实时动态(rtk)定位中距离相关的误差减轻的制作方法

专利名称：实时动态(rtk)定位中距离相关的误差减轻的制作方法
技术领域：
本公开的具体化一般涉及与诸如全球定位系统(GPS)或欧洲伽利略系统的定位系统有关的技术，并且尤其涉及在代码和载波相位测量中减轻大气误差的方法。
背景技术：
诸如全球定位系统(GPS)的广域定位系统利用卫星星座定位或导航地球上的物体。当前GPS系统中的每个卫星发射两载波信号Ll和L2，分别具有频率1.5754GHz和1.2276 GHz以及波长0.1卯3米和0.2442米。下一代全球导航卫星系统(GNSS)，如现代化的GPS和伽利略(Galileo)系统，将提供第三载波信号L5。在所述GPS系统中，L5具有1.1765 GHz的频率和0.2548米的波长。
两种类型的GPS测量通常由GPS接收机进行伪距测量和载波相位测量。
伪距测量(或代码测量)是所有类型的GPS接收机可进行的基本的GPS可观测量。它利用调制到载波信号上的C/A码或P码。当GPS测量可用时，GPS接收机和多个卫星中的每一个之间的量程或距离通过以光速乘以信号传播时间(从卫星到接收机)来计算。这些距离通常被称为伪距，因为GPS测量可以包括因各种误差因素的误差，例如卫星时钟计时误差、星历表误差、电离层和对流层折射效应、接收机跟踪噪音和多径误差等。为了消除或减少这些误差，差分运算被用于许多GPS应用中。差分GPS(DGPS)运算典型地包括基本参考GPS接收机、用户GPS接收机及在用户接收机与参考接收机之间的通信机制。参考接收机被置于已知位置并被用于产生与一些或所有上述误差因素相关联的修正。基于从参考站(以及也可能从其他参考站)接收的信息，在参考站形成的修正、或在参考站测量的说明书第2/10页
原始数据、或由第三方(例如计算机或服务器)产生的修正被提供给用户接收 机，然后所述用户接收机利用所述修正或原始数据来适当地修正其计算位置。
载波相位测量是通过在信号到达接收机时求信号的重构载波的积分而获取。 由于当接收机开始跟踪信号的载波相位时在卫星和接收机之间未知的传输整周数 目，所以在载波相位测量中存在整周模糊度。该整周模糊度必须被解算出以实现 载波相位测量的高精确度。整周模糊度(whole-cycle ambiguity)在被解算出之后 也被称为"整数模糊度(integer ambiguities)",而在解算之前被称为"浮动模糊度"。 采用载波相位测量的差分运算通常称为实时动态(RTK技术)定位/导航运算。
高精度GPS RTK定位己被广泛运用于陆地、海上和空中的许多测量和导航应 用。从用户接收机到最近的参考接收机的距离可从几公里到数百公里。随着接收 机间距(即参考接收机和位置要被确定的移动接收机之间的距离)增加，由于 距离相关偏差的问题增加，因此可靠的模糊度解算成为一个更大的挑战。当两接 收机之间的距离小于约IO公里时，主要的挑战是在双差分之后残余偏差或误差为 了模糊度解算的目的只能被忽略。对于更长的距离，诸如轨道误差以及电离层和 对流层延迟的距离相关的误差成为显著的问题。确定应当多长的观测期以获取可 靠的模糊解算对于GPSRTK定位是一个挑战。所需观测期越长，"死"时间越长， 在该时间期间精确定位不可能。在GPS导航和/或测量开始时以及每当许多GPS 信号被阻断或减弱时需要模糊解算过程，以使周跳或测量中断发生。在所有过程 中数据采集、数据处理和数据传输，GPSRTK定位的质量控制是关键和必要的。 质量控制程序应用于基于载波相位的GPS RTK定位和基于伪距的DGPS。模糊度 解算的质量控制和验证标准对于精确的GPS RTK定位是一个重大挑战。

发明内容
一种用于在代码和载波相位测量中减少距离相关的大气误差的方法，包括 估计残余对流层延迟、多个残余电离层延迟和模糊度值。然后根据这些估计更新 移动接收机的估计位置。
在一个实施例中，残余对流层延迟被建模成卡尔曼(Kalman)滤波器中的一 状态。在一个实施例中，多个残余电离层延迟被建模成卡尔曼滤波器中的一状态。 卡尔曼滤波器的状态更新函数包括至少一个基线距离相关因素。所述基线距离相 关因素对应参考接收机与移动接收机之间的距离。
在一个实施例中，多个模糊度值被存储在卡尔曼滤波器的多个状态中。这些 状态然后根据包括至少一个动态噪声因素的状态更新函数更新。大气误差源的估计限制GPS RTK系统的距离相关的误差并容许具有精确位置 估计的更长距离应用。


图1表示全球导航卫星系统。
图2是一计算机系统的方框图，该计算机系统可被用于实现在代码和载波相 位测量中减少大气误差的方法。
图3A和3B是表示一些实施例所述的用于在代码和载波相位测量中减少大气 误差的方法的流程图。
图4是表示一些实施例所述的全球导航卫星系统中的元件的方框图。 图中相同参考数字指相同部件。
具体实施方案
图1表示根据本发明的一个实施例的全球导航卫星系统100。全球导航卫星系 统(GNSS)包括多个卫星110-1、 110-2、、 110-n，其中n是移动接收机120和 参考接收机130可见的卫星数目，参考接收机130通常位于已知、预先设置的位 置。多个卫星110-n，或它们中的任何一个或多个在本文下文有时称为卫星110。
移动接收机120进行接收来自卫星110的GPS信号142和146的代码和载波 相位测量。参考接收机130进行接收来自卫星110的GPS信号144和148的代码 和载波相位测量并至少部分基于参考接收机预先设置的位置产生对于这些测量的 修正132。修正132然后被传递给移动接收机120。虽然本文的描述经常使用的术 语"GPS"禾卩"GPS信号"等，本发明同样适用于其它GNSS系统以及来自这些 系统中的GNSS卫星的信号。
移动接收机120和参考接收机130之间的基线距离150和高度差155分别等 于《米和A/f米。基线距离150代表移动接收机120和参考接收机130之间距离 的水平分量。相对于移动接收机120, GPS信号142和146的卫星仰角160分别是 a m°和0 ° 。相对于参考接收机130， GPS信号144和148的卫星仰角160分别 是a r°和0 r° 。
GPS信号142， 144， 146， 148通过卫星110被传输穿过地球的电离层185和 对流层190。
12对流层190从地球表面195向上延伸至约16公里高度并由干气和水汽组成。 GPS信号142， 144， 146， 148被对流层190折射。对流层延迟的大小取决于卫星 仰角160 (从接收机到卫星)。对流层延迟在天顶方向(90度仰角)等于约2.3米， 并对于5度的仰角160增加至超过25米。干分量可被建模具有高精度，但较小的 湿分量很难建模。大部分湿分量的差分对流层延迟典型地从百万分之(卯m) 0.2 至百万分之0.4的基线距离150改变。残余对流层延迟的空间和时间特性可以通过 概率法或统计模型来描述。对流层对无线电波传播的影响然后可以通过按照给定 的概率密度函数或随机地根据波动的空间和时间的相互关系改变空间维和时间尺
度来预测。在一个实施例中，残余对流层延迟可被视为一阶高斯马尔可夫 (Gauss-Markov)过程。
电离层185起始于地球表面195以上约50km并延伸至1000公里或以上的高 度。电离层185中的太阳辐射促使原子电离，使得自由电子存在足够数量以显著 地影响无线电波的传播。电离层185使导致载波相位测量下降的载波相位提前， 但使导致代码测量增加的代码调制延迟。电离层延迟的大小取决于信号的频率和 太阳辐射的影响。因此，电离层延迟对于白天和夜间以及从一个季节到另一个季 节是不同的。在白天，电离层延迟通常在当地时间约14:00到达第一个高峰，在当 地时间约22: OO到达第二个高峰，然后就在日出之前下降到最低。在极端条件下， 电离层延迟在天顶方向可到达15米，而接近地平线的仰角超过200米。电离层典 型地是差分处理中最大误差的来源，并且从在中纬度低电离层时期的百万分之一 的基线距离150到在低地磁纬度中午时大于10ppm改变。GPS卫星以实时校正数 据(例如Klobuchar模型系数)广播，使单频接收机能够平均去除约50%的电离层 折射效应。
图2表示根据本发明的一个实施例的计算机系统200，其可以被用来实现用于 减少大气误差的方法。所述计算机系统200与移动接收机120耦合，移动接收机 120提供基于来自卫星的信号的GPS代码和载波相位测量给计算机系统200。
在一些实施例中，移动接收机120和计算机系统200被结合成单个外壳内的 单个装置，如便携式、手持式、或甚至可穿戴位置跟踪装置、或车载或其它移动 定位和/或导航系统。在其他的实施例中，移动接收机120和计算机系统200没有 被结合成单个装置。
如图2所示，所述计算机系统200包括通过一个或多个通信总线248相互耦 合的中央处理单元(CPU) 240、存储器250、输入端口 242和输出端口 244，以 及(可选地)用户接口 246。存储器250可包括高速随机存取存储器，并可包括非易失性大容量存储器，例如一个或多个磁盘存储设备、光盘存储设备、闪存设备， 或其他非易失性固态存储设备。存储器250优选地存储操作系统252、数据库256、 以及GNSS应用程序254。根据如下面将详细描述的本发明的一些实施例，GNSS 应用程序可以包括用于执行减小大气误差的方法的程序255。存储在存储器250中 的操作系统252以及应用程序254和程序255用于被计算机系统200的CPU240 执行。存储器250优选地也存储在执行GNSS应用程序254和255过程中所使用 的数据结构，包括GPS代码和/或载波相位测量257，以及在本文中讨论的其他数 据结构。
输入端口 242用于接收来自移动接收机120的数据，而输出端口 244用于输 出数据和/或计算结果。数据和计算结果也可显示在用户接口 246的显示设备上。
图3A和3B表示导航方法300，其包括用来减少在基于接收来自卫星的信号 的代码和载波相位测量中的大气误差的运算。虽然卡尔曼滤波器的说明超出了本 文的范围，但计算机系统200典型地包括用于更新用户GPS接收机120的位置和 其它方面状态的卡尔曼滤波器，也被称为卡尔曼滤波器状态。卡尔曼滤波器状态 其实包括许多状态，其中每一个代表GPS接收机位置的一方面(例如，X， Y和Z， 或位置的纬度，经度和天顶分量)，或运动(例如，速度和/或加速)，或在卡尔曼 滤波器中正使用的计算过程的状态。
卡尔曼滤波器典型地是由处理器执行的程序或程序集。卡尔曼滤波器被重复 执行(例如，每秒一次)，每次使用新的代码测量(也称为伪距测量)和载波相位 测量，以更新卡尔曼滤波器状态。虽然卡尔曼滤波器使用的方程式是复杂的，但 卡尔曼滤波器被广泛应用于导航领域，因此只有与本发明有关的卡尔曼滤波器的 那些方面需要任何详细的论述。应当强调的是，尽管卡尔曼滤波器被广泛应用于 GPS接收机和其他导航系统，那些卡尔曼滤波器的许多方面的实施各不相同。例 如，在一些GPS接收机中使用的卡尔曼滤波器可能包括在其他卡尔曼滤波器中不 包括的状态，或可能使用与其他卡尔曼滤波器中使用的稍微不同的方程式。
与本论述有关的卡尔曼滤波器的方面是代表接收来自可见卫星的信号的对流 层延迟和电离层延迟的卡尔曼滤波器状态中包含的值以及这些值的状态。此外， 卡尔曼滤波器状态可以包括用于来自多个卫星的载波相位测量的模糊度值。
如上关于图1的描述，信号接收来自卫星110以及修正132接收来自参考接 收机310。运算310包括获取代码和载波相位测量。双差分代码和载波相位测量被 形成320以删除GPS测量中存在的许多系统误差。双差分代码和载波相位可观测量以米为单位，可以形成为-▽A/
VA^-,+v厶r+i+v厶o+、 (i)
A拜,=+ VA71——^ + V厶O十A,. VA7V, + ￡w (2)
其中下标/表示频率，即L1， L2或L5; P,和^,分别是代码和载波相位可观测 量；VA是双差分算子；P是从卫星到接收机的几何距离；VAr是残余差分对流层 偏差，其可以和描述对仰角依赖的映射函数一起被表示成残余天顶对流层延迟的 函数；VA/是双差分电离层偏差；VAO是双差分轨道延迟校正，其可以从网络RTK 系统或诸如Navcom技术公司的StarFireTM网络的广域增强系统(WAAS)获取； 入,和力分别是i载波频率的波长和频率；VAiV,是用于i载波频率的双差分整数模 糊度；以及项&^和^M分别代表代码和相位误差，其包括接收机的随机噪声和 诸如多径、残余轨道误差等任何未建模的系统误差。
双差分载波相位观测的线性化可以通过下面的公式表示
Z (3)
式中r是在历元k适配后残余向量；Z是在适配前残余，其基于当前历元的双差 分测量；//是设计矩阵；以及Z是估计的状态向量，包括三个位置分量、残余电 离层和对流层偏差、以及双或三频模糊度。所述估计的状态向量X的值存储在卡 尔曼(Kalman)滤波器状态中。
在一个实施例中，卡尔曼滤波器包括多个状态，包括但不限于三个位置状 态，各对应一不同方向或维；残余对流层延迟状态；以及N-l个残余电离层延迟 状态。卡尔曼滤波器状态可选地包括三个速度状态，各对应一不同的方向和维， 并可选地包括三个加速状态，各对应一不同的方向或维。在一些实施例中，卡尔 曼滤波器状态包括N-1个L1双差分模糊度状态，和N-1个L2双差分模糊度状态， 其中N是获取测量的卫星的数量。
在一个实施例中，获取卡尔曼滤波器投影和状态更新。如果在k-l历元之后的 卡尔曼滤波器估计假设为具有方差^'的《-1;预测的在历元k的状态向量可从状 态方程(4)及(5)获取
15<formula>formula see original document page 16</formula>(4)
<formula>formula see original document page 16</formula>(5)
其中《是基于在历元k-l的卡尔曼滤波器状态预测的在历元k的预测卡尔曼滤 波器状态向量；w是关联Xw和I^的转移矩阵；『A是动态矩阵。『A包括残余 对流层延迟、残余电离层延迟值和模糊度值。
在历元k使用测量向量的更新状态和方差矩阵通过下列公式给出
<formula>formula see original document page 16</formula> (6) <formula>formula see original document page 16</formula>(7)
<formula>formula see original document page 16</formula> (8)
其中K为增益矩阵；R是可观测量的方差协方差；以及I是单位矩阵。
如图3A所示，方法300包括估计代码和载波相位测量中的大气误差330，其
中可包括两个或两个以上下述的运算。
残余对流层延迟被估计340。在一个实施例中，这包括把对流层延迟表示成残 余对流层天顶延迟(RTZD)和映射函数342，以获取在任何给定卫星仰角160的 延迟。所有大气条件与标准条件的偏差被包含在RTZD内。在对流层延迟模型被 应用后，残余双差分对流层延迟可通过下式近似
<formula>formula see original document page 16</formula> (9)
其中^和^分别是用于卫星p和q的移动接收机120和参考接收机130的平均 卫星仰角；卫星q是最高卫星110;以及卫星p是接收机从其接收可测量信号的任 何其他卫星110。在一个实施例中，单个RTZD估计被用于所有可见卫星。RTZD 值是卡尔曼滤波器状态的一个分量(即对流层延迟分量)，每个历元通过卡尔曼状 态更新函数更新。因此，无论卫星仰角160是多少，方程(1)和(2)中的VAT 将通过移动接收机120和参考接收机130位置的映射函数使用方程(9)被定标。
在一个实施例中，估计残余对流层延迟340包括将残余对流层延迟(例如， RTZD)建模成卡尔曼滤波器中的一状态，并使用状态更新函数，其包括至少一个 基线距离150相关因素(即，对应参考接收机与位置要被确定的移动接收机之间 的距离)。在一些实施例中，估计残余对流层延迟340包括使用具有至少一个基于参考和移动接收机之间的基线距离150和高度差155的因素的状态更新函数344。 在这些实施例中的一些中，转移矩阵^^w和动态模型込被给定，通过 C-e- "') (10)<formula>formula see original document page 17</formula>(12)
其中1/P,^是对流层湿分量的相关时间，其通常在600至1800秒之间；。2,TO; 是对流层湿方差分量且也是基线距离^和高度差A/f的函数；a、w是水平湿分量 的方差，其通常在基线距离《的O.lppm到0.5ppm之间；以及。、是垂直湿分量的 方差，其通常在基线距离《的lppm到10ppm之间；込和04,w分别是方程(5) 中W和方程(4)中w的残余对流层延迟量。在一些实施例中，。、。r被设置 为固定值，如0.1ppm，及1/^邵被设置为固定值，如600秒。在其他一些实施例 中，^^和l/^^的值是根据移动接收机可获取的信息计算的，如移动接收机和
参考接收机之间的基线距离。在一些实施例中，^b和1/^^^的值从査找表获取， 利用移动接收机和参考接收机之间的距离(或基线距离相关的值)作为査找表的 索引进入查找表。
至少一个残余电离层延迟被估计350。在一个实施例中，在代码和载波相位 测量通过广播电离层模型调整以及用来自参考接收机130的修正132差分后，剩 余电离层延迟在卡尔曼滤波器内作为状态向量的项被估计。在一个实施例中，估 计残余电离层延迟350包括将电离层延迟建模为卡尔曼滤波器的一状态，并使用 状态更新函数，其包括至少一个基线距离150相关因素。在其他实施例中，具有 至少一个基于当地时间和电离层活动性的因素的状态更新函数被使用354。在该
实施例中，状态更新函数的转移矩阵0t.u和动态模型込被给定，通过 1,e-""-'") (13)
<formula>formula see original document page 17</formula>,2 (15)
其中1/A。n是差分电离层偏差的相关时间，其通常在30和300秒之间；和 ,。 表示差分倾斜和垂直电离层偏差的方差，及 ,。 是当地时间和电离层活 动性的函数；f是基线距离150; E是卫星仰角160; H是电离层185的高度，
例如其可被假定为350公里；以及R是6371公里，地球平均半径。 ^通常在 基线距离150的0.5卯m到2ppm之间变化。込和^,w分别是方程(5)中『* 和方程(4)中①w—;的残余电离层延迟部分。在一些实施例中，~,。 被设置为 固定值，如lppm，及1/",如被设置为固定值，如30秒。在一些实施例中， 和1/A。n的值是根据移动接收机可获取的信息计算的，例如使用格林尼治标准时 间(GMT)或GPS时间和计算的接收机经度由初步GPS解计算的本地时间。在一
些实施例中，0、。,和1/"tr。p的值从查找表获取。
与残余对流层偏差不同，为除了参考卫星352之外的每个卫星估计残余电离 层延迟。因此，将有N-1个残余电离层偏差估计和代表N-1个残余电离层偏差估 计的N-l个卡尔曼滤波器状态值。
在一些实施例中，所述方法进一步包括在卡尔曼滤波器中存取对应多个模糊 度值的多个状态360。这些状态然后按照包括至少一个动态噪声因素的状态更新 函数更新。状态更新函数中的转移矩阵^.w和动态模型&被给定，通过
"=1 (16)
(17)
其中^W是诸如0.001周的小动态噪声值。込和0;u./分别是方程(5)中W
和方程(4)中Ow.;的模糊度值部分。
在一些实施例中，导航方法300包括更新移动接收机120的估计位置(370)。 典型地，估计位置根据双差分代码和载波相位测量更新378以及根据移动接收机 (或确定移动接收机位置的计算机系统)可获取的其它信息更新。在一些实施例 中，估计位置根据估计的残余对流层延迟更新372。在一些实施例中，估计位置 根据估计的残余电离层延迟更新374。在这些实施例中一些中，卡尔曼滤波器中 不同的残余电离层延迟状态为多个卫星110中的每个(例如，为除了最直接在头 顶的一个之外的所有可见的卫星)更新375。在一些实施例中，估计位置根据卡 尔曼滤波器状态中模糊状态值更新376。
图4表示计算机系统200的一个实施例。所述计算机系统200包括信号处理 器420、至少一个处理器430和存储器250。存储器250可以包括高速随机存取 存储器以及也可以包括非易失性存储器，如一个或多个磁盘存储设备、电可擦除 只读存储器(EEPROM)和/或快闪EEPROM，存储器250包括由处理器430执
18行的操作系统252、代码和载波相位测量257、卡尔曼滤波器更新程序460、卡 尔曼滤波器状态470、以及至少一个大气误差估计程序模块255。存储在卡尔曼 滤波器状态470中的是多个状态值位置472、残余对流层延迟值474、多个(例 如，N-l)残余电离层延迟值476、多个(例如，N-l) Ll整数模糊度值478、和 多个(例如，N-l) L2整数模糊度值479，所述每个上面已描述。所述至少一个 大气误差估计程序模块255包括至少一个残余电离层估计程序552、至少一个残 余对流层估计程序554、以及至少一个整数模糊度值估计程序556。
在一些实施例中，可以有超过一个的处理器430。在其他的实施例中，计算 机系统200可包括执行大气误差估计程序模块255的一些或全部功能的专用集成 电路(ASIC)。
在一些实施例中，计算机系统200耦合诸如移动接收机120 (图1)的接收 机410。在其他的实施例中，计算机系统200和接收机410被结合成单个装置。
以上描述，为了解释的目的，已参照具体实施例描述。然而，以上图示的叙 述并不是意欲穷尽或将本发明限制为公开的精确的形式。根据上述教导，许多修 改和变化是可能的。多个实施例被选择和描述以便最佳的解释本发明的原理和它 的实际应用，从而使本领域的其他技术人员最好地利用本发明和具有各种修改的 各种实施例以适合预期的具体用途。
权利要求
1、一种用于在基于接收来自全球导航卫星系统中的多个卫星的信号的代码和载波相位测量中减少大气误差的方法，所述方法包括估计一残余对流层延迟，所述残余对流层延迟被建模成一卡尔曼滤波器中的一状态，以及其中用于所述残余对流层延迟的所述卡尔曼滤波器的一状态更新函数包括至少一个基线距离相关因素，其中所述的至少一个基线距离相关因素对应于一参考接收机与一移动接收机之间的一距离；和按照所述估计的残余对流层延迟以及所述代码和载波相位测量更新所述移动接收机的一估计位置，其中所述移动接收机的所述估计位置被建模成所述卡尔曼滤波器中的相匹配状态。
2、 权利要求1所述的方法，包括在所述参考接收机和移动接收机获取基于接收来自所述多个卫星的信号的代码和载波相位测量；由所述获取的测量值计算双差分值以形成双差分代码和载波相位测量；和 根据所述估计的残余对流层延迟和所述双差分代码和载波相位测量更新所述移动接收机的所述估计位置。
3、 权利要求1所述的方法，其中所述卡尔曼滤波器包括多个状态，包括定标 所述残余对流层延迟的一单个状态。
4、 权利要求1所述的方法，其中用于所述残余对流层延迟的所述卡尔曼滤波 器的所述状态更新函数部分基于一卫星相对所述参考接收机和所述移动接收机的 一平均仰角。
5、 权利要求1所述的方法，其中用于所述残余对流层延迟的所述卡尔曼滤波 器的所述状态更新函数包括至少一个基于所述基线距离和所述参考接收机与所述 移动接收机之间的一高度差的因素。
6、 权利要求1所述的方法，进一步包括估计至少一个残余电离层延迟，所述至少一个残余电离层延迟被建模成所述 卡尔曼滤波器中的至少一个状态，以及其中用于所述至少一个残余电离层延迟的 所述卡尔曼滤波器的一状态更新函数包括至少一个基线距离相关因素；及根据所述至少一个估计的残余电离层延迟以及所述代码和载波相位测量更新 所述移动接收机的所述估计位置。
7、 权利要求6所述的方法，包括在所述参考接收机和所述移动接收机获取基于接收来自所述多个卫星的信号 的代码和载波相位测量；由所述获取的测量值计算双差分值以形成双差分代码和载波相位测量；及根据所述估计的残余对流层延迟、所述至少一个估计的残余电离层延迟以及 所述双差分代码和载波相位测量更新所述移动接收机的所述估计位置。
8、 权利要求6所述的方法，其中所述更新包括为多个卫星中的每个更新所述卡尔曼滤波器中一不同的残余电离层延迟状态。
9、 权利要求6所述的方法，其中用于所述至少一个残余电离层延迟的所述卡 尔曼滤波器的所述状态更新函数包括至少一个基于本地时间和电离层活动性的因 素。
10、 权利要求1所述的方法，进一步包括估计N-1个残余电离层延迟，所述N-1个残余电离层延迟被建模成所述卡尔 曼滤波器中的N-1个状态，以及其中用于所述N-1个残余电离层延迟的所述卡尔 曼滤波器的一状态更新函数包括至少一个用于所述N-I个状态中每个的基线距离 相关因素，其中N包括若干卫星，且信号接收来自该若干卫星并为该若干卫星进 行代码和载波相位测量；及根据所述N-l个估计的残余电离层延迟以及代码和载波相位测量更新所述移 动接收机的所述估计位置。
11、 权利要求10所述的方法，包括在所述参考接收机和移动接收机获取基于接收来自所述多个卫星的信号的代码和载波相位测量；由所述获取的测量值计算双差分值以形成双差分代码和载波相位测量；及 根据所述估计的残余对流层延迟、所述估计的N-l个残余电离层延迟、以及双差分代码和载波相位测量更新所述移动接收机的所述估计位置。
12、 权利要求10所述的方法，其中所述更新包括为多个卫星中的每个更新所 述卡尔曼滤波器中一不同的残余电离层延迟状态。
13、 权利要求10所述的方法，其中用于所述N-1个残余电离层延迟的所述卡 尔曼滤波器的所述状态更新函数包括至少一个基于本地时间和电离层活动性的因 素。
14、 一种用于在基于接收来自全球导航卫星系统的多个卫星的信号的代码和 载波相位测量中减少大气误差的方法，所述方法包括估计至少一个残余电离层延迟，所述至少一个残余电离层延迟被建模成卡尔 曼滤波器中的至少一个状态，以及其中用于所述至少一个残余电离层延迟的所述 卡尔曼滤波器的一状态更新函数包括至少一个基线距离相关因素，其中所述至少 一个基线距离相关因素对应一参考接收机与一移动接收机之间的一距离；以及根据所述至少一个估计的残余电离层延迟与代码和载波相位测量更新所述移 动接收机的一估计位置，其中所述移动接收机的所述估计位置被建模成所述卡尔曼滤波器中的一状态。
15、 权利要求14所述的方法，包括在所述参考接收机和移动接收机获取基于接收来自所述多个卫星的信号的代码和载波相位测量；由所述获取的测量值计算双差分值以形成双差分代码和载波相位测量；及 根据所述至少一个估计的残余电离层延迟以及双差分代码和载波相位测量更新所述移动接收机的所述估计位置。
16、 权利要求14所述的方法，其中所述更新包括为多个卫星中的每个更新所 述卡尔曼滤波器中一不同的残余电离层延迟状态。
17、 一种用于在基于接收来自全球导航卫星系统的多个卫星的信号的代码和 载波相位测量中减少大气误差的方法，所述方法包括-估计N-1个残余电离层延迟，所述N-1个残余电离层延迟被建模成卡尔曼滤 波器中的N-l个状态，以及其中用于所述N-l个残余电离层延迟的所述卡尔曼滤 波器的一状态更新函数包括至少一个用于所述N-l个状态中每个的基线距离相关 因素，其中N包括若干卫星，且信号接收来自该若干卫星并为该若干卫星进行代 码和载波相位测量，其中所述至少一个基线距离相关因素对应一参考接收机与一 移动接收机之间的一距离；及根据所述N-l个估计的残余电离层延迟以及所述代码和载波相位测量更新所 述移动接收机的一估计位置，其中所述移动接收机的所述估计位置被建模成所述 卡尔曼滤波器中的一状态。
18、 权利要求17所述的方法，包括在所述参考接收机和移动接收机获取基于接收来自所述多个卫星的信号的代码和载波相位测量；由所述获取的测量值计算双差分值以形成双差分代码和载波相位测量；及 根据所述估计的N-l个残余电离层延迟以及所述双差分代码和载波相位测量更新所述移动接收机的所述估计位置。
19、 权利要求17所述的方法，其中所述更新包括为多个卫星中的每个更新所 述卡尔曼滤波器中一不同的残余电离层延迟状态。
20、 一种用于处理基于接收来自全球导航卫星系统的多个卫星的信号的代码 和载波相位测量的方法，所述方法包括在一卡尔曼滤波器中存取多个状态，包括一个或多个对应一移动接收机的一 估计位置的状态和对应多个模糊度值的多个状态，所述多个模糊度值中的每个模 糊度值对应来自于一相应卫星的一相应载波测量；及更新所述卡尔曼滤波器中的所述多个状态，包括根据所述多个估计的模糊度值以及代码和载波相位测量更新所述移动接 收机的所述估计位置；及根据包括至少一个动态噪声因素的一状态更新函数更新所述模糊度值。
21、 权利要求20所述的方法，包括在所述参考接收机和移动接收机获取基于接收来自所述多个卫星的信号的代码和载波相位测量；由所述获取的测量值计算双差分值以形成双差分代码和载波相位测量；及 根据所述多个模糊度值以及所述双差分代码和载波相位测量更新所述移动接收机的所述估计位置。
22、 权利要求20所述的方法，其中所述更新包括为多个卫星中的每个更新所 述卡尔曼滤波器中一不同的模糊度值状态。
23、 权利要求20所述的方法，其中所述更新包括为接收来自一卫星的多个信 号中的每个更新所述卡尔曼滤波器中一不同的模糊度值状态。
24、 一种定位或导航系统，包括-一移动接收机，其被构形用以接收来自一全球导航系统中的多个卫星的卫星 信号；一与所述接收机耦合的计算机系统，所述计算机系统包括一处理器和一与该 处理器耦合的存储器，所述存储器存储一个或多个用于在基于接收来自所述卫星 的信号的代码和载波相位测量中减少大气误差的程序，所述一个或多个程序包括用于估计一残余对流层延迟的指令，所述残余对流层延迟被建模成一卡 尔曼滤波器中的一状态，以及其中所述卡尔曼滤波器的一状态更新函数包括至少 一个基线距离相关因素，其中所述至少一个基线距离相关因素对应一参考接收机 与一移动接收机之间的一距离；及用于根据所述估计的残余对流层延迟以及所述代码和载波相位测量更新 所述移动接收机的一估计位置的指令，其中所述移动接收机的所述估计位置被建 模成所述卡尔曼滤波器中的一状态。
25、 权利要求24所述的系统，其中所述一个或多个程序包括 用于在所述参考接收机和移动接收机获取基于接收来自所述多个卫星的信号的代码和载波相位测量的指令；用于由所述获取的测量值计算双差分值以形成双差分代码和载波相位测量的 指令；及用于根据所述估计的残余对流层延迟以及所述双差分代码和载波相位测量更 新所述移动接收机的所述估计位置的指令。
26、 权利要求24所述的系统，其中所述卡尔曼滤波器在多个状态中运算，所述多个状态包括包含所述残余对流层延迟的一单个状态。
27、 权利要求24所述的系统，其中所述卡尔曼滤波器的所述状态更新函数部 分基于一卫星相对所述参考接收机和所述移动接收机的一平均仰角。
28、 权利要求24所述的系统，其中所述卡尔曼滤波器的所述状态更新函数包 括至少一个基于所述基线距离以及所述参考接收机与所述移动接收机之间的一高 度差的因素。
29、 一种定位或导航系统，包括一移动接收机，其被构形用以接收来自一全球导航系统中的多个卫星的卫星 信号；一与所述接收机耦合的计算机系统，所述计算机系统包括一处理器和一与该 处理器耦合的存储器，所述存储器存储一个或多个用于在基于接收来自所述卫星 的所述信号的代码和载波相位测量中减少大气误差的程序，所述一个或多个程序 包括-用于估计N-l个残余电离层延迟的指令，所述N-l个残余电离层延迟被 建模成一卡尔曼滤波器中的一状态，以及其中所述卡尔曼滤波器的一状态更新函 数包括至少一个基线距离相关的因素，其中所述至少一个基线距离相关因素对应 一参考接收机与一移动接收机之间的一距离；及用于根据所述估计的N-l个残余电离层延迟以及所述代码和载波相位测 量更新所述移动接收机的一估计位置的指令，其中所述移动接收机的所述估计位 置被建模成所述卡尔曼滤波器中的一状态。
30、 权利要求29所述的系统，其中所述一个或多个程序包括 用于在所述参考接收机和移动接收机获取基于接收来自所述多个卫星的信号的代码和载波相位测量的指令；用于由所述获取的测量值计算双差分值以形成双差分代码和载波相位测量的 指令；及用于根据所述估计的N-l个残余电离层延迟以及双差分代码和载波相位测量 更新所述移动接收机的所述估计位置的指令。
31、 权利要求29所述的系统，其中所述更新包括为多个卫星中的每个更新所 述卡尔曼滤波器中一不同的残余电离层延迟状态。
32、 权利要求29所述的系统，其中用于所述N-1个残余电离层延迟的所述卡 尔曼滤波器的所述状态更新函数包括至少一个基于本地时间和电离层活动性的因 素。
33、 一种定位或导航系统，包括一移动接收机，其被构形用以接收来自一全球导航系统中的多个卫星的卫星信号；一与该接收机耦合的计算机系统，所述计算机系统包括一处理器和一与该处 理器耦合的存储器，所述存储器存储一个或多个用于在基于接收来自所述卫星的 所述信号的代码和载波相位测量中减少大气误差的程序，所述一个或多个程序包 括用于在一卡尔曼滤波器中存取多个状态的指令，所述多个状态包括一个 或多个对应一移动接收机的一估计位置的状态和对应多个模糊度值的多个状态， 所述多个模糊度值中的每个模糊度值对应来自一相应卫星的一相应载波测量；及 用于更新所述卡尔曼滤波器的所述多个状态的指令，具有用于根据所述多个估计的模糊度值以及所述代码和载波相位测量更 新所述移动接收机的所述估计位置的指令；及用于根据包括至少一个动态噪声因素的一状态更新函数更新所述模 糊度值的指令。
34、 权利要求33所述的系统，其中所述一个或多个程序包括 用于在所述参考接收机和移动接收机获取基于接收来自所述多个卫星的信号的代码和载波相位测量的指令；用于由所述获取的测量值计算双差分值以形成双差分代码和载波相位测量的 指令；及用于根据所述模糊度值以及所述双差分代码和载波相位测量更新所述移动接 收机的所述估计位置的指令。
35、 一种定位或导航装置，包括一移动接收机，其被构形用以接收来自一全球导航系统中的多个卫星的卫星 信号；存储器；一个或多个处理器；一个或多个存储在所述存储器中由所述一个或多个处理器执行的程序，所述 一个或多个程序用于在基于接收来自所述卫星的所述信号的代码和载波相位测量 中减少大气误差，所述一个或多个程序包括用于估计一残余对流层延迟的指令，所述残余对流层延迟被建模成一卡 尔曼滤波器中的一状态，以及其中所述卡尔曼滤波器的一状态更新函数包括至少 一个基线距离相关因素，其中所述至少一个基线距离相关因素对应一参考接收机 与一移动接收机之间的一距离；及用于根据所述估计的残余对流层延迟以及所述代码和载波相位测量更新 所述移动接收机的一估计位置的指令，其中所述移动接收机的所述估计位置建模成所述卡尔曼滤波器中的一状态。
36、 权利要求35所述的装置，其中所述一个或多个程序包括 用于在所述参考接收机和移动接收机获取基于接收来自所述多个卫星的信号的代码和载波相位测量的指令；用于由所述获取的测量值计算双差分值以形成双差分代码和载波相位测量的指令；及用于根据所述估计的残余对流层延迟以及所述双差分代码和载波相位测量更 新所述移动接收机的所述估计位置的指令。
37、 权利要求35所述的装置，其中所述卡尔曼滤波器在多个状态中运算，所 述多个状态包括包含所述残余对流层延迟的一单个状态。
38、 权利要求35所述的装置，其中所述卡尔曼滤波器的所述状态更新函数部 分基于一卫星相对所述参考接收机和所述移动接收机的一平均仰角。
39、 权利要求35所述的装置，其中所述卡尔曼滤波器的所述状态更新函数包 括至少一个基于基线距离以及所述参考接收机与所述移动接收机之间的一高度差 的因素。
40、 一种定位或导航装置，包括一移动接收机，其被构形用以接收来自一全球导航系统中的多个卫星的卫星 信号；存储器；一个或多个处理器；一个或多个存储在所述存储器中由所述一个或多个处理器执行的程序，所述 一个或多个程序用于在基于接收来自所述卫星的所述信号的代码和载波相位测量 中减少大气误差，所述一个或多个程序包括用于估计N-1个残余电离层延迟的指令，所述N-1个残余电离层延迟被 建模成一卡尔曼滤波器中的一状态，以及其中所述卡尔曼滤波器的一状态更新函 数包括至少一个基线距离相关因素，其中所述至少一个基线距离相关因素对应一 参考接收机与一移动接收机之间的一距离；及用于根据所述估计的N-l个残余电离层延以及所述代码和载波相位测量 更新所述移动接收机的一估计位置的指令，其中所述移动接收机的所述估计位置 被建模成所述卡尔曼滤波器中的一状态。
41、 权利要求40所述的装置，其中所述一个或多个程序包括 用于在所述参考接收机和移动接收机获取基于接收来自所述多个卫星的信号的代码和载波相位测量的指令；用于由所述获取的测量值计算双差分值以形成双差分代码和载波相位测量的指令；及用于根据所述估计的N-l个残余电离层延迟以及所述双差分代码和载波相位 测量更新所述移动接收机的所述估计位置的指令。
42、 权利要求40所述的装置，其中所述更新包括为多个卫星中的每个更新所 述卡尔曼滤波器中一不同的残余电离层延迟状态。
43、 权利要求40所述的装置，其中用于所述N-1个残余电离层延迟的所述卡 尔曼滤波器的所述状态更新函数包括至少一个基于本地时间和电离层活动性的因 素。
44、 一种定位或导航装置，包括一移动接收机，其被构形用以接收来自一全球导航系统中的多个卫星的卫星 信号；存储器；一个或多个处理器；一个或多个存储在所述存储器中由所述一个或多个处理器执行的程序，所述 一个或多个程序用于在基于接收来自所述卫星的所述信号的代码和载波相位测量 中减少大气误差，所述一个或多个程序包括用于在一卡尔曼滤波器中存取多个状态的指令，所述多个状态包括一个 或多个对应于一移动接收机的一估计位置的状态和对应于多个模糊度值的多个状 态，所述多个模糊度值中的每个模糊度值对应于来自一相应卫星的一相应载波测 量；及用于更新所述卡尔曼滤波器中的多个状态的指令，具有用于根据所述多个估计的模糊度值以及所述代码和载波相位测量更新所述移动接收机的所述估计位置的指令；及用于根据包括至少一个动态噪声因素的一状态更新函数更新所述模糊度值的指令。
45、 权利要求44所述的装置，其中所述一个或多个程序包括 用于在所述参考接收机和移动接收机获取基于接收来自所述多个卫星的信号的代码和载波相位测量的指令；用于由所述获取的测量值计算双差分值以形成双差分代码和载波相位测量的 指令；及用于根据所述模糊度值以及所述双差分代码和载波相位测量更新所述移动接 收机的所述估计位置的指令。
全文摘要
一种用于在基于接收来自全球导航卫星系统中的多个卫星的信号的代码和载波相位测量中减少大气误差的方法被公开。残余对流层延迟和多个残余电离层延迟被建模成卡尔曼滤波器中的状态(块340)。卡尔曼滤波器的状态更新函数包括至少一个基线距离相关因素，其中基线距离是参考接收机与移动接收机之间的距离(块340)。多个模糊度值被建模成卡尔曼滤波器的状态。用于模糊状态的卡尔曼滤波器的状态更新函数包括动态噪声因素(图3B中的块360)。移动接收机的估计位置根据残余对流层延迟被更新(块372块)、多个残余电离层延迟(块374)和/或多个模糊度值(块376)更新(块370)。
文档编号G01S5/14GK101680943SQ200880015850
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月23日 优先权日2007年5月31日
发明者丹尼尔·J·依斯莱格, 利文·L·戴, 理查德·T·夏普, 罗纳德·R·赫氏 申请人:纳夫科姆技术公司