专利名称：相对定位的制作方法
技术领域：
本申请涉及设备相对于其他设备的定位。
背景技术：
各种全球导航卫星系统(GNSS)支持对设备的绝对定位。这些GNSS例如包括美国的全球定位系统(GPS)，俄罗斯全球导航卫星系统(GLONASS)，未来的欧洲系统伽利略，基于空间的增强系统(SBAS)，日本的GPS增强准天顶(Quasi-Zenith)卫星系统(QZSS)，局部区域增强系统(LAAS)，以及混合型系统。
GPS中的卫星星座例如包括绕地运行的多于20颗卫星。每个卫星传输两个载波信号L1和L2。这些载波信号之一L1用于携带标准定位服务(SPS)的导航消息和编码信号。每个卫星利用不同的C/A(粗捕获)码对L1载波相位进行调制。由此，获得了不同的信道以用于不同卫星的传输。C/A码是伪随机噪声(PRN)码，其在1MHz带宽上扩展频谱。C/A码每1023个比特重复一次，码的历元(epoch)是1毫秒。进一步利用比特率为50比特/秒的导航信息对L1信号的载波频率进行调制。该导航信息特别包括星历表和历书参数。星历表参数描述各卫星轨道的短区段。基于这些星历表参数，当卫星位于所描述的各区段内时，算法可以估计任意时刻卫星的位置。历书参数是类似的，但其是较为粗糙的轨道参数，其对于长于星历表参数的时间是有效的。导航信息例如还包括时钟模型，其使卫星时间与GPS的系统时间相关，并使系统时间与协调世界时(UTC)相关。
位置待确定的GPS接收机接收由当前可用的卫星所传输的信号，并且基于所包括的不同C/A码来检测和跟踪不同卫星使用的信道。继而，接收机通常根据已解码导航消息中的数据以及C/A码的历元和码片数目来确定由每个卫星传输的码的传输时间。传输时间和所测量的信号到达接收机的时间允许确定卫星和接收机之间的伪距。术语“伪距”表示卫星与接收机之间的几何距离，该距离因卫星和接收机相对于GPS系统时间的未知偏移而有所偏斜。
在一个可能的求解策略中，假设卫星和系统时钟之间的偏移是已知的，则问题简化为求解4个未知量(3个接收机位置坐标，以及接收机与GPS系统时间之间的偏移)的非线性方程组。因此，为了能够求解该方程组，需要至少4个测量。该过程的结果是接收机位置。
类似地，GNSS定位的总体思想是在待定位的接收机处接收卫星信号，以测量接收机与各卫星之间的伪距以及接收机的当前位置，此外还利用所估计的卫星位置。通常，如上文关于GPS所述，对用于调制载波信号的PRN信号进行评估，以用于定位。
在公知为实时动态(RTK)的另一方法中，对两个GNSS接收机处测量的载波相位和/或码相进行评估，以非常精确地(通常是以厘米甚至毫米级的精度)确定两个接收机之间的距离和姿态。两个接收机之间的距离和姿态的结合也称为基线。在GNSS接收机处执行的用于RTK定位的载波相位测量可以实时交换，或者可以存储以备稍后交换(称为“后处理”)。通常，GNSS接收机之一被布置在已知地点，并称为参考接收机，而另一接收机要相对于参考接收机进行定位，并称为用户接收机或者移动接收机(rover)。如果准确地知道参考位置的地点，则可以将所确定的相对位置进一步转换为绝对位置。然而，RTK计算实际上需要两个接收机的位置都是至少近似已知的。这些位置可以根据所确定的伪距来获得。备选地，仅近似知道参考地点也是足够的，因为通过将基线估计与参考地点相加，移动接收机地点可以从其获得。
例如由于多路径传播以及电离层和对流层的影响，卫星信号在其从卫星到接收机的路途中发生失真。而且，卫星信号具有偏斜，这归因于卫星时钟偏斜和其载波相位具有未知的初始相位。当在接收机中测量卫星信号时，其进一步失真。除了之前的误差之外，信号测量包含例如由于接收机噪声和接收机时间偏斜所引起的误差。在传统RTK中，假设全部或者多数这些误差在接收机与卫星之间彼此相关，在这种情况下，误差在二重差分中消失。
由此，相对定位可以更具体地基于两个GNSS接收机处的信号测量，该信号测量用来形成二重差分可观测量(observable)。这种信号测量例如可以包括载波相位测量和PRN码测量等。与载波相位相关的二重差分可观测量是两个接收机处的特定卫星信号的载波相位差与两个接收机处的另一卫星信号的载波相位差的比。可以相应地获得与PRN码相关的二重差分可观测量。继而可以使用二重差分可观测量来以高精度确定接收机相对于彼此的位置。
利用传统的GNSS定位，两个GNSS接收机能够确定其地点，并由此确定其之间的基线(精度为5到20米)。相反，RTK方法允许以0.1到10厘米的高的多的精度来确定基线。值得注意，可以利用标准的商业GNSS接收机实现该精度。
然而，在使用RTK方法时，必须考虑在两个接收机处测量的码相或载波相位是基于不同数目的完整载波周期。该影响称为二重差分整周模糊度(integer ambiguity)，必须对其进行求解。该过程还称为整周模糊度解算或者初始化。
可以通过在足够的测量时刻从足够数目的卫星收集载波和/或码相数据来解算二重差分整周模糊度。解可以使用个体历元来获得，或者作为使用滤波器的连续过程来获得。
只要确定了基线并且解算了整周模糊度，便可以确认整周模糊度解，以便确定其是否可靠。整周模糊度确认通常是使用统计工具完成的。
所求解和确认的整周模糊度继而可以用于以高精密度(例如，以亚厘米的精度)来跟踪接收机之间的基线。
最初，RTK定位仅可用于测地学测绘和需要高精度的其他应用。这种应用所需的装备是昂贵且因此意味着仅供专业使用。在这些情况下，基线更是常常是离线确定的。然而，也可以使用两个低价的支持GNSS的手持设备(例如，具有集成GNSS接收机的终端，或者配备有外部蓝牙GNSS接收机的终端)来获得高精度的基线。可以使用各类数据传送技术来交换终端之间的数据，其中数据传送技术例如通用分组无线服务(GPRS)、无线局域网(WLAN)或者蓝牙TM。这允许实时地确定和更新基线。该方法也称为移动实时动态(mRTK)，表示使用了移动技术来扩展RTK的使用情况，并使更多的人得益于该技术。
发明内容
本发明从以下考虑出发在相对定位中求解整周模糊度需要两个接收机连续跟踪某个最小数目的卫星达某个时间量。还必须注意，仅仅一个接收机具有对各自卫星的相位锁定是不够的，而是需要两个接收机都连续跟踪例如共同卫星的载波相位和/或码相。此外，测量时刻之间的周期越长，结果就越确定。对于小于1千米的短基线而言，15秒的周期是足够的，而对于达到10千米的较长基线而言，可能需要几分钟的周期。涉及的等待时间可能引起不良的用户体验。
本发明还从以下考虑出发基于统计工具的整周模糊度解算的有效性有时导致关于基线质量的不正确的结论。
本发明还从以下考虑出发一旦初始化了整周模糊度，则为了能够跟踪基线，两个接收机必须维持对至少4个卫星的相位锁定。如果丢失了相位锁定从而使在相位锁定中的共同卫星少于4个，则必须重新初始化整周模糊度，这要花费相当多的时间。例如，无论何时仅有来自三个卫星的信号可用时，则可以将一些基线坐标(例如，纬度(altitude))固定为给定的值。然而，这在基线解中引入了误差。
在依赖于足够量数据的可用性的其他相对定位方法中可能出现类似的问题。
提出了一种方法，其包括将关于第一设备处气压的信息和关于第二设备处气压的信息转换为第一设备与第二设备之间的纬度差。该方法还包括使用第一设备与第二设备之间的纬度差来确定第一设备相对于第二设备的位置。
此外，提出了一种装置，其包括处理组件。该处理组件被配置用于将关于第一设备处气压的信息和关于第二设备处气压的信息转换为第一设备与第二设备之间的纬度差。该处理组件进一步被配置用于使用第一设备与第二设备之间的纬度差来确定第一设备相对于第二设备的位置。
一种装置，还包括用于将关于第一设备处气压的信息和关于第二设备处气压的信息转换为第一设备与第二设备之间的纬度差的装置；以及使用第一设备与第二设备之间的纬度差来确定第一设备相对于第二设备的位置的装置。
此外，提出了一种电子设备，其包括所提出的装置。此外，该电子设备包括无线通信组件，其被配置用于接收关于第二设备处气压的信息。
而且，提出了一种组合件，其包括所提出的装置。此外，该组合件包括无线通信设备，其被配置用于接收关于第二设备处气压的信息。
此外，提出了一种服务器，其包括所提出的装置。此外，该服务器包括无线通信组件，其被配置用于接收关于第一设备和/或第二设备处气压的信息。
而且，提出了一种系统，其包括所提出的装置。此外，该系统包括另一装置，其包括处理组件，该处理组件被配置用于将关于第二设备处气压的信息转发至所提出的装置。此外，该系统可以包括具有处理组件的又一装置，该处理组件被配置用于将关于第一设备处气压的信息转发至所提出的装置。
此外，提出了一种计算机程序代码。当由处理器执行时，该计算机程序代码实现所提出的方法。
最后，提出了一种计算机程序产品，其中，所提出的计算机程序代码存储在计算机可读介质中。该计算机程序产品例如可以是独立的存储器设备，或者集成在较大设备中的组件。
用于相对定位的、根据本发明由气压信息补充的基础数据例如可以是对卫星信号的测量结果，如在基于RTK的定位情况中。继而可以基于对第一卫星信号接收机处和第二卫星信号接收机处的卫星信号的测量结果来确定相对位置。此外，例如可以基于二重差分来确定相对位置，其中二重差分是针对测量的卫星信号载波相位和/或测量的卫星信号码相而确定的。然而，应当理解，同样可以基于其他数据来确定相对位置，并且特别地基于卫星信号以外的其他信号。
因此，其间的相对位置有待确定的第一设备和第二设备例如可以是GNSS接收机或者包括GNSS接收机的设备，但是同样可以是生成可在相对定位中使用的数据的任何其他设备。包括GNSS接收机的设备例如是移动终端、基站、GNSS附属设备或者局部测量单元(LMU)。继而可以将测量气压的气压计集成在GNSS附属设备中、包括GNSS接收机的其他设备中或者GNSS接收机所属的组合件中。这种组合件例如可以包括移动台或者基站，以及GNSS附属设备。如果气压计参考点与接收机的天线之间存在纬度偏移，并且已知该纬度偏移是先天性的，则可以在定位计算中对其进行考虑，因为天线的位置是相对定位的参考位置。
其间相对位置有待确定的设备或者包括这些设备的组合件可以直接或者经由至少一个其他设备(例如，经由网元)交换其气压信息。特别地，如果一个设备属于网络，则所提供的气压信息可以是还可用于其他目的的参考压力信息。此外，其间相对位置有待确定的设备的气压信息可以传输给其他设备以供评估，例如传输给类似于定位服务器的网元。
所提出装置的处理组件可以通过硬件和/或软件来实现。其例如可以是执行用于实现所需功能的软件程序代码的处理器。备选地，其例如可以是例如通过芯片组或者芯片实现的、被设计用以实现所需功能的电路，例如集成电路。
所提出的装置例如可以等同于所包含的处理组件，但是其还可以包括其他组件，例如气压计和/或适于从至少一个卫星接收信号的GNSS接收机。
该装置例如还可以是模块，其被提供以集成至无线通信设备(例如，移动台或者固定台)，或者集成至用于这种无线通信设备的附属设备。
所提出的电子设备例如可以是移动台(例如，蜂窝电话)或者固定台(例如，蜂窝通信网络的基站)。然而，必须注意，所提出的电子设备不是必须被配置成在蜂窝通信系统中运行。其例如还可以是个人数字助理(PDA)或者纯测绘工具等。电子设备还可以包括气压计和/或GNSS接收机，或者具有对这种组件的有线或无线接入。
所提出的组合件可以包括可彼此链接的独立设备。例如，GNSS附属设备可以附接至无线通信设备，而所提出的装置和气压计可以集成到GNSS附属设备中或者无线通信设备中。可以利用任何适当的数据链路来实现组合件内部的链路，例如固定线缆、蓝牙(BluetoothTM)链路、UWB链路或者红外链路等。
所提出的电子设备或者所提出的组合件的无线通信组件例如可以是蜂窝引擎或终端，或者WLAN引擎或终端等。蜂窝终端可以是蜂窝电话，或者例如膝上型计算机的其他类型的蜂窝终端，其包括用于经由蜂窝网络来建立链路的装置。
本发明是基于以下现象气压随着纬度变化，也即，随着海拔标高变化。此外，尽管特定地点处的气压可能变化，但是两个临近地点之间的气压差应当保持类似。现场测试显示至少在5千米距离之内，大气压是相当恒定的，从而使得仅有纬度差对压力差有所贡献。因此提出将关于两个设备处气压的信息(更具体地，设备之间的气压差)转换为这两个设备之间的纬度差。继而可以按照各种方式将纬度差用作确定两个设备彼此的相对位置的补充数据。
本发明通过提供可以按照多种方式来利用的附加信息，来支持相对定位的改进性能。结果，本发明对定位解决方案的可靠性和质量有所贡献，并且由此对利用定位的应用的改进质量以及改进的用户体验有所贡献。本发明还允许扩展相对定位的使用场合，例如基于mRTK的定位。在实践中，可以在全新的环境中提供高定位精度。
在本发明的一个实施方式中，第一设备与第二设备之间的纬度差用于确定相对位置的首次定位。
这允许在用于定位的其他数据的可用性有限的情况下找到相对位置。例如，在基于卫星信号的相对定位的情况下，该实施方式支持在更苛刻的环境中找到相对位置，在该环境中，来自少于通常数目卫星的信号是可用的。
可以通过求解包括多个未知数的方程组来确定相对定位的首次定位。在这种情况下，可以使用纬度差来消除至少一个未知数。也即，纬度差可以替换消除的未知数，或者提供在等式的其他位置使用的项，以补偿该消除。
可以基于信号测量的结果(包括整周模糊度)来选择方程的变量。在这种情况下，未知数可以包括位置的相对位置值以及未知的整周模糊度值。
当使用所确定的纬度差来消除至少一个未知的相对位置值时，在一些情况下，整周模糊度解算更快，因此更快地获得最佳精度。
在本发明的另一实施方式中，第一设备与第二设备之间的纬度差用于所确定的相对位置的确认。
由此，所获得的纬度差可以用于对固定基线的纬度坐标有效性的附加检查。更具体地，可以对所确定的相对位置中的相对纬度与从气压信息获得的纬度差进行比较。
这提供了用于与通常用于确认的任何统计测量无关的确认的附加方法。这允许拒绝不正确的解，即使统计确认过程不正确地对解进行了确认。结果得到了更为可靠的性能，以及由此改进的用户体验。
在本发明的另一实施方式中，第一设备与第二设备之间的纬度差用于跟踪相对位置。
在此实施方式中，可以利用少于先前所需的可用数据来跟踪基线。例如，在基于卫星信号的相对定位的情况下，类似于首次定位的情况，此实施方式允许在较为苛刻的环境中更新相对位置。
还可以通过求解包括多个未知数的方程组来跟踪相对位置。继而可以再次使用纬度差来消除这些未知数中的至少一个。
应当理解，气压信息可以在首次定位和相对位置跟踪二者中使用。然而，如果可以在无需气压信息辅助的情况下可靠地执行相对位置的首次定位，则可以首先对气压信息到纬度差的转换(其将在跟踪中使用)进行校准，以获得特别可靠的辅助。
为此，可以不考虑第一设备与第二设备之间的纬度差，而首先确定相对位置，其中所确定的相对位置包括关于第一设备相对于第二设备的纬度的信息。接下来，可以基于所确定的相对位置中的相对纬度信息对气压值和纬度值之间的关系进行校准。继而，所校准的关系可以用来将关于第一设备处气压的信息和关于第二设备处气压的信息转换为第一设备与第二设备之间的纬度差。
应当理解，气压值与纬度值之间关系的校准可以直接或间接地以各种方式来实现。例如，可以对用于测量气压的至少一个气压计进行校准。备选地，可以对针对至少一个设备的气压测量结果进行校准。进一步备选地，可以对所确定的两个设备处气压之间的差进行校准。进一步备选地，可以对在将气压差转换为纬度差中使用的转换因子进行校准。进一步备选地，可以对从气压信息获得的纬度差进行校准，等等。
本发明例如还可以用于高精度导航和测绘应用。其可以被提供用于专业使用，但也可用于娱乐应用，例如利用GNSS接收机进行书写。
其还可以与各类相对定位结合使用，具体地但非排他地，利用GNSS的定位，例如GPS、GLONASS、GALILEO、SBAS、QZSS、LAAS或其组合。LAAS具有以下优点其在室内条件下同样支持mRTK的使用。
应当理解，给出的所有示例性实施方式也可以在任何适当的结合中使用。
根据下文结合附图的详细描述，本发明的其他目的和特征将变得易见。然而，应当理解，设计附图仅仅是为了示范的目的，而不是作为对本发明范围的限定，本发明的范围仅应参考所附权利要求书。还应当理解，附图不是按比例绘制的，其仅仅意在从概念上示出在此描述的结构和过程。
图1是根据本发明实施方式的系统的示意图； 图2是示出了根据本发明第一实施方式的、图1系统中的初始化操作的流程图； 图3是示出了根据本发明第二实施方式的、图1系统中的跟踪操作的流程图； 图4是示出了根据本发明第三实施方式的、图1系统中的确认操作的流程图； 图5是根据本发明另一实施方式的系统的示意图；以及 图6是示出了根据本发明实施方式的、图5系统中的操作的流程图。
具体实施例方式 图1给出了根据本发明的示例性系统，其通过利用气压信息来支持增强的相对定位。
该系统包括移动设备110和移动组合件120。
作为示例，假设移动设备110是蜂窝电话之类的移动台(MS)。其包括处理器111以及链接至该处理器111的无线通信组件112、GNSS接收机113、气压计114和存储器115。
处理器111被配置用于执行所实现的计算机程序代码。存储器115存储计算机程序代码，处理器111可以获取该代码以供执行。所存储的计算机程序代码包括RTK定位软件(SW)116和/或转发软件117。
作为示例，假设移动组合件120包括移动台(MS)130和独立的GNSS附属设备140。
移动台130包括芯片133以及链接至该芯片133的无线通信组件132和蓝牙(BluetoothTM)(BT)组件131。
芯片133包括被配置用于执行RTK定位的电路。该RTK定位电路包括初始化组件134、确认组件135、跟踪组件136以及转换器137。此外，芯片133包括压力信息转发组件138，其被配置用于控制BT组件131与无线通信组件132之间的信息交换。芯片133例如可以是集成电路(IC)。
GNSS附属设备140包括BT组件141以及链接至该BT组件141的GNSS接收机143和气压计144。
GNSS附属设备140可以经由BT组件133和141之间建立的蓝牙(BluetoothTM)连接来与移动台130链接。应当注意，替代蓝牙(BluetoothTM)组件133、141，移动台130和GNSS附属设备140还可以包括支持有线或无线链接的、任何其他类型的匹配接口组件。
移动台110的无线通信组件112与移动台130的无线通信组件132可以使用蜂窝链路或者非蜂窝链路(例如，无线LAN连接、蓝牙(BluetoothTM)连接、UWB连接或者红外连接)彼此通信。所采用的通信信道还可以是控制平面信道或安全的用户平面定位(SUPL)信道。
在图1中，通过虚线的基线160来表示移动台110与移动组合件120之间(或者更具体地，GNSS接收机113与GNSS接收机143之间)的距离和纬度。
显然，移动台110还可以使用芯片来实现处理器111的功能，而移动台130也可以使用处理器来实现芯片133的功能。此外，仅需要组合件之一包括RTK定位装置116、134-137，而其他组合件可以仅包括转发装置117、138。
移动台110或者芯片133可以是根据本发明的示例性装置。执行计算机程序代码116的处理器111或者芯片133的组件134-137可以是根据本发明的装置的示例性处理组件。移动台110和GNSS附属设备140还可以是本发明的其间相对位置有待确定的示例性第一设备和第二设备。移动台110还可以是根据本发明的示例性电子设备，而组合件120可以是根据本发明的示例性组合件。
GNSS接收机113、143二者作为常规GNSS接收机操作。也即，它们被配置用于接收、获取、跟踪和解码由属于一个或多个GNSS(例如，GPS和伽利略)的卫星S1、S2所传输的信号。此外，GNSS接收机113、143被配置用于基于接收到的卫星信号以已知的方式计算单机位置。应当理解，所需计算也可以在GNSS接收机113、143之外的处理组件中实现，例如分别在处理器111或者芯片133中实现。
然而，对于特定应用，可能必须以高精度来跟踪移动台110或者移动组合件120的位置。为此，采用增强的移动RTK定位。
在此情况下，使用计算机程序代码116，移动台110的处理器111生成初始化请求，无线通信组件112将该初始化请求传输至移动组合件120。该初始化请求标识了要执行测量的测量时刻。
在传输初始化请求时，处理器111还会使移动台110的GNSS接收机113在初始化请求中所标识的测量时刻执行对所接收卫星信号的测量。对于每个测量时刻，GNSS接收机113向处理器111提供得到GNSS测量的数据集。该数据集包括例如从至少三个不同卫星接收的卫星信号的码相值和载波相位值。另外，其可以包括所确定的每个卫星的伪距值。此外，处理器111使气压计114提供针对相同测量时刻的关于所测量气压的信息。
在移动组合件120处，移动台130的无线通信组件132接收请求，并将其提供给芯片133。芯片133的转发组件138识别该请求，并通过BT组件131、141要求GNSS接收机143和气压计144提供针对该请求中所标识的测量时刻的测量结果。
此时，GNSS接收机143执行对接收的卫星信号的测量。对于每个测量时刻，GNSS接收机143经由BT组件131、141向芯片133提供数据集。该数据集包括例如从至少三个不同卫星接收的卫星信号的码相值和载波相位值。此外，其可以包括所确定的每个卫星的伪距值。而且，气压计144经由BT组件131、141向芯片133提供针对相同测量时刻的测量气压的信息。
转发组件138负责(take care)数据集和相关联的气压信息经由无线通信组件132发送至移动台110。移动台110的无线通信组件112接收该数据集和气压信息，并将其转发至处理器111。
处理器111继而可以对来自GNSS接收机113和143二者的、不同时刻针对不同卫星的测量结果进行评估，以确定RTK定位中GNSS接收机113、143之间的基线160。
如上所述，RTK定位需要求解二重差分整周模糊度。在初始化中，可以使用如下等式来确定基线，以及求解二重差分整周模糊度 y＝Bb+Aa，(1) 其中B是设计矩阵，其包括接收机与卫星的几何射程的偏导数，而A是预定的模糊度矩阵。
是包括二重差分可观测量的测量向量，
是包括基线坐标的基线向量，而
是模糊度向量。纬度m、p和n取决于码相测量是否包括在测量向量y中，所使用的测量时刻的数目，以及所考虑的卫星数目。二重差分可观测量例如可以从码相测量和/或载波相位测量形成。然而，载波相位测量的噪声明显小于码相测量。
求解方程(1)(这可以利用任何适当的方法来实现)，得到固定的基线估计
和二重差分模糊度
接下来，在确认过程中确保针对该整周模糊度和基线而获得的解是正确的。
只要求解并确认了整周模糊度，则可以以高精度(例如，以亚厘米的精度)来跟踪接收机113、143之间的基线160。
跟踪表示这样的情形求解了整周模糊度，由此模糊度向量
是已知的，并且处理器111基于来自两个GNSS接收机113、143的新的载波相位和/或码相测量来跟踪基线。在这种情况下，形式上可以根据以下公式来更新固定基线
根据本发明的不同实施方式，气压信息可以用于支持初始化、确认或者跟踪，这将在下文参考图2到图4更详细地描述。
现在将参考图2的流程图来更为详细地描述根据本发明实施方式的示例性增强初始化。
如上所述，移动台110执行信号测量(步骤201)，并从移动组合件120接收在多个测量时刻针对多个卫星的信号测量结果(步骤202)。
并行地，如上所述，移动台110测量气压(步骤203)，并从移动组合件120接收针对相同测量时刻的压力信息(步骤204)。
处理器111将所测量的气压与接收的压力信息中的气压之间的差转换为相应的纬度差(步骤205)。已知1Pa的压力差等于大约8cm海拔的纬度差。因此，处理器111可以将该对应关系用于转换。备选地，存储器115可以存储将每1Pa的纬度变化与相应的绝对纬度值相关联的映射表。继而可以根据来自GNSS定位的大致纬度估计来选择适当的关联。
针对适当数目N的测量时刻来收集信号测量结果和气压信息(步骤206)。测量时刻的所需数目N取决于基线是静态的还是动态的。如果移动台110和移动组合件120二者都是静态的，则基线是静态的，如果移动台110和移动组合件120的至少一个是移动的，则基线是动态的。测量时刻的所需数目N还取决于接收机113、114二者共同可见的卫星SV1、SV2的数目，以及取决于是考虑了码相和载波相位测量还是仅考虑了载波相位测量。
在上文的方程(1)中，基于接收到的测量结果来确定测量向量y的元素。基于移动设备110和组合件120的近似位置以及GNSS信号中的星历表数据来构建设计矩阵B。此外，消除基线向量b中的一个或多个未知数。所消除的未知数可以由所确定的一个或多个纬度差来替换，或者可以基于所确定的一个或多个纬度差在方程中的不同位置进行补偿。可以消除的未知数的数目取决于初始化中所使用的测量时刻的数目。继而求解该方程，以解算向量a中的整周模糊度，并找到基线向量b中的剩余未知数(步骤207)。
在从基线向量b中消除未知数时，在一些情况下，较少的测量时刻需要信号测量结果和气压信息(步骤206)。因此，可以减少二重差分模糊度解算所需的总时间。在下面的表格中示出了这样的情况，即较少卫星需要给定数目的测量时刻，或者备选地，相同数目的卫星需要较少测量时刻。括号中的数字示出了在没有所提出的未知数消除的情况下所需的测量时刻的数目。
可以看到，对于静态基线，当有3个共同卫星信号可用时，需要较少的测量时刻，并由此需要较少的时间。更具体地，在利用对源自3个卫星的信号的码相和载波相位测量时，所需的测量时刻数目从2减少到1；在仅利用对源自3个卫星的信号的载波相位测量时，所需的测量时刻数目从3减小到1。
在动态基线的情况下，主要的好处是降低了初始化所需的时间。在利用对源自3个卫星的信号的码相和载波相位测量时，所需的测量时刻数目再次从2减小到1。在仅使用载波相位测量时，如果消除了未知数，则在3个测量时刻对来自至少4个卫星的信号的测量是足够的，否则需要对来自至少5个卫星的信号的测量。此外，当利用对源自5个卫星的信号的载波相位测量时，所需的测量时刻数目从4减少到2，在利用对源自6个卫星的信号的载波相位测量时，所需的测量时刻数目从3减小到2。
对于较长的基线(其需要由较长周期隔开的测量时刻)，减少的所需卫星数目可以降低初始化时间几分钟。此外，在动态基线和仅有载波相位测量的情况下，未知数的消除可以支持RTK定位，这在其他情况下是根本不可能的，因为例如在很多环境中(例如市区和郊区环境中)，可能没有5个卫星可用。
当针对示例性情况把方程(1)如下展开时，可以更清楚地看到在方程(1)中消除未知数的可能性
可以假设，将要使用码相(ρ)和载波相位(
)二者。为了使得示范更为直观，仅考虑一个历元。而且，必须注意，在不失一般性的前提下，在东北天(East-North-Up)坐标系统中表示基线。
方程(3)示出了具有4个卫星的情况，并且由此，向量y中有3x2个二重差分
未知数是基线坐标bE，bN，bU和二重差分模糊度a1，a2，a3。基线坐标bE表示GNSS接收机113、143之间在东向的距离，基线坐标bN表示GNSS接收机113、143之间在北向的距离，基线坐标bU表示GNSS接收机113、143之间在向上方向的距离，即GNSS接收机113、143之间的相对纬度。
现在，如果从外部来源获取了向上坐标bU，则可以将方程(3)简化为
其中Δ2是由对向上坐标的约束集引起的对测量的修正向量。
对方程(4)的仔细检查示出现在可以仅使用两个二重差分，也即两个码相和两个载波相位的二重差分来对其求解。这得到
因此，通过消除向上坐标bU，仅仅需要3个卫星，而不是4个。
在初始化之后，例如可以通过传统方式来确认整周模糊度求解，并且例如还可以通过传统方式来跟踪基线。
现在将参考图3的流程图来更为详细地描述根据本发明实施方式的示例性增强跟踪。
在这种情况下，例如可以按照传统方式来执行初始化和确认(步骤301)。初始化得到解得的整周模糊度，以及定义GNSS接收机113相对于GNSS接收机143的相对位置的第一基线。
在为初始化而执行的信号测量的测量时刻，在移动台110中测量气压(步骤302)。在相同的测量时刻，还在移动组合件120中测量气压，并将其提供给移动台110(步骤303)。
基于气压信息，处理器111确定移动台110与GNSS附属设备140之间的压力差。处理器111进一步确定用于所确定的压力差与所确定基线中的相对纬度之间的关系的校准参数(步骤304)。校准参数例如可以指明在当前纬度处每1Pa压力差的纬度差(以厘米为单位)。
为了跟踪，移动台110继续在预定的测量时刻测量气压(步骤305)，并从组合件120接收气压信息(步骤306)。
处理器111将气压计113与气压计143处的气压之间的差转换为使用步骤304中确定的校准参数进行了校准的纬度差(步骤307)。
继而使用上文给出的方程(2)将纬度差用于跟踪移动台110相对于移动组合件120的相对位置。在该方程中，通过所确定的一个或多个已校准纬度差消除或者补偿一个或多个未知数(步骤308)。
如果在步骤308中没有消除方程(2)中的未知数，则将需要来自至少4个卫星的信息以进行更新。如果气压辅助可用于确定纬度差，则可以仅使用来自3个卫星的信号来更新基线。这支持了更为可靠的跟踪。
例如，可以首先使用来自4个或更多卫星的信号来确定和跟踪基线。在跟踪基线以及由此跟踪纬度差的同时，可以准确地校准接收机113、143之间的压力差。因此，如果两个接收机113、143所跟踪的信号数目现在下降为3个(这通常是在城区或者郊区环境中)，气压计测量得以精确校准，并且可以仅使用对来自3个卫星的信号的测量来以高精度继续基线跟踪。
在为了减少方程(2)中的未知数数目而固定纬度差的方法中，精度在跟踪中损失，与此相反，本方法允许保持精度，因为使用压力差信息对纬度差进行了更新。
当针对示例性情况如下展开方程(2)时，将更清楚地看到消除方程(2)中未知数的可能性
使用了与方程(3)中相同的符号。然而，在此情况下，仅考虑了载波相位，并且模糊度向量a的值a1，a2，a3现在是已知的。再一次，如果向上坐标bU是先验已知的，可以消除一个未知数。则该方程变为
因此，如果从其他来源获得了向上坐标，则可以仅利用3个卫星来跟踪基线。
现在将参考图4的流程图来更为详细地描述根据本发明实施方式的示例性增强确认。
再一次，处理器111基于来自GNSS接收机113和GNSS接收机143的信号测量结果、例如以传统的方式来执行初始化，以解算二重差分整周模糊度，并确定GNSS接收机113与GNSS接收机143之间的相对位置(步骤401)。
与GNSS接收机113和GNSS接收机143的信号测量并行，气压计114确定移动台110处的气压，并且将测量结果提供给处理器111(步骤402)，同时气压计143确定GNSS附属设备140处的气压，并经由移动台130将相应的信息提供给处理器111(步骤403)。
处理器111确定由气压计113和气压计143确定的气压之间的差，并将压力差转换为相应的纬度差(步骤404)。
处理器111现在可以对所确定的相对位置中的相对纬度与从气压差获得的纬度差进行比较(步骤405)。
如果所确定的相对位置中的相对纬度与从气压信息获得的纬度差之间的差超过了预定界限，则丢弃在步骤401中找到的整周模糊度向量(步骤406)。可以再次从步骤401开始整个过程，以找到正确的整周模糊度解，并由此找到正确的相对位置。
如果所确定的相对位置中的相对纬度与从气压信息获得的纬度差之间的差没有超过预定界限，则可以应用进一步的确认，例如传统的基于统计的确认(步骤407)。
如果在附加的确认过程中没有丢弃在步骤401中找到的整周模糊度向量，则假设找到的相对位置是正确的，并且将找到的整周模糊度向量用于跟踪基线。
由此，给出的气压辅助提供了用于确认的附加手段，其与所使用的统计测量无关。
应当理解，在上文给出的实施方式中，移动台110和移动组合件120的作用也可以相反。在这种情况下，处理器111执行转发软件117，并且负责基于来自移动台130的初始化请求而将来自GNSS接收机113和气压计114的测量结果提供给移动台130。在芯片133中，初始化组件134基于来自GNSS接收机113和143的测量结果执行初始化，确认组件135确认初始化结果，并且跟踪组件136跟踪初始化中所确定的基线。此外，转换器137将从移动台110接收的气压与气压计144所确定的气压之间的差转换为纬度差。继而，类似于上文参考图2到图4所述，使用该纬度差来支持初始化组件134的初始化，确认组件135的确认或者跟踪组件137的跟踪。
必须注意，图1的台110和130之一可以是固定台。例如，如果台110、130之一是蜂窝电话，则另一个台130、110可以是蜂窝通信网络的基站(BS)。如果台130是基站，则GNSS附属设备140例如可以是与该基站130相关联的本地测量单元。
此外，特别地，如果台110、130之一是固定台并且另一台是移动台，则一个台(例如，移动台110)可以从另一台(例如，基站120)请求RTK定位，并将其自己的测量结果和气压信息提供给另一台。另一台继而可以执行所需的测量，确定和更新基线，并由此通知请求台。因此，该方法是辅助的相对定位。
还应当理解，如果GNSS接收机113、143之一是绝对位置精确已知的固定GNSS接收机，则可以使用所确定的相对位置来确定另一GNSS接收机的准确位置。
图5给出了根据本发明的另一示例性系统，其通过利用气压信息来支持增强的相对定位。
该系统包括第一移动组合件510、第二移动组合件520和定位服务器530。
移动组合件510、520二者包括无线通信组件511、521，以及GNSS接收机512、522。无线通信组件511、521支持到一些其他无线通信组件的至少一类无线连接。GNSS接收机512、522被配置用于接收、获取和跟踪由属于一个或多个GNSS的卫星S1、S2传输的信号。它们由基线560彼此隔开。每个GNSS接收机512、522包括气压计，其被配置用于测量气压。
定位服务器530同样包括无线通信组件531。无线通信组件531支持到一些其他无线通信组件的至少一类无线连接。定位服务器530还包括处理组件532，其被配置用于使用气压信息来执行移动RTK定位。处理组件532可以通过硬件和/或软件来实现，例如，类似于运行软件116的处理器111或者类似于芯片133。
移动组合件510、520可以经由无线链路与定位服务器通信。为此，可以在无线通信组件511与无线通信组件531之间、无线通信组件521与无线通信组件531之间建立无线链路。
服务器530或者处理组件532可以是根据本发明的示例性装置。处理组件532还可以是根据本发明的装置的示例性处理组件。GNSS接收机512、522可以是根据本发明的、其间相对位置有待确定的示例性第一设备和第二设备。
现在将参考图6的流程图更为详细地描述图5系统中的RTK定位。
定位服务器530从第一组合件510接收初始化请求。此时，处理组件532请求第一组合件510和第二组合件520在所定义的测量时刻执行GNSS信号测量和气压测量。
定位服务器530从第一组合件510接收信号测量结果和气压信息(步骤601)，从第二组合件520接收信号测量结果和气压信息(步骤602)。
在接收到针对测量时刻的所需数目N的信息时(步骤603)，处理组件532计算设计矩阵B的元素。此外，处理组件532将来自信号测量结果的载波相位以及可选地码相的测量值转换为二重差分，以获得测量向量y的元素。此外，处理组件532确定每个测量时刻GNSS接收机511、521之间的压力差，并将所确定的压力差转换为纬度差(步骤604)。
处理组件532继而使用预定矩阵A、确定的矩阵B、确定的向量y、模糊度向量a以及基线向量b求解方程(1)，其中，已经利用所确定的纬度差替换了未知的相对纬度。
在确认了解得的整周模糊度之后，可以使用建立的无线链路将得到的相对位置提供给请求组合件510或者提供给组合件510、520二者。
进一步可以将解得的整周模糊度用于跟踪基线。
应当理解，还是在该星座中，可以使用所确定的纬度差来支持跟踪或者确认，类似于上文分别参考图3和图4所描述的。
总体上，显而易见，由此可以使用气压计来利用关于GNSS接收机之间的纬度差的信息提供整周模糊度解算过程和/或基线跟踪过滤。在实践中，这意味着相位锁定中需要较少的卫星信号。结果是，可以在传统上不可能的环境中求解和跟踪基线。这还适于引入对mRTK的性能改进，扩展mRTK的使用场合，以及改进用户体验。可以在全新的环境中提供高定位精度。而且，从气压计获得的纬度差信息还可以用于检查固定基线的向上坐标的有效性。这允许在统计确认过程不正确地确认解的情况下，拒绝不正确的解。结果是更为可靠的性能，以及由此再次改进的用户体验。
执行软件116的处理器111所示的功能或者转换器137所示的功能可以视为将关于第一设备处气压的信息和关于第二设备处气压的信息转换为第一设备与第二设备之间纬度差的装置。执行软件116的处理器111所示的功能或者组件134到136所示的功能可以视为使用第一设备与第二设备之间的纬度差来确定第一设备相对于第二设备的位置的装置。
此外，这种“装置加功能”条款意在涵盖执行所记载功能的在此描述的结构，并且不仅是结构性等价物，而且还有等价结构。
尽管已经示出、描述和指出了应用于本发明优选实施方式的本发明的基本新颖特征，但是将会理解，本领域的技术人员可以对所描述的设备和方法的形式和细节进行各种省略、替换和改变，而不脱离本发明的精神。例如，显然的意图是以基本相同的方式执行基本相同的功能以实现基本上相同结果的那些元件和/或方法的所有组合，处于本发明的范围内。而且，应当意识到，结合本发明的任何公开向那个是或者实施方式而示出和/或描述的结构和/或元件可以作为设计选择的一般情况并入任何其他公开的或者描述的或者建议的形式或实施方式。因此，本发明的范围仅由其所附权利要求书限定。
权利要求
1.一种方法，包括
将关于第一设备处气压的信息和关于第二设备处气压的信息转换为所述第一设备与所述第二设备之间的纬度差；以及
使用所述第一设备与所述第二设备之间的所述纬度差来确定所述第一设备相对于所述第二设备的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述第一设备与所述第二设备之间的所述纬度差来确定所述相对位置的首次定位。
3.根据权利要求2所述的方法，其中通过求解包括多个未知数的方程组来确定所述相对位置的首次定位，并且其中，使用所述纬度差来消除至少一个所述未知数。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括基于包括整周模糊度的信号测量结果来选择所述方程的变量，并且其中所述未知数包括未知的相对位置值和未知的整周模糊度值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述第一设备与所述第二设备之间的所述纬度差来确定所述相对位置，包括将所述纬度差用作对所确定的相对位置的确认中的标准。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其中使用所述第一设备与所述第二设备之间的所述纬度差来确定所述相对位置，包括使用所述纬度差来跟踪相对位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其中通过求解包括多个未知数的方程组来跟踪所述相对位置，并且其中使用所述纬度差来消除至少一个所述未知数。
8.根据权利要求6和7中任一项所述的方法，进一步包括
首先独立于所述第一设备与所述第二设备之间的纬度差来确定相对位置，其中所述确定的相对位置包括关于所述第一设备相对于所述第二设备的纬度的信息；
基于所述确定的相对位置中的所述相对纬度信息对气压值与纬度值之间的关系进行校准；以及
将所述校准的关系用于将关于第一设备处气压的信息和关于第二设备处气压的信息转换为所述第一设备与所述第二设备之间的纬度差。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中基于对卫星信号的测量结果来确定所述相对位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一设备包括第一卫星信号接收机，并且其中所述第二设备包括第二卫星信号接收机，并且其中基于对所述第一卫星信号接收机处和所述第二卫星信号接收机处的卫星信号的测量结果来确定所述相对位置。
11.根据权利要求9和10中任一项所述的方法，其中基于二重差分来确定所述相对位置，所述二重差分是根据以下至少一个而确定的测量的卫星信号载波相位以及测量的卫星信号码相。
12.一种包括处理组件的装置
所述处理组件被配置用于将关于第一设备处气压的信息和关于第二设备处气压的信息转换为所述第一设备与所述第二设备之间的纬度差；以及
所述处理组件被配置用于使用所述第一设备与所述第二设备之间的所述纬度差来确定所述第一设备相对于所述第二设备的位置。
13.根据权利要求12所述的装置，进一步包括气压计，其被配置用于测量所述第一设备处的气压，以获得关于所述第一设备处气压的信息。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其中所述处理组件被配置用于使用所述第一设备与所述第二设备之间的所述纬度差来确定所述相对位置的首次定位。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述处理组件被配置用于通过求解包括多个未知数的方程组来确定所述相对位置的首次定位，以及使用所述纬度差来消除至少一个所述未知数。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述处理组件被配置用于基于包括整周模糊度的信号测量结果来选择所述方程的变量，并且其中所述未知数包括未知的相对位置值和未知的整周模糊度值。
17.根据权利要求12和13中任一项所述的装置，其中所述处理组件被配置用于将所述第一设备与所述第二设备之间的所述纬度差用作对所确定的相对位置的确认中的标准。
18.根据权利要求12到17中任一项所述的装置，其中所述处理组件被配置用于使用所述第一设备与所述第二设备之间的所述纬度差来跟踪相对位置。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述处理组件被配置用于通过求解包括多个未知数的方程组来跟踪所述相对位置，以及使用所述纬度差来消除至少一个所述未知数。
20.根据权利要求18和19中任一项所述的装置，
其中所述处理组件被配置用于首先独立于所述第一设备与所述第二设备之间的纬度差来确定相对位置，其中所述确定的相对位置包括关于所述第一设备相对于所述第二设备的纬度的信息；
其中所述处理组件被进一步配置用于基于所述确定的相对位置中的所述相对纬度信息对气压值与纬度值之间的关系进行校准；以及
其中所述处理组件被配置用于将所述校准的关系用于将关于第一设备处气压的信息和关于第二设备处气压的信息转换为所述第一设备与所述第二设备之间的纬度差。
21.根据权利要求12到20中任一项所述的装置，其中所述处理组件被配置用于基于对卫星信号的测量结果来确定所述相对位置。
22.根据权利要求21所述的装置，进一步包括卫星信号接收机。
23.根据权利要求21或22中任一项所述的装置，其中所述第一设备包括第一卫星信号接收机，其中所述第二设备包括第二卫星信号接收机，并且其中所述处理组件被配置用于基于对所述第一卫星信号接收机处和所述第二卫星信号接收机处的卫星信号的测量结果来确定所述相对位置。
24.根据权利要求21到23中任一项所述的装置，其中所述处理组件被配置用于基于二重差分来确定所述相对位置，所述二重差分是根据以下至少一个而确定的测量的卫星信号载波相位以及测量的卫星信号码相。
25.一种电子设备，包括
根据权利要求12到24中任一项所述的装置；以及
无线通信组件，其被配置用于接收关于所述第二设备处气压的信息。
26.根据权利要求25所述的电子设备，进一步包括气压计，其被配置用于测量所述第一设备处的气压。
27.根据权利要求25或26所述的电子设备，进一步包括卫星信号接收机。
28.一种组合件，包括
根据权利要求12到24中任一项所述的装置；
气压计，其被配置用于测量所述第一设备处的气压；以及
无线通信设备，其被配置用于接收关于所述第二设备处气压的信息。
29.根据权利要求28所述的组合件，进一步包括卫星信号接收机。
30.一种服务器，包括
根据权利要求12到24中任一项所述的装置；以及
无线通信组件，其被配置用于接收关于所述第一设备处气压的信息以及关于所述第二设备处气压的信息。
31.一种系统，包括
根据权利要求12到24中任一项所述的装置；以及
包括处理组件的装置，所述处理组件被配置用于将关于所述第二设备处气压的信息转发至根据权利要求12到24中任一项所述的装置。
32.根据权利要求31所述的系统，进一步包括包含处理组件的装置，所述处理组件被配置用于将关于所述第一设备处气压的信息转发至根据权利要求12到24中任一项所述的装置。
33.一种计算机程序代码，在由处理器执行时，其实现权利要求1到11中任一权利要求所述的方法。
34.一种计算机程序产品，其中在计算机可读介质中存储根据权利要求33所述的计算机程序代码。
全文摘要
为了支持相对定位，将关于第一设备处气压的信息和关于第二设备处气压的信息转换为第一设备与第二设备之间的纬度差。继而使用第一设备与第二设备之间的纬度差来确定第一设备相对于第二设备的位置。
文档编号G01S5/14GK101512376SQ200680055874
公开日2009年8月19日 申请日期2006年9月19日 优先权日2006年9月19日
发明者L·维罗拉, K·阿拉南 申请人:诺基亚公司