動量檢測單元，用于檢測所述移動臺的移動以及當所述移動臺移動時所述移動臺的移動量，第二整數(shù)模糊度估計單元，用于當所述移動臺靜止時估計在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的所述信號的載波相位累加值中包括的所述整數(shù)模糊度。當所述移動臺靜止時基于在該時段的多個時刻的在所述基準站側的多個載波相位累加值和在所述移動臺側的多個載波相位累加值來作出所述估計，以及第三整數(shù)模糊度估計單元，當所述移動臺移動時，考慮移動檢測結果，來估計在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的所述信號的載波相位累加值中包括的所述整數(shù)模糊度。
根據(jù)本發(fā)明，所述整數(shù)模糊度估計單元并列并且互相獨立地進行所述估計處理。由于互相獨立地估計整數(shù)模糊度，通過比較和調(diào)查所述整數(shù)模糊度，能夠得到適當?shù)恼麛?shù)模糊度，并且這可以增加所述定位的精確度和可靠性。
作為一個實施例，在所述第二整數(shù)模糊度估計單元或所述第三整數(shù)模糊度估計單元估計所述整數(shù)模糊度之后，所述定位單元利用由所述第二整數(shù)模糊度估計單元或所述第三整數(shù)模糊度估計單元估計的所述整數(shù)模糊度而不是由所述第一整數(shù)模糊度估計單元估計的所述整數(shù)模糊度來確定所述移動臺的位置。
進一步，如果所述移動臺是具有輪子的車輛，所述移動量檢測單元基于用于檢測所述車輪的轉動速度的輪速傳感器來檢測所述車輛的移動。當由至少所述輪速傳感器檢測到大于預定值的滑移率時，所述第三整數(shù)模糊度估計單元的所述整數(shù)模糊度估計處理被初始化，并且所述定位單元利用由所述第一整數(shù)模糊度估計單元估計的所述整數(shù)模糊度來確定所述移動臺的位置，直到所述第三整數(shù)模糊度估計單元估計或重新估計所述整數(shù)模糊度。
但是當已經(jīng)通過所述第二整數(shù)模糊度估計單元估計了所述整數(shù)模糊度時，可以使用由所述第二整數(shù)模糊度估計單元估計的所述整數(shù)模糊度來確定所述移動臺的所述位置。
由于所述第三整數(shù)模糊度估計單元考慮了移動量檢測結果，即使當所述移動臺移動時，也可以高精度地估計所述整數(shù)模糊度。
此外，優(yōu)選地，當在通信區(qū)域存在多個基準站時，選擇能夠與更多的衛(wèi)星進行通信的基準站，并且使用與所述選擇的基準站相關的方差數(shù)據(jù)，其中所述衛(wèi)星和與所述移動臺通信的衛(wèi)星共用。此外，當有多個基準站能夠與相同數(shù)目的衛(wèi)星進行通信時，可以選擇具有來自所述衛(wèi)星的最大的最低信號接收強度的基準站。進一步，當在通信區(qū)域中存在多個基準站，其接收來自多個共用衛(wèi)星的信號，并且所述共用衛(wèi)星的每一個的信號接收強度超過預定值時，選擇最接近所述移動臺的基準站，并且使用與所述選擇的基準站相關的方差數(shù)據(jù)。
因此，即使所述基準站隨著所述移動臺的移動而改變，也可以防止所述整數(shù)模糊度估計精度的降低。
上述發(fā)明的載波相位GPS定位裝置可以被安裝在充當移動臺的車輛的導航裝置中，或者安裝在諸如工作機器人(working robot)、移動電話以及PDA的其它可移動物體中，或者可選地，被安裝在能夠與所述移動臺進行雙向通信的設備中。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種載波相位GPS定位方法，其包括以下步驟將通過在固定位置的基準站從衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)中提取的第一持續(xù)時間中的方差數(shù)據(jù)與在短于所述第一持續(xù)時間的第二持續(xù)時間中通過移動臺從所述衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)相關聯(lián)，并估計在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；以及利用由所述估計的整數(shù)模糊度來確定所述移動臺的位置。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種載波相位GPS定位方法，其包括以下步驟獲取在移動臺側的在一個時刻的載波相位累加值；獲取在基準站側的在所述一個時刻之前的多個時刻的多個載波相位累加值；將在所述多個時刻的在所述基準站側的所述載波相位累加值與在所述一個時刻的在所述移動臺側的載波相位累加值相關聯(lián)，并估計在從衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的信號的所述載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種載波相位GPS定位系統(tǒng)，包括基準站，其基于來自衛(wèi)星的接收數(shù)據(jù)提取在第一持續(xù)時間中的方差數(shù)據(jù)；載波相位GPS定位裝置，其包括第一整數(shù)模糊度估計單元，該單元將所述方差數(shù)據(jù)與在短于所述第一持續(xù)時間的第二持續(xù)時間中由移動臺從所述衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)相關聯(lián)，并估計在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；定位單元，其利用所述估計的整數(shù)模糊度來確定所述移動臺的位置；以及通信通路，其使得所述載波相位GPS定位裝置和所述基準站之間能夠進行通信。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種基準站，其基于來自衛(wèi)星的接收數(shù)據(jù)提取預定持續(xù)時間中的方差數(shù)據(jù)，并向載波相位GPS定位裝置發(fā)送所述方差數(shù)據(jù)，所述載波相位GPS定位裝置包括估計單元，其將所述方差數(shù)據(jù)與由移動臺從所述衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)相關聯(lián)，并估計由所述移動臺從所述衛(wèi)星接收的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；以及定位單元，其利用所述估計的整數(shù)模糊度來確定所述移動臺的位置。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種基準站，包括獲取單元，其獲取在移動臺側的在一個時刻的載波相位累加值；整數(shù)模糊度估計單元，其對在所述基準站側的在所述一個時刻之前的多個時刻的多個載波相位累加值進行關聯(lián)，并估計在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；定位單元，其利用由所述整數(shù)模糊度估計單元估計的整數(shù)模糊度來確定所述移動臺的位置；以及傳輸單元，其將由所述定位單元檢測的所述位置發(fā)送給所述移動臺。


從參照附圖給出的優(yōu)選實施例的如下詳細描述，可以清楚地知道本發(fā)明的這些和其它目的、特點以及優(yōu)點，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的載波相位GPS定位裝置的示意圖；圖2是示圖，其示出了圖1中載波相位GPS定位裝置的結構；圖3是框圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的安裝在所述移動臺30中的載波相位GPS定位裝置34的實施例；圖4是視圖，其說明了在描述中使用的坐標系的定義；圖5是流程圖，其說明了在根據(jù)本實施例的載波相位GPS定位裝置34中確定所述整數(shù)模糊度的方法；圖6是流程圖，其說明了圖5中的程序之后的可選處理；
圖7是流程圖，其說明了通過相關技術的時序確定法來確定所述整數(shù)模糊度的操作，此操作與圖5的程序和/或圖6的程序并列進行；圖8是流程圖，其說明了與圖5、圖6以及圖7所示的在移動臺30中進行的操作相對應的在基準站20中進行的操作；以及圖9是流程圖，其說明了能夠與多個基準站20進行通信的移動臺30的操作。
具體實施例方式
以下將參照附圖解釋本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的載波相位GPS定位裝置的示意圖。
如圖1中所說明的，所述載波相位GPS定位系統(tǒng)包括圍繞地球進行軌道運動的GPS衛(wèi)星10，位于固定位置(已知位置)的基準站20，以及在地球上并且能夠在地球上移動的移動臺30。
所述GPS衛(wèi)星10的每一個連續(xù)地向地球廣播導航信息(navigationmessage)。所述導航信息包括相應GPS衛(wèi)星10的軌道信息、時鐘校正值以及電離層的校正系數(shù)。所述導航信息被利用C/A碼擴展(spread)，載于L1載波(頻率1575.42MHz)上，并且被向地球廣播。
目前，有24顆GPS衛(wèi)星在20000千米的高度圍繞著地球進行軌道運動。每四顆GPS衛(wèi)星平均地排列在地球的六個軌道面中的一個，所述軌道面互相傾斜55度。因此，無論在地球上的何處位置，只要所述位置朝著天空，從該位置總可以觀測到至少五顆衛(wèi)星。
圖2是示圖，其示出了圖1的載波相位GPS定位裝置的結構。
在圖2中，所述移動臺30具有GPS接收機32。在所述GPS接收機32中，有振蕩器(未示出)，其振蕩頻率等于所述GPS衛(wèi)星10的載波頻率。所述GPS接收機32對從所述GPS衛(wèi)星10發(fā)射并由所述GPS接收機32經(jīng)由GPS天線32a接收的電磁波進行轉換，然后利用在所述GPS接收機32中產(chǎn)生C/A碼進行C/A碼同步，并且提取所述導航信息。
所述GPS接收機32計算來自所述GPS衛(wèi)星10i的載波的載波相位累加值Φiu。這里，在所述載波相位累加值Φiu中，下標i(＝1，2，…)表示賦給GPS衛(wèi)星10i的編號，而下標u表示在所述移動臺30側計算的累加值。
可將所述載波相位累加值Φiu描述為在接收載波的時刻t時的所述振蕩器的相位Θiu(t)與當產(chǎn)生來自GPS衛(wèi)星10i的衛(wèi)星信號時所述載波的相位Θiu(t-τ)之間的差，如下公式(1)所示。
Φiu(t)＝Θiu(t)-Θiu(t-τu)+Niu+εiu(t)(1)這里，τu表示從GPS衛(wèi)星10到GPS接收機32的傳播時間，而εiu表示噪聲(不確定度)。進一步，在開始觀測所述相位差的時刻，所述GPS接收機32能夠在所述載波的一個波長內(nèi)準確地確定所述載波相位，但是不能確定當前波長的波長數(shù)(number of wavelength)。由于這個原因，在相位累加值Φiu(t)中，如公式(1)所示，有不確定度因數(shù)Niu，即為“整數(shù)模糊度”。
移動臺30還包括通信裝置33，如移動電話。如下所述，所述通信裝置33能夠通過雙向通信與安裝在所述基準站20側，例如移動電話基站的通信設備23進行通信。
在所述基準站20中安裝了具有GPS天線22a的GPS接收機22。GPS接收機22與移動臺30中的GPS接收機32相同，其基于來自GPS衛(wèi)星10i的載波來計算在時刻t的載波相位累加值Φib，如以下公式(2)所示。
Φib(t)＝Θib(t)-Θib(t-τb)+Nib+εib(t)(2)這里，Nib是整數(shù)模糊度，而εiu表示噪聲(不確定度)。在載波相位累加值Φib中，下標b表示在所述基準站20側計算所述累加值。
基準站20經(jīng)由通信設備23向移動臺30發(fā)送所得到的載波相位累加值Φib。在指定區(qū)域中可安裝多于一個基準站20。如圖2所示，所述基準站20的每一個可通過因特網(wǎng)或其它網(wǎng)絡與一個或多個通信設備23相連接，或者可在所述基準站20的每一個中安裝通信設備23。在前一種情況下，只要移動臺30能夠與通信設備23進行通信，移動臺30能夠得到通過所述基準站20的每一個接收的信息。
圖3是框圖，其示出了安裝在所述移動臺30中的根據(jù)本發(fā)明的載波相位GPS定位裝置34的實施例。
本實施例的載波相位GPS定位裝置34包括計算單元40，其與GPS接收機32和通信裝置33相連接，進一步，與移動臺30中各種傳感器50相連接。也可將計算單元40安裝在GPS接收機32中。當所述移動臺是車輛時，也可以將GPS接收機32、計算單元40和/或通信裝置33安裝在導航裝置中。
計算單元40可以從微型計算機形成，并可包括衛(wèi)星位置計算單元42、移動量引入單元44、狀態(tài)變量提取單元46以及整數(shù)模糊度估計單元48，如圖3所示。
衛(wèi)星位置計算單元42基于由GPS接收機32接收的導航信息中的軌道信息來計算在世界坐標系中在時刻t的所有可觀測的GPS衛(wèi)星10i的位置(Xi(t)，Yi(t)，Zi(t))。
圖4是視圖，其說明了在以下描述中使用的坐標系的定義。
圖4示出了在世界坐標系、局部坐標系以及車身坐標系(bodycoordinate system)之間的關系。
如圖4所示，在世界坐標系中，原點被定義為在地球的重心，互相垂直的X軸和Y軸在赤道面上，而Z軸與X軸和Y軸垂直。
在所述車輛的車身上定義所述車身坐標系。
由于GPS衛(wèi)星10的每一個的移動被限制在通過地球重心的軌道面，并且所述GPS衛(wèi)星10的每一個的軌道是以地球重心為焦點的橢圓，能夠通過開普勒公式的逐次數(shù)值解來計算在所述軌道面中的GPS衛(wèi)星10的每一個的位置。
由于所述GPS衛(wèi)星的每一個的軌道面和世界坐標系中的赤道面滿足旋轉變換關系，能夠通過在軌道面上GPS衛(wèi)星10的位置的三維旋轉坐標變換來計算在接收所述載波的時刻t時所述GPS衛(wèi)星10的位置(Xi(t)，Yi(t)，Zi(t))。
移動量引入單元44，基于周期性輸入的各種傳感器50的輸出信號來計算與移動臺30的移動相關的量，并向狀態(tài)變量提取單元46輸出所述結果。
例如，如果移動臺30是車輛，移動量引入單元44基于來自各種傳感器50的輸出信號來計算在接收所述載波的時刻t時的速度Vx(t)(前后方向的速度)和Vy(t)(左右方向的速度)，所述各種傳感器50可以是，例如，安裝在車輛驅動輪上的兩個輪速傳感器、偏航角速度(yaw rate)傳感器、左右G加速度傳感器、方位角計。
由于在所述車身坐標系中定義所述車輛的速度向量(Vx(t)，Vy(t))，其原點在所述車輛的車身上，要求移動量引入單元44將所述速度向量(Vx(t)，Vy(t))從所述車身坐標系經(jīng)由所述局部坐標系變換到所述世界坐標系。通常，通過利用歐拉角來進行所述坐標的旋轉變換。在本實施例中，由于傾側角(roll angle)和螺旋角(pitch angle)小，僅利用偏航角(t)進行從所述車身坐標系到所述局部坐標系的變換。取決于所述情況，也可考慮所述傾側角和螺旋角，或者也可以忽略所述偏航角。通過利用所述車輛位置的經(jīng)度φ(t)和緯度λ(t)來進行從局部坐標系到世界坐標系的變換。
具體地，假設在世界坐標系中所述車輛的位置為(Xu，Yu，Zu)，而所述車輛位置的經(jīng)度和緯度為(φ，λ)，可通過如下公式(3)來表達在世界坐標系中所述車輛的速度向量d/dt[Xu，Yu，Zu]。
d/dt[Xu，Yu，Zu]T＝rot(φ，λ)*rot(φ)*[Vx，Vy]T(3)這里，[]T表示矩陣轉置，如下公式(4)和(5)定義rot(φ，λ)和rot()。
rot(φ,λ)=-cosφsinλ-sinφ-sinφsinλcosφcosλ0---(4)]]> 所述車輛位置的經(jīng)度φ(t)和緯度λ(t)可以是已經(jīng)確定的指定位置的已知的固定徑度和緯度，或者可以是所述移動車輛(即，移動臺30)的分別測量的可變經(jīng)度和緯度。
可以通過積分偏航角速度(偏航角速度傳感器的輸出信號)來計算偏航角(t)，或者通過利用方位角計來確定。
在上述公式(3)中，通過利用右側的輸入量U01、U02和U03，并以離散方式表達所述公式，可以得到如下公式(6)、(7)、(8)。
Xu(tn)＝Xu(tn-1)+DT*U01(6)Yu(tn)＝Yu(tn-1)+DT*U02(7)Zu(tn)＝Zu(tn-1)+DT*U03(8)因此，如下表述最終的已知輸入。
U＝[DT*U01，DT*U02，DT*U03]T(9)在公式(6)、(7)、(8)和(9)中，DT表示采樣時間間隔(數(shù)據(jù)更新間隔)，并滿足tn＝tn-1+DT。以下，為便于解釋，假設所述采樣時間間隔DT等于所述GPS接收機22和32計算所述相位累加值的周期。
整數(shù)模糊度估計單元48通過利用兩種類型的載波相位累加值來估計所述整數(shù)模糊度，所述兩種類型的累加值分別為基準站20側的載波相位累加值Φib，其由移動臺30通過通信裝置33接收，以及移動臺30側的載波相位累加值Φiu。
具體地，可通過如下公式(10)來表達在時刻t的GPS衛(wèi)星10j和10h(j不等于h)的相位累加的雙差。
Φjhbu＝(Φjb(t)-Φju(t))-(Φhb(t)-Φhu(t))(10)另一方面，由于在GPS衛(wèi)星10i和GPS接收機22或32之間的距離等于載波波長L乘以所述相位累加值，所述相位累加的雙差Φjhbu滿足如下公式(11)。
Φjhbu=[{Xb(t)-Xj((t))2+(Yb(t)-Yj(t))2+(Zb(t)-Zj(t))2]]>-(Xu(t)-Xj(t))2+(Yu(t)-Yj(t))2+(Zu(t)-Zj(t))2}]]>-{(Xb(t)-Xh(t))2+(Yb(t)-Yh(t))2+(Zb(t)-Zh(t))2---(11)]]>-(Xu(t)-Xh(t))2+(Yu(t)-Yh(t))2+(Zu(t)-Zh(t))2}]/L+Njhbu+ϵjhbu]]>在公式(11)中，[Xb(t)，Yb(t)，Zb(t)]是在世界坐標系中在時刻t的基準站20的坐標(已知)，而[Xu(t)，Yu(t)，Zu(t)]是在在時刻t的移動臺30的坐標(未知)，[Xj(t)，Yj(t)，Zj(t)]和[Xh(t)，Yh(t)，Zh(t)]是由衛(wèi)星位置計算單元42計算的在時刻t的GPS衛(wèi)星10j和10h的坐標。Njhbu表示所述整數(shù)模糊度的雙差，即，Njhbu＝(Njb-Nju)-(Nhb-Nhu)。
整數(shù)模糊度估計單元48通過對兩個GPS衛(wèi)星10j和10h的四個或更多的組合中的每一個使用公式(10)來推導出雙差Φjhbu，從而通過將所述推導出的雙差Φjhbu代入公式(11)來獲得滿足公式(11)的關系。例如，當五個GPS衛(wèi)星101到105可被觀測時，將GPS衛(wèi)星101作為參考衛(wèi)星，可將Φ12bu、Φ13bu、Φ14bu、Φ15bu代入公式(11)并可得到四種關系。
這樣，從開始信號接收時，并且之后周期性地，即，在時刻t＝t1，t2，…tn’整數(shù)模糊度估計單元48利用公式(10)推導出雙差Φjhbu，并給出在時刻t1，t2，…tn的每一個的滿足公式(11)的關系。然后，整數(shù)模糊度估計單元48計算長時段內(nèi)(從t1到tn)的許多數(shù)據(jù)樣本的方差εjhbu，例如，通過卡爾曼濾波器，最小二乘法或其它估計技術，并確定整數(shù)模糊度Nju、Nhu(后面參照圖7詳細描述此處理)。換言之，整數(shù)模糊度估計單元48每次在確定所述整數(shù)模糊度Nju、Nhu之前需要存儲所述雙差Φjhbu。進一步，已經(jīng)在參照站20側確定了與所述參照站20相關的整數(shù)模糊度Nju、Nhu，并且為已知量。整數(shù)模糊度估計單元48通過通信來獲取與所述參照站20相關的所述整數(shù)模糊度Nju、Nhu。在確定了所述整數(shù)模糊度Nju、Nhu之后，通過熟知的干涉測量定位法(interferometric positioning method)，可推導出移動臺30的準確坐標。
然而，在實際的測量中，由于所述電磁波的中斷，在GPS衛(wèi)星10i和GPS接收機22或32之間的通信有時被中斷。在這種情況下，必須重新確定所述整數(shù)模糊度，并且希望在盡量短的時段內(nèi)完成對所述整數(shù)模糊度的重新確定。
然而，在前述方法中，需要從t1到tn的長時段內(nèi)的許多數(shù)據(jù)樣本以確定所述整數(shù)模糊度，并且因此，對所述整數(shù)模糊度的重新確定非?；ㄙM時間，例如，大約60秒鐘。不僅當在測量中與所述GPS衛(wèi)星進行的通信被中斷時會發(fā)生這個問題，而且在開始測量時也會出現(xiàn)此問題。
相反，通過本實施例的確定整數(shù)模糊度的方法，如下所述，能夠在短時間內(nèi)重新確定所述整數(shù)模糊度。
以下，參照附圖解釋本實施例的確定整數(shù)模糊度的方法。為清楚起見，將前述方法稱為“時序確定法”，以將其與本實施例的方法相區(qū)分。
圖5是流程圖，其說明了確定本實施例的載波相位GPS定位裝置34(具體地，所述整數(shù)模糊度估計單元48)中的確定所述整數(shù)模糊度的方法。假設除了圖5中的程序之外，在確定了所述整數(shù)模糊度之后，整數(shù)模糊度估計單元48能夠執(zhí)行所述時序確定法中的處理以及計算所述移動臺30的位置的處理。
在步驟S100中，當所述電磁波被中斷時，或者當車輛的點火開關被切換到ON時，開始圖5中的程序。這里，“電磁波中斷”意味著移動臺30中的GPS接收機32不再能夠接收來自GPS衛(wèi)星10的定位所需的信號的狀態(tài)(即，所述相位累加值變得不連續(xù)，也稱為“周跳”)。在這種情況下，在確定所述整數(shù)模糊度之后，基本上不能執(zhí)行前述時序確定法中的處理以及計算所述移動臺30的位置的處理。
在步驟S105中，如果電磁波被中斷，在重新開始接收來自所述GPS衛(wèi)星10的信號之后，所述程序進行到步驟110(在此例中，假設進行到步驟110的時刻是t＝tn)。
如果所述車輛的點火開關被切換到ON，所述程序立即進行到步驟110。
在步驟S110中，將在t＝tn之前(這里，從tn-a到tn)的在基準站20側計算的相位累加Φib(tn-a)，…，Φib(tn)輸入到所述整數(shù)模糊度估計單元48。例如，可通過從移動臺30發(fā)送適當?shù)恼埱笮盘杹慝@取這些數(shù)據(jù)?？蛇x地，如果移動臺30連續(xù)地接收來自所述基準站20的信號，整數(shù)模糊度估計單元48可從移動臺30的存儲器中讀取這些數(shù)據(jù)。在后一種情況下，也可讀出在當前時刻之前的相位累加數(shù)據(jù)，即，Φib(tn-a)，…，Φib(tn-1)。
在步驟S120中，在重新開始信號接收的時刻t(在此例中，假設t＝tn)，將在所述移動臺30側的相位累加值Φiu(tn)輸入到整數(shù)模糊度估計單元48。
在步驟S130中，整數(shù)模糊度估計單元48基于在步驟S110和S120中獲得的相位累加值確定或重新確定所述整數(shù)模糊度。在此步驟中，采用這樣的方法來確定所述整數(shù)模糊度，其在組合在推導所述相位累加值的雙差中使用的相位累加值Φ時不同于前述的時序確定法。
具體地，在步驟S130中，例如，可利用如下公式(12)來推導與兩個GPS衛(wèi)星10j和10h(j不等于h)相關的雙差Φjhbu。
Φjhbu＝(Φjb(tk)-Φju(tn))-(Φhb(tk)-Φhu(tn)) (12)詳細地，在公式(12)中，將在步驟S110中得到的相位累加值Φib(tn-a)，…，Φib(tn)分別代入Φjb(tk)，并且將在步驟S110中得到的相位累加值Φhb(tn-a)，…，Φhb(tn)分別代入Φjb(tk)。于是，在時刻t＝tn，產(chǎn)生多個雙差Φjhbu(在此例中，產(chǎn)生a+1個雙差)。公式(12)中的Φju(tn)和Φhu(tn)是在步驟S120中得到的在時刻t＝tn的相位累加值Φju(tn)和Φhu(tn)。
于是，通過代入公式(11)，可得到a+1個等式。在公式(11)中，將在時刻tn-a到tn的基準站20的已知坐標代入[Xb(t)，Yb(t)，Zb(t)]，將在時刻tn-a到tn的GPS衛(wèi)星10j和10h的已知坐標分別代入相對于基準站20的[Xj(t)，Yj(t)，Zj(t)]和[Xh(t)，Yh(t)，Zh(t)]，將在時刻tn的GPS衛(wèi)星10j和10h的已知坐標(即，[Xj(tn)，Yj(tn)，Zj(tn)]和[Xh(tn)，Yh(tn)，Zh(tn)]，)總是分別代入相對于移動臺30的[Xj(t)，Yj(t)，Zj(t)]和[Xh(t)，Yh(t)，Zh(t)]，而[Xu(t)，Yu(t)，Zu(t)]總是移動臺30在t＝tn時刻的坐標(未知)。
這些描述可通過如下等式(13)進行一般表達。
Φjhbu=[{Xb(tk)-Xj((tk))2+(Yb(tk)-Yj(tk))2+(Zb(tk)-Zj(tk))2]]>-(Xu(tn)-Xj(tn))2+(Yu(tn)-Yj(tn))2+(Zu(tn)-Zj(tn))2}---(13)]]>-{(Xb(tk)-Xh(tk))2+(Yb(tk)-Yh(tk))2+(Zb(tk)-Zh(tk))2]]>-(Xu(tn)-Xh(tn))2+(Yu(tn)-Yh(tn))2+(Zu(tn)-Zh(tn))2}]/L+Njhbu+ϵjhbu]]>(tk＝tn-a，…，tn)然后，整數(shù)模糊度估計單元48利用這些數(shù)據(jù)來計算所述方差εjhbu，例如，通過卡爾曼濾波器，最小二乘法或其它估計技術，以確定整數(shù)模糊度Nju、Nhu。
可注意到，在本實施例描述的方法中，在時刻t＝tn之后的數(shù)據(jù)并不是必須的，并且可以在重新開始或開始信號接收時確定所述整數(shù)模糊度。因此，能夠實現(xiàn)單歷元定位。歸因于此，在啟動所述車輛時或者從周跳恢復后，能夠快速地(即刻地)開始或重新開始定位。
此外，由于所述整數(shù)模糊度是整數(shù)，在步驟S130中，可通過找到接近于通過卡爾曼濾波器得到的實數(shù)解的整數(shù)解(即，波數(shù))來得到所述整數(shù)模糊度。例如，可將LA-MBDA用于此目的，其對所述整數(shù)模糊度進行非相關化(un-correlate)，并縮小所述整數(shù)解的搜索空間，從而加速尋找所述解。
在確定所述整數(shù)模糊度之后，在步驟S140中，通過熟知的干擾測量定位法(例如，動態(tài)定位(RTK-GPS定位算法))開始或者重新開始定位，并可推導出移動臺30的準確坐標。這樣得到的移動臺30的位置可以被用于各種控制中或者作為信息呈現(xiàn)，例如，可以被輸出和顯示在導航裝置的屏幕上，或者顯示在移動電話屏幕上所示的地圖中。
如上所述，根據(jù)本實施例，可通過組合在某一時刻的在移動臺30側的數(shù)據(jù)和在所述某一時刻之前在基準站20側的數(shù)據(jù)來確定整數(shù)模糊度。因此，在啟動車輛時或者從周跳恢復后，能夠快速地(即刻地)開始或重新開始定位。
此外，在圖5說明的程序中，并不總是必須獲得來自基準站20的從tn-a到tn的所有相位累加值，也可以缺少其中一些相位累加值。換言之，只要在步驟S130中能夠得到足夠可靠的整數(shù)模糊度，從基準站20得到的相位累加值的數(shù)目可以為任何數(shù)目。
此外，在圖5說明的所述程序中，取代獲得來自基準站20的所述相位累加值，可以獲得所述相位累加值的方差數(shù)據(jù)。例如，如果能夠在基準站20側產(chǎn)生在步驟130中由整數(shù)模糊度估計單元48產(chǎn)生的協(xié)方差矩陣(為此，必須向基準站20發(fā)送所述相位累加值Φiu(tn))，可從基準站20向移動臺30發(fā)送所述協(xié)方差矩陣。從同樣的角度，移動臺30可向基準站20發(fā)送所述協(xié)方差矩陣，而在基準站20側執(zhí)行在步驟130的處理以及移動臺30的位置計算，并且基準站20僅向移動臺30發(fā)送所述整數(shù)模糊度和/或移動臺30的位置。在這種情況下，可以顯著減少移動臺30的處理負擔，并可以顯著減小在基準站20和移動臺30之間的通信數(shù)據(jù)量。
此外，在圖5所說明的程序中，例示了在移動臺30側僅有一個相位累加值(Φiu(tn))的情況，其用來確定所述整數(shù)模糊度，但是，移動臺30側的相位累加值的數(shù)目可多于一個，并且可以以同樣的方式使用兩個或更多的相位累加值(少于上例中的a+1)。例如，當使用在時刻t＝tn之后的數(shù)據(jù)時，盡管用于確定所述整數(shù)模糊度所需要的時間增加了，但是僅使用從所述基準站20得到的少量相位累加值即可得到多種組合，并且類似地，可以確定足夠可靠的整數(shù)模糊度。
此外，在圖5所說明的程序中，例如，當五個GPS衛(wèi)星101到105可觀測時，并且在GPS衛(wèi)星102中發(fā)生周跳時，不需要對GPS衛(wèi)星102之外的其它GPS衛(wèi)星進行重新確定整數(shù)模糊度的處理。在這種情況下，例如，對于相位累加值的雙差Φ12bu，可以通過使用Φ1u(tn)、Φ2u(tn)來使用前述公式(12)和(13)。對于所述相位累加值的其它雙差(Φ13bu、Φ14bu、Φ15bu)，可以通過使用Φ1u(tn-a)，…，Φ1u(tn)，Φ3u(tn-a)，…，Φ3u(tn)來使用前述公式(10)和(11)。在這種情況下，可通過利用這些數(shù)據(jù)的組合來對所述整數(shù)模糊度Nju、Nhu進行估計。
圖6是流程圖，其說明了圖5中步驟S140之后(即，時刻t＝tn之后)的可選處理。例如，當在步驟S120中得到的相位累加值Φiu(tn)，或者基于所述相位累加值Φiu(tn)推導出的移動臺30的位置顯然不合理，例如，根據(jù)移動臺30的移動速度，在所述周跳期間移動臺30的位置變化無法實現(xiàn)時，可以執(zhí)行圖6中的程序。
在步驟S150中，在時刻t＝tn之后的采樣時刻t＝tn+1，將在移動臺30側計算的相位累加值Φiu(tn+1)輸入到整數(shù)模糊度估計單元48?？勺⒁獾?，在時刻t＝tn之后，如果由于周跳不能觀測到移動臺30側的相位累加值，則再次執(zhí)行圖5中的程序。
在步驟S160中，將在所述基準站20側計算的在t＝tn+1之前(這里，從tn-a-1到tn+1)的相位累加Φib(tn-a-1)，…，Φib(tn+1)輸入到整數(shù)模糊度估計單元48。例如，可通過從移動臺30發(fā)送適當?shù)恼埱笮盘杹慝@取這些數(shù)據(jù)?？蛇x地，如果移動臺30連續(xù)地接收來自所述基準站20的信號，整數(shù)模糊度估計單元48可從移動臺30的存儲器中讀取這些數(shù)據(jù)。
在步驟S170中，通過利用相位累加值Φiu(tn+1)來進行與圖5中步驟S130相同的處理。即，在公式(12)和(13)中，用tn+1代替tn。整數(shù)模糊度估計單元48處理這些數(shù)據(jù)并確定所述整數(shù)模糊度Nju、Nhu。此外，在步驟S170中，可通過對在當前步驟中得到的相位累加值和在先前步驟中得到的相位累加值進行組合來對所述整數(shù)模糊度Nju、Nhu進行估計。例如，如果第一次執(zhí)行本程序，所述先前得到的相位累加值是圖5步驟S130中得到的相位累加值。如果不是第一次執(zhí)行本程序，所述先前得到的相位累加值是圖5步驟S130中得到的相位累加值以及在先前步驟S170中得到的相位累加值。
在步驟S180中，將先前確定的整數(shù)模糊度與當前得到的整數(shù)模糊度進行比較。例如，如果從周跳期間的移動臺30的速度的歷史記錄確定在步驟S130中得到的整數(shù)模糊度明顯異常，可以利用當前得到的整數(shù)模糊度繼續(xù)進行定位(參照步驟S140)。
在步驟S190中，重復執(zhí)行步驟S150到S180，直到通過前述時序確定法確定了整數(shù)模糊度，其中在當前程序的同時執(zhí)行此方法(t＝tn之后的時刻，即，t＝tn+m，(m＝2，3，…))。
如果通過所述時序確定法來確定整數(shù)模糊度，在步驟S200中，對利用所述兩種方法確定的整數(shù)模糊度進行相互比較，然后通過熟知的干擾測量定位法利用通過所述時序確定法確定的整數(shù)模糊度(即，取代所述進行的整數(shù)模糊度)繼續(xù)進行定位。
圖7是流程圖，其說明了通過所述時序確定法來確定所述整數(shù)模糊度的操作，此操作與圖5的程序和/或圖6的程序并列進行。
在步驟S300中，確定移動臺30是否在移動。當所述移動臺30是車輛時通過輪速傳感器，或者通過圖像處理來執(zhí)行所述確定。
如果確定移動臺30靜止，則所述程序進行到步驟S310。
如果確定移動臺30在移動，則所述程序進行到步驟S340。
在步驟S310中，使用靜態(tài)模型執(zhí)行所述時序確定法，以確定所述整數(shù)模糊度。在步驟S310中，如果移動臺30開始移動，則停止所述處理，并對其進行初始化。另一方面，如果直到確定了所述整數(shù)模糊度移動臺30都靜止，則所述程序進行到步驟S370。在步驟S370中，將這樣確定的整數(shù)模糊度的值與通過圖5和圖6的程序得到的整數(shù)模糊度的值進行比較(參考步驟S200)。
在步驟S340中，使用動態(tài)模型(movement model)執(zhí)行所述時序確定法以確定所述整數(shù)模糊度。具體地，整數(shù)模糊度估計單元48通過利用由移動量引入單元44引入的已知輸入來建立由(14)指示的如下狀態(tài)方程(參照公式(9))。
η(tn)＝η(tn-1)+U(tn-1)+W(tn-1) (14)這里，η(tn)是在t＝tn時刻的狀態(tài)變量，并可以表示移動臺30的位置坐標(未知)[Xu(tn)，Yu(tn)，Zu(tn)]以及整數(shù)模糊度的雙差Njhbu。U和W分別是前述已知的輸入和外部噪聲(系統(tǒng)噪聲正態(tài)白噪聲)。在所述靜態(tài)模型中，不存在公式(14)中的已知輸入項U(tn-1)。
另外，整數(shù)模糊度估計單元48還建立由(15)所指示的如下觀測方程，其在所述靜態(tài)模型中也成立。
Z(tn)＝H(tn)*η(tn)+V(tn) (15)這里，Z和V分別表示觀測量和觀測噪聲(正態(tài)白噪聲)。所述觀測量Z是整數(shù)模糊度的雙差Njhbu(參照公式(10))。所述狀態(tài)方程(14)是線性方程，而所述觀測量Z相對于狀態(tài)變量Xu、Yu、Zu為非線性，公式(11)中的項對Xu，Yu，Zu進行偏微分，從而得到公式(15)中的H。
因此，如果對狀態(tài)方程(14)和觀測方程(15)應用卡爾曼濾波器，可得到如下方程。
對于更新所述時刻，
η(tn)(-)＝η(tn-1)(+)+U(tn-1)+W(tn-1) (16)P(tn)(-)＝P(tn-1)(+)+Q(tn-1) (17)對于更新所述觀測，K(tn)＝P(tn-1)(-)*HT(tn)*(H(tn)*P(tn)(-)*HT(tn)+R(tn))-1(18)η(tn)(+)＝η(tn)(-)+K(tn)*(Z(tn)-H(tn)*η(tn)(-))(19)P(tn)(+)＝P(tn)(-)-K(tn)*H(tn)*P(tn)(-)(20)這里，Q和R分別表示外部噪聲的協(xié)方差矩陣和觀測噪聲的協(xié)方差矩陣。公式(13)和(19)是協(xié)方差方程。這里，上標(-)和(+)分別指示更新前后的時間。在所述靜態(tài)模型中，不存在公式(16)中的項U(tn-1)。
結果，找到了所述整數(shù)模糊度的估計值作為實數(shù)解。然而，由于所述整數(shù)模糊度實際上是整數(shù)，可找到所述整數(shù)模糊度是最接近于所述實數(shù)解的整數(shù)解(即，波數(shù))。例如，為此可使用LA-MBDA，其對所述整數(shù)模糊度進行非相關化，并縮小所述整數(shù)解的搜索空間，從而促進找到所述解。
在步驟S350中，如果確定移動臺30的滑移率超過預設值，由于當移動臺30的滑移率超過預設值時所述動態(tài)模型的可靠性(即，前述已知的輸入)下降，所以在步驟S360中停止所述處理，并對其初始化。當所述移動臺30是車輛時，可基于來自輪速傳感器或加速器傳感器的輸出信號檢測移動臺30的滑移率，正如在ABS控制領域所熟知的一樣。
如果確定移動臺30的滑移率沒有超過預設值，所述程序進行到步驟370。
在步驟370中，將這樣確定的整數(shù)模糊度的數(shù)值與通過圖5和圖6的程序得到的整數(shù)模糊度的值進行比較(參考步驟S200)。
在如步驟S330和S360所示停止所述處理之后，使用通過圖5或圖6中的程序確定的所述整數(shù)模糊度，直到通過所述模型的任何一種來確定所述整數(shù)模糊度。
在圖7所示的處理中，當發(fā)生周跳時，類似于步驟S330和S360，所述處理被停止并被初始化，之后，使用通過圖5或圖6中的程序確定的所述整數(shù)模糊度，直到通過任何一種模型確定所述整數(shù)模糊度。
如上所述，根據(jù)本實施例，通過引入動態(tài)模型(即，向卡爾曼濾波器輸入已知的外部輸入U(t))，即使在移動臺30移動時也可以精確確定所述整數(shù)模糊度。另外，通過根據(jù)移動臺30的移動狀態(tài)分別使用動態(tài)模型和靜態(tài)模型，可提高整數(shù)模糊度的估計精確度。當移動臺30靜止時，通過將動態(tài)模型的已知輸入設置為零，僅使用所述動態(tài)模型就足夠了。
另外，通過并列于圖5的程序和圖6的程序來執(zhí)行圖7中的處理，可以對兩個獨立的整數(shù)模糊度進行相互比較，并且可選擇適當?shù)恼麛?shù)模糊度以用于定位，從而提高定位可靠性。從此角度來看，當GPS接收機22和32是能夠接收從GPS衛(wèi)星10發(fā)射的L1波和L2波二者的雙頻接收機時，對于L1波和L2波中的每一個，可以同時并列進行相同的估計處理。在這種情況下，由于能夠產(chǎn)生所述兩側的周期之和(寬巷(Wide-Lane))，因此，可以進一步縮小整數(shù)解候選的范圍。
圖8是流程圖，其說明了與如圖5、圖6以及圖7所示的在所述移動臺30進行的操作相對應的在基準站20進行的操作。
在步驟S400中，作為程序性處理，多個基準站20的每一個，對應于采樣時刻的每一個和所述GPS衛(wèi)星10i的每一個，來存儲和管理相位累加值Φib，其中基于來自所述GPS衛(wèi)星10i的每一個的衛(wèi)星信號測量所述相位累加值。可通過用于控制所述GPS衛(wèi)星10i的中心設備(未示出)來執(zhí)行此處理。
在步驟410中，只要關于與GPS衛(wèi)星10k相關的數(shù)據(jù)不發(fā)生所述周跳，就連續(xù)進行步驟400中的處理。當然，每次產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)時，某時刻之前的數(shù)據(jù)被順次刪除。另外，可以將在每一個基準站20和每一個GPS衛(wèi)星10i之間的整數(shù)模糊度Nib引入在初始階段的步驟400的處理。所述基準站20的每一個可確定所述得到的相位累加值Φib的可靠性，并且，例如，如果存在異常值，不需要存儲所述異常值，或者，不需要向所述移動臺30發(fā)送所述異常值。
如步驟S110所述，在接收到來自移動臺30的請求信號之后，可經(jīng)由所述通信設備23將在步驟S400中存儲和提取的數(shù)據(jù)發(fā)送到移動臺30。可選地，可在接收來自每一個GPS衛(wèi)星10i的信號的每一個周期內(nèi)廣播所述數(shù)據(jù)。
在前一種情況下，通過在來自移動臺30的請求信號中包括的ID碼來確定作為傳輸目標的移動臺30。在后一種情況下，基準站20可響應于來自所述移動臺30的請求，向移動臺30僅發(fā)送特殊的數(shù)據(jù)。
在步驟S400中，如果檢測到關于GPS衛(wèi)星10k發(fā)生所述周跳，所述程序進行到步驟S420，并且基準站20擦除在發(fā)生與所述GPS衛(wèi)星10k相關的周跳之前存儲的數(shù)據(jù)。
如上所述，根據(jù)本實施例，不必發(fā)送在發(fā)生所述周跳之前產(chǎn)生的數(shù)據(jù)到所述移動臺30。可選地，也可以保留在發(fā)生所述周跳之前產(chǎn)生的存儲的數(shù)據(jù)，而不將其發(fā)送到移動臺30，即，僅將發(fā)生所述周跳之后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)發(fā)送到移動臺30。這樣，通過僅發(fā)送請求信號，移動臺30就可以得到來自基準站20的高可靠性的數(shù)據(jù)，并且不需要檢查從基準站20發(fā)送的數(shù)據(jù)的可靠性。
圖9是流程圖，其說明了能夠與多個基準站20進行通信的移動臺30的操作。
在步驟S500中，確定移動臺30是否能夠與多于一個基準站20進行通信。
如果確定移動臺30能夠與多于一個基準站20進行通信，程序進行到步驟S510。
在步驟S510中，檢測在由移動臺30捕獲的GPS衛(wèi)星10i和由一個基準站20捕獲的GPS衛(wèi)星10i之間的對應關系。同時，確定所述GPS衛(wèi)星10的數(shù)目，移動臺30和基準站20均從所述GPS衛(wèi)星10接收信號(以下稱為“共用衛(wèi)星10”)。
在步驟S520中，如果確定有一個基準站20接收來自最大數(shù)目的共用衛(wèi)星10的信號，移動臺30采用來自這一個基準站20的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行圖5、圖6和圖7所說明的程序。例如，考慮這樣的情況，其中，移動臺30接收來自七個GPS衛(wèi)星101到107的信號，一個基準站201接收來自六個GPS衛(wèi)星101到106的信號，并且另一個基準站202接收來自GPS衛(wèi)星101到105，以及GPS衛(wèi)星108到1011的信號，由于移動臺30和基準站20都接收來自GPS衛(wèi)星101到106的信號，GPS衛(wèi)星101到106是所述共用衛(wèi)星10，并且，由于在此例中，基準站201接收來自所述最大數(shù)目(六個)的共用衛(wèi)星101到106的信號，選擇所述基準站201。
另一方面，如果確定多于一個基準站20各自接收來自所述最大數(shù)目的共用衛(wèi)星10的信號，所述程序進行到步驟530。
在步驟530中，對在不同基準站20的來自所述共用衛(wèi)星10的每一個的接收強度進行比較。可以在所述基準站20測量在不同基準站20的接收強度，并可將其發(fā)送到移動臺30。
在步驟S540中，如果確定僅有一個基準站20接收在高于參考級別的接收級別上的來自共用衛(wèi)星10的信號，移動臺30采用來自這一個基準站20的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行圖5、圖6和圖7所說明的程序。在這種情況下，可選擇具有最大的來自所述共用衛(wèi)星的信號的最低接收強度的基準站。在這種情況下，可忽略隨后步驟550。
另一方面，如果確定多于一個基準站20各自在最好接收狀況下接收來自共用衛(wèi)星10的信號，所述程序進行到步驟S550。
在步驟550中，相互比較從不同基準站20到移動臺30的距離。
在步驟560中，選擇離移動臺30距離最近的基準站20。于是，移動臺30采用來自所述最近的基準站20的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行圖5、圖6和圖7所說明的程序。
如上所述，根據(jù)本實施例，由于在移動臺30能夠進行通信的共用衛(wèi)星10之間使用來自所述最合適的基準站20的數(shù)據(jù)，當基準站20隨著移動臺30的移動而變化時，能夠防止整數(shù)模糊度估計精度和位置檢測精度下降。
選擇基準站20的優(yōu)先次序不限于上述例子(即，共用衛(wèi)星10的數(shù)目、接收強度、距離)，例如，在共用衛(wèi)星10的數(shù)目大于指定數(shù)目并且接收強度超過最低級別的情況下，可優(yōu)先選擇最接近移動臺30的基準站20。在這種情況下(即，距離優(yōu)先)，可以減小電離層折射效應和對流層彎曲(tropospheric bending)的影響，并且提高所述整數(shù)模糊度的估計準確度。
盡管為了說明的目的，參照具體實施例描述了本發(fā)明，但是，很顯然，本發(fā)明不限于這些實施例，無需脫離本發(fā)明的基本概念和范圍，本領域技術人員可以作出多種修改例。
例如，在以上實施例中，描述了將卡爾曼濾波器應用于狀態(tài)方程(14)和觀測方程(15)，但是也可以用最小二乘或其它估計方法用于估計狀態(tài)量。
此外，在以上實施例中，描述了計算所述雙差以消除GPS接收機22和32中振蕩器的初始相位以及時鐘不確定度的影響。當然，只要能夠消除GPS接收機22和32中振蕩器的初始相位以及時鐘不確定度的影響，也可以使用單差。此外，在以上實施例中，沒有考慮電離層折射效應、對流層彎曲效應以及多徑的影響，但是，在考慮這些效應時，也可以應用本發(fā)明。
以上，為簡便起見，將GPS衛(wèi)星101視為參考衛(wèi)星，但取決于移動臺30和基準站20的位置，也可使用其它GPS衛(wèi)星10作為參考衛(wèi)星。此外，只要有四個或更多的與移動臺30和基準站20共用的GPS衛(wèi)星相關的雙差，可使用所述GPS衛(wèi)星的任意組合來計算所述雙差。
在以上實施例中，將車輛作為移動臺30的例子。所述移動臺30還可包括具有接收機32和/或計算單元40的載人電梯(folk lift)或機器人，以及具有接收機32和/或計算單元40的移動電話或PDA。
根據(jù)本發(fā)明的載波相位GPS定位裝置，可以快速且精確地確定整數(shù)模糊度。
本專利申請基于2003年12月2日提交的日本在先專利申請2003-403640，將其全部內(nèi)容在此引用作為參考。
權利要求
1.一種載波相位GPS定位裝置，包括第一整數(shù)模糊度估計單元，其將通過在固定位置的基準站從衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)中提取的第一持續(xù)時間中的方差數(shù)據(jù)與在短于所述第一持續(xù)時間的第二持續(xù)時間中通過移動臺從所述衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)相關聯(lián)，并估計在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；以及，定位單元，其利用由所述第一整數(shù)模糊度估計單元估計的所述整數(shù)模糊度來確定所述移動臺的位置。
2.根據(jù)權利要求1所述的載波相位GPS定位裝置，其中，異常值被從所述方差數(shù)據(jù)中除去。
3.根據(jù)權利要求1所述的載波相位GPS定位裝置，其中，當對從所述衛(wèi)星發(fā)射的電磁波的接收被暫時中斷時，所述中斷之前的數(shù)據(jù)被從所述方差數(shù)據(jù)中除去。
4.根據(jù)權利要求1所述的載波相位GPS定位裝置，其中，所述第一持續(xù)時間中的所述方差數(shù)據(jù)包括在所述第一持續(xù)時間中在第一數(shù)目的多個時刻從所述衛(wèi)星發(fā)送的所述信號的多個載波相位累加值；并且所述第一整數(shù)模糊度估計單元將在所述第一數(shù)目的多個時刻的在所述基準站側的所述載波相位累加值與在第二數(shù)目的多個時刻的在所述移動臺側的多個載波相位累加值相關聯(lián)，并且估計在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的所述信號的載波相位累加值中包括的所述整數(shù)模糊度，其中所述第二數(shù)目小于所述第一數(shù)目。
5.根據(jù)權利要求3所述的載波相位GPS定位裝置，其中，所述第一持續(xù)時間中的所述方差數(shù)據(jù)包括在所述第一持續(xù)時間中在第一數(shù)目的多個時刻從所述衛(wèi)星發(fā)送的所述信號的多個載波相位累加值；并且所述第一整數(shù)模糊度估計單元將在所述第一數(shù)目的多個時刻的在所述基準站側的所述載波相位累加值與在一個時刻的在所述移動臺側的載波相位累加值相關聯(lián)，并且估計從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的信號的所述載波相位累加值中包括的所述整數(shù)模糊度。
6.根據(jù)權利要求3所述的載波相位GPS定位裝置，其中，在所述第一整數(shù)模糊度估計單元估計所述整數(shù)模糊度之后，所述定位單元只利用在所述移動臺側測量的數(shù)據(jù)來確定所述移動臺的位置。
7.根據(jù)權利要求4所述的載波相位GPS定位裝置，進一步包括移動量檢測單元，其檢測所述移動臺的移動，以及當所述移動臺移動時所述移動臺的移動量；第二整數(shù)模糊度估計單元，當所述移動臺靜止時估計在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的所述信號的載波相位累加值中包括的所述整數(shù)模糊度，其中當所述移動臺靜止時基于在該時段的多個時刻的在所述基準站側的多個載波相位累加值和在所述移動臺側的多個載波相位累加值來作出所述估計；以及第三整數(shù)模糊度估計單元，當所述移動臺移動時，考慮移動量檢測結果，來估計在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的所述信號的載波相位累加值中包括的所述整數(shù)模糊度。
8.根據(jù)權利要求7所述的載波相位GPS定位裝置，其中，在所述第二整數(shù)模糊度估計單元或所述第三整數(shù)模糊度估計單元估計所述整數(shù)模糊度之后，所述定位單元利用由所述第二整數(shù)模糊度估計單元或所述第三整數(shù)模糊度估計單元估計的所述整數(shù)模糊度而不是由所述第一整數(shù)模糊度估計單元估計的所述整數(shù)模糊度來確定所述移動臺的位置。
9.根據(jù)權利要求7所述的載波相位GPS定位裝置，其中，所述移動臺是具有輪子的車輛；所述移動量檢測單元基于用于檢測所述車輪的轉動速度的輪速傳感器來檢測所述車輛的移動；當由至少所述輪速傳感器檢測到大于預定值的滑移率時，所述第三整數(shù)模糊度估計單元的所述整數(shù)模糊度估計處理被初始化，并且所述定位單元利用由所述第一整數(shù)模糊度估計單元估計的所述整數(shù)模糊度來確定所述移動臺的位置，直到所述第三整數(shù)模糊度估計單元估計或重新估計所述整數(shù)模糊度。
10.根據(jù)權利要求1所述的載波相位GPS定位裝置，其中，當在通信區(qū)域存在多個基準站時，選擇能夠與更多的衛(wèi)星進行通信的基準站，其中所述衛(wèi)星和與所述移動臺通信的衛(wèi)星共用，并且使用與所述選擇的基準站相關的所述方差數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權利要求10所述的載波相位GPS定位裝置，其中，當有多個所述基準站能夠與相同數(shù)目的所述衛(wèi)星進行通信時，選擇具有來自所述衛(wèi)星的最大的最低信號接收強度的基準站。
12.根據(jù)權利要求1所述的載波相位GPS定位裝置，其中，當在通信區(qū)域中存在多個基準站，其接收來自多個共用衛(wèi)星的信號，并且所述共用衛(wèi)星的每一個的信號接收強度超過預定值時，選擇最接近所述移動臺的基準站，并且使用與所述選擇的基準站相關的所述方差數(shù)據(jù)。
13.一種載波相位GPS定位方法，包括以下步驟將通過在固定位置的基準站從衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)中提取的第一持續(xù)時間中的方差數(shù)據(jù)與在短于所述第一持續(xù)時間的第二持續(xù)時間中通過移動臺從所述衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)相關聯(lián)，并估計在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；以及利用所述估計的整數(shù)模糊度來確定所述移動臺的位置。
14.一種載波相位GPS定位方法，包括以下步驟獲取在移動臺側的在一個時刻的載波相位累加值；獲取在基準站側的在所述一個時刻之前的多個時刻的多個載波相位累加值；將在所述多個時刻的在所述基準站側的所述載波相位累加值與在所述一個時刻的在所述移動臺側的載波相位累加值相關聯(lián)，并估計在從衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的信號的所述載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度。
15.一種載波相位GPS定位系統(tǒng)，包括基準站，其基于來自衛(wèi)星的接收數(shù)據(jù)提取在第一持續(xù)時間中的方差數(shù)據(jù)；載波相位GPS定位裝置，包括第一整數(shù)模糊度估計單元，其將所述方差數(shù)據(jù)與在短于所述第一持續(xù)時間的第二持續(xù)時間中由移動臺從所述衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)相關聯(lián)，并估計在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；定位單元，其利用所述估計的整數(shù)模糊度來確定所述移動臺的位置；以及通信通路，其使得所述載波相位GPS定位裝置和所述基準站之間能夠進行通信。
16.一種基準站，其基于來自衛(wèi)星的接收數(shù)據(jù)提取預定持續(xù)時間中的方差數(shù)據(jù)，并向載波相位GPS定位裝置發(fā)送所述方差數(shù)據(jù)，所述載波相位GPS定位裝置包括估計單元，其將所述方差數(shù)據(jù)與由移動臺從所述衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)相關聯(lián)，并估計由所述移動臺從所述衛(wèi)星接收的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；以及定位單元，其利用所述估計的整數(shù)模糊度來確定所述移動臺的位置。
17.一種基準站，包括獲取單元，其獲取在移動臺側的在一個時刻的載波相位累加值；整數(shù)模糊度估計單元，其對在基準站側的在所述一個時刻之前的多個時刻的多個所述載波相位累加值進行關聯(lián)，并估計在從衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的信號的所述載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度；定位單元，其利用由所述整數(shù)模糊度估計單元估計的所述整數(shù)模糊度來確定所述移動臺的位置；以及發(fā)送單元，其將由所述定位單元檢測到的所述位置發(fā)送給所述移動臺。
全文摘要
公開了一種載波相位GPS定位裝置，其獲取在移動臺側的在一個時刻的衛(wèi)星信號的載波相位累加值，將在所述一個時刻之前多個時刻的在基準站側的多個載波相位累加值與在移動臺側的載波相位累加值相關聯(lián)，并估計在從所述衛(wèi)星發(fā)送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數(shù)模糊度。
文檔編號G01S5/14GK1864075SQ20048002835
公開日2006年11月15日 申請日期2004年12月2日 優(yōu)先權日2003年12月2日
發(fā)明者香川和則, 山下勝司, 田島靖裕, 小野目寬久 申請人:豐田自動車株式會社