專利名稱：位置估計方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及位置估計方法和設(shè)備，尤其涉及基于導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)信號的這種方法和設(shè)備。所述方法和設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域包括但不限于導(dǎo)航、制作地圖、陸地勘測、土木工程、災(zāi)難防治和緩解以及科學(xué)研究。
背景技術(shù)：
1.引言全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)包括全球定位系統(tǒng)(GPS)(美國)、GL0NASS (俄羅斯)， Galileo (歐洲)和COMPASS (中國)(使用或研發(fā)中的系統(tǒng))。GNSS典型地使用以地球?yàn)檐壍赖亩鄠€衛(wèi)星。多個衛(wèi)星形成了衛(wèi)星星群。GNSS接收機(jī)檢測被調(diào)制到衛(wèi)星所廣播的電磁信號上的代碼。該代碼也被稱為測距碼。代碼檢測包括將調(diào)制到廣播信號上的比特序列與待檢測碼的接收機(jī)側(cè)版本進(jìn)行比較。基于對一系列衛(wèi)星的每一個的代碼到達(dá)時間的檢測， GNSS接收機(jī)估計其位置。定位包括地形定位，即在地球表面上的定位。使用GNSS信號碼的定位提供了尤其由于在通過大氣傳輸時代碼受到的失真所造成的有限精度。例如，GPS包括以1575. 45MHz (所謂的Ll頻率)的粗/捕獲(C/A)碼的傳輸。與保留用于軍事應(yīng)用的精(P)碼相比，該碼可任由公眾得到。在考慮與C/A碼的檢測 (偽隨機(jī)碼的到達(dá)時間的電子檢測)相關(guān)聯(lián)的電子不確定度以及其他誤差(包括由電離層和對流層影響、星歷表誤差、衛(wèi)星時鐘誤差和多徑傳播所引起的那些誤差)時，使用GPS C/ A碼的基于代碼的定位的精度大約為15米?；趯Υa的檢測的定位的一種替代方式是基于載波相位測量的定位。在該替代方式中，檢測從衛(wèi)星發(fā)送的GNSS信號的載波相位，而不是被調(diào)制到從衛(wèi)星發(fā)送的信號上的代碼。相比較基于代碼的方法，基于載波相位測量的方法具有提供更高位置精度(即， 高達(dá)厘米級或甚至毫米級精度)的潛力。理由可以直觀地理解如下。諸如Ll波段上的GPS C/A碼之類的代碼比調(diào)制了該代碼的載波的一個周期長得多。因此對于載波相位檢測的位置解算可以示為好于針對代碼檢測的位置解算。取決于增強(qiáng)系統(tǒng)的所需精度和可用性以及其他因素，從GNSS信號的位置估計可以采用多種形式。定位可以表征為使用獨(dú)立接收機(jī)的自主式，或者使用根據(jù)接收機(jī)外部的源的差分校正的差分式。最簡單的自主式接收機(jī)(如當(dāng)今消費(fèi)產(chǎn)品的典型的僅支持Ll代碼型GPS接收機(jī)) 相對不貴，并且具有幾十米量級的定位精度。多頻接收機(jī)(如除了代碼之外還支持Ll和 L2載頻的GPS接收機(jī))具有米級定位精度。精確定位技術(shù)可以在針對無需實(shí)時應(yīng)答的應(yīng)用 (例如測地學(xué))隨時間收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理時獲得毫米級精度，以及針對諸如變形監(jiān)測、 航空攝影測量以及農(nóng)業(yè)、建筑和采礦中的機(jī)械控制的應(yīng)用獲得厘米級精度。差分接收機(jī)使用來自基準(zhǔn)接收機(jī)或者基準(zhǔn)接收機(jī)的網(wǎng)絡(luò)的差分校正來消除測量誤差。適于港口中的船舶導(dǎo)航和飛行器引路的米級的定位精度是使用來自諸如美國海岸巡邏隊的海上DGPS或者美國聯(lián)邦航空局的廣域增強(qiáng)系統(tǒng)的服務(wù)的校正的差分接收機(jī)的典型。用于相對導(dǎo)航的差分接收機(jī)典型地具有幾厘米到幾十厘米量級的定位精度。用于勘測應(yīng)用的差分接收機(jī)具有亞厘米到不多于幾個厘米的定位精度。2. GNSS精確點(diǎn)定位的基本原理精確點(diǎn)定位(PPP)是使用單個接收機(jī)確定坐標(biāo)的定位技術(shù)。稱為“精確”是因?yàn)樵跀?shù)據(jù)處理中使用例如軌道和時鐘的所謂“精確產(chǎn)品”。這些產(chǎn)品被稱為“精確”是因?yàn)樗鼈兪墙柚鷣碜詭讉€世界范圍分布的監(jiān)測地面站的GPS數(shù)據(jù)的后處理產(chǎn)生的，并且提供比廣播星歷表消息質(zhì)量更好的信息。Heroux和Kouba首次提出術(shù)語PPP [1995]，那時他們提出使用“精確”衛(wèi)星軌道和時鐘用于點(diǎn)定位。當(dāng)時，測地學(xué)勘測分會(GSD)、加拿大自然資源 (NRCan)已經(jīng)以標(biāo)準(zhǔn)格式產(chǎn)生用來服務(wù)于國際GNSS服務(wù)(IGS)的后處理GPS衛(wèi)星軌道和時鐘。他們正確地聲明，這些產(chǎn)品可以包括在點(diǎn)定位軟件接口中并且為操作單個GPS接收機(jī)的用戶提供高精確度。盡管當(dāng)時他們展示出只能提供大約1米的精度的簡單方法，但是這是PPP發(fā)展的起點(diǎn)。后來，Zumberge等人[1997]提出使用PPP來分析每天來自成百上千站點(diǎn)的數(shù)據(jù)， 且可獲得的結(jié)果在質(zhì)量上比得上使用所有數(shù)據(jù)的同時分析可以得到的結(jié)果。該出版物成為有關(guān)PPP的最早已知的文獻(xiàn)之一。在2001年，Kouba和HerouX[2001]使用非差分雙頻偽距和載波相位觀測值以及 IGS精確軌道產(chǎn)品詳述了后處理方案，對于獨(dú)立精確測地學(xué)點(diǎn)定位(靜止或運(yùn)動)，現(xiàn)在具有厘米級精度。當(dāng)時，他們已經(jīng)描述了必須實(shí)現(xiàn)來獲得厘米級定位的基于地球和空間的模型。他們還討論了獲得具有厘米精度的站臺中性大氣天頂延遲和精度為0. Ins的GPS接收機(jī)時鐘估計的能力。到現(xiàn)在，PPP已經(jīng)成為GPS團(tuán)體廣泛熟知的技術(shù)，出版了若干論文強(qiáng)調(diào)對于具有精確軌道和時鐘產(chǎn)品的單點(diǎn)定位的不同用途。例如，Bisnath和Langley[2001]提出了基于運(yùn)動學(xué)、與來自LEO(低地球軌道運(yùn)行)的GPS接收機(jī)和IGS精確軌道和時鐘產(chǎn)品的數(shù)據(jù)一起使用的順序最小二乘濾波器/平滑器的幾何方法，目的在于分米精度。PPP技術(shù)自身成為強(qiáng)大的定位技術(shù)，能夠獲得厘米級準(zhǔn)確度。然而，它也一直存在主要不足，就是收斂時間。PPP求解實(shí)現(xiàn)亞分米級準(zhǔn)確度花費(fèi)的時間(其可能高達(dá)幾十分鐘)在今天成為將其用作實(shí)時世界范圍高準(zhǔn)確度GNSS定位工具的最大障礙，這是因?yàn)槭袌鐾ǔＰ枰獛酌氲那蠼?再)初始化?；诖耍瑤讉€研究中心開始研究在PPP引擎內(nèi)引入不確定度固定處理的方向上的項目，從而使得求解初始化時間能夠減小。這就是Gabor和Nerem[2002]的情況，他們提出一種借助跟蹤網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)衛(wèi)星相關(guān)相位偏差的方法，后來可用于消除獨(dú)立接收機(jī)的測量值上存在的這些量，并且因此找到在PPP引擎中的整數(shù)特性(integer nature)的不確定度。該方法基于第一組寬巷相位偏差的導(dǎo)數(shù)，基于寬巷相位和窄巷代碼幾何無電離組合(也稱為Melbourne-Wubbena組合 [Melbourne, 1985] ； [ffubbena, 1985])。如果成功完成，則可以固定第二組不確定度，其將具有大約IOcm的有效波長。當(dāng)時，他們得出結(jié)論，現(xiàn)存軌道誤差的水平不會允許固定這第二組不確定度。Gao和Shen [2002]介紹了一種不同的方法，不是基于衛(wèi)星偏差校準(zhǔn)，而是基于嘗試采用相位不確定度的整數(shù)特性的PPP引擎內(nèi)建技術(shù)。然而，隨著時間的過去，在PPP研究團(tuán)體中已經(jīng)成為常識的是必須校準(zhǔn)衛(wèi)星相關(guān)相位偏差從而固定PPP中的不確定度。這可以通過過去一些年中在該方向的日益增加的論文數(shù)量而注意到，例如Leandro等人[2006]， Ge 等人[2007], Banville 等人[2008], Collins[2008]以及 Laurichesse 等人[2008]的論文，他們都提出對衛(wèi)星相位偏差進(jìn)行校準(zhǔn)。后四篇出版物使用與Garbor和Nerem所提出的相同的概念(最初固定寬巷不確定度以及隨后固定形成載波相位無電離組合所需要的其他整數(shù)不確定度，具有大約IOcm的有效波長)，只是具有了一些重新公式化和/或另外的分析。GAPS在2006年開始研究，其目的在于成為衛(wèi)星相位偏差校準(zhǔn)和使用的工具。在 2006年的出版物中描述的技術(shù)基于對Ll和L2不確定度和偏差的解相干，借助了基于PPP 的電離層建模(在第三章描述了其過程)。尋找不同的技術(shù)的原因在于以下事實(shí)，為了可靠地固定如在Garbor和Nerem方法中所使用的第二組不確定度，必須使得所有幾何相關(guān)的影響(中性大氣、接收機(jī)坐標(biāo)和接收機(jī)時鐘)在適當(dāng)?shù)氐陀诜置椎牟淮_定度情況下進(jìn)行建模，并且這是花長時間獲得的事情，而實(shí)際上在PPP求解已經(jīng)收斂于該精度水平時，不確定度固定將僅帶來很少改進(jìn)。3.要解決的問題圖1示意性地圖示了用于自主式接收機(jī)100的典型的現(xiàn)有技術(shù)中的雙載頻場景。 接收機(jī)100接收來自查看的任意數(shù)量的衛(wèi)星(例如分別在110，120和130處所示的SV1， SV2和SVm)的GNSS信號，以及衛(wèi)星軌道和時鐘數(shù)據(jù)105。信號穿過在140處示意性地示出的地球大氣(電離層和對流層)。每個信號有兩個頻率，Ll和L2。接收機(jī)100根據(jù)這些信號確定到各個衛(wèi)星的對應(yīng)偽距I3Rl, PR2, PRm。大氣和多徑效應(yīng)造成信號路徑的變化，如在 150處示意性地所示，使得偽距確定失真。由于可以在大約1米的誤差情況下測量C/A碼， 沒有使用僅用于軍事的P/Y碼的民用接收機(jī)確定了誤差在幾米范圍的位置。然而，Ll和L2 載波的相位可以以0.01-0. 05周期(2mm-lcm)的精度來測量，所以可以以毫米到分米范圍的誤差更精確地估計相對位置。用于精確定位的技術(shù)采用Ll和L2載波相位和整數(shù)不確定度解算(精確衛(wèi)星定位的廣闊探索區(qū)域)。已經(jīng)開發(fā)出許多技術(shù)可靠而快速地確定由衛(wèi)星定位設(shè)備所觀察到的載波相位信號的周期不確定度。不確定度解算技術(shù)通常包括使用確定代碼觀測值，以及多個衛(wèi)星上的觀測值以減小潛在的載波相位不確定度，直到可以做出決定來接受單個候選。相干生成的載波相位信號的觀測值進(jìn)一步增強(qiáng)了不確定度解算的速度和可靠性。圖2示意性地示出了典型的現(xiàn)有技術(shù)的處理方法。在210準(zhǔn)備兩個頻率(F1&F2) 的原始GNSS數(shù)據(jù)200以提供用于每個歷元的觀測值數(shù)據(jù)。在215處準(zhǔn)備衛(wèi)星軌道和時鐘數(shù)據(jù)205以提供用于每個歷元的衛(wèi)星和時鐘數(shù)據(jù)。將用于每個歷元的準(zhǔn)備數(shù)據(jù)集220提供給全局卡爾曼濾波器，其具有針對接收機(jī)天線位置、接收機(jī)時鐘和不確定度的狀態(tài)的狀態(tài)矢量。濾波器計算浮動解來用數(shù)據(jù)的每個新歷元更新狀態(tài)。圖3示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)的處理技術(shù)面臨的兩個問題。首先，浮動解花費(fèi)太長時間收斂于狀態(tài)矢量的解從而以可接受的位置誤差給出接收機(jī)天線位置估計。期望加速該解的收斂性。其次，一個或多個估計的不確定度值的跳躍(其可在接收機(jī)在一個或多個衛(wèi)星信號上失去相位鎖定時出現(xiàn))迫使濾波器的重置和對應(yīng)的延遲，同時浮動解再次收斂從而以可接受的位置誤差給出接收機(jī)天線位置估計。優(yōu)選的將是減小初始浮動解收斂時間(在接收機(jī)啟動時)并且減小或消除重新收斂時間(跳躍之后)。需要改進(jìn)基于GNSS載波相位測量的定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，從而以快速、穩(wěn)定和用戶友好的方式獲得對接收機(jī)位置的精確估計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于滿足上述需要。特別地，本發(fā)明目的在于改善現(xiàn)有技術(shù)的方法的實(shí)現(xiàn)方式，意在在改善可用性的同時快速地得到穩(wěn)定而精確的解。本發(fā)明包括在權(quán)利要求中所限定的方法、設(shè)備、漫游器、網(wǎng)絡(luò)站臺、計算機(jī)程序和計算機(jī)可讀介質(zhì)。


現(xiàn)在將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1示意性地示出了用于說明本發(fā)明的背景的具有三個衛(wèi)星和一個接收機(jī)的 GNSS ；圖2示意性地示出了典型的現(xiàn)有技術(shù)中的處理方法；圖3示意性地圖示了現(xiàn)有技術(shù)中的處理技術(shù)面臨的問題；圖4A示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)中的接收機(jī)天線；圖4B示出了用于圖4A的接收機(jī)天線的Ll頻率接收機(jī)天線相位中心變化；圖4C示出了用于圖4A的接收機(jī)天線的L2頻率接收機(jī)天線相位中心變化；圖4D示出了用于圖4A的天線的相對于天頂角的Ll和L2天線相位中心變化；圖4E示出了用于圖4A的接收機(jī)天線的由于一天中的固體潮造成的站點(diǎn)移位變化；圖5示出了絕對實(shí)時靜態(tài)(ART-S)模式與絕對實(shí)時運(yùn)動學(xué)(ART-K)模式中的收斂性之間的性能對比；圖6A示出了獨(dú)立位置隨著每個歷元更新的現(xiàn)有技術(shù)的ART-K方法；圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例使用delta相位方法來將連續(xù)位置更新聯(lián)系在一起的ART-K方法；圖7A示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的ART-K濾波器方法中轉(zhuǎn)移噪聲電平的水平位置誤差收斂性的影響；圖7B示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的ART-K濾波器方法中的轉(zhuǎn)移噪聲水平的垂直(高度)位置誤差收斂性的影響；圖7C示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在解已經(jīng)接近收斂的時間段上、在ART-K濾波器中的轉(zhuǎn)移噪聲水平的水平位置誤差收斂性的影響；圖8A圖示了現(xiàn)有技術(shù)中的實(shí)時運(yùn)動學(xué)delta位置處理技術(shù)的操作原理；圖8B圖示了現(xiàn)有技術(shù)中的實(shí)時運(yùn)動學(xué)delta位置處理技術(shù)的操作原理；圖8C示意性地圖示了現(xiàn)有技術(shù)中的實(shí)時運(yùn)動學(xué)delta位置處理技術(shù)；圖9在附圖中有意地被省略；圖10示意性地圖示了用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的橋接中斷(bridging outages) 的ART-K技術(shù)；
圖11示意性地圖示了用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的橋接中斷的ART-K技術(shù)中的不確定性跳躍的影響；圖12示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的跳躍檢測器的操作；圖13A示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第一 ART-K橋接估計器的操作；圖13B示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第二 ART-K橋接估計器的操作；圖14A示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第三ART-K橋接估計器的操作；圖14B示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第四ART-K橋接估計器的操作；圖15示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的ART-K設(shè)備的架構(gòu)；以及圖16示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的ART-K設(shè)備的操作。
具體實(shí)施例方式將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。特定實(shí)施例用來為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供更好的理解，而絕非意在以任何方式限制由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍。特別地，貫穿說明書及其組成部分的單獨(dú)描述的實(shí)施例可以相結(jié)合從而在一定程度上形成相互不排外的另外的實(shí)施例。1. 1精確點(diǎn)定位精確點(diǎn)定位(PPP)是使用例如GPS接收機(jī)這樣的GNSS接收機(jī)確定點(diǎn)坐標(biāo)的現(xiàn)有技術(shù)之一。在該技術(shù)中，單個接收機(jī)所采集的觀測值用來確定接收機(jī)天線位置的坐標(biāo)的三個分量(例如，笛卡爾坐標(biāo)系中的x，y和z)，以及其他參數(shù)，例如接收機(jī)時鐘誤差(t)和總計中性大氣延遲。PPP可用于多種定位應(yīng)用。PPP觀測模型考慮了 GPS信號上存在的若干影響中的大多數(shù)影響。與差分處理(其中觀測值在接收機(jī)之間或衛(wèi)星之間進(jìn)行區(qū)分以去除共模誤差) 不同，PPP觀測未經(jīng)過差分處理。在觀測模式設(shè)計用于定位時，大多數(shù)這些參數(shù)(例如衛(wèi)星時鐘)被用作已知量來確定位置、接收機(jī)時鐘誤差和中性大氣延遲。還可以對其他參數(shù)建模，包括電離層延遲、代碼偏差、衛(wèi)星時鐘誤差和代碼多徑加噪聲。在所有情況下，這些過程還適合于實(shí)時，這使得該封裝成為用于廣域接收機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制和管理的潛在工具。取決于估計參數(shù)的類型，它們可以簡單地作為針對數(shù)據(jù)分析和質(zhì)量控制的量化，或者它們可以稍后用于再次定位(作為已知值)。用于定位的一個參數(shù)是中性大氣延遲，也稱作對流層延遲。該延遲是在大氣的中性部分處由GPS信號經(jīng)受的折射所引起的。中性大氣延遲模型在用于定位(例如PPP)的技術(shù)領(lǐng)域是已知的。本發(fā)明的實(shí)施例提供了精確點(diǎn)定位增強(qiáng)，例如改進(jìn)的位置準(zhǔn)確度、位置解的更快收斂和/或從信號中斷的快速恢復(fù)。電離層延遲不好求解，除非存在對不同信號頻率下的測量值中所含的偏差的良好確定，這通常需要跟蹤接收機(jī)的網(wǎng)絡(luò)從而解決衛(wèi)星和接收機(jī)儀器偏差。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，根據(jù)單個接收機(jī)的雙頻載波相位測量值來確定無偏差電離層延遲。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，使用PPP引擎中的偽距和載波相位測量值來估計偽距多徑值。與其他多徑估計技術(shù)的差別在于通常僅確定多徑的較高頻率分量。在一些實(shí)施方案中，解決例如電離層延遲和載波相位不確定度的問題來恢復(fù)多徑值。
在處理固定接收機(jī)類型的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)時，或者當(dāng)在與用于生成校正值的接收機(jī)類型不同的接收機(jī)類型的情況下對定位使用時鐘校正值時，衛(wèi)星代碼偏差是待考慮的因素。使用接收機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，通常將這些偏差估計為時鐘估計過程的副產(chǎn)品。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，使用單站定位模型而不是網(wǎng)絡(luò)時鐘調(diào)整模型來估計這些偏差，使得這種方法對于PPP 有用。在處理單接收機(jī)定位時，衛(wèi)星時鐘校正在數(shù)據(jù)處理中扮演重要角色。通常使用來自接收機(jī)網(wǎng)絡(luò)的偽距和載波相位測量值來估計衛(wèi)星時鐘誤差。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中， 使用單站來估計載波相位質(zhì)量時鐘校正，這適于實(shí)時應(yīng)用并且在PPP與相對衛(wèi)星定位之間實(shí)現(xiàn)融合。中性大氣延遲通常利用來自預(yù)測模型的先驗(yàn)信息來處理，并且有時也作為觀測模型中的殘余延遲參數(shù)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，適于廣域基于衛(wèi)星的增強(qiáng)系統(tǒng)的模型是基于表面氣象數(shù)據(jù)集，得到更可靠的模型，其從較早研發(fā)保持著簡單和實(shí)用使用過程?？紤]到PPP的誤差預(yù)算，Garbor和Nerem在2001年提出的關(guān)注點(diǎn)(在固定第一組寬巷相位偏差之后，軌道誤差水平不會允許固定有效波長大約為IOcm的第二組不確定度) 仍然是待解決的問題。這意味著需要較長的波長從而允許使用幾何相關(guān)不確定度固定過程 (并且可能對于即將到來的GPS L5信號來說是事實(shí))；或者需要改進(jìn)PPP浮動解收斂時間。 本發(fā)明的一些實(shí)施例利用增強(qiáng)型PPP觀測模型或者具有改進(jìn)定位求解的附加部件。1. 2.定位觀測模型PPP是在數(shù)據(jù)處理中使用所謂的“精確產(chǎn)品”(例如衛(wèi)星軌道和時鐘)利用單接收機(jī)確定坐標(biāo)的定位技術(shù)。更準(zhǔn)確的說，如果對于PPP想要最終可實(shí)現(xiàn)的精度，則應(yīng)當(dāng)考慮所有必須的觀測校正以獲得最好的可能精度。這種校正其中包括潮汐、相對論影響、以及接收機(jī)和衛(wèi)星天線相位中心變化。取決于所使用的接收機(jī)類型(例如，僅代碼型或代碼和相位型；單頻或雙頻)，可以不考慮這些校正中的一部分，或者可替代地可能需要另外的精確產(chǎn)品，例如在單頻接收機(jī)情況下的電離層格網(wǎng)。如果把更高的可能精度作為指標(biāo)，則必須使用具有偽距和載波相位的雙頻測量值的“測地學(xué)”接收機(jī)。在此情況下，其他方面也很重要，例如將載波相位作為獨(dú)立測量值(而不是使用載波相位測量值來簡單地對偽距進(jìn)行濾波)， 這導(dǎo)致對每個衛(wèi)星的不確定度參數(shù)估計，以及對殘余中性大氣延遲(NAD)的估計，這是因?yàn)镹AD預(yù)測模型對于這類定位來說并不足夠精確。當(dāng)前許多PPP封裝使用具有偽距和載波相位的無電離組合的類似模型，例如 CSRS-PPP [Tetreault 等人在 2OO5 年]，P3 [Gao 和 Chen 在 2004 年]以及 GIPSY[Zumberge 等人在1997年]。在他們之間可能存在些許不同，例如NAD的估計處理(例如，作為隨機(jī)游走，或者對于給定時間間隔的固定值)。為了理解定位過程，我們可以從載波相位的公式開始O1 = R+c (dT-dt)+T-I+λ 凡+hUds, APbril-PbsJn^e1, (2. 1)以及O2 = R+c (dT-dt) +T- γ Ι+λ 2N2+hdr,2-hds,2+pbr,2-pbs,2+m2+e2，(2. 2)其中，O1和Φ2分別是米制單位的Ll和L2頻率的載波相位測量值；R是衛(wèi)星與接收機(jī)天線之間的幾何距離，單位為米；c是光速，單位為米/秒；dT和dt分別為接收機(jī)和衛(wèi)星時鐘誤差，單位為秒；T為中性大氣延遲，單位為米；I為Ll頻率電離層延遲，單位為米；Y是將電離層延遲從Ll轉(zhuǎn)換到L2頻率的因子，無單位；λ工和λ 2分別為Ll和L2頻率上的載波相位波長，單位為米^和N2分別是Ll和L2頻率上的載波相位整數(shù)不確定度，單位為周期；hdy和hdu分別是米制單位的接收機(jī)和衛(wèi)星載波相位硬件延遲，其中i表示載頻 (Li或L2) ；Pb。和Pbsa分別是米制單位的接收機(jī)和衛(wèi)星載波相位初始延遲偏差，其中i表示載頻(Li或L2) ;mi和m2分別是Ll和L2頻率上的載波相位多徑，單位為米；而h和e2分別是Ll和L2頻率上的載波相位測量值的其他未建模誤差，單位為米。對于偽距可以形成類似公式如下P1 = R+c(dT_dt)+T+I+HDr,^HDsJM1+E1, (2. 3)和P2 = R+c (dT-dt) +T+ y I+HDr,2_HDs,2+M2+E2，(2. 4)其中，P1和P2分別是米制單位的在Ll和L2頻率上的偽距測量值；HDni和HDsii分別是米制單位的接收機(jī)和衛(wèi)星偽距硬件延遲，其中i表示載頻(Li或L2) 和M2分別為 Ll和L2頻率上的偽距多徑，單位為米；而E1和E2分別為Ll和L2頻率上的偽距測量值的其他非建模誤差，單位為米。其他符號具有與式2. 1和2. 2.相同的含義。為了以數(shù)學(xué)方式從載波相位和偽距測量值中消除電離層延遲，可以使用兩個頻率的無電離層組合。該組合利用以下事實(shí)，電離層是頻散介質(zhì)，并且由此，延遲的幅度與頻率平方成反比，為
權(quán)利要求
1.一種確定GNSS接收機(jī)天線的位置的方法，包括a.針對多個歷元的每一個獲取輸入數(shù)據(jù)，所述輸入數(shù)據(jù)包括GNSS衛(wèi)星的信號的GNSS 接收機(jī)天線處的觀測值以及對于各個衛(wèi)星的時鐘和位置信息，b.估計來自每個歷元的輸入數(shù)據(jù)的狀態(tài)矢量的浮動參數(shù)，所述浮動參數(shù)包括接收機(jī)天線位置、接收機(jī)時鐘和每個衛(wèi)星的至少一個不確定度，c.檢測從一個歷元到另一個歷元的至少一個衛(wèi)星的至少一個不確定度中的跳躍，d.根據(jù)至少一個歷元的輸入數(shù)據(jù)和根據(jù)所估計的浮動參數(shù)來估計橋接參數(shù)，所述橋接參數(shù)包括足以更新所述浮動參數(shù)以補(bǔ)償所述跳躍的值，以及e.使用所述橋接參數(shù)來更新所述浮動參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述觀測值包括至少直到已經(jīng)估計了所述浮動參數(shù)的初始值為止的至少四個GNSS衛(wèi)星的信號的觀測值。
3.如權(quán)利要求1-2中之一所述的方法，其中所述觀測值包括對于每個衛(wèi)星的至少兩個頻率中的每一個的原始代碼和載波觀測值。
4.如權(quán)利要求1-3中之一所述的方法，其中所述觀測值包括GPS、GLONASS、Galileo和 Compass系統(tǒng)中的至少一個的衛(wèi)星的觀測值。
5.如權(quán)利要求1-4中之一所述的方法，其中所述觀測值包括Ll代碼、L2代碼、Ll載波和L2載波的GPS觀測值。
6.如權(quán)利要求1-5中之一所述的方法，其中每個衛(wèi)星的所述至少一個不確定度包括以下中的至少一個每個衛(wèi)星的無電離不確定度、每個衛(wèi)星每個頻率的單獨(dú)不確定度、以及每個衛(wèi)星的寬巷不確定度和窄巷不確定度。
7.如權(quán)利要求1-6中之一所述的方法，其中估計狀態(tài)矢量的參數(shù)包括將原始觀測值轉(zhuǎn)換成寬巷和窄巷觀測值。
8.如權(quán)利要求1-7中之一所述的方法，其中獲取位置信息包括得到以下中的至少一個廣播星歷表數(shù)據(jù)和精度星歷表數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求1-8中之一所述的方法，其中獲取位置信息包括對于每個歷元將星歷表數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成衛(wèi)星位置和衛(wèi)星時鐘。
10.如權(quán)利要求1-9中之一所述的方法，其中所述浮動參數(shù)進(jìn)一步包括對流層延遲、多徑和非建模誤差中的至少一個。
11.如權(quán)利要求1-10中之一所述的方法，其中估計狀態(tài)矢量的參數(shù)包括以下之一向所述輸入數(shù)據(jù)應(yīng)用最小二乘濾波器和應(yīng)用卡爾曼濾波器。
12.如權(quán)利要求1-11中之一所述的方法，其中在連續(xù)跟蹤衛(wèi)星時，對于每個衛(wèi)星的至少一個估計的不確定度逐歷元保持恒定，并且其中，從一個歷元到另一個歷元的至少一個衛(wèi)星的至少一個估計的不確定度中的跳躍指示丟失了對所述至少一個衛(wèi)星的跟蹤。
13.如權(quán)利要求1-12中之一所述的方法，其中檢測跳躍包括將一個歷元的所估計的無電離不確定度與前一歷元的所估計的無電離不確定度進(jìn)行比較。
14.如權(quán)利要求1-13中之一所述的方法，其中估計橋接參數(shù)包括對于至少一個衛(wèi)星計算寬巷不確定度跳躍δ Nw。
15.如權(quán)利要求1-13中之一所述的方法，其中估計橋接參數(shù)包括對于至少一個衛(wèi)星估計寬巷不確定度跳躍SNw以及對于至少一個衛(wèi)星估計更新的無電離不確定度。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中估計橋接參數(shù)包括針對至少一個衛(wèi)星估計幾何無關(guān)不確定度跳躍δ Ngf。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中估計橋接參數(shù)包括針對至少一個衛(wèi)星計算寬巷不確定度跳躍S Nw，并且將針對至少一個衛(wèi)星的寬巷不確定度跳躍δ Nw與針對至少一個衛(wèi)星的對應(yīng)的幾何無關(guān)不確定度跳躍S Ngf相結(jié)合，從而得到針對至少一個衛(wèi)星的無電離不確定度跳躍SNif。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中估計橋接參數(shù)包括將針對至少一個衛(wèi)星的無電離不確定度跳躍δ Nif與根據(jù)跳躍前歷元所估計的對應(yīng)的無電離不確定度Nifl相結(jié)合，從而得到針對至少一個衛(wèi)星的更新的無電離不確定度Mf2。
19.如權(quán)利要求1-13中之一所述的方法，其中估計橋接參數(shù)包括估計更新的接收機(jī)天線位置。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中估計橋接參數(shù)包括針對至少一個衛(wèi)星計算寬巷不確定度跳躍S Nw。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中估計橋接參數(shù)包括根據(jù)針對至少一個衛(wèi)星的寬巷不確定度跳躍S Nw來確定接收機(jī)天線位置跳躍(δ X，δ Y，δ Ζ)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中估計橋接參數(shù)包括將接收機(jī)天線位置跳躍(δX， δ Y, δ Ζ)與跳躍前接收機(jī)天線位置(X1, Y1, Z1)相結(jié)合，從而得到更新的接收機(jī)天線位置
23.如權(quán)利要求1-22中之一所述的方法，其中使用所述橋接參數(shù)來更新所述浮動參數(shù)包括用針對至少一個衛(wèi)星的對應(yīng)的更新的無電離不確定度Nif2來替代根據(jù)跳躍前歷元所估計的至少一個無電離不確定度Nifl。
24.如權(quán)利要求1-23中之一所述的方法，其中使用所述橋接參數(shù)來更新所述浮動參數(shù)包括用更新的接收機(jī)天線位置(x2，Y2，Z2)來替代根據(jù)跳躍前歷元所估計的接收機(jī)天線位置(X1JnZ1)0
25.如權(quán)利要求1-24中之一所述的方法，其中在使用所述橋接參數(shù)更新所述浮動參數(shù)之后，將所更新的浮動參數(shù)與針對隨后的歷元的輸入數(shù)據(jù)一起使用來估計用于隨后的歷元的浮動參數(shù)。
26.一種用于確定GNSS接收機(jī)天線的位置的設(shè)備，包括f.針對多個歷元的每一個獲取輸入數(shù)據(jù)的引擎，所述輸入數(shù)據(jù)包括GNSS衛(wèi)星的GNSS 接收機(jī)天線處的觀測值、用于各個衛(wèi)星的時鐘和位置信息；g.遞歸濾波器，其估計來自每個歷元的輸入數(shù)據(jù)的狀態(tài)矢量的浮動參數(shù)，所述浮動參數(shù)包括接收機(jī)天線位置、接收機(jī)時鐘以及每個衛(wèi)星的至少一個不確定度；h.跳躍檢測器，其檢測至少一個衛(wèi)星從一個歷元到另一個歷元的至少一個不確定度中的跳躍；i.橋接估計器，其根據(jù)至少一個歷元的輸入數(shù)據(jù)和根據(jù)所估計的浮動參數(shù)來估計橋接參數(shù)，所述橋接參數(shù)包括足以更新所述浮動參數(shù)以補(bǔ)償所述跳躍的值；以及j.浮動參數(shù)更新器，其使用所述橋接來更新所述浮動參數(shù)。
27.如權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述觀測值包括至少直到已經(jīng)估計了浮動參數(shù)的初始估計為止的至少四個GNSS衛(wèi)星的觀測值。
28.如權(quán)利要求26-27中之一所述的設(shè)備，其中所述觀測值包括針對每個衛(wèi)星的至少兩個頻率中的每一個的原始代碼和載波觀測值。
29.如權(quán)利要求26-28中之一所述的設(shè)備，其中所述觀測值包括GPS、GLONASS、Galileo 和Compass系統(tǒng)中的至少一個的衛(wèi)星觀測值。
30.如權(quán)利要求26-29中之一所述的設(shè)備，其中所述觀測值包括Ll代碼、L2代碼、Ll 載波和L2載波的GPS觀測值。
31.如權(quán)利要求26-30中之一所述的設(shè)備，其中每個衛(wèi)星的所述至少一個不確定度包括以下中的至少一個每個衛(wèi)星的無電離不確定度、每個衛(wèi)星每個頻率的單獨(dú)不確定度，以及每個衛(wèi)星的寬巷不確定度和窄巷不確定度。
32.如權(quán)利要求26-31中之一所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)換器元件，其將原始觀測值轉(zhuǎn)換成寬巷觀測值和窄巷觀測值。
33.如權(quán)利要求26-32中之一所述的設(shè)備，其中調(diào)節(jié)用于獲取輸入數(shù)據(jù)的引擎來獲取廣播星歷表數(shù)據(jù)和精度星歷表數(shù)據(jù)中的至少一個。
34.如權(quán)利要求26-33中之一所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)換器元件，其將星歷表數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對于每個歷元的衛(wèi)星位置和衛(wèi)星時鐘。
35.如權(quán)利要求26-34中之一所述的設(shè)備，其中所述浮動參數(shù)進(jìn)一步包括對流層延遲、 多徑和非建模誤差中的至少一個。
36.如權(quán)利要求26-35中之一所述的設(shè)備，其中所述遞歸濾波器包括最小二乘濾波器和卡爾曼濾波器之一。
37.如權(quán)利要求26-36中之一所述的設(shè)備，其中在連續(xù)跟蹤衛(wèi)星時，對于每個衛(wèi)星的至少一個估計不確定度逐歷元保持恒定，并且其中，至少一個衛(wèi)星從一個歷元到另一個歷元的至少一個估計不確定度中的跳躍指示丟失了對所述至少一個衛(wèi)星的跟蹤。
38.如權(quán)利要求26-37中之一所述的設(shè)備，其中調(diào)節(jié)所述跳躍檢測器來將一個歷元的所估計的無電離不確定度與前一個歷元的所估計的無電離不確定度進(jìn)行比較。
39.如權(quán)利要求26-38中之一所述的設(shè)備，其中調(diào)節(jié)所述橋接估計器來計算針對至少一個衛(wèi)星的寬巷不確定度跳躍SNW。
40.如權(quán)利要求26-39中之一所述的設(shè)備，其中調(diào)節(jié)所述橋接估計器來估計針對至少一個衛(wèi)星的寬巷不確定度跳躍SNw以及針對至少一個衛(wèi)星的更新的無電離不確定度。
41.如權(quán)利要求26-40中之一所述的設(shè)備，其中調(diào)節(jié)所述橋接估計器來估計針對至少一個衛(wèi)星的幾何無關(guān)不確定度跳躍δ Ngf。
42.如權(quán)利要求26-41中之一所述的設(shè)備，其中調(diào)節(jié)所述橋接估計器來計算針對至少一個衛(wèi)星的寬巷不確定度跳躍δ Nw,并且將針對至少一個衛(wèi)星的所述寬巷不確定度跳躍 δ Nw與針對至少一個衛(wèi)星的對應(yīng)的幾何無關(guān)不確定度跳躍δ Ngf相結(jié)合，從而得到針對至少一個衛(wèi)星的無電離不確定度跳躍SNif。
43.如權(quán)利要求26-40中之一所述的設(shè)備，其中調(diào)節(jié)所述橋接估計器來將針對至少一個衛(wèi)星的無電離不確定度跳躍δ Nif與根據(jù)跳躍前歷元所估計的對應(yīng)的無電離不確定度 Nifl相結(jié)合，從而得到針對至少一個衛(wèi)星的更新的無電離不確定度Nif2。
44.如權(quán)利要求26-40中之一所述的設(shè)備，其中調(diào)節(jié)所述橋接估計器來估計更新的接收機(jī)天線位置。
45.如權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其中調(diào)節(jié)所述橋接估計器來計算針對至少一個衛(wèi)星的寬巷不確定度跳躍δ Nw。
46.如權(quán)利要求45所述的設(shè)備，其中調(diào)節(jié)所述橋接估計器以便根據(jù)針對至少一個衛(wèi)星的寬巷不確定度跳躍S Nw來確定接收機(jī)天線位置跳躍(δ X，δ Y，δ Ζ)。
47.如權(quán)利要求46所述的設(shè)備，其中調(diào)節(jié)所述橋接估計器來將接收機(jī)天線位置跳躍 (δΧ，δ Y，δ Ζ)與跳躍前接收機(jī)天線位置(XnYpZ1)相結(jié)合，從而得到更新的接收機(jī)天線位置(X2，Y2, Z2)。
48.如權(quán)利要求1-47中之一所述的設(shè)備，其中調(diào)節(jié)所述浮動參數(shù)更新器來用針對至少一個衛(wèi)星的對應(yīng)的更新的無電離不確定度Mf2替代根據(jù)跳躍前歷元所估計的至少一個無電離不確定度Nifl。
49.如權(quán)利要求1-47中之一所述的設(shè)備，其中調(diào)節(jié)所述浮動參數(shù)更新器來用更新的接收機(jī)天線位置(X2，Y2, Z2)替代根據(jù)跳躍前歷元所估計的接收機(jī)天線位置(X1, Y1, Z1)。
50.如權(quán)利要求1-49中之一所述的設(shè)備，其中所述遞歸濾波器將更新的浮動參數(shù)與用于隨后的歷元的輸入數(shù)據(jù)一起使用來估計用于隨后的歷元的浮動參數(shù)。
51.一種包括根據(jù)權(quán)利要求26-50中之一所述的設(shè)備的GNSS接收機(jī)。
52.一種計算機(jī)程序，包括配置成在計算機(jī)處理單元上運(yùn)行時執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-25 中之一所述的方法的指令。
53.一種計算機(jī)可讀介質(zhì)，包括根據(jù)權(quán)利要求52所述的計算機(jī)程序。
全文摘要
一種確定GNSS接收機(jī)天線的位置的方法，包括步驟針對多個歷元的每一個獲取輸入數(shù)據(jù)，所述輸入數(shù)據(jù)包括GNSS衛(wèi)星的至少時鐘和位置信息的信號的GNSS接收機(jī)天線處的觀測值。隨后估計來自每個歷元的輸入數(shù)據(jù)的狀態(tài)矢量的浮動參數(shù)。所述浮動參數(shù)包括接收機(jī)天線位置、接收機(jī)時鐘和每個衛(wèi)星的至少一個不確定度。檢測從一個歷元到另一個歷元的至少一個衛(wèi)星的至少一個不確定度中的跳躍。隨后估計來自至少一個歷元的輸入數(shù)據(jù)和來自所估計的浮動參數(shù)的橋接參數(shù)。所述橋接參數(shù)包括足以更新所述浮動參數(shù)以補(bǔ)償所述跳躍的值，并且隨后使用所述橋接參數(shù)來更新所述浮動參數(shù)。
文檔編號G01S19/43GK102171583SQ200980139502
公開日2011年8月31日 申請日期2009年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月6日
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