用于使用双实时动态引擎对位置进行估计的方法和系统的制作方法
【专利摘要】一种用于对位置进行估计的方法和系统，包括：测量由位置确定接收机（10）接收的第一载波信号的第一载波相位和第二载波信号的第二载波相位。主实时动态（RTK）引擎（18）或接收机数据处理系统（16）对与所测量的第一载波相位和所测量的第二载波相位中的至少一个相关联的主整周模糊度集进行估计。质量评估器（22）确定是否在较早的评估时段期间将主整周模糊度集正确地解算为预定义可靠率。辅实时动态（RTK）引擎（20）或接收机数据处理系统（16）在较早评估时段之后的稍后时段期间对与所测量的第一载波相位和所测量的第二载波相位中的至少一个相关联的辅整周模糊度集进行估计。
【专利说明】用于使用双实时动态引擎对位置进行估计的方法和系统
[0001]本申请是申请日为2011年I月18日、申请号为201180007410.3、发明名称为“用于使用双实时动态引擎对位置进行估计的方法和系统”的中国专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
本文档根据35 U.S.C.119(e)要求基于于2010年I月29日提交且题为METHOD ANDSYSTEM FOR ESTIMATING POSITION USING DUAL REAL TIME KINEMATIC ENGINES 的美国临时申请号61/299，792的优先权。
【技术领域】
[0003]本发明涉及一种用于使用双实时动态引擎对对象或车辆的位置、姿态或这两者进行估计的方法和系统。
【背景技术】
[0004]位置确定接收机(例如，全球定位系统(GPS)接收机)对对象或车辆的位置、姿态(例如，倾斜、旋转或偏航)或者这两者进行估计。位置确定接收机可以经历不精确的伪距和载波相位测量，其中，位置确定接收机(例如，瞬态地)接收低信号强度或差信号质量的一个或多个卫星信号。
[0005]例如，特定位置确定接收机可以使用误差减小滤波器(例如，卡尔曼滤波器)来对载波相位测量或处理后的载波相位测量数据的结果进行滤波。一些位置确定接收机可以使用接收机自主完整性监视(RAIM)技术，通过将分析后的伪距测量与参考伪距测量进行比较来检测分析后的伪距测量的误差，其中，可以从位置或姿态解决方案中排除错误的或无关的伪距测量，以改进对象或车辆的所估计的位置或姿态的精确度。误差减小滤波器方案和RAIM技术都未完全解决上述不精确伪距和载波相位测量的问题，其中，位置确定接收机(例如，瞬态地)接收低信号强度或差信号质量的一个或多个卫星信号。因此，存在对一种用于使用双实时动态引擎对位置进行估计的改进方法和系统的需要。
【发明内容】
[0006]根据一个实施例，用于对对象或车辆的位置进行估计的方法和系统包括:测量由位置确定接收机接收的第一载波信号的第一载波相位和第二载波信号的第二载波相位。主实时动态(RTK)引擎或接收机数据处理系统对与所测量的第一载波相位和所测量的第二载波相位中的至少一个相关联的主整周模糊度(integer ambiguity)集进行估计。质量评估器确定是否在较早的评估时段(例如，历元(印och))期间将主整周模糊度集正确地解算为预定义可靠率。辅实时动态(RTK)引擎或接收机数据处理系统在较早评估时段之后的稍后时段(例如，稍后历元)期间对与所测量的第一载波相位和所测量的第二载波相位中的至少一个相关联的辅整周模糊度集进行估计。
【专利附图】
【附图说明】[0007]图1是用于使用双实时动态引擎对位置进行估计的系统的第一实施例的框图。
[0008]图2是用于使用双实时动态引擎对位置进行估计的系统的第二实施例的框图。
[0009]图3是用于使用双实时动态引擎对位置进行估计的系统的第三实施例的框图。
[0010]图4是用于使用双实时动态引擎对位置进行估计的方法的第一实施例的流程图。
[0011]图5是用于使用双实时动态引擎对位置进行估计的方法的第二实施例的流程图。
[0012]图6是用于使用双实时动态引擎对位置进行估计的方法的第三实施例的流程图。
[0013]图7是用于使用双实时动态引擎对位置进行估计的方法的第四实施例的流程图。
[0014]图8是用于使用双实时动态引擎对位置进行估计的方法的第五实施例的流程图。
[0015]图9是用于使用双实时动态引擎对位置进行估计的方法的第六实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0016]图1图示了包括与接收机数据处理系统16耦合的接收机前端12的位置确定接收机10。位置确定接收机10与校正接收机24相关联。校正接收机24可以集成到位置确定接收机10中或者可以经由数据端口与位置确定接收机10进行通信。校正接收机24从参考站26和辅参考站28中的至少一个接收校正数据(例如，参考载波相位校正数据)。例如，参考站26经由无线或电磁信号、经由通信路径A (32)与校正接收机24进行通信。例如，辅参考站28经由无线或电磁信号、经由通信路径B(34)、经由卫星通信设备30与校正接收机24进行通信。
[0017]接收机数据处理系统16可以包括以下任一项:一个或多个硬件模块、一个或多个电子模块、一个或多个软件模块、电子数据处理器、电子数据处理器和关联的电子数据存储装置、以及用于执行软件、逻辑或程序指令的通用计算机。电子数据处理器(即，数据处理器)可以包括以下一项或多项:微处理器、可编程逻辑阵列、数字信号处理器、特定用途集成电路、逻辑电路、或者用于执行软件、逻辑、算数或程序指令的另一设备。
[0018]在图1中，接收机数据处理系统16包括相位测量设备14、主实时动态引擎18、辅实时动态引擎20、质量评估器22、控制器55和估计器42 (例如，位置估计器或者位置和姿态估计器)。相位测量设备14、主实时动态引擎18、辅实时动态引擎20、质量评估器22、控制器55和估计器42可以彼此通信。图1中将相位测量设备14、主实时动态引擎18和辅实时动态引擎20、质量评估器22、控制器55和估计器42互连的线图示了逻辑数据路径、物理数据路径或者这两者。例如，逻辑数据路径意味着软件模块之间或者一个或多个软件程序之间的数据的虚拟数据路径或通信。例如，物理数据路径意味着支持数据、逻辑电平信号、电信号或电磁信号的通信的传输线或者一个或多个数据总线。
[0019]接收机前端12可以包括用于接收由一个或多个卫星(例如，导航卫星)传送的卫星信号的任何合适电路。接收机前端12可以包括能够接收由卫星星座图内的一个或多个卫星传送的多个载波的扩频接收机或码分多址接收机(CDMA)。例如，接收机前端12可以包括用于放大卫星信号的前置放大器或放电器、混频器以及参考振荡器，其中，放大器输入端耦合至天线，放大器输出端耦合至一个混频器输入端，参考振荡器耦合至另一混频器输入端，并且混频器输出端耦合至接收机数据处理系统16或相位测量设备14。在一个说明性实施例中，模拟到数字转换器提供了接收机前端12与接收机数据处理系统16之间的接口。
[0020]接收机数据处理系统16包括相位测量设备14。该相位测量设备14包括用于测量载波信号的相位的任何设备、集成电路、电子模块或数据处理器。相位测量设备14对由接收机前端12提供的一个或多个载波信号的所观察的相位进行测量或估计。可以以载波信号的整数波长、载波信号的小数波长和/或载波信号的度(degree)表达所测量的相位。
[0021]相位测量设备14可以确定以下一项或多项:(1)第一载波信号、第二载波信号或这两者的小数波长的第一测量相位分量；以及(2)第一载波信号、第二载波信号或这两者的整个波长的第二测量相位分量。后面的第二测量相位分量可以由计数器(例如，过零计数器)确定，该计数器对在时域中的参考幅值(例如，O电压)处与X轴相交的接收的、重构的或处理的载波信号的跃迁进行计数，其中，X表示时间并且Y轴表示载波信号的幅值。然而，相位测量设备14依赖于位置确定接收机10中的进一步处理，以确定或解算整个周期整周模糊度，该整个周期整周模糊度可能使第二测量相位分量错误或偏移整数个波长周期(例如，以估计对应的卫星与位置确定接收机10之间的距离或范围)。
[0022]主实时动态引擎18包括用于搜索或确定来自多个卫星的一个或多个接收到的载波信号的相位的整周模糊度解集的搜索引擎或其他软件指令。辅实时动态引擎20包括用于搜索或确定来自多个卫星的一个或多个接收到的载波信号的相位的整周模糊度解集或模糊度解算的搜索引擎或其他软件指令。例如，整周模糊度解集指代由一个或多个卫星传送的接收到的载波信号(例如，1.57542 GHz处的LI信号、1.22760 GHz处的L2信号或类似的信号)的接收到的载波相位中的整数周期相位模糊度。搜索引擎可以使用最小二乘方或卡尔曼滤波技术，以减小搜索空间或者达到从卫星传送的载波信号的整数周期相位模糊度的一个或多个模糊度集解。
[0023]在一个实施例中，质量评估器22包括用于确定模糊度解或模糊度解算的质量的评估器。在可替换实施例中，质量评估器22可以包括用于确定模糊度解的质量和接收的卫星信号的这种信号质量的评估器，其中，如图1中的虚线所示的通信线路支持这种可替换实施例。
[0024]在一个实施例中，质量评估器22可以通过将主模糊度解与可从辅实时动态引擎20 (或备用RTK引擎)得到的辅模糊度解进行比较，来确定由主实时动态引擎18 (或主要RTK弓丨擎)提供的主模糊度解的质量水平，其中，两个模糊度解集之间的一致性越高一般指示质量越高，除非位置确定接收机10经历了在相关评估时段期间对低信号质量的接收。例如，质量评估器22确定载波信号低于最小信号电平阈值,或者确定对第一载波或第二载波的调制是利用超过最大误差率的误比特率、误字率或误帧率来解码的。
[0025]在另一实施例中，质量评估器22支持或使用一系列可靠性测试来选择正确的模糊度集，这包括以下技术中的任一项:比率测试(在应用候选模糊度集之后的载波相位残差的二次形式)、模糊度可重复性测试、以及对载波相位残差的二次形式的卡方(Ch1-square)测试。
[0026]控制器55包括用于控制主实时动态弓I擎18、辅实时动态弓I擎20、或者主实时动态引擎18的输出和第二实时动态引擎的输出的数据处理器或其他数据处理设备。控制器55的控制器输入端能够与质量评估器22进行通信，并且控制器55的控制器输出端能够与估计器42进行通信。响应于来自质量评估器22的质量数据或输出数据，控制器55可以将控制数据或控制信号发送至估计器42，以使用主实时动态引擎18、辅实时动态引擎20或这两者的数据输出。[0027]控制器55可以发送控制数据，以激活、去激活、重置、重新初始化、启动或停止主实时动态引擎18、辅实时动态引擎20或这两者。控制器55可以以时间偏移(例如，在不同或稍后的历元中)激活或启动辅实时动态引擎20，以便甚至在卫星信号的差接收或者接收到的卫星信号的低信号电平质量的条件下提高由接收机数据处理系统16确定的所估计的位置或姿态的精确度。历元可以由以下一项或多项定义:启动时间、结束时间、持续时间或间隔、或者在GPS接收机拍摄输入射频或微波测距信号的快照并生成伪距/载波相位测量时的离散时刻。当前历元指代生成最新GPS测量时的最近时刻。在一个配置中，控制器可以分别调换或轮换主实时动态引擎18和辅实时动态引擎20的主要角色和备用角色的责任，这在调换或角色颠倒之后对动态引擎(18、20)有或没有交错或偏移的启动的情况下皆可。
[0028]估计器42包括用于对与位置确定接收机10相关联的对象或车辆的位置、姿态或这两者进行估计的数据处理器或其他数据处理设备。估计器42耦合至主实时动态引擎18、辅实时动态引擎20和控制器55或与它们进行通信。一旦确定了整周模糊度解集，估计器42或位置确定接收机10就可以使用相位载波测量数据，以基于已知的传播速度(即，光速)来提供对每个卫星与位置确定接收机10之间的距离或范围的精确估计。进而，可以使用三个或更多个卫星与位置确定接收机10之间的范围来对接收机的位置或姿态进行估计。
[0029]参考站26包括已知或固定位置处的参考位置确定接收机、参考数据处理系统、以及发射机或收发机。在一个实施例中，参考位置确定接收机10检测与一个或多个载波信号相关联的载波相位数据，并确定在位置确定接收机10处接收到的对于多个卫星信号的初始模糊度解或模糊度解集。参考数据处理系统接收载波相位数据，并且通过使用参考位置确定接收机10的已知或固定位置，初始模糊度解对其进行校正，以确定增强的模糊度解。在一个示例中，校正后的载波相位数据包括所估计的载波相位和增强的模糊度解或者从其导出的其他数据。进而，经由无线信号或电磁信号将校正后的载波相位数据传送至校正接收机24。校正接收机24接收可供主实时动态引擎18和辅动态引擎20中的至少一个或可供估计器42使用的校正后的载波相位数据，以确定与位置确定接收机10相关联的车辆或对象的位置。
[0030]图1的位置确定接收机10的第一实施例与图2的第二实施例类似，除了在图2的第二实施例中位置确定接收机110包括误差减小滤波器25、位置估计器142和控制器155之外。此外，在一个配置中，图2的相位测量设备14包括信号发生器、与第一相关器和第二相关器耦合的相位延迟模块。图1和图2中的相似参考标记指示相似的元件。
[0031]误差减小滤波器25包括用于减小或减轻误差(例如，测量误差)的卡尔曼滤波器或其变型。卡尔曼滤波器可以包括预测型滤波设备或电路，该预测型滤波设备或电路使用反馈、延迟和信号之和来处理数据并补偿测量数据或其它中的噪声和不确定性的影响。重置或重新初始化可以指代与误差减小或卡尔曼滤波器的状态的重新初始化相同。
[0032]解码器40包括用于对调制一个或多个载波的伪随机噪声码(例如，粗获取码(C/A)或其他更精确的民用或军用编码)进行解调的解调器或其他设备。利用粗获取(C/A)码和加密的精确码P(Y)来调制LI载波信号，而利用加密的P(Y)码来调制L2信号。在一个实施例中，解码器40可以包括与输入延迟模块耦合的码发生器，其中，延迟模块的输出端耦合至用于测量参考伪随机噪声码与从接收机前端12接收到的伪随机噪声码之间的相关性的相关器，该参考伪随机噪声码是可由延迟模块以已知增量延迟的。解码器还可以便于对调制载波信号的导航信息(例如，星历表数据)的解码。
[0033]位置估计器142包括用于对与位置确定接收机110相关联的对象或车辆的位置进行估计的电子模块、软件模块或这两者。位置估计器142可以使用以下数据源中的一个或多个来确定位置确定接收机或关联的对象或车辆的天线的所估计的位置或姿态:解码后的伪随机噪声码、载波相位测量数据、加密后的精确码(例如，P(Y)码)、粗获取码、导航信息、以及整数周期相位模糊度数据、以及参考站26载波相位数据，其中，参考站载波相位数据可以被集成到整数周期相位模糊度数据中。
[0034]解码器40的输入端耦合至接收机前端12。解码器40的输出端能够与位置估计器142、误差减小滤波器25或这两者进行通信。误差减小滤波器25可以从主实时动态引擎18、辅实时动态引擎20或这两者接收输入数据，其中，输入数据包括对应的载波相位测量数据的模糊度解数据(例如，整周模糊度集、主整周模糊度集或辅整周模糊度集)。
[0035]质量评估器22可以评估由主实时动态引擎18、辅实时动态引擎或这两者提供的模糊度解数据的解质量。在可替换实施例中，质量评估器22可能能够测量接收到的载波的信号质量。质量评估器22确定模糊度解数据、由位置确定接收机110接收到的信号的质量估价，如以上结合图1所指示。
[0036]在一个实施例中，质量评估器22还可以将控制信号或控制数据提供给控制器155，控制器155是作为主实时动态引擎18与误差减小滤波器之间的中间装置以及作为辅实时动态弓I擎与误差减小滤波器之间的中间装置而插入的。
[0037]在图2的配置中，控制器155可以包括电子或电气切换电路、软件切换或路由、数据存储和取回、数据索引或者其某种组合，它们支持将主实时动态引擎18的主模糊度解(例如，主整周模糊度集)、辅实时动态引擎20的辅模糊度解(例如，辅整周模糊度集)或者这两者的某种组合或加权组合选择为误差减小滤波器的输入。控制器155还可以确定主实时动态引擎18和辅实时动态引擎中的一个或这两个是否活动、或者主实时动态引擎18和辅实时动态引擎20是否将在某时间段内调换、切换、转移或轮换责任(例如，主要角色和备用角色的轮换)。控制器155可以支持将责任从责任的这种调换、切换或转移切换回到引擎的原始责任。
[0038]图3图示了用于利用双实时动态(RTK)引擎确定位置的系统的第三实施例。
[0039]图3包括RTK剖析器402、接收机控制器406、以及与数据交换服务器414耦合的用户接口 408。主要RTK引擎指示器(pointer)416、备用RTK引擎指示器418和控制器424耦合至数据交换服务器414。进而，主要RTK引擎指示器416能够与第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422进行通信。同时，备用RTK引擎指示器418能够与第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422进行通信。第一 RTK引擎420 —般与其他实施例的主实时动态引擎18类似，而第二 RTK引擎422 —般与其他实施例的辅实时动态引擎20类似。然而，主要RTK引擎指示器416和备用引擎指示器可以与主实时动态引擎18和辅实时动态引擎20集成或归入其内。
[0040]例如，RTK剖析器402从校正接收机24接收输入。RTK剖析器402对校正数据或RTK校正数据404进行滤波、组织或以其它方式处理，以便于载波相位测量的模糊度解算。RTK剖析器402将RTK校正数据404提供给数据交换服务器414，在数据交换服务器414中，将RTK校正数据404存储或路由至主要RTK引擎指示器416或备用RTK引擎指示器418。[0041]接收机控制器406提供载波相位测量数据和星历表数据410。例如，载波相位测量数据可以源自相位测量设备14，该相位测量设备14从接收机前端12接收信号或数据。星历表数据包括根据时间调度表、参照来自地球表面上或附近的一个或多个参考位置的卫星位置处的卫星轨道信息或数据收集。星历表数据可以被表达为在数据库中或在一个或多个文件中存储的球形极坐标。卫星可以在位置确定接收机能够接收到的导航消息中传送星历表数据。接收机控制器406将相位载体测量数据和星历表数据提供给数据交换服务器414，在数据交换服务器414中，将这些数据存储或路由至主要RTK引擎指示器416或备用RTK引擎指示器418。
[0042]用户接口 408能够与数据交换服务器414进行通信。用户接口 408允许用户执行对控制器55或与位置确定接收机相关联的其他软件的维护和程序更新。在一个实施例中，用户接口 408和控制器55可以支持对用户可定义选项的提供，以在取决于与对用户接收机的参考的遥远分离的时段期间以预定时间间隔(例如至少I至5分钟)激活辅RTK引擎。
[0043]数据交换服务器414包括数据处理器或数据处理模块，其包括数据存储设备。数据存储设备可以包括电子存储器、光数据存储装置、磁数据存储装置或其他数据存储设备。例如，数据交换服务器414支持在位置确定接收机10内对数据的存储和取回以及对数据的路由。
[0044]主要RTK引擎指示器416指向第一 RTK引擎420、第二 RTK引擎或这两者中的一个或多个模糊度解的存储器位置或数据存储寄存器。例如，第一 RTK引擎420可以组织堆栈(例如，先进先出)内的或以另一数据寄存器配置存储的模糊度解。类似地，备用RTK引擎指向第一 RTK引擎420、第二 RTK引擎或这两者中的一个或多个模糊度解的存储器位置或数据存储寄存器。例如，第二 RTK引擎422可以组织堆栈(例如，先进先出)内的或以另一数据寄存器配置存储的模糊度解。
[0045]第一 RTK引擎420经由主要RTK引擎指示器416或以其它方式从数据交换服务器414接收RTK校正数据404、载波相位测量数据和星历表数据，以作为输入数据。第一 RTK引擎420基于上述输入数据来输出模糊度解算数据，该输入数据可以包括以下一项或多项:RTK校正数据404、载波相位测量数据和星历表数据，其中，输入数据关联于或限于第一 RTK引擎420处于活动的时间段或历元。
[0046]第二 RTK引擎422经由主要RTK引擎指示器416或以其它方式从数据交换服务器414接收RTK校正数据404、载波相位测量数据和星历表数据，以作为输入数据。第二 RTK引擎422基于上述输入数据来输出模糊度解算数据，该输入数据可以包括以下一项或多项:RTK校正数据404、载波相位测量数据和星历表数据，其中，输入数据关联于或限于第二 RTK引擎422活动的时间段或历元。
[0047]控制器424具有在图3中控制器424框内图示的程序指令、逻辑指令或软件指令。软件、逻辑或程序指令开始于框426。
[0048]在框426中，控制器424基于由主要RTK引擎指示器416或备用RTK引擎指示器418提供的RTK解数据412来检查RTK状态。RTK状态可以包括:第一 RTK引擎420处于活动或不活动状态，第二 RTK引擎422处于活动或不活动状态。此外,RTK状态可以包括关于第一 RTK引擎420何时变为活动或者第一 RTK引擎420参照当前时间已活动了多长时间的时间戳。类似地，RTK状态可以包括关于第二 RTK引擎422何时变为活动或者第二 RTK引擎422参照当前时间已活动了多长时间的时间戳。
[0049]在框428中，控制器424确定是否第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422两者均固定或锁定到RTK解数据412内的位置、姿态或这两者的RTK解。例如，如果位置确定接收机10或其天线移动至在那里来自卫星的信号路径被阻塞或衰减的位置，则可能发生锁定到RTK解(例如，所估计的位置或姿态)的丢失。如果第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422两者均固定或锁定到RTK解，则该过程继续至框430。如果第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422之一固定或锁定到RTK解，则该方法继续至框432。然而，在第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422两者均不固定或锁定到RTK解数据412的情况下，该过程继续至框438。
[0050]在框430中，控制器424将由第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422提供的模糊度解进行比较，以反复核对精确度。例如，控制器424进行模糊度解验证过程，以确保模糊度解精确到基于比较、统计分析或其它而估计的期望可靠性水平。
[0051]在一个实施例中，为了反复核对精确度或者管理模糊度解的质量，将质量评估器22应用于第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422，以确保每个RTK引擎内的所选择的模糊度集的可靠性。质量评估器可以影响图3中的框426、428和430中的过程或步骤，以便于优化或最大化模糊度解的质量和及时性(例如，对于车载导航来说实时)。在框426、428和430中的步骤之后，控制器424可以生成一系列控制命令来开启或关闭备用RTK引擎，调换RTK引擎，和/或在两个RTK引擎中对应地更新模糊度解算可靠性阈值。
[0052]在框434中，如果第一 RTK引擎420或第二 RTK引擎422充当首要RTK引擎并以期望可靠性水平进行操作，或者如果反复核对的结果是成功的，则对备用RTK引擎进行去激活。备用RTK引擎是(或者变为)当前未被控制器424指定为首要RTK引擎的第一 RTK引擎420或第二 RTK引擎422。第一 RTK引擎420或第二 RTK引擎422可以被指定为首要的，并且，可以在这两个RTK引擎之间切换或调换首要和备用的责任，以提供用于由位置确定接收机10接收到的载波信号的载波相位确定的RTK解或模糊度解算的增强的可靠性和精确度。
[0053]在框432中，调换第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422的首要角色(即，颠倒主要和备用角色)，其中，备用RTK提供了对载波相位的RTK解或模糊度解的更精确估价。备用RTK引擎可以提供对RTK解或模糊度解的更精确估价，这是由于可以在与首要RTK引擎不同的历元后或中启动备用。此外，当调换第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422的首要角色时，模糊度解算的可靠性水平一般对于备用RTK引擎来说更高。相应地，框432中的过程可以回过头来支持RTK解的固定。
[0054]在框436中，控制器424或质量评估器22基于先前在框432中发生的引擎调换来更新模糊度解算可靠性水平。
[0055]在框438中，控制器424提供第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422的状态更新，以确认哪一个是活动的、哪一个是首要的以及哪一个是备用的。控制器424可以重新初始化或重置备用引擎，以清除其状态并使其准备好或可用于在与活动或首要RTK引擎不同的时间窗口或历元处启动。在极端情形下，在误差减小滤波器的状态下，第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422是有错误的或不精确的，控制器424可以重新初始化或重置第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422两者，其中，该重新初始化是针对这两个RTK引擎立即进行的或者以时间交错或时间偏移的方式进行的，以提供由RTK引擎的不同启动时间担负的增强可靠性。
[0056]图4是用于对与位置确定接收机10相关联的对象或车辆的位置进行估计的方法的流程图。图4的方法开始于步骤S100。
[0057]在步骤SlOO中，相位测量设备14或接收机数据处理系统16对由位置确定接收机接收的第一载波信号的第一载波相位和第二载波信号的第二载波相位进行测量。
[0058]在步骤S102中，主实时动态引擎18或接收机数据处理系统16对与通过主实时动态引擎18的所测量的第一载波相位和所测量的第二载波相位中的至少一个相关联的主整周模糊度集进行估计。
[0059]在步骤S104中，质量评估器22或接收机数据处理系统16确定是否在较早的评估时段(例如，历元)期间将主整周模糊度集正确地解算为预定义的可靠率(例如，随时间变化的最小可靠性)。
[0060]在步骤S106中，辅实时动态引擎20或接收机数据处理系统16在较早评估时段之后的稍后时段(例如，稍后历元)期间对与通过辅实时动态RTK引擎的所测量的第一载波相位和所测量的第二载波相位中的至少一个相关联的辅整周模糊度集进行估计。
[0061]图5的方法与图4的方法类似，除了图5的方法还包括步骤S108之外。图5和图4中的相似参考标记指示相似的步骤或过程。
[0062]在步骤S108中，如果在主RTK引擎将主整周模糊度集解算为整数值之前，辅RTK引擎对辅整周模糊度集的解进行了估计，则控制器55或接收机数据处理系统16应用所估计的辅整周模糊度集，以对对象或车辆的位置进行估计。
[0063]步骤S108可以是根据可交替或累积应用的各种技术来执行的。在第一技术下，控制器55或数据处理系统使用最小二乘方法或卡尔曼滤波器技术来对辅整周模糊度集的解进行估计。在第二技术下，在当前历元之后重新初始化主RTK引擎，并将主RTK引擎与辅RTK引擎进行调换(例如，在下一历元或更长时间内)，使得原始辅RTK引擎充当主RTK引擎，以使用所估计的整数集来对对象的位置进行估计。
[0064]图6的方法与图4的方法类似，除了图5的方法还包括步骤S109和SllO之夕卜。图6和图4中的相似参考标记指示相似的步骤或过程。
[0065]在步骤109中，如果从辅RTK引擎和主RTK引擎两者解算出相同整周模糊度集，则控制器55或接收机数据处理系统16应用所估计的主整周模糊度集，以确定对象或车辆的位置。步骤S109可以是根据可交替或累积应用的各种技术来执行的。在第一技术下，如果辅RTK引擎和主RTK引擎两者均是活动的，则控制器55或接收机数据处理系统16应用所估计的主整周模糊度，以确定对象的位置。在第二技术下，如果辅RTK引擎和主RTK引擎两者均是活动的，则控制器55或接收机数据处理系统16应用所估计的主整周模糊度来确定对象的位置，直到所估计的主整周模糊度在评估时间段(例如，历元)期间等于或者基本上等效于所估计的辅整周模糊度为止。
[0066]在步骤SllO中，如果所估计的主整周模糊度在评估时间段(例如，历元)期间等于或基本上等效于所估计的辅整周模糊度，则控制器55或接收机数据处理系统16将辅RTK引擎从活动模式置为空闲模式。
[0067]图7的方法与图4的方法类似，除了图7的方法还包括步骤Slll之外。图7和图4中的相似参考标记指示相似的步骤或过程。[0068]在步骤SI 11中，如果在当前历元处存在从辅RTK引擎和主RTK引擎两者解算的至少四个公共双差模糊度，则控制器55或接收机数据处理系统16应用所估计的主整周模糊度集和辅整周模糊度集的所估计的公共整周模糊度子集，以确定对象或车辆的位置。双差指代消除接收机时钟偏置(例如，利用载波相位测量之间的第一差)和卫星时钟偏置(例如，利用载波相位测量之间的第二差)的数学技术或过程。当接收机间的距离不是非常长时，还可以较大程度地减小对GPS测量的大气效应。例如，可以通过使相对于来自两个不同卫星的卫星信号的在位置确定接收机10处和在参考站(例如，图1中的40或41)处测量的两个单差GPS载波相位测量相减来确定双差。
[0069]在执行步骤Slll的交替配置中，如果主整周模糊度和辅整周模糊度对于小于四个双差整周模糊度状态来说是相同的，则控制器55或接收机数据处理系统16可以重置辅RTK引擎并重新初始化辅RTK引擎，或者与两个引擎中的任一个相关联的误差减小滤波器25的状态。此外，控制器55或接收机数据处理系统16可以在辅RTK引擎重新初始化之后使用来自主RTK引擎的输出来对整周模糊度的解进行估计。
[0070]图8的方法与图4的方法类似，除了图8的方法还包括步骤SI 12和步骤SI 14之夕卜。图8和图4中的相似参考标记指示相似的步骤或过程。
[0071]在步骤S112中，如果将来自辅RTK引擎和主RTK引擎两者的模糊度解算为不同的整数值，则控制器55或接收机数据处理系统16重置来自主RTK引擎的模糊度。
[0072]在步骤S114中，控制器55或接收机数据处理系统16在当前历元之后重新初始化辅RTK引擎，并继续执行模糊度解算，直到实现与主RTK引擎相同的整周模糊度集为止。
[0073]图9的方法与图4的方法类似，除了图9的方法还包括步骤S116、步骤S118和步骤S120之外。图9和图4中的相似参考标记指示相似的步骤或过程。
[0074]在步骤SI 16中，控制器55或接收机数据处理系统16确定辅RTK引擎是否在稍后的时段(例如，稍后的历元)期间搜索所估计的辅整周模糊度的解持续长于最大阈值时间的时间。
[0075]在步骤S118中，如果辅RTK引擎搜索所估计的辅整周模糊度持续长于最大阈值时间的时间，则控制器55或接收机数据处理系统16重置辅RTK引擎。
[0076]在步骤S120中，控制器55或接收机数据处理系统16在重置过程期间使用主RTK引擎。
[0077]双RTK引擎概念完全适于改进挑战性信号接收环境中的RTK可用性和可靠性，在该环境中，具有合理灵敏度的位置确定接收机接收差信号质量(例如，低信号电平)的一个或多个卫星信号。本文档中公开的本系统和方法减轻了不精确的伪距和载波相位测量在误差减小滤波器或RTK卡尔曼滤波器中的影响。例如，本系统和方法可以避免与以下操作相关联的延迟:在遇到同位置确定接收机与一个或多个卫星之间的低信号质量或通信中断或瞬态破坏相关联的有错误的模糊度解算或周跳之后，重新初始化单个RTK引擎或卡尔曼滤波器状态。尽管提高位置确定接收机的灵敏度可以改进挑战性信号接收环境中的信号接收，但是这些方案受位置确定接收机的附加花费以及与背景电磁噪声或噪声本底相关联的实际限制所限。本系统和方法完全适于降低RTK引擎中的RAIM算法对不精确载波相位测量的敏感性，并快速修复或减轻已在位置确定接收机的差接收的瞬态时段期间观察到的不正确模糊度固定的影响。[0078]在双RTK引擎方案中，备用RTK引擎正在与主要RTK引擎同时运行。当主要引擎退出RTK固定模式时，也对备用引擎进行初始化以解算模糊度。该方案的主要优势在于:备用RTK引擎在不同历元处启动，因此，其卡尔曼滤波器可能不会像主要RTK引擎那样被不精确测量损坏。在这些情况下，备用引擎能够比主要引擎更快地固定模糊度。为了改进固定可靠性，将模糊度固定阈值设置为高于主要引擎。一旦备用引擎首先固定模糊度，它就将替代主要引擎以输出导航解，这是由于其模糊度可靠性高于主要引擎。如果主要引擎首先解算模糊度，则备用引擎将保持固定模糊度。一旦备用引擎固定模糊度，就将使用备用引擎中的整数值来确证主要RTK引擎中的固定模糊度。如果整周模糊度值相同，则备用引擎将被设置为空闲模式以供未来激活。在整周模糊度部分地相同(两个引擎共享至少四个双差整周模糊度)的情况下，将在主要引擎中重置具有差异整数值的模糊度状态，同时将完全重新初始化备用引擎。当相同模糊度小于四时，将完全重置主要和备用RTK引擎两者。如果备用RTK引擎保持浮动并且搜索时间超过被定义为基线长度的函数的模糊度搜索时间界限，则将完全重置备用RTK引擎，以减轻不精确测量对备用RTK引擎中的卡尔曼滤波器的影响。
[0079]—旦验证了主要引擎中的载波相位模糊度，就将备用RTK引擎设置为空闲模式。在预定时间间隔(例如，大致10至30分钟或者根据其他出厂设置)内将重新激活备用RTK引擎，以仔细检查主要RTK引擎中的固定模糊度。这非常有助于在主动式太阳能条件下在长基线(多于30千米(km))内检测不正确的模糊度固定。在这些情况下，双差斜向电离层延迟可以与一个载波相位周期一样大。仅当卫星几何结构的改变能够将斜向电离层延迟与低仰角卫星的载波相位模糊度状态隔离时，不正确的模糊度才可以变得可观察。
[0080]在描述了优选实施例后，变得显而易见的是在不脱离附随的权利要求中限定的本发明的范围的前提下，可以进行各种修改。
【权利要求】
1.一种用于通过与对象相关联的位置确定接收机对所述对象的位置进行估计的方法，所述方法包括: 测量由位置确定接收机接收的第一载波信号的第一载波相位和第二载波信号的第二载波相位； 利用主实时动态(RTK)引擎，对与所测量的第一载波相位和所测量的第二载波相位中的至少一个相关联的主整周模糊度集进行估计； 确定是否在较早的评估时段期间将所述主整周模糊度集正确地解算为预定义可靠率；以及 利用辅实时动态(RTK)引擎，在较早评估时段之后的稍后时段期间对与所测量的第一载波相位和所测量的第二载波相位中的至少一个相关联的辅整周模糊度集进行估计， 其中所述辅RTK引擎在与所述主RTK引擎不同的历元被启动。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括: 如果在所述主RTK引擎将所述主整周模糊度集解算为整数值之前，所述辅RTK引擎使用最小二乘方法或卡尔曼滤波器技术来对所述辅整周模糊度集的解进行估计，则应用所估计的辅整周模糊度集，以估计所述对象的位置，对于这种情况，在当前历元之后重新初始化所述主RTK引擎，并将所述主RTK引擎与所述辅RTK引擎进行调换。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括: 如果从所述辅RTK引擎和所述主RTK引擎两者解算出相同的整周模糊度集，则应用所估计的主整周模糊度集，以确定所述对象的位置。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括: 如果所估计的主整周模糊度在评估时间段期间等于或基本上等效于所估计的辅整周模糊度，则将所述辅RTK引擎从活动模式置为空闲模式。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括: 如果在当前历元处存在从所述辅RTK引擎和所述主RTK引擎两者解算的至少四个公共双差模糊度，则应用所估计的公共整周模糊度子集，以确定所述对象的位置。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括: 如果从所述辅RTK引擎和所述主RTK引擎两者将模糊度解算为不同的整数值，则重置来自所述主RTK引擎的模糊度；以及 在当前历元之后重新初始化所述辅RTK，并继续执行模糊度解算，直到实现与所述主RTK引擎相同的整周模糊度集为止。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括: 确定所述辅RTK引擎是否在稍后的评估时段期间搜索所估计的辅整周模糊度的解持续长于最大阈值时间的时间；以及 如果所述辅RTK引擎搜索所估计的辅整周模糊度持续长于最大阈值时间的时间，则重置所述辅RTK引擎；以及 在重置过程期间使用所述主RTK引擎。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括: 如果主整周模糊度和辅整周模糊度对于小于四个双差整周模糊度状态来说相同，则重置所述辅RTK引擎并重新初始化所述辅RTK引擎；以及在辅RTK引擎重新初始化之后使用来自所述主RTK引擎的输出来对整周模糊度的解进行估计。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括: 在取决于与对用户接收机的参考的遥远分离的时段期间提供以预定时间间隔激活所述辅RTK引擎的用户可定义选项。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括: 如果所述辅RTK引擎和所述主RTK引擎两者均是活动的，则应用所估计的主整周模糊度，以确定所述对象的位置。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括: 如果所述辅RTK引擎和所述主RTK引擎两者均是活动的，则应用所估计的主整周模糊度来确定所述对象的位置，直到所估计的主整周模糊度在评估时间段期间等于或者基本上等效于所估计的辅整周模糊度为止。
12.一种用于通过与对象相关联的位置确定接收机对所述对象的位置进行估计的系统，所述系统包括: 相位测量设备，其用于测量由位置确定接收机接收的第一载波信号的第一载波相位和第二载波信号的第二载波相位； 主实时动态(RTK)引擎，其用于接收所测量的第一载波相位和所测量的第二载波相位，并利用主RTK引擎对与所测量的第一载波相位和所测量的第二载波相位中的至少一个相关联的主整周模糊度进行估计； 信号质量评估器，其用于确定所述第一载波信号或所述第二载波信号是否在较早的评估时段(历元)期间具有低于阈值信号质量水平的信号质量；以及 辅实时动态(RTK引擎)，其用于在较早的评估时段之后的稍后时段期间对与所测量的第一载波相位和所测量的第二载波相位中的至少一个相关联的辅整周模糊度进行估计， 其中所述辅RTK引擎在与所述主RTK引擎不同的历元被启动。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述相位测量设备包括:信号发生器，其用于生成具有参考相位的参考信号；第一相关器，其用于接收所述参考信号和所接收的第一载波信号，以生成指示所测量的第一载波相位的第一输出信号；以及第二相关器，其用于接收所述参考信号和所接收的第二载波信号，以生成指示所测量的第二载波相位的第二输出信号。
14.根据权利要求13所述的系统，还包括: 误差减小滤波器，其具有滤波器输入端，所述滤波器输入端从所述主RTK引擎和所述辅RTK引擎的输出端接收数据。
15.根据权利要求14所述的系统，还包括: 位置估计器，其用于接收来自所述误差减小滤波器的滤波器输出端的滤波器输出数据、所测量的第一载波相位和所测量的第二载波相位。
16.根据权利要求15所述的系统，还包括: 解码器，其用于将参考伪随机码与所接收的伪随机码进行比较，以对所述对象的进程位置估计进行估计，所述进程位置估计被作为输入数据提供到所述位置估计器。
【文档编号】G01S19/55GK103885074SQ201410107803
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2011年1月18日 优先权日:2010年1月29日
【发明者】L.戴, C.王, D.J.埃斯林格 申请人:纳夫科姆技术公司